JPH11275886A - ブラシレスモータの制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの低振動化、低騒音化を図
る。 【解決手段】 制御回路１０はブラシレスモータ４の起
動から最大回転数まの各回転数毎に予め経験的に求めた
通電切替時間のデータを記憶している記憶部１０ｅを有
している。ブラシレスモータ４の位置検出毎に、位置検
出間隔算出部１０ｂで位置検出間隔を算出し、この位置
検出間隔により周期算出部１０ｃで１周期を算出し、こ
の算出周期により回転数算出部１０ｄで現回転数を算出
し、この算出回転数に対応するデータを記憶部１０ｅを
参照して通電切替時間決定部１０ｆで決定し、このデー
タを通電切替制御部１０ｇ内にセットする。通電切替制
御部１０ｇによって位置検出からデータの時間経過時を
ブラシレスモータ４の通電切り替えタイミングとする。

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（コ
ンプレッサ）等のモータに用いる直流ブラシレスモータ
（以下、ブラシレスモータと記す）の制御技術に係り、
特に詳しくは、ブラシレスモータのインバータ制御時に
おいて低騒音、低振動の通電切り替えを可能とするブラ
シレスモータの制御方法およびその装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータの制御方法において
は、例えば三相四極のブラシレスモータの非通電相に発
生する誘起電圧波形と基準値とを比較し、この比較結果
のゼロクロス点（いわゆる回転子の位置検出点）をもと
にして電機子巻線の通電パターンを切り替える。このと
き、位置検出点から若干の遅れをもって次相の通電を切
り替えると、効率よく回転を持続させることができる。
この若干の遅れ位相としては電気角３０度程度の一定値
をとる。したがって、後述するマイクロコンピュータに
よる回転制御では、過去の位置検出間隔あるいは過去の
複数の位置検出間隔の平均をもとにして電気角３０度以
下の値に相当する時間を算出し、位置検出点の時刻から
その算出時間経過をもって通電を切り替える。

【０００３】そのため、例えば図４に示す制御装置が必
要である。この制御装置は、交流電源（ＡＣ電圧の電
源））１をＡＣ／ＤＣ変換部２で所定の直流電源に変換
し、この直流電源をインバータ部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（ＤＣＭ）４の電
機子巻線に供給する。

【０００４】位置検出回路５は、ブラシレスモータ４の
電機子巻線の端子電圧に含まれている誘起電圧波形（非
通電相に発生する誘起電圧波形）と基準値とを比較して
同誘起電圧波形の１／２点を検出し、この１／２点を含
む位置検出信号を制御回路（マイクロコンピュータから
なる回路）６に出力する。

【０００５】制御回路６は、入力位置検出信号のエッジ
（立ち上がり、立ち下がりエッジ）により誘起電圧の１
／２点（回転子の位置検出点）を検出し、今回の位置検
出時刻と前回の位置検出時刻とにより位置検出間隔を算
出する。例えば、過去の位置検出間隔により電気角３０
度以下の値に相当する時間を算出し、この算出時間を今
回の位置検出時刻に加算して次の通電切り替え時刻を推
定する。そして、この推定時刻になると、通電を切り替
えるために所定駆動信号を駆動回路７を介してインバー
タ部３に出力する。

【０００６】また、位置検出から通電切り替えまでの時
間を高効率を目的として決定し、この時間経過をもって
通電を切り替える。これにより、インバータ部３のスイ
ッチング素子が切り替えられ、つまり電機子巻線の通電
が適切に切り替えられるため、効率のよい回転制御が可
能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ブラシレ
スモータの制御方法においては、効率面を重視した通電
切り替えタイミングを得ており、騒音や振動等に関して
は何等考慮がなされていない。特に、通電切り替えによ
るトルクリップルにより、回転子の振動、騒音が発生
し、またモータと機械系との共振等によって振動、騒音
が発生するが、これらの振動や騒音を抑える制御が行わ
れていない。

【０００８】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はブラシレスモータの低振動化、低騒音
化を図ることができるようにしたブラシレスモータの制
御方法およびその装置を提供することにある。

【０００９】

【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
機子巻線の通電を切り替える一方、前記ブラシレスモー
タを回転制御するブラシレスモータの制御方法であっ
て、前記ブラシレスモータの回転数毎に予め経験的に求
めた通電切替時間のデータを記憶し、前記位置検出毎に
同位置検出の時刻をもとにして位置検出間隔を算出し、
該位置検出間隔により前記ブラシレスモータの回転数を
算出する一方、該算出回転数に対応しているデータを
得、前記位置検出から前記得たデータの経過時を前記ブ
ラシレスモータの通電タイミングとしたことを特徴とし
ている。

