(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の巻線を有するブラシレスＤＣモータの該巻線が発生する誘起電圧と夫々一定の位相関係を有し、デジタル信号を出力するｎ（ｎ：１又は２）個の位置センサと、
前記ｎ個の位置センサにより得られた位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、
前記位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻に対応するロータ位相とを記憶するパラメータ記憶手段を有し、
前記ｎ個の位置センサ信号，前記変化周期，前記ロータ位相及びロータ位相差に基づいて、前記変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、
前記電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、
前記電圧位相と前記電圧率から、三相の通電波形を形成する通電波形形成手段と、
前記通電波形に基づいて、前記三相巻線に通電する駆動手段を具備し、
始動時には、前記ｎ個の位置センサ信号により限定されるロータ位相に基づいて三相の直流励磁通電を行うことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
電圧率記憶手段に記憶される電圧位相に対応した電圧率は、正弦波に応じた電圧率であることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
ｎ＝１の場合、位置センサに対する電源電圧供給線とセンサ信号線を共用したことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項４】
ｎ＝１の場合、位置センサに対する電源電圧供給手段と電源電流検出手段を備え、電源電流検出結果に基づいて、位置センサにより得られた位置センサ信号を判定する位置センサ信号判定手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項５】
ｎ＝２の場合、位置センサにより得られる２つの位置センサ信号は、ロータ位相の電気角でπ／２ごとに変化することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記パラメータ記憶手段は、前記ロータ位相及びロータ位相差に加えて、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期と、位置センサ信号の変化時刻と、電圧位相指令とを演算パラメータとして記憶しており、
前記電圧位相決定手段は、ある時刻における電圧位相を、前記演算パラメータに基づいて演算により決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項７】
変化周期をＴｓ、変化時刻をＴｘ、変化時刻のロータ位相をＰｘ、電圧位相指令をＰｒとした場合、電圧位相を決定する時刻Ｔｃにおける電圧位相Ｐｎを、
Ｐｎ＝Ｐｘ＋Ｐｒ＋（π／ｎ）×（Ｔｃ−Ｔｘ）／Ｔｓ
により求めることを特徴とする請求項６に記載のインバータ装置。
【請求項８】
位置センサ信号の変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、
電圧位相決定手段は、前記電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項９】
位置センサ信号のπ／ｎごとの変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてπ／ｎごとにカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、
電圧位相決定手段は、前記電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１０】
始動時における電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１１】
始動時における電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により限定できる範囲の中間地点のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１２】
所定のロータ位相にロータを移動させるべく直流励磁を行い、始動時における電圧位相の初期値を、前記所定のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１３】
ｎ個の位置センサ信号により限定されるロータ位相のπ／２遅れの電圧位相と、前記電圧率記憶手段に記憶された前記電圧率から、三相の直流励磁通電波形を形成し、前記駆動手段により三相の巻線に直流励磁を行った後、始動時における電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により限定される前記ロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１４】
モータ巻線電流検出手段を備え、ｎ＝１の場合、位置センサ信号により特定されるタイミングで通電を開始し、電流検出手段の結果により通電を停止する手段と、
前記通電時間を計測する手段と、
計測された通電時間から回転方向を決定する回転方向検出手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至４及び６乃至１３のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１５】
位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段とをマイクロコンピュータにより構成したことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１６】
