JPH11150982A - ブラシレスｄｃモータ制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別にセンサを用いることなく回転子の磁極
位置を検出し、かつトルク変動が大きい負荷を駆動する
場合であっても、何ら不都合なく負荷を駆動する。 【解決手段】 負荷の駆動期間を、所定の閾値を基準と
する負荷トルクの大小に基づいて区分し、負荷トルクが
大きい区分においては、ブラシレスＤＣモータの端子電
圧に基づいて回転子の磁極位置を検出し、磁極位置検出
信号に基づいてブラシレスＤＣモータに印加すべき出力
電圧波形または出力電流波形を設定すべくインバータを
制御し、負荷トルクが小さい区分においては、前記磁極
位置検出信号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を発生
し、擬似磁極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモータ
に印加すべき出力電圧波形または出力電流波形を設定す
べくインバータを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はブラシレスＤＣモ
ータ制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえ
ば、インバータの各相の出力電圧をブラシレスＤＣモー
タの各相の固定子巻線に印加してブラシレスＤＣモータ
を制御し、１回転中に出力軸にかかる負荷が周期性を有
して変動する負荷を駆動するための方法およびその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡＣモータに比べて高効率なモータとし
て、回転子巻線に代えて回転子に永久磁石を装着するこ
とにより、回転子巻線に電流が流れることに起因する二
次銅損を皆無にしたブラシレスＤＣモータが知られてい
る。このブラシレスＤＣモータは、数十ｋＷ以下の中小
容量範囲でＡＣモータに比べ、特に効率改善効果が大き
いことが知られている。

【０００３】そして、この利点に着目して、ブラシレス
ＤＣモータにより各種の負荷を駆動することが提案さ
れ、あるいは実用化されている。これらのうち、負荷と
して圧縮機を採用する場合には、トルク制御技術を適用
して、圧縮機の速度変動を抑制し、速度変動に起因する
振動を低減することができる。なお、ここで、トルク制
御は、従来公知のように、ブラシレスＤＣモータの回転
子の磁極位置の検出を行い、磁極位置検出信号に基づい
てインバータを制御し、インバータの各相の出力電圧を
ブラシレスＤＣモータの各相の固定子巻線に印加するこ
とにより、所望の発生トルクを得る制御である。また、
回転子の磁極位置の検出は、モータの端子電圧、中性点
電圧などに基づいて行うことができるほか、ホール素子
などのセンサを用いて行うことができる。しかし、コス
トを重視する、例えば家電製品などへの応用において
は、磁極位置検出のために特別にセンサを設ける必要が
ないモータの端子電圧、中性点電圧などに基づいて行う
構成を採用することが好ましい。

【０００４】したがって、前記の構成を採用すること
で、安価なシステム構成により、速度変動を抑制し、速
度変動に起因する振動を低減した状態で圧縮機を駆動す
ることができると思われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、トルク制御技術を適用して、圧縮機の速度変動を抑
制し、速度変動に起因する振動を低減する構成を採用
し、しかも、ブラシレスＤＣモータの回転子の磁極位置
の検出をモータの端子電圧、中性点電圧などに基づいて
行う構成を採用し、しかも、圧縮過程における不要なガ
ス漏れによる損失が少ない１シリンダ圧縮機を採用した
場合には、圧縮機の１回転中における負荷トルクの大き
な期間（モータ電流が大きくなる期間）で回転子の磁極
位置の検出を行うことができなくなり、最悪の場合に
は、圧縮機の駆動を行うことができなくなってしまうと
いう不都合がある。

【０００６】この不都合は、一般にブラシレスＤＣモー
タの設計定数を適切に選ぶことで回避できるのである
が、このような場合には、ブラシレスＤＣモータを構成
する鉄心、銅線、磁石などの使用量の増加を招き（例え
ば、ブラシレスＤＣモータが大型化し、またはインダク
タンスが小さくなり）、ブラシレスＤＣモータのコスト
アップを招いてしまうという新たな不都合がある。

【０００７】なお、この不都合は、負荷として１シリン
ダ圧縮機を採用する場合だけでなく、同様にトルク変動
が大きい負荷を採用する場合にも発生する。図１４はブ
ラシレスＤＣモータを位置センサなしで駆動するシステ
ム構成を示している。この構成では、ブラシレスＤＣモ
ータに接続したインバータ回路の各相トランジスタの通
電期間を１２０°とし、開放状態になる残り６０°期間
に端子電圧に現れるブラシレスＤＣモータの速度起電圧
を検出し、ゼロクロスコンパレータにより位置信号を得
ている。

【０００８】ただし、トランジスタをオフにしてもモー
タ巻線のインダクタンスにより電流が直ちには切れず、
トランジスタに並列に接続されたダイオードを通してモ
ータ電流は流れ続ける（図１５の波形図参照）。この時
間ｔｏｆｆは、トランジスタをオフにした時の初期電流
をＩ０、ブラシレスＤＣモータの速度起電圧をＥ０、イ
ンバータの直流電圧をＶｄｃ、各相巻線インダクタンス
をＬとすれば、 ｔｏｆｆ＝Ｉ０・２・Ｌ／（Ｖｄｃ＋Ｅ０） に近似できる。すなわち、トランジスタオフ時の初期電
流Ｉ０に比例し、ダイオード電流が切れ、モータ端子が
開放状態になるまでの時間が長くなることが分かる。

【０００９】図１６は１シリンダ圧縮機をブラシレスＤ
Ｃモータによりトルク制御駆動した時の各部波形を示し
ている。この図から分かるように、図１４のブラシレス
ＤＣモータ駆動システムにより負荷トルク変動に合わせ
てモータトルク（モータ電流）を制御するトルク制御を
行う場合、負荷トルクのピーク近傍でモータ電流が大き
くなり、上式の初期電流Ｉ０が所定値以上になるとｔｏ
ｆｆが長くなり、モータの運転許容範囲内（モータトル
クは十分）であるにも拘らず、電流が切れなくなるため
速度起電圧の検出が不能になり、ブラシレスＤＣモータ
を運転できないという不都合が生じる。

