JP3877658B2

JP3877658B2 - Brushless DC motor control device, control method, control program, and recording medium

Info

Publication number: JP3877658B2
Application number: JP2002246855A
Authority: JP
Inventors: 義紀中山; 勇一武田; 知典礒部
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: KR20040018968A; TW200403921A; CN1479446A; JP2004088914A; KR100546518B1; CN1246956C; TWI227591B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータ制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体に係り、特に、空気調和機の圧縮機等に用いられるブラシレスＤＣモータの始動電流の低減および始動確率の向上を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブラシレスＤＣモータ制御装置は、例えば、特開平９−３２７１９４号公報に開示されている。
【０００３】
特開平９−３２７１９４号公報記載のブラシレスＤＣモータ制御装置は、ホール素子などの磁極位置検出素子を使わずに回転子の位置を知るべく、ブラシレスＤＣモータの非通電相（非通電電機子巻線）に発生する誘起電圧を用いて回転子の位置を検出し、このようにして検出した位置検出をもとにしてブラシレスＤＣモータの電機子巻線電流の通電を切り替えている。また、このブラシレスＤＣモータの起動開始時には回転子が停止しているために誘起電圧が発生しないことから同期運転等を行う必要がある。
【０００４】
より具体的には、上記従来のブラシレスＤＣモータ制御装置は交流電源をＡＣ／ＤＣ変換部で所定の直流電源に変換し、この直流電源をインバータ部のスイッチング素子でスイッチングしてブラシレスＤＣモータの電機子巻線に供給する。
【０００５】
このブラシレスＤＣモータを制御する場合、位置検出回路を設け、位置検出回路はブラシレスＤＣモータの端子電圧と基準レベルとを比較し、この比較結果を位置検出信号を制御回路（マイクロコンピュータ）に出力する。
【０００６】
これにより、制御回路は、入力された位置検出信号をディジタル処理し、ブラシレスＤＣモータの電機子巻線電流の通電を切り替える駆動信号（ＰＷＭ信号）をブラシレスＤＣモータの駆動回路に出力し、インバータ部のスイッチング素子を駆動していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のブラシレスＤＣモータをロータリコンプレッサに適用する場合には、ロータリコンプレッサの停止後しばらくの間は、ブラシレスＤＣモータへの通電を停止すると、ロータリコンプレッサ内の圧力によりブラシレスＤＣモータが逆回転してしまう可能性がある。
【０００８】
従って、再始動時にロータの通電相を把握すべく、ロータの停止位置を保持するための位置保持電流をブラシレスＤＣモータに供給した場合に、消費電力低減のため位置保持電流の供給を停止すると、ブラシレスＤＣモータが逆回転し、ロータ位置がずれてしまうという問題点があった。
【０００９】
また、このロータ位置がずれてしまうのを防止すべく、ブラシレスＤＣモータの始動時に位置保持電流の供給を継続したまま、始動電流供給に移行する場合には、インバータを構成する直列に接続されたＣＭＯＳ構造のトランジスタが双方ともオン状態となるタイミングが発生し、いわゆる貫通電流が流れてトランジスタを破壊し、あるいは、保護回路が動作して始動に失敗してしまうという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、消費電力の低減を図りつつ、ブラシレスＤＣモータの始動を確実に行わせることが可能なブラシレスＤＣモータ制御装置、制御方法、制御プログラムおよび記録媒体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、複数のトランジスタを有するインバータ部を介してブラシレスＤＣモータを駆動すべく制御を行うブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記ブラシレスＤＣモータの始動時に前記ブラシレスＤＣモータのロータを停止状態とするための位置保持電流を供給するロータ位置保持部と、前記位置保持電流の供給停止後に、すでに供給された前記位置保持電流を環流させる環流流路を形成する環流流路形成部と、前記環流流路を流れる前記位置保持電流が減少して所定の最低電流に至る時刻より前の所定時刻に、始動電流の供給を開始する始動電流供給部と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、ロータ位置保持部は、前記ブラシレスＤＣモータの始動時に前記ブラシレスＤＣモータのロータを停止状態とするための位置保持電流をブラシレスＤＣモータに供給する。
【００１３】
環流流路形成部は、位置保持電流の供給停止後に、すでに供給された位置保持電流を環流させる環流流路を形成する。
【００１４】
そして、始動電流供給部は、環流流路を流れる位置保持電流が減少して所定の最低電流に至る時刻より前の所定時刻に、始動電流の供給を開始する。
【００１５】
この場合において、前記ブラシレスＤＣモータは、三相制御であり、前記ロータ位置保持部は、第１の相で前記ロータを停止状態で保持すべく前記位置保持電流としての第１保持電流を供給する第１ロータ位置保持部と、前記第１の相とは異なる第２の相で前記ロータを停止状態で保持すべく前記位置保持電流としての第２保持電流を供給する第２ロータ位置保持部と、を備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、位置保持時の実効電圧は、消費電力低減のために始動時の実効電圧よりも低く設定されているようにしてもよい。
【００１７】
さらに、位置保持時の実効電圧は、デューティ制御により設定されるようにしてもよい。
【００１８】
複数のトランジスタを有するインバータ部を介してブラシレスＤＣモータを駆動すべく制御を行うブラシレスＤＣモータの制御方法において、前記ブラシレスＤＣモータの始動時に前記ブラシレスＤＣモータのロータを停止状態とするための位置保持電流を供給するロータ位置保持過程と、前記位置保持電流の供給停止後に、すでに供給された前記位置保持電流を環流させる環流流路を形成する環流流路形成過程と、前記環流流路を流れる前記位置保持電流が減少して所定の最低電流に至る時刻より前の所定時刻に、始動電流の供給を開始する始動電流供給過程と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
この場合において、ロータ位置保持過程は、第１の相でロータを停止状態で保持すべく位置保持電流としての第１保持電流を供給する第１ロータ位置保持過程と、第１の相とは異なる第２の相でロータを停止状態で保持すべく位置保持電流としての第２保持電流を供給する第２ロータ位置保持過程と、を備えるようにしても良い。
【００２０】
また、位置保持時の実効電圧は、消費電力低減のために始動時の実効電圧よりも低く設定されているようにしてもよい。
【００２１】
さらに、位置保持時の実効電圧は、デューティ制御により設定されるデューティ比により設定されるようにしてもよい。
【００２２】
複数のトランジスタを有するインバータ部を介してブラシレスＤＣモータを駆動すべくコンピュータにより制御を行うための制御プログラムであって、ブラシレスＤＣモータの始動時に前記ブラシレスＤＣモータのロータを停止状態とするための位置保持電流を供給させ、前記位置保持電流の供給停止後に、すでに供給された前記位置保持電流を環流させる環流流路を形成させ、前記環流流路を流れる前記位置保持電流が減少して所定の最低電流に至る時刻より前の所定時刻に、始動電流の供給を開始させる、ことを特徴としている。
【００２３】
この場合において、位置保持電流を供給させるに際し、第１の相で前記ロータを停止状態で保持すべく前記位置保持電流としての第１保持電流を供給させ、前記第１の相とは異なる第２の相で前記ロータを停止状態で保持すべく前記位置保持電流としての第２保持電流を供給させるようにしてもよい。
【００２４】
また、位置保持時の実効電圧は、消費電力低減のために始動時の実効電圧よりも低く設定させるようにしてもよい。
【００２５】
また、上記各制御プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記録するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、実施形態のブラシレスＤＣモータ制御装置の概要構成ブロック図である。
【００２７】
ブラシレスＤＣモータ制御システム１００は、大別すると、交流電源１、ＡＣ／ＤＣ変換部２、インバータ部３、ブラシレスＤＣモータ４、位置検出回路５、制御回路６および駆動回路７を備えている。
【００２８】
交流電源部１は、ブラシレスＤＣモータ制御システム１００に交流電源を供給する。
【００２９】
ＡＣ／ＤＣ変換部２は、供給された交流電源を交流／直流変換して、インバータ部３に供給する。
【００３０】
インバータ部３は、スイッチング素子として、トランジスタＴU、ＴV、ＴW、ＴX、ＴY、ＴZを備え、制御回路６および駆動回路７の制御下でＡＣ／ＤＣ変換部２から供給された直流電源を三相駆動電源に変換してブラシレスＤＣモータ４に供給する。
【００３１】
ブラシレスＤＣモータ４は、インバータ部３からの三相駆動電源の供給を受けて駆動される。
【００３２】
位置検出回路５は、三相駆動電源の供給状態を検出し、ブラシレスＤＣモータ４の図示しないロータ位置を検出して制御回路６に通知する。
【００３３】
制御回路６は、いわゆるマイクロコンピュータとして構成されており、図示しないマイクロプロセッサユニットが、図示しないＲＯＭに格納された制御プログラムにも基づいて、図示しないＲＡＭに一時的に各種データを格納しつる、位置検出回路５から通知されたロータ位置に基づいて駆動回路７を介してブラシレスＤＣモータ４の駆動制御を行う。
【００３４】
駆動回路７は、制御回路６の制御下で、インバータ部３を構成するトランジスタＴU、ＴV、ＴW、ＴX、ＴY、ＴZのオン／オフ制御を行う。
【００３５】
まず、具体的な始動制御の説明に先立ち、ブラシレスＤＣモータ制御システム１００のブラシレスＤＣモータ４の通常駆動時の概要動作を説明する。
【００３６】
ブラシレスＤＣモータ制御システム１００は、交流電源部１から供給された交流電源をＡＣ／ＤＣ変換部２で所定の直流電源に変換し、この直流電源をインバータ部３のトランジスタＴU、ＴV、ＴW、ＴX、ＴY、ＴZを適宜スイッチングしてブラシレスＤＣモータ４の電機子巻線に供給する。
【００３７】
これと並行して、位置検出回路５はブラシレスモータ４の端子電圧（チョッピングされた誘起電圧）と基準レベルとを比較し、この比較結果を位置検出信号として制御回路６に出力する。
【００３８】
制御回路６は、入力された位置検出信号をディジタル処理し、ブラシレスモータ４の電機子巻線電流の通電を切り替える駆動信号（ＰＷＭ信号）を駆動回路７に出力し、インバータ部３のトランジスタＴU、ＴV、ＴW、ＴX、ＴY、ＴZを駆動する。これにより、ブラシレスＤＣモータ４が所望の回転数で回転駆動されることとなる。