位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段と、回転方向検出手段とをマイクロコンピュータにより構成したことを特徴とする請求項１乃至４及び６乃至１４のいずれかに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサ信号に基づいて通電信号を形成し、ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、エアコンなどのファンモータや電気自動車の駆動用モータ或は洗濯機駆動用のモータとしては、広範囲の可変速制御や電気消費量の節約等のために、ブラシレスＤＣモータが採用されており、これをインバータ装置により駆動することが行われている。
【０００３】
三相の巻線を有するブラシレスＤＣモータの内部には、通常、位置センサとして構成が簡単で安価であるホールＩＣが、例えば電気角１２０度毎に３個配置されている。そして、インバータ装置は、これらのホールＩＣによってロータの回転位置に対応した信号を得、通電タイミングを形成してブラシレスＤＣモータの巻線に電圧を印加し駆動するようになっている。
【０００４】
ブラシレスＤＣモータの巻線に印加する電圧は１２０度通電方式の矩形波駆動が一般的であるが、モータの効率向上や低振動化を図ることを目的として、概略正弦波の電圧をモータに供給できるインバータ装置として、特願平０７−２２４２９９号を出願している。
【０００５】
これは、図９に示すように、３個の位置センサ信号から三相の矩形波信号を形成して矩形波駆動により始動し、その後、概略正弦波の通電に切り替えるもので、３個の位置センサによる位置センサ信号を得て、位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、位置センサ信号と変化周期に基づいて、変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、電圧位相と電圧率から、三相の概略正弦波の通電波形を形成する通電波形形成手段と、通電波形に基づいて、三相の巻線に通電する駆動手段を有するインバータ装置であり、低コスト化、低騒音振動を実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、更なるコスト低減が要望されており、これを実現するために位置センサの使用個数を減らすことが望まれている。また、矩形波駆動により発生する始動時の振動騒音の低減も要望されていた。
【０００７】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、より少ない個数の位置センサから三相の正弦波通電信号を形成し、ブラシレスＤＣモータを正弦波通電できるインバータ装置を提供することにある。
【０００８】
また、その始動の際、矩形波駆動を伴わないインバータ装置を提供することにある。更に、始動前に、モータの回転状態を検出可能なインバータ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】
【００１０】
上記課題を達成するために、本インバータ装置は、三相の巻線を有するブラシレスＤＣモータの該巻線が発生する誘起電圧と夫々一定の位相関係を有し、デジタル信号を出力するｎ（ｎ：１又は２）個の位置センサと、ｎ個の位置センサにより得られた位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻に対応するロータ位相とを記憶するパラメータ記憶手段を有し、ｎ個の位置センサ信号，変化周期，ロータ位相及びロータ位相差に基づいて、変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、電圧位相と電圧率から、三相の通電波形を形成する通電波形形成手段と、通電波形に基づいて、三相巻線に通電する駆動手段を有し、始動時には、ｎ個の位置センサ信号により限定されるロータ位相に基づいて三相の直流励磁通電を行う。
【００１１】
更に、電圧率記憶手段に記憶される電圧位相に対応した電圧率は、正弦波に応じた電圧率である。ｎ＝１の場合、位置センサに対する電源電圧供給線とセンサ信号線を共用する。
【００１２】
また、ｎ＝１の場合、位置センサに対する電源電圧供給手段と電源電流検出手段を備え、電源電流検出結果に基づいて、位置センサ信号を判定する位置センサ信号判定手段を有する。
【００１３】
ｎ＝２の場合、位置センサにより得られる位置センサ信号は、位置センサの配置により、ロータ位相の電気角でπ／２ごとに変化する。更に、電圧位相決定手段は、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期と、変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻と、変化時刻に対応するロータ位相と、電圧位相指令とを演算パラメータとして記憶するパラメータ記憶手段を有し、ある時刻における電圧位相を、演算パラメータに基づいて演算により決定する。
【００１４】
また、変化周期をＴｓ、変化時刻をＴｘ、変化時刻のロータ位相をＰｘ、電圧位相指令をＰｒとした場合、電圧位相を決定する時刻Ｔｃにおける電圧位相Ｐｎを、Ｐｎ＝Ｐｘ＋Ｐｒ＋（π／ｎ）×（Ｔｃ−Ｔｘ）／Ｔｓにより求める。
【００１５】
更に、位置センサ信号の変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、電圧位相決定手段は、電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定する。
【００１６】
また、位置センサ信号のπ／ｎごとの変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてπ／ｎごとにカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、電圧位相決定手段は、電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定する。
