JPH11206174A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの回転数演算などの処理回
数，処理時間を短くし、更に回転時における低騒音化，
低振動化を実現する。 【解決手段】 各相巻線の誘起電圧２４，２５，２６に
基づく磁極位置検出部での磁極の位置検出は、電気角に
て３６０゜間隔で設定された各相それぞれの磁極位置検
出期間で行い、この各相それぞれの磁極位置検出期間２
１，２２，２３は電気角にて６０゜以下とする。したが
って、３相合わせた場合の位置検出信号の間隔Ｔｉｎｔ
は電気角にて１２０゜毎になり、従来の場合に比べ１／
２となる。これにより、ブラシレスモータの回転数演算
などの処理回数，処理時間を短くし、更に回転時におけ
る低騒音化，低振動化を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻線に誘起される
誘起電圧によって永久磁石回転子の磁極の位置検出を行
うブラシレスモータの駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電機器などにおいて商品の長寿
命，高信頼性が求められ、それにともない機器にはブラ
シレスモータが多く用いられるようになった。

【０００３】ブラシレスモータの制御には永久磁石回転
子の磁極の位置検出が必要であり、特開平８−１９１５
８８号公報に記載されたように巻線に誘起される誘起電
圧を監視して磁極の位置検出を行う手法が多く用いられ
ている。

【０００４】ここで巻線に誘起される誘起電圧を監視し
て磁極の位置検出を行い、ブラシレスモータを駆動させ
る制御について図１と図５を用いて説明する。

【０００５】図１はシステム構成図である。図１におい
て、１はブラシレスモータ、２は磁極位置検出部、３は
駆動信号生成部、４はインバータ部、１ａ，１ｂ，１ｃ
はブラシレスモータのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を示して
いる。永久磁石回転子１ｄが回転すると巻線１ａ，１
ｂ，１ｃに誘起電圧が発生し、誘起電圧は磁極位置検出
部２に入力され位置検出信号２ａとなる。この位置検出
信号２ａに基づいて駆動信号生成部３にて生成，出力さ
れる駆動信号によってインバータ部４のスイッチング素
子群４ａ〜４ｆが動作し、巻線に流れる電流方向を切り
替えることによりブラシレスモータを回転させている。

【０００６】駆動信号生成部３から出力される駆動信号
は図５のＵＨ〜ＷＬのように各相の通電期間５１１，５
２１，５３１が電気角で１２０゜であり、通電期間中は
インバータ部４のスイッチング素子群４ａ〜４ｆがＯＮ
／ＯＦＦを繰り返すようＰＷＭ制御されている。ＰＷＭ
制御によるパルスのＯＮ幅によって巻線に流す電流量を
変化させ、ブラシレスモータの回転数を制御する。

【０００７】通電期間外の電気角６０゜期間５１２，５
２２，５３２においては、巻線の端子電圧Ｕｖ，Ｖｖ，
Ｗｖに誘起電圧５４，５５，５６が発生する。この誘起
電圧５４，５５，５６のゼロクロス点を磁極位置検出部
２によって検出し、位置検出信号２ａを出力する。

【０００８】位置検出信号は駆動信号生成部３に入力さ
れ、通電相切り替えタイミングを演算し、このタイミン
グにおいて通電相の切り替えを行う。

【０００９】更に、位置検出信号の間隔から実際のブラ
シレスモータの回転数を演算し、目標回転数との比較を
行う。実際のブラシレスモータの回転数が目標回転数に
到達していない場合はＰＷＭ制御のＯＮ幅を広げ、巻線
に流す電流量を増やし回転数を上げる。実際のブラシレ
スモータの回転数が目標回転数を超えている場合はＰＷ
Ｍ制御のＯＮ幅を狭め、巻線に流す電流量を減らし回転
数を下げる。以上のような制御を繰り返し、ブラシレス
モータの回転数を一定に保つ。

【００１０】またブラシレスモータにおいて、例えばホ
ールＩＣなどをモータに内蔵したセンサ付きブラシレス
モータを用いる場合がある。

【００１１】これは、永久磁石回転子の磁極位置検出を
巻線に誘起される誘起電圧によって行う代わりに、磁気
を検出できるホールＩＣの出力信号によって行うもので
ある。

【００１２】センサ付きブラシレスモータを用い通電期
間を電気角にて１２０゜以上にし、更にＰＷＭ制御期間
中のパルスのＯＮ幅を過渡的に変化させ、巻線に流す電
流波形を正弦波状にした例を図６と図７を用いて説明す
る。

