(57)【要約】【課題】  双方向性ダイオードを挿入しない方式で還流電流の消失を検出することで、電力損失が発生を無くす。【解決手段】  ３相ブリッジインバータの端子電圧と３相ブリッジインバータの入力電圧の２分の１の電圧を比較する比較器の出力と、位置検出期待値との一致器を設けて、位置検出期待値を３相ブリッジインバータの出力を切り替える前後で切り替える。３相ブリッジインバータの出力を切り替えた直後の前記比較器の出力が還流電流により位置検出期待値と同一であり、還流電流が消失すると３相ブリッジインバータの出力を切り替える前の位置検出期待値と同一になることを利用して還流電流の消失を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流平滑した直流電源に３相ブリッジインバータを接続し、前記３相ブリッジインバータの出力を永久磁石を有する回転子と三相巻線からなる電機子巻線で構成された無刷子電動機の電機子巻線に接続し、前記３相ブリッジインバータの出力と前記電機子巻線を接続する端子の端子電圧と、前記３相ブリッジインバータの入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器と、前記３相ブリッジインバータの出力に対応して予め設定された次の位置検出期待値を発生する通電切替信号作成器とを具備し、その比較結果をもとにして回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置で、前記３相ブリッジインバータの出力を切り替えた直後の前記比較器の出力が還流電流により位置検出期待値と同一であり、還流電流が消失すると前記３相ブリッジインバータの出力を切り替える前の位置検出期待値と同一になることを利用して還流電流の消失を検出して、位置検出期待値との比較を開始することを特徴とする無刷子電動機の駆動装置。
【請求項２】
交流電源を整流平滑した直流電源に３相ブリッジインバータを接続し、前記３相ブリッジインバータの出力を永久磁石を有する回転子と三相巻線からなる電機子巻線で構成された無刷子電動機の前記電機子巻線に接続し、前記３相ブリッジインバータの出力と電機子巻線を接続する端子の端子電圧と、前記３相ブリッジインバータの入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器と、前記３相ブリッジインバータの出力に対応して予め設定された次の位置検出期待値を発生する通電切替信号作成器とを具備し、その比較結果をもとにして回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置で、前記３相ブリッジインバータの出力を切り替えた直後の前記比較器の出力が還流電流により位置検出期待値と同一であり、還流電流が消失すると位置検出期待値と異なることを利用して還流電流の消失を検出して、位置検出期待値との比較を開始することを特徴とする無刷子電動機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無刷子電動機の駆動装置に係り、特に電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出信号を得る無刷子電動機の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を有する無刷子電動機は誘導電動機と比較して効率が高く優位にあるが、運転を維持するために磁極位置を検出する必要がある。磁極位置検出手段として、一般に界磁磁束を検出するホールセンサが広く使用されている。しかしながら、空調等に使用する密閉型圧縮機に無刷子電動機を使用した場合、高温高圧の冷媒に曝される、センサからの引き出し線が必要となる、等の理由によりホールセンサを磁極位置検出手段として用いることは困難である。
【０００３】
無刷子電動機は電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出信号を得る方法が用いられている。３相ブリッジインバータの端子電圧から一次遅れフィルタを介して得られる９０°遅延信号を３相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号とするものである。この方法は構成が簡単で制御回路の速度も比較的低速で制御可能であり、３相ブリッジインバータの出力を切り替えた時に発生する還流電流によるスパイク電圧を除去しなくても位置検出が可能である。
【０００４】
３相ブリッジインバータの端子電圧と３相ブリッジインバータの入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器の出力と、位置検出期待値との一致器を設けて、一致信号を３０°遅延して３相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号とする方法がある。この方法は、端子電圧の３０°遅延信号が３相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号となるので、高速な制御が可能となる特徴がある。しかしながら、３相ブリッジインバータの出力を切り替えた時に発生する還流電流によるスパイク電圧が位置検出期待値と同一であるため、スパイク電圧を除去する必要がある。