【００１７】
更に、電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により決定する始動方法である。また、電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により限定できる範囲の中間地点のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【００１８】
更に、所定のロータ位相にロータを移動させるべく直流励磁を行い、電圧位相の初期値を、所定のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【００１９】
また、ｎ個の位置センサ信号により限定されるロータ位相のπ／２遅れの電圧位相と、電圧率記憶手段に記憶された電圧率から、三相の直流励磁通電波形を形成し、駆動手段により三相巻線に直流励磁を行った後、電圧位相の初期値を、ｎ個の位置センサ信号により限定されるロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【００２０】
更に、モータ巻線電流検出手段を備え、ｎ＝１の場合、位置センサ信号により特定されるタイミングで通電を開始し、電流検出手段の結果により通電を停止する手段と、通電時間を計測する手段と、計測された通電時間から回転方向を決定する回転方向検出手段を有する。
【００２１】
また、位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段とをマイクロコンピュータにより構成した。更に、位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段と、回転方向検出手段とをマイクロコンピュータにより構成した。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態として、位置センサ１個（ｎ＝１）の場合について図１乃至図８及び図１４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す電気的構成図である。図１において交流電源１の両端子は、全波整流回路２ｂの交流入力端子に接続され、一方にはリアクトル２ａを挿入している。全波整流回路２ｂの直流出力端子間には平滑コンデンサ２ｃが接続されており、これらリアクトル２ａ、全波整流回路２ｂ、平滑コンデンサ２ｃにより、直流電源回路２を構成している。そして、直流電源回路２の出力端子には、三相ブリッジ回路４が接続されており、負側直流母線にはモータ電流検出手段１０が設置されている。三相ブリッジ回路４は、エミッタ・コレクタ間にダイオードを有するトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１乃至Ｔｒ６が三相ブリッジ接続されている。三相ブリッジ回路４の出力端子４ｕ、４ｖ、４ｗは、ファン１３を有する三相のブラシレスＤＣモータ６のスター結線された各相巻線６ｕ、６ｖ、６ｗに接続されている。
【００２３】
従って、三相ブリッジ回路４において、トランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ３が正側スイッチング素子に相当し、トランジスタＴｒ４乃至Ｔｒ６が負側スイッチング素子に相当する。
【００２４】
ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータ）６には、図１４に示すようにホールＩＣ７ａと、オープンコレクタ出力と正側電源との間に接続された抵抗７ｂからなる位置センサ７が１個配置されており、直流電源１２ａとコンデンサ１２ｂからなるセンサ電源供給手段１２により駆動するように構成されている。位置センサ７とセンサ電源供給手段１２との間には、電源電流検出手段１１が接続され、その出力端子はマイコン８の入力端子Ｉ１に接続され、信号Ｈｓを出力している。電源電流検出手段１１は、ホールＩＣ７ａとセンサ電源供給手段１２の間に接続された抵抗１１ａと、別途設けられた基準電圧発生手段１１ｃと、正側入力端子が抵抗１１ａに接続され、負側入力端子が基準電圧発生手段１１ｃに接続されたコンパレータ１１ｂにより構成されている。
【００２５】
また、マイコン８の入力端子Ｉ２には、モータ電流検出手段１０の出力信号Ｓｉが供給され、入力端子Ｉ３、Ｉ４には、それぞれ外部から位相指令信号Ｐｒ及び電圧指令信号Ｄａが与えられるようになっている。更に、マイコン８は、その内部に有しているＲＯＭ８ａ（電圧率記憶手段、パラメータ記憶手段）に、図２に示すように、電気角で３６０度分（０〜３５９度）に対応した正弦波一周期の電圧率データＤｂを記憶している。加えて、マイコン８の内部には、作業領域としてのＲＡＭ８ｂと共に、例えば１μｓ単位でカウントを繰返す時間カウンタ８ｃが内蔵されている。
【００２６】
ＰＷＭ回路９は、内部に図示しない三角波発生器を有し、マイコン８の出力端子Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３から得られる各相の通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗと三角波を比較している。ＰＷＭ回路９の６つの出力端子からは、それぞれ駆動信号Ｄｕｐ、Ｄｕｎ、Ｄｖｐ、Ｄｖｎ、Ｄｗｐ、Ｄｗｎが出力される。また、マイコン８の出力端子Ｏ４からは、駆動回路５に対して、停止・出力・ブレーキ・テストを指令する信号Ｓｏが出力される。
【００２７】
駆動回路５は、ＰＷＭ回路９により得られる駆動信号Ｄｕｐ乃至Ｄｗｕを三相ブリッジ回路４の対応する各トランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ６のゲートに供給するように構成されている。
【００２８】
