WO2008038739A1 - Appareil et système de commande de moteur - Google Patents

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WO2008038739A1
WO2008038739A1 PCT/JP2007/068880 JP2007068880W WO2008038739A1 WO 2008038739 A1 WO2008038739 A1 WO 2008038739A1 JP 2007068880 W JP2007068880 W JP 2007068880W WO 2008038739 A1 WO2008038739 A1 WO 2008038739A1
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WO
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drive
motor
control device
rotor
drive control
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/068880
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English (en)
French (fr)
Inventor
Toshiaki Sato
Takayuki Hatakeyama
Tetsuya Itagaki
Shunsuke Suga
Original Assignee
Daikin Industries, Ltd.
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Filing date
Publication date
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Priority to US12/442,534 priority patent/US7719216B2/en
Priority to CN2007800357271A priority patent/CN101517884B/zh
Priority to EP07828626.7A priority patent/EP2079160A4/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive control device, in particular, a motor drive control device that controls the drive of a brushless motor including a stator having a three-phase drive coil and a rotor having a plurality of magnetic poles, and the motor drive BACKGROUND ART Related to a motor drive control system using a control device
  • a three-phase brushless DC motor has a stator made of a permanent magnet having a plurality of magnetic poles and a stator having a three-phase drive coil.
  • a current corresponding to the position of the rotor with respect to the stator is supplied to the drive coil of such a brushless DC motor by a motor drive control device for driving and controlling the motor.
  • a motor drive control device for driving and controlling the motor.
  • a magnetic field corresponding to this current is generated in the drive coil, and the rotor rotates.
  • a method for detecting the position of the rotor with respect to the stator a method using three position detection sensors arranged so as to correspond to each of the three-phase drive coils is often used.
  • the position detection sensor include a Hall element and a Hall IC.
  • the cost increases and the size of the substrate on which the position detection sensors are arranged increases.
  • Patent Document 1 two Hall ICs are usually used, and two Hall ICs are arranged so that the phase of the position detection signals detected by the two Horner ICs is shifted by ⁇ / 2 from each other.
  • An apparatus for stably driving a motor by arranging it is disclosed! /.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3483740
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • the three Hall ICs are arranged at equal intervals, that is, so that the phase of the position detection signal detected by each Hall IC is shifted by 2 / 3 ⁇ from each other.
  • the Hall IC of Patent Document 1 is different from the Hall IC in a general-purpose three-phase brushless DC motor. For this reason, Patent Document 1 cannot use a general-purpose three-phase brushless DC motor! /.
  • Patent Document 1 it is necessary to separately manufacture a control unit for controlling the rotation of the rotor using a position detection signal detected from each Hall IC, and the algorithm of this control unit becomes complicated. End up. Therefore, it is not necessarily an optimal method from the viewpoint of versatility.
  • the present invention provides a motor drive control device and motor drive control that can easily control the drive of a three-phase brushless motor without using a separate control unit having a complicated algorithm even if two Hall ICs are used.
  • the purpose is to provide a system.
  • a motor drive control device controls driving of a brushless motor including a stator having a three-phase drive coil and a rotor having a plurality of magnetic poles.
  • the motor drive control device includes two position detection units, a drive signal determination unit, and a drive signal output unit.
  • the two position detectors are provided at positions 120 degrees apart from each other in electrical angle, and output a position detection signal indicating the position of the rotor with respect to the stator.
  • the drive signal determination unit determines a drive signal for driving the three-phase drive coil based on the position detection signals output from the two position detection units.
  • the drive signal output unit generates the drive signal determined by the drive signal determination unit and outputs it to the three-phase drive coil.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the first aspect, wherein the drive signal determining unit determines the drive signal as follows. The drive signal determining unit determines the drive signal so that the energization width of each of the three-phase drive coils is approximately 120 degrees, approximately 180 degrees, and approximately 60 degrees in electrical angle.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the second aspect of the invention, wherein a drive signal having an electrical conduction width of approximately 120 degrees is generated in a drive coil to which the drive signal is input. Is almost in phase with the induced voltage.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the third aspect of the present invention, wherein the position detection signal is generated in a drive coil corresponding to the position detection unit that outputs the position detection signal. The phase is shifted by a predetermined first angle with respect to the induced voltage.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the fourth aspect of the present invention, wherein the predetermined first angle is approximately 30 degrees.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the second aspect of the present invention, wherein a drive signal having an energization width of approximately 180 degrees and a drive signal of approximately 60 degrees is an electrical angle. Is substantially in phase with each induced voltage generated in the drive coil to which is inputted.
  • the relationship shown in Fig. 9 is established between the phase of the current applied to each drive coil, the amount of current, and the torque output of the motor.
  • the motor torque output increases as the amount of current applied increases.
  • the motor drive control device performs, for example, PWM control that outputs an output voltage with a constant duty for the motor, the same relationship is established according to the energization width.
  • each drive signal of 60 ° energization and 180 ° energization has the same phase as the induced voltage generated in the corresponding drive coil.
  • the phase of the output current is in phase with the induced voltage generated in the drive coil. It becomes higher than that. Therefore, the fluctuation range of torque, that is, torque ripple is also reduced.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the sixth aspect of the present invention, wherein the position detection signal is generated in a drive coil corresponding to the position detection unit that outputs the position detection signal. Is almost in phase with the induced voltage.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to any of the first to seventh aspects, wherein each of the two position detection units is arranged in accordance with the rotational direction of the rotor. Have different hysteresis characteristics. The positions where the two position detectors are provided are adjusted based on this hysteresis characteristic.
  • the position detection unit has a so-called hysteresis characteristic in which the threshold value for detecting the position differs according to the rotation direction of the rotor.
  • the position detection unit is arranged so that the phase of the position detection signal when the rotor rotates in the positive direction is “0” with respect to the induced voltage generated in the drive coil corresponding to the position detection element.
  • the position detection signal when the rotor rotates in the reverse direction is shifted by a predetermined phase with respect to the induced voltage generated in the drive coil at this time.
  • this motor drive control device takes into account the hysteresis of the position detector, and for example, detects the position so that the phase with respect to the induced voltage is the same regardless of whether the rotor rotates in the forward or reverse direction. Place the part. This gives the same torque regardless of the direction of rotation of the brushless motor.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the eighth aspect of the present invention, wherein each of the two position detection units has an induced voltage generated in a drive coil corresponding to each position detection unit.
  • the position detection signal is phase-shifted so as to be substantially the same even if the rotor rotation direction changes.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to any of the first to ninth aspects, wherein the position detection signal has a rectangular wave shape. And a time measuring unit.
  • the time measurement unit starts measuring the first time at the timing when one of the two position detection signals detected by each of the two position detection units changes.
  • the drive signal determining unit changes the currently output drive signal when the first time is equal to or longer than the first predetermined time.
  • this motor drive control device starts measuring time from when one of the two position detection signals changes, and changes the drive signal currently output after a predetermined time has elapsed. This makes it possible to The current path flowing through each drive coil changes, and the electromagnetic force generated in the drive coil changes. Therefore, the rotor rotates, and the rotation speed is not “0” rpm. Therefore, the motor drive control device can grasp the exact position of the rotor.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the tenth aspect of the present invention, wherein the time measurement unit starts measuring the second time at a timing when the drive signal determining unit changes the drive signal. .
  • the drive signal determination unit further changes the drive signal when the second time becomes equal to or longer than the second predetermined time.
  • the drive signal can be changed without changing the position detection signal.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to any one of the first to eleventh aspects of the present invention, further comprising a rotation speed measurement unit and a position estimation unit.
  • the rotation speed measurement unit measures the rotation speed of the rotor.
  • the position estimation unit estimates the position of the rotor based on at least one of the position detection signals detected by each of the two position detection units. Then, when the rotor is rotating in the forward direction and the rotational speed is equal to or higher than the predetermined rotational speed, the drive signal determining unit energizes the drive signal based on the position of the rotor estimated by the position estimating unit. The width is changed to the predetermined second angle in electrical angle.
  • the drive signals of the two phases may be 180-degree energization and 60-degree energization, respectively, as in Invention 2.
  • the output torque of the brushless motor becomes larger than that when all three phases are energized 120 degrees, resulting in increased noise and vibration. Therefore, this motor drive control device switches all three drive signals to approximately 120 degrees energization when the brushless motor rotates in the forward direction and the rotation speed of the brushless motor exceeds a predetermined value. Thereby, a tonneau cripple is suppressed and a noise and a vibration can be suppressed.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the twelfth aspect of the present invention, wherein the predetermined second angle is approximately 120 degrees.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to the twelfth or thirteenth aspect of the present invention, further comprising a rotation direction detector.
  • the rotation direction detector detects the rotation direction of the rotor.
  • the motor drive control device further includes a rotation direction detection unit, so that the rotor is Even in a motor that rotates backward due to the influence of external wind or the like, the force S can be applied to the present invention.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to any of the inventions 1 to 14, wherein the brushless motor is a motor for a ventilation fan.
  • the present invention can achieve the effect even when the motor is used for a ventilation fan that may be driven from the reverse rotation state.
  • a motor drive control device is the motor drive control device according to any of the first through fourteenth aspects, wherein the brushless motor is an outdoor unit fan motor of an air conditioner.
  • the present invention can achieve the effect even in an outdoor unit fan motor of an air conditioner that may be driven from a reverse rotation state.
  • the motor drive control system includes a brushless motor and a motor drive control device.
  • the brushless motor includes a stator having a three-phase drive coil and a rotor having a plurality of magnetic poles.
  • the motor drive control device is the motor drive control device according to any one of Inventions 1 to 16 for driving a brushless motor.
  • the drive control of the brushless motor is performed by the configuration including the two position detection units.
  • a specific drive control circuit having a complicated algorithm is required.
  • the brushless motor can be driven and controlled using a drive control circuit or the like provided with three position detection units. Therefore, cost reduction can be realized.
  • the phase of the output current is in phase with the induced voltage generated in the drive coil.
  • the minimum value of torque output is higher than that according to Invention 3.
  • the fluctuation range of the torque, that is, the torque ripple can be reduced.
  • the same torque regardless of the rotation direction of the brushless motor can be obtained.
  • the accurate position of the rotor can be grasped. become.
  • the drive signal can be changed even if the position detection signal does not change.
  • torque ripple is suppressed, and noise and vibration can be suppressed.
  • the present invention can also be applied to a motor in which the rotor rotates backward due to the influence of external wind or the like.
  • the effect S can be exerted even with a ventilation fan motor or an outdoor unit fan motor of an air conditioner that may be driven from the reverse rotation state.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a motor drive control system and the internal configuration of a motor drive control device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of signal determination table 1 used by the drive signal determination unit when the rotational speed of the rotor is near S "0" rpm.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a signal determination table 2 used by the drive signal determination unit when the position estimation unit estimates the position of the rotor.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a signal determination table 3 used by the drive signal determination unit when the rotational speed force of the rotor S is “0” rpm or higher and lower than a predetermined rotational speed.