【００１０】図１７はブラシレスＤＣモータを位置セン
サなしで駆動する他のシステム構成を示している。この
構成では、モータの中性点の電位と、インバータ出力端
子にＹ接続した抵抗の中性点の電位との差電圧を、積分
器を通し、さらにゼロクロスコンパレータにより２値化
して位置検出信号を得ているため、モータ電流が連続し
ても（切れなくても）位置検出を行うことができる（再
公表７−８２７３２８号公報参照）。このため、図１４
のシステム構成のように、モータ電流が切れなくなり、
位置検出ができなくなるという不都合の発生を未然に防
止できるが、実験を行った結果、図１８に示すように、
負荷の上昇に伴ってモータ電流が大きくなると、積分信
号にビート現象が生じ（”Ｐ．Ｍ．Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ
Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅｓ： Ａ Ｓｅｌｆ−Ｃｏｍ
ｍｕｔａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔ Ｒ
ｏｔｏｒ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ”，
Ｐ． Ｆｅｒｒａｒｉｓ他， Ｎｉｎｔｈ Ａｎｎｕａ
ｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ−Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｍ
ｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
Ｄｅｖｉｃｅｓ， ｐｐ．３０５−３１２， １９８０
参照、これは実機においては必ずしもブラシレスＤＣモ
ータの各相インピーダンスが一致していないことが原因
であると思われる。）、位置検出の誤動作（ゼロクロス
検出ミス）を招き、ブラシレスＤＣモータを失速させる
という不都合を生じることが分かった。

【００１１】以上のようにモータ端子電圧を用いた簡便
な位置検出回路を用いたブラシレスＤＣモータによりト
ルク制御を行う場合には、位置検出の制約で、本来ブラ
シレスＤＣモータが許容できるトルク出力範囲よりも運
転範囲が狭くなってしまうという不都合が生じる。

【００１２】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、特別にセンサを用いることなく回転子の
磁極位置を検出し、かつトルク変動が大きい負荷を駆動
する場合であっても、何ら不都合なく負荷を駆動するこ
とができるブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装
置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１のブラシレスＤ
Ｃモータ制御方法は、インバータの各相の出力端子をブ
ラシレスＤＣモータの各相の固定子巻線に接続してブラ
シレスＤＣモータを制御し、１回転中に出力軸にかかる
負荷が周期性を有して変動する負荷を駆動するに当っ
て、負荷の駆動期間を、所定の閾値を基準とする負荷ト
ルクの大小に基づいて区分し、負荷トルクが小さい区分
においては、ブラシレスＤＣモータの端子電圧に基づい
て回転子の磁極位置を検出し、磁極位置検出信号に基づ
いてブラシレスＤＣモータに印加すべき出力電圧波形ま
たは出力電流波形を設定すべくインバータを制御し、負
荷トルクが大きい区分においては、前記磁極位置検出信
号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を発生し、擬似磁
極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモータに印加すべ
き出力電圧波形または出力電流波形を設定すべくインバ
ータを制御する方法である。

【００１４】請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法
は、回転子の磁極位置の検出をブラシレスＤＣモータの
相電圧を用いて行う方法である。請求項３のブラシレス
ＤＣモータ制御方法は、回転子の磁極位置の検出を、ブ
ラシレスＤＣモータの固定子巻線の中性点電圧と、ブラ
シレスＤＣモータの各相の出力端子に一方の端子が接続
され、かつ他方の端子が互いに接続された抵抗により得
られる中性点電圧との差電圧を用いて行う方法である。

【００１５】請求項４のブラシレスＤＣモータ制御装置
は、インバータの各相の出力端子をブラシレスＤＣモー
タの各相の固定子巻線に接続してブラシレスＤＣモータ
を制御し、１回転中に出力軸にかかる負荷が周期性を有
して変動する負荷を駆動するものであって、負荷の駆動
期間を、所定の閾値を基準とする負荷トルクの大小に基
づいて区分する区分手段と、負荷トルクが小さい区分に
おいては、ブラシレスＤＣモータの端子電圧に基づいて
回転子の磁極位置を検出し、磁極位置検出信号に基づい
てブラシレスＤＣモータに印加すべき出力電圧波形また
は出力電流波形を設定すべくインバータを制御する第１
制御手段と、負荷トルクが大きい区分においては、前記
磁極位置検出信号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を
発生し、擬似磁極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモ
ータに印加すべき出力電圧波形または出力電流波形を設
定すべくインバータを制御する第２制御手段とを含むも
のである。

【００１６】請求項５のブラシレスＤＣモータ制御装置
は、第１制御手段として、回転子の磁極位置の検出をブ
ラシレスＤＣモータの相電圧を用いて行うものを採用す
るものである。請求項６のブラシレスＤＣモータ制御装
置は、第１制御手段として、回転子の磁極位置の検出
を、ブラシレスＤＣモータの固定子巻線の中性点電圧
と、ブラシレスＤＣモータの各相の出力端子に一方の端
子が接続され、かつ他方の端子が互いに接続された抵抗
により得られる中性点電圧との差電圧を用いて行うもの
を採用するものである。