次に、本実施の形態の作用について、図３〜図８及び図１４を参照して説明する。図１４において、ホールＩＣ７ａは、磁界の方向によりオープンコレクタ出力端子がロー又はオープンの何れかの状態となる。ローの場合には電源線にはホールＩＣ７ａの消費電流と抵抗７ｂによる電流が流れ、オープンの場合にはホールＩＣ７ａの消費電流のみ流れる。つまり、磁界の方向により電源線に流れる電流（電源電流）に差が生じている。
【００２９】
電源電流検出手段１１の抵抗１１ａには上記電源電流に比例した電圧が発生し、これがコンパレータ１１ｂの正入力端子に接続され、負入力端子に接続された基準電圧発生手段１１ｃからの基準電圧と比較されるから、磁界の方向に応じた電源電流の違いによりコンパレータ１１ｂの出力信号が変化する。
【００３０】
図４は、マイコン８のメインフローチャートを示している。ステップＭ１において外部からの信号などにより与えられる始動条件を判断し、ストップの場合、ステップＭ２で出力信号Ｓｏとして停止信号を出力する。これにより、駆動回路５は三相ブリッジ回路４に対してオフ信号を出力し、モータ６への通電をオフしている。更にステップＭ３で後述する割込み処理ルーチンの禁止を実行する。
【００３１】
ステップＭ１において、始動条件がスタートの場合は、ステップＭ４においてセンサ信号Ｈｓが入力され、ステップＭ５において後述する図７に示すＲＯＭ８ａ（パラメータ記憶手段）に格納されているデータに基づき、電気角Ｐｘが決定される。この決定は、位置センサ７の配置に係わって行われ、図３（ａ），（ｂ）において、その位置センサ７の配置を定義している。これは、モータ６の各相の巻線６ｕ、６ｖ、６ｗと永久磁石の関係を誘起電圧として図３（ａ）に示し、これに対応する位置センサ信号Ｈｓのタイミングを図３（ｂ）に示した。図７は、センサ信号Ｈｓと電気角Ｐｘとからなるデータテーブルで、これを使って電気角Ｐｘを設定する。夫々の電気角Ｐｘはセンサ信号Ｈｓにより得られるロータ位置範囲の中間点を示すものである。そして、ステップＭ６において、電圧位相Ｐｎを次式（１）に示すように、電気角Ｐｘから９０度減算して決定する。
【００３２】
Ｐｎ＝Ｐｘ−９０ ――― （１）
そして、ステップＭ７において、外部から入力される電圧指令値Ｄａに基づいて、各ステップＭ８、Ｍ９、Ｍ１０で各相の通電信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗの演算及び出力を行う。ステップＭ８はＵ相の通電信号Ｄｕを形成するステップであり、ステップＭ８ａでＲＯＭ８ａ（電圧率記憶手段）に格納されたデータテーブルを基にステップＭ６で決定した電圧位相Ｐｎに基づいて電圧率データＤｂの読み出しを行う。次に、ステップＭ８ｂで次式（２）に従って通電信号Ｄｕの演算を行う。
【００３３】
Ｄｕ＝Ｄｂ×（Ｄａ／２５５）＋１２８ ――― （２）
ここで、電圧率データＤｂの値域は８ビットデータの２の補数表現で取り得る“−１２７〜１２７”であり、“０〜２５５”にシフトさせるため“１２８”をオフセット値として設定している。電圧指令Ｄａの値域も“０〜２５５”で、電圧率データＤｂに乗算することにより、電圧指令に応じた正弦波の振幅を得ることができる。そして、ステップＭ８ｃにおいてＰＷＭ回路９に対して通電信号Ｄｕを出力する。
【００３４】
次のステップＭ９及びステップＭ１０においては、上述したステップＭ８におけるＵ相の通電信号Ｄｕの演算及び出力と同様に、Ｖ相とＷ相の通電信号Ｄｖ、Ｄｗの演算と出力が行われるが、この際、電圧位相Ｐｎは、ステップＭ９では式（３）、ステップＭ１０では式（４）に従って決定される。
【００３５】
Ｐｎ＝（Ｐｘ−９０）−１２０ ――― （３）
Ｐｎ＝（Ｐｘ−９０）−２４０ ――― （４）
ステップＭ１１において出力信号Ｓｏを出力することにより、ＰＷＭ回路９によりパルス幅変調された各相の通電信号Ｄｕｐ乃至Ｄｗｎが三相ブリッジ回路４に出力され、駆動手段３からモータ６の各相巻線６ｕ、６ｖ、６ｗに電流が印加される。すると、モータ６のロータは移動して、ステップＭ５における電圧位相Ｐｎの決定の際に設定した電気角Ｐｘの付近に停止する。
【００３６】
ステップＭ１２は、上記のロータ位置の移動に必要な時間から決められている所定時間の経過を判断するステップであり、所定時間が経過するまで繰り返す。そして、所定時間が経過すると、ステップＭ１３において時間カウンタＴｃを読込んでデータＴｘとして記憶した後、ステップＭ１４で始動フラグをセットする。更に、ステップＭ１５において図５と図６に示す割込み処理ルーチンの実行を許可してステップＭ１に戻る。
【００３７】
次に、図５に示す割込み処理ルーチン（Ｓａ）のフローチャートにつき説明する。これは、例えば１００μｓごとに実行される時間割込み処理ルーチンである。ステップＡ１において外部から入力される電圧位相指令Ｐｒを読込んだ後、ステップＡ２で始動フラグの判定を行う。ここで、始動フラグは上述したステップＭ１４においてセットされているから、イエスと判断しステップＡ５で電圧位相Ｐｎの決定を行う。ステップＡ５では、上述したステップＭ５で決定した電気角Ｐｘに基づいて次式（５）のように、電圧位相Ｐｎを決定する。
【００３８】
Ｐｎ＝Ｐｘ＋Ｐｒ＋Ｋｍ ――― （５）
ここで、Ｋは予め設定されているデータで例えば電気角１度である。ｍは初期値１でこの処理を実行する度に１ずつ増加するデータである。
【００３９】
ステップＡ６乃至Ａ９の処理は、上述したステップＭ７乃至Ｍ１０と同じであり、各相の通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを電圧位相指令Ｐｒに従って演算し出力する。
【００４０】
以上の割込み処理ルーチン（Ｓａ）を繰返し実行することにより、ステップＡ５において決定する電圧位相Ｐｎが徐々に増加することでモータ６を始動させる。そして、モータ６が回転することで、センサ信号Ｈｓが変化点に至る。
【００４１】
