JPH10178796A - ブラシレスモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの回転子の位置を正確に検
出し、適切な通電切り替えを可能とし、脱調等を防止す
る。 【解決手段】 直流電源をインバータ回路３のスイッチ
ング素子でスイッチングしてブラシレスモータ４に印加
する際、制御回路１０はインバータ回路３のスイッチン
グ素子をチョッピング駆動するために駆動信号、チョッ
ピング信号および制御信号（チョッピング駆動の切り替
え）を出力してスイッチング素子をチョッピング駆動す
る一方、位置検出回路５からの位置検出信号Ａ，Ｂ，Ｃ
によりブラシレスモータ４の回転子４ａの位置を検出
し、この位置検出をもとにしてブラシレスモータ４の電
機子巻線電流の通電を切り替える。また、その位置検出
により位置検出間隔時間を計時するとともに、この位置
検出間隔時間をもとにして次の位置検出時刻を推測し、
チョッピング信号のうち前記推測位置検出時刻付近のオ
ン時間およびオフ時間を一時的に可変し、誘起電圧と基
準電圧とが交差するようにして正確な位置検出が得られ
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は空気調和機等のモ
ータに用いる直流センサレスブラシレスモータ（以下ブ
ラシレスモータと記す）の回転制御技術に係り、特に詳
しくは正規な位置検出を可能とし、回転制御の効率向上
を図るブラシレスモータの制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のブラシレスモータの回転制御で
は、回転子の位置を検出し、この位置検出をもとにして
電機子巻線電流の通電を切り替える。この位置検出の方
法としては、電機子巻線電圧（以下巻線電圧と略す）を
積分フィルタ等に通し、この積分結果を用いる方法、い
わゆるアナログ方式と、巻線電圧と基準電圧とを比較
し、この比較結果を用いる方法、いわゆるデジタル方式
とがある。

【０００３】このアナログ方式の場合、位置検出回路が
複雑で、高コストになるだけなく、回転子の位置検出が
正確でないこともある。この理由は、ブラシレスモータ
を回転制御するためのチョッピング周波数や当該電源の
周波数等の種々周波数成分が存在しているにもかかわら
ず、積分フィルタの積分定数が１つに決まっており、そ
の積分フィルタの特性上どうしても出力に遅れが生じる
ことになるからである。

【０００４】そこで、正確な位置検出を可能とするデジ
タル方式が採用されるようになった。このデジタル方式
の制御装置は、図４に示すように、交流電源１を交流／
直流変換部２で直流に変換して得た電源をインバータ回
路３でスイッチングしてブラシレスモータ（例えば三相
モータ）４に供給する。

【０００５】また、この制御装置は、三相のブラシレス
モータ４の巻線電圧Ｒ，Ｓ，Ｔと基準電圧ｋを比較し、
これら比較結果を位置検出信号として出力する位置検出
回路５と、これら位置検出信号により各巻線電圧Ｒ，
Ｓ，Ｔに含まれている誘起電圧の１／２点を検出し（回
転子４ａの位置を検出し）、この位置検出をもとにして
電機子巻線電流の通電を切り替え時刻を算出し、この時
刻で通電を切り替える駆動信号を出力する一方、所定チ
ョッピング信号および制御信号（上下アームのチョッピ
ング駆動の切り替え）を出力する制御回路（マイクロコ
ンピュータ）６と、その駆動信号にチョッピング信号を
合成するチョッピング回路７と、この合成した信号によ
りインバータ回路３のスイッチング素子を駆動する駆動
回路８とを備えている。なお、上アームとはインバータ
回路３のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ、下アームとはス
イッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚを意味する。

【０００６】この場合、基準電圧ｋはインバータ回路３
の電源を基準電圧発生回路９の抵抗で分圧して得られて
おり、図５（ｂ）ないし（ｄ）に示すように、各巻線電
圧Ｒ，Ｓ，Ｔに含まれる誘起電圧と基準電圧ｋとの交点
が誘起電圧の１／２点（位置検出点）となるようにする
ことができる。したがって、制御回路６は、誘起電圧が
上昇時であれば通電切り替え後の最初の位置検出信号の
立ち上がりエッジにより、誘起電圧が下降時であれば通
電切り替え後の最初の位置検出信号の立ち下がりエッジ
により、回転子４ａの位置を正確に検出することができ
る。