【００１３】図６はシステム構成図である。図６におい
て、１はブラシレスモータ、３は駆動信号生成部、４は
インバータ部、１ａ，１ｂ，１ｃはモータのＵ相，Ｖ
相，Ｗ相の巻線を示している。ブラシレスモータ１には
磁極位置検出用センサ１ｅが内蔵されている。永久磁石
回転子１ｄの回転により磁極位置検出用センサ１ｅの出
力信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗが図７のように変化する。この
磁極位置検出用センサの出力信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの立
ち上がり、立ち下がり間隔から実際のブラシレスモータ
の回転数を演算し、目標回転数との比較を行う。また、
磁極位置検出用センサの出力信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに基
づいて駆動信号生成部３にて駆動信号が生成、図７のＵ
Ｈ〜ＷＬのように出力され、インバータ部４のスイッチ
ング素子群４ａ〜４ｆが動作し、巻線に流れる電流量が
変化することでブラシレスモータが回転する。

【００１４】駆動信号生成部３から出力される駆動信号
は、各相において図４のようにインバータ部４の上アー
ム、または下アームどちらかが通電状態である。ＰＷＭ
制御期間中の上アームのパルスのＯＮ幅において増加，
減少を過渡的に変化させることで巻線に流す電流量を図
７のＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗのように正弦波状に変化させ、ブ
ラシレスモータを回転させる。

【００１５】巻線に流す電流量を正弦波状にすることに
より、ブラシレスモータのトルク脈動を抑え、騒音の少
ない駆動が可能となる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記巻
線に誘起される誘起電圧を監視して磁極の位置検出を行
い、ブラシレスモータを駆動させる制御によれば電気角
の１相当たり１８０゜間隔、３相合わせれば６０゜間隔
に実際の回転数を演算しなければならず、ブラシレスモ
ータの回転中の演算処理回数が多くなる。特に、家電機
器などにおいてブラシレスモータの制御と共に他のアク
チェータの制御が必要な場合、ブラシレスモータの高速
回転時は他のアクチェータの制御に制限がかかってしま
うといった不具合が生じた。

【００１７】また、センサ付きブラシレスモータについ
ては上記課題に加え、モータ内部に電子回路を設け、更
にリード線などを配線しなければならず、コスト，信頼
性の面で課題が発生する。

【００１８】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、ブラシレスモータの高速回転時においても
最小限の演算処理回数で制御を行い、他のアクチェータ
制御に自由度を十分確保できるブラシレスモータの駆動
装置を提供することを目的とする。

【００１９】更に本発明は、コスト，信頼性に有利なセ
ンサレスのブラシレスモータにおいて巻線に流す電流量
を正弦波状に変化させる期間をつくり、低騒音化，低振
動化を実現するブラシレスモータの駆動装置を提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、複数相の巻線と、永久磁石回転子とからな
るブラシレスモータを駆動する駆動装置であって、前記
ブラシレスモータの通電を行うスイッチング素子をブリ
ッジ接続して構成したインバータ部と、前記永久磁石回
転子の回転により前記巻線に誘起される誘起電圧から磁
極の位置を検出する磁極位置検出部と、この磁極位置検
出部からの信号を基に前記インバータ部へ出力する信号
を生成する駆動信号生成部とを具備し、前記磁極位置検
出部での磁極の位置検出は、電気角にて３６０゜以上の
間隔で設定された各相それぞれの磁極位置検出期間で行
い、この各相それぞれの磁極位置検出期間は電気角にて
６０゜以下であり、磁極位置検出期間中の前記駆動信号
生成部から出力される信号は、磁極の位置検出を行う相
に接続された前記インバータ部のスイッチング素子の上
アーム，下アームともに無通電としたことを特徴とする
ものである。これにより、ブラシレスモータの回転数演
算などの処理回数を少なくすることができる。

【００２１】また、上記構成において、ブラシレスモー
タの各相の通電期間が、電気角にて１２０゜以上である
ことを特徴とするものである。これにより、ブラシレス
モータの回転時における騒音，振動を抑制することがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２３】（実施の形態１）システム構成は従来の技
術にて説明した図１の通りである。図１において、１は
ブラシレスモータ、２は磁極位置検出部、３は駆動信号
生成部、４はインバータ部、１ａ，１ｂ，１ｃはモータ
のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を示している。