【００１７】

【作用】請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法であ
れば、インバータの各相の出力端子をブラシレスＤＣモ
ータの各相の固定子巻線に接続してブラシレスＤＣモー
タを制御し、１回転中に出力軸にかかる負荷が周期性を
有して変動する負荷を駆動するに当って、負荷の駆動期
間を、所定の閾値を基準とする負荷トルクの大小に基づ
いて区分し、負荷トルクが小さい区分においては、ブラ
シレスＤＣモータの端子電圧に基づいて回転子の磁極位
置を検出し、磁極位置検出信号に基づいてブラシレスＤ
Ｃモータに印加すべき出力電圧波形または出力電流波形
を設定すべくインバータを制御し、負荷トルクが大きい
区分においては、前記磁極位置検出信号の周期に基づい
て擬似磁極位置信号を発生し、擬似磁極位置信号に基づ
いてブラシレスＤＣモータに印加すべき出力電圧波形ま
たは出力電流波形を設定すべくインバータを制御するの
であるから、トルク変動に起因して磁極位置検出信号が
確実に検出できないような場合であっても、擬似磁極位
置信号を発生させてインバータの出力電圧波形または出
力電流波形を制御することができ、ひいては１回転中に
出力軸にかかる負荷が同一パターンで変動する負荷を確
実に駆動することができる。

【００１８】請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法
であれば、回転子の磁極位置の検出をブラシレスＤＣモ
ータの相電圧を用いて行うのであるから、請求項１と同
様の作用に加え、回転子の磁極位置の検出を簡単に達成
することができる。請求項３のブラシレスＤＣモータ制
御方法であれば、回転子の磁極位置の検出を、ブラシレ
スＤＣモータの固定子巻線の中性点電圧と、ブラシレス
ＤＣモータの各相の出力端子に一方の端子が接続され、
かつ他方の端子が互いに接続された抵抗により得られる
中性点電圧との差電圧を用いて行うのであるから、請求
項１と同様の作用に加え、モータ電流が連続している状
態でも回転子の磁極位置の検出を達成することができ
る。

【００１９】請求項４のブラシレスＤＣモータ制御装置
であれば、インバータの各相の出力端子をブラシレスＤ
Ｃモータの各相の固定子巻線に接続してブラシレスＤＣ
モータを制御し、１回転中に出力軸にかかる負荷が周期
性を有して変動する負荷を駆動するに当って、区分手段
によって、負荷の駆動期間を、所定の閾値を基準とする
負荷トルクの大小に基づいて区分し、負荷トルクが小さ
い区分においては、第１制御手段によって、ブラシレス
ＤＣモータの端子電圧に基づいて回転子の磁極位置を検
出し、磁極位置検出信号に基づいてブラシレスＤＣモー
タに印加すべき出力電圧波形または出力電流波形を設定
すべくインバータを制御し、負荷トルクが大きい区分に
おいては、第２制御手段によって、前記磁極位置検出信
号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を発生し、擬似磁
極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモータに印加すべ
き出力電圧波形または出力電流波形を設定すべくインバ
ータを制御する。

【００２０】したがって、トルク変動に起因して磁極位
置検出信号が確実に検出できないような場合であって
も、擬似磁極位置信号を発生させてインバータの出力電
圧波形または出力電流波形を制御することができ、ひい
ては１回転中に出力軸にかかる負荷が同一パターンで変
動する負荷を確実に駆動することができる。請求項５の
ブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、第１制御手段
として、回転子の磁極位置の検出をブラシレスＤＣモー
タの相電圧を用いて行うものを採用しているのであるか
ら、請求項４と同様の作用に加え、回転子の磁極位置の
検出を簡単な構成で達成することができる。

【００２１】請求項６のブラシレスＤＣモータ制御装置
であれば、第１制御手段として、回転子の磁極位置の検
出を、ブラシレスＤＣモータの固定子巻線の中性点電圧
と、ブラシレスＤＣモータの各相の出力端子に一方の端
子が接続され、かつ他方の端子が互いに接続された抵抗
により得られる中性点電圧との差電圧を用いて行うもの
を採用しているのであるから、請求項４と同様の作用に
加え、モータ電流が連続している状態でも回転子の磁極
位置の検出を達成することができる。

【００２２】さらに説明する。図１６、図１８に示すよ
うに、脈動負荷をトルク制御モータにより運転する場合
に、（１）１回転中の所定期間については、負荷トルク
ならびにモータ電流が小さく、この期間では、図１４、
図１７の何れのシステムにおいても位置検出を確実に行
うことができること、および（２）さらに、トルク制御
を行えば、回転速度変動を小さくした運転（一定速度運
転）になるため、モータ速度から容易に回転子の回転位
置を予測できること、に着目し、ブラシレスＤＣモータ
の１回転を所定のしきい値により負荷トルクの大小に区
分し、負荷トルクが小さい期間で位置信号の検出を行
い、この位置信号に基づき速度演算を行い、負荷トルク
が大きい期間の回転子の回転位置を予測してブラシレス
ＤＣモータの制御を行うようにしてこの発明を完成した
のである。

【００２３】

【発明の実施の態様】以下、添付図面を参照して、この
発明の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の
ブラシレスＤＣモータ駆動装置の一実施例を示す概略図
であり、インバータ２の出力電圧を、１回転中に出力軸
にかかる負荷が周期性を有して変動する負荷としての圧
縮機６を駆動するブラシレスＤＣモータ３に印加してい
る。そして、ブラシレスＤＣモータ３の各相の固定子巻
線をＹ結線することにより得られる第２中性点電圧とイ
ンバータ２の各相の出力端子間に抵抗をＹ結線すること
により得られる第１中性点電圧との差電圧を入力とする
モータ位置検出回路４からの出力信号を制御回路５に供
給し、制御回路５により、電気的な通電幅を、例えば、
１２０°を越え、１８０°以下の所定幅とすべく制御指
令を生成してインバータ２に供給している。また、「周
期性を有する」とは、例えば、前記第２中性点電圧、差
電圧などの波形自体や振幅が負荷などによって変化する
にも拘らず、基本的な波形が変化しないことを意味す
る。