  • FIG. 5 is a timing chart of signals when the brushless DC motor rotates in the forward direction in the motor drive control system according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an overall flow of a control operation performed by the motor drive control device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the near-zero control operation of the motor drive control device according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of position estimation control operation of the motor drive control device according to the present embodiment. Low chart.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the current phase and the torque output of the brushless DC motor.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the hysteresis characteristics of the Hall effect IC.
  • FIG. 11 is a diagram showing an induced voltage and a position detection signal when the arrangement of the Hall ICs is adjusted based on hysteresis characteristics in other embodiment (a).
  • FIG. 12 is a timing chart of signals when a brushless DC motor rotates in the forward direction in a motor drive control system according to another embodiment (b).
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive control system 100 including a motor 51 and a motor drive control device 1 for controlling the drive of the motor.
  • a force S such as a DC motor, an AC motor, a stepping motor, a brushless DC motor, or the like is generally used, and in this embodiment, a brushless DC motor is used.
  • the brushless DC motor 51 is a fan motor used for the fan 61 in an outdoor unit of an air conditioner, for example, and includes a stator 52 and a rotor 53.
  • the stator 52 includes U-phase, V-phase, and W-phase drive coils Lu, Lv, and Lw that are star-connected.
  • U-phase, V-phase and W-phase drive coils Lu, Lv, and Lw have one end connected to U-phase, V-phase, and W-phase drive coil terminals TU, TV, and TW, respectively, and the other ends are all terminals TN It is connected to the.
  • These three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw generate induced voltages Vun, Vvn, and Vwn according to the rotational speed and the position of the rotor 53 when the rotor 53 rotates.
  • the rotor 53 includes a two-pole permanent magnet composed of an N pole and an S pole, and rotates about the rotation axis with respect to the stator 52.
  • the rotation of the rotor 53 is output to the fan 61 via an output shaft (not shown) located on the same axis as the rotation shaft.
  • the motor drive control device 1 of the present embodiment performs control according to the rotation speed of the rotor 53, and includes two Hall ICs 2u, 2v, a rotation speed measurement unit 3, a rotation direction detection unit 4, a timer 5, A position estimation unit 6, a drive signal determination unit 7, and an output circuit 8 (corresponding to a drive signal output unit) are provided.
  • the two hall ICs 2u and 2v are provided at positions 120 degrees apart from each other in electrical angle.
  • the Hall IC 2u corresponds to the drive coil Lu
  • the Hall IC 2v corresponds to the drive coil Lv.
  • the Hall IC has three forces S corresponding to each drive coil Lu, Lv, Lw, and in this embodiment, It can be said that the hall IC provided corresponding to the drive coil Lw is removed from the three hall ICs in this general-purpose three-phase brushless DC motor.
  • Each Hall IC 2u, 2v detects the position of the rotor 53 with respect to the stator 52 based on the induced voltages Vun, Vvn generated in the corresponding drive coils Lu, Lv. From the following, Signals indicating the position of the rotor 53 detected by each Hall IC 2u, 2v are referred to as position detection signals Hu, Hv.
  • the position detection signals Hu and Hv are output to the rotation speed measurement unit 3, the rotation direction detection unit 4, the timer 5, the position estimation unit 6, and the drive signal determination unit 7.
  • the position detection signals Hu and Hv according to this embodiment are rectangular waves indicating “0” or “1”.
  • a Hall element is used to detect the position of the rotor 53 with respect to the stator 52.
  • a Hall element can be used instead of the Hall IC.
  • the rotational speed measurement unit 3 measures the rotational speed of the rotor 53.
  • the measured number of rotations of the rotor 53 is taken into the position estimation unit 6 and the drive signal determination unit 7.
  • the rotation direction detection unit 4 detects the rotation direction of the rotor 53.
  • the detected rotation direction of the rotor 53 is taken into the position estimation unit 6 and the drive signal determination unit 7.
  • the timer 5 starts the rotor 53 in the brushless DC motor 51 in the forward direction immediately after the rotor 53 starts rotating or in a state where an external force such as wind is applied in the reverse rotation direction of the fan 61 and is rotating in the reverse direction. If the rotational force of the rotor 53 is close to S "0" rpm as in the case, the position detection signals Hu and Hv detected by each wheel IC2u, 2v! Start measuring the first hour. In addition, when the rotational speed of the rotor 53 is around 0 "rpm and the drive signal determination unit 7 changes the energization pattern of the drive signals SU, SV, and SW (described later), the timer 5 starts at this timing. The two-hour measurement is started, and the first and second times measured in this way are taken into the drive signal determination unit 7.
  • the position estimation unit 6 estimates the position of the rotor 53 based on at least one of the position detection signals Hu and Hv. For example, the position estimation unit 6 calculates the rotation speed of the rotor 53 based on the time when each of the two position detection signals Hu and Hv changes, and the position corresponding to the drive coil Lw based on the rotation speed of the rotor 53 Estimate the position of the rotor 53 at.
  • the signal indicating the position of the rotor 53 estimated in this way is referred to as a position estimation signal Hw ′.
  • the position estimation signal Hw ′ is output to the drive signal determination unit 7.
  • the position estimation unit 6 outputs the position estimation signal Hw ′ composed of the signals “0” or “;!” As described above, but the position of the rotor 53 (that is, the electrical angle). You may estimate itself.
  • the drive signal determination unit 7 is composed of, for example, a microcomputer including a CPU and a memory.
  • the drive signals SU, SV, and SW for driving the three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw are determined according to the rotational speed of the data 53.
  • the drive signal determination unit 7 generates gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz for turning on and off the insulated gate bipolar transistors Q1 to Q6 (described later) in the output circuit 8.
  • the signal is determined using the signal determination table (described later) in Figs.
  • the drive signals SU, SV, SW are generated by turning on and off each insulated gate bipolar transistor Q1-Q6 by the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz. Therefore, determining the gate signal 011 ⁇ 2 corresponds to determining the drive signals SU, SV, and SW. Therefore, in the following, for simplification of description, the drive signal determination unit 7 is described as determining the gate signal 011 ⁇ ⁇ 2
  • the drive signals SU, SV, and SW according to the present embodiment are voltages.
  • the signal determination table 1 in Fig. 2 stores the drive signal SU, SV, SW energization patterns and the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz as one record.
  • the signal determination table 2 in FIG. 3 stores the position detection signals Hu and Hv, the position estimation signal Hw ′, and the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz as one record.
  • the drive signal determination unit 7 monitors the first time or the second time measured by the timer 5. When this first time has passed the first predetermined time or the second time has passed the second predetermined time, the drive signal determination unit 7 outputs the current output! /, And the drive signals SU, SV, SW Switch the energization pattern to another energization pattern.
  • the drive signal determination unit 7 selects another energization pattern“ 1 ”, and in this pattern“ 1 ”
  • the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz are extracted from the signal determination table 1 in FIG.
  • the rotation direction of the rotor 53 is a positive direction, and a force is applied to the rotation direction of the fan 61 due to the normal driving operation or the influence of wind, so that the rotation speed of the rotor 53 becomes equal to or higher than a predetermined rotation speed.
  • the drive signal determination unit 7 sets the energization width of each of the currently output drive signals SU, SV, and SW to 120 degrees in electrical angle. change. More specifically, the drive signal determination unit 7 applies the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz by applying the position estimation signal Hw ′ and the position detection signals Hu, Hv to the signal determination table 2 in FIG. Repeat the decision. By this operation, the drive signals SU, SV, SW output from the output circuit 8 become signals for energizing the drive coils Lu, Lv, Lw by 120 degrees.
  • the drive signal determination unit 7 applies the position detection signals Hu and Hv to the signal determination table 3 in FIG. Signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz are determined. This operation will be described in detail in “(3) Control operation when the rotational speed S of the rotor is near“ 0 ”rpm and lower than the predetermined rotational speed”.
  • Output circuit 8 includes insulated gate bipolar transistors (hereinafter simply referred to as transistors) Q1-Q6 and diodes D1-D6.
  • Transistors Q1 and Q2, Q3 and Q4, Q5 and Q6 are connected in series between the power supply line to which the power supply voltage from the power supply unit 9 is supplied and the GND line.
  • the connection points NU, NV, ⁇ between transistors Q1 and Q2, Q3 and Q4, Q5 and Q6 are the U-phase, V-phase and W-phase drive coil terminals TU, TV, Connected to TW.
  • Diodes Dl, D3, and D5 are connected to short-circuit transistors Q1, Q3, and Q5, and diodes D2, D4, and D6 are connected to short-circuit transistors Q2, Q4, and Q6.
  • the gate signals Gu, Gx, G V , G y , G W , and G Z output from the drive signal determining unit 7 are applied to the gate terminals of the transistors Q1 to Q6.
  • the transistors Q1 to Q6 are turned on and off, and the drive signals SU, SV, and SW are output to the drive coils Lu, Lv, and Lw.
  • Figure 5 shows brushless DC motor 51 with rotor 53 in the forward direction (CCW: Counter Clockwise) 4 is a timing chart of the induced voltages Vun, Vvn, Vwn and other signals generated in the drive coils Lu, Lv, Lw when the motor is rotating in the vertical direction.
  • the rotation angle of the rotor 53 is divided every 60 degrees, for example, "330 degrees to 30 degrees", “30 degrees to 90 degrees", where one cycle is 360 degrees. Is.
  • the case where each gate signal Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz is “ON” is indicated as “H”, and the case where it is “OFF” is indicated as “L”.
  • the transistors Q4 and Q5 are turned on and the remaining transistors Q1 to Q3, Q6 are turned off, so that the drive signals SU, SV, and SW are as shown in section A in FIG. It flows from Lw to the drive coil Lv.
  • an electromagnetic force corresponding to the energized current is generated in each drive coil Lu, Lv, Lw, and the rotor 53 rotates in the positive direction.
  • the Hall ICs 2u and 2v output position detection signals Hu and Hv whose values are “0” and “1”, respectively.
  • the drive signal determination unit 7 applies the position detection signals Hu and Hv to the signal determination table 3 in FIG. 4 and sequentially turns the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz to “ON”, “OFF”, and “OFF”. Determine “ON", “OFF", or “OFF” and output to the gate terminals of each transistor Q1 to Q6 of output circuit 8.
  • the transistors Q1 and Q4 are turned on, and the remaining transistors Q2 to Q3 and Q5 to Q6 are turned off, so that the drive signals SU, SV, and SW are as shown in section B of FIG. Flows from Lu to drive coil Lv.
  • the current path flowing through each of the three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw changes as the rotor rotation angle changes from section A to section B, it occurs in each of the drive coils Lu, Lv, and Lw.
  • the electromagnetic force changes, and the rotor 53 further rotates in the positive direction.
  • the motor drive control device 1 similarly controls the drive of the brushless DC motor 51.
  • the drive signals SU, SV, SW and so on output to the drive coils Lu, Lv, Lw are provided.
  • Each energization width is 120 degrees, 180 degrees and 60 degrees in order.
  • the drive signal SU is in phase with the induced voltage Vun generated in the drive coil Lu to which the drive signal SU is input.
