JP5011815B2 - Brushless DC motor control device and ventilation blower equipped with the same - Google Patents

Brushless DC motor control device and ventilation blower equipped with the same Download PDF

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

換気送風機、例えば、携帯基地局等の機器冷却に用いられる熱交換型冷却機に使用されるブラシレスDCモータの制御装置に係り、矩形波の通電期間を長くして通電重なり期間を設けた広角通電で回転させる制御装置において、位置センサを用いることなくセンサレス制御によりモータ電流の転流タイミングを制御する共に、モータ電流の大きさを制限し、過電流による磁石の減磁等のない保護制御に関するものである。   The present invention relates to a control device for a brushless DC motor used in a ventilation fan, for example, a heat exchange type cooler used for cooling a device such as a mobile base station. In a control device that rotates at a motor, the motor current commutation timing is controlled by sensorless control without using a position sensor, and the magnitude of the motor current is limited, and the protection control does not involve demagnetization of the magnet due to overcurrent. It is.

従来、この種の換気送風機は、24時間365日の連続換気と、換気量の調節のため、効率が高く、回転数が連続的に変更できるブラシレスDCモータが採用されている。また、換気送風機やブラシレスDCモータの低コスト化、小型化、高信頼性が求められている。   Conventionally, this type of ventilation blower employs a brushless DC motor that is highly efficient and capable of continuously changing the number of revolutions for continuous ventilation for 24 hours 365 days and adjustment of the ventilation amount. In addition, cost reduction, downsizing, and high reliability of ventilation fans and brushless DC motors are required.

例えば、具体的に熱交換型冷却機では、発熱体収納箱内の空気を取込んだ後、熱交換素子内を通過させて熱交換させ、再び発熱体収納箱内に戻し循環させる内気風路と、外気を取込み、熱交換素子内を通過させて熱交換させた後、再び外気に排出する外気風路を有しこれら両風路は仕切板にて独立しており、それぞれの風路内には、それぞれの空気を搬送する送風機が設置されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   For example, specifically in a heat exchange type cooler, after taking in the air in the heating element storage box, the air is passed through the heat exchange element to exchange heat, and then returned to the heating element storage box and circulated again. And outside air ducts that take in outside air, pass through the heat exchange elements and exchange heat, and then exhaust to the outside air. Both these air paths are independent by the partition plate, Is known in which a blower for conveying each air is installed (see, for example, Patent Document 1).

通常このような構成の熱交換型冷却機は、携帯基地局等の冷却に使用され、携帯基地局本体側から、熱交換型冷却機に直流の低圧電源が供給され、ブラシレスDCモータを搭載した送風機等を駆動している。   Usually, the heat exchange type cooler having such a configuration is used for cooling mobile base stations and the like, and a DC low voltage power source is supplied to the heat exchange type cooler from the mobile base station body side, and a brushless DC motor is mounted. A blower or the like is driven.

以下、その熱交換型冷却機の動作について、図15を参照しながら説明する。   Hereinafter, the operation of the heat exchange type cooler will be described with reference to FIG.

図に示すように、発熱体収納箱101内の熱せられた空気(以下、これを内気と称する)は熱交換型冷却機102の内気吸込口103より、室内側ブラシレスDCモータ104を搭載した室内側送風機105によって吸込まれ、熱交換素子106を通過したのち、内気吐出口107より発熱体収納箱101内に戻る循環風路を循環している。一方、室外側ブラシレスDCモータ108を搭載した室外側送風機109によって、外気吸込口110より吸込まれた外気は、熱交換素子106を通過したのち、外気吹出口111より、外気に再度排出されている。内気風路と外気風路は仕切板112によって両風路が独立するよう略気密状態に仕切られ、また内気風路と外気風路の交点には外気と内気の顕熱を交換する熱交換素子106が配置されている。上記構成により、熱交換型冷却機102は、低温外気を取り入れ、発熱体収納箱101内部の暖かい空気との間で熱交換素子106にて熱交換をおこない、暖かくなった外気は排気し、冷たくなった空気を箱内に給気する。   As shown in the drawing, the heated air in the heating element storage box 101 (hereinafter referred to as “inside air”) is a chamber in which the indoor brushless DC motor 104 is mounted from the inside air inlet 103 of the heat exchange type cooler 102. The air is sucked by the inner blower 105, passes through the heat exchange element 106, and then circulates in a circulation air path that returns from the inside air discharge port 107 into the heating element storage box 101. On the other hand, the outdoor air sucked from the outdoor air suction port 110 by the outdoor air blower 109 equipped with the outdoor brushless DC motor 108 passes through the heat exchange element 106 and is then discharged again from the outdoor air outlet 111 to the outside air. . The inside air passage and the outside air passage are partitioned in a substantially airtight state by the partition plate 112 so that the two air passages are independent, and a heat exchange element that exchanges sensible heat of the outside air and the inside air at the intersection of the inside air passage and the outside air passage. 106 is arranged. With the above configuration, the heat exchange type cooler 102 takes in the low temperature outside air, exchanges heat with the warm air inside the heating element storage box 101 by the heat exchange element 106, exhausts the warm outside air, and cools it. The air that has become is supplied into the box.

また、室内側ブラシレスDCモータ104および室外側ブラシレスDCモータ108は、通常ホール素子等の磁極センサを内蔵したブラシレスDCモータを使用し、そのブラシレスDCモータを駆動する制御装置113は、基地局を設置する場所の低温外気や粉塵の影響を受けないように、熱交換型冷却機102の内気風路内に設置され、外気にさらされる室外側ブラシレスDCモータ108とは、長い中継の動力リード線114とセンサ信号リード線115とで接続されている。制御装置113には、発熱体収納箱101内等に設置された低圧の直流電源116より、駆動電力が供給されている。   The indoor brushless DC motor 104 and the outdoor brushless DC motor 108 normally use brushless DC motors incorporating magnetic pole sensors such as Hall elements, and the control device 113 for driving the brushless DC motor has a base station installed. In order not to be affected by low-temperature outside air or dust at the place where the heat is applied, the outdoor brushless DC motor 108 installed in the inside air path of the heat exchange type cooler 102 and exposed to the outside air is connected to a power lead 114 having a long relay. And the sensor signal lead wire 115. Drive power is supplied to the control device 113 from a low-voltage DC power supply 116 installed in the heating element storage box 101 or the like.

また、ブラシレスDCモータのセンサレス制御は、モータ駆動中の固定子巻線に誘起される誘起電圧と界磁との相関に着目して、誘起電圧に基づいてモータの転流タイミングを
決定する制御方式や直流電源からインバータ回路に供給される電流値の時間に対する変化率に基づいて回転子の磁極位置を推定することによって、モータの転流タイミングを決定するセンサレス制御方式が知られている(例えば、特許文献2参照)。
Sensorless control of a brushless DC motor is a control method that determines the commutation timing of the motor based on the induced voltage, focusing on the correlation between the induced voltage and the field induced in the stator winding while driving the motor. Also known is a sensorless control system that determines the commutation timing of the motor by estimating the magnetic pole position of the rotor based on the rate of change of the current value supplied from the DC power supply to the inverter circuit with respect to time (for example, Patent Document 2).

以下、そのブラシレスDCモータの制御装置の動作について、図16を参照しながら説明する。   The operation of the brushless DC motor control device will be described below with reference to FIG.

図16に示すように、インバータ回路117は3相インバータブリッジの構成であり、Q1,Q2,Q3はそれぞれU,V,W相の上アームスイッチング素子であり、同様にQ4,Q5,Q6はそれぞれU,V,W相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードD1,D2,D3,D4,D5,D6を接続する。ブラシレスDCモータ118は回転子119と固定子120から構成され、固定子120には電気角で120度の位相差を持つように固定子巻線L1,L2,L3が配置される。直流電源116とスイッチング素子の間には、図示するように直流電源116より供給されるブラシレスDCモータの電流値を検出する電流検出抵抗121を配置する。電流検出抵抗121の端子間電圧をマイクロコンピュータ122に内蔵されているA/D変換器123に入力する。演算器124はA/D変換器123でデジタル化した電流値を参照してモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、U+,V+,W+,U−,V−,W−を出力する。ドライブ回路125は演算器124から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれ120度毎に通電して駆動されている。   As shown in FIG. 16, the inverter circuit 117 has a three-phase inverter bridge configuration, Q1, Q2, and Q3 are U, V, and W-phase upper arm switching elements. Similarly, Q4, Q5, and Q6 are respectively It is a U, V, W phase lower arm switching element. Each switching element is connected in parallel with free-wheeling diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6. The brushless DC motor 118 includes a rotor 119 and a stator 120, and stator windings L1, L2, and L3 are arranged on the stator 120 so as to have a phase difference of 120 degrees in electrical angle. Between the DC power supply 116 and the switching element, a current detection resistor 121 for detecting the current value of the brushless DC motor supplied from the DC power supply 116 is arranged as shown. The voltage between the terminals of the current detection resistor 121 is input to an A / D converter 123 built in the microcomputer 122. The arithmetic unit 124 calculates the phase commutation timing of the motor current with reference to the current value digitized by the A / D converter 123, and controls switching signals U +, V +, W +, U−, V−, W- is output. The drive circuit 125 is driven by energizing the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 every 120 degrees based on the switching signal output from the computing unit 124.

直流電源116から出力される電流の時間に対する変化率の極性を検出し、この極性が変化した時刻、つまり、電流が極小になった時刻に基づいて回転子の磁極位置を推定し、該検出信号に基づいて極性の反転時刻を計測し、該時刻から回転子の磁極位置の推定を行い、転流タイミングを得るものである。   The polarity of the rate of change with respect to time of the current output from the DC power supply 116 is detected, the position of the magnetic pole of the rotor is estimated based on the time when the polarity changes, that is, the time when the current becomes minimum, and the detection signal The polarity reversal time is measured based on the above, and the magnetic pole position of the rotor is estimated from the time to obtain the commutation timing.

また、ブラシレスDCモータの過電流保護は、直流電源からインバータ回路に供給される電流を検出する電流検出抵抗を設け、電流検出抵抗の端子間電圧と基準電圧をコンパレータにより検出し、電流が電流しきい値よりも大きい時はスイッチング素子をオフして電流が電流しきい値をこえないように制御を行う制御方式が知られている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, overcurrent protection for brushless DC motors is provided with a current detection resistor that detects the current supplied from the DC power supply to the inverter circuit, and the voltage between the terminals of the current detection resistor and the reference voltage are detected by a comparator. A control method is known that performs control so that the switching element is turned off and the current does not exceed the current threshold when the threshold value is larger (for example, see Patent Document 3).

以下、そのブラシレスDCモータの過電流保護の動作について、図17を参照しながら説明する。   Hereinafter, the overcurrent protection operation of the brushless DC motor will be described with reference to FIG.

図17に示すように、直流電源からインバータ回路に供給される電流を検出する電流検出抵抗の端子間電圧と電流しきい値すなわち基準電圧を示す。電流検出抵抗の両端電圧と基準電圧をコンパレータで比較を行い、基準電圧を越えた時はスイッチング素子をオフし、モータ電流の増加を押さえ、モータ電流を減少させるように制御を行い、過電流保護を行うものである。   As shown in FIG. 17, the voltage between the terminals of the current detection resistor for detecting the current supplied from the DC power source to the inverter circuit and the current threshold, that is, the reference voltage are shown. The comparator compares the voltage across the current detection resistor with the reference voltage. When the reference voltage is exceeded, the switching element is turned off, the motor current is controlled to increase, and the motor current is controlled to reduce overcurrent. Is to do.

特開2001−156478号公報JP 2001-156478 A 特開平8−126379号公報JP-A-8-126379 特開平6−351285号公報JP-A-6-351285

このような従来の構成では、ブラシレスDCモータに磁気センサを搭載する場合、室外側ブラシレスDCモータの内蔵する磁気センサと制御装置を長い中継リード線で接続するため、センサ信号の中継リード線がノイズの影響を受け易く、誤動作しやすくなると共に
、熱交換型冷却機内の配線作業も複雑で手間がかかり、高コストの冷却機になるという課題があり、また、磁気センサをDCモータに内蔵するため、DCモータの寸法が厚くなり、装置が小型化出来ないという課題があった。
In such a conventional configuration, when a magnetic sensor is mounted on a brushless DC motor, the magnetic sensor incorporated in the outdoor brushless DC motor and the control device are connected by a long relay lead, so the relay lead of the sensor signal is noise. In addition to being susceptible to malfunctions, malfunctions are difficult, wiring work in the heat exchange type cooling machine is complicated and time-consuming, and there is a problem that it becomes a high-cost cooling machine, and the magnetic sensor is built into the DC motor. However, there is a problem that the size of the DC motor becomes thick and the apparatus cannot be miniaturized.

