JP4123908B2 - Ｄｃブラシレスモータの並列駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを駆動するための並列駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
互いに並列接続された複数台のブラシレスモータを１つの駆動回路によって駆動する従来技術として、後述する特許文献１に記載されたブラシレスモータの駆動回路が知られている。
この駆動回路は、ブラシレスモータの数に応じて分周された所定の分周期信号を基準信号とし、この基準信号により位置検出信号を順次切り替えて駆動ドライバに出力すると共に、駆動ドライバでは、位置検出信号に応じた駆動信号により複数台のブラシレスモータを運転するものである。
【０００３】
しかるに、上記駆動回路では、位置検出信号を切り替えるタイミングが位置検出信号と完全には同期していないため、この位置検出信号を切り替えた瞬間にモータに印加される電圧の位相が急変して動作が不安定になり易い。
また、この従来技術では、一般に位置検出信号の周期よりも長い周期の基準信号によって切り替えを行うため、位置検出信号が使用されていないモータは、その間、位置検出信号に関係なく運転されるので、動作が不安定になり易いという問題があった。
【０００４】
このため、本出願人は、駆動の安定化を主目的としたＤＣブラシレスモータの並列駆動回路を特願２００１−２２２４１２（本出願時点で出願公開されておらず、以下では、先願という）として出願している。以下、この先願発明について説明する。
【０００５】
図１７は先願発明に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。 図１７において、直流電源Ｅには半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路が接続されている。この三相ブリッジ回路の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには同一構成のＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢが並列に接続されており、それぞれに設けられたホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ位置検出回路２１，２２に接続されている。
【０００６】
ロータ位置検出回路２１，２２から出力される各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は信号選択回路４０に入力され、どちらのモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路４０からは、選択したモータのロータ位置検出信号に応じてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路３０に対する制御信号が出力される。
なお、図１７において、１１はステータ、１２はロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１の各相コイルである。
【０００７】
信号選択回路４０は、図１８に示すようにモータＭＡのロータ位置検出信号が入力されるＸＯＲ（排他的論理和）ゲートＩＣ１，ＩＣ２と、ＸＯＲゲートＩＣ２の出力側に接続されたＮＡＮＤゲートＩＣ３〜ＩＣ７と、モータＭＢのロータ位置検出信号が入力されるＮＡＮＤゲートＩＣ８〜ＩＣ１０と、プルアップ抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、コンデンサＣ１と、ＮＡＮＤゲートＩＣ５〜ＩＣ１０の出力側のダイオードＤ１〜Ｄ７と、出力側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３とから構成されている。
この信号選択回路４０は、図１９に示すようなモータＭＡ，ＭＢの各相のロータ位置検出信号が入力された際に、スイッチング信号発生回路３０に対してモータＭＡ，ＭＢの１相または２相のスイッチング素子を駆動させるための制御信号をトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３から出力するように動作する。
【０００８】
以下、図１７の先願発明の動作を、図１８、図１９を参照しつつ詳述する。
いま、モータＭＡ，ＭＢが同期して同一速度で運転されているとすると、それぞれのロータ位置検出信号は図１９のように同期して出力されている。なお、図１９では、モータＭＡに関する信号をＡ、モータＭＢに関する信号をＢで示している。
ここで、図１９に示した各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は、図１７におけるホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの出力信号と実質的に等しい。
【０００９】
両方のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて運転するためには、図１９のロータ回転角（空間角）が０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°のタイミングで位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路３０から出力されるスイッチング信号を変化させる必要がある。
【００１０】
一方、図１９における回転角が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°の間は、各モータＭＡ，ＭＢともにロータ位置検出信号に変化がなく、一定の状態を保っている（例えば、０°〜６０°の間はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号としてＵ相及びＷ相の信号が検出される状態が続き、６０°〜１２０°の間はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号としてＵ相のみの信号が検出される状態が続く）。
【００１１】
従って、上述したようにロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている間に、モータＭＡ，ＭＢ間でロータ位置検出信号を切り替えても何ら悪影響はない。
例えば、モータＭＡのロータ位置検出信号を用いてモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号（モータＭＡ，ＭＢは並列に接続されているので、モータＭＢを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力している時に、他方のモータＭＢのロータ位置検出信号に切り替えてモータＭＢを駆動するためのスイッチング信号（同じくモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力するようにしても、この切替がロータ位置検出信号に変化がない期間に行われるのであれば、切り替えた瞬間にモータの印加電圧が急変する心配はない。また、ロータ位置検出信号の周期よりも短い周期で駆動を切り替えるようにすれば、動作が不安定になるおそれも少ない。
【００１２】
このため、この先願に係る発明では、角度が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択するようにし、この選択したロータ位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させている。
【００１３】
つまり、図１９に示す如く、例えば３３０°〜３０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
【００１４】
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００１５】
図１９では、説明の便宜上、角度が３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°でモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号を切り替えているが、切替角度はこれらの値に限られるものではなく、前述したように０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間であって、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号に変化がない角度で切り替えれば同様の効果を得ることができる。
【００１６】