【００１０】この発明は、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の通電を切り替える一方、前記ブラ
シレスモータを回転制御するブラシレスモータの制御装
置であって、前記ブラシレスモータの回転数毎に予め経
験的に求めた通電切替時間のデータを記憶している記憶
手段と、前記ブラシレスモータの回転数を算出する回転
数算出手段と、該算出回転数に対応するデータを前記記
憶手段から決定する通電切替時間決定手段とを備え、前
記位置検出から前記得たデータの経過時を前記ブラシレ
スモータの通電タイミングとしたことを特徴としてい
る。

【００１１】この場合、前記記憶手段は通電切り替えに
よるトルクリップルを抑えるようなデータを記憶してい
るとよい。

【００１２】前記記憶手段は、モータと機械系との共振
による振動や騒音を抑えるようなデータを記憶している
とよい。

【００１３】前記記憶手段は、負荷のトルクリップルに
よる振動や騒音を抑えるようなデータを記憶していると
よい。

【００１４】前記記憶手段は、通電切り替えによるトル
クリップルによる振動や騒音を抑えるようなデータを記
憶しているとよい。

【００１５】前記回転数算出手段は、前記位置検出の間
隔を複数個記憶するとともに、前記位置検出毎に過去複
数個の位置検出間隔の和（周期）を記憶する一方、該複
数の周期の平均値の逆数により前記ブラシレスモータの
回転数を算出するとよい。

【００１６】前記記憶手段は、前記ブラシレスモータの
最小回転数から最大回転数までの整数の回転数毎に通電
切替時間のデータを記憶しているとよい。

【００１７】

【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を参照して詳細に説明する。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。

【００１８】この発明のブラシレスモータの制御方法お
よびその装置は、位置検出から通電切り替えまでの時間
を予め経験的に求め（つまり実際に低騒音や低振動とな
る時間を求め）、この値を用いれば、低騒音化、低振動
化を実現することができ、つまり種々要因による騒音や
振動化の低減が図れることに着目したものである。

【００１９】これには、位置検出から通電切り替えまで
の時間（通電切替時間）を変えて見た結果、例えば低回
転数時（３０Ｈｚまで）および比較的高回転数時（８０
Ｈｚ〜１００Ｈｚ）において、その通電切替時間が長い
ほど（理想的とされる電気角３０度に近いほど）騒音が
高くなることから、それら３０Ｈｚまでおよび８０Ｈｚ
〜１００Ｈｚにおける通電切替時間を従来より短く、こ
れを下記表１に示す通電切替時間までの時間に相当する
データとしてとしてＲＯＭ化しておく。

【００２０】

【表１】

【００２１】なお、ＲＯＭ化するデータとしては、通電
切り替えによるトルクリップルを抑えるような通電切替
時間を経験的に求める。そのデータとしては、モータと
機械系との共振による振動や騒音を抑えるような通電切
替時間を経験的に求める。そのデータとしては、負荷の
トルクリップルによる振動や騒音を抑えるような通電切
替時間を経験的に求める。そのデータとしては、モータ
自身の振動や騒音を抑えるような通電切替時間を経験的
に求める。そのデータとしては、通電切り替えによるト
ルクリップルにより振動や騒音を抑えるような通電切替
時間を経験的に求める。

【００２２】換言すれば、ブラシレスモータ４の使用状
態に応じ、かつ回転数に応じて振動や騒音を抑えるよう
な通電切替時間を経験的に求め、これらをデータとして
ＲＯＭに記憶しておく。したがって、前述した五種類の
うち少なくとも一種類のデータをＲＯＭ化する。

【００２３】そのため、図１に示すように、この発明の
ブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置は、
位置検出回路５からの位置検出信号により回転子の位置
検出点を推定する位置検出推定部１０ａと、この推定位
置検出点の時刻により位置検出間隔を算出する位置検出
間隔算出部１０ｂと、これら位置検出間隔をもとにして
周期を算出する周期算出部１０ｃと、この周期により回
転数を算出する回転数算出部１０ｄと、各回転数毎に予
め求めた通電切替時間（カウント値）を記憶している記
憶部（ＲＯＭ）１０ｅと、その算出回転数に対応するカ
ウント値を記憶部（ＲＯＭ）１０ｅから読み出して決定
する通電切替時間決定部１０ｆと、今回の位置検出から
その決定カウント値の経過時に通電切り替えタイミング
を生成する通電切替制御部１０ｇとを有する制御回路
（マイクロコンピュータ）１０を備えている。