次に、図６に示す割込み処理ルーチン（Ｓｂ）のフローチャートにつき説明する。これは、電気角１８０度ごとのセンサ信号の変化により実行される割込み処理ルーチンである。まず、ステップＢ１において時間カウンタの読込みデータＴｃが読み込まれる。始動フラグがクリアされている場合は、ステップＢ２で前回の時間カウンタの読込み処理で得たデータＴｘと今回の処理で得たデータＴｃの差を演算子データＴｓとして演算して記憶（式（６ａ）参照）し、更に今回の読込みデータＴｃをデータＴｘとして記憶（式（６ｃ）参照）する。始動フラグがセットされている場合には、演算子データＴｓとして、データＴｘと今回の読込みデータＴｃとの差の２倍（式（６ｂ）参照）を求め、今回の読込みデータＴｃをデータＴｓとして記憶する（式（６ｃ）参照）。
【００４２】
Ｔｓ＝Ｔｃ−Ｔｘ 始動フラグクリアの場合 ――― （６ａ）
Ｔｓ＝２（Ｔｃ−Ｔｘ） 始動フラグセットの場合 ――― （６ｂ）
Ｔｘ＝Ｔｃ ――― （６ｃ）
これらステップＢ１とステップＢ２の処理により、センサ信号Ｈｓの変化周期、つまりロータが電気角１８０度分回転する時間Ｔｓが測定されるが、始動時はセンサ信号Ｈｓの中間位置から回転を開始しているために電気角９０度の回転となっているので、２倍することで電気角１８０度分回転する時間Ｔｓとしている。
【００４３】
ステップＢ３で始動フラグをクリアした後、ステップＢ４で位置センサ信号Ｈｓを入力し、ステップＢ５において図８に示す位置センサ信号Ｈｓと電気角Ｐｘに基づくデータテーブルに基づいて電気角Ｐｘを得る。図８のデータは、センサ信号Ｈｓの変化点とロータ位置電気角Ｐｘの関係を示している。
【００４４】
位置センサ信号Ｈｓが変化した後もモータ６は回転を継続するが、始動フラグがクリアされたことにより割込み処理ルーチン（Ｓａ）が次のように換わる。まず、ステップＡ２の始動フラグの判定がノーとなり、ステップＡ３とステップＡ４の処理が実行される。ステップＡ３では時間カウンタの今回の読込みデータＴｃが読み込まれ、ステップＡ４で次式（７）に示す演算により電圧位相Ｐｎを決定する。ステップＡ６以降ステップＡ９までの処理は上述した処理と同様であるので省略する。
【００４５】
Ｐｎ＝Ｐｘ＋Ｐｒ＋１８０×（Ｔｃ−Ｔｘ）／Ｔｓ ――― （７）
以上の構成とマイコンの動作により、モータ６は回転を継続する。そして、図３（ｃ）で示すように１００μｓごとに電圧位相Ｐｎが演算され、図３（ｄ）に示すように通電信号の波形はロータ位置と電圧指令、位相指令に対応した正弦波となり、さらに図３（ｅ）に示すような正弦波の巻線電流が発生する。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態として、位置センサ１個（ｎ＝１）の場合について図１０〜図１３を参照して説明する。第１の実施の形態と同じ構成については同一符号を付すことにより説明を省略する。図１０は本実施の形態を示す電気的構成図であり、第１の実施の形態（図１参照）との違いは、マイコン８にその動作周期が設定可能なタイマー８ｂが加えられている点である。
【００４７】
以下、作用について、図１１〜１３のフローチャートを参照して説明する。図１１は、マイコン８のメインフローチャートを示しており、第１の実施の形態と同様に、ステップＭ１〜Ｍ１２の処理で位置センサ信号Ｈｓに基づいてロータの位置決めを行った後、ステップＭ１３、Ｍ１４の処理を実行するが、本実施の形態では、ステップＭ１５の割込み処理の許可を実行する前に、タイマー８ｄの周期データＴｄとして所定値を設定するステップＭ１６を有している。第１の実施の形態の割込み処理ルーチン（Ｓａ）に相当する図１２に示す割込み処理ルーチン（Ｓｃ）は、タイマー８ｄによりその設定された周期データＴｄを基に発生する割り込み処理で、ステップＭ１６とステップＭ１５の処理により実行が始まり、ステップＭ５で決定された電気角Ｐｘを初期値として、ステップＣ１で電気角Ｐｘをカウントアップする（式（８）参照）。
【００４８】
Ｐｎ＝Ｐｘ＋Ｎ ――― （８）
ここでＮは例えば１（電気角１度）であり、計算結果が３５９を越えた場合には３６０を減じて０〜３５９の範囲に調整される。
【００４９】
ステップＣ２で電圧位相指令Ｐｒを読込んだ後、ステップＣ３において次式（９）を基に電圧位相Ｐｎを決定する。
Ｐｎ＝Ｐｒ＋Ｐｘ ――― （９）
ここでも、上記ステップＣ１と同様に、“３５９”を越えた場合は“３６０”を減じて“０〜３５９”の範囲に調整している。以下のステップＣ４からステップＣ７の処理は、第１の実施の形態におけるステップＭ７乃至Ｍ１０の処理と同じであり説明を省略する。
【００５０】
図１３の割込み処理ルーチン（Ｓｄ）は、第１の実施の形態における割込み処理ルーチン（Ｓｂ）と同様に、電気角１８０度ごとの位置センサ信号Ｈｓの変化により発生し、処理内容の違いとしてはステップＤ６のタイマー周期Ｔｄの演算設定の処理が追加されている点である。ステップＤ６は、ステップＤ２において得た位置センサ信号変化周期データに基づいて、タイマー８ｄの周期データＴｄを演算・設定するステップである（式（１０）参照）。
【００５１】
Ｔｄ＝Ｔｓ／（１８０／Ｎ） ――― （１０）
以上のマイコンの動作により、ロータ電気角を示す電気角カウンタ（電気角Ｐｘ）は、電気角１８０度ごとに変化する位置センサ信号Ｈｓに同期して１８０度より小さいＮ度単位で変化し、これと電圧位相指令Ｐｒによって電圧の位相を決定する。更に、電圧指令と記憶している波形データから通電信号を形成することにより、正弦波の通電が可能となる。
【００５２】
次に、ブラシレスＤＣファンで、エアコンの室外ファンや換気扇など、外力により回転させられる用途に用いられる場合について図１５、図１６のフローチャートを用いて説明する。図１５は、回転状態判定処理ルーチンを示すフローチャートであり、ステップＥ１で回転数の検出が行われるが、これは例えば１秒当りの位置センサ信号Ｈｓの変化回数を検知する。ステップＥ２においては、検知された回転数を基に、所定回転数未満の場合は“停止”と判定し、所定回転数以上の場合は“回転中”と判定する。“回転中”と判定した場合は、ステップＥ３乃至Ｅ１７のステップを実行して回転方向の判定を行う。
【００５３】