なお、図１８に示した信号選択回路４０の動作を確認すると、例えば図１９の３０°〜６０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，１）で表し、これらが図１８のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号として入力されているとすると、図１８の論理回路によって出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，１）であり、次の６０°〜９０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，０）とすると、出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，０）となり、図１９の３０°〜９０°の期間における信号選択回路の出力（制御信号）の変化と一致していることが判る。
以上のような動作により、２台のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することを可能にしている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２６２０８２号公報（請求項１、図１〜図３等）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願発明では、駆動回路の構成が概して複雑であるためコストを上昇させる原因となっていた。
また、２台のモータのロータ位置が非同一（非同期）の状態から運転を開始して急激に速度を上げると、同期に引き込むまでに大きな循環電流が不規則に流れて不安定になり、騒音を発生したり、場合によっては同期に至らないこともあった。
加えて、同期引き込み時には、モータに接続されている負荷の大小や回転数の大小に関係なくモータに一定時間、直流電流を流す必要があると共に低速で一定時間運転する必要があるが、これらの時間（同期引き込み時間）の管理が煩雑であるため、その自動化が望まれていた。
【００１９】
そこで本発明は、複数台のＤＣブラシレスモータの同期引き込みを確実に行うと共に、設定速度までの安定した加減速を可能とし、更に、同期引き込み時間の自動化、回路構成の簡略化によるコストの低減等を可能にしたＤＣブラシレスモータの並列駆動方法を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から各相ごとに論理和または論理積を検出して制御用ロータ位置検出信号を作成し、これらの制御用ロータ位置検出信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、
モータの始動時には、前記駆動回路の出力電圧位相角と、前記制御用ロータ位置検出信号に基づくロータ位相角との差である負荷角が所定の設定値以下になるまでモータのコイルに直流電流を流し、前記負荷角が前記設定値以下になったときに複数台のモータの同期引き込みが完了したと判断してモータを加速するものである。
【００２１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記負荷角に比例させて前記直流電流の指令値を可変制御するものである。
【００２２】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記駆動回路の出力電圧位相角の制限値を出力周波数に応じて変化させながら前記モータを加速するものである。
【００２３】
請求項４に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する補償電圧を、前記モータの起電圧から求めた出力電圧に加算して前記駆動回路の出力電圧指令を作成するものである。
【００２４】
請求項５に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する微調整時間を、負荷特性から求めた負荷加減速時間に加算して前記モータの加減速時間を求めるものである。
【００２５】
請求項６に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記モータを低速域で一定時間、等速運転し、その後、設定速度まで加速するものである。
【００２６】
請求項７に記載した発明は、請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に前記駆動回路の出力電圧を一定時間遮断し、その後、請求項１に記載した同期引き込み処理を再度実行するリトライ機能を備えたものである。
【００２７】
請求項８に記載した発明は、請求項７に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記リトライ機能の実行回数をリトライ回数として任意に設定可能とし、前記リトライ回数を超えた場合に異常信号を外部へ出力するものである。
【００２８】
請求項９に記載した発明は、請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に加速を停止して等速制御に切り換え、前記異常時が一定時間以上継続した時には異常信号を外部へ出力すると共に、前記異常時が一定時間内に解消した時には再度、加速運転するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、図１７の信号選択回路４０に相当する本実施形態の信号選択回路を示している。
図１において、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＣＭはモータＭＡのロータ位置検出信号であり、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡはそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の検出信号、ＣＭはコモンを示している。これらのロータ位置検出信号ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＣＭは、図１７において信号選択回路４０に入力されているロータ位置検出信号（ＭＡ）、すなわち図１８，図１９に記載されたモータＭＡロータ位置検出信号に相当する。
【００３１】
同様にして、ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ，ＣＭはモータＭＢのロータ位置検出信号であり、ＵＢ，ＶＢ，ＷＢはそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の検出信号、ＣＭはコモンを示している。これらのロータ位置検出信号ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ，ＣＭは、図１７において信号選択回路４０に入力されているロータ位置検出信号（ＭＢ）、すなわち図１８，図１９に記載されたモータＭＢロータ位置検出信号に相当する。
【００３２】
また、図１において、４１はＵ相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢの論理和、Ｖ相のロータ位置検出信号ＶＡ，ＶＢの論理和、Ｗ相のロータ位置検出信号ＷＡ，ＷＢの論理和を求めるＯＲ回路であり、ＯＲ回路４１の各相出力端子は、それぞれダイオード４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ、抵抗４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ及び抵抗４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗを介して電源（＋２４Ｖ）に接続されている。
抵抗４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗの各両端には、フォトカプラ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ内の発光素子がそれぞれ接続され、フォトカプラ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ内の受光素子の各両端にはコンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗが接続されている。
【００３３】
コンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗの各一端は、プルアップ抵抗４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗをそれぞれ介して電源（＋５Ｖ）に接続されていると共に、各相の制御用ロータ位置検出信号を出力する出力端子４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗにそれぞれ接続されている。
また、コンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗの各他端は、一括して接地端子（５Ｇ）に接続されている。
【００３４】
次に、図２は、始動時において、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期している（各ロータが同じ位置で停止している）場合のＵ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢを、ＯＲ回路４１の出力と共に示したものである。ここで、ＯＲ回路４１の出力は、図１において出力端子４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗから出力される各相の制御用ロータ位置検出信号に等しい。