【０００７】また、前述したように、回転子４ａの位置
検出（位置検出間隔等の時間および位置検出時刻）をも
とにして通電切り替え時刻を予測し、この予測時刻で電
機子巻線電流の通電を切り替えることにより、ブラシレ
スモータ４を回転制御することができる。さらに、チョ
ッピング信号（図５（ａ）参照）のオン、オフ時間を可
変することにより、ブラシレスモータ４の回転数を所望
に制御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ブ
ラシレスモータの制御方法にあっては、チョッピング信
号により巻線電圧Ｒ，Ｓ，Ｔの誘起電圧波形もチョッピ
ングの形になるため、正規な位置検出ができないことも
あった。

【０００９】例えば、ブラシレスモータ４の回転数が低
い場合（チョッピング信号のオン時間が短い場合）、図
６に示すように、チョッピングされている誘起電圧波形
が基準電圧ｋと交差せず、次のチョッピングのエッジを
位置検出点と見なす形になる。したがって、図６（ａ）
に示すように、位置検出が正規の位置検出から遅れたタ
イミングとなり、このような誤位置検出が生じると、ブ
ラシレスモータ４が脱調しかねない。

【００１０】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は正規な位置検出を可能とし、電機子巻
線電流の通電を適切に切り替えることができ、脱調等を
防止して回転の効率向上を図るようにしたブラシレスモ
ータの制御方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は直流電源をインバータ手段のスイッチン
グ素子でスイッチングしてブラシレスモータに印加する
際に同スイッチング素子をチョッピング駆動する一方、
前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該位置
検出をもとにして前記ブラシレスモータの電機子巻線電
流の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法にお
いて、前記スイッチング素子をチョッピング駆動するた
めのチョッピング信号のオン時間およびオフ時間を前記
回転子の位置検出に際して一時的に可変するようにした
ことを特徴としている。

【００１２】この発明のブラシレスモータの制御方法
は、前記回転子の位置検出により位置検出間隔時間を計
時するとともに、該位置検出間隔時間をもとにして次の
位置検出時刻を推測する一方、前記スイッチング素子を
チョッピング駆動するためのチョッピング信号のうち前
記推測位置検出時刻付近のオン時間およびオフ時間を可
変するようにしたことを特徴としている。

【００１３】この場合、前記チョッピング信号のオン時
間およびオフ時間を少なくとも前記ブラシレスモータの
回転数に応じて可変するようにすると好ましい。また、
前記チョッピング信号のオン時間およびオフ時間を可変
する場合、前記電機子巻線の通電切り替え間隔において
前記チョッピング信号のオン時間およびオフ時間がトー
タル的に前と同じにするとよい。この前とは、チョッピ
ング信号のオン時間およびオフ時間を可変する前のこと
である。すなわち、回転数が変わってしまうからであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１ないし図３を参照して説明する。なお、図１中、図４
と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００１５】この発明のブラシレスモータの制御方法
は、回転数が低い場合（チョッピング信号のオン時間が
短い場合）位置検出点付近に対応するチョッピング信号
のオン時間を長くすれば、チョッピングの誘起電圧と基
準電圧とが交差する可能性が極めて高くなり、つまり正
規の位置検出ができる可能性が高くなることに着目した
ものであり、そのオン時間を長くした分はチョッピング
信号の他の部分のオン時間を短くし、例えば通電切り替
え区間においてチョッピング信号のオン時間およびオフ
時間がトータル的に前と同じになるようにする。

【００１６】そのため、図１に示すように、このブラシ
レスモータの制御方法が適用される制御装置の制御回路
１０は、位置検出回路５からの位置検出信号Ａ，Ｂ，Ｃ
により回転子４ａの位置を検出する位置検出信号入力部
１０ａと、その位置検出により回転数を算出する回転数
算出部１０ｂ、従来同様にして通電切り替え時刻を算出
する通電切替時刻算出部１０ｃおよび次の位置検出の時
刻を推測する位置検出推測部１０ｄと、それら回転数、
通電切り替え時刻および推測位置検出時刻をもとにして
チョッピング信号のオン時間およびオフ時間を可変する
ＯＮ／ＯＦＦ時間可変部１０ｅと、チョッピング信号を
発生する一方、ＯＮ／ＯＦＦ時間可変部１０ｅの可変オ
ン時間およびオフ時間に応じてチョッピング信号のオン
時間およびオフ時間を一時的に可変するチョッピング発
生部１０ｆとを備えている。なお、制御回路１０は、図
４に示す制御回路６の機能も有している。