また、ブラシレスDCモータのセンサレス駆動の場合、電流値の極小になる時刻が、すなわち誘起電圧が最大となる時刻と等しいとして、磁極位置を推定して転流タイミングを決定しているが、広角通電の場合電流波形が違い、電流値が最小にならない。従って、誘起電圧が最大になる時刻を推定することができず、磁極位置を把握することが困難となるため、DCモータを駆動することが出来ないという課題があった。   In the case of sensorless driving of a brushless DC motor, the commutation timing is determined by estimating the magnetic pole position on the assumption that the time when the current value becomes minimum, that is, the time when the induced voltage becomes maximum, is determined. In the case of, the current waveform is different and the current value is not minimized. Therefore, the time at which the induced voltage becomes maximum cannot be estimated, and it is difficult to grasp the magnetic pole position, which causes a problem that the DC motor cannot be driven.

また、このような従来の構成では、120度矩形波通電に関するものであり、トルクの脈動が多いために装置との共振によって騒音が発生するという課題があった。   Further, such a conventional configuration relates to 120-degree rectangular wave energization, and there is a problem that noise is generated due to resonance with the apparatus because there are many torque pulsations.

また、起動時の加速や直流電源の急激な電圧変動等の外乱によりインバータ回路に供給されている電流値の変動が著しい場合、過大な電流がインバータ回路やブラシレスDCモータに流れ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率が低下する課題があった。これを防止するためにある一定値以上の電流を流さないように保護制御を行うと、電流波形が変形するために、トルクの脈動が多くなり、装置との共振によって騒音が発生する課題があった。また、磁極位置を正確に推定することが困難となり、脱調を引き起こしてブラシレスDCモータが停止する可能性が大きくなったり、電流が大きくなって効率が低下するという課題があった。   Also, if the current value supplied to the inverter circuit changes significantly due to disturbances such as acceleration at start-up or sudden voltage fluctuations of the DC power supply, excessive current flows to the inverter circuit or brushless DC motor, causing damage to the switching element. Further, there is a problem that the efficiency of the brushless DC motor is reduced by demagnetizing the magnet of the rotor. In order to prevent this, if protection control is performed so that a current exceeding a certain value does not flow, the current waveform will be deformed, resulting in an increase in torque pulsation and the occurrence of noise due to resonance with the device. It was. In addition, it is difficult to accurately estimate the magnetic pole position, and there is a problem that the possibility of the step-out causing the brushless DC motor to stop increases or the current is increased to reduce the efficiency.

また、ブラシレスDCモータの過電流保護の場合、コンパレータ回路が必要のため、部品及び回路スペースを必要とし、低コスト化及び小型化に課題があった。   Further, in the case of overcurrent protection of a brushless DC motor, since a comparator circuit is necessary, parts and circuit space are required, and there are problems in cost reduction and size reduction.

従って、正確に磁極位置、すなわち位相の推定を行うと共に過電流を保護して広角通電でセンサレス駆動でき、小型、低コストで低騒音にすることができるブラシレスDCモータの制御装置が求められている。   Therefore, there is a need for a brushless DC motor control device that can accurately estimate the magnetic pole position, that is, the phase, protect the overcurrent, perform sensorless driving with wide-angle energization, and reduce the size, cost, and noise. .

ここで、本願出願人は特願2006−026825に記載する、矩形波の通電期間を120度以上に長くし、通電重なり期間を設けた広角通電で回転させるDCブラシレスモータのセンサレス駆動回路を発明した。直流電源からインバータ回路に供給される電流値により得られた電流波形に基づいて、ブラシレスDCモータの固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相を推定し、目標位相に追従するように転流タイミングを制御するものである。センサ信号のリード線を無くすことにより、動作の信頼性を高め、低コストと装置の小型化を実現すると共に、駆動トルクのリップルを少なくし、振動や騒音を少なくしたものである。   Here, the applicant of the present invention invented a sensorless drive circuit for a DC brushless motor described in Japanese Patent Application No. 2006-026825, wherein the energization period of the rectangular wave is increased to 120 degrees or more and rotated by wide-angle energization provided with an energization overlap period. . Based on the current waveform obtained from the current value supplied from the DC power supply to the inverter circuit, the phase of the voltage applied to the stator winding relative to the induced voltage induced in the stator winding of the brushless DC motor is estimated. The commutation timing is controlled so as to follow the target phase. By eliminating the sensor signal lead wires, the operation reliability is improved, the cost is reduced and the apparatus is downsized, the ripple of the drive torque is reduced, and the vibration and noise are reduced.

以下、その動作について、図18及び図19を参照しながら説明する。図18に示すように、直流電源116からインバータ回路117に供給される電流値を検出する電流検出抵抗121を配置する。電流検出抵抗121の端子間電圧をマイクロコンピュータ122に内蔵されているA/D変換器123に入力する。位相推定手段126はA/D変換器123でデジタル化した電流値から電流の時間に対する電流変化率を演算し、あらかじめ記憶しておいたインバータ回路117に供給される電流値の電流変化率と固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係から、位相を推定する。転流タイミング決定手段127は、位相推定手段126から得られた位相と目標位相を比較し、位相差に基づいてモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、U+,V+,W+,U−,V−,W−を出力する。ドライブ回路125は転流タイミング決定手段127から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれスイッチングし、150度の広角通電により駆動されている。   The operation will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 18, a current detection resistor 121 for detecting the current value supplied from the DC power supply 116 to the inverter circuit 117 is arranged. The voltage between the terminals of the current detection resistor 121 is input to an A / D converter 123 built in the microcomputer 122. The phase estimation means 126 calculates a current change rate with respect to time of the current from the current value digitized by the A / D converter 123, and fixes the current change rate of the current value supplied to the inverter circuit 117 stored in advance. The phase is estimated from the phase relationship between the induced voltage induced in the child winding and the voltage applied to the stator winding. The commutation timing determination means 127 compares the phase obtained from the phase estimation means 126 with the target phase, calculates the phase commutation timing of the motor current based on the phase difference, and switching signals for controlling the inverters U +, V + , W +, U−, V−, W−. The drive circuit 125 switches the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 based on the switching signal output from the commutation timing determining means 127, and is driven by wide-angle energization of 150 degrees.

図19(a)は150度の通電期間を持った広角通電の具体的なU+,V+,W+,U−,V−,W−のスイッチング信号、通電期間、通電重なり期間および通電の重ならない期間を示している。図19(b)は具体的な電流検出抵抗の検知する電流波形を示している。電流波形は、周期性を持っており、電気角60度で1周期となり、1周期の期間の中で通電重なり期間、通電の重ならない期間が交互に存在している。   FIG. 19A shows specific U +, V +, W +, U−, V−, and W− switching signals, energization periods, energization overlap periods, and non-overlap periods of energization with a 150-degree energization period. Is shown. FIG. 19B shows a specific current waveform detected by the current detection resistor. The current waveform has periodicity, and becomes one cycle at an electrical angle of 60 degrees. In one cycle period, there are alternating energization periods and non-overlap periods.

このような構成にすることにより、ブラシレスDCモータの制御装置は、複雑な位相の推定回路を必要とせず、安価なマイコンを使用して広角通電でセンサレス駆動が可能となるため、小型、低コストで低騒音にすることができた。また、センサ信号のリード線が不要になるためノイズの影響を排除できると共に、軽負荷、重負荷など負荷の大きさが変化しても、負荷変動に応じて常に最適な位相にすることが可能となり、外乱等により負荷変動が大きい場合においても脱調することが無いので、信頼性が高く高効率にすることができた。また、磁気センサが不要になるので、ブラシレスDCモータを小型化、低コスト化できると共に、センサ信号のリード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、小型で低コストの換気送風装置、例えば、具体的に熱交換型冷却機にすることができた。   By adopting such a configuration, the brushless DC motor control device does not require a complicated phase estimation circuit, and can be driven sensorlessly by wide-angle energization using an inexpensive microcomputer. It was possible to reduce the noise. In addition, it eliminates the need for sensor signal lead wires and eliminates the effects of noise. Even if the load size changes, such as a light load or heavy load, it can always be in the optimum phase according to the load fluctuation. Therefore, even when the load fluctuation is large due to disturbance or the like, the step-out does not occur, so that the reliability is high and the efficiency is high. In addition, since a magnetic sensor is not required, the brushless DC motor can be reduced in size and cost, and the lead wire for the sensor signal is not required, and there is no need to connect a relay line. An apparatus, for example, a heat exchange type cooler could be specifically made.

本発明は、このような従来の課題を解決し、さらに機能向上を図るもので、起動時の負荷変動や、電源ノイズによる直流電源の急激な電圧変動等の外乱によりインバータ回路に供給されている電流値の変動が著しくあった場合においても、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、また、騒音の発生や脱調することが防止できると共に、コンパレータ回路を不要とし、小型、低コストで低騒音にすることができる信頼性の高い広角通電のセンサレス駆動によるブラシレスDCモータの制御装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem and further improves the function, and is supplied to the inverter circuit due to disturbance such as load fluctuation at start-up and sudden voltage fluctuation of the DC power supply due to power supply noise. Even when the current value fluctuates significantly, it is possible to prevent the switching element from being damaged or the magnet of the rotor from being demagnetized to reduce the efficiency of the brushless DC motor, and noise can be generated or stepped out. An object of the present invention is to provide a highly reliable wide-angle energization sensorless drive brushless DC motor control apparatus that can prevent the above-described problem and eliminates the need for a comparator circuit and that can be reduced in size, cost, and noise.

本発明のブラシレスDCモータの制御装置は、上記目的を達成するために、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された回転子と固定子巻線を有するブラシレスDCモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオン・オフさせ、オンの期間を電気角で120度以上長くして通電重なり期間を設けて広角通電で回転させる制御装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗より出力される電流値により得られる電流波形において、前記通電重なり期間ではない通電の重ならない期間のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比である電流変化率と前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係をあらかじめ記憶し、この位相関係から前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧との位相を推定する位相推定手段と、前記位相推定手段によって推定した位相があらかじめ定められた目標位相に追従するように転流タイミングを決定する転流タイミング決定手段と、前記電流検出抵抗より出力された電流値があらかじめ定められた電流制限値を越えないようにモータに印加される電圧を制御する電流制限手段を有することを特徴とするブラシレスDCモータの制御装置としたものである。 In order to achieve the above object, a brushless DC motor control device of the present invention is a brushless having a rotor and a stator winding connected to a DC power supply via an inverter circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected. In the control device for turning on and off the switching element of the inverter circuit, rotating the on-time period by 120 degrees or more in electrical angle and providing energization overlap period to rotate by wide-angle energization, the DC power source to the inverter circuit In a current detection resistor for detecting a supplied current and a current waveform obtained from a current value output from the current detection resistor, predetermined first and second periods of non-overlapping periods other than the energization overlapping period Of the current change rate, which is the ratio of the current value at the timing, and the induced voltage induced in the stator winding The phase relationship between the voltage applied to the stator winding is stored in advance, and the phase estimation for estimating the phase between the induced voltage induced in the stator winding and the voltage applied to the stator winding from the phase relationship. Means, commutation timing determining means for determining commutation timing so that the phase estimated by the phase estimation means follows a predetermined target phase, and a current value output from the current detection resistor is determined in advance. The brushless DC motor control apparatus includes current limiting means for controlling a voltage applied to the motor so as not to exceed the current limit value .

これにより、インバータ回路に流れる電流値を電流検出抵抗から直接電流値として検出して、広角通電における位相の検出が正確にできると共に、あらかじめ定められた電流しきい値以上に電流が越えないようにモータに印加される電圧を制御することが可能になると共にコンパレータ回路が不要な小型、低コストで低騒音にすることができるブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the current value flowing through the inverter circuit is directly detected as a current value from the current detection resistor, so that the phase in the wide-angle energization can be accurately detected and the current does not exceed a predetermined current threshold value. A control device for a brushless DC motor that can control the voltage applied to the motor and that can be reduced in size, cost, and noise without requiring a comparator circuit is obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた電流しきい値に対してインバータ回路に流れる電流が大きい場合、その差に応じて、モータに印加される電圧を下げる電圧値を変えるようにしたものである。   Another means is to change the voltage value for decreasing the voltage applied to the motor according to the difference when the current flowing through the inverter circuit is large with respect to a predetermined current threshold. is there.

