JP5863473B2

JP5863473B2 - モータ駆動装置

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Publication number: JP5863473B2
Application number: JP2012008231A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　裕之; 裕之鈴木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013150429A

Description

本発明は、交流電圧に対応するパルス電圧の印加によって回転するブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

現在、ブラシレスモータは、ブラシのメンテナンスが不要であること、及び、小型化が可能であること等の利点からＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）ドライブ等の情報機器だけでなく、洗濯機又は冷蔵庫等の家電製品にも使用されている。

ブラシレスモータは、バイポーラトランジスタ又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の複数の半導体スイッチで構成されるインバータが直流電圧を、交流電圧に対応するパルス電圧に変換して印加することによって作動する。ブラシレスモータに流れる電流の成分には、界磁磁束を発生させてブラシレスモータの逆起電力に寄与する界磁電流と、界磁磁束に直交する磁束を発生させてブラシレスモータのトルクに寄与するトルク電流とがある。

ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置は、ブラシレスモータが有する複数のコイル夫々に印加される交流電圧の値を、複数の半導体スイッチを各別にオン／オフすることによって調整し、界磁電流及びトルク電流の値を調整している。

ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置として、各コイルに入出力される電流の値を検出する電流センサを備え、電流センサが検出した値から演算した界磁電流及びトルク電流の値に基づいて複数の半導体スイッチを各別にオン／オフするモータ駆動装置がある。しかしながら、このモータ駆動装置には、電流センサが設けられているため、大型でかつ高価であるという問題がある。

特許文献１には、電流センサを用いずに、界磁電流及びトルク電流の値を適切に調整することができるモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置は、ブラシレスモータ２のロータから発生する磁界の大きさを検出し、ロータの磁極が切り替わった場合に出力電圧が大きく変化するホールセンサを用いて、ブラシレスモータの回転速度を検出する。

特許文献１に記載のモータ駆動装置は、検出した回転速度と、ブラシレスモータの目標回転速度との差を用いて、ＰＩ（Proportional-Integral）制御を行い、ブラシレスモータに流すべきトルク電流の値を決定する。更に、特許文献１に記載のモータ駆動装置は、目標回転速度に対応付けてブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を記憶している記憶部を備え、記憶部から読み出すことによって界磁電流の値を決定する。

特開２００６−２０３９７０号公報

洗濯機又は冷蔵庫等の家電製品に搭載されるブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置は、家庭に引き入れられている交流電源（商用電源）に接続されている。このモータ駆動装置は、交流電源から印加された交流電圧を直流電圧に整流して平滑化し、平滑化した直流電圧をブラシレスモータの端子間に印加すべき交流電圧に対応するパルス電圧に変換し、変換したパルス電圧をブラシレスモータの端子間に印加する。このため、ブラシレスモータの端子間に印加することが可能な交流電圧の値の範囲は交流電源が出力する交流電圧を整流して平滑化した直流電圧の値に依存し、平滑化した直流電圧の値は、交流電源の負荷状況、例えば、交流電源が給電する電気負荷の数によって変動する。