【００２４】したがって、中性点電圧同士の差電圧に基
づいてモータ位置検出回路４によりモータ回転子の磁極
位置検出信号を得、磁極位置検出信号に基づいて制御回
路５において制御指令を生成し、インバータ２のスイッ
チ（図示せず）を、例えば、１２０°を越え、１８０°
以下の所定の通電幅となるように制御する。図２は表面
磁石構造のブラシレスＤＣモータの構成を概略的に示す
図であり、回転子３ａの表面所定位置に永久磁石３ｂが
装着されてある。また、固定子３ｃは、図示しない固定
子巻線が巻回された多数のスロット３ｄを有している。
また、図中矢印で示されたｄ軸は、永久磁石３ｂが発生
する磁束の方向を示す軸であり、ｑ軸はｄ軸と電気的に
９０°ずれた軸である。

【００２５】図３は埋込磁石構造のブラシレスＤＣモー
タの構成を概略的に示す図であり、回転子３ｅの表面に
露呈しない状態で永久磁石３ｆが装着されてある。但
し、隣合う永久磁石３ｆ同士の間には非磁性体３ｇが装
着されてあり、隣合う永久磁石３ｆ同士の間で磁束短絡
が生じることを防止している。尚、固定子３ｃの構成は
図２のブラシレスＤＣモータと同様であるから、説明を
省略する。

【００２６】図４はブラシレスＤＣモータ駆動装置の構
成を概略的に示す図、図５は図４のマイクロプロセッサ
１８の内部構成を示す図であり、直流電源１１の端子間
に３対のスイッチングトランジスタ１２ｕ１，１２ｕ
２，１２ｖ１，１２ｖ２，１２ｗ１，１２ｗ２をそれぞ
れ直列接続してインバータ１２を構成し、各対のスイッ
チングトランジスタ同士の接続点電圧を圧縮機６を駆動
するブラシレスＤＣモータ１３の、Ｙ接続された各相の
固定子巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗにそれぞれ印加して
いる。そして、各対のスイッチングトランジスタ同士の
接続点電圧をＹ接続された抵抗１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ
にもそれぞれ印加している。尚、スイッチングトランジ
スタ１２ｕ１，１２ｕ２，１２ｖ１，１２ｖ２，１２ｗ
１，１２ｗ２のコレクタ−エミッタ端子間にそれぞれ保
護用のダイオード１２ｕ１ｄ，１２ｕ２ｄ，１２ｖ１
ｄ，１２ｖ２ｄ，１２ｗ１ｄ，１２ｗ２ｄが接続されて
いる。また、１３ｅがブラシレスＤＣモータ１３の回転
子を示している。さらに、添え字ｕ，ｖ，ｗは、それぞ
れブラシレスＤＣモータ１３のｕ相、ｖ相、ｗ相に対応
させている。

【００２７】上記Ｙ接続された固定子巻線１３ｕ，１３
ｖ，１３ｗの中性点１３ｄの電圧が抵抗１５ａを介して
増幅器１５の反転入力端子に供給され、Ｙ接続された抵
抗１４ｕ，１４ｖ，１４ｗの中性点１４ｄの電圧がその
まま増幅器１５の非反転入力端子に供給されている。そ
して、増幅器１５の出力端子と反転入力端子との間に抵
抗１５ｂを接続することにより、差動増幅器として動作
させるようにしている。

【００２８】増幅器１５の出力端子から出力される出力
信号は、抵抗１６ａとコンデンサ１６ｂとを直列接続し
てなる積分器１６に供給されている。積分器１６からの
出力信号（抵抗１６ａとコンデンサ１６ｂとの接続点電
圧）は、反転入力端子に中性点１３ｄの電圧が供給され
たゼロクロスコンパレータ１７の非反転入力端子に供給
されている。

【００２９】したがって、ゼロクロスコンパレータ１７
の出力端子から磁極位置検出信号が出力される。換言す
れば、上記差動増幅器、積分器１６およびゼロクロスコ
ンパレータ１７で、ブラシレスＤＣモータ１３の回転子
１３ｅの磁極位置を検出する磁極位置検出器が構成され
る。また、マイクロプロセッサ１８から出力される３相
分の電圧指令はベース駆動回路２０に供給され、スイッ
チ指令を発生してインバータ１２に供給する。

