JP3971520B2

JP3971520B2 - 空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置

Info

Publication number: JP3971520B2
Application number: JP29220098A
Authority: JP
Inventors: 戸崇幸神; 熊順一田; 年百明利; 崎浩宮
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: CN1097339C; ITRM990627A1; JP2000125584A; KR20000029032A; ES2188301A1; CN1253411A; US6211635B1; ITRM990627A0; ES2188301B1; KR100329077B1; IT1308244B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスモータに係り、空気調和機の室外ファンに好適な空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
空気調和機の室外ファンを駆動するためにブラシレスモータが多く用いられるようになった。室外ファンは有風時に回転し、その回転方向及び速度は一様ではない。空気調和機の運転開始時に、室外ファンが回転していたとすれば、その制動、停止、位置決めを行ってから起動させることになる。
【０００３】
通常ブラシレスモータは、その回転子の磁極位置を検出するための検出器を必要とする。室外ファンの制動、停止、位置決めにはこの検出器の出力に基づいてその方向及び回転数を検知し、これに応じてステータ巻線の電流を制御していた。しかし、従来の駆動装置にあっては、検出器として３個のホール素子を用いていたため、複雑な制御を余儀なくされ、これがコストを高騰させる一因になっていた。
【０００４】
また、従来の駆動装置は、制動、停止、位置決めに際してステータ巻線に直流電流を流していたが、この方法ではロータを形成する永久磁石が減磁したり、ステータ巻線に電流を流す駆動回路を破壊するような過大電流が流れたりする可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ブラシレスモータによって駆動されるファン等が外的な要因によって回転している場合でも、制動、停止、位置決めのための停止制御が容易な空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置を得るにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、しかも、永久磁石の減磁を抑えての起動を可能にする空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置を得るにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する単一のホール素子と、
複数のスイッチング素子が３相ブリッジ接続され、ブラシレスモータのステータ巻線に対する電流の供給を行うインバータ回路と、
ホール素子の出力信号に基づいてインバータ回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段と、
を備え、制御手段は、ブラシレスモータの起動前に、ホール素子の出力信号に同期させて、正電圧側及び負電圧側のいずれか一方のスイッチング素子の１個をＰＷＭ通電すると共に他方のスイッチング素子の２個をＰＷＭ通電しロータを停止させる直流励磁手段を有する空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置である。
【０００８】
この構成により、ファン等が外的な要因によって回転している場合でも、制御が容易となり、また、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、しかも、永久磁石の減磁を抑えての起動を可能にするという効果が得られる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置において、直流励磁手段は、ホール素子の磁極位置検出信号に基づきロータの回転速度が大きい場合ほど、ＰＷＭ電流波形のデューティを大きくするものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、この構成により、永久磁石の減磁を抑えながら起動前に迅速にロータを停止することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、
ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する単一のホール素子と、
複数のスイッチング素子がブリッジ接続され、ブラシレスモータのステータ巻線に対する電流の供給を行うインバータ回路と、
ホール素子の出力信号に基づいてスイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段と、