しかしながら、特許文献１に記載のモータ駆動装置は、目標回転速度と、演算したブラシレスモータの回転速度とに基づいて、ブラシレスモータの端子間に印加する交流電圧の値を決定しており、交流電源によって印加された交流電圧を整流して平滑化した直流電圧の値に基づいて決定していない。このため、特許文献１に記載のモータ駆動装置は、前記直流電圧の値では生成することができないパルス電圧の印加を試みる虞がある。この場合、特許文献１に記載のモータ駆動装置には、ブラシレスモータの回転が不安定になりブラシレスモータが高速に回転しない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パルス電圧に変換する直流電圧の値が変動した場合であっても安定的にかつ高速にブラシレスモータを回転させることができるモータ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るモータ駆動装置は、ブラシレスモータの目標回転速度に基づいて該ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を決定する決定手段と、該決定手段が決定した界磁電流の値を含む前記ブラシレスモータの回転に係る値を用いて、前記ブラシレスモータが有する複数のコイル夫々に印加すべき交流電圧の値を演算する第１演算手段と、直流電圧を該第１演算手段が演算した値に応じたパルス電圧に変換し、変換したパルス電圧を前記ブラシレスモータの端子間に印加するインバータとを備えるモータ駆動装置において、前記直流電圧の値を検出する電圧検出部と、該電圧検出部が検出した値から、前記端子間に印加する交流電圧の振幅値の上限値を演算する第２演算手段と、前記第１演算手段が演算した値の交流電圧を前記複数のコイル夫々に印加した場合に前記ブラシレスモータの端子間に印加される交流電圧の振幅値を演算する第３演算手段と、前記界磁電流の値を低減する低減手段とを備え、前記第１演算手段は、前記低減手段が低減した界磁電流の値を含む前記ブラシレスモータの回転に係る値を用いて、前記交流電圧の値を演算し、前記低減手段は、前記第３演算手段で演算した振幅値が前記第２演算手段で演算した上限値を超える場合に、前記界磁電流の値からの低減幅を所定値だけ大きくし、前記第３演算手段で演算した振幅値が前記第２演算手段で演算した上限値以下である場合に、前記界磁電流の値からの低減幅を維持するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、電圧検出部はパルス電圧に変換する直流電圧の値を検出する。第２演算手段は、電圧検出部が検出した直流電圧の値から、ブラシレスモータの端子間に印加する交流電圧の振幅値の上限値を演算する。第３演算手段は、第１演算手段が演算した値の交流電圧をブラシレスモータが有する複数のコイル夫々に印加した場合にブラシレスモータの端子間に印加される交流電圧の振幅値を演算する。

低減手段は、決定手段がブラシレスモータの目標回転速度に基づいて決定したブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を低減する。第１演算手段は、低減手段が低減した界磁電流の値を含むブラシレスモータの回転に係る値を用いて、ブラシレスモータの端子間に印加すべき交流電圧の値を演算する。インバータは、直流電圧を第１演算手段が演算した値に応じたパルス電圧に変換し、変換したパルス電圧をブラシレスモータの端子間に印加する。低減手段は、第３演算手段で演算した振幅値が第２演算手段で演算した上限値を超える場合に、決定手段が決定した界磁電流の値からの低減幅を所定値だけ大きくし、第３演算手段で演算した振幅値が第２演算手段で演算した上限値以下である場合に、決定手段が決定した界磁電流の値からの低減幅を維持する。

従って、パルス電圧に変換する直流電圧の値が変動した場合であっても、第１演算手段が演算した交流電圧の値に応じたパルス電圧は、前記直流電圧の変換によって生成することが可能なパルス電圧となるため、ブラシレスモータは安定的にかつ高速に回転する。
低減手段は、第３演算手段で演算した振幅値が第２演算手段で演算した上限値以下である場合に低減手段は界磁電流の値からの低減幅を維持し、第３演算手段で演算した振幅値が第２演算手段で演算した上限値を超える都度、決定手段が決定した界磁電流の値からの低減幅を所定値ずつ大きくし、複雑な演算を行わない。このため、回路構成が簡単であり、製造コストが低い。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記上限値は、前記複数のコイル夫々に実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な前記端子間の交流電圧の振幅値未満であることを特徴とする。

本発明にあっては、上限値は、ブラシレスモータの端子間に印加する交流電圧の振幅値の中で、ブラシレスモータが有する複数のコイル夫々に実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値未満である。
これにより、ブラシレスモータの端子間に適切な交流電圧が印加され、ブラシレスモータはより安定して回転する。また、上限値は実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値“未満”である。このため、ブラシレスモータの端子間に印加される交流電圧、より詳細にはパルス電圧が変動しても、ブラシレスモータの端子間に印加した交流電圧の振幅値が実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値を超えることはなく、ブラシレスモータはより安定して回転する。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記目標回転速度に対応付けて前記ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を記憶している記憶部を備え、前記決定手段は、前記目標回転速度に対応する前記界磁電流の値を前記記憶部から読み出すことによって前記ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を決定するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、決定手段は、ブラシレスモータの目標回転速度に対応する界磁電流の値を記憶部から読み出し、ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を、記憶部から読み出した界磁電流の値に決定する。
これにより、界磁電流の値が容易かつ適切に決定される。