【００３０】前記磁極位置検出器から出力される磁極位
置検出信号はマイクロプロセッサ１８の外部割込端子に
供給される。マイクロプロセッサ１８においては、外部
割込端子に供給された磁極位置検出信号により位相補正
タイマ１８ａ、周期測定タイマ１８ｂ、補償電圧振幅モ
ード選択部１９ｇに対する割込処理（図５中、割込処理
１を参照）を行なう。ここで、位相補正タイマ１８ａ
は、後述するタイマ値演算部１９ａによりタイマ値が設
定される。周期測定タイマ１８ｂは、磁極位置検出信号
の周期を測定してタイマ値を得、このタイマ値をＣＰＵ
１９に含まれる位置信号周期演算部１９ｂに供給する。
この位置信号周期演算部１９ｂは、周期測定タイマ１８
ｂからのタイマ値を受けて、固定子巻線１３ｕ，１３
ｖ，１３ｗの電圧パターンの周期を演算して、周期を表
す位置信号周期信号を出力する。位相補正タイマ１８ａ
は、カウントオーバー信号をＣＰＵ１９に含まれるイン
バータモード選択部１９ｃに供給し、割込処理（図５
中、割込処理２を参照）を行なう。また、位相補正タイ
マ１８ａは、カウントオーバー信号を通電幅制御タイマ
１８ｆに供給して通電幅制御タイマ１８ｆのタイマ動作
をスタートさせる。この通電幅制御タイマ１８ｆは、後
述するタイマ値演算部１９ａによりタイマ値が設定され
る。また、通電幅制御タイマ１８ｆは、カウントオーバ
ー信号をＣＰＵ１９に含まれるインバータモード選択部
１９ｃに供給し、割込処理（図５中、割込処理３を参
照）を行なう。インバータモード選択部１９ｃは、メモ
リ１８ｃから該当する電圧パターンを読み出して出力す
る。ＣＰＵ１９においては、位置信号周期演算部１９ｂ
によりタイマ値に基づく演算を行なって位置信号周期信
号を出力して、タイマ値演算部１９ａ、速度演算部１９
ｅおよび周期格納テーブル１９ｋに供給する。タイマ値
演算部１９ａには位相量指令も供給されており、位相量
指令および位置信号周期演算部１９ｂからの位置信号周
期信号に基づいて、位相補正タイマ１８ａに設定すべき
タイマ値を算出する。速度演算部１９ｅは位置信号周期
演算部１９ｂからの位置信号周期信号に基づいて現在の
速度を算出し、速度制御部１９ｆおよび係数発生部１９
ｉに供給する。係数発生部１９ｉは、速度演算部１９ｅ
からの現在速度に基づいて予め定められている係数（０
〜１の値）を出力する。速度制御部１９ｆには、速度指
令も供給されており、速度指令および速度演算部１９ｅ
からの現在速度に基づいて平均電圧振幅を出力する。こ
の平均電圧振幅と、係数発生部１９ｉから出力される係
数と、補償電圧振幅モード選択部１９ｇから出力される
パターンとが乗算器１９ｊに供給され、補償電圧振幅パ
ターンを出力する。そして、速度制御部１９ｆから出力
される平均電圧振幅と乗算器１９ｊから出力される補償
電圧振幅パターンとが加算器１９ｈに供給され、両者の
和を電圧指令として出力する。そして、上記インバータ
モード選択部１９ｃから出力される電圧パターンと加算
器１９ｈから出力される電圧指令がＰＷＭ（パルス幅変
調）部１８ｄに供給され、３相分の電圧指令を出力す
る。この電圧指令はベース駆動回路２０に供給され、ベ
ース駆動回路２０が、上記スイッチングトランジスタ１
２ｕ１，１２ｕ２，１２ｖ１，１２ｖ２，１２ｗ１，１
２ｗ２のそれぞれのベース端子に供給すべき制御信号を
出力する。

【００３１】また、前記周期格納テーブル１９ｋに保持
されている前回速度は次回位置演算部１９ｍに供給さ
れ、次回位置（次回の磁極位置に対応するタイマ値）を
演算して出力する。演算されたタイマ値は擬似位置信号
発生タイマ１９ｎに供給され、カウントオーバーに対応
して擬似位置信号を発生して切り替え判定部１９ｐに供
給する。切り替え判定部１９ｐには外部割込端子に供給
された磁極位置検出信号も供給されており、擬似位置信
号または磁極位置検出信号を選択して位相補正タイマ１
８ａ、周期測定タイマ１８ｂに供給する。この切り替え
判定部１９ｐは、位置信号周期演算部１９ｂからの位置
信号周期信号を周期格納テーブル１９ｋに供給する毎に
インデックスｉＰＯＳをインクリメントし、インデック
スｉＰＯＳの値に対応させて擬似位置信号を選択する
か、または磁極位置検出信号を選択するかを制御する。

【００３２】尚、以上の説明において、ＣＰＵ１９に含
まれる各構成部は、該当する機能を達成するための機能
部分を構成部として示しているだけであり、ＣＰＵ１９
の内部にこれらの構成部が明確に認識できる状態で存在
しているわけではない。図６から図９はマイクロプロセ
ッサ１８の処理を説明するフローチャートである。な
お、図６および図７が割込み処理１を、図８が割込み処
理２を、図９が割込み処理３をそれぞれ説明している。

【００３３】図６および図７は割込み処理１の処理内容
を説明するフローチャートであり、切り替え判定部１９
ｐから割込み信号が出力される毎に行われる。ステップ
ＳＰ１において、周期測定タイマ１８ｂをストップさ
せ、ステップＳＰ２において、周期測定タイマ１８ｂの
タイマ値を読み込み、ステップＳＰ３において、次回の
周期測定のために、周期測定タイマ１８ｂは直ちにリセ
ットされ、スタートされる。

【００３４】ステップＳＰ４において、読み込んだタイ
マ値に基づいて位置信号の周期の演算（例えば、電気角
１°当たりのカウント数の算出）を行い、ステップＳＰ
５において、切り替え判定部１９ｐから出力される信号
ｉＰＯＳをインデックスとして位置信号周期を周期格納
テーブルに格納し、ステップＳＰ６において、例えば０
〜１１のリングカウンタに保持されるインデックスｉＰ
ＯＳをインクリメントし、ステップＳＰ７において、イ
ンデックスｉＰＯＳが定数ｎ１と等しいか否かを判定す
る。そして、インデックスｉＰＯＳが定数ｎ１と等しい
場合には、ステップＳＰ８において、擬似位置信号を使
用すべきことを示すフラグ（擬似位置信号使用フラグ）
を”１”にセットし、ステップＳＰ９において、周期格
納テーブルｎ１〜ｎ２の値から擬似位置信号発生のため
のタイマ値（擬似位置信号発生タイマ値）を演算する。