ステップＥ３においては、位置センサ信号Ｈｓを監視してローからハイに変化するのを待つ。位置センサ信号Ｈｓがハイとなると、ステップＥ４で時間カウンタのデータＴｃを読込むと共に記憶し、ステップＥ５においてテスト指令としての信号Ｓｏが出力される。テスト信号Ｓｏは、Ｕ相正側のトランジスタＴｒ１とＶ相負側のトランジスタＴｒ５をオンさせる信号で、モータ６の巻線６ｕから６ｖに電流が流れる。この電流は増加を続け、所定値に到達した時に巻線電流検出手段１０の出力である電流信号Ｓｉをハイとする。これをステップＥ６で確認した後、ステップＥ７で停止指令としての信号Ｓｏを出力して電流を遮断し、ステップＥ８で再度時間カウンタのデータＴｃを読込み、前回読込んだデータとの差から通電時間ＴＨを求めるステップＥ９を実行する。位置センサ信号Ｈｓがローとなった場合もこれと同様にステップＥ１０乃至Ｅ１６を実行して、通電時間ＴＬを求める。
【００５４】
図３（ａ），（ｂ）で示した誘起電圧と位置センサ信号Ｈｓとの関係から、正転の場合と逆転の場合で次のような違いがある。正転の場合、Ｖ相を基準としたＵ相の誘起電圧（以下、ＵＶ間誘起電圧）は、位置センサ信号Ｈｓがハイの時に正、位置センサ信号Ｈｓがローの時に負として発生しており、逆転の場合は、位置センサ信号Ｈｓがハイの時に負、ローの時に正として発生する。
【００５５】
今、正転とすると、ステップＥ３乃至Ｅ９の位置センサ信号Ｈｓがハイの時の通電では、誘起電圧が正で増加するタイミングのために電流の増加は遅く、所定電流値に到達するまでの時間つまり通電時間ＴＨは長くなる。一方、ステップＥ１０乃至Ｅ１６の位置センサ信号Ｈｓがローの時の通電では、誘起電圧が負で減少するタイミングであるので電流の増加は早く、所定電流値に到達するまでの時間つまり通電時間ＴＬは短くなる。よって、正転の場合は通電時間ＴＨ＞通電時間ＴＬとなり、逆転の場合は、通電時間ＴＨ＜通電時間ＴＬとなる。
【００５６】
以上の関係から、ステップＥ１７においては通電時間ＴＨ及びＴＬの比較により、回転方向の判定を行うことができる。図１６は、ブラシレスＤＣファンの場合の、マイコン８のフローチャートを示しており、図４に示すメインルーチンのステップＭ３とステップＭ４との間に別のステップを有するフローチャートとなっている。ステップＭ１の始動条件がスタートの場合には、ステップＭ０の回転状態判定ステップが実行され、“停止”の場合はステップＭ４の処理に移行し、位置決め処理を実行する。
【００５７】
“逆転”の場合は、ステップＧ１でブレーキ指令としての信号Ｓｏが出力され、三相ブリッジ回路４の負側トランジスタＴｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６が全てオンとなり、モータ巻線６ｕ、６ｖ、６ｗ、が短絡されてブレーキトルクが発生する。ステップＧ２では、ステップＥ１と同様に回転数の検出を行い、ステップＧ３の停止が確認されるまで継続され、停止確認後にステップＭ４の処理に移行する。
【００５８】
“正転”の場合は、位置決め処理を省略し、ステップＦ１で割込み処理ルーチン（Ｓｂ）の実行が許可されて、図６で示した位置センサ信号Ｈｓ変化時の処理が実行される。割込み処理ルーチン（Ｓｂ）が２回行われることにより電気角Ｐｘ及び位置センサ周期データが求められ、モータ６の回転に必要な情報が定まるから、ステップＦ２で２回の実行を確認後、ステップＦ３の割込み処理ルーチン（Ｓａ）の実行の許可と、ステップＦ４の信号Ｓｏの出力が実行される。以って、モータ６はインバータ駆動による回転を始める。
【００５９】
以下、本発明の第３の実施の形態として、位置センサ２個（ｎ＝２）の場合について図１７をも参照しながら説明する。本実施の形態を示す電気的構成である図１７において、第１の実施の形態と異なる点は位置センサ１７を２個設けた点と、モータ電流検出手段を設けていない点であり、他の同一の部分については同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００６０】
ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータ）６には、２個の位置センサ１７ａ、１７ｂが電気角で９０度の位相差で配置されており、夫々の出力端子はマイコン８の入力端子Ｉ１ａ、Ｉ１ｂに接続され、信号Ｈａ、Ｈｂをそれぞれ供給する構成となっている。
【００６１】
次に、本実施の形態の作用について、第１の実施の形態で用いた図面を参照しながら説明する。マイコン８のメインフローチャートを示す図４において、外部からの信号などにより与えられる始動条件を判断（ステップＭ１）し、ストップの場合は、停止指令としての信号Ｓｏを出力（ステップＭ２）する。これにより、駆動回路５は三相ブリッジ回路４に対してオフ信号を発生し、モータ６への通電をオフすると共に割込み処理ルーチンの実行を禁止（ステップＭ３）する。
【００６２】
ステップＭ１でスタートの場合は、２個の位置センサ１７ａ、１７ｂからの位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂが入力され（ステップＭ４）、ＲＯＭ８ａ（パラメータ記憶手段）に格納されているデータテーブル（図１９参照）から電気角Ｐｘを決定する（ステップＭ５）。この決定は、位置センサ１７ａ、１７ｂの配置に係わって行われ、図１８（ａ）、（ｂ）において、その位置センサ１７ａ、１７ｂの配置を定義している。モータ６の各相のコイルと永久磁石の関係を誘起電圧として図１８（ａ）に示し、これに対応する位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂのタイミングを図１８（ｂ）に示した。
【００６３】
夫々の電気角Ｐｘはセンサ信号Ｈａ、Ｈｂにより限定されるロータ位置範囲の中間点を示すものである。そして、ステップＭ６において、電気角Ｐｘから９０度減算した値を電圧位相Ｐｎとして決定する（式（１）参照）。
【００６４】