【００１７】次に、この発明の制御方法を適用した制御
装置の動作を図２および図３のタイムチャート図を参照
して詳しく説明すると、まず三相のブラシレスモータ４
が起動、同期運転から位置検出運転にモード移行してい
るものとする。

【００１８】前記位置検出運転において、従来同様にブ
ラシレスモータ４の巻線電圧Ｒ，Ｓ，Ｔおよび基準電圧
ｋが位置検出回路５に入力し、位置検出回路５は各巻線
電圧Ｒ，Ｓ，Ｔと基準電圧ｋとの比較結果を位置検出信
号Ａ，Ｂ，Ｃとして出力する。

【００１９】制御回路１０は、入力位置検出信号Ａ，
Ｂ，Ｃにより回転子４ａの位置を検出し、この位置検出
をもとにして通電切り替え時刻を予測し、この予測時刻
で通電を切り替えるようにインバータ回路３を駆動する
ための信号を発生するとともに、チョッピング信号およ
び上下アームのチョッピングを切り替える制御信号を出
力する。また、入力位置検出信号Ａ，Ｂ，Ｃにより、ブ
ラシレスモータ４の回転数を算出し、かつ次の位置検出
時刻を推測する。

【００２０】図２を参照して具体的に説明すると、まず
位置検出信号Ａ，Ｂ，Ｃにより常に位置検出間隔の時間
（Ｔｎ＝（ｔｂｎ＋１）−ｔｂｎ；ｎ＝正の整数）を算
出する。例えば、現時刻がｔｂ２であると、前回の位置
検出時刻ｔｂ１と今回位置検出時刻ｔｂ２との差Ｔ１を
算出するとともに、この時間差（位置検出間隔）Ｔ１を
用いて所定時間（例えば３０度に相当する時間）を算出
し、この時間を今回位置検出時刻ｔｂ２に加算して次の
通電切り替え時刻ｔａ３を予測する。

【００２１】また、今回位置検出時刻ｔｂ２に時間差Ｔ
１を加算して次の位置検出時刻を推測する一方、その時
間差Ｔ１をもとにしてチョッピング信号のオン時間の可
変可能な所定割合の時間ｃを算出する。したがって、回
転数が低いほど、ｃの値が大きくなる。なお、ｃの値は
当然チョッピング信号のオン、オフ時間（周期）Ｔを越
えない値とし、例えば周期Ｔの１／２程度までの値にす
るとよい。すなわち、インバータ制御へ影響が及ばない
ようにする必要があるからである。

【００２２】そして、次の位置検出に際して、つまり推
測位置検出時刻付近において、チョッピング信号が前後
してｃ／２ずつオン状態になるように、チョッピング信
号のオン時間を可変する。図３から明かなように、推測
位置検出時刻付近において、従来であればチョッピング
信号のオン時間ａおよびオフ時間には前と変わらないが
（同図（ａ）参照）、この発明ではチョッピング信号の
オン時間をｃ（＝ａ＋ｂ）と長くする（同図（ｂ）参
照）。また、オン時間が長くなった分ｂだけ、他のオン
時間を短くし、当該通電切り替え区間（ｔａ２，ｔａ３
区間）におけるオン時間およびオフ時間がトータルして
前と変わらないようにする。この前とは、チョッピング
信号のオン時間およびオフ時間を可変する前のことであ
る。すなわち、回転数が変わってしまうからである。

【００２３】このようにして、位置検出付近のチョッピ
ング信号のオン時間を長くすることにより、巻線電圧
Ｒ，Ｓ，Ｔと基準電圧ｋとを比較する際には誘起電圧波
形と基準電圧ｋとが交差するようになり、その比較した
結果の位置検出信号Ａ，Ｂ，Ｃにはその交差の情報（位
置検出点）が含まれるようになる。したがって、回転子
４ａの位置検出が遅れることもなく、正規の位置検出が
可能となり、この正確な位置検出により適切な通電切り
替えが可能となり、ひいては脱調等を防止して回転の効
率向上を図ることができる。