本発明によれば、界磁電流の値がパルス電圧に変換する直流電圧の値に応じて低減されるので、該直流電圧が変動した場合であってもブラシレスモータを安定的にかつ高速に回転させることができる。

本発明に係るモータ駆動装置の要部構成を示す回路図である。制御装置の要部構成を示すブロック図である。目標回転速度に対応する界磁電流の値を示すグラフである。ロータの回転位置に対してコイルに印加すべき交流電圧の値の一例を示すグラフである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るモータ駆動装置の要部構成を示す回路図である。このモータ駆動装置１は、例えばドラム式洗濯機のドラムを回転させるブラシレスモータ２と、各家庭に引き入れられている交流電源３とに接続されている。

モータ駆動装置１が駆動するブラシレスモータ２は３相モータであり、ステータに３つのコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗが各別に巻かれている。コイルＬｕの一方の端子は、コイルＬｖ，Ｌｗ夫々の一方の端子に、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々の他方の端子はモータ駆動装置１に各別に接続されている。

モータ駆動装置１は、交流電源３によって与えられた交流電圧を整流して平滑化し、平滑化した直流電圧を交流電圧に対応するパルス電圧に変換する。モータ駆動装置１は、変換したパルス電圧をブラシレスモータ２の端子、即ち、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々の他方の端子間に、交流電圧に対応するパルス電圧を印加することによって、ブラシレスモータ２に含まれて永久磁石によって構成される図示しないロータを回転させる。

交流電源３は、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである交流電圧をモータ駆動装置１に与える商用電源である。
なお、交流電源３は商用電源に限定されず、更には、交流電源３が与える交流電圧の周波数は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに限定されない。

また、ブラシレスモータ２は、ロータの他に、ロータから発生する磁界の大きさを検出し、ロータの磁極が切り替わった場合に出力電圧が大きく変化するホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗを有する。

モータ駆動装置１は、コイルＬ１、整流回路１１、コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２、インバータ１２、駆動回路１３、電圧検出部１４及び制御装置１５を備える。インバータ１２は、入力端子Ｓ１，Ｓ２と出力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とを有する。

整流回路１１は、４つのダイオードからなるダイオードブリッジであり、２つの入力端子と２つの出力端子とを有する。整流回路１１は、交流電源３がコイルＬ１を介して入力端子間に印加した交流電圧を整流する。整流回路１１が整流した直流電圧は、コンデンサＣ１及びＣ２の直列回路であって両端子夫々が整流回路１１の出力端子に各別に接続されている平滑回路によって平滑化される。平滑回路によって平滑化された直流電圧は抵抗Ｒ１及びＲ２の直列回路の両端子間、並びに、インバータ１２の入力端子Ｓ１及びＳ２間に印加される。

インバータ１２は、入力端子Ｓ１，Ｓ２及び出力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の他に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６を有する。バイポーラトランジスタ３１、３２及び３３夫々のコレクタは入力端子Ｓ１に、バイポーラトランジスタ３４、３５及び３６夫々のエミッタは入力端子Ｓ２に接続されている。

更に、バイポーラトランジスタ３１のエミッタ及びバイポーラトランジスタ３４のコレクタは出力端子Ｔ１に、バイポーラトランジスタ３２のエミッタ及びバイポーラトランジスタ３５のコレクタは出力端子Ｔ２に、バイポーラトランジスタ３３のエミッタ及びバイポーラトランジスタ３６のコレクタは出力端子Ｔ３に接続されている。出力端子Ｔ１、Ｔ２及びＴ３夫々は、ブラシレスモータ２のコイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗの他方の端子に接続している。バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々のベースは駆動回路１３に各別に接続している。

バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々は、半導体スイッチとして機能する。バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々は、駆動回路１３によって所定電圧以上の電圧がベースに印加された場合、電流がコレクタからエミッタへ流れることが可能となり、オンになる。バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々は、ベースに電圧が印加されない場合、電流がコレクタからエミッタへ流れることはなく、オフになる。

インバータ１２は、駆動回路１３によるバイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々のオン／オフによって、入力端子Ｓ１及びＳ２間に印加された直流電圧をパルス電圧に変換し、変換したパルス電圧を出力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３夫々からブラシレスモータ２の端子間に印加する。