これにより、電流しきい値を越えた電流の大きさにより、モータに印加される電圧を下げる電圧値を変えることができ、急激な負荷変動等によりモータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石の減磁をしにくくし、ブラシレスDCモータの効率の低下を防止することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, the voltage value that lowers the voltage applied to the motor can be changed depending on the magnitude of the current exceeding the current threshold, and the period during which excessive current continuously flows to the motor due to sudden load fluctuations, etc. A highly reliable brushless DC motor control device that can be shortened, makes it difficult to damage the switching element and demagnetize the rotor magnet, and prevent the efficiency of the brushless DC motor from being lowered can be obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行うようにしたものである。   The other means controls the first threshold value determined in advance by the maximum value of the current flowing through the inverter circuit.

これにより、電流波形が変形せずに正確に検出できるので、磁極位置が正確に推定でき、ブラシレスDCモータの効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, since the current waveform can be accurately detected without being deformed, the magnetic pole position can be accurately estimated, and a highly reliable brushless DC motor control device capable of preventing a reduction in the efficiency of the brushless DC motor can be obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、インバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行うようにしたものである。   The other means controls the first threshold value determined in advance by the average value of the current flowing through the inverter circuit.

これにより、電流波形が変形せずに正確に検出できるので、磁極位置が正確に推定でき、ブラシレスDCモータの効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, since the current waveform can be accurately detected without being deformed, the magnetic pole position can be accurately estimated, and a highly reliable brushless DC motor control device capable of preventing a reduction in the efficiency of the brushless DC motor can be obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、起動時は、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行い、運転時は、電流の平均値により制御を行い、起動時と運転時で制御を変えるようにしたものである。   The other means controls the first threshold value determined in advance by the maximum value of the current flowing in the inverter circuit at the start-up and by the average value of the current during operation. The control is changed between startup and operation.

これにより、スイッチング素子の破損や回転子の磁石が減磁するおそれが高い起動時には、電流の最大値で電流を抑え、運転時は、より電流値のばらつきが少なく安定して電流を抑えるようにすることができ、起動時において過大な電流が継続して発生することを防止すると共に、十分な起動トルクが得られる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, the current is suppressed at the maximum current value during startup when there is a high risk of damage to the switching element or the rotor magnet demagnetizing. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable brushless DC motor control device that can prevent excessive current from being continuously generated at the time of start-up and obtain a sufficient start-up torque.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、運転時はインバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行い、あらかじめ定められた電流しきい値を越えた時は、電流の最大値により制御を行い、モータ負荷の変化に応じて制御を変えるようにしたものである。   The other means controls the first threshold value determined in advance by the average value of the current flowing in the inverter circuit during operation, and when the predetermined current threshold value is exceeded, The control is performed according to the maximum value of the current, and the control is changed according to the change of the motor load.

これにより、急激な負荷変動等により、電流が増加して電流しきい値を越えた時は、電流の最大値で電流を抑えることができ、モータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current increases and exceeds the current threshold due to sudden load fluctuations, etc., the current can be suppressed at the maximum current value, and the period during which excessive current continues to flow in the motor is shortened. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1の電流しきい値よりも大きな第2の電流しきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2の電流しきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして第2の電流しきい値以上電流が大きくならないようにするようにしたものである。   The other means provides a second current threshold value that is larger than the predetermined first current threshold value, and when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second current threshold value, The current is shut down so that the current does not increase beyond the second current threshold.

これにより、負荷変動等により、電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えた時は、スイッチング素子をオフして電流をシャットダウンし、第2の電流しきい値以上の電流が流れないようにすることができ、確実にモータに過大な電流が流れることを防止することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current greatly increases due to load fluctuation or the like and exceeds the second current threshold, the switching element is turned off to shut down the current. Can be prevented, and a highly reliable brushless DC motor control device capable of reliably preventing an excessive current from flowing through the motor can be obtained.

また、他の手段は、あらかじめ定められた第1の電流しきい値よりも大きな第2の電流しきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2の電流しきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして、モータに印加される電圧を下げる電圧値をあらかじめ定められた第1の電流しきい値で変更する値より大きく変更するとしたものである。   The other means provides a second current threshold value that is larger than the predetermined first current threshold value, and when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second current threshold value, The voltage value that lowers the voltage applied to the motor by shutting down the current is changed to be larger than the value that is changed by a predetermined first current threshold value.

これにより、負荷変動等により、電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えた時は、スイッチング素子をオフして電流をシャットダウンし、第2の電流しきい値以上の電流が流れないようにすると共に、モータに印加される電圧を下げる電圧値をあらかじめ定められた第1の電流しきい値で変更する値より更に大きく変更するので、確実にモータに過大な電流が流れることを防止すると共に駆動を継続することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current greatly increases due to load fluctuation or the like and exceeds the second current threshold, the switching element is turned off to shut down the current. Since the voltage value for reducing the voltage applied to the motor is changed to be larger than the value that is changed by the predetermined first current threshold value, an excessive current surely flows to the motor. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device capable of preventing the problem and continuing the driving can be obtained.

また、他の手段は、インバータ回路に流れる電流があらかじめ定められた第2のしきい値を越えた場合、そのタイミングが予め定められたタイミングより早い時は、モータに印加する電圧を停止するようにしたものである。   Another means is to stop the voltage applied to the motor when the current flowing through the inverter circuit exceeds a predetermined second threshold and the timing is earlier than the predetermined timing. It is a thing.

これにより、モータが急激に拘束したり、直流電源の電圧の急変により、急激に電流値が大きくなった場合、モータ電圧の供給を停止して、モータ電流を無くすことが可能となり、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、確実にモータに過大な電流が流れることを防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   This makes it possible to stop the supply of motor voltage and eliminate the motor current when the motor suddenly restrains or the current value suddenly increases due to a sudden change in the voltage of the DC power supply. It is possible to prevent a brushless DC motor from deteriorating due to breakage or demagnetization of a rotor magnet, and to obtain a highly reliable brushless DC motor control device capable of reliably preventing an excessive current from flowing through the motor. .

また、他の手段は、位相推定に利用する電流値があらかじめ定められた第2の電流値を超えている場合、モータに印加する電圧を停止するようにしたものである。   Another means is to stop the voltage applied to the motor when the current value used for phase estimation exceeds a predetermined second current value.

これにより、モータが急激に拘束したり、直流電源の電圧の急変により、急激に電流値が大きくなった場合、モータ電圧の供給を停止して、モータ電流を無くすことが可能となり、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、確実にモータに過大な電流が流れることを防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   This makes it possible to stop the supply of motor voltage and eliminate the motor current when the motor suddenly restrains or the current value suddenly increases due to a sudden change in the voltage of the DC power supply. It is possible to prevent a brushless DC motor from deteriorating due to breakage or demagnetization of a rotor magnet, and to obtain a highly reliable brushless DC motor control device capable of reliably preventing an excessive current from flowing through the motor. .

また、他の手段は、ブラシレスDCモータの制御装置を換気送風機、例えば、熱交換型冷却機に搭載したものである。   Another means is that the brushless DC motor control device is mounted on a ventilation fan, for example, a heat exchange type cooler.

これにより、内気風路側に設置された制御手段との接続に使用するセンサ信号の中継リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、小型で低コストになり、また、センサ信号線へのノイズによる誤動作の影響がないため、信頼性の高い換気送風機、例えば、熱交換型冷却機が得られる。   This eliminates the need for a relay lead wire for the sensor signal used for connection with the control means installed on the side of the inside air flow path, eliminates the need for connecting the relay wire, and thus reduces the size and cost of the sensor signal. Since there is no influence of malfunction due to noise on the wire, a highly reliable ventilation fan, for example, a heat exchange type cooler can be obtained.

本発明によれば、広角通電のセンサレス駆動において、起動時の加速や直流電源の急激な電圧変動等の外乱によりインバータ回路に供給される電流値の変動が著しくあった場合、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、騒音の発生や脱調することが防止できると共に、コンパレータ回路を不要とし、小型、低コストで低騒音にすることができる信頼性の高い広角通電のセンサレス駆動によるブラシレスDCモータの制御装置及び換気送風機、例えば、具体的に熱交換型冷却機を提供できる。   According to the present invention, in a sensorless drive with wide-angle energization, if there is a significant fluctuation in the current value supplied to the inverter circuit due to a disturbance such as acceleration at start-up or sudden voltage fluctuation of the DC power supply, The rotor magnet can be demagnetized to prevent the efficiency of the brushless DC motor from being reduced, noise generation and step-out can be prevented, and a comparator circuit is not required, making it compact, low cost and low noise. It is possible to provide a highly reliable wide-angle energization sensorless drive brushless DC motor control device and ventilation blower, for example, a heat exchange type cooler.

本発明の実施の形態1のブラシレスDCモータの制御装置のブロック図1 is a block diagram of a brushless DC motor control device according to a first embodiment of the present invention. 同位相推定手段による位相推定方法の説明図((a)目標位相時の電流波形、(b)進み位相時の電流波形、(c)遅れ位相時の電流波形)Explanatory drawing of the phase estimation method by the same phase estimation means ((a) current waveform at target phase, (b) current waveform at leading phase, (c) current waveform at lagging phase) 同位相と電流変化率の相関特性図Correlation characteristics between phase and current change rate 同位相と電流変化率を簡略化した相関図Correlation diagram with simplified phase and current change rate 同電流制限手段による電流制限方法の説明図Explanatory drawing of current limiting method by current limiting means 本発明の実施の形態2の位相推定手段による位相推定方法の説明図Explanatory drawing of the phase estimation method by the phase estimation means of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2の位相推定手段による通電の重ならない期間と重なる期間で推定した場合の差を示す説明図Explanatory drawing which shows the difference at the time of estimating in the period which overlaps with the period when the electricity supply does not overlap by the phase estimation means of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3の電流制限手段による電流制限方法の説明図Explanatory drawing of the current limiting method by the current limiting means of Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態4の電流制限手段による電流制限方法の説明図Explanatory drawing of the current limiting method by the current limiting means of Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5の電流制限手段による電流制限方法の説明図Explanatory drawing of the current limiting method by the current limiting means of Embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態8の電流制限手段による電流制限方法の説明図Explanatory drawing of the current limiting method by the current limiting means of Embodiment 8 of this invention 本発明の実施の形態10電流制限手段による電流制限方法の説明図((a)あらかじめ定められたタイミングより遅い場合、(b)あらかじめ定められたタイミングより早い場合)10 is an explanatory diagram of a current limiting method by a current limiting means according to the tenth embodiment of the present invention (when (a) is later than a predetermined timing, (b) is earlier than a predetermined timing) 本発明の実施の形態11電流制限手段による電流制限方法の説明図Embodiment 11 of the Present Invention An explanatory diagram of a current limiting method by current limiting means 本発明の実施の形態12のブラシレスDCモータの制御装置を搭載した熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図Schematic sectional view showing the structure of a heat exchange type cooler equipped with a control device for a brushless DC motor according to Embodiment 12 of the present invention. 従来の熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図Schematic sectional view showing the structure of a conventional heat exchange type cooler 従来のブラシレスDCモータの制御装置のブロック図Block diagram of a conventional brushless DC motor control device 従来の電流制限方法の説明図Explanatory diagram of conventional current limiting method 特願2006−026825の広角通電で回転させるDCブラシレスモータのセンサレス駆動回路のブロック図Block diagram of a sensorless drive circuit of a DC brushless motor rotated by wide-angle energization in Japanese Patent Application No. 2006-026825 同150度の通電期間を持った広角通電の具体的な波形の説明図((a)スイッチング信号、(b)電流検出抵抗の検知する電流波形)Illustrations of specific waveforms of wide-angle energization having the 150-degree energization period ((a) switching signal, (b) current waveform detected by current detection resistor)

