JPH03107394A - ブラシレスモータの起動方法及び起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はブラシレスモータに係り、特に電機子巻線に誘
起される誘起電圧によって磁石回転子と電機子巻線との
相対的位置を検出し　起動から安定な回転を行なうため
のブラシレスモータの起動に関するものである。

従来の技術 通常ブラシレスモータに（よ　その回転子の磁極位置を
検出するための検出器が必要である力丈　例えばこのブ
ラシレスモータを空調器のコンプレッサに用いようとす
る場合、高温高圧条件下で前記検出器の信頼性が保証で
きないた八　これらの検出器を用いるこ七が出来な（℃
　従ってこのような応用において（表　磁極位置検出器
を用いく　電機子巻線に誘起される電圧信号を検出し　
それに基づいてモータの転流信号を生成する方法が用い
られていも　しかし電機子巻線に電圧信号が誘起される
のは回転子が回転している場合だけで、停止している場
合は磁極位置情報が得られない。つまり、起動時はこの
電圧信号が使えないわけである。

従って起動時には回転子の磁極位置にかかわらず電機子
巻線に回転磁界が発生するような特定の信号を与えて、
回転子を強制回転させることとなる。

ところ力交　この特定の信号は回転子の磁極位置を無視
して与えているため結果として起動時に大きな始動電流
が流れることになる。そしてこの始動電流パ　電機子巻
線への電流を通電　遮断する半導体スイッチング素子群
の許容電流値を越える場合は起動不可能ということにな
る。この問題点を解決するために　従来はモータに電流
を供給する直流電源の電圧を起動時のみ低下させ、よっ
て始動電流を減少させる方法が考案されている（例えば
特開昭６１−１３５３８５号公報）。

発明が解決しようとする課題 しかし　例えば空調機のコンプレッサ駆動用のよう゛な
大型のブラシレスモータの場合　その電源容量も数ｋＶ
Ａという大型のものとなるた敢　通常このような応用に
おいては電源電圧は一定にしておき、電圧信号パルスの
デユーティ比を制御することによって電圧を制御する。

いわゆるパルス幅変調を用いる。これは電圧可変型電源
を構成することによる装置の大型化とコストアップをさ
けるためであも　従って前記のような大型機器の応用に
おいては従来例に示したような起動方法を用いることが
できないという課題を有してい九　本発明（友　上記従
来の課題に鑑へ　パルス幅変調により電圧制御する場合
でもモータ起動時の始動電流と振動を抑制し　スムーズ
な起動を可能とするブラシレスモータの起動方法及び起
動装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明Ｅ　　モータ起動後一
定時間はブラシレスモータの電機子巻線に発生させる回
転磁界の周波数を固定とし　モータ印加電圧の制御手段
としてのデユーティ比を同時に時間とともに一定の傾き
の直線に沿って増加させ、一定時間経過後は電機子巻線
に誘起される電圧信号を変換して得られる信号に基づい
て前記ブラシレスモータを駆動する構成を備えたもので
ある。また　回転磁界の周波数は固定とし　デユーティ
比を時間とともにその微分係数が減少する曲線に沿って
増加させる構成を備えている。ざら艮回転磁界の周波数
は固定とし　デユーティ比を時間とともにその傾きが減
少する複数の直線に沿って増加させる構成を備えている
。まｔへ　　中性点非接地に結線された３相電機子巻線
と、直流電源と、前記電機子巻線への電流を通電　遮断
する半導体スイッチング素子群と、磁石回転子を有する
ブラシレスモータと、起動指令手段と、前記起動指令手
段の指令により同期信号を出力する同期信号発生手段と
、前記同期信号発生手段より出力される信号を用いて前
記電機子巻線に回転磁界を発生させる回転磁界発生手段
と、前記電機子巻線に誘起される電圧信号によって前記
電機子巻線と前記磁石回転子の相対的位置を検出する位
置検出手段と、前記回転磁界発生手段の出力信号と前記
位置検出手段の出力信号を選択し　切り換えて出力する
切換手段と、前記切換手段に切換指令を与える切換指令
手段と、前記切換手段の出力信号を用いて前記スイッチ
ング素子群の駆動信号を生成する駆動信号発生手段と、
デユーティ比指令手段と、前記駆動信号発生手段の出力
信号に前記デユーティ比指令手段の指令に基づいてパル
ス幅変調をかけるパルス幅変調手段を備え、前記起動指
令手段の指令発生後一定時間は、　前記同期信号発生手
段の出力信号の周波数は固定とし　前記デユーティ比を
時間とともに一定の傾きの直線に沿って増加させ、前記
磁石回転子を回転起動し　一定時間経過後（友前記切換
手段を切り換えて前記位置検出手段の出力信号に基づい
てモータを駆動する構成を備えたものであ４　また　同
期信号発生手段の出力信号の周波数は固定とし　デユー
ティ比を時間とともにその微分係数が減少する曲線に沿
って増加させる構成を備えている。さらに　同期信号発
生手段の出力信号の周波数は固定とＬ　デユーティ比を
時間とともにその傾きが減少する複数の゛直線に沿って
増加させる構成を備えている。