【００３９】
図２は、通常駆動時のタイミングチャートである。
【００４０】
図２に示すように、制御回路６は、時刻ｔ１において、駆動回路７を介してトランジスタＴYをオン状態とし、トランジスタＴWをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴWを介してパルス幅変調（ＰＷＭ；たとえば、デューティー比５０［％］）されつつ、ＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴYを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００４１】
同様に時刻ｔ２に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴUをオン状態とし、トランジスタＴYをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴUを介してＵＶ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴYを介して、パルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００４２】
さらに時刻ｔ３に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴZをオン状態とし、トランジスタＴUをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴUを介してパルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＵＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴZを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００４３】
また、時刻ｔ４に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴVをオン状態とし、トランジスタＴZをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴVを介してＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴZを介して、パルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００４４】
さらに時刻ｔ５に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴXをオン状態とし、トランジスタＴVをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴVを介してパルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＵＶ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴXを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００４５】
また、時刻ｔ６に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴWをオン状態とし、トランジスタＴXをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴWを介してＵＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴXを介して、パルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなり、ブラシレスＤＣモータ４の駆動の１サイクルが終了する。
【００４６】
そして、時刻ｔ７において、駆動回路７を介して再びトランジスタＴYをオン状態とし、トランジスタＴWをＰＷＭ駆動し、以下、同様の処理を繰り返してブラシレスＤＣモータ４の駆動制御を行う。
【００４７】
次にブラシレスＤＣモータ４の始動制御について説明する。
【００４８】
図３は、第１実施形態の始動制御時のタイミングチャートである。また、図４は、第１実施形態の始動制御時の処理フローチャートである。
【００４９】
図３に示すように、制御回路６は、時刻ｔ１１において、駆動回路７を介してトランジスタＴYをオン状態とし、トランジスタＴWをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴWを介してロータ位置固定時のパルス幅変調（ＰＷＭ；たとえば、デューティー比２５［％］）を行いつつ、ＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴYを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。これにより、ブラシレスＤＣモータ４のロータは、所定位置に固定される（ステップＳ１）。
【００５０】
そして、時刻ｔ１２に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴYをオン状態のままとし、トランジスタＴWをオフ状態とする。これによりダイオードＤｚが導通状態となり、環流電流がトランジスタＴYを介してＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを固定位置に保持する（ステップＳ２）。
【００５１】
その後、ブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れる環流電流は、図５に示すように、モータ巻線の抵抗成分により減少し始める。
【００５２】
そこで、ブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れる環流電流が、ロータを固定位置に保持可能な最低電流Ｉminに至る時刻ＴLIMより前の時刻ｔ１３に至ると、制御回路６は、ブラシレス駆動回路７を介してトランジスタＴZをオン状態とし、トランジスタＴUをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴUを介してパルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＵＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴZを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる（ステップＳ３）。
【００５３】
その後、ロータの位置検出が行われ、ブラシレスＤＣモータ３４は、通常駆動に移行し、時刻ｔ１３以降は、図２の時刻ｔ３以降と同様の通常駆動運転に移行することとなる（ステップＳ４）。
【００５４】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、ロータの位置を保持するのに必要な電流が環流電流として流れている間に、始動制御に移行しているので、ロータの位置ずれを起こすことなく、確実な始動が行える。また、ロータの位置固定時にインバータ部を構成するＣＭＯＳ構造のトランジスタを貫通電流が流れることがないので、トランジスタの破壊あるいはトランジスタの保護回路が動作して始動できなくなるのを防止することができる。
【００５５】
この場合において、ロータの位置固定を行う際のＰＷＭ制御においては、始動時のＰＷＭ制御におけるデューティ比よりも小さなデューティ比で制御を行っているので、消費電力も低減できる。
［２］第２実施形態
以上の第１実施形態においては、ロータの位置固定処理は、１度しか行っていなかったが、たまたまロータがステータとの位置関係において、力学的に安定な位置に停止している場合、始動制御を行っても始動ができない場合（始動できない通電相）が生じる。
【００５６】
そこで、本第２実施形態は、より確実にブラシレスＤＣモータの始動を行わせるべく、通電相の異なる複数の位置にロータを固定するようにした実施形態である。
【００５７】
図６は、第２実施形態の始動制御時のタイミングチャートである。また、図７は、第２実施形態の始動制御時の処理フローチャートである。
【００５８】
図６に示すように、制御回路６は、時刻ｔ２１において、駆動回路７を介してトランジスタＴYをオン状態とし、トランジスタＴWをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴWを介してロータ位置固定時のパルス幅変調（ＰＷＭ；たとえば、デューティー比５［％］）を行いつつ、ＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴYを介して、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。これにより、ブラシレスＤＣモータ４のロータは、第１の所定位置に固定され、あるいは、ロータがステータとの位置関係において力学的に安定ではあり始動できない（回転できない）位置に停止したままの状態となる（ステップＳ１１）。
【００５９】
そして時刻ｔ２２に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴUをオン状態とし、トランジスタＴYをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴUを介してＵＶ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴYを介して、パルス幅変調（ＰＷＭ；たとえば、デューティー比５［％］））されつつ、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる。
【００６０】
これにより、ブラシレスＤＣモータ４のロータは、第２の所定位置に固定されることとなる（ステップＳ１２）。すなわち、ステップＳ１１の段階でロータがステータとの位置関係において力学的に安定ではあるが始動できない（回転できない）位置に停止した場合でも、ここで、始動可能な位置への固定が完了されることとなる。
【００６１】
そして、時刻ｔ２３に至ると、制御回路６は、駆動回路７を介してトランジスタＴUをオン状態のままとし、トランジスタＴYをオフ状態とする。これにより、ダイオードＤVが導通状態となり、環流電流がトランジスタＴUを介してＵＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを固定位置に保持する（ステップＳ１３）。
【００６２】
その後、ブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れる環流電流は、図５に示すように、モータ巻線の抵抗成分により減少し始める。
【００６３】
そこで、ブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れる環流電流の電圧が、ロータを固定位置に保持可能な最低電流Ｉminに至る時刻ＴLIMより前の時刻ｔ２４に至ると、制御回路６は、ブラシレス駆動回路７を介してトランジスタＴVをオン状態とし、トランジスタＴZをＰＷＭ駆動する。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換部２からインバータ部３に供給された直流電源は、トランジスタＴVを介してＶＷ相に相当するブラシレスＤＣモータ４のコイルを流れ、ロータを駆動しつつトランジスタＴZを介してパルス幅変調（ＰＷＭ）されつつ、ＡＣ／ＤＣ変換部２に戻ることとなる（ステップＳ１４）。