本発明の請求項1記載の発明は、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された回転子と固定子巻線を有するブラシレスDCモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオン・オフさせ、オンの期間を電気角で120度以上長くして通電重なり期間を設けて広角通電で回転させる制御装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗より出力される電流値により得られる電流波形において、前記通電重なり期間ではない通電の重ならない期間のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比である電流変化率と前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係をあらかじめ記憶し、この位相関係から前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧との位相を推定する位相推定手段と、前記位相推定手段によって推定した位相があらかじめ定められた目標位相に追従するように転流タイミングを決定する転流タイミング決定手段と、前記電流検出抵抗より出力された電流値があらかじめ定められた電流制限値を越えないようにモータに印加される電圧を制御する電流制限手段を有するものであり、インバータ回路に流れる電流を検出して位相を推定すると共に、あらかじめ定められた電流しきい値以上の電流を越えないようにモータに印加される電圧を制御することができ、確実な位相推定と電流制限を両立させることが可能となり、インバータ回路に流れる電流値を電流検出抵抗から直接電流値として検出して位相を推定し、あらかじめ定められた電流しきい値以上に電流が越えないようにモータに印加される電圧を制御することが可能になると共に、コンパレータ回路が不要になり、小型、低コストで低騒音にできるブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to the first aspect of the present invention, a brushless DC motor having a rotor and a stator winding connected via an inverter circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected to a DC power supply is switched to the inverter circuit. In the control device for turning on and off the element, extending the ON period by 120 degrees or more in electrical angle and rotating by wide angle energization by providing an energization overlapping period, a current for detecting a current supplied from the DC power source to the inverter circuit In the current waveform obtained from the detection resistor and the current value output from the current detection resistor, the ratio of the current value at the first and second timings determined in advance in the non-overlapping period other than the energization overlapping period Phase relationship between a certain current change rate and the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding Preliminarily stored, phase estimation means for estimating the phase of the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding from this phase relationship, and the phase estimated by the phase estimation means in advance A commutation timing determining means for determining a commutation timing so as to follow a predetermined target phase; and a current value output from the current detection resistor is applied to the motor so as not to exceed a predetermined current limit value. Current limiting means for controlling the voltage to be detected, the current flowing through the inverter circuit is detected to estimate the phase, and applied to the motor so as not to exceed a current exceeding a predetermined current threshold The voltage can be controlled, and it is possible to achieve both reliable phase estimation and current limitation. It is possible to detect the current value directly from the detection resistor, estimate the phase, and control the voltage applied to the motor so that the current does not exceed a predetermined current threshold. A brushless DC motor control device that can be made compact, low cost and low noise can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1に記載の発明において、位相推定手段を、電流検出抵抗より出力される電流値において、通電重なり期間ではない通電の重ならない期間に、あらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比を電流変化率として算出し、電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相との相関曲線をあらかじめ記憶したものである。 The invention according to claim 2 of the present invention, in the invention described in claim 1, the phase estimation means, the current value outputted from the current sensing resistor, a period which does not overlap the non energized by energizing the overlap period, predetermined The ratio of the current values at the first and second timings is calculated as a current change rate, and a correlation curve between the current change rate and the phase of the voltage applied to the stator winding is stored in advance.

これにより、広角通電における位相の検出が正確にできると共に、あらかじめ定められた電流しきい値以上に電流が越えないようにモータに印加される電圧を制御することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。   As a result, a highly reliable brushless DC motor capable of accurately detecting a phase in wide-angle energization and controlling a voltage applied to the motor so that the current does not exceed a predetermined current threshold value. The control device can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、あらかじめ定められた電流しきい値に対してインバータ回路に流れる電流との差に応じて、モータに印加される電圧を下げる電圧値を変更するようにしたものであり、電流しきい値を越えた電流の大きさに応応じて、モータに印加される電圧を下げる電圧値を変えることができ、急激な負荷変動等によりモータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石の減磁をしにくくすることができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the motor according to any one of the first to second aspects, wherein the motor is provided in accordance with a difference between a predetermined current threshold and a current flowing through the inverter circuit. The voltage value that lowers the applied voltage is changed, and the voltage value that lowers the voltage applied to the motor can be changed according to the magnitude of the current exceeding the current threshold, A highly reliable brushless DC motor that can shorten the period during which excessive current continuously flows through the motor due to sudden load fluctuations, etc., and makes it difficult to damage the switching element and demagnetize the rotor magnet. The control device can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1及至のいずれかに記載の発明において、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行うようにしたものであり、電流波形が変形せずに正確に検出できるので、磁極位置が正確に推定でき、ブラシレスDCモータの効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the control is performed by the maximum value of the current flowing through the inverter circuit, and the current waveform is not deformed. Therefore, a highly reliable control device for a brushless DC motor that can accurately estimate the magnetic pole position and prevent a reduction in the efficiency of the brushless DC motor can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1及至のいずれかに記載の発明において、インバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行うようにしたものであり、平均化することによりばらつきが少なく安定してモータ電流を抑えることができ、モータ効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 The invention according to claim 5 of the present invention is such that, in the invention according to any one of claims 1 to 3 , the control is performed by the average value of the current flowing through the inverter circuit, and variation is caused by averaging. Therefore, a highly reliable brushless DC motor control device that can stably suppress the motor current and prevent a reduction in motor efficiency can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1及至いずれかに記載の発明において、起動時は、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行い、運転時は、電流の平均値により制御を行い、起動時と運転時で制御を変えるようにしたものであり、スイッチング素子の破損や回転子の磁石が減磁するおそれが高い起動時には、電流の最大値で電流を抑え、運転時は、より電流値のばらつきが少なく安定してモータ電流を抑えることができ、起動時において過大な電流が継続して発生することを防止すると共に、十分な起動トルクを得ることができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to the sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the control is performed by the maximum value of the current flowing through the inverter circuit at the time of starting, and the average value of the current is determined during the operation. Control is performed so that the control is changed between startup and operation. At startup, when there is a high risk of breakage of the switching element or demagnetization of the rotor magnet, the current is suppressed at the maximum value of the current during operation. Can stably suppress the motor current with less variation in current value, prevent excessive current from being continuously generated at the start, and obtain a sufficient start torque. A high brushless DC motor control device can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項1及至のいずれかに記載の発明において、運転時はインバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行い、あらかじめ定められた電流しきい値を越えた時は、電流の最大値により制御を行い、モータ負荷の変化に応じて制御を変えるようにしたものであり、急激な負荷変動等により、電流が増加して電流しきい値を越えた時は、電流の最大値で電流を抑えることができ、モータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, during operation, control is performed based on an average value of a current flowing through the inverter circuit, and a predetermined current threshold value is set. When exceeded, control is performed according to the maximum value of the current, and the control is changed according to the change of the motor load. The current increased due to a sudden load fluctuation and exceeded the current threshold. In this case, it is possible to realize a highly reliable brushless DC motor control device that can suppress the current with the maximum value of the current and shorten the period during which excessive current continuously flows in the motor.

本発明の請求項記載の発明は、請求項及至のいずれかに記載の発明において、あらかじめ定められた第1の電流しきい値よりも大きな第2の電流しきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2の電流しきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして第2の電流しきい値以上の電流が流れないようにしたものであり、負荷変動等により、電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えた時は、スイッチング素子をオフして電流をシャットダウンし、第2の電流しきい値以上の電流が流れないようにすることができ、確実にモータに過大な電流が流れることを防止することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an inverter according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein a second current threshold value larger than a predetermined first current threshold value is provided, and the inverter When the current flowing through the circuit exceeds the second current threshold value, the current is shut down so that no current exceeding the second current threshold value flows. When greatly increased and exceeds the second current threshold, the switching element can be turned off to shut down the current so that no current exceeding the second current threshold flows. A reliable brushless DC motor control device that can reliably prevent an excessive current from flowing through the motor can be realized.

本発明の請求項記載の発明は、請求項及至のいずれかに記載の発明において、インバータ回路に流れる電流が第2の電流しきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして第2の電流しきい値以上電流が大きくならないように制御すると共に、モータに印加される電圧を下げる電圧値をあらかじめ定められた第1の電流しきい値で変更する値より大きく変更するようにしたものであり、電源電圧の変動により電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えスイッチング素子をオフして電流をシャットダウンした場合、モータに印加される電圧を下げる電圧値をあらかじめ定められた第1の電流しきい値で変更する値より大きく変更し、インバータ回路に流れる電流を早く小さくして電流波形が変形しないようにし、位相推定手段における位相の推定を確実に行うものであり、過電流保護が働いても素早くンバータ回路に流れる電流の変形を無くし、過電流保護が働いている時も位相推定が確実にできる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the fourth to eighth aspects, when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second current threshold value, the current is shut down to Control is performed so that the current does not become larger than the current threshold value of 2, and the voltage value for lowering the voltage applied to the motor is changed to be larger than the value that is changed by the predetermined first current threshold value. If the current greatly increases due to fluctuations in the power supply voltage and exceeds the second current threshold value, the switching element is turned off and the current is shut down. The phase estimation means is configured to change larger than the value to be changed at the determined first current threshold value, to quickly reduce the current flowing through the inverter circuit so that the current waveform is not deformed. This ensures reliable phase estimation, eliminates the deformation of the current that flows through the inverter circuit quickly even if overcurrent protection works, and ensures reliable phase estimation even when overcurrent protection works. A control device for a DC motor can be realized.

本発明の請求項10記載の発明は、請求項乃至記載の発明において、らかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を越えた場合、そのタイミングが予め定められたタイミングより早い場合は、モータを停止させるようにしたものであり、モータが急激にロックしたり、直流電源の電圧の急変により、急激に電流値が大きくなった場合、モータ電圧の供給を停止して、モータ電流を無くすことができ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、確実にモータに過大な電流が流れることを防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth to ninth aspects, a second threshold value larger than the first threshold value determined in advance is provided, and the current flowing through the inverter circuit If the timing exceeds the second threshold, if the timing is earlier than the predetermined timing, the motor is stopped, and the motor is locked suddenly or the voltage of the DC power supply changes suddenly. If the current value suddenly increases, the motor voltage supply can be stopped to eliminate the motor current, and the efficiency of the brushless DC motor can be reduced by breaking the switching element or demagnetizing the rotor magnet. Therefore, it is possible to realize a highly reliable brushless DC motor control device that can reliably prevent an excessive current from flowing through the motor.

本発明の請求項11記載の発明は、請求項乃至10に記載の発明において、流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、位相を推定する期間において、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を超えた場合、モータを停止させるようにしたものであり、直流電源の急激な電圧の変動等により、モータ電流値が大幅に増加した場合、モータを停止させ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、確実にモータに過大な電流が流れることを防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the fourth to tenth aspects, the flow restricting means provides a second threshold value larger than a predetermined first threshold value, When the current flowing through the inverter circuit exceeds the second threshold during the period of estimating the motor, the motor is stopped, and the motor current value is greatly increased due to a sudden voltage fluctuation of the DC power supply. If it increases, the motor can be stopped, the switching element can be damaged, the rotor magnet can be demagnetized and the efficiency of the brushless DC motor can be prevented from being lowered, and an excessive current can be reliably prevented from flowing through the motor. A highly reliable brushless DC motor control device can be realized.

本発明の請求項12記載の発明は、請求項1乃至11に記載の発明において、ブラシレスDCモータの制御装置を換気送風機、例えば、具体的に熱交換型冷却機に搭載したものであり、内気風路側に設置された制御手段との接続に使用するセンサ信号の中継リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、小型で低コストになり、また、センサ信号線へのノイズによる誤動作の影響がないため、信頼性の高い換気送風機、例えば、熱交換型冷却機が実現できる。 A twelfth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the brushless DC motor control device is mounted on a ventilation fan, for example, a heat exchange type cooler. The relay lead wire for the sensor signal used for connection with the control means installed on the air-airway side becomes unnecessary, and the work of connecting the relay wire is eliminated, so that the size and cost are reduced, and noise to the sensor signal wire is eliminated. Therefore, a highly reliable ventilation blower, for example, a heat exchange type cooler can be realized.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1に示すように、インバータ回路1は3相インバータブリッジの構成であり、Q1,Q2,Q3はそれぞれU,V,W相の上アームスイッチング素子であり、同様にQ4,Q5,Q6はそれぞれU,V,W相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードD1,D2,D3,D4,D5,D6を接続する。ブラシレスDCモータ2は回転子3と固定子4から構成され、固定子4には電気角で120度の位相差を持つように固定子巻線L1,L2,L3が配置される。直流電源5とスイッチング素子の間には、図示するように直流電源5の出力電流を検出する電流検出抵抗6を配置する。電流検出抵抗6の端子間電圧をマイクロコンピュータ7に内蔵されているA/D変換器8に入力する。位相推定手段9はA/D変換器8でデジタル化した電流値から電流の時間に対する電流変化率を演算し、あらかじめ記憶しておいたインバータ回路1に供給される電流値の電流変化率と固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係から、位相を推定する。転流タイミング決定手段10は、位相推定手段9から得られた位相と目標位相を比較し、位相差に基づいてモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、U+,V+,W+,U−,V−,W−を出力する。電流制限手段11はA/D変換器8でデジタル化した電流値とあらかじめ定められた電流しきい値と比較を行い、電流しきい値を越えた時はスイッチング素子をオフするようにスイッチング信号、U+,V+,W+,U−,V−,W−を制御し、モータ電流の増加を押さえ、モータ電流を減少させるようにして過電流保護を行う。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the inverter circuit 1 has a three-phase inverter bridge configuration, Q1, Q2, and Q3 are U, V, and W-phase upper arm switching elements. Similarly, Q4, Q5, and Q6 are respectively It is a U, V, W phase lower arm switching element. Each switching element is connected in parallel with free-wheeling diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6. The brushless DC motor 2 includes a rotor 3 and a stator 4, and stator windings L1, L2, and L3 are arranged on the stator 4 so as to have a phase difference of 120 degrees in electrical angle. Between the DC power supply 5 and the switching element, a current detection resistor 6 for detecting the output current of the DC power supply 5 is disposed as shown in the figure. The voltage between the terminals of the current detection resistor 6 is input to an A / D converter 8 built in the microcomputer 7. The phase estimation means 9 calculates a current change rate with respect to time of the current from the current value digitized by the A / D converter 8, and fixes the current change rate of the current value supplied to the inverter circuit 1 stored in advance. The phase is estimated from the phase relationship between the induced voltage induced in the child winding and the voltage applied to the stator winding. The commutation timing determination means 10 compares the phase obtained from the phase estimation means 9 with the target phase, calculates the phase commutation timing of the motor current based on the phase difference, and switching signals for controlling the inverters U +, V + , W +, U−, V−, W−. The current limiting means 11 compares the current value digitized by the A / D converter 8 with a predetermined current threshold value. When the current threshold value is exceeded, the switching signal is turned off. U +, V +, W +, U−, V−, W− are controlled to suppress an increase in motor current and to reduce the motor current to perform overcurrent protection.