この場合、各相の制御用ロータ位置検出信号（ＯＲ回路出力）は１２０°ずつずれており、かつ、それぞれ１８０°ずつ継続しているため、図１７のスイッチング信号発生回路３０は２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していると判断し、速やかに加速する。
【００３５】
図３，図４は、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、モータＭＡに対してモータＭＢが４５°遅れている状態（図３）、モータＭＡに対してモータＭＢが７５°遅れている状態（図４）をそれぞれ示している。
これらの場合にも各相の制御用ロータ位置検出信号（ＯＲ回路出力）は１２０°ずつずれているが、それぞれ１８０°以上継続しているため、スイッチング信号発生回路３０では２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断する。
【００３６】
また、図５〜図７は、図１におけるＯＲ回路４１の代わりにＡＮＤ回路（図示せず）を用い、２台のモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢの論理積、Ｖ相のロータ位置検出信号ＶＡ，ＶＢの論理積、Ｗ相のロータ位置検出信号ＷＡ，ＷＢの論理積を求めた場合の、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢを、ＡＮＤ回路の出力と共に示したものである。
なお、図５はモータＭＡ，ＭＢが同期している場合、図６はモータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、モータＭＡに対してモータＭＢが４５°遅れている状態、図７はモータＭＡに対してモータＭＢが７５°遅れている状態をそれぞれ示している。
このようにＯＲ回路４１の代わりにＡＮＤ回路を用いた場合も、各相の制御用ロータ位置検出信号（ＡＮＤ回路出力）から同期、非同期を判断することができる。
【００３７】
次に、図３，図４，図６，図７のように２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していない場合の同期引き込み条件について、図８を参照しつつ説明する。図８において、実線の矢印は図１における２台のモータＭＡ，ＭＢのある相（例えばＵ相）のロータ位置検出信号の論理和または論理積出力（制御用ロータ位置検出信号）、一点鎖線の矢印はモータＭＡのＵ相のロータ位置、破線の矢印はモータＭＢのＵ相のロータ位置を示す。
【００３８】
まず、図８（ａ）に示すように、両モータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、各々のロータ位置が異なる場合、スイッチング信号発生回路からのスイッチング信号により、図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をオンさせてステータのコイルに直流電流を流し、図８（ｂ）に示すように例えばＵ相の出力電圧の位相角を任意の値に制御する。ここで、出力電圧位相角を中心とした一定の角度範囲（斜線部）を負荷角設定範囲とする。
【００３９】
このようにコイルに直流電流を流すことにより、モータＭＡ，ＭＢは各ロータ位置が出力電圧位相角に一致するように移動し、図８（ｃ）の如く各ロータ位置が負荷角設定範囲に入れば２台のモータＭＡ，ＭＢが同期したと判断して加速モードに移行する。
また、図８（ｄ）のように、何れか一方でもロータ位置が負荷角設定範囲外にあり、制御用ロータ位置検出信号の位相角が負荷角設定範囲に入らなければ、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断し、コイルに直流電流を流し続ける。
【００４０】
ここで、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないためコイルに直流電流を流す場合の直流電流の大きさについて、図９を参照しつつ説明する。
出力電圧位相角と、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置の論理和または論理積出力位相角（ロータ位相角という）との差（負荷角）は、モータの発生トルクとほぼ比例関係にあるため、負荷角に比例させて直流電流指令値を可変制御することにより、同期引き込み時に必要なトルクを最適に制御することができ、同期引き込みに要する時間を最短にすることが可能である。
【００４１】
すなわち、図９（ａ）は上記負荷角が大きい場合であり、この場合には直流電流指令値を大きくする。また、図９（ｂ）は上記負荷角が小さい場合であり、この場合には直流電流指令値を小さくする。
これらの直流電流指令値の制御は、スイッチング信号発生回路により実行される。
【００４２】
図１０は、上述した同期引き込みの手順を示すフローチャートである。
まず、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断される場合には、任意の出力電圧位相角を出力する（Ｓ１）。次に、図１により検出した制御用ロータ位置検出信号の位相角すなわちロータ位相角と、前記出力電圧位相角とから負荷角を求めると共に（Ｓ２）、前記ロータ位相角が、負荷角と正負の設定値とによって規定される負荷角設定範囲内に存在するか否かを判断し（Ｓ３）、負荷角設定範囲外であれば図９の方法によって直流電流指令値を制御することによりコイルへの出力電流を制御する（Ｓ４）。
また、ロータ位相角が、負荷角設定範囲内であれば、同期引き込みが完了したと判断し（Ｓ５）、加速モードへ移行する。
【００４３】
なお、負荷角が大き過ぎると２台のモータの同期状態を維持しにくくなる。特に、加速時のように出力周波数が低い低速領域では、大きな起動トルクが必要になって負荷角が大きくなる傾向にあることから、出力周波数が低い場合には、出力電圧位相角が進み過ぎない（負荷角が大きくなり過ぎない）ように、出力電圧位相角をリミッタにより制限することが有効である。
図１１及び図１２はこの出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図であり、出力周波数が小さい場合（例えば図１１のｆａ）には出力電圧位相角を下限値近くに制限し、出力周波数が大きい場合（例えば図１１のｆｂ）には出力電圧位相角を上限値にて制限するようにした。
これにより、負荷角が大きくなり過ぎて脱調限界を超えるのを防ぐことができ、安定した加速トルクを得ることができる。
【００４４】
次いで、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の駆動方法を図１３〜図１６を参照しつつ説明する。
同期引き込み後に２台のモータを加速しながら並列運転する場合、２台のモータを脱調させない方法として、例えば図１３に示す方法がある。
【００４５】
まず、モータの逆起電圧から所定周波数に対するモータ出力電圧のパターン（Ｖ／ｆパターン）を予め定めておき、同期引き込み後の加速時におけるモータの出力周波数に対応するモータ出力電圧をＶ／ｆ出力電圧として保存しておく（Ｓ１１）。次に、出力電圧位相角及び前記ロータ位相角から負荷角を求めると共に（Ｓ１２）、負荷角がモータ発生トルクとほぼ比例関係にあることに着目して、負荷角に比例した出力電圧を補償電圧として算出する（Ｓ１３）。次いで、この補償電圧を前記Ｖ／ｆ出力電圧に加算することにより、出力電圧を得る（Ｓ１４）。この出力電圧を指令としてスイッチング信号発生回路３０に与えることにより、加速時に自動トルク補償を行わせることができる。
【００４６】
次に、図１４に示す駆動方法は、負荷に応じて予め定めた負荷加減速時間に対し、負荷角から求めた微調整時間を加算して最適な加減速時間を求める方法である。
すなわち、負荷特性から求めた加減速時間を負荷加減速時間として予め設定して保存しておく（Ｓ２１）。次いで負荷角を求め（Ｓ２２）、この負荷角に比例した加減速時間を算出してこれを微調整時間とする（Ｓ２３）。次に、この微調整時間を前記負荷加減速時間に加算して最終的な加減速時間を求める（Ｓ２４）。この加減速時間に従って加速または減速運転することにより、負荷角に比例して加減速時間を自動的に調整することができる。
【００４７】
また、図１５に示す駆動方法は、同期引き込み後の低速時において一定時間、等速運転し、その後、設定速度まで加速する方法であり、同期引き込み後に定周期割り込み処理として実行される。
まず、停止指令の有無を判断し（Ｓ３１）、停止指令がある場合には等速運転タイマ値をゼロとして減速モードへ移行する（Ｓ３４２，Ｓ３７２）。
【００４８】
停止指令がない場合には、加速中であって出力周波数が所定の低速ポイントにあるか否かを判断する（Ｓ３２）。両者が否定される場合には、等速運転タイマ値をゼロとして加速モードへ移行する（Ｓ３４３，Ｓ３７３）。