【００６４】
その後、位置検出が行われ、ブラシレスＤＣモータ３４は、通常駆動に移行し、時刻ｔ２４以降は、図２の時刻ｔ４以降と同様の通常駆動運転に移行することとなる（ステップＳ１５）。
【００６５】
以上の説明のように、本第２実施形態によれば、確実にロータを所定の位置に保持し、さらにロータの位置を保持するのに必要な電流が環流電流として流れている間に始動制御に移行しているので、ロータの位置ずれを起こすことなく、確実な始動が行える。また、第１実施形態と同様にロータの位置固定時にインバータ部を構成するＣＭＯＳ構造のトランジスタを貫通電流が流れることがないので、トランジスタの破壊あるいはトランジスタの保護回路が動作して始動できなくなるのを防止することができる。
【００６６】
この場合においても、ロータの位置固定を行う際のＰＷＭ制御においては、通常駆動時のＰＷ制御におけるデューティ比よりも小さなデューティ比で制御を行っているので、消費電力も低減できる。
［３］実施形態の変形例
以上の説明においては、ブラシレスＤＣモータを空気調和装置のコンプレッサーに用いる場合を例としたが、これに限られることなく、ブラシレスＤＣモータを利用した始動制御が必要な様々な機器、たとえば、ファンモータ用モータなどに適用することも可能である。
【００６７】
以上の説明においては、制御回路を構成するＲＯＭに制御用プログラムを記憶させて処理を行っていたが、ハードディスク、リムーバブル記録媒体、ＩＣカードなどの記録媒体に制御プログラムを記憶させ、読み出して実行させたり、インターネットなどのネットワークを介して制御プログラムをダウンロードし、実行させるように構成することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、消費電力の低減を図りつつ、ブラシレスＤＣモータの始動を確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のブラシレスＤＣモータ制御装置の概要構成ブロック図である。
【図２】通常駆動時のタイミングチャートである。
【図３】第１実施形態の始動制御時のタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態の始動制御時の処理フローチャートである。
【図５】環流電流の説明図である。
【図６】第１実施形態の始動制御時のタイミングチャートである。
【図７】第２実施形態の始動制御時の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１００ブラシレスＤＣモータ制御システム
１交流電源部（始動電流供給部）
２ＡＣ／ＤＣ変換部（始動電流供給部）
３インバータ部（始動電流供給部、ロータ位置保持部）
４ブラシレスＤＣモータ
５位置検出回路
６制御回路（ロータ位置保持部、環流流路形成部）
７駆動回路（ロータ位置保持部、環流流路形成部）
ＴU、ＴV、ＴW、ＴX、ＴY、ＴZ トランジスタ（環流流路形成部）
ＤU、ＤV、ＤW、ＤX、ＤY、ＤZ ダイオード（環流流路形成部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless DC motor control device, a control method, a control program, and a recording medium, and more particularly, to a technique for reducing the starting current and improving the starting probability of a brushless DC motor used in a compressor of an air conditioner. .
[0002]
[Prior art]
A conventional brushless DC motor control device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-327194.
[0003]
The brushless DC motor control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-327194 discloses a non-energized phase (non-energized armature winding) of a brushless DC motor so as to know the position of the rotor without using a magnetic pole position detecting element such as a Hall element. ) Is used to detect the position of the rotor, and the supply of the armature winding current of the brushless DC motor is switched based on the position detection thus detected. Further, since the rotor is stopped at the start of the start of the brushless DC motor, no induced voltage is generated, so that it is necessary to perform a synchronous operation or the like.
[0004]
More specifically, the conventional brushless DC motor control device converts an AC power source into a predetermined DC power source by an AC / DC conversion unit, and switches the DC power source by a switching element of an inverter unit so that an electric machine of the brushless DC motor is obtained. Supply to the child winding.
[0005]
When this brushless DC motor is controlled, a position detection circuit is provided. The position detection circuit compares the terminal voltage of the brushless DC motor with a reference level, and outputs the comparison result to the control circuit (microcomputer). .
[0006]
As a result, the control circuit digitally processes the input position detection signal, and outputs a drive signal (PWM signal) for switching energization of the armature winding current of the brushless DC motor to the drive circuit of the brushless DC motor. The switching element was driven.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the conventional brushless DC motor is applied to a rotary compressor, if the energization to the brushless DC motor is stopped for a while after the rotary compressor is stopped, the brushless DC motor rotates in reverse due to the pressure in the rotary compressor. There is a possibility that.
[0008]
Accordingly, when the position holding current for holding the rotor stop position is supplied to the brushless DC motor in order to grasp the energized phase of the rotor at the time of restart, when the supply of the position holding current is stopped to reduce power consumption, There is a problem that the brushless DC motor rotates in reverse and the rotor position shifts.
[0009]
Further, in order to prevent the rotor position from shifting, when shifting to the starting current supply while continuing the supply of the position holding current when starting the brushless DC motor, it is connected in series constituting the inverter. There is a problem in that the timing at which both transistors of the CMOS structure are turned on occurs, so-called through current flows, destroys the transistor, or the protection circuit operates and fails to start.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a brushless DC motor control device, a control method, a control program, and a recording medium capable of reliably starting the brushless DC motor while reducing power consumption. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in a brushless DC motor control device that controls to drive a brushless DC motor through an inverter unit having a plurality of transistors, the rotor of the brushless DC motor is stopped when the brushless DC motor is started. A rotor position holding part for supplying a position holding current for forming a recirculation flow path forming part for forming a recirculation flow path for recirculating the already supplied position holding current after stopping the supply of the position holding current; And a starting current supply unit that starts supplying the starting current at a predetermined time before the time when the position holding current flowing through the circulating flow path decreases to reach a predetermined minimum current.