ドライブ回路12は電流制御手段11から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれスイッチングし、150度の広角通電により駆動する。   The drive circuit 12 switches the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 based on the switching signal output from the current control means 11, and is driven by wide-angle energization of 150 degrees.

位相推定手段9、転流タイミング決定手段10、電流制御手段11、ドライブ回路12はマイクロコンピュータ7に内蔵されている。   The phase estimation means 9, the commutation timing determination means 10, the current control means 11, and the drive circuit 12 are built in the microcomputer 7.

制御装置13は、インバータ回路1、電流検出抵抗6、マイクロコンピュータ7からなる。   The control device 13 includes an inverter circuit 1, a current detection resistor 6, and a microcomputer 7.

次に位相推定の方法について説明する。図2(a)は150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。図において、転流周期の任意の2点、すなわちI1,I2における電流値をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。   Next, a phase estimation method will be described. FIG. 2 (a) shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. In the figure, the current values at two arbitrary points of the commutation cycle, that is, I1 and I2, are A / D converted, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is obtained as a current change rate Ihi by Formula 1. .

Ihi=I2の電流値/I1の電流値・・・(式1)
トルクを一定にして、固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相を例えば−30度から20度まで変化させた時の電流変化率を式1により求めると、図3のような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係が得られる。
Ihi = current value of I2 / current value of I1 (Expression 1)
The current change rate when the phase of the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding is changed from, for example, -30 degrees to 20 degrees with the torque being constant is obtained by Equation 1. Then, the phase relationship between the current change rate and the voltage applied to the stator winding as shown in FIG. 3 is obtained.

この位相関係から、図4に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係に簡略化し、これをあらかじめ記憶しておく。従って、式1で得られた電流変化率から図4を用いて現在の位相を得ることができる。   From this phase relationship, the phase relationship between the current change rate and the voltage applied to the stator winding as shown in FIG. 4 is simplified and stored in advance. Therefore, the current phase can be obtained from the current change rate obtained by Equation 1 using FIG.

図2(b)は、目標とする位相に対して転流タイミングが早い時の電流波形を示している。この場合において、式1により得られた電流変化率Ihiを1.012とすると、図4から−5度の位相であると推定でき、目標位相を0度とすると、目標位相に対する位相差は−5度であり、目標位相に対して進み位相であると判別できる。その位相差に応じて、次回の転流タイミングを遅らすことによって、電流波形を破線に近づけ、目標位相での運転を可能にする。   FIG. 2B shows a current waveform when the commutation timing is early with respect to the target phase. In this case, if the current change rate Ihi obtained by Equation 1 is 1.012, it can be estimated from FIG. 4 that the phase is −5 degrees, and if the target phase is 0 degrees, the phase difference with respect to the target phase is − It is 5 degrees, and it can be determined that the phase is an advance phase with respect to the target phase. By delaying the next commutation timing in accordance with the phase difference, the current waveform is brought closer to a broken line, and operation at the target phase is enabled.

一方、図2(c)は、目標とする位相に対して転流タイミングが遅い時の電流波形を示している。破線は目標としている位相の場合の電流波形を示している。この場合において、式1により得られた電流変化率Ihiを0.963とすると、図4から5度の位相であると推定でき、目標位相を0度とすると、目標位相に対する位相差は5度であり、目標位相に対して遅れ位相であると判別でき、その位相差に応じて、次回の転流タイミングを早めることによって、電流波形を破線の波形に近づけ、目標位相での運転を可能にする。   On the other hand, FIG. 2C shows a current waveform when the commutation timing is late with respect to the target phase. A broken line indicates a current waveform in the case of a target phase. In this case, if the current change rate Ihi obtained by Equation 1 is 0.963, it can be estimated from FIG. 4 that the phase is 5 degrees, and if the target phase is 0 degrees, the phase difference with respect to the target phase is 5 degrees. It can be determined that the phase is delayed with respect to the target phase, and the current commutation timing is advanced according to the phase difference, thereby making the current waveform closer to the dashed waveform and enabling operation at the target phase. To do.

次に電流制限の方法について説明する。図5は150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。図において、位相を検出する以外の任意のタイミングの1点、すなわちI3における電流値をA/D変換し、電流しきい値Iaと比較を行い電流しきい値Iaよりも大きくなった時、電気角60度の1周期の期間毎にデューティを細く、モータ印加電圧Vmを下げていくことにより電流の増加を防止し、電流しきい値Iaを越えないように制御を行う。電流制限を行わない時の電流波形を点線で示すと、モータ印加電圧を下げることによって電流の増加を防止できていることがより顕著にわかる。   Next, a current limiting method will be described. FIG. 5 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. In the figure, when the current value at one point at any timing other than detecting the phase, that is, I3 is A / D converted and compared with the current threshold value Ia, the current value becomes larger than the current threshold value Ia. Control is performed so that the current is prevented from increasing and the current threshold value Ia is not exceeded by decreasing the duty and decreasing the motor applied voltage Vm for each period of 60 degrees in one cycle. When the current waveform when current limitation is not performed is indicated by a dotted line, it can be seen that increase in current can be prevented by lowering the motor applied voltage.

これによって、インバータ回路に流れる電流を検出して位相を推定すると共に、あらかじめ定められたタイミングにおける電流値を検出し、電流しきい値以上に電流値が越えないようにモータに印加する電圧を制御することができ、確実な位相推定と電流制限を両立させることが可能となり、インバータ回路に流れる電流値を電流検出抵抗から直接電流値として検出して位相を推定し、あらかじめ定められた電流しきい値以上に電流が越えないようにモータに印加される電圧を制御することが可能になると共に、コンパレータ回路が不要になり、小型、低コストで低騒音にできるブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   This detects the current flowing through the inverter circuit and estimates the phase, detects the current value at a predetermined timing, and controls the voltage applied to the motor so that the current value does not exceed the current threshold value. This makes it possible to achieve both reliable phase estimation and current limit, detect the current value flowing through the inverter circuit directly from the current detection resistor as the current value, estimate the phase, and set a predetermined current threshold. The voltage applied to the motor can be controlled so that the current does not exceed the value, and a comparator circuit is not required, and a control device for a brushless DC motor that can be reduced in size, cost, and noise can be obtained. .

なお、本発明の実施例では、あらかじめ記憶する位相を−30度から20度の範囲としたが、モータに合わせて設定すればよく、その作用効果に差異を生じない。   In the embodiment of the present invention, the phase stored in advance is in the range of -30 degrees to 20 degrees, but it may be set in accordance with the motor, and there is no difference in the operation effect.

また、位相を検出する以外の任意のタイミングで電流を検出したが、位相を検出するための電流値を電流しきい値Iaと比較しても良く、その作用効果に差異を生じない。   Further, although the current is detected at an arbitrary timing other than detecting the phase, the current value for detecting the phase may be compared with the current threshold value Ia, and there is no difference in the operation effect.

また、任意のタイミングの1点のみを電流しきい値Iaと比較したが、複数のタイミングで比較することも可能であり、この数値はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   Further, only one point at an arbitrary timing is compared with the current threshold value Ia, but it is also possible to compare at a plurality of timings, and this value may be determined according to the characteristics of the motor. There is no difference.

また、位相推定と電流制限を両立させるようにすることにより、スイッチング素子の破損や回転子の磁石を減磁させてブラシレスDCモータの効率を低下させることが防止でき、騒音の発生や脱調することが防止できると共に、コンパレータ回路を不要とし、小型、低コストで低騒音にすることができる信頼性の高い広角通電のセンサレス駆動によるブラシレスDCモータの制御装置及び換気送風機、例えば、具体的に熱交換型冷却機を提供できる。   Also, by making both phase estimation and current limit compatible, it is possible to prevent the switching element from being damaged and the magnet of the rotor from being demagnetized to reduce the efficiency of the brushless DC motor. A highly reliable wide-angle energization sensorless drive controller and ventilation fan, which eliminates the need for a comparator circuit, can be reduced in size, cost, and noise. An exchangeable chiller can be provided.

(実施の形態2)
図6は、150度の広角通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。図において、電気角60度の1周期の期間には通電重なり期間と通電の重ならない期間が存在し、電流波形の形状が異なることが確認できる。通電重なり期間、通電の重ならない期間と電流波形については図19の(a)、(b)に具体的に示している。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a current waveform detected by a current detection resistor in 150-degree wide-angle energization. In the figure, it can be confirmed that there is an energization overlap period and a period in which energization does not overlap in one period of 60 electrical angles, and the shape of the current waveform is different. The energization overlap period, the period in which energization does not overlap, and the current waveform are specifically shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b).

通電の重ならない期間において、t0からあらかじめ定められた第1のタイミングt11における第1の電流値I1と第2のタイミングt12における第2の電流値I2をA/D変換して求め、次にI1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。   In a period in which the energization does not overlap, the first current value I1 at the first timing t11 determined in advance from t0 and the second current value I2 at the second timing t12 are obtained by A / D conversion, and then I1 The ratio of the current value of I2 to the current value of I2 is obtained as a current change rate Ihi using Equation 1.

一例として第1のタイミングt11を電気角10度、第2のタイミングt12を電気角30度として各位相における電流変化率の関係を図7において実線で示す。一方、通電重なりの期間において、一例として第1のタイミングt11を電気角30度、第2のタイミングt12を電気角50度の各位相における電流変化率の関係も破線で同時に示す。図よ
り実線で示した特性の方が各位相において電流変化率の変化が大きくなっている。破線は殆ど変化が無い。これにより、電流変化率の変化が大きい通電の重ならない期間において電流値を検出する方が位相の推定誤差がより少なくなるということがわかる。
As an example, the first timing t11 is an electrical angle of 10 degrees, the second timing t12 is an electrical angle of 30 degrees, and the relationship of the current change rate in each phase is shown by a solid line in FIG. On the other hand, in the energization overlap period, as an example, the relationship of the current change rate in each phase of the first timing t11 at the electrical angle of 30 degrees and the second timing t12 at the electrical angle of 50 degrees is also shown by broken lines. From the figure, the characteristic indicated by the solid line shows a larger change in the current change rate in each phase. The broken line has almost no change. Accordingly, it can be seen that the phase estimation error is smaller when the current value is detected in the period where the current change rate is large and the energization is not overlapped.

これによって、広角通電における位相の検出が正確にできると共に、あらかじめ定められた電流しきい値以上に電流が越えないようにモータに印加される電圧を制御することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, a highly reliable brushless DC motor capable of accurately detecting the phase in the wide-angle energization and controlling the voltage applied to the motor so that the current does not exceed a predetermined current threshold. Can be obtained.

(実施の形態3)
図8は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。電気角60度の1周期の期間の任意の1点、すなわちI3における電流値をA/D変換し、電流しきい値Iaと比較を行い電流差Idを式2より求めることができる。
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. The current value at any one point in the period of one cycle of 60 electrical angles, that is, I3, is A / D converted, and compared with the current threshold value Ia, and the current difference Id can be obtained from Equation 2.