【００２４】以上のように構成されたブラシレスモータ
の駆動装置において、駆動信号生成部３から出力される
駆動信号を、図２のＵＨ〜ＷＬのように各相の通電期間
が電気角で１２０゜とし、通電期間中はインバータ部４
のスイッチング素子群４ａ〜４ｆがＯＮ／ＯＦＦを繰り
返すようＰＷＭ制御させている。

【００２５】ここで、通電期間外の電気角６０゜期間の
内、２１をＵ相の磁極位置検出期間、２２をＶ相の磁極
位置検出期間、２３をＷ相の磁極位置検出期間と、各相
それぞれ３６０゜間隔で設定する。磁極位置検出部２に
おいては磁極位置検出期間の誘起電圧２４，２５，２６
のゼロクロス点を検出し、位置検出信号２ａを出力す
る。

【００２６】位置検出信号２ａの時間間隔Ｔｉｎｔを駆
動信号生成部３にて計測し、通電相切り替えタイミング
Ｔを、（数１）によって演算し、

【００２７】

【数１】Ｔ＝Ｔｉｎｔ／２ このタイミングＴにおいて次回の通電相の切り替えを行
う。

【００２８】上記制御アルゴリズムにより位置検出信号
２ａは、３相合わせた場合電気角の１２０゜毎に発生
し、その回数は各相の誘起電圧のゼロクロス点をすべて
検出した場合に比べ１／２となり、目標回転数との比較
を行う実際のブラシレスモータの回転数の演算回数も１
／２となることで、演算処理時間が少なくなる。

【００２９】（実施の形態２）図３のＵＨ〜ＷＬは、実
施の形態２における駆動信号生成部３から出力される駆
動信号である。

【００３０】各相それぞれの磁極位置検出期間は７２０
゜毎に設定されており、３１はＵ相の磁極位置検出期
間、３２はＶ相の磁極位置検出期間、３３はＷ相の磁極
位置検出期間となっている。

【００３１】Ｕ相の磁極位置検出期間３１においては、
インバータ部４のスイッチング素子の上アーム４ａ，下
アーム４ｄともに無通電としている。また、Ｖ相の磁極
位置検出期間３２においては、インバータ部４のスイッ
チング素子の上アーム４ｂ，下アーム４ｅともに無通電
としている。また、Ｗ相の磁極位置検出期間において
は、インバータ部４のスイッチング素子の上アーム４
ｃ，下アーム４ｆともに無通電としている。

【００３２】磁極位置検出部２において磁極位置検出期
間の誘起電圧３４，３５，３６のゼロクロス点を検出
し、位置検出信号２ａを出力する。

【００３３】位置検出信号２ａの間隔Ｔｉｎｔを駆動信
号生成部３にて計測し、通電相切り替え基本時間Ｔを、
（数２）によって演算する。

【００３４】

【数２】Ｔ＝Ｔｉｎｔ／４ 一方、各相それぞれの磁極位置検出期間以外における駆
動信号生成部３から出力される駆動信号は、図３のＵＨ
〜ＷＬのようにモータの巻線に流れる電流波形が正弦波
状になるように不等幅ＰＷＭ制御されている。不等幅Ｐ
ＷＭ制御は図４に示すように、インバータ部４の上アー
ム、または下アームどちらかが通電状態である。また、
ＰＷＭ制御期間中の上アームのパルスのＯＮ幅において
増加，減少を過渡的に変化させることで巻線に流す電流
量を正弦波状に変化させ、ブラシレスモータを回転させ
る。

【００３５】本実施の形態２においては、通電相切り替
え基本時間Ｔを８等分したタイミングを演算し、このタ
イミング毎に各相のＯＮ幅を過渡的に変化させた。

【００３６】以上のように磁極位置検出期間で磁極の位
置検出を行い、通電相切り替え基本時間Ｔを演算しなが
ら、この通電相切り替え基本時間Ｔを基にして不等幅Ｐ
ＷＭ制御した時の巻線に流れる電流波形は図３のＩｕ，
Ｉｖ，Ｉｗのようになる。磁極位置検出期間では電流波
形が正弦波状にならないが、それ以外の期間では正弦波
状となる。

【００３７】この実施の形態２によれば、センサレスの
ブラシレスモータの巻線に正弦波状の電流を流すことが
可能となり、ブラシレスモータの駆動中の低騒音化，低
振動化を図ることができる。