[0012]
According to the above configuration, the rotor position holding unit supplies the brushless DC motor with a position holding current for stopping the rotor of the brushless DC motor when the brushless DC motor is started.
[0013]
The recirculation flow path forming unit forms a recirculation flow path for recirculating the already supplied position holding current after the supply of the position holding current is stopped.
[0014]
The starting current supply unit starts supplying the starting current at a predetermined time before the time when the position holding current flowing through the circulating flow path decreases to reach the predetermined minimum current.
[0015]
In this case, the brushless DC motor is three-phase control, and the rotor position holding unit supplies a first holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in the first phase. A first rotor position holding section and a second rotor position holding section for supplying a second holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a second phase different from the first phase; May be provided.
[0016]
Further, the effective voltage at the time of position holding may be set lower than the effective voltage at the start in order to reduce power consumption.
[0017]
Furthermore, the effective voltage at the time of position holding may be set by duty control.
[0018]
In a control method of a brushless DC motor that performs control to drive a brushless DC motor via an inverter unit having a plurality of transistors, position holding for stopping the rotor of the brushless DC motor when the brushless DC motor is started A rotor position holding process for supplying a current, a recirculation flow path forming process for forming a recirculation flow path for recirculating the already supplied position holding current after the supply of the position holding current is stopped, and the flow through the recirculation flow path And a starting current supply process for starting the supply of the starting current at a predetermined time before the time when the position holding current decreases to reach the predetermined minimum current.
[0019]
In this case, the rotor position holding process is different from the first rotor position holding process for supplying a first holding current as a position holding current to hold the rotor in a stopped state in the first phase. And a second rotor position holding process for supplying a second holding current as a position holding current to hold the rotor in a stopped state in the second phase.
[0020]
Further, the effective voltage at the time of position holding may be set lower than the effective voltage at the start in order to reduce power consumption.
[0021]
Furthermore, the effective voltage at the time of position holding may be set by a duty ratio set by duty control.
[0022]
A control program for performing control by a computer to drive a brushless DC motor through an inverter having a plurality of transistors, the position for stopping the rotor of the brushless DC motor when the brushless DC motor is started A holding current is supplied, and after the supply of the position holding current is stopped, a recirculation flow path for circulating the already supplied position holding current is formed, and the position holding current flowing through the recirculation flow path is reduced to a predetermined minimum It is characterized in that the supply of the starting current is started at a predetermined time before the time to reach the current.
[0023]
In this case, when supplying the position holding current, the first holding current as the position holding current is supplied to hold the rotor in a stopped state in the first phase, and the second phase different from the first phase is supplied. In this phase, a second holding current as the position holding current may be supplied to hold the rotor in a stopped state.
[0024]
Further, the effective voltage at the time of holding the position may be set lower than the effective voltage at the start for reducing power consumption.
[0025]
The control programs may be recorded on a computer-readable recording medium.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] First Embodiment FIG. 1 is a schematic block diagram of a brushless DC motor control apparatus according to an embodiment.