加速中であって出力周波数が所定の低速ポイントにある場合、等速運転タイマ値がゼロであるか否か判断し（Ｓ３３）、ゼロであれば等速運転タイマ値を所定の値（等速運転時間に相当）にセットして（Ｓ３４１）、その後、タイマ値を逐次デクリメントしていく（Ｓ３５）。なお、ステップＳ３３において等速運転タイマ値がゼロでない場合には、直接、ステップＳ３５へジャンプする。
【００４９】
ステップＳ３５において等速運転タイマ値をインクリメントする都度、等速運転タイマ値がゼロになったか否かを判断し（Ｓ３６）、ゼロになるまで等速モードを継続し（Ｓ３７１）、ゼロになったら加速モードへ移行する（Ｓ３７３）。
このような処理により、等速運転タイマ値により設定される一定時間の低速運転によって同期運転を確立させ、その後、安定した状態で加速運転に移行させることができる。
【００５０】
図１６は、同期引き込みが成功しなかった場合、または、一旦同期運転に入った後で脱調の危険性が高くなった場合に、図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をすべてオフさせて駆動回路の出力電圧（コイルＣＵ，ＣＶ、ＣＷへの供給電圧）を遮断し、その後、同期引き込み処理から再度、実行するリトライ機能を備えた駆動方法である。
【００５１】
まず、運転指令のオンにより直流制動を開始する（Ｓ４１，Ｓ４２）。ここで、直流制動とは、前述したように図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をオンさせて駆動回路からステータのコイルに直流電流を流すことを言う。
その後、２台のモータが同期しているか否かを判断し（Ｓ４３）、同期していなければ直流制動の設定時間を過ぎた時点でタイムアウトと判定して再度、ステップＳ４１に戻る（Ｓ４５）。タイムアウトに達しない場合には、後述するステップＳ４７へ移行する。
【００５２】
２台のモータが同期している場合には、自動加速を開始し（Ｓ４４）、前述した図１３〜図１５の駆動方法に移行する。
このとき、ＯＲ回路４１の出力信号（制御用ロータ位置検出信号）の論理レベルが図４に示す如く全相とも「High」レベル、または、ＡＮＤ回路（図示せず）の出力信号（制御用ロータ位置検出信号）の論理レベルが図７に示す如く全相とも「Low」レベルであったとすると、このことは、負荷角の絶対値が６０°≦｜負荷角｜＜１２０°の状態にあって、これ以上加速すると脱調の危険性があるという異常事態を意味している。
【００５３】
そこで、図１６の駆動方法では、ステップＳ４６において、上記異常事態が発生したときにリトライ制御側へ移行するようにした。
すなわち、リトライの回数を予め設定しておき、リトライ回数が設定回数未満の場合には、図１７の駆動回路の出力電圧を遮断し（Ｓ４９）、その後、出力遮断状態が予め設定された時間を経過してタイムオーバーとなったら（Ｓ５０）ステップＳ４１に戻って再度、同期引き込み処理からリトライする。
また、リトライ回数が設定回数に達したら（あるいは、最初のリトライ後に一定時間を経過しても上記異常事態が解消しない場合には）、出力電圧を遮断すると共に、断線等の異常事態が発生していると判断して異常信号（アラーム）を出力する（Ｓ４８）。
【００５４】
なお、ステップＳ４６の判断が否定される場合には、モータが停止中か否かを判断し（Ｓ５１）、停止していれば同期引き込み処理を行い（Ｓ４１以降）、停止していなければステップＳ４６の判断を繰り返し行う。
ここで、リトライ制御の結果、ステップＳ４６において上記異常事態が解消した時は、正常な制御用ロータ位置検出信号が出力されているので、その信号に基づいてモータを再度加速すればよい。
また、ステップＳ４６においてＯＲ回路４１（ＡＮＤ回路）の出力信号が全相とも「High」（Low）レベルである場合には、加速を一旦停止して前回の正常な制御用ロータ位置検出信号に基づいて等速制御に切り換えても良い。
【００５５】
上記実施形態では２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数台のＤＣブラシレスモータから検出した各相ごとのロータ位置検出信号の論理和または論理積に基づいて、比較的簡単な回路構成により、各モータを並列駆動することができる。
また、同期引き込みの正確な判断や同期引き込み時間の自動化が可能であり、複数台のモータを脱調させることなく低速での等速運転や所定速度までの加減速運転を確実に行うことができる。
総じて、本発明によれば、低騒音で安定した運転が要求される複数台のファンやポンプ等の並列駆動装置を低コストにて提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における信号選択回路の構成図である。
【図２】本発明の実施形態において、２台のモータが同期している場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態において、２台のモータが同期している場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施形態における同期引き込み条件の説明図である。
【図９】本発明の実施形態における直流電流指令値の決定方法の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態における同期引き込みの手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態における出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態における出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図である。
【図１３】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１７】先願に係る駆動回路の回路図である。
【図１８】図１７における信号選択回路の構成を示す回路図である。
【図１９】図１７の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ｅ：直流電源
Ｔ１〜Ｔ６：スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ：出力端子
ＭＡ，ＭＢ：ＤＣブラシレスモータ
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ：コイル
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ：ホール素子
１１：ステータ
１２：ロータ
２１，２２：ロータ位置検出回路
３０：スイッチング信号発生回路
４０：信号選択回路
４１：ＯＲ回路
４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ：ダイオード
４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗ：抵抗
４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ：フォトカプラ
４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ：コンデンサ
４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗ：プルアップ抵抗
４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗ：出力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを駆動するための並列駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
互いに並列接続された複数台のブラシレスモータを１つの駆動回路によって駆動する従来技術として、後述する特許文献１に記載されたブラシレスモータの駆動回路が知られている。
この駆動回路は、ブラシレスモータの数に応じて分周された所定の分周期信号を基準信号とし、この基準信号により位置検出信号を順次切り替えて駆動ドライバに出力すると共に、駆動ドライバでは、位置検出信号に応じた駆動信号により複数台のブラシレスモータを運転するものである。
【０００３】
しかるに、上記駆動回路では、位置検出信号を切り替えるタイミングが位置検出信号と完全には同期していないため、この位置検出信号を切り替えた瞬間にモータに印加される電圧の位相が急変して動作が不安定になり易い。
また、この従来技術では、一般に位置検出信号の周期よりも長い周期の基準信号によって切り替えを行うため、位置検出信号が使用されていないモータは、その間、位置検出信号に関係なく運転されるので、動作が不安定になり易いという問題があった。
【０００４】
このため、本出願人は、駆動の安定化を主目的としたＤＣブラシレスモータの並列駆動回路を特願２００１−２２２４１２（本出願時点で出願公開されておらず、以下では、先願という）として出願している。以下、この先願発明について説明する。
【０００５】
