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発明の名称 ブラシレスモータの制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−205576
公開日 平成8年(1996)8月9日
出願番号 特願平7−24658
出願日 平成7年(1995)1月19日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大原 拓也
発明者 篠崎 嘉輝
要約 目的
ブラシレスモータの制御方法において、電源側への逆電流を防止し、ブラシレスモータの過電流を防止し、省電力化を図る。

構成
ブラシレスモータ3を駆動するためにスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ部4を有し、ブラシレスモータ3の電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを位置検出部5で比較して同ブラシレスモータ3の回転子3aの位置を検出し、この検出位置の信号を制御回路10に入力する。制御回路はその入力信号に基づいてインバータ部4の上下アームのトランジスタをオン、オフして回転制御し、かつそのトランジスタのオン区間のうち所定期間を所定オン、オフ比のチョッピングで駆動して速度制御を行う。そのトランジスタのオン区間のうち最初と最後の所定期間をチョッピングしており、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える際、上下アームのトランジスタの全てが瞬時的にもオフにならないように、少なくとも上下アームのトランジスタのうち電機子巻線電流を切り替えないアームのトランジスタについてはチョッピングを行わない。
特許請求の範囲
【請求項1】 ブラシレスモータを駆動するためにスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ手段を有し、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して同ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該検出位置に基づいて前記インバータ手段のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスモータを回転制御する一方、前記スイッチング素子をチョッピング制御して前記ブラシレスモータを速度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電機子巻線電流の切り替えにおいて、前記インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子のうち前記電機子巻線電流を切り替えないアームのスイッチング素子については所定時間の間チョッピングを行わず、前記電機子巻線を切り替えるアームのスイッチング素子については所定時間の間チョッピングを行うようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項2】 ブラシレスモータを駆動するためにスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ手段を有し、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して同ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該検出位置に基づいて前記インバータ手段のスイッチング素子をオン、オフして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において、前記インバータ手段のスイッチング素子のオン区間のうち所定期間をチョッピング制御し、かつ該チョッピングのオン、オフ比を可変して速度制御を行う際、前記スイッチング素子のオン区間のうち最初と最後の所定期間をチョッピングしており、前記ブラシレスモータの電機子巻線電流を切り替える際、少なくとも前記インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子のうち前記電機子巻線電流を切り替えないアームのスイッチング素子についてはチョッピングを行わないようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は空気調和機の圧縮機等に用いるセンサレス直流ブラシレスモータ(以下ブラシレスモータと記す)の回転制御技術に係り、特に詳しくはブラシレスモータをPWM制御方式で回転制御する際、巻線電流切り替え時点における過電流をなくし、電力消費の低減を図るブラシレスモータの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のブラシレスモータを回転制御するには、例えば三相モータである場合図5に示す制御装置を必要とする。
【0003】図5において、この制御装置は、交流電源1をコンバータ部2で直流に変換し、この変換された直流電源をスイッチング素子(トランジスタ)U,V,W,X,Y,Zをブリッジ接続したインバータ部(インバータ手段)4でスイッチングしてブラシレスモータ3に供給する。
【0004】ブラシレスモータ3の端子電圧(例えば120度位相の異なる電圧;誘起電圧を含む)R,S,Tを位置検出部5に入力して回転子3aの位置を検出する。なお、位置検出部5は、インバータ部4の電源電圧を1/2に分圧して基準電圧aを発生する基準電圧発生回路5aと、各相の端子電圧(誘起電圧)R,S,Tと基準電圧とを比較してブラシレスモータ3の回転に同期した位置検出信号R0,S0,T0を出力する比較回路5b,5c,5dとからなる。また、抵抗回路5e,5f,5gは端子電圧R,S,Tのレベルを調整する。
【0005】この位置検出信号R0,S0,T0を制御回路(例えばマイクロコンピュータ等を含む)6に入力してブラシレスモータ3の各電機子巻線の電流を所定に切り替えるための駆動信号を得る。また、制御回路6は各電機子巻線の印加電圧を可変するためのチョッピング信号(PWM信号)および上記駆動信号をチョッピング回路7に出力する。
【0006】チョッピング回路7はその駆動信号とチョッピング信号とを所定に合成してドライバ回路8に出力し、ドライバ回路8はチョッピング回路7で得られた駆動信号(チョッピングされた駆動信号を含む)によりインバータ部4のトランジスタU,V,W,X,Y,Zを駆動する。
【0007】上記構成の制御装置において、ブラシレスモータ3の起動時には例えば同ブラシレスモータ3を所定時間同期運転するが、所定時間経過後には上記位置検出信号R0,S0,T0に基づいて同ブラシレスモータ3の運転を行う。