作用 本発明は上記した構成によって、電機子巻線に発生させ
る回転磁界の周波数を固定とし　デユーティ比を時間と
ともに適切に増加させることにより、モータ起動時の始
動電流と振動を抑制し　スムーズな起動を実現すること
となる。

実施例 以下、本発明の第１の実施例について図面を参考に説明
する。第４図は本発明の第１の実施例におけるブラシレ
スモータの起動装置のブロック図である。第４図におい
て、　１は直流型、！２は半導体スイッチング素子群で
Ｑ１〜Ｑ６の６個のトランジスタとそれぞれに逆並列接
続された６個のダイオードからなる。３はブラシレスモ
ータで３相結線された電機子巻線４と磁石回転子５から
なる。６は位置検出手段、　７は切換手段、　８は駆動
信号発生手段、　９はパルス幅変調手法１０は同期信号
発生手段、１１は回転磁界発生手段、１２は起動指令手
法１３は切換指令手段、１４はデユーティ比指令手段で
ある。以上の構成により、起動時は回転磁界発生手段１
１の出力信号を切換手段７によって駆動信号発生手段８
に伝え　その出力信号にパルス幅変調をかけて半導体ス
イッチング素子群２のトランジスタを駆動しブラシレス
モータ３を起動すム　そしてブラシレスモータ３が回転
し始めると、電機子巻線４に発生する誘起電圧゛より位
置検出手段６で磁石回転子５の磁極位置を検出しその信
号を切換手段７によって駆動信号発生手段８に伝え、そ
れにパルス幅変調をかけて半導体スイッチング素子群２
のトランジスタを駆動し　ブラシレスモータ３を制御す
るものであム　第５図（よ　第４図のブロック図をより
具体的に構成したもので、第４図と同一のちへ　もしく
は同一の働きをするものには同一の符号を付している。

同図において、　１〜５は第４図と全く同様である。　
６は位置検出回路で３つのフィルタ６１〜６３とコンパ
レータ群６４からなる。７は切換回取　８は駆動信号発
生回路　９はパルス幅変調同区１０は同期信号発生口ｍ
　　１１は回転磁界発生手段１５はマイクロコンピュー
タで第４図の起動指令手段１２．　　切換指令手段１３
．　　デユーティ比指令手段１４に相当し同期信号発生
回路１０に起動指令信号１５１を、切換回路７に切換信
号１５２を、パルス幅変調回路９にデユーティ比指令信
号１５３をそれぞれ出力する。以上のように構成された
ブラシレスモータの起動装置の実施例について、その動
作を説明すも　まず、マイクロコンピュータ１５から起
動指令信号１５１、切換信号１５２．　　デユーティ比
指令信号１５３が同時に出力される。起動指令信号１５
１を受けた同期信号発生回路１０（ヨ　　第６図に示す
ような同期信号１００を出力する。この同期信号１００
に基づいて回転磁界発生回路１１が第６図に示す信号１
１１〜１１３を出力する。切換回路７は駆動信号発生回
路８の入力信号８７〜８９を、位置検出回路６の出力信
号とする力＼　回転磁界発生回路１１の出力信号とする
かを切り換える回路て起動時は前記切換信号１５２によ
り回転磁界発生回路ＩＩの出力信号側に切り換えられて
いる。この回転磁界発生回路１１の出力信号１１１〜１
１３は駆動信号発生回路８に取り込まれ　同回路から第
６図に示す８１〜８６の出力信号を出力すａ　これら出
力信号のうち、８１〜８３はさらにパルス幅変調回路９
に入力され　前記デユーティ比指令信号１５３に基づい
てパルス幅変調が行なわれ　それぞれ半導体スイッチン
グ素子群２のトランジスタＱ１〜Ｑ３のドライブ信号と
なる。一方駆動信号発生回路８の出力信号８４〜８６（
ヨ　　そのまま半導体スイッチング素子群２のトランジ
スタＱ４〜Ｑ６のドライブ信号となム　これらのドライ
ブ信号により半導体スイッチング素子群２の６個のトラ
ンジスタがスイッチングされ　その結果電機子巻線４に
回転磁界が発生し　磁石回転子５が回転してブラシレス
モータ３が起動することとなａ　ここで、前記同期信号
１００は第１図に示すよう番へ　　起動指令信号１５１
の立ち上がりと同時に一定の周波数で出力される。また
デユーティ比指令信号１５３は第１図に示すように起動
指令信号１５１の立ち上がりと同時にデユーティ比が時
間とともに一定の傾きの直線に沿って増加するよう出力
される。そして、デ、ニーティ比力丈ブラシレスモーク
３の安定した回転を維持できるような値に達したら、こ
れの増加を停止し　その一定値を保つようにする。起動
後、ブラシレスモータ３が充分安定した回転を維持でき
る時間ｔ・経過後、マイクロコンピュータ１５から切換
信号１５２を出力し　切換回路７を位置検出回路６側に
切り換える。これにより、駆動信号発生回路８の入力信
号８７〜８９は位置検出回路６の出力信号６４・１〜６
４３となり、以降電機子巻線４に発生する誘起電圧信号
４１０〜４３０によりブラシレスモータ３を駆動するこ
ととなる。切換信号１５２の立ち下げに続いて起動指令
信号１５１を解除し　一連の起動動作手順を初期状態に
リセットする。な抵　デユーティ比指令信号１５３ζよ
　時間ｔｓ後もブラシレスモータ３の速度制御のための
印加電圧制御指令として、マイクロコンピュータ１５か
ら出力される。以上の動作により、パルス幅変調により
電圧制御する場合でもモータ起動時の始動電流と振動を
抑制し　スムーズな起動を可能としている。次＆Ｑ　第
２図により、本発明の第２の実施例について説明する。