図１７は先願発明に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。 図１７において、直流電源Ｅには半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路が接続されている。この三相ブリッジ回路の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには同一構成のＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢが並列に接続されており、それぞれに設けられたホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ位置検出回路２１，２２に接続されている。
【０００６】
ロータ位置検出回路２１，２２から出力される各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は信号選択回路４０に入力され、どちらのモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路４０からは、選択したモータのロータ位置検出信号に応じてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路３０に対する制御信号が出力される。
なお、図１７において、１１はステータ、１２はロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１の各相コイルである。
【０００７】
信号選択回路４０は、図１８に示すようにモータＭＡのロータ位置検出信号が入力されるＸＯＲ（排他的論理和）ゲートＩＣ１，ＩＣ２と、ＸＯＲゲートＩＣ２の出力側に接続されたＮＡＮＤゲートＩＣ３〜ＩＣ７と、モータＭＢのロータ位置検出信号が入力されるＮＡＮＤゲートＩＣ８〜ＩＣ１０と、プルアップ抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、コンデンサＣ１と、ＮＡＮＤゲートＩＣ５〜ＩＣ１０の出力側のダイオードＤ１〜Ｄ７と、出力側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３とから構成されている。
この信号選択回路４０は、図１９に示すようなモータＭＡ，ＭＢの各相のロータ位置検出信号が入力された際に、スイッチング信号発生回路３０に対してモータＭＡ，ＭＢの１相または２相のスイッチング素子を駆動させるための制御信号をトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３から出力するように動作する。
【０００８】
以下、図１７の先願発明の動作を、図１８、図１９を参照しつつ詳述する。
いま、モータＭＡ，ＭＢが同期して同一速度で運転されているとすると、それぞれのロータ位置検出信号は図１９のように同期して出力されている。なお、図１９では、モータＭＡに関する信号をＡ、モータＭＢに関する信号をＢで示している。
ここで、図１９に示した各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は、図１７におけるホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの出力信号と実質的に等しい。
【０００９】
両方のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて運転するためには、図１９のロータ回転角（空間角）が０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，３００°のタイミングで位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路３０から出力されるスイッチング信号を変化させる必要がある。
【００１０】
一方、図１９における回転角が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°の間は、各モータＭＡ，ＭＢともにロータ位置検出信号に変化がなく、一定の状態を保っている（例えば、０°〜６０°の間はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号としてＵ相及びＷ相の信号が検出される状態が続き、６０°〜１２０°の間はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号としてＵ相のみの信号が検出される状態が続く）。
【００１１】
従って、上述したようにロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている間に、モータＭＡ，ＭＢ間でロータ位置検出信号を切り替えても何ら悪影響はない。
例えば、モータＭＡのロータ位置検出信号を用いてモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号（モータＭＡ，ＭＢは並列に接続されているので、モータＭＢを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力している時に、他方のモータＭＢのロータ位置検出信号に切り替えてモータＭＢを駆動するためのスイッチング信号（同じくモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力するようにしても、この切替がロータ位置検出信号に変化がない期間に行われるのであれば、切り替えた瞬間にモータの印加電圧が急変する心配はない。また、ロータ位置検出信号の周期よりも短い周期で駆動を切り替えるようにすれば、動作が不安定になるおそれも少ない。
【００１２】
このため、この先願に係る発明では、角度が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択するようにし、この選択したロータ位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させている。
【００１３】
つまり、図１９に示す如く、例えば３３０°〜３０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
【００１４】
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００１５】
図１９では、説明の便宜上、角度が３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°でモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号を切り替えているが、切替角度はこれらの値に限られるものではなく、前述したように０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間であって、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号に変化がない角度で切り替えれば同様の効果を得ることができる。
【００１６】
なお、図１８に示した信号選択回路４０の動作を確認すると、例えば図１９の３０°〜６０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，１）で表し、これらが図１８のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号として入力されているとすると、図１８の論理回路によって出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，１）であり、次の６０°〜９０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，０）とすると、出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，０）となり、図１９の３０°〜９０°の期間における信号選択回路の出力（制御信号）の変化と一致していることが判る。
以上のような動作により、２台のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することを可能にしている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２６２０８２号公報（請求項１、図１〜図３等）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願発明では、駆動回路の構成が概して複雑であるためコストを上昇させる原因となっていた。
また、２台のモータのロータ位置が非同一（非同期）の状態から運転を開始して急激に速度を上げると、同期に引き込むまでに大きな循環電流が不規則に流れて不安定になり、騒音を発生したり、場合によっては同期に至らないこともあった。
加えて、同期引き込み時には、モータに接続されている負荷の大小や回転数の大小に関係なくモータに一定時間、直流電流を流す必要があると共に低速で一定時間運転する必要があるが、これらの時間（同期引き込み時間）の管理が煩雑であるため、その自動化が望まれていた。
【００１９】