【0008】上記位置検出による運転においては、回転子3aの位置を検出し、この位置検出(誘起電圧と基準電圧aとの交点)に基づいて各電機子巻線の電流を切り替える。そのために、上記位置検出部5は、例えば図6(b)に示す端子電圧Rと基準電圧aとを比較して位置検出信号R0を出力する(図6(c)を参照)。なお、図示しないが、他の位置検出信号S0,T0についても、同様にして得る。
【0009】上記位置検出信号R0,S0,T0が制御回路6に入力し、この制御回路6は端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧aとの交点を検出する。例えば、スパイク電圧後の位置検出信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジを位置検出点とし、他の方法としてはその誘起電圧と基準電圧aとの交点以外をマスクするようにして位置検出信号から位置検出点を得る。
【0010】また、例えば1周期(電気角360度)の時間をもとにして電気角60度に相当する時間を得、この得られた時間の1/2経過後にインバータ部4の各トランジスタの導通状態を切り替える駆動信号を発生する。
【0011】PWM制御方式を採用していることから、制御回路6はインバータ部4の一方の上アームU,V,Wおよび下アームX,Y,Zのトランジスタのオン区間(電気角120)のうち、例えば後半の区間(電気角60度)を所定デューティ比(オン、オフ比)でチョッピングする。
【0012】このように、チョッピングされた駆動信号(図6(d)ないし(i)を参照)により、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流が切り替えられ、ブラシレスモータ3が回転制御されるとともに、チョッピング信号(図6(a)を参照)のオン、オフ比が可変され、ブラシレスモータ3が所定回転数に制御される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ブラシレスモータの制御方法においては、電機子巻線の電流切り替え時点でブラシレスモータ3の電源側に逆電流が流れ(図6(j)を参照)、この逆電流が電源側部品に悪影響を及ぼすだけなく、電源側ではその逆電流分を補うために通常方向の電流を増加し、つまりブラシレスモータ3の電流が過電流となり、ひいては消費電力の増大を招き、かつ効率低下を招くことになる。
【0014】例えば、インバータ部4のトランジスタWがオンからチョッピング状態に変わり、トランジスタYがオフからオンに変わるものとする。このとき、トランジスタYのオンが遅れても、トランジスタWがオンしていれば(チョッピングのオフが遅れれば)、トランジスタW、電機子巻線Wb,Vbおよび保護用ダイオードVaの回路で電流が流れる。したがって、コンバータ部2の電源側には逆電流が流れることがない。
【0015】しかし、上下アームのトランジスタU,V,W,X,Y,Zの全てが瞬時的にオフになることがあり、例えばトランジスタWが遅れることもなく、正常にチョッピングのオフ状態になっても、トランジスタYのオンが応答特性等により遅れると(オフのままであると)、電流が保護用ダイオードZa、電機子巻線Wb,Vbおよび保護用ダイオードVaの経路で流れ、つまり電源側であるコンバータ部2には逆電流が流れる。しかも、その逆電流は、図6(j)に示すように、電機子巻線の電流切り替え毎に起こり得る。
【0016】この発明は上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電源側への逆電流をなくし、電源側への悪影響をなくすことができ、つまりブラシレスモータの過電流を防止し、省電力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を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、この発明はブラシレスモータを駆動するためにスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ手段を有し、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して同ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該検出位置に基づいて前記インバータ手段のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスモータを回転制御する一方、前記スイッチング素子をチョッピング制御して前記ブラシレスモータを速度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電機子巻線電流の切り替えにおいて、前記インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子のうち前記電機子巻線電流を切り替えないアームのスイッチング素子については所定時間の間チョッピングを行わず、前記電機子巻線を切り替えるアームのスイッチング素子については所定時間の間チョッピングを行うようにしたことを要旨とする。
【0018】また、この発明はブラシレスモータを駆動するためにスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ手段を有し、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較して同ブラシレスモータの回転子の位置を検出し、該検出位置に基づいて前記インバータ手段のスイッチング素子をオン、オフして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において、前記インバータ手段のスイッチング素子のオン区間のうち所定期間をチョッピング制御し、かつ該チョッピングのオン、オフ比を可変して速度制御を行う際、前記スイッチング素子のオン区間のうち最初と最後の所定期間をチョッピングしており、前記ブラシレスモータの電機子巻線電流を切り替える際、少なくとも前記インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子のうち前記電機子巻線電流を切り替えないアームのスイッチング素子についてはチョッピングを行わないようにしたものである。
【0019】
【作用】上記手段によれば、例えば三相のブラシレスモータの電機子巻線電流を切り替えて回転制御するために、インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子がオン、オフされ、またブラシレスモータを速度制御するために、スイッチング素子のオン区間が所定デューティ比のチョッピング信号でチョッピングされている。