【００３５】ステップＳＰ７においてインデックスｉＰ
ＯＳが定数ｎ１と等しくないと判定された場合、または
ステップＳＰ９の処理が行われた場合には、ステップＳ
Ｐ１０において、インデックスｉＰＯＳが定数ｎ２と等
しいか否かを判定する。そして、インデックスｉＰＯＳ
が定数ｎ２と等しい場合には、ステップＳＰ１１におい
て、擬似位置信号使用フラグを”０”にセットする。

【００３６】ステップＳＰ１０においてインデックスｉ
ＰＯＳが定数ｎ２と等しくないと判定された場合、また
はステップＳＰ１１の処理が行われた場合には、ステッ
プＳＰ１２において、擬似位置信号使用フラグが”１”
か否かを判定する。そして、擬似位置信号使用フラグ
が”１”である場合には、ステップＳＰ１３において、
外部割込みを禁止すべく切り替え判定部１９ｐを制御
し、ステップＳＰ１４において、擬似位置信号発生タイ
マ１９ｎにタイマ値をセットし、ステップＳＰ１５にお
いて、擬似位置信号発生タイマ１９ｎによる割込みを許
可し、ステップＳＰ１６において、擬似位置信号発生タ
イマ１９ｎをスタートさせる。

【００３７】逆に、ステップＳＰ１２において擬似位置
信号使用フラグが”１”でないと判定された場合には、
ステップＳＰ１７において、擬似位置信号発生タイマ１
９ｎをストップさせ、ステップＳＰ１８において、擬似
位置信号発生タイマ１９ｎによる割込みを禁止し、ステ
ップＳＰ１９において、外部割込みを許可する。ステッ
プＳＰ１６の処理、またはステップＳＰ１９の処理が行
われた場合には、ステップＳＰ２０において、外部から
の位相量（位相補正角）指令および位置信号周期演算部
１９ｂにより得られた位置信号周期信号に基づいて位相
補正タイマ１８ａにセットすべき補正タイマ値を演算
し、ステップＳＰ２１において、位相補正タイマ１８ａ
に補正タイマ値をセットし、ステップＳＰ２２におい
て、位相補正タイマ１８ａをスタートさせる。

【００３８】具体的には、例えば、周期測定タイマ１８
ｂによる実測の結果、磁極位置検出信号の間隔に対応す
るカウント値が３６０であれば、インバータ出力電圧１
周期のカウント値は、位置検出信号の立上り、立下りの
数が６であるから、３６０×６＝２１６０になる。そし
て、この値２１６０が３６０°に相当するのであるか
ら、１°分のカウント値が２１６０／３６０＝６にな
る。ここで、位相量指令が３０°であれば、位相量指令
に対応するカウント値（タイマ値）は６×（６０−３
０）＝１８０になる。したがって、この値１８０を補正
タイマ値として位相補正タイマ１８ａにセットし、位相
補正タイマ１８ａをスタートさせる。

【００３９】そして、ステップＳＰ２３において、位置
信号周期演算結果からブラシレスＤＣモータの現在の回
転速度を演算し、ステップＳＰ２４において、補償電圧
振幅モードに基づいてパターンを読み込み、ステップＳ
Ｐ２５において、補償電圧振幅パターンモードを１ステ
ップ進め、ステップＳＰ２６において、速度指令に基づ
いて速度制御を行い、平均電圧振幅指令を算出し、ステ
ップＳＰ２７において、現在速度に基づいて係数を読み
込み、ステップＳＰ２８において、平均電圧振幅の係数
倍をパターンに乗算して補償電圧を算出し、ステップＳ
Ｐ２９において、平均電圧振幅に補償電圧を加算して出
力し、そのまま元の処理に戻る。

【００４０】したがって、例えば、図１０に示すタイム
チャートを例にとれば、定数ｎ１が３、定数ｎ２が１１
である場合には、図１０中（Ｄ）に示すインデックスｉ
ＰＯＳが３以上かつ１１未満の範囲において擬似位置信
号発生タイマ１９ｎのタイマ値が図１０中（Ｂ）に示す
ように変化し、この期間において擬似位置信号発生タイ
マ１９ｎのカウントオーバー毎に擬似位置信号に基づく
割込みが発生する。逆に、インデックスｉＰＯＳが上記
の範囲以外であれば、図１０中（Ａ）に示すように磁極
位置検出信号が選択され、各磁極位置検出信号の立ち上
がりおよび立ち下がりで割込みが発生する。なお、前記
両割込みは図１０中（Ｃ）に示すとおりである。また、
定数ｎ１、ｎ２は、ブラシレスＤＣモータ１３を実際に
組み込んだ状態においてどのインデックスｉＰＯＳで両
割込みの切り替えを行うべきかが定まるのであるから、
このようにして定まったインデックスｉＰＯＳを切り替
え判定部１９ｐにセットしておくことにより、磁極位置
検出信号に基づく割込処理、擬似位置信号に基づく割込
処理を選択し、ブラシレスＤＣモータ１３を何ら不都合
なく動作させることができる。もちろん、擬似位置信号
を採用する代わりにこれらの期間においても磁極位置を
検出する場合に必要になる構成の複雑化など（電流の急
峻な部分で検出する３次調波にノイズが混入するので、
このノイズを除去して３次調波を正確に検出するための
構成の複雑化など）を解消することができ、全体として
トルク制御のための構成を簡単化することができる。

【００４１】図８は上記割込処理２の処理内容を詳細に
説明するフローチャートであり、割込処理１でスタート
した位相補正タイマ１８ａがカウントオーバーすること
により割込処理２が受け付けられる。ステップＳＰ１に
おいて予めメモリ１８ｃに設定されているインバータモ
ードを１ステップ進め、ステップＳＰ２において、進め
られたインバータモードに対応する電圧パターンを出力
し、ステップＳＰ３において位置信号周期（通電幅指
令）から通電幅制御タイマ１８ｆのタイマ値を演算し、
ステップＳＰ４において通電幅制御タイマ１８ｆに演算
により得られたタイマ値をセットし、ステップＳＰ５に
おいて通電幅制御タイマ１８ｆをスタートさせ、そのま
ま元の処理に戻る。