  • the phases of the drive signals SV and SW are delayed by 30 degrees with respect to the induced voltages Vvn and Vwm generated in the drive coils Lv and Lw to which these drive signals SV and SW are input, respectively.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the overall flow of the control operation performed by the motor drive control device 1.
  • the predetermined rotational speed for judging whether the rotational speed force S is near “0” rpm is defined as “first predetermined rotational speed”, and the predetermined rotational speed sufficiently higher than the first predetermined rotational speed.
  • the number is defined as “second predetermined rotational speed” (first predetermined rotational speed ⁇ second predetermined rotational speed).
  • first predetermined speed is about several tens of rpm
  • the second predetermined speed is about several hundreds of rpm.
  • Step S1 When the brushless DC motor 51 is activated, the rotational speed measurement unit 3 starts measuring the rotational speed of the rotor 53 in the brushless DC motor 51.
  • the position estimation unit 6 calculates the rotational speed of the rotor 53 based on the time when each of the two position detection signals Hu and Hv changes, and starts estimating the position of the rotor 53 based on the rotational speed of the rotor 53. To do.
  • Steps S2 to 3 When the rotational speed of the rotor 53 is lower than the first predetermined rotational speed (S2), the motor drive control device 1 determines that the rotational speed force of the rotor 53 is around 0 "rpm, and is brushless.
  • the DC motor 51 is controlled near 0 (S3), which will be described in detail in “(4 1) Near 0 control operation”.
  • Steps S4 to S6 When the rotation direction of the rotor 53 is positive (S4) and the rotation speed is higher than the second predetermined rotation speed (S5), the motor drive control device 1 estimates the position of the brushless DC motor 51. Control is performed (S6). This control operation will be described in detail in “(4-2) Position estimation control operation”.
  • Step S7 The rotational speed of the rotor 53 is higher than the first predetermined rotational speed and lower than the second predetermined rotational speed, or the rotational speed of the rotor 53 is higher than the first predetermined rotational speed and the rotational direction of the rotor 53 is reverse.
  • the motor drive control device 1 “(3) rotor rotational speed force S near“ 0 ”rpm or less.
  • the operation described in “Control Operation when Above and Less than Predetermined Rotation” is performed. That is, the drive signal determination unit 7 determines the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz based on the position detection signals Hu, Hv detected by the Hall ICs 2u, 2v.
  • the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, and Gz determined in this way are turned on and off, and the drive signals SU, SV, and SW are brushless. It is output to each drive coil Lu, Lv, Lw in the DC motor 51.
  • Step S8 The motor drive control device until the brushless DC motor 51 stops rotating.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the near-zero control operation.
  • Steps S24 to 25 When the first predetermined time has passed (S24), the drive signal determination unit 7 determines whether the following is applied based on the energization pattern of the drive signals SU, SV, and SW that are currently output. Determine the energization pattern of the drive signals SU, SV, and SW. Specifically, the drive signal determination unit 7 changes the current drive signal SU, SV, SW to the current pattern “1” when the current pattern power S is “0” and the current pattern power S is “3”. Switches this to the energization pattern “4” (S25).
  • Step S21 the rotation direction of the rotor 53 is reverse, and the energization pattern of the drive signals SU, SV, SW is “5” to “3” or “2” to “0”. If it is switched to "S26", the drive signal determination unit 7 determines that the current output pattern of the drive signals SU, SV, and SW that is currently output is S "3". When the current pattern S of the current drive signal SU, SV, SW is S "0", it is switched to the current pattern "1" (S27). Next, the drive signal determination unit 7 determines the gate signals Gu, Gx, G V , G y , G W , and G Z by applying the new energization pattern to the signal determination table 1 in FIG.
  • the output circuit 8 outputs drive signals SU, SV, and SW to the drive coils Lu, Lv, and Lw (S28). Then, the timer 5 starts measuring the second time (S29). Steps S30 to 31: When the second time has passed the second predetermined time (S30), the drive signal determination unit 7 determines that the current output drive signal SU, SV, SW energization pattern is "4" This is switched to the energization pattern “3”, and when the energization pattern of the current drive signal SU, SV, SW is “1”, it is switched to the energization pattern “0” (S31).
  • Step S32 When the energization pattern of the drive signals SU, SV, and SW is switched to other than steps S22 and S26 in step S21, the drive signal generator 7 detects the position detection signals Hu and Hv of the hall ICs 2u and 2v. the gate signals Gu by applying the signal determination table 3 of FIG. 4, to determine Gx, Gv, G y, G W, the Gz, and outputs to the output circuit 8.
  • the specific operation of the drive signal generation unit 7 at this time is the same as “(3) Control operation in the case where the rotational speed force S of the rotor is greater than or equal to“ 0 ”rpm and less than the predetermined rotational speed”.
  • Step S33 The output circuit 8 includes the drive signals SU, SV, SW based on the energization pattern of the drive signals SU, SV, SW determined in steps S25 and S31, and the gate signals Gu, Gx, Drive signals SU, SV, and SW corresponding to Gv, Gy, Gw, and Gz are output to the drive coils Lu, Lv, and Lw in the brushless DC motor 51, respectively.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the position estimation control operation.
  • Steps S41 to 42 The drive signal determination unit 7 uses the position estimation signal Hw ′ (S41) output from the position estimation unit 6 and the position detection signals Hu and Hv detected by the hall ICs 2u and 2v as shown in FIG.
  • the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz are determined by applying to the signal determination table 2 and output to the output circuit 8 (S42).
  • Step S43 The output circuit 8 outputs the drive signals SU, SV, SW corresponding to the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz output in Step S42 to the drive coils Lu, Lv of the brushless DC motor 51. , Output to Lw.
  • motor drive control device 1 repeats the operations of steps S41 to S43, each drive signal SU, SV, SW has an energization width of approximately 120 degrees, and rotor 53 rotates with 120 degrees energization.
  • This motor drive control device 1 determines the drive signals SU, SV, SW by determining the gate signals Gu, Gx, Gv, Gy, Gw, Gz from the position detection signals Hu, Hv of the two Hall ICs 2u, 2v. Decide Output to each drive coil Lu, Lv, Lw. Then, a current is applied to each drive coil Lu, Lv, Lw in the direction according to the drive signals SU, SV, SW at that time, and the brushless DC motor 51 is driven. As described above, the motor drive control device 1 performs drive control of the brushless DC motor 51 with the configuration including the two hall ICs 2u and 2v, but does not require a specific drive control circuit or the like, and has three halls. The brushless DC motor 51 can be driven and controlled using a drive control circuit or the like provided with an IC. Therefore, cost reduction can be realized.
  • the motor drive control device 1 starts measuring the time from when one of the two position detection signals Hu and Hv changes, and the drive signal SU currently output after a predetermined time has elapsed. , SV, SW are changed. As a result, the current path flowing through each of the three-phase drive coils Lu, Lv, and Lw changes, and the electromagnetic force generated in the drive coils Lu, Lv, and Lw changes. The number is no longer "0" rpm.
  • the motor drive control device 1 can grasp the accurate position of the rotor 53 and control it accurately. Therefore, the reverse brushless DC motor 51 can stably start in the positive direction without applying an excessive load, and the motor drive control device 1 can reduce the reliability of the motor and the motor and motor. It is possible to prevent the life of the data drive control device 1 itself from being shortened. In particular, such control can be more effective when the phase of the position detection signals Hu and Hv is shifted by 30 degrees with respect to the induced voltages Vun and Vvn, as shown in FIG.
  • the motor drive control device 1 detects the position of the two wheels IC2u, 2v. Based on the position estimation signal Hw ′ indicating the position of the port 53 estimated by the position estimation unit 6 in addition to the detection signals Hu and Hv, all three drive signals SU, SV, and SW are switched to 120 ° energization. .
  • the relationship shown in FIG. 9 is established among the phase of the current supplied to each drive coil Lu, Lv, and Lw, the current amount, and the torque output of the motor. The greater the amount of current that is energized, the greater the torque output of the motor.
  • the Hall ICs 2u and 2v have so-called hysteresis characteristics in which the threshold value for detecting the position of the aperture 53 differs depending on the rotation direction of the rotor 53. Therefore, depending on the arrangement of the Hall ICs 2u and 2v, for example, as shown in FIG. 10, the phase shift force with respect to the induced voltage Vun of the position detection signal Hu when the rotor 53 rotates in the forward direction.
  • the phase shift of the position detection signal Hu "during rotation may be different from the phase shift with respect to the induced voltage Vun.
  • the total phase shift in each rotation direction is the hysteresis width Hys that Hall IC2u, 2 V has.
  • the drive signals SU, SV, SW determined by the position detection signals are also affected by this. Therefore, for example, the phase of the drive signal SU with respect to the induced voltage Vun differs depending on whether the phase of the position detection signal is shifted between when the rotor 53 rotates in the forward direction and when rotated in the reverse direction. Will end up. Then, as can be seen from FIG. 9, the output torque of the brushless DC motor 51 differs depending on the rotation direction of the rotor 53.
  • the positions where the Hall ICs 2u and 2v are arranged based on the hysteresis width Hys may be finely adjusted.
  • Hall ICs 2u and 2v the phase shift of the position detection signal Hu when the rotor 53 rotates in the forward direction and the phase shift of the position detection signal Hu "when the rotor 53 rotates in the reverse direction are substantially equal to each other. (Fig. 11) This makes it possible to obtain substantially the same output torque regardless of the rotational direction of the rotor 53. The torque does not change when the rolling direction changes, and the brushless DC motor 51 can perform stable operation without excessive current or abnormal noise.
  • FIG. 1 when the motor drive control device 1 controls the drive of the brushless DC motor 51 when the rotational speed force S of the rotor 53 is near S "0" rpm or more and less than the predetermined rotational speed, FIG.
  • the drive signal SU is a force in phase with the induced voltage Vun generated in the drive coil Lu.
  • the drive signals SV and SW are 30 degrees each with respect to the induced voltages Vvn and Vwn generated in the drive coil Lu. There is a phase difference.
  • the motor is shifted by this phase difference as shown in FIG.
  • the torque output will be small.
  • there is a phase difference in two of the three phases so the motor torque output is reduced by the phase difference of the two phases. Therefore, in order to increase the torque output of the motor, for example, the arrangement of the two Hall ICs 2u and 2v should be adjusted so that the drive signals SV and SW and the induced voltages Vvn and Vwn are in phase.
  • FIG. 12 shows the induced voltages Vun, Vvn, Vwn and the case where the arrangement of the two holes I C2u, 2v is adjusted so that the drive signals SV, SW and the induced voltages Vvn, Vwn are in phase. It is a timing chart of each signal.
  • the positions of the Hall ICs 2u and 2v are adjusted based on the phase difference of 30 degrees between the drive signals SV and SW and the induced voltages Vvn and Vwn generated in the case of FIG.