Id=I3の電流値−Iaの電流しきい値・・・(式2)
この時、電流しきい値を越えないようにモータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdは、ゲインをαとすると、式3により求められる。
Id = current value of I3−current threshold value of Ia (Expression 2)
At this time, the correction voltage Vd that lowers the voltage applied to the motor so as not to exceed the current threshold value is obtained by Equation 3, where the gain is α.

Vd=Id×α・・・(式3)
従って、電流しきい値を越えないようにモータに印加すべき電圧は、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdを減らした電圧とすればよい。
Vd = Id × α (Formula 3)
Therefore, the voltage to be applied to the motor so as not to exceed the current threshold value may be a voltage obtained by reducing the correction voltage Vd from the voltage Vm applied to the motor.

例えば、電流しきい値が2A、モータ印加電圧Vmが24V、αが0.2の時、A/D変換された電流値I3=2.5Aとすると、Vd3=0.5Vとなる。I3の位置において電流が電流しきい値を越えないようにするには、転流タイミング後、通電切替えを行うと同時にモータに印加される電圧を24Vから23.5Vに下げる。以下同様にして各周期の期間毎に印加される電圧を制御することにより電流しきい値を越えないようにすることができる。   For example, when the current threshold value is 2A, the motor applied voltage Vm is 24V, and α is 0.2, assuming that the A / D converted current value I3 = 2.5A, Vd3 = 0.5V. In order to prevent the current from exceeding the current threshold at the position of I3, after the commutation timing, the energization switching is performed and at the same time the voltage applied to the motor is lowered from 24V to 23.5V. Similarly, the current threshold value can be prevented from exceeding by controlling the voltage applied for each period.

これによって、電流しきい値を越えた電流の大きさに応じて、モータに印加される電圧を下げる電圧値を変えることができ、急激な負荷変動等によりモータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができ、スイッチング素子の破損や回転子の磁石の減磁をしにくくすることができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, the voltage value for lowering the voltage applied to the motor can be changed according to the magnitude of the current exceeding the current threshold, and excessive current continuously flows to the motor due to a sudden load fluctuation or the like. A highly reliable brushless DC motor control device that can shorten the period and makes it difficult to damage the switching element or demagnetize the rotor magnet is obtained.

なお、本実施例においては、ゲインαを0.2としたが、この数値はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   In the present embodiment, the gain α is 0.2, but this value may be determined in accordance with the characteristics of the motor, and there is no difference in the operational effect.

(実施の形態4)
図9は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換し、最大の電流値を求め、電流しきい値Iaと比較を行い、電流しきい値Iaより大きい時、電流差Idを式2より求め、更に、モータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdを式3により求める。この補正電圧をもって、次の電気角60度の1周期の期間のモータに印加される電圧Vmを下げる。以下同様にして次の電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧を制御することにより電流しきい値Iaを越えないようにする。従って、電流しきい値を越えないようにモータに印加すべき電圧は、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdを減らした電圧とすればよい。
(Embodiment 4)
FIG. 9 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. A / D conversion is performed on current values at any four points in one period of electrical angle of 60 degrees, that is, Is1, Is2, Is3, and Is4, the maximum current value is obtained, and compared with the current threshold value Ia. When it is larger than the current threshold value Ia, the current difference Id is obtained from Equation 2, and further, a correction voltage Vd that lowers the voltage applied to the motor is obtained from Equation 3. With this correction voltage, the voltage Vm applied to the motor during the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees is lowered. Similarly, the current threshold value Ia is not exceeded by controlling the voltage applied to the motor for each period of the next electrical angle of 60 degrees. Therefore, the voltage to be applied to the motor so as not to exceed the current threshold value may be a voltage obtained by reducing the correction voltage Vd from the voltage Vm applied to the motor.

例えば、電流しきい値がIa=2.0A、モータ印加電圧Vmが24V、αが0.2、の時、各A/Dされた電流値がそれぞれIs1=1.7A、Is2=1.7A、Is3=2.6A、Is4=3.0AとするとIs4の電流値が一番大きいため、Is4=3.0
Aと電流しきい値がIa=2.0Aが比較され、Is4の方が大きいため、電流差Id==1.0Aを求め、補正電圧Vd=0.2Vを得る。
For example, when the current threshold value is Ia = 2.0 A, the motor applied voltage Vm is 24 V, and α is 0.2, the A / D current values are Is1 = 1.7 A and Is2 = 1.7 A, respectively. , Is3 = 2.6A and Is4 = 3.0A, the current value of Is4 is the largest, so Is4 = 3.0
Since A is compared with current threshold value Ia = 2.0A, and Is4 is larger, current difference Id == 1.0A is obtained, and correction voltage Vd = 0.2V is obtained.

従って、次の電気角60度の1周期の期間にモータに印加される電圧を24Vから23.8Vに下げる。以下同様にして、電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧を制御することにより電流しきい値を越えないようにすることができる。   Therefore, the voltage applied to the motor is lowered from 24V to 23.8V in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees. Similarly, it is possible to prevent the current threshold from being exceeded by controlling the voltage applied to the motor for each period of 60 electrical angles.

これによって、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行うようにしたものであり、電流波形が変形せずに正確に検出できるので、磁極位置が正確に推定でき、ブラシレスDCモータの効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, control is performed based on the maximum value of the current flowing through the inverter circuit, and the current waveform can be accurately detected without being deformed, so that the magnetic pole position can be accurately estimated and the efficiency of the brushless DC motor is reduced. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

なお、本実施例においては、電流値を電気角60度の1周期の期間の任意の4点としたが、このサンプル数はモータの特性に合わせて決定すれば良く、また、位相検出のための電流値でも良く、その作用効果に差異は生じない。   In this embodiment, the current value is set to any four points in one period of 60 degrees electrical angle. However, the number of samples may be determined according to the characteristics of the motor, and for phase detection. The current value may be sufficient, and there is no difference in the effect.

また、ゲインαを0.2としたが、この数値はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   Further, although the gain α is set to 0.2, this numerical value may be determined in accordance with the characteristics of the motor, and there is no difference in the operation effect.

(実施の形態5)
図10は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換し、平均電流値Isavgを式4から求める。
(Embodiment 5)
FIG. 10 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. A / D conversion is performed on current values at any four points in one period of electrical angle 60 degrees, that is, Is1, Is2, Is3, and Is4, and an average current value Isavg is obtained from Equation 4.

Isavg=(Is1+Is2+Is3+Is4)/4・・・(式4)
平均電流値Isavgと電流しきい値Iaを比較し、平均電流値Isavgの方が大きい時、その電流差Idを式5により求める。
Isavg = (Is1 + Is2 + Is3 + Is4) / 4 (Formula 4)
The average current value Isavg and the current threshold value Ia are compared, and when the average current value Isavg is larger, the current difference Id is obtained by Equation 5.

Id=Isagの電流値−Iaの電流しきい値・・・(式5)
従って、電流しきい値Iaを越えないようにモータに印加される電圧Vmを下げる補正電圧Vdを式3により求める。この補正電圧Vdをもって次の電気角60度の1周期の期間にモータに印加される電圧Vmを下げる。以下同様にして電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧Vmを制御することにより電流しきい値Iaを越えないようにする。従って、電流しきい値Iaを越えないようにモータに印加すべき電圧Vmは、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdを減らした電圧とすればよい。
Id = current value of Isag−current threshold value of Ia (Expression 5)
Therefore, a correction voltage Vd for reducing the voltage Vm applied to the motor so as not to exceed the current threshold value Ia is obtained by Equation 3. With this correction voltage Vd, the voltage Vm applied to the motor is lowered in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees. Similarly, the current threshold Ia is not exceeded by controlling the voltage Vm applied to the motor for each period of 60 electrical angles. Therefore, the voltage Vm to be applied to the motor so as not to exceed the current threshold value Ia may be a voltage obtained by subtracting the correction voltage Vd from the voltage Vm applied to the motor.

例えば、電流しきい値Iaが2.0A、モータ印加電圧Vmが24V、αが0.2の時、各A/D変換された電流値がそれぞれIs1=1.7A、Is2=1.7A、Is3=2.6A、Is4=3.0Aとすると、その平均電流Isavgは2.25Aとなり、電流差Idは0.25Aとなり、補正電圧Vdは0.5Vとなる。 For example, when the current threshold value Ia is 2.0 A, the motor applied voltage Vm is 24 V, and α is 0.2, the current values obtained by A / D conversion are Is1 = 1.7 A, Is2 = 1.7 A, When Is3 = 2.6A and Is4 = 3.0A, the average current Isavg is 2.25A, the current difference Id is 0.25A, and the correction voltage Vd is 0.5V.

従って、次の電気角60度の1周期の期間にモータに印加される電圧を24Vから23.5Vに下げる。以下同様にして次の電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧を制御することにより電流しきい値を越えないようにすることができる。   Therefore, the voltage applied to the motor is lowered from 24V to 23.5V in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees. Similarly, the current threshold value can be prevented from exceeding by controlling the voltage applied to the motor every period of the next electrical angle of 60 degrees.

これによって、インバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行うようにしたものであり、通電位相を変えることなく電流を抑えることができ、モータ効率の低下を防止できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, the control is performed based on the average value of the current flowing through the inverter circuit, and the current can be suppressed without changing the energization phase, and a highly reliable brushless DC motor that can prevent the motor efficiency from being lowered. A control device is obtained.

なお、本実施例においては、電流値を電気角60度の1周期の期間の任意の4点とした
が、このサンプル数はモータの特性に合わせて決定すれば良く、また、位相検出のための電流値でも良く、その作用効果に差異は生じない。
In this embodiment, the current value is set to any four points in one period of 60 degrees electrical angle. However, the number of samples may be determined according to the characteristics of the motor, and for phase detection. The current value may be sufficient, and there is no difference in the effect.

また、ゲインαを0.2としたが、この数値はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   Further, although the gain α is set to 0.2, this numerical value may be determined in accordance with the characteristics of the motor, and there is no difference in the operation effect.

(実施の形態6)
起動時は、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行い、運転時は、電流の平均値により制御を行い、起動時と運転時で制御を変えるようにしたものである。
(Embodiment 6)
At startup, control is performed based on the maximum value of the current flowing through the inverter circuit, and during operation, control is performed based on the average value of the current, and control is changed between startup and operation.

上記構成において、電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換し、起動時は、最大の電流値を求め、電流しきい値Iaと比較を行い、電流しきい値Iaより大きい時、電流差Idを式2より求め、更に、モータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdを式3により求める。一方、運転時は、同様にして平均電流値Isavgを式4から求め、平均電流値Isavgと電流しきい値Iaを比較し、平均電流値Isavgの方が大きい時、その電流差Idを式5により求め、電流しきい値Iaを越えないようにモータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdを式3により求める。   In the above configuration, A / D conversion is performed on the current values at any four points in one period of electrical angle 60 degrees, that is, Is1, Is2, Is3, and Is4. Comparison is made with the threshold value Ia, and when it is larger than the current threshold value Ia, the current difference Id is obtained from Equation 2, and further, the correction voltage Vd for lowering the voltage applied to the motor is obtained from Equation 3. On the other hand, during operation, the average current value Isavg is similarly obtained from the equation 4, the average current value Isavg is compared with the current threshold value Ia, and when the average current value Isavg is larger, the current difference Id is expressed by the equation 5 And a correction voltage Vd for reducing the voltage applied to the motor so as not to exceed the current threshold value Ia is obtained by Equation 3.

起動時と運転時では、この補正電圧Vdに差ができ、この補正電圧をもって次の電気角60度の1周期の期間後、モータに印加される電圧Vmを下げる。以下同様にして次の電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧を制御することにより電流しきい値を越えないようにする。従って、起動時と運転時で過電流保護の制御方法を変えることが可能となる。   There is a difference between the correction voltage Vd during start-up and during operation, and the voltage Vm applied to the motor is lowered with this correction voltage after one period of the next electrical angle of 60 degrees. Similarly, the current threshold value is not exceeded by controlling the voltage applied to the motor for each period of the next electrical angle of 60 degrees. Therefore, it is possible to change the control method of overcurrent protection between startup and operation.