電圧位相Ｐｎが決定された後、電圧指令値Ｄａを入力（ステップＭ７）し、各相の通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗの演算と出力を行う（ステップＭ８、Ｍ９、Ｍ１０）。ステップＭ８はＵ相の通電信号Ｄｕを形成するステップであり、ステップＭ８ａではＲＯＭ８ａ（電圧率記憶手段）から電圧位相Ｐｎに基づいて電圧率データＤｂの読み出しを行い、ステップＭ８ｂにおいて式（２）に基づいて通電信号Ｄｕの演算を行う。
【００６５】
ここでも、電圧率データＤｂの値域は８ビットデータの２の補数表現で取り得る“−１２７〜１２７”であり、“０〜２５５”にシフトさせるため“１２８”をオフセット値として設定している。電圧指令Ｄａの値域も“０〜２５５”で、電圧率データＤｂに乗算することにより、電圧指令に応じた正弦波の振幅を得ることができる。そして、ステップＭ８ｃでＰＷＭ回路９に対して通電信号Ｄｕを出力する。
【００６６】
ステップＭ９及びステップＭ１０においては、それぞれＶ相の通電信号Ｄｖ、Ｗ相の通電信号Ｄｗの演算と出力が行われるが、この際、電圧位相Ｐｎの決定は、Ｖ相では式（３）、Ｗ相では式（４）に従い行われる。
【００６７】
ステップＭ１１において信号Ｓｏを出力することにより、ＰＷＭ回路９によりパルス幅変調された各相の通電信号Ｄｕｐ乃至Ｄｗｎが三相ブリッジ回路４に出力され、駆動手段３からモータ６の各相巻線６ｕ、６ｖ、６ｗに通電され、モータ６のロータは移動して、電気角Ｐｘの付近に停止する。例えば、最初に電気角８０度の位置に停止していたとすると、電気角４５度付近に移動することになる。この間、センサ信号はＨａ＝Ｈ、Ｈｂ＝Ｌのままである。
【００６８】
ステップＭ１２においては、上記のロータ位置の移動に必要な時間から決められている所定時間の経過を判断し、ステップＭ１３においては、時間カウンタのデータＴｃを読込みデータＴｘとして記憶した後、ステップＭ１４で始動フラグをセットする。そして、ステップＭ１５において図５と図６に示す割込み処理ルーチンの実行を許可して、ステップＭ１に戻る。
【００６９】
図５で示す割込み処理ルーチン（Ｓａ）での処理は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。ただ、モータ６が回転を始める際、ロータが電気角４５度の位置に移動していたとすると、ロータ位置はＨａ＝Ｈ、Ｈｂ＝ＬからＨａ＝Ｈ、Ｈｂ＝Ｈに変化することになる。
【００７０】
次に、図６で示すフローチャートを用いて、電気角９０度ごとの位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂの変化により実行される割込み処理ルーチン（Ｓｂ）について説明する。まず、ステップＢ１において時間カウンタの読込みデータＴｃが読込まれ、ステップＢ２において前回の時間カウンタの読込み処理で得たデータＴｘと今回の処理で得たデータＴｃの差を演算子データＴｓとして記憶し（始動フラグクリアの場合は差をそのまま、始動フラグセットの場合は差の２倍）、今回の時間カウンタのデータＴｃをデータＴｘとして記憶する（式６ａ、６ｂ、６ｃ参照）。
【００７１】
ステップＢ１とステップＢ２により電気角９０度分回転する時間Ｔｓが測定されるが、始動時は位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂの中間位置から回転を開始しているために電気角４５度の回転となっているので、２倍することで電気角９０度分回転する時間Ｔｓとしている。そして、始動フラグをクリア（ステップＢ３）した後、位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂを入力（ステップＢ４）し、図２０に示すＬテーブルに基づいて電気角Ｐｘを得る（ステップＢ５）。図２０のデータは、センサ信号Ｈａ、Ｈｂの変化点とロータ位置電気角Ｐｘの関係を示している。
【００７２】
位置センサ信号Ｈａ、ＨｂがＨａ＝Ｈ、Ｈｂ＝Ｈに変化した後も、更にモータ６は回転を継続するが、始動フラグがクリアされたことにより割込み処理ルーチン（Ｓａ）が次のように換わる。ステップＡ２において始動フラグの判定がノーとなり、ステップＡ３で時間カウンタのデータＴｃが読み込まれ、ステップＡ４で式（７）に基づき電圧位相Ｐｎを決定する。ステップＡ６乃至Ａ９の処理は同様である。
【００７３】
以上の構成とマイコンの動作により、モータ６は回転を継続する。そして、図１８（ｃ）で示すように１００μｓごとに電圧位相Ｐｎが演算され、図１８（ｄ）に示すように通電信号の波形はロータ位置と電圧指令、電圧位相指令に対応した正弦波となり、図１８（ｅ）に示すような正弦波の巻線電流が発生する。
【００７４】
次に、本発明の第４の実施の形態として、位置センサ２個（ｎ＝２）の場合に図２１をも参照しながら説明する。第３の実施の形態と同じ部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。図２１本実施の形態を示す電気的構成図であり、第３の実施の形態との違いは、マイコン８にその動作周期が設定可能なタイマー８ｂが加えられている点である。
【００７５】
以下、作用について、第２の実施の形態で用いた図１１乃至図１３のフローチャートを参照して説明する。図１１において、第３の実施の形態と同様に、ステップＭ１乃至Ｍ１２の処理で位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂに基づいてロータの位置決めを行った後、ステップＭ１３、Ｍ１４の処理を実行するが、ステップＭ１５の割込み処理の許可を実行する前にタイマー８ｄの周期データＴｄとして所定値を設定している（ステップＭ１６）。図１２に示す割込み処理ルーチン（Ｓｃ）は、タイマー８ｄによりその設定された周期データＴｄを基に発生する割り込み処理で、ステップＭ１６とステップＭ１５の処理により実行が始まる。そして、電気角Ｐｘを初期値として、ステップＣ１で電気角Ｐｘをカウントアップする（式（８）参照）。ここでＮは例えば１つまり電気角１度であり、また、計算結果が“３５９”を越えた場合には“３６０”を減じて“０〜３５９”の範囲に調整される。