を備え、制御手段は、ブラシレスモータの起動前に、インバータ回路の正電圧側の全スイッチング素子及び負電圧側の全スイッチング素子のいずれか一方をオン状態に、他方をオフ状態にするゼロベクトル通電手段による制御と、ホール素子の出力信号に同期させて、正電圧側及び負電圧側のいずれか一方のスイッチング素子の１個をＰＷＭ通電すると共に他方のスイッチング素子の２個をＰＷＭ通電する直流励磁手段とによる制御とを組み合わせてロータを制動、停止させる空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置である。
【００１８】
請求項３の発明によれば、この構成により、ファン等が外的な要因によって回転している場合でも、制動、停止、位置決めのための停止制御が容易となり、また、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、しかも、永久磁石の減磁を抑えての起動を可能にするという効果が得られる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置において、制御手段は、ホール素子の磁極位置検出信号に基づいてロータの回転数を検出し、回転数が所定値より大きいときゼロベクトル通電手段による制御で制動を開始し、回転数が所定値より小さいとき直流励磁手段とによる制御で制動を開始するものである。
【００２０】
請求項４の発明によれば、この構成により、消費電力をできるだけ低く抑えながら、確実に制動、停止、位置決めのための停止制御ができる利点がある。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置において、ホール素子はいずれか１相のステータ巻線の中心より通常の回転方向とは逆の方向に偏芯した位置に設けられ、制御手段は、ホール素子の磁極位置検出タイミングに対して、一定時間遅延させて通電するものである。
【００２２】
請求項５の発明によれば、この構成により、停止時に不要な加速動作を未然に防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図である。
同図において、ブラシレスモータ１は空気調和機の室外ユニットに設けられる室外ファンの駆動モータとして用いられ、このモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータ巻線が星型結線され、さらに、ステータにはホールＩＣ２が設けられている。このうち、ステータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの外部接続導線はインバータ回路３に接続され、ホールＩＣ２の電流供給及び検出信号導線は制御装置１０に接続されている。
【００２６】
インバータ回路３はスイッチング素子としてＦＥＴ（Field Effect Transistor）でなるトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_zが３相ブリッジ接続されている。すなわち、トランジスタＦ_u及びＦ_xの直列接続回路と、トランジスタＦ_v及びＦ_yの直列接続回路と、トランジスタＦ_w及びＦ_zの直列接続回路とが並列接続され、その一端がスイッチ４を介して図示省略の直流電源（ＤＣ２８０Ｖ）の正極に接続され、他端が直流電源の負極に接続されている。これらのトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_zには環流用のダイオードＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_w，Ｄ_x，Ｄ_y，Ｄ_zがそれぞれ逆並列に接続されている。
【００２７】
また、トランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの各ゲートには、ホトカプラでなる駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆が接続されている。
【００２８】
これらの駆動回路の動作電力を供給するために、１次側が交流電源１１に接続されたトランス１２と、このトランス１２の２次側に直列接続されたダイオードＤ₀₁及び平滑用のコンデンサＣ₀₁とでなる半波整流回路を備えている。そして、コンデンサＣ₀₁の正極が直流電源の負電圧側の駆動回路Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆の一端にそれぞれ接続され、コンデンサＣ₀₁の負極が駆動回路Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆の他端にそれぞれ接続されると共に、トランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの各ソース（負電圧側）に接続されている。また、直流電源の正電圧側の駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃にはそれぞれ駆動電力を蓄えるコンデンサＣ₀₂，Ｃ₀₃，Ｃ₀₄が並列接続され、その正極は逆流防止用のダイオードＤ₀₂，Ｄ₀₃，Ｄ₀₄を介して、電流制限用の抵抗Ｒの一端に接続されている。この抵抗Ｒの他端は半波整流回路を構成するコンデンサＣ₀₁の正極に接続されている。また、コンデンサＣ₀₂，Ｃ₀₃，Ｃ₀₄の負極はトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wの各ソースに接続されている。