【０００５】
３相ブリッジインバータの出力と電機子巻線の間に双方向性ダイオードを挿入してスパイク電圧を除去する方法が提案されている。通電切り替えによって位置検出用となった電機子巻線には還流電流が流れるが、この還流電流が消失すると双方向性ダイオードがオフする。双方向性ダイオードの電圧降下を利用すれば電機子巻線に電流が流れている期間、すなわち、還流電流が流れている期間を除去することが可能である。これにより、端子電圧からスパイク電圧を除去した逆起電力を用いた回転子の磁極位置の検出が可能となる。
電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出を行う無刷子電動機の駆動装置の例として例えば特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８２３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、還流電流の消失を検出する手段として挿入された双方向性ダイオードにより発生する電力損失を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無刷子電動機の駆動装置は、３相ブリッジインバータの端子電圧と入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器の出力と同一となることを検出する位置検出期待値を３相ブリッジインバータの出力を切り替える前後の値を適宜切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
３相ブリッジインバータの端子電圧を用いて還流電流の消失を検出するので、電機子巻線に双方向性ダイオードを挿入することなく、還流電流による位置検出の誤検出を防止できる。従って、双方向性ダイオードの挿入による電力損失の発生を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
３相ブリッジインバータの端子電圧と入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器の出力と同一となることを検出する位置検出期待値を３相ブリッジインバータの出力を切り替える前後の値を適宜切り替える。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明による無刷子電動機の駆動装置の全体構成図である。１は交流電源、２は整流用のダイオード、３は力率改善用のリアクタ、４は平滑用のコンデンサであり、これらにより整流平滑回路が構成される。５は上アーム３ヶ、下アーム３ヶの合計６ヶの半導体スイッチで構成された３相ブリッジインバータ、７は電流検出器、８は通電切替信号作成器、９は３相ブリッジインバータの端子電圧と３相ブリッジインバータの入力電圧の２分の１の電圧とを比較する比較器、１０は位置検出期待値、１１は置数器、１２は一致検出器、１３は一致信号であり、これらにより無刷子電動機の駆動装置が構成される。６は永久磁石を有する回転子と三相巻線からなる電機子巻線で構成された無刷子電動機である。
【００１２】
交流電源１を整流用のダイオード２で整流し、平滑用のコンデンサ４で平滑して直流電源を得る。リアクタ３は力率改善の作用をする。平滑用のコンデンサ４の直流電源は３相ブリッジインバータ５に印加される。３相ブリッジインバータ５の出力端子は無刷子電動機６の電機子巻線６−ａに接続されている。永久磁石を有する回転子６−ｂの磁極位置を検出して３相ブリッジインバータ５の通電相を切り替えることにより、電機子巻線６−ａを流れる電流の向きが切り替わり回転子６−ｂが回転する。
【００１３】
図２は位置検出動作説明図である。説明のためにポインタを用いる。Ｕ相端子電圧，Ｖ相端子電圧，Ｗ相端子電圧はそれぞれ１２０°ずつ位相がずれた波形となる。ここでは、Ｕ相端子電圧を用いて説明する。ポインタが１および２において上アームはＵ相がオンしている。ポインタが４および５において下アームはＵ相がオンしている。したがって、ポインタが３および６においてＵ相電機子巻線が非通電巻線となり、逆起電力による位置検出ができる。端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１の電圧を比較器９で比較して、その交点を求めることにより位置検出ができる。比較器９の出力は図示のようにデジタル信号になるので、マイクロコンピュータ等で処理可能な信号となる。端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１の交点から電機角で３０°遅延させたタイミングで３相ブリッジインバータ５の通電相を切り替える（転流）。Ｖ相およびＷ相についても同様の処理を行うことにより、無刷子電動機６の運転を継続することが可能となる。ここで、転流直後の比較器９の出力に端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１の交点と同じ信号が発生する。これが、還流電流によるスパイク電圧による位置検出の誤検出である。還流電流によるスパイク電圧と逆起電力による位置検出を区別できないと、位置検出の誤検出が発生して無刷子電動機６の運転を継続することはできない。
