JPH10108491A - Ｄｃブラシレスモータの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転流遅延変更時のモータ出力の急変を抑制し
モータ回転数の変化とモータ負荷への衝撃を低減できる
ＤＣブラシレスモータの出力制御装置を提供する。 【解決手段】 交流電源１は整流回路２により整流され
３相ブリッジ結線された半導体スイッチング素子３を介
して３相ＤＣブラシレスモータ４に接続されている。位
置検出部５でモータ端子電圧の変化により位置検出を行
うと共に、転流遅延を遅延Ａ２から遅延Ａ１へと小さく
設定され、位置検出信号を得てから設定された転流遅延
時間が経過した後、通電巻線切換部７において通電する
固定子巻線を順次切り換える。その結果、磁束の飽和が
抑制された場合においても、同時に印加電圧設定部６に
おいてモータ印加電圧を電圧Ｖ１から適当な電圧Ｖ２へ
と小さく設定された印加電圧に従い、Ｔｒ．駆動信号作
成部８により半導体スイッチング素子３を駆動しモータ
を運転することにより、モータ出力は急増せずモータ回
転数の変動およびモータ負荷への衝撃を低減することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数極の永久磁石
を有する回転子の回転によって生じる誘起電圧を検出し
て得られる位置検出信号に基づいて通電する固定子巻線
を順次切り換えるようにしたＤＣブラシレスモータの出
力制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

【０００３】一般に用いられているＤＣブラシレスモー
タの駆動回路の代表的な一例として図７に示すものがあ
る。図において、２０は交流電源、２１は直流電源であ
り、２２は永久磁石回転子、２３は固定子２４に回転磁
界を生じせしめるための電力を供給する半導体スイッチ
ング素子である。この半導体スイッチング素子を構成す
る素子は後述する制御回路２５の信号を受けてスイッチ
ング制御できる６個のトランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ６か
らなる。

【０００４】制御回路２５はこのような半導体スイッチ
ング素子２３を構成するトランジスタを所定の順序で点
呼制御するための信号を出力する制御回路であり、永久
磁石回転子の回転によって固定子側の巻線に生じる誘起
電圧でもって回転子の回転位置、特に、この回転位置の
状態と固定子巻線への通電状態との差を回転子位置検出
手段２６で検出し、この差の大きさが最適の運転条件に
合致するように次の固定子巻線への通電のタイミングの
設定と、この設定量に基づいた固定子巻線への通電制御
を行なう。尚、永久磁石回転子に記したＮ、Ｓはこの回
転子の表面に着磁された磁極を示す。

【０００５】このような構成からなるＤＣブラシレスモ
ータの動作概要を説明する。電源２１から直流電圧を供
給された制御回路２５は位置検出器２６から得られた回
転子２２の回転位置の信号を入力として、半導体スイッ
チング素子２３のトランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ６に、例
えば図８に示すような信号を与えている。

【０００６】即ち、第１のモードでトランジスタＴｒ
１，Ｔｒ５をＯＮ、他のトランジスタＴｒ２乃至Ｔｒ
４，Ｔｒ６を０ＦＦとなるように各トランジスタに制御
電圧を与えると、固定子の巻線ＵＶ間には図７の矢印の
ような電流が流れ、続いて第２のモードでトランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ６をＯＮ、他のトランジスタＴｒ２乃至Ｔ
ｒ５を０ＦＦとするように各トランジスタを制御する
と、巻線ＵＷ間に図７の矢印のような電流、更に、第３
のモードでトランジスタＴｒ２，Ｔｒ６をＯＮ、他を０
ＦＦとするように各トランジスタを制御すると、固定子
巻線ＶＷ間に図７の矢印のような電流が流れる。

【０００７】同様にして第３モードから第６モードまで
順次トランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ５が図８（ｂ）で示す
ように点弧制御され、このような第１モード乃至第６モ
ードのサイクルが繰り返される。

【０００８】制御回路からのこのような点弧制御の出力
によって固定子には、先に述べたような向きに電流が流
れ、各モードとの関係を模式的に示すと図８（Ｃ）のよ
うなタイミングチャートが得られる。図中のＵ，Ｖ，Ｗ
の各相において、中心線から上側の導通表示は図７の固
定子２４において各相の入口から中性点（Ｎ）に向かっ
て電流が流れていること、同じく下側の導通表示は中性
点（Ｎ）から各相の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに向かって電流が流
れていることを表わしている。