これによって、スイッチング素子の破損や回転子の磁石が減磁するおそれが高い起動時には、電流の最大値で電流を抑え、運転時は、より電流値のばらつきが少なく安定してモータ電流を抑えることができ、起動時において過大な電流が継続して発生することを防止すると共に、十分な起動トルクを得ることができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   This suppresses the current at the maximum current value at startup when there is a high risk of damage to the switching element or the magnet of the rotor, and suppresses the motor current more stably during operation. Thus, an excessive current can be prevented from being continuously generated at the time of starting, and a sufficient starting torque can be obtained, so that a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

(実施の形態7)
運転時はインバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行い、あらかじめ定められた電流しきい値を越えた時は、電流値の最大値により制御を行い、モータ負荷の変化に応じて制御を変えるようにしたものである。
(Embodiment 7)
During operation, control is performed based on the average value of the current flowing through the inverter circuit. When a predetermined current threshold value is exceeded, control is performed based on the maximum value of the current value, and the control is changed according to changes in the motor load. It is what I did.

上記構成において、電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換し、同様にして平均電流値Isavgを式4、電流差Idを式5から求め、電流しきい値Iaを越えないようにモータに印加される電圧Vmを下げる補正電圧Vdを式3により求める。この補正電圧Vdをもって次の電気角60度の1周期の期間後、モータに印加される電圧Vmを下げる。以下同様にして次の電気角60度の1周期の期間毎にモータに印加される電圧Vmを制御することにより電流しきい値Iaを越えないようにする。   In the above configuration, A / D conversion is performed on current values at any four points in one period of an electrical angle of 60 degrees, that is, Is1, Is2, Is3, and Is4. Similarly, the average current value Isavg is expressed by Equation 4, Current difference Id is obtained from Equation 5, and a correction voltage Vd that lowers the voltage Vm applied to the motor so as not to exceed the current threshold value Ia is obtained from Equation 3. With this correction voltage Vd, the voltage Vm applied to the motor is lowered after a period of the next electrical angle of 60 degrees. In the same manner, the current threshold Ia is not exceeded by controlling the voltage Vm applied to the motor for each period of the next electrical angle of 60 degrees.

この時、モータ負荷に変動があり、負荷が重くなりモータ電流が増加して、電流差Idがあらかじめ定められたしきい値Idmaxを越えた場合は、各々Is1,Is2,Is3,Is4と電流しきい値Iaと比較を行い電流差Idを同様にして式2より求め、その中から一番大きい電流差Idから電流しきい値を越えないようにモータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdを式3により求め、この補正電圧をもって電気角60度の1周期の期間の後、モータに印加される電圧Vmを下げる。以下同様にして電気角60度の1周期
の期間毎にモータに印加される電圧Vmを制御することにより電流しきい値を越えないようにすることができる。
At this time, if the motor load fluctuates, the load becomes heavier and the motor current increases and the current difference Id exceeds a predetermined threshold value Idmax, currents Is1, Is2, Is3, and Is4 are respectively supplied. Compared with the threshold value Ia, the current difference Id is similarly obtained from Equation 2, and the correction voltage Vd for decreasing the voltage applied to the motor from the largest current difference Id so as not to exceed the current threshold value is obtained. The voltage Vm applied to the motor is lowered after a period of one cycle with an electrical angle of 60 degrees using this correction voltage. Similarly, the current threshold value can be prevented from exceeding by controlling the voltage Vm applied to the motor for each period of 60 electrical angles.

これによって、急激な負荷変動等により、電流が増加して電流しきい値を越えた時は、電流の最大値で電流を抑えることができ、モータに過大な電流が継続して流れる期間を短くすることができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current increases and exceeds the current threshold due to sudden load fluctuations, etc., the current can be suppressed at the maximum value of the current, and the period during which excessive current continues to flow through the motor is shortened. Therefore, a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

(実施の形態8)
図11は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。図において、第1の電流しきい値Iaよりも大きな第2の電流しきい値Ibを設けている。
(Embodiment 8)
FIG. 11 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization. In the figure, a second current threshold value Ib larger than the first current threshold value Ia is provided.

点線で示すようにIs3以降において電流しきい値Ibを越えて電流が流れている状態において説明を行う。   As shown by the dotted line, the description will be given in a state where the current flows beyond the current threshold value Ib after Is3.

電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換する。電流値がIs3において電流しきい値Ibを越えていると判断したとき、これ以降、電流値の検出の周期を早くしてA/D変換を行いモータに印加される電圧を下げるように制御を働かせる。具体的には、Is3の電流値をA/D変換した時、電流しきい値Ibを越えているときは、電流しきい値Ibとの電流差Idbを式6により求める。   A / D conversion is performed on current values at four points in one period of an electrical angle of 60 degrees, that is, Is1, Is2, Is3, and Is4. When it is determined that the current value exceeds the current threshold value Ib at Is3, the control is performed so as to reduce the voltage applied to the motor by performing A / D conversion by increasing the current value detection cycle. Work. Specifically, when the current value of Is3 is A / D converted, if the current threshold value Ib is exceeded, the current difference Idb with respect to the current threshold value Ib is obtained by Equation 6.

Idb=A/D変換した電流値−Ibの電流しきい値・・・(式6)
この時、電流しきい値を越えないようにモータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdbは、ゲインをβとすると、式7により求められる。
Idb = A / D converted current value−Ib current threshold value (Expression 6)
At this time, the correction voltage Vdb that lowers the voltage applied to the motor so as not to exceed the current threshold value is obtained by Equation 7, where the gain is β.

Vdb=Idb×β・・・(式7)
従って、電流しきい値Ibを越えないようにモータに印加すべき電圧は、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdbを減らした電圧とすればよい。この補正電圧Vbdを次の検出の周期毎にモータに印加される電圧Vmを下げる。
Vdb = Idb × β (Expression 7)
Therefore, the voltage to be applied to the motor so as not to exceed the current threshold value Ib may be a voltage obtained by subtracting the correction voltage Vdb from the voltage Vm applied to the motor. The correction voltage Vbd is lowered to the voltage Vm applied to the motor at every next detection cycle.

次の電気角60度の1周期の期間の通電を切替える転流タイミングの時は、式4、式5から電流差Idを求め、更にモータに印加される電圧を下げる補正電圧Vdを式3により求め、この補正電圧Vdによりモータの印加電圧Vmを下げるように制御を働かせる。   At the commutation timing for switching energization in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees, the current difference Id is obtained from the equations 4 and 5, and the correction voltage Vd for lowering the voltage applied to the motor is obtained by the equation 3. Then, control is performed so that the applied voltage Vm of the motor is lowered by the correction voltage Vd.

例えば、電流しきい値Ibが3A、ゲインβが2、Is4が3.8Aの時、電流しきい値Ibとの電流差Idbは、0.8Aとなり、補正電圧は1.6Vとなる。Is4の電流値をA/D変換した際にモータに印加されている電圧を22Vとすると、電流制限Ibを越えないように20.4Vの電圧を印加すればよい。   For example, when the current threshold value Ib is 3 A, the gain β is 2, and Is4 is 3.8 A, the current difference Idb from the current threshold value Ib is 0.8 A, and the correction voltage is 1.6 V. If the voltage applied to the motor when the current value of Is4 is A / D converted is 22V, a voltage of 20.4V may be applied so as not to exceed the current limit Ib.

以下、同様にして検出の周期を早くしてモータに印加される電圧を制御することにより電流しきい値Ibを越えないようにすることができる。   Similarly, the current threshold value Ib can be prevented from exceeding by controlling the voltage applied to the motor by increasing the detection cycle.

これによって、負荷変動等により、電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えた時は、スイッチング素子をオフして電流をシャットダウンし、第2の電流しきい値以上の電流が流れないようにすることができ、確実にモータに過大な電流が流れることを防止することができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current greatly increases due to load fluctuation or the like and exceeds the second current threshold, the switching element is turned off to shut down the current. Can be prevented from flowing, an excessive current can be reliably prevented from flowing through the motor, and a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

なお、本実施例においては、ゲインβを2としたが、この数値はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   In the present embodiment, the gain β is set to 2, but this numerical value may be determined in accordance with the characteristics of the motor, and there is no difference in the operation effect.

また、検出の周期を早くした時、電圧をPWMで変更している場合は、PWMのキャリア周期毎でも良く、その周期はモータの特性に合わせて決定すれば良く、その作用効果に差異は生じない。   If the voltage is changed by PWM when the detection cycle is accelerated, the PWM carrier cycle may be determined according to the characteristics of the motor, and there will be a difference in the function and effect. Absent.

(実施の形態9)
第2の電流しきい値Ibより電流の検出値が大きくなると、電流値の検出の周期を早くして、その時の補正電圧Vdbに基づいてモータに印加される電圧を制御するが、次の電気角60度の1周期の期間の通電切り替えの転流タイミングの時のモータ電圧Vmの補正値Vdは式3より求める値より多く電圧を下げる様にしたものである。
(Embodiment 9)
When the detected current value becomes larger than the second current threshold value Ib, the current value detection cycle is advanced and the voltage applied to the motor is controlled based on the correction voltage Vdb at that time. The correction value Vd of the motor voltage Vm at the commutation timing of the energization switching in the period of one cycle of 60 degrees is designed to lower the voltage more than the value obtained from Equation 3.

上記構成において、次の電気角60度の1周期の期間の通電切り替えの時のモータ電圧の補正値Vdcはゲインをγとし、γはαより大きな値とし、式8より求める。   In the above configuration, the correction value Vdc of the motor voltage at the time of energization switching in the period of the next electrical angle of 60 degrees is set to γ, γ is larger than α, and is obtained from Equation 8.

Vdc=Id×γ・・・(式8)
従って、第2の電流しきい値Ibより電流の検出値が大きくなった場合、次の電気角60度の1周期の期間の通電切り替えの転流タイミングの時のモータ電圧にモータに印加すべき電圧は、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdcを減らした電圧とすればよい。
Vdc = Id × γ (Expression 8)
Therefore, when the detected current value becomes larger than the second current threshold value Ib, the motor voltage at the commutation timing of the energization switching in the period of the next electrical angle of 60 degrees should be applied to the motor. The voltage may be a voltage obtained by subtracting the correction voltage Vdc from the voltage Vm applied to the motor.

これによって、負荷変動等により、電流が大幅に増加して、第2の電流しきい値を越えた時は、次の電気角60度の1周期の期間の通電切り替えの転流タイミングの時のモータ電圧にモータに印加すべき電圧を通常より大きく変更することができ、確実にモータに過大な電流が流れることを防止することができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, when the current greatly increases due to load fluctuation or the like and exceeds the second current threshold value, the current at the commutation timing of the energization switching in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees. The voltage to be applied to the motor can be changed to a greater value than usual, so that an excessive current can be reliably prevented from flowing through the motor, and a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

(実施の形態10)
図12は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。
(Embodiment 10)
FIG. 12 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization.

図において、電気角60度の1周期の期間の任意の4点、すなわちIs1,Is2,Is3,Is4における電流値をA/D変換する。この時、Is3時点において予め定められた電流しきい値Ibを超えておらず、Is4時点において超えて電流が流れている状態と、Is3時点において予め定められた電流しきい値Ibを超えて電流が流れている状態において説明を行う。 In the figure, any four points period of one cycle of the electrical angle of 60 degrees, i.e. Is1, Is2, Is3, the current A / D you conversion in Is4. At this time, the current threshold Ib that does not exceed the predetermined current threshold Ib at the time Is3 and the current flows at the time Is4 exceeds the current threshold Ib that is predetermined at the Is3 time. An explanation will be given in a state where the

図12(a)に示すように、Is3時点において予め定められた電流しきい値Ibを超えておらず、Is4時点において超えて電流が流れている場合、式6および式7によりIdbおよびVdbを計算し、次の電気角60度の1周期の期間の通電切り替えの転流タイミングの時のモータ電圧にモータに印加すべき電圧は、モータに印加されている電圧Vmから補正電圧Vdbを減らした電圧とすればよい。   As shown in FIG. 12A, when current threshold Ib is not exceeded at Is3 time and current is exceeded at Is4 time, Idb and Vdb are expressed by Equations 6 and 7. The voltage to be applied to the motor to the motor voltage at the time of commutation timing of the energization switching in the period of one cycle of the next electrical angle of 60 degrees calculated is obtained by reducing the correction voltage Vdb from the voltage Vm applied to the motor. What is necessary is just a voltage.

図12(b)に示すように、Is3の時点ではすでに予め定められた電流値Ibより大きくなっており、この測定タイミングより前に大きくなったことが確認できる。この場合、モータ電圧Vmを0Vにして、モータを停止させる。   As shown in FIG. 12B, it can be confirmed that the current value Ib is already larger than the predetermined current value Ib at the time of Is3, and has become larger before this measurement timing. In this case, the motor voltage Vm is set to 0 V and the motor is stopped.