駆動回路１３は、制御装置１５からコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に印加すべき交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを与えられる。駆動回路１３は、与えられた値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々に応じたパルス電圧がインバータ１２によってコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に印加されるように、バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６をオン／オフする。

電圧検出部１４は、抵抗Ｒ２の両端子間に印加される電圧の値を検出し、検出した電圧値から、入力端子Ｓ１及びＳ２間の直流電圧の値Ｖｄｃを算出する。具体的には、抵抗Ｒ１及びＲ２夫々の抵抗値をｒ１及びｒ２とした場合、電圧検出部１４は、抵抗Ｒ２の両端子間の電圧を（ｒ１＋ｒ２）／ｒ２倍することによって、入力端子Ｓ１及びＳ２間の直流電圧の値Ｖｄｃを算出する。電圧検出部１４は、算出した直流電圧の値Ｖｄｃを制御装置１５に与える。

制御装置１５は、マイクロコンピュータを有し、ホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗ夫々の出力電圧からブラシレスモータ２の回転速度ωと、ロータの回転位置θとを推定する。制御装置１５は、外部から与えられた目標回転速度から、推定した回転速度ωを減算した値にＰＩ制御を施すことによって、ブラシレスモータ２の端子間に流すべきトルク電流の値Ｉｑを演算する。

ここで、トルク電流は、ｑ軸電流と呼ばれ、ブラシレスモータ２の端子間に流れる電流の成分の１つであり、界磁磁束に直交する磁束を発生させてブラシレスモータ２のトルクに寄与する電流である。

ブラシレスモータ２の端子間に流れる電流のもう１つの成分は界磁電流である。界磁電流は、ｄ軸電流と呼ばれ、界磁磁束を発生させてブラシレスモータ２の逆起電力に寄与する電流である。

制御装置１５は、目標回転速度に対応付けて界磁電流の値を予め記憶しており、目標回転速度を与えられ場合、与えられた目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１を適宜低減することによってブラシレスモータ２の端子間に流すべき界磁電流の値Ｉｄ２を演算する。界磁電流の値Ｉｄ１の低減方法については後述する。

制御装置１５は、推定した回転速度ωと、演算したトルク電流の値Ｉｑ、及び、界磁電流の値Ｉｄ２とから、トルク電圧の値Ｖｑ及び界磁電圧の値Ｖｄを演算する。
ここで、トルク電圧及び界磁電圧夫々はトルク電流及び界磁電流を流すための電圧である。

制御装置１５は、トルク電圧の値Ｖｄ、及び、界磁電圧の値Ｖｑから、推定したロータの回転位置θにおいてコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に印加すべき交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、演算した値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを駆動回路１３に与える。

また、制御装置１５は、夫々の値がＶｄ及びＶｑであるトルク電圧及び界磁電圧をブラシレスモータ２の端子間に印加した場合、即ち、夫々の値がＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗである交流電圧をコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加した場合にブラシレスモータ２の端子間に印加される交流電圧の振幅値Ｖａを演算する。

制御装置１５は、電圧検出部１４によって与えられたインバータ１２の入力端子Ｓ１及びＳ２間の直流電圧の値Ｖｄｃから、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値の上限値Ｖｈを演算する。

制御装置１５は、演算した上限値Ｖｈから交流電圧の振幅値Ｖａを減算する。制御装置１５は、減算値が負である場合、即ち、交流電圧の振幅値Ｖａが上限値Ｖｈを超える場合に、目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１を低減する。制御装置１５は、低減した界磁電流の値Ｉｄ２を用いて、繰り返し界磁電圧の値Ｖｄ、トルク電圧の値Ｖｑ及び交流電圧の振幅値Ｖａを演算する。

制御装置１５は、前回界磁電流の値Ｉｄ１の低減に用いた電流値を記憶しており、上限値Ｖｈから交流電圧の振幅値Ｖａを減算した値が負である場合、前回用いた電流値に一定の電流値ΔＩを加えた電流値だけ界磁電流の値Ｉｄ１を低減する。制御装置１５は、上限値Ｖｈから交流電圧の振幅値Ｖａを減算した値がゼロ又は正である場合、前回用いた電流値だけ界磁電流の値Ｉｄ１を低減する。