【００２９】
一方、トランジスタＦ_u及びＦ_x、Ｆ_v及びＦ_y、Ｆ_w及びＦ_zの相互接続点にそれぞれブラシレスモータ１のステータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの各外部接続導線が接続されている。また、ブラシレスモータ１に設けられたホールＩＣ２の信号出力導線が制御装置１０を構成するＭＣＵ（マイクロコンピュータユニット）１００に接続され、このＭＣＵ１００から出力される制御信号Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄，Ｇ₅，Ｇ₆をそれぞれ駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆に加えるように構成されている。
【００３０】
上記のように構成された本実施形態の動作について以下に説明する。
トランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_zが３相ブリッジ接続されたインバータ回路３の直流入力端子間に図示省略の直流電源のＤＣ２８０Ｖの電圧が印加される。ここで、トランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wをインバータ回路の正電圧側のスイッチング素子と称し、トランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zをインバータ回路の負電圧側のスイッチング素子と称することとする。交流電源１１はＡＣ１００Ｖで、トランス１２はこの電圧を例えばＡＣ５Ｖに降圧する。降圧された交流はダイオードＤ₀₁及びコンデンサＣ₀₁でなる半波整流回路によって整流平滑され、得られた直流電圧が負電圧側のスイッチング素子としてのトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zをそれぞれ駆動する駆動回路Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆の両端に印加される。一方、正電圧側のスイッチング素子としてのトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wを駆動する駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃にそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ₀₂，Ｃ₀₃，Ｃ₀₄は負電圧側のスイッチング素子がオン状態になったとき、抵抗Ｒを介して、コンデンサＣ₀₁の両端電圧によって順次に充電（チャージアップ）される。インバータ回路３の起動前であれば、トランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zを一斉にオン状態にすることによって、コンデンサＣ₀₂，Ｃ₀₃，Ｃ₀₄は全て充電される。これによってトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆の動作が可能になる。これらの駆動回路に並列接続されたコンデンサの充電回路はチャージポンプ方式として知られ、例えば、特開平９−３７５８７号公報に記載されているのでその詳しい動作説明を省略するが、少なくとも通常運転時には各スイッチング素子に対する通電パターンによってコンデンサＣ₀₂，Ｃ₀₃，Ｃ₀₄は充電される。
【００３１】
次に、空気調和機の起動前に、風によって回転していた室外ファンは、これを一旦停止させ、位置決めをする必要がある。そのために、ブラシレスモータ１に制動、停止、位置決め動作をさせる停止制御を行う必要がある。
【００３２】
その一つの方法として、ＭＣＵ１００が制御信号Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄，Ｇ₅，Ｇ₆をそれぞれ駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆に加えることによって、図２に示すように、直流電源の正電圧側のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wの全てをオフ状態にしたまま、直流電源の負電圧側のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの全てをオン状態にするか、あるいは、図示を省略するが、直流電源の負電圧側のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの全てをオフ状態にしたまま、直流電源の正電圧側のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wの全てをオン状態にすることによって、発電電流を環流させ、ファンモータの回転を妨げて減速させる方法がある。この方法はステータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの電圧ベクトルが零であることから、本明細書ではこれをゼロベクトル通電パターンによる制動と称する。このゼロベクトル通電パターンによる制動は、外風がある場合に回生エネルギーの消費が継続されるだけで完全停止させ難いが、惰性で回転しているような場合には完全停止させることも可能である。また、直流励磁による制動と比較して電源供給が不要なため、消費電力の低減効果もある。