[0027]
The brushless DC motor control system 100 roughly includes an AC power source 1, an AC / DC conversion unit 2, an inverter unit 3, a brushless DC motor 4, a position detection circuit 5, a control circuit 6, and a drive circuit 7.
[0028]
The AC power supply unit 1 supplies AC power to the brushless DC motor control system 100.
[0029]
The AC / DC conversion unit 2 performs AC / DC conversion on the supplied AC power and supplies it to the inverter unit 3.
[0030]
The inverter unit 3 includes transistors TU, TV, TW, TX, TY, TZ as switching elements, and three-phase DC power supplied from the AC / DC conversion unit 2 under the control of the control circuit 6 and the drive circuit 7. It converts into a drive power supply and supplies it to the brushless DC motor 4.
[0031]
The brushless DC motor 4 is driven by the supply of the three-phase drive power from the inverter unit 3.
[0032]
The position detection circuit 5 detects the supply state of the three-phase drive power, detects the rotor position (not shown) of the brushless DC motor 4, and notifies the control circuit 6 of the detected position.
[0033]
The control circuit 6 is configured as a so-called microcomputer, and a microprocessor unit (not shown) temporarily stores various data in a RAM (not shown) based on a control program stored in a ROM (not shown). Based on the rotor position notified from the detection circuit 5, the drive control of the brushless DC motor 4 is performed via the drive circuit 7.
[0034]
The drive circuit 7 performs on / off control of the transistors TU, TV, TW, TX, TY, and TZ constituting the inverter unit 3 under the control of the control circuit 6.
[0035]
First, prior to a specific description of the start control, an outline operation during normal driving of the brushless DC motor 4 of the brushless DC motor control system 100 will be described.
[0036]
The brushless DC motor control system 100 converts the AC power supplied from the AC power supply unit 1 into a predetermined DC power supply by the AC / DC conversion unit 2, and converts this DC power supply into the transistors TU, TV, TW, TX of the inverter unit 3. , TY, TZ are appropriately switched and supplied to the armature winding of the brushless DC motor 4.
[0037]
In parallel with this, the position detection circuit 5 compares the terminal voltage (chopped induced voltage) of the brushless motor 4 with the reference level, and outputs the comparison result to the control circuit 6 as a position detection signal.
[0038]
The control circuit 6 digitally processes the input position detection signal and outputs a drive signal (PWM signal) for switching energization of the armature winding current of the brushless motor 4 to the drive circuit 7. Drives TV, TW, TX, TY, and TZ. As a result, the brushless DC motor 4 is rotationally driven at a desired rotational speed.
[0039]
FIG. 2 is a timing chart during normal driving.
[0040]
As shown in FIG. 2, at time t1, the control circuit 6 turns on the transistor TY via the drive circuit 7 and drives the transistor TW by PWM. As a result, the DC power supplied from the AC / DC conversion unit 2 to the inverter unit 3 is subjected to pulse width modulation (PWM; for example, a duty ratio of 50 [%]) via the transistor TW, and the brushless corresponding to the VW phase. The coil flows through the coil of the DC motor 4 and returns to the AC / DC converter 2 via the transistor TY while driving the rotor.
[0041]
Similarly, at time t2, the control circuit 6 turns on the transistor TU via the drive circuit 7 and drives the transistor TY by PWM. Thus, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UV phase via the transistor TU, and drives the rotor via the transistor TY. Then, the pulse width modulation (PWM) is performed and the process returns to the AC / DC converter 2.
[0042]
Further, at time t3, the control circuit 6 turns on the transistor TZ via the drive circuit 7, and PWM-drives the transistor TU. As a result, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UW phase while being subjected to pulse width modulation (PWM) via the transistor TU. Is returned to the AC / DC converter 2 via the transistor TZ.
[0043]
At time t4, the control circuit 6 turns on the transistor TV via the drive circuit 7 and drives the transistor TZ by PWM. As a result, the DC power supplied from the AC / DC conversion unit 2 to the inverter unit 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the VW phase through the transistor TV, and drives the rotor through the transistor TZ. Then, the pulse width modulation (PWM) is performed and the process returns to the AC / DC converter 2.
[0044]
Further, at time t5, the control circuit 6 turns on the transistor TX via the drive circuit 7 and drives the transistor TV by PWM. As a result, the DC power supplied from the AC / DC conversion unit 2 to the inverter unit 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UV phase while being subjected to pulse width modulation (PWM) via the transistor TV. Is returned to the AC / DC converter 2 via the transistor TX.
[0045]