  • the timing at which the position detection signals Hu and Hv change based on the induced voltages Vun and Vvn is approximately 30 degrees different from the timing at which the position detection signals Hu and Hv change in FIG. 5 according to the above embodiment. ing. More specifically, in FIG. 5, the induced voltages Vun and Vvn are shifted by 30 degrees from the zero cross point and the position detection signals Hu and Hv are changed, whereas the position detection signals Hu and Hv in FIG. The signal changes at the zero cross point of each induced voltage Vun, Vvn. In other words, the position detection signals Hu and Hv in Fig. 12 are almost in phase with the induced voltages Vun and Vvn. Then, in Fig.
  • the drive signal SU with a conduction width of 120 degrees is 30 degrees ahead of the induced voltage Vun, but the drive signals SV and SW with a conduction width of 60 degrees and 180 degrees are It is in phase with the induced voltages Vvn and Vwn.
  • the Hall ICs 2u and 2v can be defined as the drive signals SV and SW and the induced voltage Vvn and By adjusting the phase difference from Vwn by 30 degrees, among the three-phase drive signals SU, SV, and SW, signals that are out of phase with the induced voltages Vun, Vvn, and Vwn are driven signals that are 120 degrees energized. It becomes only. In particular, among the three phases, the drive signal SW with 60 ° energization that cannot output the torque the most is in phase with the induced voltage Vwn, so the minimum value of the torque output is higher than in the case of FIG. 5 in the above embodiment. . Therefore, torque ripple is also reduced.
  • each drive signal SU, SV, SW described here, the phase of the position detection signals Hu, Hv, etc., as well as the above embodiment, is simply a force described as “120 degrees”. S, these values may be slightly different due to variations in the position where Hall ICs are mounted.
  • the force described in the case where an insulated gate bipolar transistor is used as the output circuit 8 is not limited to this.
  • the output circuit may be configured to use, for example, a MOS transistor instead of the insulated gate bipolar transistor.
  • the force described in the case where the motor drive control device 1 includes the rotation direction detection unit 3 for detecting the rotation direction of the rotor 53 is not limited to this. .
  • the rotation direction detection unit may not be provided.
  • the force S described by taking as an example the case where the motor drive control device 1 drives the fan 6 motor in the outdoor unit of the air conditioner is not limited to this.
  • the motor drive control device 1 according to the present invention can also be applied when driving a ventilation fan motor.
  • the motor drive control device can be applied as a device for controlling the drive of a brushless motor or a ventilation fan motor used as a rotational drive source such as a compressor and a fan in an air conditioner.

Description

明 細 書
モータ駆動制御装置ならびにモータの駆動制御システム
技術分野
[0001] 本発明は、モータ駆動制御装置、特に、 3相の駆動コイルを有する固定子及び複 数の磁極を有する回転子を含むブラシレスモータの駆動を制御するモータ駆動制御 装置、ならびにこのモータ駆動制御装置を用いたモータの駆動制御システムに関す 背景技術
[0002] 近年、圧縮機や送風ファン等の機器を備えた空気調和機では、これらの機器の動 力源として例えば 3相のブラシレス DCモータが用いられている。
一般的に、 3相のブラシレス DCモータは、複数の磁極を有する永久磁石からなる口 ータと、 3相の駆動コイルを有するステータとを有している。このようなブラシレス DCモ ータの駆動コイルには、ステータに対するロータの位置に応じた電流がこのモータを 駆動制御するためのモータ駆動制御装置により流される。これにより、駆動コイルに はこの電流に応じた磁界が発生し、ロータが回転する。
ここで、ステータに対するロータの位置を検知する方法には、 3相の駆動コイルそれ ぞれに対応するように配置された 3つの位置検出センサを用いた方法が良く用いら れている。位置検出センサとしては、例えばホール素子やホール ICが挙げられる。し かし、このような位置検出センサが多いとコストが高くなる他、位置検出センサを配置 する基板のサイズが大きくなつてしまう。
[0003] そこで、特許文献 1では、通常 3つ用いるホール ICの数を 2つにし、この 2つのホー ノレ ICが検出する位置検出信号の位相が互いに π /2ずれるように 2つのホール ICを 配置することで、モータを安定して駆動する装置が開示されて!/、る。
特許文献 1:特許第 3483740号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、特許文献 1では、以下の問題点がある。 汎用品である 3相のブラシレス DCモータでは、 3つのホール ICは等間隔に、即ち 各ホール ICが検出する位置検出信号の位相が互いに 2/3 πずつずれるように配置 されている。ところ力 特許文献 1のホール ICは、汎用品の 3相のブラシレス DCモー タにおけるホール ICと配置が異なる。そのため、特許文献 1では、汎用品の 3相のブ ラシレス DCモータを用いることができな!/、。
更に、特許文献 1では、各ホール ICから検出される位置検出信号を用いてロータの 回転を制御するための制御部を別途製作する必要がある他、この制御部のアルゴリ ズムは複雑になってしまう。従って、汎用性の観点からすると必ずしも最適な方法とは 言い難い。
そこで、本発明は、 2つのホール ICを用いても、複雑なアルゴリズムを有する制御部 を別途必要とせずに、 3相のブラシレスモータの駆動を簡単に制御できるモータ駆動 制御装置及びモータの駆動制御システムの提供を目的とする。
課題を解決するための手段
発明 1に係るモータ駆動制御装置は、 3相の駆動コイルを有する固定子及び複数 の磁極を有する回転子を含むブラシレスモータの駆動を制御する。このモータ駆動 制御装置は、 2つの位置検出部と、駆動信号決定部と、駆動信号出力部と備える。 2 つの位置検出部は、互いに電気角で略 120度離れた位置に設けられており、固定 子に対する回転子の位置を示す位置検出信号を出力する。駆動信号決定部は、 2 つの位置検出部それぞれが出力した位置検出信号に基づいて、 3相の駆動コイルを 駆動するための駆動信号を決定する。駆動信号出力部は、駆動信号決定部により決 定された駆動信号を生成して 3相の駆動コイルに出力する。
このモータ駆動制御装置によると、駆動信号は 2つの位置検出部の検出信号により 決定され、各駆動コイルに出力される。すると、各駆動コイルにはその時々の駆動電 圧が印加されることにより電流が流れ、ブラシレスモータが駆動する。このように、この モータ駆動制御装置は、 2つの位置検出部を備えた構成によりブラシレスモータの駆 動制御を行うが、特有の駆動制御用の回路等を必要とせず、 3つの位置検出部を備 えた場合の駆動制御用の回路等を用いてブラシレスモータを駆動制御することがで きる。従って、コストの低廉化が実現できる。 [0006] 発明 2に係るモータ駆動制御装置は、発明 1に係るモータ駆動制御装置であって、 駆動信号決定部は以下のように駆動信号を決定する。この駆動信号決定部は、 3相 の駆動コイルそれぞれの通電幅が電気角で略 120度、略 180度及び略 60度となる ように、駆動信号を決定する。
[0007] 発明 3に係るモータ駆動制御装置は、発明 2に係るモータ駆動制御装置であって、 通電幅が電気角で略 120度の駆動信号は、この駆動信号の入力される駆動コイル に発生する誘起電圧とほぼ同相である。
[0008] 発明 4に係るモータ駆動制御装置は、発明 3に係るモータ駆動制御装置であって、 位置検出信号は、この位置検出信号を出力する位置検出部に対応している駆動コィ ルに発生する誘起電圧に対して位相が所定の第 1角度ずれている。
[0009] 発明 5に係るモータ駆動制御装置は、発明 4に係るモータ駆動制御装置であって、 所定の第 1角度は略 30度である。
[0010] 発明 6に係るモータ駆動制御装置は、発明 2に係るモータ駆動制御装置であって、 通電幅が電気角で略 180度の駆動信号及び略 60度の駆動信号は、これらの駆動 信号がそれぞれ入力される駆動コイルに発生する各誘起電圧とほぼ同相である。 一般的に、各駆動コイルに通電される電流の位相、電流量及びモータのトルク出力 には、図 9に示すような関係が成り立つている。特に通電される電流量が大きい程モ ータのトルク出力は大きくなる。また、モータ駆動制御装置がモータについて例えば デューティが一定の出力電圧を出力するような PWM制御を行っている場合、通電幅 に応じて同様の関係が成り立つ。そこで、このモータ駆動制御装置は、例えば位置 検出部の配置を調節するなどして、 60度通電及び 180度通電の各駆動信号が、対 応する駆動コイルに発生する誘起電圧と同位相となるようにする。これにより、 3相のう ち、最もトルクを出力できない 60度通電では、出力される電流の位相はその駆動コィ ルに発生する誘起電圧と同相であるため、トルク出力の最小値が発明 3に係る場合 に比して高くなる。従って、トルクの変動幅、即ちトルクリップルも小さくなる。