【００２４】なお、最適な通電切り替えができるように
なり、つまり回転数が高くなり、位置検出が良好な状態
（チョッピング信号のオン時間を可変せずとも位置検出
ができる状態）となり、バランスがとれたときには、チ
ョッピング信号を可変したオン時間ｃ（ａ＋ｂ）をもと
の値ａに戻せばよい。また、回転数が極めて低い場合だ
けなく、回転ムラが生じている場合にも、チョッピング
信号のオン時間およびオフ時間を可変するようにしても
よい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、このブラシレスモ
ータの制御方法の請求項１記載の発明によると、ブラシ
レスモータの回転子の位置検出に際してインバータ手段
のスイッチング素子をチョッピング駆動するためのチョ
ッピング信号のオン時間およびオフ時間を一時的に可変
するようにしたので、位置検出時のチョッピング信号の
オン時間が長くなり、誘起電圧と基準電圧とを交差させ
ることができ、つまり正確な位置検出が可能となり、結
果適切な通電切り替えが可能となり、これにより脱調等
を防止して回転の効率向上を図ることができるという効
果がある。

【００２６】請求項２記載の発明によると、回転子の位
置検出により位置検出間隔時間を計時するとともに、該
位置検出間隔時間をもとにして次の位置検出時刻を推測
する一方、インバータ手段のスイッチング素子をチョッ
ピング駆動するためのチョッピング信号のうち前記推測
位置検出時刻付近のオン時間およびオフ時間を可変する
ようにしたので、新たなハードウェア回路を付加せずと
も、請求項１と同じ効果を奏する。

【００２７】請求項３記載の発明によると、請求項１ま
たは２におけるチョッピング信号のオン時間およびオフ
時間を少なくとも前記ブラシレスモータの回転数に応じ
て可変するようにしたので、請求項１または２の効果に
加え、チョッピング信号のオン時間を不必要に長くせ
ず、インバータ制御へ影響が及ばない程度とすることが
できる。

【００２８】請求項４記載の発明によると、請求項１，
２または３において前記チョッピング信号のオン時間お
よびオフ時間を可変する場合、前記電機子巻線の通電切
り替え間隔において前記チョッピング信号のオン時間お
よびオフ時間がトータル的に前と同じとしたので、請求
項１，２または３の効果に加え、現回転数が変わらず、
つまり回転数制御へ影響が及ばないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモ
ータの制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック
線図。

【図２】図１に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【図３】図１に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【図４】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブ
ロック線図。

【図５】図４に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【図６】図４に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 交流／直流変換部 ３ インバータ回路 ４ ブラシレスモータ（直流ブラシレスモータ） ４ａ 回転子（ブラシレスモータ３の） ５ 位置検出回路 ６，１０ 制御回路（マイクロコンピュータ；制御手
段） １０ａ 位置検出信号入力部 １０ｂ 回転数算出部 １０ｃ 通電切替時刻算出部 １０ｄ 位置検出時刻推測部 １０ｅ ＯＮ／ＯＦＦ時間可変部 １０ｆ チョッピング発生部 ｋ 基準電圧 Ｒ，Ｓ、Ｔ 電機子巻線電圧（巻線電圧） Ｕ，Ｖ，Ｗ スイッチング素子（上アーム） Ｘ，Ｙ，Ｚ スイッチング素子（下アーム）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源をインバータ手段のスイッチン
   グ素子でスイッチングしてブラシレスモータに印加する
   際に同スイッチング素子をチョッピング駆動する一方、
   前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該位置
   検出をもとにして前記ブラシレスモータの電機子巻線電
   流の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法にお
   いて、前記スイッチング素子をチョッピング駆動するた
   めのチョッピング信号のオン時間およびオフ時間を前記
   回転子の位置検出に際して一時的に可変するようにした
   ことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
2. 【請求項２】 直流電源をインバータ手段のスイッチン
   グ素子でスイッチングしてブラシレスモータに印加する
   際に同スイッチング素子をチョッピング駆動する一方、
   前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該位置
   検出をもとにして前記ブラシレスモータの電機子巻線電
   流の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法にお
   いて、前記回転子の位置検出により位置検出間隔時間を
   計時するとともに、該位置検出間隔時間をもとにして次
   の位置検出時刻を推測する一方、前記スイッチング素子
   をチョッピング駆動するためのチョッピング信号のうち
   前記推測位置検出時刻付近のオン時間およびオフ時間を
   可変するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ
   の制御方法。
3. 【請求項３】 前記チョッピング信号のオン時間および
   オフ時間を少なくとも前記ブラシレスモータの回転数に
   応じて可変するようにした請求項１または２記載のブラ
   シレスモータの制御方法。
4. 【請求項４】 前記チョッピング信号のオン時間および
   オフ時間を可変する場合、前記電機子巻線の通電切り替
   え間隔において前記チョッピング信号のオン時間および
   オフ時間がトータル的に前と同じとした請求項１，２ま
   たは３記載のブラシレスモータの制御方法。