【００３３】
もう一つの方法として、ＭＣＵ１００が制御信号Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄，Ｇ₅，Ｇ₆をそれぞれ駆動回路Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆に加えることによって、図３に示すように、正電圧側と負電圧側のいずれか一方のスイッチング素子の１個をＰＷＭ通電すると共に他方のスイッチング素子の２個をＰＷＭ通電してＰＷＭ電流をステータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに流し、所定の方向の磁界を発生させてロータを停止させる方法がある。図３は直流電源の正電圧側のトランジスタＦ_u，Ｆ_wをオン状態に、直流電源の負電圧側のトランジスタＦ_yをオン状態にした例である。本明細書ではこれを直流励磁通電パターンによる制動と称する。この直流励磁通電パターンによる制動はＰＷＭ電流を流すため、従来の直流制動と比較して駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、しかも、永久磁石の減磁を抑える効果がある。
【００３４】
図４（ａ）は直流励磁通電パターンによる制動、停止、位置決めの状態を示し、図４（ｂ）はステータ巻線の接続及び通電状態を示したもので、Ｕ相巻線とＶ相巻線にＰＷＭ電流Ｉ_PWMを流す。この電流Ｉ_PWMによって発生する磁界は、同図（ａ）に示す位置に、永久磁石でなるロータを制動、停止させることができる。この実施形態の場合、ホールＩＣ２はロータの回転方向で見て、Ｖ相巻線の中心よりもＵ相巻線に近い方向、すなわち、回転方向とは逆の方向に偏心した位置に設けられ、位置決めされたロータを基準にするとＮ磁極の後端部に対向している。従って、ホールＩＣ２がロータのＮ磁極を検出した直後に電流Ｉ_PWMを流すとロータを加速する位置関係になってしまう。そこで、ＭＣＵ１００はホール素子の磁極位置検出タイミングに対して、一定時間遅延させる必要がある。この一定時間は回転速度により異なり、回転速度が大きくなるに従って短くなる。
【００３５】
ブラシレスモータに制動をかけるこれら二つの方法のうち、ゼロベクトル通電パターンでは消費電力を零に抑えることができ、直流励磁通電パターンは電力を消費するが迅速に制動をかけることができるという特徴がある。従って、有風時の回転数が予め定めた上限を超えた場合には、ゼロベクトル通電パターンでの制動は多大の時間を要し、直流励磁通電パターンでは比較的大きな電流を流さなければならないため、制動、停止、位置決め制御を行わず、所定の回転数以下にてこれらの制御を実行する。この場合、停止制御を行わなくても回転数が大きいので外風により回転した室外ファンにより熱交換器の熱交換作用が得られる。
【００３６】
図５は自然風によってファンが回転しているときに、制動、停止、位置決めのための停止制御を実行する一例を示したタイムチャートである。この場合、ホールＩＣ２はロータのＮ磁極を検出したとき「Ｈ」レベルの信号を出力し、ロータのＳ磁極を検出したとき、「Ｌ」レベルの信号を出力するものとする。従って、ファンが比較的早く回転するとホールＩＣ２は繰返し周期の短い矩形波信号を出力し、制動を加えるに従って繰返し周期は長くなり、図４に示した位置に停止すれば「Ｈ」の信号を出力し続ける。図５は時刻ｔ₀にてゼロベクトル通電パターンによる制動を実行し、所定の回転数に到達し、かつ、ホールＩＣ２が「Ｈ」の信号を出力した時刻ｔ₁にて直流励磁通電パターンによる制動を実行し、その後ホールＩＣ２の出力信号が「Ｌ」レベルの信号を出力したとき再びゼロベクトル通電パターンによる制動を実行し、その後、ホールＩＣ２の出力信号が「Ｈ」レベルを出力し続けたとき、停止及び位置決めが行われたものとして直流励磁通電パターンでの励磁を継続する。
【００３７】
図６は自然風によってファンが回転しているときに、制動、停止、位置決めするための停止制御を実行するもう一つの例を示したタイムチャートである。これは回転数の検出により時刻ｔ₀にて制動、停止、位置決めの制御を実行するが、ホールＩＣ２の出力信号が「Ｌ」レベルのときゼロベクトル通電パターンによる制動を実行し、ホールＩＣ２の出力信号が「Ｈ」レベルのとき直流励磁通電パターンによる制動を実行する動作を繰返して、最終的に停止及び位置決めを行う例を示している。
【００３８】
図７は図５に示した制動、停止、位置決めのための停止制御に対応するＭＣＵ１００の具体的な処理手順を示すフローチャートである。ここで、ステップ101 で運転指令の入力が有るか否かを判定し、運転指令が入力されたと判定した場合にはステップ102 にて、ホールＩＣの出力信号レベルが切替わる回数に応じてファンの回転数を検出し、この回転数が制動処理を実行する上限の回転数Ｎ₁未満か否かを判定する。ここで、回転数Ｎ₁未満であればステップ103 の処理に進み、回転数Ｎ₁以上であれば制動、停止、位置決めの処理を停止する。ステップ103 では検出したファンの回転数が０〜Ｎ₂（＜Ｎ₁）の範囲にあるか否かを判定し、この範囲になければ、すなわち、Ｎ₂以上であればステップ104 以下の処理を実行し、０〜Ｎ₂の範囲にあればステップ117 以下の処理を実行する。