そこで本発明は、複数台のＤＣブラシレスモータの同期引き込みを確実に行うと共に、設定速度までの安定した加減速を可能とし、更に、同期引き込み時間の自動化、回路構成の簡略化によるコストの低減等を可能にしたＤＣブラシレスモータの並列駆動方法を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から各相ごとに論理和または論理積を検出して制御用ロータ位置検出信号を作成し、これらの制御用ロータ位置検出信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、
モータの始動時には、前記駆動回路の出力電圧位相角と、前記制御用ロータ位置検出信号に基づくロータ位相角との差である負荷角が所定の設定値以下になるまでモータのコイルに直流電流を流し、前記負荷角が前記設定値以下になったときに複数台のモータの同期引き込みが完了したと判断してモータを加速するものである。
【００２１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記負荷角に比例させて前記直流電流の指令値を可変制御するものである。
【００２２】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記駆動回路の出力電圧位相角の制限値を出力周波数に応じて変化させながら前記モータを加速するものである。
【００２３】
請求項４に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する補償電圧を、前記モータの起電圧から求めた出力電圧に加算して前記駆動回路の出力電圧指令を作成するものである。
【００２４】
請求項５に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する微調整時間を、負荷特性から求めた負荷加減速時間に加算して前記モータの加減速時間を求めるものである。
【００２５】
請求項６に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記モータを低速域で一定時間、等速運転し、その後、設定速度まで加速するものである。
【００２６】
請求項７に記載した発明は、請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に前記駆動回路の出力電圧を一定時間遮断し、その後、請求項１に記載した同期引き込み処理を再度実行するリトライ機能を備えたものである。
【００２７】
請求項８に記載した発明は、請求項７に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記リトライ機能の実行回数をリトライ回数として任意に設定可能とし、前記リトライ回数を超えた場合に異常信号を外部へ出力するものである。
【００２８】
請求項９に記載した発明は、請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に加速を停止して等速制御に切り換え、前記異常時が一定時間以上継続した時には異常信号を外部へ出力すると共に、前記異常時が一定時間内に解消した時には再度、加速運転するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、図１７の信号選択回路４０に相当する本実施形態の信号選択回路を示している。
図１において、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＣＭはモータＭＡのロータ位置検出信号であり、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡはそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の検出信号、ＣＭはコモンを示している。これらのロータ位置検出信号ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＣＭは、図１７において信号選択回路４０に入力されているロータ位置検出信号（ＭＡ）、すなわち図１８，図１９に記載されたモータＭＡロータ位置検出信号に相当する。
【００３１】
同様にして、ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ，ＣＭはモータＭＢのロータ位置検出信号であり、ＵＢ，ＶＢ，ＷＢはそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の検出信号、ＣＭはコモンを示している。これらのロータ位置検出信号ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ，ＣＭは、図１７において信号選択回路４０に入力されているロータ位置検出信号（ＭＢ）、すなわち図１８，図１９に記載されたモータＭＢロータ位置検出信号に相当する。
【００３２】
また、図１において、４１はＵ相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢの論理和、Ｖ相のロータ位置検出信号ＶＡ，ＶＢの論理和、Ｗ相のロータ位置検出信号ＷＡ，ＷＢの論理和を求めるＯＲ回路であり、ＯＲ回路４１の各相出力端子は、それぞれダイオード４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ、抵抗４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ及び抵抗４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗを介して電源（＋２４Ｖ）に接続されている。
抵抗４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗの各両端には、フォトカプラ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ内の発光素子がそれぞれ接続され、フォトカプラ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ内の受光素子の各両端にはコンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗが接続されている。
【００３３】
コンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗの各一端は、プルアップ抵抗４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗをそれぞれ介して電源（＋５Ｖ）に接続されていると共に、各相の制御用ロータ位置検出信号を出力する出力端子４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗにそれぞれ接続されている。
また、コンデンサ４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗの各他端は、一括して接地端子（５Ｇ）に接続されている。
【００３４】
次に、図２は、始動時において、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期している（各ロータが同じ位置で停止している）場合のＵ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢを、ＯＲ回路４１の出力と共に示したものである。ここで、ＯＲ回路４１の出力は、図１において出力端子４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗから出力される各相の制御用ロータ位置検出信号に等しい。
この場合、各相の制御用ロータ位置検出信号（ＯＲ回路出力）は１２０°ずつずれており、かつ、それぞれ１８０°ずつ継続しているため、図１７のスイッチング信号発生回路３０は２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していると判断し、速やかに加速する。
【００３５】
図３，図４は、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、モータＭＡに対してモータＭＢが４５°遅れている状態（図３）、モータＭＡに対してモータＭＢが７５°遅れている状態（図４）をそれぞれ示している。
これらの場合にも各相の制御用ロータ位置検出信号（ＯＲ回路出力）は１２０°ずつずれているが、それぞれ１８０°以上継続しているため、スイッチング信号発生回路３０では２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断する。
【００３６】
また、図５〜図７は、図１におけるＯＲ回路４１の代わりにＡＮＤ回路（図示せず）を用い、２台のモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢの論理積、Ｖ相のロータ位置検出信号ＶＡ，ＶＢの論理積、Ｗ相のロータ位置検出信号ＷＡ，ＷＢの論理積を求めた場合の、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢを、ＡＮＤ回路の出力と共に示したものである。