[0011] 発明 7に係るモータ駆動制御装置は、発明 6に係るモータ駆動制御装置であって、 位置検出信号は、この位置検出信号を出力する位置検出部に対応している駆動コィ ルに発生する誘起電圧とほぼ同相である。 [0012] 発明 8に係るモータ駆動制御装置は、発明 1〜7のいずれかに係るモータ駆動制御 装置であって、 2つの位置検出部それぞれは、回転子の回転方向に応じて回転子の 位置を検出するための閾値が異なるヒステリシス特性を有している。そして、 2つの位 置検出部は、このヒステリシス特性に基づいて、設けられる位置が調整されている。 位置検出部は、回転子の回転方向に応じて位置を検出する閾値が異なる、いわゆ るヒステリシスの特性を有している。例えば、回転子が正方向に回転した際の位置検 出信号の位相が、その位置検出素子に対応する駆動コイルに発生する誘起電圧に 対して" 0"となるように位置検出部が配置されていても、回転子が逆方向に回転した 場合の位置検出信号はこの時に駆動コイルに発生する誘起電圧に対して所定の位 相ずれてしまう。そこで、このモータ駆動制御装置では、位置検出部のヒステリシスを 考慮し、例えば回転子が正または逆のどちらの方向に回転した場合であっても誘起 電圧に対する位相が同じになるように、位置検出部を配置させる。これにより、ブラシ レスモータの回転方向に関係なぐ同じトルクが得られる。
[0013] 発明 9に係るモータ駆動制御装置は、発明 8に係るモータ駆動制御装置であって、 2つの位置検出部それぞれは、各位置検出部に対応している駆動コイルに発生する 各誘起電圧に対する位置検出信号の位相のずれが、回転子の回転方向が変化して もほぼ同じになるように配置されている。
これにより、回転子の回転方向に関係なぐほぼ同じトルクをより得ること力 Sできる。
[0014] 発明 10に係るモータ駆動制御装置は、発明 1〜9のいずれかに係るモータ駆動制 御装置であって、位置検出信号は矩形波の形状を有しており、モータ駆動制御装置 は、時間計測部を更に備えている。時間計測部は、 2つの位置検出部それぞれが検 出する 2つの位置検出信号のうちいずれ力、 1つが変化するタイミングで第 1時間の計 測を開始する。そして、駆動信号決定部は、第 1時間が第 1所定時間以上となった場 合、現在出力されている駆動信号を変更する。
一般的に、逆回転から正回転に変化した瞬間のように回転数力 S"0"rpmに近い場 合、回転子の位置を正確に把握することは困難である。そこで、このモータ駆動制御 装置は、 2つの位置検出信号のうちいずれ力、 1つが変化する時から時間の計測を開 始し、所定時間経過後に現在出力されている駆動信号を変更する。これにより、 3相 の各駆動コイルに流れる電流経路が変化して駆動コイルに発生する電磁力が変化 する。そのため、回転子は回転し、その回転数は" 0"rpmではなくなる。従って、モー タ駆動制御装置は、回転子の正確な位置を把握できるようになる。
[0015] 発明 11に係るモータ駆動制御装置は、発明 10に係るモータ駆動制御装置であつ て、時間計測部は、駆動信号決定部が駆動信号を変更したタイミングで第 2時間の 計測を開始する。そして、駆動信号決定部は、第 2時間が第 2所定時間以上となった 場合、駆動信号を更に変更する。
これにより、位置検出信号が変化せずとも、駆動信号を変更することができる。
[0016] 発明 12に係るモータ駆動制御装置は、発明 1〜; 11のいずれかに係るモータ駆動 制御装置であって、回転数計測部と位置推定部とを更に備える。回転数計測部は、 回転子の回転数を計測する。位置推定部は、 2つの位置検出部それぞれにより検出 される位置検出信号の少なくとも 1つに基づいて、回転子の位置を推定する。そして 、駆動信号決定部は、回転子が正方向に回転しており、かつ回転数が所定回転数 以上である場合、位置推定部により推定された回転子の位置に基づいて、駆動信号 の通電幅を電気角で所定の第 2角度に変更する。
本発明では、位置検出部が 2つであるため、例えば発明 2のように 2つの相の駆動 信号はそれぞれ 180度通電及び 60度通電となる場合がある。すると、ブラシレスモ ータの出力トルクは 3相全てが 120度通電を行う場合に比してトルクリップルが大きく なり、騒音や振動が大きくなつてしまう。そこで、このモータ駆動制御装置は、ブラシレ スモータが正方向に回転しており、かつブラシレスモータの回転数が所定回転以上 となった場合に、 3つの駆動信号全てを略 120度通電に切り替える。これにより、トノレ クリップルは抑制され、騒音や振動を抑制することができる。
[0017] 発明 13に係るモータ駆動制御装置は、発明 12に係るモータ駆動制御装置であつ て、所定の第 2角度は略 120度である。
[0018] 発明 14に係るモータ駆動制御装置は、発明 12または発明 13に係るモータ駆動制 御装置であって、回転方向検知部を更に備える。回転方向検知部は、回転子の回 転方向を検知する。
このように、モータ駆動制御装置は回転方向検知部を更に備えることで、回転子が 外部からの風等の影響により逆回転してしまうモータにおいても、本発明を適用する こと力 Sでさる。
[0019] 発明 15に係るモータ駆動制御装置は、発明 1〜; 14のいずれかに係るモータ駆動 制御装置であって、ブラシレスモータは換気扇用モータである、
このように、本発明は、逆回転状態から駆動させる場合のある換気扇用モータにお Vヽてもその効果を奏することができる。
[0020] 発明 16に係るモータ駆動制御装置は、発明 1〜; 14のいずれかに係るモータ駆動 制御装置であって、ブラシレスモータは、空気調和機の室外機ファンモータである。 このように、本発明は、逆回転状態から駆動させる場合のある空気調和機の室外機 ファンモータにおいてもその効果を奏することができる。
また、発明 17に係るモータの駆動制御システムは、ブラシレスモータと、モータ駆動 制御装置とを備える。ブラシレスモータは、 3相の駆動コイルを有する固定子と、複数 の磁極を有する回転子とを含む。モータ駆動制御装置は、ブラシレスモータを駆動さ せるための発明 1〜; 16のいずれかに記載のモータ駆動制御装置である。
これにより、発明 1〜; 16と同様の効果を奏することができる。
発明の効果
[0021] 発明 1〜5に係るモータ駆動制御装置では、 2つの位置検出部を備えた構成により ブラシレスモータの駆動制御を行うが、複雑なアルゴリズムを有する特有の駆動制御 用の回路等を必要とせず、 3つの位置検出部を備えた場合の駆動制御用の回路等 を用いてブラシレスモータを駆動制御することができる。従って、コストの低廉化が実 現できる。
発明 6及び 7に係るモータ駆動制御装置によると、 3相のうち、最もトルクを出力でき ない 60度通電では、出力される電流の位相はその駆動コイルに発生する誘起電圧 と同相であるため、トルク出力の最小値が発明 3に係る場合に比して高くなる。トルク の変動幅、即ちトルクリップルを小さくすることができる。
発明 8及び 9に係るモータ駆動制御装置によると、ブラシレスモータの回転方向に 関係なぐ同じトルクが得られる。
[0022] 発明 10に係るモータ駆動制御装置によると、回転子の正確な位置を把握できるよう になる。
発明 11に係るモータ駆動制御装置によると、位置検出信号が変化せずとも、駆動 信号を変更することができる。
発明 12及び 13に係るモータ駆動制御装置によると、トルクリップルは抑制され、騒 音や振動を抑制することができる。
発明 14に係るモータ駆動制御装置によると、回転子が外部からの風等の影響によ り逆回転してしまうモータにおいても、本発明を適用することができる。
発明 15及び 16に係るモータ駆動制御装置によると、逆回転状態から駆動させる場 合のある換気扇モータや空気調和機の室外機ファンモータにおいても、その効果を 奏すること力 Sでさる。
[0023] 発明 17に係るモータの駆動制御システムによると、発明 1〜; 16と同様の効果を奏 すること力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本実施形態に係るモータの駆動制御システムの全体の構成とモータ駆動制御 装置の内部構成を示したブロック図。
[図 2]ロータの回転数力 S"0"rpm付近である場合に、駆動信号決定部が用いる信号決 定テーブル 1の概念図。
[図 3]位置推定部がロータの位置を推定した場合に、駆動信号決定部が用いる信号 決定テーブル 2の概念図。
[図 4]ロータの回転数力 S"0"rpm以上所定回転数未満の時に駆動信号決定部が用い る信号決定テーブル 3の概念図。
[図 5]本実施形態に係るモータの駆動制御システムにおいて、ブラシレス DCモータ が正方向に回転した場合の各信号のタイミングチャート。
[図 6]本実施形態に係るモータ駆動制御装置が行う制御動作の全体的な流れを示す フローチャート。
[図 7]本実施形態に係るモータ駆動制御装置の 0付近制御動作の流れを示すフロー チャート。
[図 8]本実施形態に係るモータ駆動制御装置の位置推定制御動作の流れを示すフ ローチャート。
[図 9]電流の位相とブラシレス DCモータのトルク出力との関係を示した図。
[図 10]ホール ICのヒステリシス特性を説明するための図。
[図 11]その他の実施形態(a)において、ヒステリシス特性に基づいてホール ICの配置 が調整された場合の誘起電圧及び位置検出信号を示した図。
[図 12]その他の実施形態(b)に係るモータの駆動制御システムにおいて、ブラシレス DCモータが正方向に回転した場合の各信号のタイミングチャート。
符号の説明
[0025] 1 モータ駆動制御装置
2 ホール IC
3 回転数計測部
4 回転方向検知部
5 タイマ
6 位置推定部
7 駆動信号決定部
8 出力回路
9 電源部
51 プ'ラシレス DCモータ
52 ステータ
53 ロータ
61 ファン
LU,LV,LW 駆動コイル
SU,SV,SW 駆動信号
Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gz ゲート信号
Hu, Hv位置検出信号
Hw'位置推定信号
発明を実施するための最良の形態
[0026] <実施形態〉 (1)全体及びモータの構成
図 1は、モータ 51と、このモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御装置 1と を含むモータの駆動制御システム 100の全体構成図である。ここで、モータの種類と しては、一般的には直流モータや交流モータ、ステッピングモータ、ブラシレス DCモ ータ等が挙げられる力 S、本実施形態では、ブラシレス DCモータを用いる。
ブラシレス DCモータ 51は、例えば空気調和機の室外機におけるファン 61に用い られるファンモータであって、ステータ 52及びロータ 53を備えている。
ステータ 52はスター結線された U相、 V相及び W相の駆動コイル Lu,Lv,Lwを含む。
U相、 V相及び W相の駆動コイル Lu,Lv,Lwの一方端はそれぞれ U相、 V相及び W相の 駆動コイル端子 TU, TV, TWに接続され、それらの他方端は全て端子 TNに接続され ている。これら 3相の駆動コイル Lu,Lv,Lwは、ロータ 53が回転することにより、その回 転速度とロータ 53の位置に応じた誘起電圧 Vun,Vvn,Vwnを発生させる。
ロータ 53は、 N極及び S極からなる 2極の永久磁石を含み、ステータ 52に対し回転 軸を中心として回転する。ロータ 53の回転は、この回転軸と同一軸心上にある出力 軸(図示せず)を介してファン 61に出力される。
(2)モータ駆動制御装置の構成
次いで、本実施形態に係るモータ駆動制御装置 1の構成について説明する。本実 施形態のモータ駆動制御装置 1は、ロータ 53の回転数に応じた制御を行うものであ つて、 2つのホール IC2u, 2v、回転数計測部 3、回転方向検知部 4、タイマ 5、位置 推定部 6、駆動信号決定部 7及び出力回路 8 (駆動信号出力部に相当)を備える。