【０００９】このようにして固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに電
流が流れるとき、回転磁界が固定子に形成されるため、
例えば回転子の１回転は図７のＰ点からＱ、Ｒ、Ｘ、
Ｙ、Ｚと各点弧モードに対応して１回転し、以降、順次
繰り返されるモードに対応して回転子が回ってモータと
して運転を続ける。

【００１０】上記したように、永久磁石を有する回転子
等、磁気を有した回転子が回転しているモータにおいて
は固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに誘起電圧が発生している。こ
の誘起電圧は、固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ通電されている
ときは検出されにくいが、各点弧モードにおいて通電さ
れていない固定子巻線が存在するように固定子巻線への
通電を行なうときは、固定子巻線の中性点と通電されて
いない相の固定子巻線との間に、回転子の回転位置に対
応した特定の向きの誘起電圧が直接に現れることとな
る。

【００１１】図８の（ｃ）（ｄ）に示した曲線（ｕ）
（ｖ）（ｗ）はこのようにして各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
と固定子巻線の中性点との間に誘起される電圧をモデル
的に示したものであり、この波形と各固定子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗへの通電のモードとの関係は、モータが定常運転
状態のときは図の状態である。

【００１２】このようにして固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに生
じる誘起電圧を利用して、回転子の回転位置を検出し、
回転子の回転状態との関係で最適な点弧出力を半導体ス
イッチングに与える様にしたものである。

【００１３】ＤＣブラシレスモータの出力制御装置に関
するものとして、従来技術として、位置検出信号を得て
から通電する固定子巻線を切り換えるまでは所定の角度
または時間（以降、転流遅延と記す）を設け、その転流
遅延を変更するようにしたものは知られており、その代
表的なものとして特開平７−３１２８９５号公報に示さ
れたものがある。

【００１４】これは、ＤＣブラシレスモータ制御装置が
最大出力となってもモータ出力が不足する場合、モータ
出力を増加させるために転流遅延を小さくする（転流タ
イミングを早める）ものである。

【００１５】上記公報に代表されるような転流遅延を変
更し運転するＤＣブラシレスモータの制御装置において
は、モータ最大効率が得られる転流遅延に対し転流遅延
を小さくすることで、弱め磁界効果によりモータ出力が
増加し最大モータ回転数を向上させることができる。し
かし、転流遅延の変更が段階的に行われると、モータ出
力の急増によりモータ回転数が上昇しモータ負荷への衝
撃を与える恐れがある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】そこで上記問題点に鑑
み、本発明は転流遅延を変更し運転するＤＣブラシレス
モータの制御装置においては、転流遅延を小さくするこ
とで、弱め磁界効果によりモータ出力を増加する際、転
流遅延変更時のモータ出力の急変を抑制しモータ回転数
の変化とモータ負荷への衝撃を低減できるＤＣブラシレ
スモータの出力制御装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ＤＣブラシレスモータの出力制御装置は、複数極の永久
磁石を有する回転子と、通電時にこの回転子に回転磁界
を与えるように配置された複数の固定子巻線とを有し、
この複数の固定子巻線のうちの幾つかの固定子巻線に通
電して回転磁界を得ると共に、通電していない固定子巻
線に回転子の回転によって生じる誘起電圧を基準となる
電圧と比較することにより検出して得られる位置検出信
号に基づいて、通電する固定子巻線を順次切り換えるよ
うにし、位置検出信号を得てから通電する固定子巻線を
切り換えるまでは転流遅延を設け、その転流遅延を変更
するようにしたＤＣブラシレスモータの制御装置におい
て、転流遅延変更に際し、ＤＣブラシレスモータへの印
加電圧も併せて変更するように構成した。

【００１８】こうして、転流遅延の変更によるモータ出
力の変化を補うようにモータ印加電圧を変更することに
より、転流遅延変更時のモータ出力の急変を抑制しモー
タ回転数の変化とモータ負荷への衝撃を低減できる。

【００１９】本発明の請求項２に係るＤＣブラシレスモ
ータの出力制御装置は、複数極の永久磁石を有する回転
子と、通電時にこの回転子に回転磁界を与えるように配
置された複数の固定子巻線とを有し、この複数の固定子
巻線のうちの幾つかの固定子巻線に通電して回転磁界を
得るとともに、通電していない固定子巻線に回転子の回
転によって生じる誘起電圧を基準となる電圧と比較する
ことにより検出して得られる位置検出信号に基づいて、
通電する固定子巻線を順次切り換えるようにし、位置検
出信号を得てから通電する固定子巻線を切り換えるまで
は転流遅延を設け、その転流遅延を変更するようにした
ＤＣブラシレスモータ制御装置において、その転流遅延
を変更するようにし、転流遅延変更に際し、ＤＣブラシ
レスモータへの印加電圧も併せて変更した後、ＤＣブラ
シレスモータへの印加電圧を変更前の印加電圧に徐々に
戻すように構成した。