なお、図５はモータＭＡ，ＭＢが同期している場合、図６はモータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、モータＭＡに対してモータＭＢが４５°遅れている状態、図７はモータＭＡに対してモータＭＢが７５°遅れている状態をそれぞれ示している。
このようにＯＲ回路４１の代わりにＡＮＤ回路を用いた場合も、各相の制御用ロータ位置検出信号（ＡＮＤ回路出力）から同期、非同期を判断することができる。
【００３７】
次に、図３，図４，図６，図７のように２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していない場合の同期引き込み条件について、図８を参照しつつ説明する。図８において、実線の矢印は図１における２台のモータＭＡ，ＭＢのある相（例えばＵ相）のロータ位置検出信号の論理和または論理積出力（制御用ロータ位置検出信号）、一点鎖線の矢印はモータＭＡのＵ相のロータ位置、破線の矢印はモータＭＢのＵ相のロータ位置を示す。
【００３８】
まず、図８（ａ）に示すように、両モータＭＡ，ＭＢが同期しておらず、各々のロータ位置が異なる場合、スイッチング信号発生回路からのスイッチング信号により、図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をオンさせてステータのコイルに直流電流を流し、図８（ｂ）に示すように例えばＵ相の出力電圧の位相角を任意の値に制御する。ここで、出力電圧位相角を中心とした一定の角度範囲（斜線部）を負荷角設定範囲とする。
【００３９】
このようにコイルに直流電流を流すことにより、モータＭＡ，ＭＢは各ロータ位置が出力電圧位相角に一致するように移動し、図８（ｃ）の如く各ロータ位置が負荷角設定範囲に入れば２台のモータＭＡ，ＭＢが同期したと判断して加速モードに移行する。
また、図８（ｄ）のように、何れか一方でもロータ位置が負荷角設定範囲外にあり、制御用ロータ位置検出信号の位相角が負荷角設定範囲に入らなければ、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断し、コイルに直流電流を流し続ける。
【００４０】
ここで、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないためコイルに直流電流を流す場合の直流電流の大きさについて、図９を参照しつつ説明する。
出力電圧位相角と、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置の論理和または論理積出力位相角（ロータ位相角という）との差（負荷角）は、モータの発生トルクとほぼ比例関係にあるため、負荷角に比例させて直流電流指令値を可変制御することにより、同期引き込み時に必要なトルクを最適に制御することができ、同期引き込みに要する時間を最短にすることが可能である。
【００４１】
すなわち、図９（ａ）は上記負荷角が大きい場合であり、この場合には直流電流指令値を大きくする。また、図９（ｂ）は上記負荷角が小さい場合であり、この場合には直流電流指令値を小さくする。
これらの直流電流指令値の制御は、スイッチング信号発生回路により実行される。
【００４２】
図１０は、上述した同期引き込みの手順を示すフローチャートである。
まず、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していないと判断される場合には、任意の出力電圧位相角を出力する（Ｓ１）。次に、図１により検出した制御用ロータ位置検出信号の位相角すなわちロータ位相角と、前記出力電圧位相角とから負荷角を求めると共に（Ｓ２）、前記ロータ位相角が、負荷角と正負の設定値とによって規定される負荷角設定範囲内に存在するか否かを判断し（Ｓ３）、負荷角設定範囲外であれば図９の方法によって直流電流指令値を制御することによりコイルへの出力電流を制御する（Ｓ４）。
また、ロータ位相角が、負荷角設定範囲内であれば、同期引き込みが完了したと判断し（Ｓ５）、加速モードへ移行する。
【００４３】
なお、負荷角が大き過ぎると２台のモータの同期状態を維持しにくくなる。特に、加速時のように出力周波数が低い低速領域では、大きな起動トルクが必要になって負荷角が大きくなる傾向にあることから、出力周波数が低い場合には、出力電圧位相角が進み過ぎない（負荷角が大きくなり過ぎない）ように、出力電圧位相角をリミッタにより制限することが有効である。
図１１及び図１２はこの出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図であり、出力周波数が小さい場合（例えば図１１のｆａ）には出力電圧位相角を下限値近くに制限し、出力周波数が大きい場合（例えば図１１のｆｂ）には出力電圧位相角を上限値にて制限するようにした。
これにより、負荷角が大きくなり過ぎて脱調限界を超えるのを防ぐことができ、安定した加速トルクを得ることができる。
【００４４】
次いで、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の駆動方法を図１３〜図１６を参照しつつ説明する。
同期引き込み後に２台のモータを加速しながら並列運転する場合、２台のモータを脱調させない方法として、例えば図１３に示す方法がある。
【００４５】
まず、モータの逆起電圧から所定周波数に対するモータ出力電圧のパターン（Ｖ／ｆパターン）を予め定めておき、同期引き込み後の加速時におけるモータの出力周波数に対応するモータ出力電圧をＶ／ｆ出力電圧として保存しておく（Ｓ１１）。次に、出力電圧位相角及び前記ロータ位相角から負荷角を求めると共に（Ｓ１２）、負荷角がモータ発生トルクとほぼ比例関係にあることに着目して、負荷角に比例した出力電圧を補償電圧として算出する（Ｓ１３）。次いで、この補償電圧を前記Ｖ／ｆ出力電圧に加算することにより、出力電圧を得る（Ｓ１４）。この出力電圧を指令としてスイッチング信号発生回路３０に与えることにより、加速時に自動トルク補償を行わせることができる。
【００４６】
次に、図１４に示す駆動方法は、負荷に応じて予め定めた負荷加減速時間に対し、負荷角から求めた微調整時間を加算して最適な加減速時間を求める方法である。
すなわち、負荷特性から求めた加減速時間を負荷加減速時間として予め設定して保存しておく（Ｓ２１）。次いで負荷角を求め（Ｓ２２）、この負荷角に比例した加減速時間を算出してこれを微調整時間とする（Ｓ２３）。次に、この微調整時間を前記負荷加減速時間に加算して最終的な加減速時間を求める（Ｓ２４）。この加減速時間に従って加速または減速運転することにより、負荷角に比例して加減速時間を自動的に調整することができる。
【００４７】
また、図１５に示す駆動方法は、同期引き込み後の低速時において一定時間、等速運転し、その後、設定速度まで加速する方法であり、同期引き込み後に定周期割り込み処理として実行される。
まず、停止指令の有無を判断し（Ｓ３１）、停止指令がある場合には等速運転タイマ値をゼロとして減速モードへ移行する（Ｓ３４２，Ｓ３７２）。
【００４８】
停止指令がない場合には、加速中であって出力周波数が所定の低速ポイントにあるか否かを判断する（Ｓ３２）。両者が否定される場合には、等速運転タイマ値をゼロとして加速モードへ移行する（Ｓ３４３，Ｓ３７３）。
加速中であって出力周波数が所定の低速ポイントにある場合、等速運転タイマ値がゼロであるか否か判断し（Ｓ３３）、ゼロであれば等速運転タイマ値を所定の値（等速運転時間に相当）にセットして（Ｓ３４１）、その後、タイマ値を逐次デクリメントしていく（Ｓ３５）。なお、ステップＳ３３において等速運転タイマ値がゼロでない場合には、直接、ステップＳ３５へジャンプする。
【００４９】
ステップＳ３５において等速運転タイマ値をインクリメントする都度、等速運転タイマ値がゼロになったか否かを判断し（Ｓ３６）、ゼロになるまで等速モードを継続し（Ｓ３７１）、ゼロになったら加速モードへ移行する（Ｓ３７３）。
このような処理により、等速運転タイマ値により設定される一定時間の低速運転によって同期運転を確立させ、その後、安定した状態で加速運転に移行させることができる。
【００５０】
図１６は、同期引き込みが成功しなかった場合、または、一旦同期運転に入った後で脱調の危険性が高くなった場合に、図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をすべてオフさせて駆動回路の出力電圧（コイルＣＵ，ＣＶ、ＣＷへの供給電圧）を遮断し、その後、同期引き込み処理から再度、実行するリトライ機能を備えた駆動方法である。
【００５１】
まず、運転指令のオンにより直流制動を開始する（Ｓ４１，Ｓ４２）。ここで、直流制動とは、前述したように図１７の三相ブリッジ回路内のスイッチング素子をオンさせて駆動回路からステータのコイルに直流電流を流すことを言う。
その後、２台のモータが同期しているか否かを判断し（Ｓ４３）、同期していなければ直流制動の設定時間を過ぎた時点でタイムアウトと判定して再度、ステップＳ４１に戻る（Ｓ４５）。タイムアウトに達しない場合には、後述するステップＳ４７へ移行する。
【００５２】
２台のモータが同期している場合には、自動加速を開始し（Ｓ４４）、前述した図１３〜図１５の駆動方法に移行する。