2つのホール IC2u, 2vは、互いに電気角で 120度離れた位置に設けられている。 具体的には、ホール IC2uは駆動コイル Luに、ホール IC2vは駆動コイル Lvにそれぞ れ対応するように設けられている。一般的に、汎用品である 3相のブラシレス DCモー タでは、ホール ICは各駆動コイル Lu,Lv,Lwに対応して 3つ設けられている力 S、これに 対して本実施形態では、この汎用品の 3相のブラシレス DCモータにおける 3つのホ ール ICから駆動コイル Lwに対応して設けられているホール ICを取り除いた構成であ ると言える。各ホール IC2u, 2vは、ステータ 52に対するロータ 53の位置を、対応す る各駆動コイル Lu,Lvに発生した誘起電圧 Vun,Vvnに基づいて検出する。以下より、 各ホール IC2u, 2vが検出したロータ 53の位置を示す信号を、位置検出信号 Hu,Hv という。この位置検出信号 Hu,Hvは、回転数計測部 3、回転方向検知部 4、タイマ 5、 位置推定部 6及び駆動信号決定部 7に出力される。尚、本実施形態に係る位置検出 信号 Hu,Hvは、 "0"または "1"を示す矩形波である。尚、本実施形態では、ステータ 5 2に対するロータ 53の位置を検出するものとしてホール ICを採用している力 ホール I Cの代わりにホール素子を用いてもょレ、。
[0028] 回転数計測部 3は、ロータ 53の回転数を計測する。尚、計測されたロータ 53の回 転数は、位置推定部 6及び駆動信号決定部 7に取り込まれる。
回転方向検知部 4は、ロータ 53の回転方向を検知する。尚、検知されたロータ 53 の回転方向は、位置推定部 6及び駆動信号決定部 7に取り込まれる。
タイマ 5は、例えばロータ 53が回転を開始した直後や、風等の外力がファン 61の逆 回転方向に加わり逆回転している状態のブラシレス DCモータ 51内のロータ 53を正 方向に起動させた場合のようにロータ 53の回転数力 S"0"rpm付近である場合、各ホ ール IC2u, 2vが検出する位置検出信号 Hu,Hvのうち!/、ずれか 1つが変化するタイミ ングで、第 1時間の計測を開始する。また、タイマ 5は、ロータ 53の回転数力 0"rpm 付近であって、駆動信号決定部 7が駆動信号 SU,SV,SW (後述)の通電パターンを変 更した場合は、このタイミングで第 2時間の計測を開始する。このようにして計測され た第 1及び第 2時間は、駆動信号決定部 7に取り込まれる。
[0029] 位置推定部 6は、各位置検出信号 Hu,Hvの少なくとも 1つに基づいて、ロータ 53の 位置を推定する。例えば、位置推定部 6は、 2つの位置検出信号 Hu,Hvそれぞれが 変化する時間を基にロータ 53の回転速度を算出し、このロータ 53の回転速度に基 づいて駆動コイル Lwに対応する箇所でのロータ 53の位置を推定する。以下より、こ のように推定されたロータ 53の位置を示す信号を、位置推定信号 Hw'と言う。位置推 定信号 Hw'は、駆動信号決定部 7に出力される。ここでは、位置推定信号 Hw'は、位 置検出信号 Hu,Hvと同様に" 0"または";! "を示す信号であるとする。尚、本実施形態 に係る位置推定部 6は、このように" 0"または";! "の信号からなる位置推定信号 Hw'を 出力するとしているが、ロータ 53の位置(即ち、電気角)そのものを推定してもよい。 駆動信号決定部 7は、例えば CPUとメモリとを含むマイクロコンピュータからなり、口 ータ 53の回転数に応じて 3相の駆動コイル Lu,Lv,Lwを駆動するための駆動信号 SU, SV,SWを決定する。より具体的には、駆動信号決定部 7は、出力回路 8における絶縁 ゲート型バイポーラトランジスタ Q1〜Q6 (後述)をオン及びオフさせるためのゲート信 号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを図 2〜4の信号決定テーブル(後述)を用いて決定し、出力 回路 8に出力する。ここで、駆動信号 SU,SV,SWは、ゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gz により各絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ Q1〜Q6がオン及びオフすることで生成 される。そのため、ゲート信号011 \¥ 2を決定するとぃぅことは、即ち駆動 信号 SU,SV,SWを決定することに相当する。従って、以下では、説明を簡単にするた め、駆動信号決定部7はゲート信号011 \¥ 2を決定するとして記載する
。尚、本実施形態に係る駆動信号 SU,SV,SWは電圧である。
[0030] メモリには、じ?11がゲート信号〇11 \¥ 2を決定するための制御プログラ ムゃ、図 2〜4の信号決定テーブル 1〜3が記憶されている。図 2の信号決定テープ ル 1は、駆動信号 SU,SV,SWの通電パターン及びゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを 1 レコードとして記憶している。図 3の信号決定テーブル 2は、位置検出信号 Hu,Hv、位 置推定信号Hw'及びゲート信号Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを、 1レコードとして記憶してい る。図 4の信号決定テーブル 3は、位置検出信号 Hu,Hv、ゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,G w,Gz及び駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンを、 1レコードとして記憶している。 ここで、駆動信号決定部 7がゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを決定する方法を、口 ータ 53の回転数に応じて 3つの場合に分けて簡単に説明する。
ロータ 53の回転数力 S"0"rpm付近である場合、駆動信号決定部 7は、タイマ 5が計 測している第 1時間または第 2時間を監視する。そして、この第 1時間が第 1所定時間 を経過または第 2時間が第 2所定時間を経過すると、駆動信号決定部 7は、現在出 力されて!/、る駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンを、他の通電パターンに切り替える 。例えば、駆動信号決定部 7は、現在出力されている駆動信号 SU,SV,SWの通電パタ ーン力 0"である場合、他の通電パターン "1"を選択し、このパターン" 1 "におけるゲ ート信号Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを図2の信号決定テーブルlから抽出する。
[0031] ロータ 53の回転方向が正方向であって、かつ通常の運転動作や風の影響等により ファン 61の回転している方向に力が加わりロータ 53の回転数が所定回転数以上とな つた場合、駆動信号決定部 7は、この位置推定信号 Hw'及び位置検出信号 Hu,Hvに 基づいて、現在出力されている各駆動信号 SU,SV,SWの通電幅を電気角で 120度に 変更する。より具体的には、駆動信号決定部 7は、位置推定信号 Hw'及び位置検出 信号 Hu,Hvを図 3の信号決定テーブル 2に当てはめてゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw, Gzを決定する動作を繰り返す。この動作により、出力回路 8から出力される駆動信号 SU,SV,SWは、駆動コイル Lu,Lv,Lwを 120度通電させるための信号となる。
また、ロータ 53の回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所定回転数未満である場合、駆 動信号決定部 7は、位置検出信号 Hu,Hvを図 4の信号決定テーブル 3に当てはめて ゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを決定する。尚、この動作については、「(3)ロータ の回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所定回転数未満の場合の制御動作」で詳述する。
[0032] 出力回路 8は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、簡単にトランジスタという) Q1〜Q6とダイオード D1〜D6とを含む。トランジスタ Q1及び Q2、 Q3及び Q4、 Q5及 び Q6は、それぞれ電源部 9からの電源電圧が供給される電源配線と GNDのラインと の間に直列に接続されている。トランジスタ Q1及び Q2、 Q3及び Q4、 Q5及び Q6の 間の各接続点 NU, NV,丽は、それぞれ 3相ブラシレス DCモータ 51の U相、 V相及 び W相の駆動コイル端子 TU, TV, TWに接続されている。ダイオード Dl, D3, D5は、ト ランジスタ Q1,Q3,Q5を短絡するように接続され、ダイオード D2, D4, D6は、トランジ スタ Q2,Q4,Q6を短絡するように接続されている。このような構成を有する出力回路 8 では、駆動信号決定部 7から出力されるゲート信号 Gu,Gx,GV,Gy,GW,GZが各トランジ スタ Q1〜Q6のゲート端子に印加されることでトランジスタ Q1〜Q6はオン及びオフし 、駆動信号 SU,SV,SWは各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力される。
[0033] (3)ロータの回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所定回転数未満の場合の制御動作 次に、本実施形態の一特徴である、ロータ 53の回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所 定回転数未満の場合にモータ駆動制御装置 1がブラシレス DCモータ 51の駆動を制 御する動作について説明する。尚、本実施形態に係る位置検出信号 Hu,Hvは、各駆 動コイル Lu,Lvに発生する各誘起電圧 Vun,VVnのゼロクロス点から 30度遅れて変化 する。
図 5は、ブラシレス DCモータ 51のロータ 53が正方向(CCW: Counter Clockwise) に回転している場合の、各駆動コイル Lu,Lv,Lwに発生する誘起電圧 Vun,Vvn,Vwn及 びその他の各信号のタイミングチャートである。図 5中の区間 A〜Hは、ロータ 53の回 転角度を、 1周期を 360度として例えば" 330度〜 30度"、 "30度〜 90度"のように、 60度毎に区分したものである。また、図 5では、各ゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzが "ON"である場合を" H"、 "OFF"である場合を" L"として示している。
[0034] はじめに、ロータ 53の回転角度が区間 Aである場合、ホール IC2u, 2vは、誘起電 圧 Vun,Vvnそれぞれに基づいて、値が共に" 1 "である位置検出信号 Hu,Hvを出力す る。駆動信号決定部 7は、この位置検出信号 Hu,Hvを図 4の信号決定テーブル 3に当 てはめ、ゲート信号Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを順に"OFF""OFF""OFF""ON""ON""0 FF"と決定し、出力回路 8の各トランジスタ Q1〜Q6のゲート端子に出力する。これに より、トランジスタ Q4及び Q5がオンし、残りのトランジスタ Q1〜Q3, Q6がオフするた め、各駆動信号 SU,SV,SWは図 5の区間 Aに示すようになり、電流は駆動コイル Lwか ら駆動コイル Lvに流れる。これにより、各駆動コイル Lu,Lv,Lwには通電した電流に応 じた電磁力が発生し、ロータ 53は正方向に回転する。
次いで、ロータ 53の回転角度が区間 Bとなると、ホール IC2u, 2vは、値がそれぞれ "0""1"である位置検出信号 Hu,Hvを出力する。駆動信号決定部 7は、この位置検出 信号 Hu,Hvを図 4の信号決定テーブル 3に当てはめ、ゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,G zを順に" ON""OFF""OFF""ON""OFF""OFF"と決定し、出力回路 8の各トランジス タ Q1〜Q6のゲート端子に出力する。これにより、トランジスタ Q1及び Q4はオンし、 残りのトランジスタ Q2〜Q3, Q5〜Q6はオフするため、各駆動信号 SU,SV,SWは図 5 の区間 Bに示すようになり、電源は駆動コイル Luから駆動コイル Lvに流れる。このよう に、ロータの回転角度が区間 Aから区間 Bとなるのに応じて 3相の各駆動コイル Lu,Lv ,Lwに流れる電流経路が変化すると、各駆動コイル Lu,Lv,Lwに発生する電磁力が変 化し、ロータ 53は更に正方向に回転する。