【００７６】
ステップＣ２で電圧位相指令Ｐｒを読込んだ後、ステップＣ３で電圧位相Ｐｎが決定される（式（９）参照）、ここでも同様に、“０〜３５９”の範囲に調整される。以下のステップＣ４からステップＣ７の処理は、第３の実施の形態と同じであり説明を省略する。
【００７７】
図１３の割込み処理ルーチン（Ｓｄ）は、電気角９０度ごとの位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂの変化により発生し、タイマー周期の演算と設定処理が追加されている点で、割込み処理ルーチン（Ｓｂ）と異なる。ステップＤ６では、位置センサ信号変化周期データに基づいてタイマー８ｄの周期データＴｄを演算・設定する（式（１０）参照）。
【００７８】
以上のマイコンの動作により、ロータ電気角を示す電気角カウンタ（電気角Ｐｘ）は、電気角９０度ごとに変化する位置センサ信号Ｈａ、Ｈｂに同期して、９０度より小さいＮ度単位で変化し、これと電圧位相指令Ｐｒによって電圧の位相を決定する。更に、電圧指令と記憶している波形データから通電信号を形成することにより、正弦波の通電が可能となる。
【００７９】
本発明は、上記した実施例に限定されるものでなく、以下のような変形又は拡張が可能である。電圧指令Ｄａ及び電圧位相指令Ｐｒを外部から与えられるとしたが、マイコン内部で、例えば、時間により変化させたり、回転数検出を行いこれにより決定するなどしてもよい。
【００８０】
位置センサ信号により初期位置を決定して通電によりロータ位置を移動させているが、モータの極数が多い場合などは、初期位置のみ決定し通電によるロータ位置の移動を省略してもよい。
【００８１】
ロータ位置センサはホールＩＣとしたが、光素子などのセンサを使用してもよい。また、ｎ＝２の場合には、加速中にも正弦波を継続可能であり、正反転の急加速を繰り返す洗濯機にも適用することができ、特に駆動源と被駆動体との間の機械的伝達機構を使用しないダイレクトドライブ方式の洗濯機に使用すると、低振動化、低騒音化を実現することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、１個或は２個のデジタル信号を出力する位置センサで三相のブラシレスＤＣモータを駆動でき、センサ及びその配線に係るコストの低減が可能であり、さらに通電波形形成に至るまでデジタル手段を使用しているから、アナログ手段を含むものと比較して、温度など環境要因に影響されず、同時に、集積化が容易である。また、１個或は２個のデジタルの位置センサ信号から三相の正弦波通電信号を形成できるから、ブラシレスＤＣモータを低振動・低騒音で駆動できる。
【００８３】
始動時、位置決めの通電によりロータ位置の初期化を実施しているため、始動を含めて正弦波駆動が可能で、矩形波駆動による始動と比較して、低振動・低騒音で駆動できる。
【００８４】
始動時のロータ位置の初期化は位置センサ信号に基づいて行っているから、位置決めによるロータの移動は最小限となり、始動時間の増加を防止している。
【００８５】
位置センサの電源線と信号線とを共用しているから、配線が２本のみとなり、コスト低減が実現される。始動前の回転方向の判定ができるから、外力により回転させられる用途のエアコンの室外ファンや換気扇などブラシレスＤＣファンや、洗濯機駆動源でも使用できる。マイコンを使用し、ソフトウエアを中心に構成しているから、インバータの小形化・低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図２】正弦波一周期の電圧率データを示す図。
【図３】モータを誘起電圧に基づく駆動信号によって駆動する場合のタイミングチャート。
【図４】マイクロコンピュータのメインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図５】割込み処理ルーチンＳａの制御内容を示すフローチャート。
【図６】割込み処理ルーチンＳｂの制御内容を示すフローチャート。
【図７】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図８】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図９】従来技術の要部の電気的構成を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図１１】マイクロコンピュータのメインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図１２】割込み処理ルーチンＳｃの制御内容を示すフローチャート。
【図１３】割込み処理ルーチンＳｄの制御内容を示すフローチャート。
【図１４】位置センサの電気的構成図。
【図１５】回転状態判定処理内容を示すフローチャート。
【図１６】メインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図１８】モータを誘起電圧に基づく駆動信号によって駆動する場合のタイミングチャート。
【図１９】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図２０】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図２１】本発明の第４の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【符号の説明】
２は直流電源回路、３は駆動手段、４は三相ブリッジ回路、５は駆動回路、６はモータ、７は位置センサ、８はマイコン、９はＰＷＭ回路、１０は電流検出回路、１１は電源電流検出回路、１２はセンサ電源供給手段を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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