装置の構成は第１の実施例と同一のた数　説明を省略す
も第１の実施例において、デユーティ比指令信号１５３
の変化のさせ方を、第２図に示すようく　デユーティ比
が時間とともにその微分係数が減少する曲線に沿って増
加するように変化させる。これら以外の動作は第１の実
施例と同様である。以上の動作により、パルス幅変調に
より電圧制御する場合でもモータ起動時の始動電流と振
動を抑制し　よりスムーズな起動を可能にしている。さ
らく　デユーティ比を時間とともに第２図に示すような
曲線に沿って増加させることにより、起動時間の短縮が
図れ　起動に伴う大電流と振動の持続時間を短縮するこ
とができる。次に　第３図により、本発明の第３の実施
例について説明する。装置の構成は第１の実施例と同一
のた八　説明を省略する。

第１の実施例において、デユーティ比指令信号１５３の
変化のさせ方を、第３図に示すようく　デユーティ比が
時間とともにその傾きが減少する３つの直線に沿って増
加するように変化させる。これら以外の動作は第１の実
施例と同様であも　以上の動作により、パルス幅変調に
より電圧制御する場合でもモータ起動時の始動電流と振
動を抑制Ｌよりスムーズな起動を可能にしている。ざら
鳳デユーティ比を時間とともに第３図に示すような３つ
の直線に沿って増加させることにより、起動時間の短縮
が図れ　起動に伴う大電流と振動の持続時間を短縮する
ことができる。さら（ミ　デユーティ比の変化を直線化
することにより、それらの変化パターンの生成が簡単な
比例式の演算により行なえ　デユーティ比指令信号１５
３の生成が容易になる。な抵　第１〜第３の実施例にお
いて同期信号発生回路１０及び回転磁界発生回路１１は
それぞれ単独の回路とした力交　これらの回路機能の一
部または全てをマイクロコンピュータ１５に行なわせて
もよい。

発明の効果 以上のように本発明（よ　中性点非接地に結線された３
相電機子巻線と、直流電源と、前記電機子巻線への電流
を通電　遮断する半導体スイッチング素子群と、磁石回
転子を有するブラシレスモータと、起動指令手段と、前
記起動指令手段の指令により同期信号を出力する同期信
号発生手段と、前記同期信号発生手段より出力される信
号を用いて前記電機子巻線に回転磁界を発生させる回転
磁界発生手段と、前記電機子巻線に誘起される電圧信号
によって前記電機子巻線と前記磁石回転子の相対的位置
を検出する位置検出手段と、前記回転磁界発生手段の出
力信号と前記位置検出手段の出力信号を選択し　切り換
えて出力する切換手段と、前記切換手段に切換指令を与
える切換指令手段と、前記切換手段の出力信号を用いて
前記スイッチング素子群の駆動信号を生成する駆動信号
発生手段と、デユーティ比指令手段と、前記駆動信号発
生手段の出力信号に前記デユーティ比指令手段の指令に
基づいてパルス幅変調をかけるパルス幅変調手段を投法
　前記同期信号発生手段の出力信号の周波数は固定とし
　前記デユーティ比を同時に時間とともに一定の傾きの
直線に沿って増加させることにより、パルス幅変調によ
り電圧制御する場合でもモータ起動時の始動電流と振動
を抑制レスムーズな起動を可能としている。また　前記
同期信号発生手段の出力信号の周波数は固定とレデュー
ティ比を時間とともにその微分係数が減少する曲線に沿
って増加させることにより、起動時間の短縮が図れ　起
動に伴う大電流と振動の持続時間を短縮することができ
も　さらく　前記同期信号発生手段の出力信号の周波数
は固定とし　デユーティ比を時間とともにその傾きが減
少する複数の直線に沿って増加させることにより、起動
時間の短縮が図れ　起動に伴う大電流と振動の持続時間
を短縮することができるとともく　容易に起動パターン
の生成を行なうことができも