【００２０】こうして、転流遅延の変更によるモータ出
力の変化を補うようにモータへの印加電圧を変更するこ
とにより、転流遅延変更時のモータ出力の変化を抑制し
モータ回転数の変化とモータ負荷への衝撃を低減でき、
更にモータ印加電圧を変更前の電圧に徐々に戻すことに
より、モータ出力の変化が滑らかとなりモータ回転数の
変化を円滑にすることができる。

【００２１】本発明の請求項３に係るＤＣブラシレスモ
ータの出力制御装置は、上記請求項１または請求項２に
係る発明のＤＣブラシレスモータを空気調和機のコンプ
レッサ駆動用に適用されるように構成した。

【００２２】こうして、空気調和機のコンプレッサの運
転を、急激な速度変化を生じさせなく安定して行うこと
を可能とし、空気調和機のコンプレッサの運転特性を良
好なものにすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明する。図１に本発明の実施形態としての制御ブロ
ック図を示す。図において、交流電源１は整流回路２に
より整流され３相ブリッジ結線された半導体スイッチン
グ素子３を介して３相ＤＣブラシレスモータ４（以下、
モータと記す）に接続されている。

【００２４】位置検出部５ではモータ端子電圧の変化に
より位置検出を行うと共に転流遅延が設定され、位置検
出信号を得てから設定された転流遅延時間が経過した
後、通電巻線切換部７において通電する固定子巻線を順
次切り換え、印加電圧設定部６において設定された印加
電圧に従いＴｒ．駆動信号作成部８により半導体スイッ
チング素子３を駆動しモータを運転する。

【００２５】転流遅延について図２、図３により説明す
る。図２は転流遅延を３０度に設定した例を示してお
り、モータ相電圧９と基準電圧１０の交点である位置検
出１２から転流遅延１３後に転流１１（通電巻線の切
換）を行う。図３は転流遅延を１５度に設定した例を示
しており、モータ相電圧９と基準電圧１０の交点である
位置検出１２から転流遅延１４後に転流を行う。

【００２６】図２のように転流遅延３０度で運転してお
り、高速かつ高負荷運転領域において回転磁界の磁束が
飽和し十分なモータ出力を得られなくなった場合には、
図３のように転流遅延の設定を１５度と小さくすること
で弱め磁界効果により磁束の飽和を抑制でき、十分なモ
ータ出力を得られるようになる。

【００２７】図４は、高速かつ高負荷運転領域において
回転磁界の磁束が飽和しており、転流遅延の変更に関わ
らずモータ印加電圧を一定としている場合を示してい
る。いま、時間Ｔ１にて転流遅延を遅延Ａ２から遅延Ａ
１へと小さくすると磁束の飽和が抑制されモータ出力が
増加し、モータ回転数は回転数Ｎ１から回転数Ｎ２へと
図中１５だけ上昇すると共にモータ負荷に対し衝撃を与
えることとなる。

【００２８】そこでこのような不都合を回避するため
に、本発明の実施例においては、転流遅延を変更し運転
するＤＣブラシレスモータの制御装置において、転流遅
延を小さくすることで、弱め磁界効果によりモータ出力
を増加する際、図５に示すように、高速かつ高負荷運転
領域において回転磁界の磁束が飽和している場合、位置
検出部５でモータ端子電圧の変化により位置検出を行う
と共に、時間Ｔ１にて転流遅延を遅延Ａ２から遅延Ａ１
へと小さく設定され、位置検出信号を得てから設定され
た転流遅延時間が経過した後、通電巻線切換部７におい
て通電する固定子巻線を順次切り換える。

【００２９】その結果、磁束の飽和が抑制された場合に
おいても、同時に印加電圧設定部６においてモータ印加
電圧を電圧Ｖ１から適当な電圧Ｖ２へと図中の１６に示
す分だけ小さく設定された印加電圧に従い、Ｔｒ．駆動
信号作成部８により半導体スイッチング素子３を駆動し
モータを運転することにより、モータ出力は急増せずモ
ータ回転数の変動およびモータ負荷への衝撃を低減する
ことができる。