【００３９】
ステップ104 以下の処理では、ファンの回転速度が速いので消費電力を低く抑えるために一定時間だけゼロベクトル通電パターンによる制動処理を実行した後、直流励磁通電パターンによる停止、位置決め制御を実行する。そこで、ステップ104 において、ゼロベクトル通電パターンの制動時間が設定されたタイマ１をスタートさせ、ステップ105 にてゼロベクトル通電パターンでの制動処理を実行し、ステップ106 でタイマ１の設定時間が経過したか否かを判定し、経過するまで時間待ちをする。そして、ステップ107 にてホールＩＣの出力が「Ｈ」レベルであるか否かを判定する。このとき、所定時間以上に亘って「Ｈ」であればファンは停止したものと判断する。そこで、ステップ107 で「Ｈ」レベルと判定されればステップ108 にてタイマ２をスタートさせ、ステップ109 にて再びホールＩＣの出力が「Ｈ」レベルであるか否かを判定し、「Ｈ」レベルを継続しておればステップ110 でタイマ２の設定時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定されれば、ステップ111 でホールＩＣの出力レベルが「Ｈ」を保持する直流励磁１の通電パターンに切替え、ステップ116 にてファンの起動制御を開始する。なお、ステップ109 でホールＩＣの出力レベルが「Ｈ」でないと判定された場合には、ファンは停止していないので後述するステップ117 にて直流励磁１の通電パターンにて制動処理を実行する。
【００４０】
一方、ゼロベクトル通電パターンでの制動処理のみでファンが停止したとき、ホールＩＣの出力レベルは「Ｌ」であることもある。そこで、ステップ107 で「Ｈ」レベルでないと判定されればステップ112 にてタイマ３をスタートさせ、ステップ113にてホールＩＣの出力が「Ｌ」レベルであるか否かを判定し、「Ｌ」レベルを継続しておればステップ116 でタイマ３の設定時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定すれば、ステップ111 でホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」を保持する直流励磁２の通電パターンに切替え、ステップ116 にてファンの起動制御を開始する。なお、ステップ113 でホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」でないと判定された場合には、ファンは停止していないので後述するステップ117 にて直流励磁１の通電パターンにて制動処理を実行する。
【００４１】
ステップ117 の処理はファンが回転数Ｎ₂未満で回転していることを前提としており、ここでホールＩＣの出力を「Ｈ」に保持する直流励磁１の通電パターンによる制動処理を実行する。この場合、回転速度が大きい場合ほど電流Ｉ_PWMのデューティを大きくする。なお、図４（ｂ）に示すようにＵ相巻線とＶ相巻線、及びＷ相巻線とＶ相巻線に電流Ｉ_PWMを流す場合、直流電源の正電圧側のトランジスタＦ_u，Ｆ_wと負電圧側のトランジスタＦ_yのいずれか一方をＰＷＭ制御し、他方をオン状態にするが、トランジスタＦ_uをＰＷＭ制御すれば駆動回路Ｂ₁の駆動電源としてのコンデンサＣ₀₂の電圧降下を抑える点で有利である。そして、ホールＩＣの出力が一定時間「Ｈ」レベルにあるか否かを判定するために、ステップ118 でタイマ４をスタートさせ、ステップ119 にてホールＩＣの出力信号が「Ｌ」に変化しているか否かを判定し、「Ｌ」になっていなければ、すなわち、「Ｈ」の状態であればステップ120 でタイマ４の設定時間が経過したか否かを判定する。経過していなければステップ119 及びステップ120 の処理を繰返し、経過した段階で停止及び位置決めの制御を完了したものとしてステップ121 にてファンの起動制御を開始する。
【００４２】
一方、ステップ119 にてホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」と判定された場合にはその後、さらに、ゼロベクトル通電パターンでの制動、停止制御を実行するべく、ステップ122 でタイマ５をスタートさせ、ステップ123 でゼロベクトル通電パターンでの制動処理を実行する。続いて、ステップ124 でホールＩＣの出力信号が「Ｈ」レベルであるか否かを判定し、「Ｈ」レベルであれば再びステップ117 の処理に戻り、ステップ117 〜ステップ121 の処理を実行してファンの起動制御を開始する。
【００４３】
また、ステップ124 にて「Ｈ」レベルでないと判定した場合にはステップ125 でタイマ５の設定時間が経過したか否かを判定し、経過していなければステップ124 及びステップ125 の処理を繰返し、設定時間が経過すればファンが停止したものとして、ステップ126 でホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」の状態を継続する直流励磁２の通電パターンで位置決め制御を実行した後、ステップ127 にてファンの起動制御を開始する。