[0035] その他の区間 C〜Hについても、モータ駆動制御装置 1は同様にブラシレス DCモ ータ 51の駆動を制御する。
上述したように、モータ駆動制御装置 1がブラシレス DCモータ 51の駆動を制御した 場合、図 5に示すように、各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力される駆動信号 SU,SV,SWそ れぞれの通電幅は、順に 120度、 180度及び 60度となる。また、駆動信号 SUは、こ の駆動信号 SUが入力される駆動コイル Luに発生する誘起電圧 Vunと同相となる。一 方、駆動信号 SV,SWは、これらの駆動信号 SV,SWがそれぞれ入力される駆動コイル L v,Lwに発生する誘起電圧 Vvn,Vwmに対し位相が 30度遅れている。
尚、各駆動信号 SU,SV,SWの通電幅ゃ位置検出信号 Hu,Hvの位相等については、 単に" 120度"などと記載している力 これらの数値はホール IC2u, 2vが取り付けら れた位置のばらつき等により、若干ずれることもある。
[0036] (4)モータ駆動制御装置の全体的な制御動作
図 6は、モータ駆動制御装置 1が行う制御動作の全体的な流れを示すフローチヤ一 トである。尚、以下より、回転数力 S"0"rpm付近であるか否かを判断するための所定回 転数を"第 1所定回転数"とし、第 1所定回転数よりも十分に高い所定回転数を"第 2 所定回転数"とする(第 1所定回転数 <第 2所定回転数)。例えば、第 1所定回転数 は数十 rpm程度であり、第 2所定回転数は百数十 rpm程度である。
ステップ S1 :ブラシレス DCモータ 51が起動すると、回転数計測部 3は、ブラシレス DCモータ 51におけるロータ 53の回転数を計測し始める。また、位置推定部 6は、 2 つの位置検出信号 Hu,Hvそれぞれが変化する時間を基にロータ 53の回転速度を算 出し、このロータ 53の回転速度に基づいてロータ 53の位置の推定を開始する。
[0037] ステップ S2〜3 :ロータ 53の回転数が第 1所定回転数よりも低い場合(S2)、モータ 駆動制御装置 1はロータ 53の回転数力 0"rpm付近であると判断し、ブラシレス DC モータ 51について 0付近制御を行う(S3)。この制御動作については、「(4 1) 0付 近制御動作」で詳述する。
ステップ S4〜6:ロータ 53の回転方向が正方向であって(S4)、かつ回転数が第 2 所定回転数よりも高い場合(S5)、モータ駆動制御装置 1はブラシレス DCモータ 51 について位置推定制御を行う(S6)。この制御動作については、「(4— 2)位置推定 制御動作」で詳述する。
ステップ S7:ロータ 53の回転数が第 1所定回転数よりも高く第 2所定回転数よりも低 いか、またはロータ 53の回転数が第 1所定回転数よりも高くロータ 53の回転方向が 逆方向である場合、モータ駆動制御装置 1は「(3)ロータの回転数力 S"0"rpm付近以 上かつ所定回転数未満の場合の制御動作」において記載した動作を行う。即ち、駆 動信号決定部 7は、ホール IC2u, 2vが検出する位置検出信号 Hu,Hvに基づいてゲ ート信号Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを決定する。このようにして決定されたゲート信号 Gu,G x,Gv,Gy,Gw,Gzにょり出カ回路9の各トランジスタQl〜Q6がォン及びォフし、駆動 信号 SU,SV,SWはブラシレス DCモータ 51内の各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力される。
[0038] ステップ S8 :ブラシレス DCモータ 51が回転を停止するまで、モータ駆動制御装置
1はステップ S2〜S7の動作を繰り返す。
(4 1) 0付近制御動作
図 7は、 0付近制御動作の流れを示すフローチャートである。
ステップ S2;!〜 23 :駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンが切り替わると(S21)、回 転方向検知部 4は、ロータ 53の回転方向を検知する。この時、ロータ 53の回転方向 が正方向であって、かつ駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンが" 5"から" 0"または" 2 "から" 3"に切り替わつたのであれば(S22)、タイマ 5は、第 1時間の計測を開始する( S23)。
ステップ S24〜25:第 1時間が第 1所定時間を経過した場合(S24)、駆動信号決 定部 7は、現在出力されている駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンに基づいて、次 の駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンを決定する。具体的には、駆動信号決定部 7 は、現在の駆動信号 SU,SV,SWの通電パターン力 S"0"の場合はこれを通電パターン" 1 "に、通電パターン力 S"3"の場合はこれを通電パターン" 4"に切り替える(S25)。
[0039] ステップ S26〜29 :ステップ S21において、ロータ 53の回転方向が逆方向であって 、かつ駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンが" 5"から" 3"または" 2"から" 0"に切り替 わったのであれば(S26)、駆動信号決定部 7は、現在出力されている駆動信号 SU,S V,SWの通電パターン力 S"3"の場合はこれを通電パターン" 4"に、現在の駆動信号 S U,SV,SWの通電パターン力 S"0"の場合はこれを通電パターン" 1"に切り替える(S27) 。次いで、駆動信号決定部 7は、新たな通電パターンを図 2の信号決定テーブル 1に 当てはめてゲート信号 Gu,Gx,GV,Gy,GW,GZを決定し、出力回路 8に出力する。出力 回路 8は駆動信号 SU,SV,SWを各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力する(S28)。そして、タ イマ 5は、第 2時間の計測を開始する(S29)。 ステップ S30〜31:第 2時間が第 2所定時間を経過した場合(S30)、駆動信号決 定部 7は、現在出力されている駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンが "4"の場合は これを通電パターン" 3"に、現在の駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンが "1 "の場合 はこれを通電パターン" 0"に切り替える(S31)。
[0040] ステップ S32 :ステップ S21において、駆動信号 SU,SV,SWの通電パターンがステツ プ S22及び S26以外に切り替わった場合、駆動信号生成部 7は、ホール IC2u, 2v の位置検出信号 Hu,Hvを図 4の信号決定テーブル 3に当てはめてゲート信号 Gu,Gx, Gv,Gy,GW,Gzを決定し、出力回路 8に出力する。尚、この時の駆動信号生成部 7の 具体的な動作は、「(3)ロータの回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所定回転数未満の 場合の制御動作」と同様である。
ステップ S33 :出力回路 8は、ステップ S25及び S31で決定された駆動信号 SU,SV,S Wの通電パターンに基づく駆動信号 SU,SV,SW、及びステップ S32で出力されたゲー ト信号Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzに対応する駆動信号SU,SV,SWをブラシレスDCモータ5 1内の各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力する。
[0041] (4 2)位置推定制御動作
図 8は、位置推定制御動作の流れを示すフローチャートである。
ステップ S41〜42 :駆動信号決定部 7は、位置推定部 6により出力されている位置 推定信号 Hw' (S41)、及びホール IC2u, 2vにより検出された位置検出信号 Hu,Hvを 、図 3の信号決定テーブル 2に当てはめてゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを決定し、 出力回路 8に出力する(S42)。
ステップ S43 :出力回路 8は、ステップ S42で出力されたゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,G w,Gzに対応する駆動信号 SU,SV,SWをブラシレス DCモータ 51の各駆動コイル Lu,Lv ,Lwに出力する。モータ駆動制御装置 1がステップ S41〜S43の動作を繰り返すこと で、各駆動信号 SU,SV,SWは通電幅がほぼ 120度となり、ロータ 53は 120度通電で 回転する。
[0042] (5)効果
このモータ駆動制御装置 1は、 2つのホール IC2u, 2vの位置検出信号 Hu,Hvのみ 力、らゲート信号 Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを決定することで駆動信号 SU,SV,SWを決定し、 各駆動コイル Lu,Lv,Lwに出力する。すると、各駆動コイル Lu,Lv,Lwにはその時々の 駆動信号 SU,SV,SWに応じた向きに電流が通電し、ブラシレス DCモータ 51が駆動す る。このように、モータ駆動制御装置 1は、 2つのホール IC2u, 2vを備えた構成により ブラシレス DCモータ 51の駆動制御を行うが、特有の駆動制御用の回路等を必要と せず、 3つのホール ICを備えた場合の駆動制御用の回路等を用いてブラシレス DC モータ 51を駆動制御することができる。従って、コストの低廉化が実現できる。
また、例えば風等の外力がファン 61の逆回転方向に加わり逆回転している状態の ブラシレス DCモータ 51を正方向に起動させる場合のように、ロータ 53の回転数が" 0 "rpm付近となる際、モータ駆動制御装置 1は、 2つの位置検出信号 Hu,Hvのうちいず れカ、 1つが変化する時から時間の計測を開始し、所定時間経過後に現在出力されて いる駆動信号 SU,SV,SWを変更する。これにより、 3相の各駆動コイル Lu,Lv,Lwに流 れる電流経路が変化して駆動コイル Lu,Lv,Lwに発生する電磁力が変化するため、口 ータ 53は回転し、その回転数は" 0"rpmではなくなる。従って、モータ駆動制御装置 1は、ロータ 53の正確な位置を把握し適確に制御できるようになる。そのため、逆転し ているブラシレス DCモータ 51は、過剰な負荷がかかることなく安定して正方向に起 動することカでき、モータ駆動制御装置 1は、モータ等信頼性の低下やモータ及びモ ータ駆動制御装置 1自体寿命が短くなることを防ぐことができる。特に、このような制 御は、図 5に示すように、位置検出信号 Hu,Hvの位相が各誘起電圧 Vun,Vvnに対し 3 0度ずれている場合により効果を奏することができる。
更に、ブラシレス DCモータ 51が正方向に回転しており、かつブラシレス DCモータ 51の回転数が所定回転以上となった場合、このモータ駆動制御装置 1は、 2つのホ ール IC2u, 2vの位置検出信号 Hu,Hvに加え、更に位置推定部 6により推定された口 ータ 53の位置を示す位置推定信号 Hw'に基づいて、 3つの駆動信号 SU,SV,SW全て を 120度通電に切り替える。ここで、一般的には、各駆動コイル Lu,Lv,Lwに通電され る電流の位相、電流量及びモータのトルク出力との間には、図 9に示すような関係が 成り立つており、特に通電される電流量が大きい程モータのトルク出力は大きくなる。 また、駆動信号決定部 7が、デューティが一定の出力電圧を出力するような PWM制 御を行っている場合は、通電幅に応じて同様の関係が成り立つ。しかし、本実施形 態では、このように 3つの駆動信号 SU,SV,SW全てを 120度通電に切り替えるため、ブ ラシレス DCモータ 51のトルク出力は、ほぼ一定となる。従って、トルク出力のリップル を小さくすることができ、このトルク出力のリップルが起因して生じる騒音や振動を抑 制すること力 Sできる。尚、この制御方法は、例えば強風がファン 61の回転方向に吹い ている影響によりブラシレス DCモータ 51の回転数が高い、または負荷が大きい等の 理由によりブラシレス DCモータ 51に通電させる電流量を抑えたい場合に有効である