これによって、電流値があらかじめ定められたタイミングより早い場合はモータを停止させることができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   Thus, when the current value is earlier than a predetermined timing, the motor can be stopped, and a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

(実施の形態11)
図13は、150度通電における電流検出抵抗が検出する電流波形を示している。
(Embodiment 11)
FIG. 13 shows a current waveform detected by the current detection resistor at 150 degrees energization.

図において、点線で示すようにIs1を検出するタイミングであらかじめ定められた電流値Ibを越えている状態において説明を行う。   In the figure, the description will be made in a state where the current value Ib exceeds a predetermined value at the timing of detecting Is1 as indicated by a dotted line.

Is1とIs2は位相推定のために電流値を検出しているが、この電流値があらかじめ定められた値より大きい場合についてはモータを停止させることができる。   The current values of Is1 and Is2 are detected for phase estimation. However, when the current value is larger than a predetermined value, the motor can be stopped.

これによって、位相検出の電流値測定タイミングにおいて、あらかじめ定められた電流値以上有った場合は、モータを停止させるようにすることが可能となる。これにより、未然にスイッチング素子の破損や回転子の磁石の減磁を防止することができ、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。   As a result, the motor can be stopped when the current value measurement timing of the phase detection exceeds a predetermined current value. As a result, damage to the switching element and demagnetization of the rotor magnet can be prevented in advance, and a highly reliable brushless DC motor control device can be obtained.

(実施の形態12)
図14に示すように、ブラシレスDCモータの制御装置を熱交換型冷却機に搭載したものである。
(Embodiment 12)
As shown in FIG. 14, a brushless DC motor control device is mounted on a heat exchange type cooler.

図において、室外側ブラシレスDCモータ2aで、室外側送風機14を回転させることにより、携帯電話の交換基地局等の発熱体収納箱15が設置された周囲の外気を、熱交換型冷却機16の下部の外気吸込口17より吸い込み、熱交換素子18を通過させた後、熱交換型冷却機16の上部の外気吐出口19より吐き出している。室内側ブラシレスDCモータ20で、室内側送風機21を回転させることにより、発熱体収納箱内部の熱せられた内気を、熱交換型冷却機16の上部の内気吸込口22より吸い込み、熱交換素子18を通過させた後、熱交換型冷却機16の下部の内気吐出口23より吐き出している。室外側送風機14の回転による外気の動きを黒塗りの矢印で、室内側送風機21の回転による室内空気の動きを白抜きの矢印で示している。熱交換素子18内を冷えた外気と熱せられた室内空気が通過するときに熱交換され、外気は熱せられて大気中に排出され、室内空気は冷やされて室内側に還流されるので、発熱体収納箱15内の冷却が可能になる。熱交換素子18内では外気風路と内気風路は遮断されており、熱交換型冷却機16の内気風路内に外気風路の空気が流入することは無い。熱交換型冷却機16の内気風路内に設置された制御ボックス24は、内部に室外側ブラシレスDCモータ2aを駆動するための制御装置13が設置されている。制御装置13には、発熱体収納箱15内に設置された低圧の直流電源5より、低圧の直流電力が供給され、制御装置13から駆動用リード線25を通して室外側のブラシレスDCモータ2を駆動している。又、制御ボックス24内には、室内側ブラシレスDCモータ20を駆動する室内側インバータ回路(図示せず)も備え、室内側送風機21を運転している。   In the figure, the outdoor brushless DC motor 2a is used to rotate the outdoor blower 14 so that the ambient air around which the heating element storage box 15 such as a mobile phone exchange base station is installed After sucking in from the lower outside air inlet 17 and passing through the heat exchange element 18, the air is discharged from the upper air outlet 19 in the upper part of the heat exchange type cooler 16. By rotating the indoor air blower 21 with the indoor brushless DC motor 20, the heated inside air inside the heating element storage box is sucked from the inside air inlet 22 at the top of the heat exchange type cooler 16, and the heat exchange element 18. Then, the air is discharged from the inside air discharge port 23 below the heat exchange type cooler 16. The movement of the outside air due to the rotation of the outdoor blower 14 is indicated by a black arrow, and the movement of the indoor air due to the rotation of the indoor blower 21 is indicated by a white arrow. Heat is exchanged when the outside air cooled and the heated indoor air pass through the heat exchange element 18, the outside air is heated and discharged into the atmosphere, and the indoor air is cooled and returned to the indoor side, so that heat is generated. The inside of the body storage box 15 can be cooled. In the heat exchange element 18, the outside air passage and the inside air passage are blocked, and the air in the outside air passage does not flow into the inside air passage of the heat exchange type cooler 16. The control box 24 installed in the internal air passage of the heat exchange type cooler 16 is provided with a control device 13 for driving the outdoor brushless DC motor 2a. The control device 13 is supplied with low-voltage DC power from a low-voltage DC power source 5 installed in the heating element storage box 15, and drives the brushless DC motor 2 on the outdoor side through the drive lead wire 25 from the control device 13. is doing. The control box 24 also includes a room-side inverter circuit (not shown) that drives the room-side brushless DC motor 20 and operates the room-side fan 21.

これによって、内気風路側に設置された制御装置との接続に使用するセンサ信号の中継リード線が不要になるので、センサ信号線へのノイズによる誤動作の影響がない、信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置とすることができると共に、リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、低価格の熱交換型冷却機が得られる。   This eliminates the need for a relay lead wire for the sensor signal used for connection to the control device installed on the side of the inside air flow path, so that there is no influence of malfunction due to noise on the sensor signal wire, and a highly reliable brushless DC motor. In addition, a lead wire is unnecessary and the work of connecting a relay line is eliminated, so that a low-cost heat exchange type cooler can be obtained.

一般に使用されるブラシレスDCモータの制御装置や換気送風機器に搭載されるブラシレスDCモータの制御装置の用途にも適用できる。   The present invention can also be applied to a brushless DC motor control device that is generally used and a brushless DC motor control device that is mounted on a ventilation fan.

1 インバータ回路
2 ブラシレスDCモータ
3 回転子
4 固定子
5 直流電源
6 電流検出抵抗
7 マイクロコンピュータ
8 A/D変換器
9 位相推定手段
10 転流タイミング決定手段
11 電流制限手段
12 ドライブ回路
13 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter circuit 2 Brushless DC motor 3 Rotor 4 Stator 5 DC power supply 6 Current detection resistance 7 Microcomputer 8 A / D converter 9 Phase estimation means 10 Commutation timing determination means 11 Current limiting means 12 Drive circuit 13 Controller

Claims (12)

直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された回転子と固定子巻線を有するブラシレスDCモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオン・オフさせ、オンの期間を電気角で120度以上長くして通電重なり期間を設けて広角通電で回転させる制御装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流を検出する電流検出抵抗と前記電流検出抵抗より出力される電流値により得られる電流波形において、前記通電重なり期間ではない通電の重ならない期間のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比である電流変化率と前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係をあらかじめ記憶し、この位相関係から前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧との位相を推定する位相推定手段と、前記位相推定手段によって推定した位相があらかじめ定められた目標位相に追従するように転流タイミングを決定する転流タイミング決定手段と、前記電流検出抵抗より出力された電流値があらかじめ定められた電流制限値を越えないようにモータに印加される電圧を制御する電流制限手段を有することを特徴とするブラシレスDCモータの制御装置。 A brushless DC motor having a rotor and a stator winding connected via an inverter circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected to a DC power supply is switched on and off for the switching elements of the inverter circuit. In a control device that is rotated by wide-angle energization by providing an energization overlap period with an electrical angle longer than 120 degrees, a current detection resistor that detects current supplied from the DC power supply to the inverter circuit and the current detection resistor output In the current waveform obtained by the current value, the current change rate which is the ratio of the current value at the first and second timings determined in advance during the non-overlapping period that is not the energization overlapping period is induced in the stator winding. The phase relationship between the induced voltage and the voltage applied to the stator winding is memorized in advance. A phase estimating means for estimating the phase of the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding, and the phase estimated by the phase estimating means follows a predetermined target phase. A commutation timing determining means for determining the commutation timing so that the current value output from the current detection resistor does not exceed a predetermined current limit value, and a current limit for controlling a voltage applied to the motor Means for Controlling Brushless DC Motor 位相推定手段は、前記電流検出抵抗より出力される電流値により得られる電流波形において、前記通電重なり期間ではない通電の重ならない期間にあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比を電流変化率として算出し、電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相の相関曲線をあらかじめ記憶したことを特徴とする請求項1記載のブラシレスDCモータの制御装置。 In the current waveform obtained from the current value output from the current detection resistor, the phase estimation means is a ratio of the current values at the first and second timings determined in advance in the non-overlapping periods other than the energization overlapping period. The brushless DC motor control device according to claim 1, wherein a correlation curve of a phase between the current change rate and a voltage applied to the stator winding is stored in advance. 電流制限手段は、あらかじめ定められたしきい値に対して、インバータ回路に流れる電流が大きい場合、その差に応じて、モータに印加される電圧を下げる変化量を変更することを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means changes the amount of change for decreasing the voltage applied to the motor according to the difference when the current flowing through the inverter circuit is large with respect to a predetermined threshold value. Item 3. A control device for a brushless DC motor according to any one of Items 1 to 2. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行うことを特徴とする請求項1至3のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 Current limiting means, to the first predetermined threshold, a brushless DC according to any one of claims 1 optimum 3, characterized in that for controlling the maximum value of the current flowing in the inverter circuit Motor control device.
電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、インバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行うことを特徴とする請求項1至4のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。

Current limiting means, to the first predetermined threshold, a brushless DC according to any one of claims 1 optimum 4, characterized in that for controlling the average value of the current flowing in the inverter circuit Motor control device.
電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、起動時は、インバータ回路に流れる電流の最大値により制御を行い、運転時は、電流の平均値により制御を行うことを特徴とする請求項1至5のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means controls the first threshold value determined in advance by the maximum value of the current flowing through the inverter circuit at the start-up and by the average value of the current during operation. brushless DC motor control device according to any one of claims 1 optimum 5, characterized. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値に対して、運転時はインバータ回路に流れる電流の平均値により制御を行い、あらかじめ定められた第1のしきい値を越えた時は、電流の最大値により制御を行うことを特徴とする請求項1至6のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means controls the first threshold value determined in advance by the average value of the current flowing through the inverter circuit during operation, and when the predetermined first threshold value is exceeded, , brushless DC motor control device according to any one of claims 1 optimum 6, characterized in that for controlling the maximum value of the current. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして第2のしきい値以上電流が大きくならないように制御することを特徴とする請求項4至7のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means provides a second threshold value larger than a predetermined first threshold value, and shuts down the current when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second threshold value. brushless DC motor control apparatus according to any one of claims 4 optimum 7, wherein the controller controls such that the second threshold or more current is not increased. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を越えた場合は、電流をシャットダウンして第2のしきい値以上電流が大きくならないように制御すると共に、モータに印加される電圧を下げる変化量をあらかじめ定められた第1のしきい値で変更する値より大きく変更することを特徴とする請求項4至8のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means provides a second threshold value larger than a predetermined first threshold value, and shuts down the current when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second threshold value. Control is performed so that the current does not become larger than the second threshold value, and the amount of change that lowers the voltage applied to the motor is changed to be larger than the value that is changed by a predetermined first threshold value. brushless DC motor control apparatus according to any one of claims 4 optimum 8. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を越えた場合、そのタイミングが予め定められたタイミングより早い場合は、モータを停止させることを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means provides a second threshold value larger than a predetermined first threshold value, and when the current flowing through the inverter circuit exceeds the second threshold value, the timing is predetermined. 10. The brushless DC motor control device according to claim 4, wherein the motor is stopped when the timing is earlier than the predetermined timing. 電流制限手段は、あらかじめ定められた第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を設け、位相を推定する期間において、インバータ回路に流れる電流が第2のしきい値を超えた場合、モータを停止させることを特徴とする請求項4乃至10のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The current limiting means provides a second threshold value that is greater than a predetermined first threshold value, and the current flowing through the inverter circuit exceeds the second threshold value during the phase estimation period. The control device for a brushless DC motor according to any one of claims 4 to 10, wherein the motor is stopped. 請求項1至11のいずれかに記載のブラシレスDCモータの制御装置を搭載した換気送風機。
Ventilation blower equipped with a control device for a brushless DC motor according to any one of claims 1 optimum 11.
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