このとき、ＯＲ回路４１の出力信号（制御用ロータ位置検出信号）の論理レベルが図４に示す如く全相とも「High」レベル、または、ＡＮＤ回路（図示せず）の出力信号（制御用ロータ位置検出信号）の論理レベルが図７に示す如く全相とも「Low」レベルであったとすると、このことは、負荷角の絶対値が６０°≦｜負荷角｜＜１２０°の状態にあって、これ以上加速すると脱調の危険性があるという異常事態を意味している。
【００５３】
そこで、図１６の駆動方法では、ステップＳ４６において、上記異常事態が発生したときにリトライ制御側へ移行するようにした。
すなわち、リトライの回数を予め設定しておき、リトライ回数が設定回数未満の場合には、図１７の駆動回路の出力電圧を遮断し（Ｓ４９）、その後、出力遮断状態が予め設定された時間を経過してタイムオーバーとなったら（Ｓ５０）ステップＳ４１に戻って再度、同期引き込み処理からリトライする。
また、リトライ回数が設定回数に達したら（あるいは、最初のリトライ後に一定時間を経過しても上記異常事態が解消しない場合には）、出力電圧を遮断すると共に、断線等の異常事態が発生していると判断して異常信号（アラーム）を出力する（Ｓ４８）。
【００５４】
なお、ステップＳ４６の判断が否定される場合には、モータが停止中か否かを判断し（Ｓ５１）、停止していれば同期引き込み処理を行い（Ｓ４１以降）、停止していなければステップＳ４６の判断を繰り返し行う。
ここで、リトライ制御の結果、ステップＳ４６において上記異常事態が解消した時は、正常な制御用ロータ位置検出信号が出力されているので、その信号に基づいてモータを再度加速すればよい。
また、ステップＳ４６においてＯＲ回路４１（ＡＮＤ回路）の出力信号が全相とも「High」（Low）レベルである場合には、加速を一旦停止して前回の正常な制御用ロータ位置検出信号に基づいて等速制御に切り換えても良い。
【００５５】
上記実施形態では２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数台のＤＣブラシレスモータから検出した各相ごとのロータ位置検出信号の論理和または論理積に基づいて、比較的簡単な回路構成により、各モータを並列駆動することができる。
また、同期引き込みの正確な判断や同期引き込み時間の自動化が可能であり、複数台のモータを脱調させることなく低速での等速運転や所定速度までの加減速運転を確実に行うことができる。
総じて、本発明によれば、低騒音で安定した運転が要求される複数台のファンやポンプ等の並列駆動装置を低コストにて提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における信号選択回路の構成図である。
【図２】本発明の実施形態において、２台のモータが同期している場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＯＲ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態において、２台のモータが同期している場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態において、２台のモータが同期していない場合の各相のロータ位置検出信号をＡＮＤ回路の出力と共に示したタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施形態における同期引き込み条件の説明図である。
【図９】本発明の実施形態における直流電流指令値の決定方法の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態における同期引き込みの手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態における出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態における出力電圧位相角リミッタの作用を説明する図である。
【図１３】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態において、同期引き込み後に２台のモータを並列運転する際の手順を示すフローチャートである。
【図１７】先願に係る駆動回路の回路図である。
【図１８】図１７における信号選択回路の構成を示す回路図である。
【図１９】図１７の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ｅ：直流電源
Ｔ１〜Ｔ６：スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ：出力端子
ＭＡ，ＭＢ：ＤＣブラシレスモータ
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ：コイル
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ：ホール素子
１１：ステータ
１２：ロータ
２１，２２：ロータ位置検出回路
３０：スイッチング信号発生回路
４０：信号選択回路
４１：ＯＲ回路
４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ：ダイオード
４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗ：抵抗
４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ：フォトカプラ
４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ：コンデンサ
４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗ：プルアップ抵抗
４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗ：出力端子
Claims (9)
- 互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から各相ごとに論理和または論理積を検出して制御用ロータ位置検出信号を作成し、これらの制御用ロータ位置検出信号に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、
モータの始動時には、前記駆動回路の出力電圧位相角と、前記制御用ロータ位置検出信号に基づくロータ位相角との差である負荷角が所定の設定値以下になるまでモータのコイルに直流電流を流し、前記負荷角が前記設定値以下になったときに複数台のモータの同期引き込みが完了したと判断してモータを加速することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記負荷角に比例させて前記直流電流の指令値を可変制御することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記駆動回路の出力電圧位相角の制限値を出力周波数に応じて変化させながら前記モータを加速することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する補償電圧を、前記モータの起電圧から求めた出力電圧に加算して前記駆動回路の出力電圧指令を作成することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記負荷角に比例する微調整時間を、負荷特性から求めた負荷加減速時間に加算して前記モータの加減速時間を求めることを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
複数台のモータの同期引き込み後に、前記モータを低速域で一定時間、等速運転し、その後、設定速度まで加速することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に前記駆動回路の出力電圧を一定時間遮断し、その後、請求項１に記載した同期引き込み処理を再度実行するリトライ機能を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項７に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記リトライ機能の実行回数をリトライ回数として任意に設定可能とし、前記リトライ回数を超えた場合に異常信号を外部へ出力することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。 - 請求項４，５または６に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記制御用ロータ位置検出信号の論理レベルが全相ともＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなった異常時に加速を停止して等速制御に切り換え、前記異常時が一定時間以上継 続した時には異常信号を外部へ出力すると共に、前記異常時が一定時間内に解消した時には再度、加速運転することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
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