【００３８】なお、本実施の形態２においては、各相の
磁極位置検出期間を７２０゜毎に設定したが、この期間
を更に広げ電流が正弦波になる期間を長くすれば、低騒
音化，低振動化の向上は明らかである。

【００３９】また、本実施の形態２においては、通電相
切り替え基本時間Ｔを８等分した間隔にてＯＮ幅を変化
させたが、分割数を１６，３２…と増やせば更にきめ細
かく正弦波状に近づけることができ、低騒音化，低振動
化の向上は明らかである。

【００４０】

【発明の効果】上記実施の形態から明らかなように、請
求項１記載の発明は、複数相の巻線と、永久磁石回転子
とからなるブラシレスモータの通電を行うスイッチング
素子をブリッジ接続して構成したインバータ部と、前記
永久磁石回転子の回転により前記巻線に誘起される誘起
電圧から磁極の位置を検出する磁極位置検出部と、この
磁極位置検出部からの信号を基に前記インバータ部へ出
力する信号を生成する駆動信号生成部とを具備し、前記
磁極位置検出部での磁極の位置検出は、電気角にて３６
０゜以上の間隔で設定された各相それぞれの磁極位置検
出期間で行い、この各相それぞれの磁極位置検出期間は
電気角にて６０゜以下であり、磁極位置検出期間中の前
記駆動信号生成部から出力される信号は、磁極の位置検
出を行う相に接続された前記インバータ部のスイッチン
グ素子の上アーム，下アームともに無通電としたもので
あり、これによってブラシレスモータの回転数演算など
の処理回数が少なくなり、例えばエアコンなどの制御に
おいてはコンプレッサモータ，ファンモータの他に、四
方弁などのアクチェータ制御に十分な処理時間を確保で
きるという効果を奏する。

【００４１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のブ
ラシレスモータの駆動装置のブラシレスモータの各相の
通電期間が電気角にて１２０゜以上とするものであり、
これによってブラシレスモータの回転時における低騒音
化，低振動化を実現し、ブラシレスモータの防振構造を
簡略にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１及び実施の形態２のブラ
シレスモータの駆動装置のシステム図

【図２】本発明の実施の形態１における信号のタイミン
グチャート

【図３】本発明の実施の形態２における信号のタイミン
グチャート

【図４】本発明の実施の形態２の不等幅ＰＷＭ制御の駆
動信号を示す図

【図５】従来のブラシレスモータの駆動装置における信
号のタイミングチャート

【図６】従来のセンサ付きブラシレスモータの駆動装置
のシステム図

【図７】従来のセンサ付きブラシレスモータの駆動装置
における信号のタイミングチャート

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ １ａ Ｕ相巻線 １ｂ Ｖ相巻線 １ｃ Ｗ相巻線 １ｄ 永久磁石回転子 ２ 磁極位置検出部 ２ａ 位置検出信号 ３ 駆動信号生成部 ４ インバータ部 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ スイッチング素
子 ５ ＤＣ電源 ２１，３１ Ｕ相磁極位置検出期間 ２２，３２ Ｖ相磁極位置検出期間 ２３，３３ Ｗ相磁極位置検出期間 ２４，３４ Ｕ相に誘起される誘起電圧 ２５，３５ Ｖ相に誘起される誘起電圧 ２６，３６ Ｗ相に誘起される誘起電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相の巻線と、永久磁石回転子とから
   なるブラシレスモータを駆動する駆動装置であって、前
   記ブラシレスモータの通電を行うスイッチング素子をブ
   リッジ接続して構成したインバータ部と、前記永久磁石
   回転子の回転により前記巻線に誘起される誘起電圧から
   磁極の位置を検出する磁極位置検出部と、この磁極位置
   検出部からの信号を基に前記インバータ部へ出力する信
   号を生成する駆動信号生成部とを具備し、前記磁極位置
   検出部での磁極の位置検出は、電気角にて３６０゜以上
   の間隔で設定された各相それぞれの磁極位置検出期間で
   行い、この各相それぞれの磁極位置検出期間は電気角に
   て６０゜以下であり、磁極位置検出期間中の前記駆動信
   号生成部から出力される信号は、磁極の位置検出を行う
   相に接続された前記インバータ部のスイッチング素子の
   上アーム，下アームともに無通電としたことを特徴とす
   るブラシレスモータの駆動装置。
2. 【請求項２】 ブラシレスモータの各相の通電期間が、
   電気角にて１２０゜以上であることを特徴とする請求項
   １記載のブラシレスモータの駆動装置。