When the time t6 is reached, the control circuit 6 turns on the transistor TW via the drive circuit 7 and drives the transistor TX by PWM. As a result, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UW phase via the transistor TW, and drives the rotor via the transistor TX. Then, the pulse-width modulation (PWM) is performed and the process returns to the AC / DC conversion unit 2, and one cycle of driving the brushless DC motor 4 is completed.
[0046]
At time t7, the transistor TY is turned on again via the drive circuit 7, the transistor TW is PWM-driven, and thereafter the same processing is repeated to control the drive of the brushless DC motor 4.
[0047]
Next, start control of the brushless DC motor 4 will be described.
[0048]
FIG. 3 is a timing chart at the time of start control of the first embodiment. FIG. 4 is a process flowchart during start control according to the first embodiment.
[0049]
As shown in FIG. 3, at time t11, the control circuit 6 turns on the transistor TY via the drive circuit 7 and drives the transistor TW by PWM. Thus, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 performs pulse width modulation (PWM; for example, duty ratio 25 [%]) when the rotor position is fixed via the transistor TW. The coil flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the VW phase, and returns to the AC / DC converter 2 via the transistor TY while driving the rotor. Thereby, the rotor of the brushless DC motor 4 is fixed at a predetermined position (step S1).
[0050]
Then, at time t12, the control circuit 6 keeps the transistor TY on via the drive circuit 7 and turns off the transistor TW. As a result, the diode Dz becomes conductive, and the circulating current flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the VW phase via the transistor TY, and the rotor is held at a fixed position (step S2).
[0051]
Thereafter, the circulating current flowing through the coil of the brushless DC motor 4 starts to decrease due to the resistance component of the motor winding, as shown in FIG.
[0052]
Therefore, when the circulating current flowing through the coil of the brushless DC motor 4 reaches the time t13 before the time TLIM that reaches the minimum current Imin that can hold the rotor in a fixed position, the control circuit 6 passes through the brushless drive circuit 7. The transistor TZ is turned on, and the transistor TU is PWM driven. As a result, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UW phase while being subjected to pulse width modulation (PWM) via the transistor TU. Is returned to the AC / DC converter 2 via the transistor TZ (step S3).
[0053]
Thereafter, the rotor position is detected, and the brushless DC motor 34 shifts to normal drive, and after time t13, shifts to normal drive operation similar to that after time t3 in FIG. 2 (step S4).
[0054]
As described above, according to the first embodiment, since the shift to the start control is performed while the current necessary for maintaining the rotor position is flowing as the reflux current, the rotor position shift It is possible to start without fail. Further, since the through current does not flow through the CMOS transistor constituting the inverter unit when the position of the rotor is fixed, it is possible to prevent the transistor from being destroyed or the transistor protection circuit from operating and being unable to start.
[0055]
In this case, in the PWM control when the position of the rotor is fixed, since the control is performed with a duty ratio smaller than the duty ratio in the PWM control at the time of starting, power consumption can be reduced.
[2] In the first embodiment above the second embodiment or more, the rotor position fixing process was performed only once, but it happens that the rotor stops at a mechanically stable position in the positional relationship with the stator. In this case, there is a case where the engine cannot be started even when the start control is performed (an energized phase that cannot be started).
[0056]
Therefore, the second embodiment is an embodiment in which the rotor is fixed at a plurality of positions having different energized phases in order to start the brushless DC motor more reliably.
[0057]
FIG. 6 is a timing chart at the time of start control of the second embodiment. FIG. 7 is a process flowchart during start control according to the second embodiment.
[0058]
As shown in FIG. 6, the control circuit 6 turns on the transistor TY via the drive circuit 7 and drives the transistor TW by PWM at time t21. Thus, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 performs pulse width modulation (PWM; for example, duty ratio 5 [%]) when the rotor position is fixed via the transistor TW. The coil flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the VW phase, and returns to the AC / DC converter 2 via the transistor TY while driving the rotor. As a result, the rotor of the brushless DC motor 4 is fixed at the first predetermined position, or the rotor remains mechanically stable in the positional relationship with the stator and cannot be started (cannot rotate). (Step S11).