図２は制御装置１５の要部構成を示すブロック図である。制御装置１５は、速度推定部４１、位置推定部４２、減算部４３，４７，５１、電流演算部４４、電流決定部４５、記憶部４６、ベクトル演算部４８、変換部４９、電圧演算部５０及び低減部５２を備える。

速度推定部４１は、ホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗ夫々の出力電圧からブラシレスモータ２の回転速度ωを推定し、推定した回転速度ωを位置推定部４２、減算部４３及びベクトル演算部４８夫々に与える。

速度推定部４１は、ロータの磁極が切り替わった場合に生じるホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗ夫々の出力電圧の大きな変化を検出し、出力電圧の大きな変化を検出した時間間隔からブラシレスモータ２の回転速度を推定している。

位置推定部４２は、ホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗ夫々の出力電圧と速度推定部４１が推定した回転速度ωとからロータの回転位置θを推定する。具体的には、位置推定部４２は、ホールセンサＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗ夫々の出力電圧の大きな変化から、ロータのＳ極及びＮ極の切り替わり位置を検出する。位置推定部４２は、切り替わり位置を検出した時点からの経過時間と速度推定部４１が推定した回転速度ωとの積に基づいて、ロータが切り替わり位置から回転した角度を演算する。位置推定部４２は、検出した切り替わり位置と、演算したロータの回転角度とからロータの回転位置θを推定する。位置推定部４２は、推定したロータの回転位置θを変換部４９に与える。

減算部４３は、ブラシレスモータ２の目標回転速度から速度推定部４１が推定した回転速度ωを減算し、減算した回転速度Δωを電流演算部４４に与える。

電流演算部４４は、減算部４３が減算した回転速度Δωを下記の（１）式に代入することによって、ブラシレスモータ２の端子間に流すべきトルク電流の値Ｉｑを算出する。
Ｉｑ＝（Ｋｐ×Δω）＋（Ｋｉ×∫Δωｄｔ）（１）
ここで、Ｋｐ及びＫｉ夫々は、比例ゲイン及び積分ゲインと呼ばれる定数である。

電流演算部４４は、目標回転速度から、速度推定部４１が推定した回転速度ωを減算した回転速度Δωを用いて、トルク電流の値Ｉｑを繰り返し演算することによってＰＩ制御を行っている。

電流決定部４５は、目標回転速度を与えられ、与えられた目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１を記憶部４６から読み出し、読み出した界磁電流の値Ｉｄ１をブラシレスモータ２の端子間に流すべき界磁電流の値Ｉｄ１に決定する。このため、電流決定部４５は界磁電流の値Ｉｄ１を容易かつ適切に決定することができる。
電流決定部４５は、決定した界磁電流の値Ｉｄ１を減算部４７に与える。電流決定部４５は決定手段として機能する。

図３は目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１を示すグラフである。図３には、各目標回転速度において、最もブラシレスモータ２の効率が良い界磁電流の値Ｉｄ１が示されている。図３に示す各目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１は記憶部４６に記憶してある。図３に示す作成する段階では、各目標回転速度においてブラシレスモータ２に流れるトルク電流の値と、インバータ１２の入力端子Ｓ１及びＳ２間に印加される直流電圧の値とが予め想定され、予め想定されたトルク電流及び直流電圧の値を用いて図３に示すグラフが作成されている。

図３に示すように、目標回転速度が遅い場合、界磁電流の値Ｉｄ１はゼロであり、目標回転速度が所定回転速度を超えると、目標回転速度の上昇と共に界磁電流の値Ｉｄ１は負の方向に大きくなっている。界磁電流の値Ｉｄ１はゼロ以下の値である。

減算部４７は、電流決定部４５が決定した負の界磁電流の値Ｉｄ１に低減部５２が与えた正の電流値を減算する。減算部４７は、算出した界磁電流の値Ｉｄ２をベクトル演算部４８に与える。