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１〜第３の実施例における
ブラシレスモータの起動装置の同期信号るブラシレスモ
ータの起動装置のブロック医　第５図は第１から第３の
実施例におけるブラシレスモータの起動装置の構成医　
第６図は第５図の構成図中の各部波形図であも １・・・・直流重縁　２・・・・半導体スイッチング素
子皿　３・・・・ブラシレスモー久　４・・・・電機子
巻亀　５・・・・磁石回転子、　６・・・・位置検出手
法　７・・・・切換半没　８・・・・駆動信号発生手段
　９・・・・パルス幅変調半没１０・・・・同期信号発
生手段１００・・・・同期信号１１・・・・回転磁界発
生手段、１２・・・・起動指令手段、１３・・・・切換
指令手１１　１４・・・・デユーティ比指令手北１５・
・・・マイクロコンピユー久１５１・・・・起動指令信
号、１５２・・・・切換信号、１５３・・・・デユーテ
ィ比指令信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）磁石回転子を有するブラシレスモータの電機子巻
   線に誘起される電圧信号を検出し、この電圧信号を変換
   して得られる信号により前記ブラシレスモータの転流信
   号を生成することで回転子磁極位置出器を省略したブラ
   シレスモータにおいて、モータ起動後一定時間は前記ブ
   ラシレスモータの電機子巻線に発生させる回転磁界の周
   波数は固定とし、モータ印加電圧の制御手段としてのデ
   ューティ比を時間とともに一定の傾きの直線に沿って増
   加させ、一定時間経過後は前記電圧信号を変換して得ら
   れる信号に基づいて前記ブラシレスモータを駆動するこ
   とを特徴とするブラシレスモータの起動方法。 （２）回転磁界の周波数は固定とし、デューティ比を時
   間とともにその微分係数が減少する曲線に沿って増加さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブラ
   シレスモータの起動方法。 （３）回転磁界の周波数は固定とし、デューティ比を時
   間とともにその傾きが減少する複数の直線に沿って増加
   させる特許請求の範囲第１項記載のブラシレスモータの
   起動方法。（４）中性点非接地に結線された３相電機子
   巻線と、直流電源と、前記電機子巻線への電流を通電　
   遮断する半導体スイッチング素子群と、磁石回転子を有
   するブラシレスモータと、起動指令手段と、前記起動指
   令手段の指令により同期信号を出力する同期信号発生手
   段と、前記同期信号発生手段より出力される信号を用い
   て前記電機子巻線に回転磁界を発生させる回転磁界発生
   手段と、前記電機子巻線に誘起される電圧信号によって
   前記電機子巻線と前記磁石回転子の相対的位置を検出す
   る位置検出手段と、前記回転磁界発生手段の出力信号と
   前記位置検出手段の出力信号を選択し、切り換えて出力
   する切換手段と、前記切換手段に切換指令を与える切換
   指令手段と、前記切換手段の出力信号を用いて前記スイ
   ッチング素子群の駆動信号を生成する駆動信号発生手段
   と、デューティ比指令手段と、前記駆動信号発生手段の
   出力信号に、前記デューティ比指令手段の指令に基づい
   てパルス幅変調をかけるパルス幅変調手段を備え、前記
   起動指令手段の指令発生後一定時間は、前記同期信号発
   生手段の出力信号の周波数は固定とし、前記デューティ
   比を時間とともに一定の傾きの直線に沿って増加させ、
   前記磁石回転子を回転起動し、一定時間経過後は、前記
   切換手段を切り換えて前記位置検出手段の出力信号に基
   づいてモータを駆動することを特徴とするブラシレスモ
   ータの起動装置。 （５）同期信号発生手段の出力信号の周波数は固定とし
   、デューティ比を時間とともにその微分係数が減少する
   曲線に沿って増加させる特許請求の範囲第４項記載のブ
   ラシレスモータの起動装置。 （６）同期信号発生手段の出力信号の周波数は固定とし
   、デューティ比を時間とともにその傾きが減少する複数
   の直線に沿って増加させる特許請求の範囲第４項記載の
   ブラシレスモータの起動装置。