[0059]
At time t22, the control circuit 6 turns on the transistor TU via the drive circuit 7 and drives the transistor TY by PWM. Thus, the DC power supplied from the AC / DC converter 2 to the inverter 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UV phase via the transistor TU, and drives the rotor via the transistor TY. The pulse width modulation (PWM; for example, duty ratio 5 [%])) is performed, and the process returns to the AC / DC converter 2.
[0060]
Thereby, the rotor of the brushless DC motor 4 is fixed at the second predetermined position (step S12). That is, even when the rotor is stopped at a position where the rotor is mechanically stable in the positional relationship with the stator but cannot be started (cannot rotate) in step S11, the fixing to the startable position is completed here. It becomes.
[0061]
At time t23, the control circuit 6 leaves the transistor TU on via the drive circuit 7 and turns off the transistor TY. As a result, the diode DV becomes conductive, and the circulating current flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the UW phase via the transistor TU, and the rotor is held at a fixed position (step S13).
[0062]
Thereafter, the circulating current flowing through the coil of the brushless DC motor 4 starts to decrease due to the resistance component of the motor winding, as shown in FIG.
[0063]
Therefore, when the voltage of the circulating current flowing through the coil of the brushless DC motor 4 reaches a time t24 before the time TLIM that reaches the minimum current Imin that can hold the rotor in a fixed position, the control circuit 6 causes the brushless drive circuit 7 to Thus, the transistor TV is turned on, and the transistor TZ is PWM-driven. As a result, the DC power supplied from the AC / DC conversion unit 2 to the inverter unit 3 flows through the coil of the brushless DC motor 4 corresponding to the VW phase through the transistor TV, and drives the rotor through the transistor TZ. While being subjected to pulse width modulation (PWM), the process returns to the AC / DC converter 2 (step S14).
[0064]
Thereafter, position detection is performed, and the brushless DC motor 34 shifts to normal drive, and after time t24, shifts to normal drive operation similar to that after time t4 in FIG. 2 (step S15).
[0065]
As described above, according to the second embodiment, the start control is performed while the rotor is securely held at a predetermined position and the current necessary for holding the rotor position is flowing as the circulating current. Therefore, reliable start can be performed without causing the rotor to be displaced. Further, as in the first embodiment, when the rotor position is fixed, the through current does not flow through the CMOS structure transistor constituting the inverter unit. Can be prevented.
[0066]
Even in this case, in the PWM control when the position of the rotor is fixed, since the control is performed with a duty ratio smaller than the duty ratio in the PW control during normal driving, the power consumption can be reduced.
[3] Modification of Embodiment In the above description, the brushless DC motor is used as the compressor of the air conditioner. However, the present invention is not limited to this, and start control using the brushless DC motor is necessary. The present invention can also be applied to various devices such as a fan motor.
[0067]
In the above description, the control program is stored in the ROM constituting the control circuit for processing. However, the control program is stored in a recording medium such as a hard disk, a removable recording medium, or an IC card, and is read and executed. Alternatively, the control program can be downloaded and executed via a network such as the Internet.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reliably start the brushless DC motor while reducing power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a brushless DC motor control device according to an embodiment.
FIG. 2 is a timing chart during normal driving.
FIG. 3 is a timing chart during start control of the first embodiment.
FIG. 4 is a process flowchart during start control according to the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a circulating current.
FIG. 6 is a timing chart during start control of the first embodiment.
FIG. 7 is a process flowchart during start control according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
100 Brushless DC motor control system 1 AC power supply (starting current supply)
2 AC / DC converter (starting current supply unit)
3 Inverter section (starting current supply section, rotor position holding section)
4 Brushless DC motor 5 Position detection circuit 6 Control circuit (rotor position holding part, circulating flow path forming part)
7 Drive circuit (rotor position holding part, circulation flow path forming part)
TU, TV, TW, TX, TY, TZ transistors (circulation flow path forming part)
DU, DV, DW, DX, DY, DZ diode (circulation flow path forming part)