ベクトル演算部４８は、速度推定部４１が推定した回転速度ω、電流演算部４４が演算したトルク電流の値Ｉｑ、及び、減算部４７が算出した界磁電流の値Ｉｄ２を下記（２）式、（３）式及び（４）式夫々に代入することによって、界磁電圧の値Ｖｄ、トルク電圧の値Ｖｑ及び交流電圧の振幅値Ｖａを演算する。
Ｖｄ＝Ｒａ×Ｉｄ２−ω×Ｌｑ×Ｉｑ（２）
Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ２＋Ｒａ×Ｉｑ＋ω×Φａ（３）
Ｖａ＝√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）（４）
ここで、Ｒａ及びΦａ夫々はブラシレスモータ２の巻線抵抗値及び鎖交磁束値であり、Ｌｄ及びＬｑ夫々はブラシレスモータ２のインダクタンスである。Ｒａ、Φａ、Ｌｄ及びＬｑ夫々は、ブラシレスモータ２の構成により決まる定数である。

巻線抵抗値Ｒａがゼロである場合における交流電圧の振幅値Ｖａは下記の（５）式のようになる。
Ｖａ＝√（（ω×Ｌｑ×Ｉｑ）²
＋（ω×Ｌｄ×Ｉｄ２＋ω×Φａ）²）（５）
（５）式は、（２）式、（３）式及び（４）式から界磁電圧の値Ｖｄ及びトルク電圧の値Ｖｑを消去することによって算出される。

（５）式から、ブラシレスモータ２の端子間に印加される交流電圧の振幅値Ｖａは、界磁電流の値Ｉｄ２が−（Φａ／Ｌｄ）以上の範囲で減少すると共に小さくなることがわかる。巻線抵抗値Ｒａがゼロでない場合における交流電圧の振幅値Ｖａも同様に界磁電流の値Ｉｄ２の減少と共に小さくなる。従って、界磁電流の値Ｉｄ２を低くすることによって、ブラシレスモータ２の端子間に印加される交流電圧の振幅値Ｖａを低くすることができる。

ベクトル演算部４８は、界磁電圧の値Ｖｄ及びトルク電圧の値Ｖｑを変換部４９に、交流電圧の振幅値Ｖａを減算部５１に与える。
ベクトル演算部４８は第３演算手段として機能する。

変換部４９は、位置推定部４２が推定したロータの回転位置θと、ベクトル演算部４８が演算した界磁電圧の値Ｖｄ及びトルク電圧の値Ｖｑとを用いて、ブラシレスモータ２のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に印加すべき交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算する。

図４は、ロータの回転位置θに対してコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に印加すべき交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの一例を示すグラフである。ロータの回転位置θに対して交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々が描く波形は、太い実線、破線及び細い実線によって示されている。

図４に示すように、交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々は、ロータの回転位置θに対して、正弦波状の波形を描き、交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々が描く正弦波状の波形は互いに１２０ｄｅｇずれている。ロータの回転位置θに対して交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々が描く正弦波状の波形は、ベクトル演算部４８が演算した界磁電圧の値Ｖｄ及びトルク電圧の値Ｖｑによって決まる。

変換部４９は、位置推定部４２が推定したロータの回転位置θに対応する交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、演算した交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを駆動回路１３に与える。

前述したように、駆動回路１３は、演算した交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々に応じたパルス電圧をインバータ１２がブラシレスモータ２の端子間に印加するようにバイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６をオン／オフする。速度推定部４１及び位置推定部４２が回転速度ω及びロータの回転位置θを推定する都度、交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ夫々に応じたパルス電圧をブラシレスモータ２の端子間に印加することによって、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々には、図４に示すような正弦波状の交流電圧が実質的に印加される。

なお、ベクトル演算部４８及び変換部４９は第１演算手段として機能し、界磁電流の値Ｉｄ２、トルク電流の値Ｉｑ、ブラシレスモータ２の回転速度ω、及び、ロータの回転位置θはブラシレスモータ２の回転に係る値である。

電圧演算部５０は、電圧検出部１４が検出した直流電圧の値、即ち、インバータ１２の入力端子Ｓ１及びＳ２間に印加される直流電圧の値Ｖｄｃから、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値の上限値Ｖｈを演算する。電圧演算部５０は、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値の中で、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値未満となるように、上限値Ｖｈを演算する。