【0020】このとき、そのオン区間の最初および最後の所定区間のみがチョッピングされ、つまりそのオン区間の中央部分についてはチョッピングされない。例えば、上アームのスイッチング素子のうち、1つのスイッチング素子がオンされ、1つのスイッチング素子がオフされるとき、下アームのスイッチング素子のうち1つのスイッチング素子がオンのままであり、つまりチョッピング駆動されることがない。
【0021】また、下アームのスイッチング素子のうち、1つのスイッチング素子がオンされ、1つのスイッチング素子がオフされる場合、上アームのスイッチング素子のうち1つのスイッチング素子がオンのままであり、つまりチョッピング駆動されることがない。
【0022】このように、上記電流切り替え時にあっては上下アームのうちの一方のアームの1つのスイッチング素子がチョッピングされず、常にオン状態である。したがって、上下アームのスイッチング素子の全てが瞬時的にもオフとならず、インバータ手段の電源側に逆電流が流れることもない。
【0023】
【実施例】以下、この発明の実施例を図1ないし図4を参照して説明する。なお、図中、図5と同一部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【0024】図1おいて、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図5に示す制御回路6の機能の他に、インバータ部4のスイッチング素子のオン区間をチョッピング制御(PWM制御)する際、スイッチング素子のオン区間のうち最初と最後の所定期間をチョッピングする機能を有する制御回路10を備えている。
【0025】次に、上記制御装置の動作を図2のタイムチャート図と、図3および図4のフローチャート図を参照して詳しく説明する。
【0026】まず、制御回路10はブラシレスモータ3を起動し、所定時間同期運転を行った後に位置検出運転にモード移行する(ステップST1)。なお、この位置検出運転モードに移行するまでの処理は既に公知の方法によることから詳しい説明を省略する。
【0027】この位置検出運転モードに入ると、位置検出部5は端子電圧Rの誘起電圧(図2(b)を参照)と基準電圧発生回路5aからの基準電圧aとを比較回路5bで比較し、この比較結果の位置検出信号R0を(図2(c)を参照)出力する。
【0028】すると、誘起電圧が下降時である場合、制御回路10は下降している誘起電圧と基準電圧との交点タイミング、つまり位置検出信号R0の立ち下がりエッジの時刻taを算出し(図2(b)を参照)、内部のメモリに記憶する(ステップST2)。また、その位置検出信号R0のエッジ(前々回と今回のエッジ)の時間を計時して1周期の時間を算出する。
【0029】上記1周期の時間をもとにして電気角30度、90度および150度に相当する時間を算出するとともとに、この算出時間を上記算出時刻taに加算してブラシレスモータの電機子巻線の電流切り替え時刻t1,t2,t3を得(ステップST3)、この得られた時刻t1,t2,t3をコンペアレジスタにセットする。
【0030】続いて、上記コンペアレシスタにセットされた時刻t1が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える。例えば、図2に示す場合、インバータ部4の下アームを構成するトランジスタZをオフとし、トランジスタXをオンとする制御を行う(ステップST4)。
【0031】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタXのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST5)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタXのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタXをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタVのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0032】また、上記電機子巻線の電流切り替え時点t1において、インバータ部4の上アームを構成するトランジスタVがスイッチングすることなく、そのままであるため(駆動信号がHレベルのままであるため)、上下アームのトランジスタU,V,W,X,Y,Zの全てが瞬時的しもオフにならない。したがって、例えばトランジスタXのオンが遅れても、この間逆電流が電源側のコンバータ部2に流れることがない。
【0033】続いて、上記コンペアレシスタにセットされた時刻t2が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える(ステップST6)。例えば、図2に示す場合、インバータ部4のトランジスタVをオフとし、トランジスタWをオンとする制御を行う。
【0034】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタWのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST7)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタWのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタWをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタXのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0035】また、上記電機子巻線の電流切り替え時点t2において、インバータ部4の下アームを構成するトランジスタXがスイッチングすることなく、そのままである(駆動信号がHレベルのままである)。したがって、例えばトランジスタWのオンが遅れても、この間逆電流が電源側のコンバータ部2に流れることがない。
【0036】続いて、上記コンペアレシスタにセットされた時刻t3が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える(ステップST8)。例えば、図2に示す場合、インバータ部4のトランジスタXをオフとし、トランジスタYをオンとする制御を行う。