【００４２】図９は上記割込処理３の処理内容を詳細に
説明するフローチャートであり、割込処理２でスタート
した通電幅制御タイマ１８ｆがカウントオーバーするこ
とにより割込処理３が受け付けられる。ステップＳＰ１
において予めメモリ１８ｃに設定されているインバータ
モードを１ステップ進め、ステップＳＰ２において、進
められたインバータモードに対応する電圧パターンを出
力し、そのまま元の処理に戻る。

【００４３】したがって、割込処理２によってインバー
タモードが例えば“４”“６”“８”・・・“１０”
“０”“２”“４”・・・の順に選択され、割込処理３
によってインバータモードが例えば“３”“５”“７”
・・・“１１”“１”“３”・・・の順に選択される。
そして、割込処理２および割込処理３は交互に発生する
ので、インバータモードが“３”“４”“５”・・・
“１１”“０”“１”“２”“３”・・・の順に選択さ
れる。この結果、ブラシレスＤＣモータ１３のトルク制
御運転を行い、圧縮機６を駆動することができる。

【００４４】図１１は磁極位置検出信号および擬似位置
信号を用いてブラシレスＤＣモータ１３の制御を行った
場合におけるｕ相電流｛図１１中（Ａ）｝、擬似位置信
号使用フラグ｛図１１中（Ｂ）｝、積分信号｛図１１中
（Ｃ）｝を示す図、図１２は磁極位置検出信号のみを用
いてブラシレスＤＣモータ１３の制御を行った場合にお
けるｕ相電流｛図１２中（Ａ）｝、擬似位置信号使用フ
ラグ｛図１２中（Ｂ）｝、積分信号｛図１２中（Ｃ）｝
を示す図である。

【００４５】図１１を参照すれば、ｕ相電流が少ない場
合にのみ磁極位置検出信号を用い、ｕ相電流が多い場合
に擬似位置信号を用いるので、ｕ相電流が多い場合に磁
極位置検出信号を正確に検出できない可能性があるにも
拘らず、ブラシレスＤＣモータ１３を安定に制御できて
いることが分かる。これに対して、図１２を参照すれ
ば、ｕ相電流が多い場合に磁極位置検出信号を正確に検
出できないことに起因してｕ相電流の乱れが大きく、ブ
ラシレスＤＣモータ１３が止まる寸前の状態であること
が分かる。

【００４６】したがって、前記の実施態様を採用するこ
とにより、磁極位置検出信号を正確に検出できるか否か
に拘らずブラシレスＤＣモータ１３を安定に制御でき
る。上記の実施態様においては、固定子巻線１３ｕ，１
３ｖ，１３ｗの中性点１３ｄの電圧とＹ接続された抵抗
１４ｕ，１４ｖ，１４ｗの中性点１４ｄの電圧とに基づ
いて磁極位置検出を行うようにしているが、図１３に示
すように、ブラシレスＤＣモータの各相の端子にそれぞ
れ積分回路１６’を接続し、積分回路１６’からの出力
電圧をゼロクロスコンパレータ１７’に供給して、ゼロ
クロス毎にレベルが反転する磁極位置検出信号を得るよ
うにしてもよい。この構成を採用した場合には、電流の
オフ期間でモータ誘起電圧を検出するのであるから、モ
ータ電流が大きくなり、電流がきれなくなった期間に擬
似位置信号を用いることにより、ブラシレスＤＣモータ
１３を安定に制御できる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の発明は、トルク変動に起因し
て磁極位置検出信号が確実に検出できないような場合で
あっても、擬似磁極位置信号を発生させてインバータの
出力電圧波形または出力電流波形を制御することがで
き、ひいては１回転中に出力軸にかかる負荷が同一パタ
ーンで変動する負荷を確実に駆動することができるとい
う特有の効果を奏する。

【００４８】請求項２の発明は、請求項１と同様の効果
に加え、回転子の磁極位置の検出を簡単に達成すること
ができるという特有の効果を奏する。請求項３の発明
は、請求項１と同様の効果に加え、モータ電流が連続し
ている状態でも回転子の磁極位置の検出を達成すること
ができるという特有の効果を奏する。

【００４９】請求項４の発明は、トルク変動に起因して
磁極位置検出信号が確実に検出できないような場合であ
っても、擬似磁極位置信号を発生させてインバータの出
力電圧波形または出力電流波形を制御することができ、
ひいては１回転中に出力軸にかかる負荷が同一パターン
で変動する負荷を確実に駆動することができるという特
有の効果を奏する。

【００５０】請求項５の発明は、請求項４と同様の効果
に加え、回転子の磁極位置の検出を簡単な構成で達成す
ることができるという特有の効果を奏する。請求項６の
発明は、請求項４と同様の効果に加え、モータ電流が連
続している状態でも回転子の磁極位置の検出を達成する
ことができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のブラシレスＤＣモータ駆動装置の一
実施例を示す概略図である。

【図２】表面磁石構造のブラシレスＤＣモータの構成を
概略的に示す図である。

【図３】埋込磁石構造のブラシレスＤＣモータの構成を
概略的に示す図である。

【図４】ブラシレスＤＣモータ駆動装置の構成の一例を
概略的に示す図である。

【図５】図４のマイクロプロセッサの内部構成を示す図
である。

【図６】割込み処理１の一部を説明するフローチャート
である。

【図７】割込み処理１の残部を説明するフローチャート
である。

【図８】割込み処理２を説明するフローチャートであ
る。

【図９】割込み処理３を説明するフローチャートであ
る。

【図１０】割込み処理１を説明するタイムチャートであ
る。

【図１１】磁極位置検出信号および擬似位置信号を用い
てブラシレスＤＣモータの制御を行った場合におけるｕ
相電流、擬似位置信号使用フラグ、積分信号を示す図で
ある。