【００２４】なお、制御回路１０は、図４に示す制御回
路６の機能も有し、例えばＰＷＭ制御方式であれば、前
記通電切り替えタイミングおよびＰＷＭ波形による駆動
信号を発生して駆動回路７に出力する。すなわち、従来
同様に、ブラシレスモータ４の回転数を指令値に制御す
るためである。

【００２５】次に、前記構成の制御装置の動作を図２の
フローチャート図および図３のタイムチャート図を参照
して詳しく説明すると、制御回路１０は、ブラシレスモ
ータ４を起動し、しかる後目標回転数（指令回転数）に
制御する。このとき、位置検出回路５からの位置検出信
号により回転子の位置点を推定するとともに、この位置
検出点から所定時間後にブラシレスモータ４の通電を切
り替えるが、この通電切り替えは図２に示すルーチンに
したがって実行する。なお、位置検出の方法としては、
ブラシレスモータ４内にホール素子を配置し、このホー
ル素子による検出信号を用いるようにしてもよい。

【００２６】まず、制御回路１０は、位置検出信号のエ
ッジ（立ち上がりエッジや立ち下がりエッジ）により位
置検出推定部１０ａで位置検出点を推定し、この位置検
出点の時刻を記憶する（ステップＳＴ１）。なお、少な
くとも今回の位置検出時刻は次回の位置検出後まで記憶
する。

【００２７】続いて、今回の位置検出時刻と、前回検出
の位置検出時刻とにより、位置検出間隔を位置検出間隔
算出部１０ｂで算出し（ステップＳＴ２）、この位置検
出間隔を記憶する。なお、位置検出間隔は少なくとも１
周期分（６区間分；図３参照）記憶する。

【００２８】前記１周期の位置検出間隔を周期算出部１
０ｃで加算し、つまりそれらの和により周期を算出し
（ステップＳＴ３）、この算出周期により回転数算出部
１０ｄで実際の機械的な回転数（あるいは周波数）を算
出する（ステップＳＴ４）。この場合、ブラシレスモー
タ４が三相四極モータであれば、電気角でいえばその周
波数を２倍した値となる。なお、１周期分だけなく、複
数周期分を記憶するとともに、これら平均値により１周
期を算出し、この１周期から回転数を算出するようにし
てもよい。

【００２９】続いて、前記回転数により通電切替時間決
定部１０ｆで記憶部１０ｅに記憶している表１のテーブ
ルを参照し、その回転数に対応するデータ（カウント
値；通電切替時間）を決定する（ステップＳＴ５）。こ
の通電切替時間を通電切替制御部１０ｇにセットする
（ステップＳＴ６）。前記ステップＳＴ１ないしＳＴ６
までは、位置検出割り込みルーチンである。したがっ
て、ステップ数が少なく、ひいては処理時間が短く、位
置検出から通電切り替えまでには完全に終了する。

【００３０】続いて、通電切替制御部１０ｇによって位
置検出点からカウンタをスタートししており、このカウ
ント値がセットされたカウント値と一致した時点をブラ
シレスモータ４の通電切替タイミングとする。

【００３１】なお、カウンタは、マイクコンピュータの
クロックをカウントする。この場合、通電切替制御部１
０ｇにあっては、そのカウント値が一致したときにカウ
ンタをクリアしてもよく、また位置検出を行ったときに
カウンタを再スタートする形にしてもよい。また、記憶
部１０ｅのデータとして、カウント値でなく、通電切替
時間を用いている場合には、タイマを利用すればよい。
前述した処理により、ブラシレスモータ４の電機子巻線
の通電を切り替えると、ステップＳＴ１に戻り、前記ス
テップを繰り返す。

【００３２】ところで、既に説明にしたように、記憶部
１０ｅには予め経験的に求めた各回転数毎に最適な通電
切替時間が記憶されている。例えば、通電切り替えによ
るトルクリップルを抑えるようなデータが経験的に求め
られ、この求めたデータが記憶部１０ｅに記憶されてい
る。この場合、図２に示すルーチンを実行することによ
り、通電切り替えによるトルクリップを要因とする振動
や騒音を低減することができる。