電圧演算部５０は、一例として、電圧検出部１４が検出した直流電圧の値Ｖｄｃを（６）式に代入することによって上限値Ｖｈを演算することができる。
Ｖｈ＝Ｖｄｃ／√２（６）
電圧演算部５０は、演算した上限値Ｖｈを減算部５１に与える。電圧演算部５０は第２演算手段として機能する。

減算部５１は、電圧演算部５０が演算した上限値Ｖｈから、ベクトル演算部４８が演算した交流電圧の振幅値Ｖａを減算し、算出した減算値を低減部５２に与える。

低減部５２は、減算部５１が算出した減算値が負である場合、即ち、ベクトル演算部４８で演算した交流電圧の振幅値Ｖａが電圧演算部５０で演算した上限値Ｖｈを超える場合、正の電流値を減算部４７に与え、電流決定部４５が決定した界磁電流の値Ｉｄ１を低減する。

記憶部４６には、前回、低減部５２が減算部４７に与えた正の電流値が記憶してある。低減部５２は、減算部５１が算出した減算値が負である場合に、記憶部４６に記憶してある正の電流値に一定の電流値ΔＩを加算した正の電流値を減算部４７に与え、与えた正の電流値を記憶部４６に記憶する。

低減部５２は、減算部５１が算出した減算値がゼロ又は正である場合、即ち、ベクトル演算部４８で演算した交流電圧の振幅値Ｖａが電圧演算部５０で演算した上限値Ｖｈ以下である場合、記憶部４６に記憶してある正の電流値を減算部４７に与える。

低減部５２及び減算部４７は、上限値Ｖｈがベクトル演算部４８で演算した交流電圧の振幅値Ｖａを超える場合に、電流決定部４５が決定した界磁電流の値Ｉｄ１を一定の電流値ΔＩずつ低減し、複雑な演算を行わない。このため、低減部５２及び減算部４７の回路構成が簡単になり製造コストを低くすることができる。この効果は、低減部５２及び減算部４７を備えるモータ駆動装置１にも反映される。
低減部５２及び減算部４７は低減手段として機能する。

本実施の形態にあっては、交流電源３が出力した交流電圧を整流して平滑化した直流電圧の値Ｖｄｃに応じて界磁電流の値Ｉｄ２が低くなり、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値Ｖａが調整される。このため、モータ駆動装置１は、例えば交流電源３が給電する電気負荷の数が変更されたことによって、交流電源３が出力した交流電圧を整流して平滑化した直流電圧の値Ｖｄｃが変動した場合であっても、ブラシレスモータ２を安定的にかつ高速に回転させることができる。

更には、記憶部４６に記憶してある図３のグラフの作成で用いたトルク電流が実際のトルク電流Ｉｑと異なって界磁電流の値Ｉｄ１が大きい場合であっても、トルク電流Ｉｑを用いて算出される交流電圧の値Ｖａに応じて適切な界磁電流の値Ｉｄ２に調整される。これにより、ブラシレスモータ２を安定的にかつ高速に回転させることができる。

洗濯機に搭載されたブラシレスモータ２が例えば脱水のために洗濯機のドラム又は内槽を回転させる場合、ブラシレスモータ２への負荷の変動は小さく、ブラシレスモータ２の回転は交流電源３が印加した交流電圧に強く依存する。このため、交流電源３によって印加された交流電圧を整流して平滑化した直流電圧に応じて交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算するモータ駆動装置１は、洗濯機のドラム又は内槽を回転させるモータを駆動するモータ駆動装置として有効である。

また、電圧演算部５０が演算する上限値Ｖｈは、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値の中で、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ夫々に実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値未満である。これにより、ブラシレスモータ２の端子間には適切な交流電圧が印加されるため、モータ駆動装置１はブラシレスモータ２をより安定的にかつ高速に回転させることができる。

更に、上限値Ｖｈは実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値“未満”である。このため、ブラシレスモータ２の端子間に印加される交流電圧、より詳細にはパルス電圧が変動しても、ブラシレスモータ２の端子間に印加した交流電圧の振幅値が実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な交流電圧の振幅値を超えることはなく、モータ駆動装置１はブラシレスモータ２をより安定的に回転させることができる。