【図１２】磁極位置検出信号のみを用いてブラシレスＤ
Ｃモータの制御を行った場合におけるｕ相電流、積分信
号を示す図である。

【図１３】ブラシレスＤＣモータ駆動装置の構成の他の
例を概略的に示す図である。

【図１４】従来のブラシレスＤＣモータ駆動装置の一例
を示す電気回路図である。

【図１５】図１４のブラシレスＤＣモータ駆動装置にお
けるモータ電流、検出電圧、積分器出力、位置検出信号
を示す波形図である。

【図１６】１回転中の負荷トルク、モータ電流の変動を
示す図である。

【図１７】従来のブラシレスＤＣモータ駆動装置の他の
例を示す電気回路図である。

【図１８】トルク制御運転時におけるモータ電流、積分
器出力を示す波形図である。

【符号の説明】

６ 圧縮機 １２ インバータ １３ ブラシレスＤＣモータ １３ｅ 回転子 １３ｕ，１３ｖ，１３ｗ 固定子巻線 １４ｕ，１４
ｖ，１４ｗ 抵抗 １５ 差動増幅器 １６，１６’ 積分器 １７，１７’ ゼロクロスコンパレータ １８ マイ
クロプロセッサ １９ｐ 切り替え判定部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ（１２）の各相の出力端子を
   ブラシレスＤＣモータ（１３）の各相の固定子巻線（１
   ３ｕ）（１３ｖ）（１３ｗ）に接続してブラシレスＤＣ
   モータ（１３）を制御し、１回転中に出力軸にかかる負
   荷が周期性を有して変動する負荷（６）を駆動する方法
   であって、 負荷の駆動期間を、所定の閾値を基準とする負荷トルク
   の大小に基づいて区分し、 負荷トルクが小さい区分においては、ブラシレスＤＣモ
   ータ（１３）の端子電圧に基づいて回転子（１３ｅ）の
   磁極位置を検出し、磁極位置検出信号に基づいてブラシ
   レスＤＣモータ（１３）に印加すべき出力電圧波形また
   は出力電流波形を設定すべくインバータ（１２）を制御
   し、 負荷トルクが大きい区分においては、前記磁極位置検出
   信号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を発生し、擬似
   磁極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモータ（１３）
   に印加すべき出力電圧波形または出力電流波形を設定す
   べくインバータ（１２）を制御することを特徴とするブ
   ラシレスＤＣモータ制御方法。
2. 【請求項２】 回転子（１３ｅ）の磁極位置の検出をブ
   ラシレスＤＣモータ（１３）の相電圧を用いて行う請求
   項１に記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
3. 【請求項３】 回転子（１３ｅ）の磁極位置の検出をブ
   ラシレスＤＣモータ（１３）の固定子巻線（１３ｕ）
   （１３ｖ）（１３ｗ）の中性点電圧と、ブラシレスＤＣ
   モータ（１３）の各相の出力端子に一方の端子が接続さ
   れ、かつ他方の端子が互いに接続された抵抗（１４ｕ）
   （１４ｖ）（１４ｗ）により得られる中性点電圧との差
   電圧を用いて行う請求項１に記載のブラシレスＤＣモー
   タ制御方法。
4. 【請求項４】 インバータ（１２）の各相の出力端子を
   ブラシレスＤＣモータ（１３）の各相の固定子巻線（１
   ３ｕ）（１３ｖ）（１３ｗ）に接続してブラシレスＤＣ
   モータ（１３）を制御し、１回転中に出力軸にかかる負
   荷が周期性を有して変動する負荷（６）を駆動する装置
   であって、 負荷の駆動期間を、所定の閾値を基準とする負荷トルク
   の大小に基づいて区分する区分手段（１９ｐ）と、 負荷トルクが小さい区分においては、ブラシレスＤＣモ
   ータ（１３）の端子電圧に基づいて回転子（１３ｅ）の
   磁極位置を検出し、磁極位置検出信号に基づいてブラシ
   レスＤＣモータ（１３）に印加すべき出力電圧波形また
   は出力電流波形を設定すべくインバータ（１２）を制御
   する第１制御手段（１５）（１６）（１６’）（１７）
   （１７’）（１８）と、 負荷トルクが大きい区分においては、前記磁極位置検出
   信号の周期に基づいて擬似磁極位置信号を発生し、擬似
   磁極位置信号に基づいてブラシレスＤＣモータ（１３）
   に印加すべき出力電圧波形または出力電流波形を設定す
   べくインバータ（１２）を制御する第２制御手段（１
   ８）とを含むことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制
   御装置。
5. 【請求項５】 第１制御手段（１６’）（１７’）（１
   ８）は、回転子（１３ｅ）の磁極位置の検出をブラシレ
   スＤＣモータ（１３）の相電圧を用いて行うものである
   請求項４に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
6. 【請求項６】 第１制御手段（１５）（１６）（１７）
   （１８）は、回転子（１３ｅ）の磁極位置の検出を、ブ
   ラシレスＤＣモータ（１３）の固定子巻線（１３ｕ）
   （１３ｖ）（１３ｗ）の中性点電圧と、ブラシレスＤＣ
   モータ（１３）の各相の出力端子に一方の端子が接続さ
   れ、かつ他方の端子が互いに接続された抵抗（１４ｕ）
   （１４ｖ）（１４ｗ）により得られる中性点電圧との差
   電圧を用いて行うものである請求項４に記載のブラシレ
   スＤＣモータ制御装置。