【0037】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタYのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST9)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタYのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタYをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタWのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0038】ところで、誘起電圧が上昇時にある場合、制御回路10は入力位置検出信号R0により誘起電圧と基準電圧aとの交点(位置検出点)の時刻tbを算出し(図2(b)を参照)、内部のメモリに記憶する(ステップST10)。また、その位置検出信号R0のエッジ(前々回と今回のエッジ)の時間を計時して1周期の時間を算出する。
【0039】上記1周期の時間をもとにして電気角30度、90度および150度に相当する時間を算出するとともとに、この算出時間を上記算出時刻taに加算してブラシレスモータの電機子巻線の電流切り替え時刻t4,t5,t6を得(ステップST11)、この得られた時刻t4,t5,t6をコンペアレジスタにセットする。
【0040】続いて、上記コンペアレシスタにセットされた時刻t5が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える。例えば、図2に示す場合、インバータ部4のトランジスタWをオフとし、トランジスタUをオンとする制御を行う(ステップST12)。
【0041】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタUのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST13)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタUのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタUをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタYのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0042】続いて、上記コンペアレジスタにセットされた時刻t4が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える(ステップST14)。例えば、図2に示す場合、インバータ部4のトランジスタYをオフとし、トランジスタZをオンとする制御を行う。
【0043】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタZのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST15)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタZのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタZをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタUのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0044】続いて、上記コンペアレジスタにセットされた時刻t5が経過すると同時に、ブラシレスモータ3の電機子巻線電流を切り替える(ステップST16)。例えば、図2に示す場合、インバータ部4のトランジスタUをオフとし、トランジスタVをオンとする制御を行う。
【0045】上記電機子巻線電流の切り替えにともなってトランジスタVのオン区間のチョッピングを所定時間開始する(ステップST17)。なお、そのチョッピングの所定時間は、例えばトランジスタVのオン時間(電気角120度に相当する時間)の1/4である。また、そのチョッピングを所定時間行った後でも、トランジスタVをオンのままとし、かつこのチョッピングの終了とともにトランジスタZのオン区間のチョッピングを再開始する。
【0046】上述の処理を繰り返すことにより、つまりインバータ部4の各トランジスタU,V,W,X,Y,Zをオンするが、このオン区間のうち最初および最後の所定区間のみをチョッピングする。
【0047】例えば、ブラシレスモータ3が三相のモータであれば、上アームのトランジスタU,V,Wを電気角120度で順次オン、オフし、下アームのトランジスタX,Y,Zを上アームに対して電気角60度遅れで、かつ電気角120度で順次オン、オフする。このとき、三相のモータの回転速度を可変するためのチョッピングについては、各トランジスタU,V,W,X,Y,Zのオン区間の最初および最後所定区間(例えば電気角30度)をチョッピングする。
【0048】したがって、ブラシレスモータ3の電機子巻線の電流切り替えが例えば図2に示すt4のタイミングである場合、トランジスタWが常にオフしているため(駆動信号がHレベルのままであるため)、トランジスタYが仮にオン状態となっても(駆動信号がHレベルになっても)、電源側に逆電流が流れることもない。なお、この場合、電流はトランジスタW、電機子巻線Vb,WbおよびトランジスタYの経路の順で流れるだけである。
【0049】このように、いずれかの電機子巻線電流の切り替え時点において、常にいずれかの相(トランジスタU,V,W,X,Y,Zのいずれか)がオンしていることから、電源側のコンバータ部2には逆電流が流れることはない。
【0050】また、電源側へ逆電流が流れなくなることから、図2(j)に示すように、電流が従来の電流値(逆電流が流れていたときの電流値)より低くなり、結果省電力化が図れる。
【0051】なお、上記実施例においては、一相の位置検出信号R0をもとにして各電機子巻線電流の切り替えタイミングを得ているが、三相の位置検出信号をもとにして各電機子巻線電流の切り替えタイミングを得るようにしてもよい。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、ブラシレスモータの電機子巻線電流を切り替えて回転制御するために、インバータ手段を構成する上下アームのスイッチング素子をオン、オフし、またブラシレスモータを速度制御するために、スイッチング素子のオン区間を所定デューティ比のチョッピング信号でチョッピングするブラシレモータの制御方法において、電機子巻線電流の切り替えにおいては上下アームのうち、電機子巻線電流を切り替えない方のアームのスイッチング素子をチョッピングしないようにしたので、電機子巻線電流の切り替え時点において上下アームのスイッチング素子の全てが瞬時的にもオフにならないため、電源側への逆電流が発生することもなく、電源側への悪影響をなくすることができ、つまりブラシレスモータの過電流を防止し、省電力化を図ることができるという効果がある。




 

 


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