【００３３】他の例としては、モータと機械系との共振
による振動や騒音を抑えるようなデータが経験的に求め
られ、この求めたデータが記憶部１０ｅに記憶されてい
る。この場合、図２に示すルーチンを実行することによ
り、モータと機械系との共振による振動や騒音を低減す
ることができ、例えばモータ固有の振動等とモータ設置
の機械系との共振による振動や騒音を抑えることができ
る。

【００３４】また、他の例としては、負荷のトルクリッ
プルによる振動や騒音を抑えるようなデータが経験的に
求められ、この求めたデータが記憶部１０ｅに記憶され
ている。この場合、図２に示すルーチンを実行すること
により、負荷のトルクリップルを要因とする振動や騒音
を低減することができ、例えばコンプレッサ等の負荷変
動を有する場合に効果的となる。

【００３５】さらに、他の例としては、モータ自身の振
動や騒音を抑えるようなデータが経験的に求められ、こ
の求めたデータが記憶部１０ｅに記憶されている。この
場合、図２に示すルーチンを実行することにより、モー
タ自身によって発生する振動や騒音を低減することがで
き、例えばモータ固有の振動等と、他の条件とによる振
動や騒音を低減することができる。

【００３６】さらにまた、他の例としては、通電切り替
えによるトルクリップルにより振動や騒音を抑えるよう
なデータが経験的に求められ、この求めたデータが記憶
部１０ｅに記憶されている。この場合、図２に示すルー
チンを実行することにより、通電切り替えによるトルク
リップルが要因である振動や騒音を低減することができ
る。

【００３７】なお、前記ブラシレスモータ４を空気調和
機のコンプレッサ等に用いれば、空気調和機の低振動
化、低騒音化が図れ、つまり品質向上を図ることができ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、このブラシレスモ
ータの制御方法およびその装置の請求項１記載の発明に
よると、ブラシレスモータの回転数毎に予め経験的に求
めた通電切替時間のデータを記憶し、位置検出毎に同位
置検出の時刻をもとにして位置検出間隔を算出し、この
位置検出間隔により前記ブラシレスモータの回転数を算
出する一方、この算出回転数に対応しているデータを
得、前記位置検出から前記得たデータの経過時を前記ブ
ラシレスモータの通電タイミングとしたので、振動、騒
音等の実測値をもとにし、低振動、低騒音となるような
データを記憶しておくことにより、ブラシレスモータの
回転制御時における振動、騒音を小さくすることができ
るとともに、各回転数毎にきめ細かく振動、騒音を抑え
る制御が可能になるという効果がある。

【００３９】請求項２記載の発明によると、ブラシレス
モータの回転数毎に予め経験的に求めた通電切替時間の
データを記憶している記憶手段と、前記ブラシレスモー
タの回転数を算出する回転数算出手段と、この算出回転
数に対応するデータを前記記憶手段から決定する通電切
替時間決定手段とを備え、前記位置検出から前記得たデ
ータの経過時を前記ブラシレスモータの通電タイミング
としたので、騒音等の実測値をもとにし、低振動、低騒
音となるようなデータをＲＯＭに記憶し、またこのＲＯ
Ｍのデータを当該ブラシレスモータを制御するマイクロ
コンピュータによって利用することにより、ブラシレス
モータの回転制御時における振動、騒音を小さくするこ
とができ、また、ＲＯＭにはマイクロコンピュータの内
部メモリを用いることにより、コストアップにならずに
済むという効果がある。

【００４０】請求項３記載の発明によると、請求項２に
おける記憶手段は、通電切り替えによるトルクリップル
を抑えるようなデータを記憶しているので、請求項２の
効果に加え、トルクリップルを抑えることができるた
め、トルクリップルに起因して発生する振動や騒音を抑
えることができるという効果がある。

【００４１】請求項４記載の発明によると、請求項２に
おける記憶手段は、モータと機械系との共振による振動
や騒音を抑えるようなデータを記憶しているので、請求
項２の効果に加え、モータと機械系との共振による振動
や騒音を小さくすることができるという効果がある。

【００４２】請求項５記載の発明によると、請求項２に
おける記憶手段は、負荷のトルクリップルによる振動や
騒音を抑えるようなデータを記憶しているので、請求項
２の効果に加え、負荷のトルクリップルによる振動や騒
音を小さくすることができ、例えば空気調和機のコンプ
レッサ等にあっては冷媒圧縮、吐出サイクルによる負荷
のトルクリップルに対して効果的である。