【００４４】
以上の説明によって明らかなように、ファンの回転数がＮ₁以上であるとき起動制御を停止し、ファンの回転数がＮ₁未満でＮ₂以上であれば一定時間だけゼロベクトル通電パターンによる制動処理を実行する。このゼロベクトル通電パターンによる制動処理のみで停止したときにホールＩＣの出力レベルが「Ｈ」であれば「Ｈ」レベルを保持する直流励磁１の通電パターンで位置決めをしてファンの起動制御を開始し、ゼロベクトル通電パターンによる制動処理のみで停止したときにホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」であれば「Ｌ」レベルを保持する直流励磁２の通電パターンで位置決めをしてファンの起動制御を開始する。
【００４５】
一方、ファンの回転数がＮ₁未満でＮ₂以上であったときに、ゼロベクトル通電パターンによる制動処理のみでは停止しなかったとき、あるいは、ファンの回転数がＮ₂未満であるときには、直流励磁１の通電パターンで制動処理を実行し、ホールＩＣの出力レベルが一定時間「Ｈ」であればファンの起動制御を開始する。そして、直流励磁１の通電パターンで制動処理を実行してもファン停止に至らない場合は再びゼロベクトル通電パターンによる制動処理を実行し、これによって停止したときにホールＩＣの出力レベルが「Ｌ」であれば「Ｌ」レベルを保持する直流励磁２の通電パターンで位置決めをしてファンの起動制御を開始する。
【００４６】
図８は図７に示した処理手順に従って制動、停止、位置決め、起動制御開始の制御を実行する場合のファンの回転速度の概略変化を示すタイムチャートである。これはファンの回転数がＮ₁より小さく、Ｎ₂おり大きい状態で起動指令が与えられた場合に相当する。すなわち、起動指令が与えられる時刻ｔ₀にてゼロベクトル通電パターンによる制動処理を実行した後、停止に至らなければ直流励磁通電パターンによる制動処理とゼロベクトル通電パターンによる制動処理とを交互に繰返し（期間ａ−１，…，ａ−ｎ）、停止の状態が一定時間（停止期間ｂ）経過した段階で位置決め処理（期間ｃ）を実行し、その後に起動制御（期間ｄ）を行うことを示している。
【００４７】
図９は直流励磁通電パターンとゼロベクトル通電パターンの種類を示したもので、インバータを構成する直流電源の正電圧側の３相分（上３相）のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wのうちの１個をＰＷＭ制御し、負電圧側の３相分（下３相）のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zのうちの２個をＰＷＭ制御するパターンを（Ａ）、正電圧側の３相分のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wのうちの２個をＰＷＭ制御し、負電圧側の３相分のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zのうちの１個をＰＷＭ制御するパターンを（Ｂ）とし、直流電源の正電圧側の３相分のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wの全てをオン状態とし、負電圧側の３相分のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの全てをオフ状態にするパターンを（Ｃ）、直流電源の正電圧側の３相分のトランジスタＦ_u，Ｆ_v，Ｆ_wの全てをオフ状態とし、負電圧側の３相分のトランジスタＦ_x，Ｆ_y，Ｆ_zの全てをオン状態にするパターンを（Ｄ）とする。
【００４８】
図７のフローチャートを用いて説明した制動、停止、位置決め、起動の制御は、図９に示した通電パターン（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）で表現すると、図１０の実施例１，２，３，４，５，６のいずれかの組み合わせで実行される。
【００４９】
上記実施形態では、図４に示したように、ステータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線の巻始めを共通接続し、巻終りを外部に導出する構成になっている。また、ホールＩＣ２は電流を供給する導線と、磁界に応じた電圧信号を出力する導線とが必要である。この実施形態はステータ巻線と、ホールＩＣ２の電流供給及び信号出力導線とを外部に接続するために一つのコネクタ５を共用するようにしている。これによって、構成の簡易化が図られる利点がある。
【００５０】
なお、上記実施形態では空気調和機の室外ファンを対象として説明したが、外的要因によって、起動時に自由回転している殆どのブラシレスモータに本発明を適用することができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、ステータのＵ相巻線とＶ相巻線とに電流を流す直流励磁通電パターンで説明したが、ホールＩＣ２が所定の磁極位置検出信号を出力する毎に通電相を切り換えるようにすれば、駆動回路及びモータに過度の負担をかける事態を未然に防止することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明に係る空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置によれば、有風時のファン等が外的な要因によって回転している場合でも、制動、停止のための制御が容易化され、また、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、しかも、永久磁石の減磁を抑えての起動を可能にするという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。