[0044] <その他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定 されるものではなぐ発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(a)上記実施形態において、ホール IC2u, 2vは、ロータ 53の回転方向に応じて口 ータ 53の位置を検出する閾値が異なる、いわゆるヒステリシス特性を有している。従 つて、ホール IC2u, 2vの配置によっては、例えば図 10に示すように、ロータ 53が正 方向に回転した際の位置検出信号 Huの誘起電圧 Vunに対する位相のずれ力 ロー タ 53が逆方向に回転した際の位置検出信号 Hu"の誘起電圧 Vunに対する位相のず れと異なる場合がある。この各回転方向の位相のずれを合計すると、ホール IC2u, 2 Vが有するヒステリシス幅 Hysとなる。このように、ロータ 53の回転方向に応じて位置検 出信号 Hu,Hu"の位相のずれが異なると、位置検出信号により決定される駆動信号 S U,SV,SWもこの影響を受けてしまう。従って、例えば駆動信号 SUの誘起電圧 Vunに対 する位相は、ロータ 53が正方向に回転している場合と逆方向に回転している場合と で位置検出信号の位相がずれている分異なってしまうことになる。すると、図 9からも 分かるように、ブラシレス DCモータ 51の出力トルクはロータ 53の回転方向に応じて 異なってしまう。
[0045] そこで、ホール IC2u, 2vは、このヒステリシス幅 Hysに基づいて配置された位置が 微調整されるとよい。具体的には、ホール IC2u, 2vは、ロータ 53が正方向に回転時 の位置検出信号 Huの位相のずれと逆方向に回転時の位置検出信号 Hu"の位相の ずれとが互いにほぼ等しくなるように配置される(図 11)。これにより、ロータ 53の回転 方向に関係なぐほぼ同じ出力トルクが得られるようになる。これにより、ロータ 53の回 転方向が変化した際のトルクの変動はなくなり、ブラシレス DCモータ 51は過大な電 流や異音などのない安定した動作を行うことができる。
(b)上記実施形態では、ロータ 53の回転数力 S"0"rpm付近以上かつ所定回転数未 満の際にモータ駆動制御装置 1がブラシレス DCモータ 51の駆動を制御する場合、 図 5に示すように、駆動信号 SUは駆動コイル Luに発生する誘起電圧 Vunと同相であ る力 駆動信号 SV,SWは、駆動コイル Luに発生する誘起電圧 Vvn,Vwnに対しそれぞ れ 30度ずつの位相差が生じている。このように、駆動信号 SV,SWと、これに対応する 駆動コイル Lv,Lwに発生する誘起電圧 Vvn,Vwnとの間に位相差が生じると、図 9に示 すようにこの位相差分だけモータのトルク出力は小さくなつてしまう。特に、上記実施 形態では、 3相のうち 2相に位相差が生じているため、モータのトルク出力は 2相の位 相差分だけ小さくなる。そこで、モータのトルク出力を高めるために、駆動信号 SV,SW と誘起電圧 Vvn,Vwnとが同相となるように、例えば 2つホール IC2u, 2vの配置を調節 するとよい。
[0046] 図 12は、駆動信号 SV,SWと誘起電圧 Vvn,Vwnとが同相となるように、 2つのホール I C2u, 2vの配置が調節された場合の、誘起電圧 Vun,Vvn,Vwn及び各信号のタイミン グチャートである。ここで、図 12では、ホール IC2u, 2vの位置は、図 5の場合に生じ た駆動信号 SV,SWと誘起電圧 Vvn,Vwnとの間の位相差 30度分に基づいて調節され ている。
図 12では、誘起電圧 Vun, Vvnに基づいて位置検出信号 Hu,Hvが変化するタイミン グは、上記実施形態に係る図 5において位置検出信号 Hu,Hvが変化するタイミング に対して約 30度異なっている。より具体的には、図 5では、誘起電圧 Vun, Vvnがゼロ クロス点から 30度ずれて位置検出信号 Hu,Hvが変化していたのに対し、図 12の位置 検出信号 Hu,Hvは、各誘起電圧 Vun, Vvnのゼロクロス点で信号が変化している。言い 換えると、図 12の位置検出信号 Hu,Hvは、各誘起電圧 Vun, Vvnとほぼ同相である。 すると、図 12では、通電幅が 120度である駆動信号 SUは、誘起電圧 Vunに対して位 相が 30度進んでいるが、通電幅が 60度及び 180度である駆動信号 SV,SWは、誘起 電圧 Vvn, Vwnと同相となっている。
[0047] このように、ホール IC2u, 2vの酉己置を、図 5に係る駆動信号 SV,SWと誘起電圧 Vvn, Vwnとの位相差 30度分だけ調節することで、 3相の駆動信号 SU,SV,SWのうち、誘起 電圧 Vun,Vvn,Vwnと位相がずれている信号は 120度通電である駆動信号 SUのみと なる。特に、 3相のうち、最もトルクを出力できない 60度通電の駆動信号 SWは誘起電 圧 Vwnと同相となるため、トルク出力の最小値が上記実施形態の図 5の場合に比して 高くなる。従って、トルクリップルも小さくなる。
尚、ここで記載している各駆動信号 SU,SV,SWの通電幅ゃ位置検出信号 Hu,Hvの 位相等についても、上記実施形態と同様、単に" 120度"などと記載している力 S、これ らの数値はホール ICが取り付けられた位置のばらつき等により、若干ずれることもあ
(c)上記実施形態では、出力回路 8として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを用 いた場合について記載した力 これに限定されない。出力回路は、絶縁ゲート型バイ ポーラトランジスタの代わりに例えば MOSトランジスタ等を用いた構成であってもよい
[0048] (d)上記実施形態では、モータ駆動制御装置 1が、ロータ 53の回転方向を検知す るための回転方向検知部 3を備えている場合について記載した力 これに限定され なレ、。モータ駆動装置が例えば逆回転しな!/、モータの駆動用として用いられる場合 は、回転方向検知部は設けられなくともよい。
(e)上記実施形態では、モータ駆動制御装置 1が、空気調和機の室外機における ファン 6モータを駆動する場合を例に取り説明した力 S、これに限定されない。本発明 に係るモータ駆動制御装置 1は、換気扇用モータを駆動する場合にも適用できる。 産業上の利用可能性
[0049] 本発明に係るモータ駆動制御装置は、例えば空気調和機内の圧縮機及びファン 等の回転駆動源として用いられるブラシレスモータや換気扇用のモータの駆動を制 御するための装置として適用できる。

Claims

請求の範囲
3相の駆動コイル(Lu,Lv,Lw)を有する固定子(52)と、複数の磁極を有する回転子 (53)とを含むブラシレスモータ(51)の駆動を制御するモータ駆動制御装置(1)であ つて、
互いに電気角で略 120度離れた位置に設けられており、前記固定子(52)に対す る前記回転子(53)の位置を示す位置検出信号 (Hu,Hv)を出力する 2つの位置検出 部(2u, 2v)と、
前記 2つの位置検出部(2u, 2v)それぞれが出力した前記位置検出信号 (Hu,Hv) に基づいて、前記 3相の駆動コイル(Lu,Lv,Lw)を駆動するための駆動信号 (SU,SV,S W)を決定する駆動信号決定部(7)と、
前記駆動信号決定部(7)により決定された前記駆動信号 (SU,SV,SW)を生成して前 記 3相の駆動コイル (Lu,Lv,Lw)に出力する駆動信号出力部(8)と、
を備える、モータ駆動制御装置(1)。
前記駆動信号決定部(7)は、前記 3相の駆動コイル (Lu,Lv,Lw)それぞれの通電幅 が電気角で略 120度、略 180度及び略 60度となるように、前記駆動信号 (SU,SV,SW) を決定する、請求項 1に記載のモータ駆動制御装置(1)。
前記通電幅が電気角で略 120度の前記駆動信号 (SU)は、この駆動信号 (SU)の入 力される前記駆動コイル (Lu)に発生する誘起電圧 (Vun)とほぼ同相である、請求項 2 に記載のモータ駆動制御装置(1)。
前記位置検出信号 (Hu,Hv)は、前記位置検出信号 (Hu,Hv)を出力する前記位置検 出部(2u, 2v)に対応して!/、る前記駆動コイル (Lu,Lv)に発生する誘起電圧 (Vun, Vv n)に対して位相が所定の第 1角度ずれている、請求項 3に記載のモータ駆動制御装 置(1)。
前記所定の第 1角度は略 30度である、請求項 4に記載のモータ駆動制御装置(1)
前記通電幅が電気角で略 180度の前記駆動信号 (SV)及び略 60度の前記駆動信 号 (SW)は、これらの駆動信号 (SV,SW)がそれぞれ入力される前記駆動コイル (Lv, L w)に発生する各誘起電圧 (Vwn,Vvn)とほぼ同相である、請求項 2に記載のモータ駆 動制御装置(1)。
[7] 前記位置検出信号 (Hu,Hv)は、前記位置検出信号 (Hu,Hv)を出力する前記位置検 出部(2u, 2v)に対応して!/、る前記駆動コイル (Lu,Lv)に発生する誘起電圧 (Vun,Vv n)とほぼ同相である、請求項 6に記載のモータ駆動制御装置(1)。
[8] 前記 2つの位置検出部(2u, 2v)それぞれは、前記回転子(53)の回転方向に応じ て前記回転子(53)の位置を検出するための閾値が異なるヒステリシス特性を有して おり、前記ヒステリシス特性に基づいて、設けられる位置が調整されている、請求項 1 〜7のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1)。
[9] 前記 2つの位置検出部(2u, 2v)それぞれは、前記位置検出部(2u, 2v)に対応し ている前記駆動コイル (Lu,Lv)に発生する各誘起電圧 (Vun,Vvn)に対する前記位置 検出信号 (Hu,Hv)の位相のずれ力 S、前記回転子の回転方向が変化してもほぼ同じに なるように配置されている、請求項 8に記載のモータ駆動制御装置(1)。
[10] 前記位置検出信号 (Hu,Hv)は矩形波であって、
前記 2つの位置検出部(2u, 2v)それぞれが検出する 2つの位置検出信号 (Hu,Hv) のうちいずれ力、 1つが変化するタイミングで第 1時間の計測を開始する時間計測部(5 )を更に備え、
前記駆動信号決定部(7)は、前記第 1時間が第 1所定時間以上となった場合、現 在出力されている前記駆動信号 (SU,SV,SW)を変更する、請求項;!〜 9のいずれかに 記載のモータ駆動制御装置(1)。
[11] 前記時間計測部(5)は、前記駆動信号決定部(7)が前記駆動信号 (SU,SV,SW)を 変更したタイミングで第 2時間の計測を開始し、
前記駆動信号決定部(7)は、前記第 2時間が第 2所定時間以上となった場合、前 記駆動信号 (SU,SV,SW)を更に変更する、請求項 10に記載のモータ駆動制御装置( D o
[12] 前記回転子(53)の回転数を計測する回転数計測部(3)と、
前記 2つの位置検出部(2u, 2v)それぞれにより検出される前記位置検出信号 (Hu, Hv)の少なくとも 1つに基づいて、前記回転子の位置を推定する位置推定部(6)と、 を更に備え、 前記駆動信号決定部(7)は、前記回転子(53)が正方向に回転しており、かつ前 記回転数が所定回転数以上である場合、前記位置推定部(6)により推定された前記 回転子(53)の位置に基づいて、前記駆動信号 (SU,SV,SW)の通電幅を電気角で所 定の第 2角度に変更する、請求項 1〜; 11のいずれかに記載のモータ駆動制御装置( D o
[13] 前記所定の第 2角度は略 120度である、請求項 12に記載のモータ駆動制御装置( D o
[14] 前記回転子(53)の回転方向を検知する回転方向検知部(4)を更に備える、請求 項 12または 13に記載のモータ駆動制御装置(1)。
[15] 前記ブラシレスモータ(51)は、換気扇用モータである、請求項;!〜 14のいずれか に記載のモータ駆動制御装置(1)。
[16] 前記ブラシレスモータ(51)は、空気調和機の室外機ファンモータである、請求項 1
14のレ、ずれかに記載のモータ駆動制御装置(1)。
[17] 3相の駆動コイル(Lu,Lv,Lw)を有する固定子(52)と、複数の磁極を有する回転子
(53)とを含むブラシレスモータ(51)と、
前記ブラシレスモータ(51)を駆動させるための請求項 1〜; 16のいずれかに記載の モータ駆動制御装置(1)と、
を備える、モータの駆動制御システム(100)。
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