【００４３】請求項６記載の発明によると、請求項２に
おける記憶手段は、通電切り替えによるトルクリップル
による振動や騒音を抑えるようなデータを記憶している
ので、請求項２の効果に加え、通電切り替えによるトル
クリップルによる振動や騒音を小さくすることができる
という効果がある。

【００４４】請求項７記載の発明によると、請求項２に
おける回転数算出手段は、前記位置検出の間隔を複数個
記憶するとともに、前記位置検出毎に過去複数個の位置
検出間隔の和（周期）を記憶する一方、前記位置検出毎
に前記複数の周期の平均値の逆数により前記ブラシレス
モータの回転数を算出するようにしたので、請求項２の
効果に加え、回転数誤差が小さくなり、また回転数演算
が短時間で済むことから、回転数に対して追従性もよい
という効果がある。

【００４５】請求項８記載の発明によると、請求項２に
おける記憶手段は、前記ブラシレスモータの最小回転数
から最大回転数までの整数の回転数毎に通電切替時間の
データを記憶しているので、請求項２の効果に加え、当
該ブラシレスモータの起動から最大回転数制御までの各
回転数において振動や騒音を小さくすることができると
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
略的フローチャート図。

【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。

【符号の説明】

１ 交流電源（ＡＣ電圧の電源） ２ ＡＣ／ＤＣ変換部 ３ インバータ部 ４ ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモー
タ） ５ 位置検出回路 ６，１０ 制御回路（マイクロコンピュータ） １０ａ 位置検出推定部 １０ｂ 位置検出間隔算出部 １０ｃ 周期算出部 １０ｄ 回転数算出部 １０ｅ 記憶部（ＲＯＭ） １０ｆ 通電切替時間決定部 １０ｇ 通電切替制御部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   機子巻線の通電を切り替える一方、前記ブラシレスモー
   タを回転制御するブラシレスモータの制御方法であっ
   て、前記ブラシレスモータの回転数毎に予め経験的に求
   めた通電切替時間のデータを記憶し、前記位置検出毎に
   同位置検出の時刻をもとにして位置検出間隔を算出し、
   該位置検出間隔により前記ブラシレスモータの回転数を
   算出する一方、該算出回転数に対応しているデータを
   得、前記位置検出から前記得たデータの経過時を前記ブ
   ラシレスモータの通電タイミングと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】 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
   機子巻線の通電を切り替える一方、前記ブラシレスモー
   タを回転制御するブラシレスモータの制御装置であっ
   て、前記ブラシレスモータの回転数毎に予め経験的に求
   めた通電切替時間のデータを記憶している記憶手段と、
   前記ブラシレスモータの回転数を算出する回転数算出手
   段と、該算出回転数に対応するデータを前記記憶手段か
   ら決定する通電切替時間決定手段とを備え、前記位置検
   出から前記得たデータの経過時を前記ブラシレスモータ
   の通電タイミングとしたことを特徴とするブラシレスモ
   ータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記記憶手段は、通電切り替えによるト
   ルクリップルを抑えるようなデータを記憶している請求
   項２記載のブラシレスモータの制御装置。
4. 【請求項４】 前記記憶手段は、モータと機械系との共
   振による振動や騒音を抑えるようなデータを記憶してい
   る請求項２記載のブラシレスモータの制御装置。
5. 【請求項５】 前記記憶手段は、負荷のトルクリップル
   による振動や騒音を抑えるようなデータを記憶している
   請求項２記載のブラシレスモータの制御装置。
6. 【請求項６】 前記記憶手段は、通電切り替えによるト
   ルクリップルによる振動や騒音を抑えるようなデータを
   記憶している請求項２記載のブラシレスモータの制御装
   置。
7. 【請求項７】 前記回転数算出手段は、前記位置検出の
   間隔を複数個記憶するとともに、前記位置検出毎に過去
   複数個の位置検出間隔の和（周期）を記憶する一方、該
   複数の周期の平均値の逆数により前記ブラシレスモータ
   の回転数を算出するようにした請求項２記載のブラシレ
   スモータの制御装置。
8. 【請求項８】 前記記憶手段は、前記ブラシレスモータ
   の最小回転数から最大回転数までの整数の回転数毎に通
   電切替時間のデータを記憶している請求項２記載のブラ
   シレスモータの制御装置。