【００１４】
図３は位置検出期待値説明図である。ポインタ１〜６における比較器９の出力を示している。それぞれのポインタにおいて、比較器９の出力は還流電流による位置検出期待値，還流電流消失期待値，逆起電力による位置検出期待値の３パターンが繰り返されている。ここで着目されるのは、還流電流による位置検出期待値と逆起電力による位置検出期待値が同一であることと、還流電流消失期待値と転流前の位置検出期待値が同一であることである。３相ブリッジインバータの出力の端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１を比較する位置検出方法は、この比較器９の出力の特性を利用することにより還流電流の消失を検出して、位置検出期待値との比較を開始することが可能となる。
【００１５】
図４は処理フローチャートである。３相ブリッジインバータの出力の端子電圧に発生する逆起電力を利用して回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は、無刷子電動機の回転子が停止している状態および回転速度が小さい場合には逆起電力が発生していない、あるいは小さいため回転子の磁極位置を検出することができない。このため、逆起電力を利用して回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は電機子巻線に強制的に電流を流して、その電流を切り替えて同期電動機として運転させ、逆起電力が検出できる回転速度まで回転速度を上昇させる方法が行われている。図４は回転速度が充分大きく、逆起電力による回転子の磁極位置が行われている状態での説明図である。
【００１６】
はじめにポインタを初期化する。また、ポインタに対応する位置検出期待値を設定する。この位置検出期待値は逆起電力による位置検出期待値であり、還流電流による位置検出期待値と同一である。転流直後において、置数器１１の値と比較器９の出力は等しく一致検出器１２は一致信号１３を発生する。図４の第１の一致信号発生判定において、一致信号発生中はループ処理を行う。比較器９の出力が変化すると一致検出器１２からの一致信号１３がなくなる。すると、図４の処理は下に進み、位置検出期待値を還流電流消失期待値に更新する。図３の説明によれば、還流電流の消失に伴い比較器９の出力が変化するのであるから、変化後の比較器９の出力は還流電流消失期待値に一致するはずである。しかしながら、ノイズ等の影響で比較器９の出力が変化することも予想される。このため、図４の第２の一致信号発生判定において、比較器９の出力が還流電流消失期待値に一致していることを確認する。比較器９の出力が還流電流消失期待値に一致していない場合は、ノイズ等による誤検出として第１の一致信号発生判定に戻る。比較器９の出力が還流電流消失期待値に一致している場合は、図４の処理は下に進み、位置検出期待値を逆起電力による位置検出期待値に更新する。そして、図４の第３の一致信号発生判定において、一致信号１３が発生するまでループ処理を行う。３相ブリッジインバータ５の端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１電圧の交点において、一致信号１３が発生する。一致信号１３が発生すると図４の処理は下に進み、電気角３０°遅延待ち処理を実施した後、３相ブリッジインバータ５の通電相を切り替える（転流）。続いてポインタの更新、位置検出期待値の更新を行って第１の一致信号発生判定に戻る。
【００１７】
以上の処理により、３相ブリッジインバータ５の端子電圧と３相ブリッジインバータ５の入力電圧の２分の１電圧を比較するだけで、還流電流の消失を確実に検出でき、回転子磁極位置の誤検出の恐れのない無刷子電動機の駆動装置を構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるの無刷子電動機の駆動装置の全体構成図。
【図２】位置検出動作説明図。
【図３】位置検出期待値説明図。
【図４】処理フローチャート。
【符号の説明】
【００１９】
１  交流電源
２  整流用のダイオード
３  リアクタ
４  平滑用コンデンサ
５  ３相ブリッジインバータ
６  無刷子電動機
７  電流検出器
８  通電切替信号作成器
９  比較器
１０  位置検出期待値
１１  置数器
１２  一致検出器
１３  一致信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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