モータ駆動装置１及びブラシレスモータ２が量産された場合、モータ駆動装置１に予め設定されているブラシレスモータ２の構造により決まる定数、即ち、巻線抵抗値Ｒａ、鎖交磁束値Φａ、及び、インダクタンスＬｄ，Ｌｑは、一のブラシレスモータ２の構造から求められた定数である。これにより、各モータ駆動装置１には、ブラシレスモータ２を適切に駆動できない虞があるが、モータ駆動装置１はブラシレスモータ２の回転速度ω及びロータの回転位置θを繰り返し推定し、交流電圧の値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗについてフィードバック制御を行うため、適切にブラシレスモータ２を駆動することができる。

なお、ブラシレスモータ２が有するコイルの数は３つに限定されず、２つ又は４つ以上であってもよい。また、ブラシレスモータ２が有するコイルの結線方法はＹ結線に限定されず、例えばデルタ結線でもよい。

バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタに限定されず、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであってもよい。また、バイポーラトランジスタ３１，３２，・・・，３６夫々は、半導体スイッチであればよいため、例えばＦＥＴであってもよい。

上限値Ｖｈは、ブラシレスモータ２の端子間に印加する交流電圧の振幅値の中で、実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な振幅値未満に限定されず、例えば、該振幅値以下であってもよい。

電流決定部４５が界磁電流の値Ｉｄ１を決定する方法は、記憶部４６から読み出すことによって、目標回転速度に対応する界磁電流の値Ｉｄ１を決定する方法に限定されない。電流決定部４５は、与えられた目標回転速度を用いて演算により界磁電流の値Ｉｄ１を決定してもよい。

低減部５２及び減算部４７は、電流決定部４５が決定した界磁電流の値Ｉｄ１を一定の電流値ΔＩずつ低減しなくてもよい。低減部５２は、例えば、電圧演算部５０で演算した上限値Ｖｈからベクトル演算部４８で演算した交流電圧の振幅値Ｖａを減算した減算値に基づいて、界磁電流の値Ｉｄ１を低減する正の電流値を決定してもよい。

１モータ駆動装置
１２インバータ
１４電圧検出部
２ブラシレスモータ
４５電流決定部
４６記憶部
４７減算部
４８ベクトル演算部
４９変換部
５０電圧演算部
５２低減部
Ｉｄ１，Ｉｄ２界磁電流の値
Ｉｑトルク電流の値
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗコイル
Ｖｈ上限値
Ｖａ振幅値
ω 回転速度
θ ロータの回転位置

Claims

ブラシレスモータの目標回転速度に基づいて該ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を決定する決定手段と、該決定手段が決定した界磁電流の値を含む前記ブラシレスモータの回転に係る値を用いて、前記ブラシレスモータが有する複数のコイル夫々に印加すべき交流電圧の値を演算する第１演算手段と、直流電圧を該第１演算手段が演算した値に応じたパルス電圧に変換し、変換したパルス電圧を前記ブラシレスモータの端子間に印加するインバータとを備えるモータ駆動装置において、
前記直流電圧の値を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部が検出した値から、前記端子間に印加する交流電圧の振幅値の上限値を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段が演算した値の交流電圧を前記複数のコイル夫々に印加した場合に前記ブラシレスモータの端子間に印加される交流電圧の振幅値を演算する第３演算手段と、
前記界磁電流の値を低減する低減手段と
を備え、
前記第１演算手段は、前記低減手段が低減した界磁電流の値を含む前記ブラシレスモータの回転に係る値を用いて、前記交流電圧の値を演算し、
前記低減手段は、
前記第３演算手段で演算した振幅値が前記第２演算手段で演算した上限値を超える場合に、前記界磁電流の値からの低減幅を所定値だけ大きくし、
前記第３演算手段で演算した振幅値が前記第２演算手段で演算した上限値以下である場合に、前記界磁電流の値からの低減幅を維持するように構成してあること
を特徴とするモータ駆動装置。
前記上限値は、前記複数のコイル夫々に実質的に正弦波状の交流電圧を印加することが可能な前記端子間の交流電圧の振幅値未満であること
を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記目標回転速度に対応付けて前記ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を記憶している記憶部を備え、
前記決定手段は、前記目標回転速度に対応する前記界磁電流の値を前記記憶部から読み出すことによって前記ブラシレスモータに流すべき界磁電流の値を決定するように構成してあること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置。