【図２】本発明の一実施形態の動作を説明するための、ゼロベクトル通電パターンの説明図。
【図３】本発明の一実施形態の動作を説明するための、直流励磁通電パターンの説明図。
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するために、ブラシレスモータのロータの位置決め位置及びステータ巻線に対する通電状態を示した説明図。
【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するために、制動、停止、位置決めの制御の一例を示したタイムチャート。
【図６】本発明の一実施形態の動作を説明するために、制動、停止、位置決めの制御の他の例を示したタイムチャート。
【図７】本発明の一実施形態を構成するＭＣＵの具体的処理手順を示したフローチャート。
【図８】本発明の一実施形態の動作を説明するために、制動、停止、位置決めの制御の一例を示したタイムチャート。
【図９】本発明の一実施形態の制御に用いる通電パターンを示した図表。
【図１０】本発明の一実施形態の制御に用いる通電パターンの組み合わせ例を示した図表。
【符号の説明】
１ブラシレスモータ
２ホールＩＣ
３インバータ回路
４スイッチ
５コネクタ
１０制御装置
１１交流電源
１２トランス
１００ＭＣＵ
Ｆ_u，Ｆ_v，Ｆ_w，Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_z トランジスタ（ＦＥＴ）
Ｂ₁〜Ｂ₆ 駆動回路
Ｃ₀₁〜Ｃ₀₄ コンデンサ
Ｄ_u，Ｄ_v，Ｄ_w，Ｄ_x，Ｄ_y，Ｄ_z Ｄ₀₁〜Ｄ₀₄ ダイオード

Claims

ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する単一のホール素子と、
複数のスイッチング素子が３相ブリッジ接続され、前記ブラシレスモータのステータ巻線に対する電流の供給を行うインバータ回路と、
前記ホール素子の出力信号に基づいて前記インバータ回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段と、
を備え、前記制御手段は、前記ブラシレスモータの起動前に、前記ホール素子の出力信号に同期させて、正電圧側及び負電圧側のいずれか一方のスイッチング素子の１個をＰＷＭ通電すると共に他方のスイッチング素子の２個をＰＷＭ通電しロータを停止させる直流励磁手段を有する空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置。
前記直流励磁手段は、前記ホール素子の磁極位置検出信号に基づきロータの回転速度が大きい場合ほど、ＰＷＭ電流波形のデューティを大きくする請求項１に記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置。
ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する単一のホール素子と、
複数のスイッチング素子がブリッジ接続され、前記ブラシレスモータのステータ巻線に対する電流の供給を行うインバータ回路と、
前記ホール素子の出力信号に基づいて前記スイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段と、
を備え、前記制御手段は、前記ブラシレスモータの起動前に、前記インバータ回路の正電圧側の全スイッチング素子及び負電圧側の全スイッチング素子のいずれか一方をオン状態に、他方をオフ状態にするゼロベクトル通電手段による制御と、前記ホール素子の出力信号に同期させて、正電圧側及び負電圧側のいずれか一方のスイッチング素子の１個をＰＷＭ通電すると共に他方のスイッチング素子の２個をＰＷＭ通電する直流励磁手段とによる制御とを組み合わせてロータを制動、停止させる空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置。
前記制御手段は、前記ホール素子の磁極位置検出信号に基づいてロータの回転数を検出し、回転数が所定値より大きいとき前記ゼロベクトル通電手段による制御で制動を開始し、回転数が所定値より小さいとき前記直流励磁手段による制御で制動を開始する請求項３に記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置。
前記ホール素子はいずれか１相のステータ巻線の中心より通常の回転方向とは逆の方向に偏心した位置に設けられ、前記直流励磁手段は、前記ホール素子の磁極位置検出タイミングに対して、一定時間遅延させて通電する請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和機の室外ファン用ブラシレスモータの駆動装置。