Claims

In a brushless DC motor control device that performs control to drive a brushless DC motor via an inverter unit having a plurality of transistors,
And the brushless DC motor rotor position holding unit for supplying a position holding current for the rotor of the brushless DC motor to a stopped state at the start of,
A recirculation flow path forming section for forming a recirculation flow path for recirculating the already supplied position retention current after the supply of the position retention current is stopped;
A starting current supply unit that starts supplying a starting current at a predetermined time before the time when the position holding current flowing through the circulating flow path decreases and reaches a predetermined minimum current;
A brushless DC motor control device comprising:

In the brushless DC motor control device according to claim 1,
The rotor position holding unit is configured to supply a first holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a first phase;
A second rotor position holding unit that supplies a second holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a second phase different from the first phase;
A brushless DC motor control device comprising:

In the brushless DC motor control device according to claim 1 or 2,
The brushless DC motor control device, wherein an effective voltage at the time of holding the position is set lower than an effective voltage at the time of starting.

In the brushless DC motor control device according to claim 3,
The brushless DC motor control device, wherein the effective voltage at the time of the position holding is set by duty control.

In a control method of a brushless DC motor that performs control to drive a brushless DC motor via an inverter unit having a plurality of transistors,
A rotor position holding step of supplying a position holding current for the stopped state of the rotor of the brushless DC motor at the time of starting of the brushless DC motor,
A circulation flow path forming process for forming a circulation flow path for circulating the position retention current already supplied after the supply of the position retention current is stopped;
A starting current supply process for starting the supply of the starting current at a predetermined time before the time when the position holding current flowing through the circulating flow path decreases to reach a predetermined minimum current;
A method for controlling a brushless DC motor, comprising:

6. The method of controlling a brushless DC motor according to claim 5, wherein the rotor position holding step supplies a first holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a first phase. Positioning process;
A second rotor position holding process for supplying a second holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a second phase different from the first phase;
A method for controlling a brushless DC motor, comprising:

In the control method of the brushless DC motor according to claim 5 or 6,
The method for controlling a brushless DC motor, wherein an effective voltage at the time of holding the position is set lower than an effective voltage at the time of starting.

8. The method of controlling a brushless DC motor according to claim 7, wherein the effective voltage at the time of holding the position is set by a duty ratio set by duty control.

A control program for controlling by a computer to drive a brushless DC motor through an inverter unit having a plurality of transistors ,
Supplying a position holding current for stopping the rotor of the brushless DC motor when starting the brushless DC motor;
After the supply of the position holding current is stopped, a circulating flow path for circulating the already supplied position holding current is formed,
Starting the supply of the starting current at a predetermined time before the time when the position holding current flowing through the circulating flow path decreases and reaches a predetermined minimum current ;
A control program characterized by that.

The control program according to claim 9, wherein
When supplying the position holding current, to supply the first holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in the first phase,
Supplying a second holding current as the position holding current to hold the rotor in a stopped state in a second phase different from the first phase;
A control program characterized by that.

In the control program according to claim 9 or 10,
An effective voltage at the time of holding the position is set lower than an effective voltage at the time of starting.

A computer-readable recording medium having recorded thereon the control program according to any one of claims 9 to 11.