【００３０】また、本発明の他の実施例においては、転
流遅延を変更し運転するＤＣブラシレスモータの制御装
置において、転流遅延を小さくすることで、弱め磁界効
果によりモータ出力を増加する際、図６に示すように、
高速かつ高負荷運転領域において回転磁界の磁束が飽和
している場合、位置検出部５でモータ端子電圧の変化に
より位置検出を行うと共に、時間Ｔ１にて転流遅延を遅
延Ａ２から遅延Ａ１へと小さく設定され、位置検出信号
を得てから設定された転流遅延時間が経過した後、通電
巻線切換部７において通電する固定子巻線を順次切り換
える。

【００３１】その結果、磁束の飽和が抑制された場合に
おいても、同時に印加電圧設定部６においてモータ印加
電圧を電圧Ｖ１から適当な電圧Ｖ２へと図中の１７に示
す分だけ小さく設定された印加電圧に従い、Ｔｒ．駆動
信号作成部８により半導体スイッチング素子３を駆動し
モータを運転することにより、モータ出力は急増せずモ
ータ回転数の変動およびモータ負荷への衝撃を低減する
ことができる。

【００３２】その後、印加電圧設定部６においてモータ
印加電圧を変更前の電圧Ｖ１へと時間Ｔ２にかけて徐々
に戻すことにより、モータ出力が滑らかに増加し円滑に
モータ回転数をＮ１からＮ２まで上昇させることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明のＤＣブラシレス
モータの出力制御装置は、転流遅延を小さくすること
で、弱め磁界効果によりモータ出力を増加する際、転流
遅延の変更によるモータ出力の変化を補うようにモータ
印加電圧を変更することにより、転流遅延変更時のモー
タ出力の急変を抑制しモータ回転数の変化とモータ負荷
への衝撃を低減できる。

【００３４】また、転流遅延の変更によるモータ出力の
変化を補うようにモータへの印加電圧を変更することに
より、転流遅延変更時のモータ出力の変化を抑制しモー
タ回転数の変化とモータ負荷への衝撃を低減できると共
に、更にモータ印加電圧を変更前の電圧に徐々に戻すこ
とにより、モータ出力の変化が滑らかとなりモータ回転
数の変化を円滑にすることができるので、例えば空気調
和機のコンプレッサ駆動用に適用する場合は、コンプレ
ッサの運転特性を良好なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す制御ブロック図。

【図２】位置検出と転流遅延の関係を示す図。

【図３】位置検出と転流遅延の関係を示す図。

【図４】従来の転流遅延変更例を示す図。

【図５】本発明の転流遅延変更の実施例を示す図。

【図６】本発明の転流遅延変更の他の実施例を示す図。

【図７】ＤＣブラシレスモータの駆動回路の代表例。

【図８】点弧制御タイミングチャート図。

【符号の説明】

１，２０ 交流電源 ２，２１ 整流回路 ３，２３ 半導体スイッチング素子 ４，２４ ３相ＤＣブラシレスモータ ５，２６ 位置検出部 ６ 印加電圧設定部 ７ 通電巻線切換部 ８，２５ Ｔr.駆動信号作成部 ９ モータ相電圧 １０ 基準電圧 １１ 転流タイミング １２ 位置検出点 １３，１４ 転流遅延 １５ モータ回転数変動量 １６，１７ モータ印加電圧変更量 ２２ 回転子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数極の永久磁石を有する回転子と、通
   電時にこの回転子に回転磁界を与えるように配置された
   複数の固定子巻線とを有し、この複数の固定子巻線のう
   ちの幾つかの固定子巻線に通電して回転磁界を得ると共
   に、通電していない固定子巻線に回転子の回転によって
   生じる誘起電圧を基準となる電圧と比較することにより
   検出して得られる位置検出信号に基づいて、通電する固
   定子巻線を順次切り換えるようにし、位置検出信号を得
   てから通電する固定子巻線を切り換えるまでは所定の角
   度または時間（以降、転流遅延と記す）を設け、その転
   流遅延を変更するようにしたＤＣブラシレスモータの制
   御装置において、転流遅延変更に際し、ＤＣブラシレス
   モータへの印加電圧も併せて変更することを特徴とする
   ＤＣブラシレスモータの出力制御装置。
2. 【請求項２】 転流遅延変更に際し、ＤＣブラシレスモ
   ータへの印加電圧も併せて変更した後、ＤＣブラシレス
   モータへの印加電圧を変更前の印加電圧に徐々に戻すこ
   とを特徴とする請求項１に記載のＤＣブラシレスモータ
   の出力制御装置。
3. 【請求項３】 ＤＣブラシレスモータを空気調和機のコ
   ンプレッサ駆動用に適用することを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載のＤＣブラシレスモータの出力制
   御装置。