(57)【要約】【課題】ブラスレスＤＣモータにおいてノイズの欠点を克服するのに役立つ電子的に制御されるモータシステムを提供する。【解決手段】白物機器のポンプ及び他の機器に使用するのに適した低ノイズ電子的三相ブリッジ(22)制御のブラシレスＤＣモータ(21)。逆ＥＭＦゼロ交差感知(24)を使用して、ローターの位置、ひいては、ステータ巻線の転換時間を決定する。モータトルク及び速度は、各新たな転換時にオフ状態からオン状態へ丁度スイッチされたブリッジスイッチング装置の動作をパルス巾変調(32)することにより制御される。３つ全部のステータ巻線(A,B,C)が各巻線の転換において電流を通流して、モータ電流波形を改善し、ひいては、モータノイズを減少するが、１つの巻線における電流は、常に、転換周期が終わる前に終了され、その巻線(A)の逆ＥＭＦをゼロ交差に対して感知できるようにする。【選択図】図３
2006254693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁束を発生するための三相ステータ巻線(A,B,C)と、相当たり一対の直列接続されたスイッチング装置(1-6)を含む三相ブリッジインバーター(22)とを有する永久磁石ローターブラシレスＤＣモータ(21)への電流を電子的に転換する(22)方法であって、前記モータ電流のパルス巾変調(32)によりモータトルクが制御されるようにし、
３つの前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換するように前記スイッチング装置を制御して、前記ステータ巻線により発生される磁束が、転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するようにするステップを備えた方法において、更に、
各新たな転換時にオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置の動作をパルス巾変調することによりモータトルク及び速度を制御するステップと、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つに電圧を印加するステップと、
前記アクティブな周期が経過した後、前記巻線の前記１つにおいて、前記永久磁石ローターの回転により誘起される周期的な逆ＥＭＦを感知するステップと、
前記逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することにより、前記感知された逆ＥＭＦ信号をデジタル化するステップ(24)と、
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理遷移により実質的に定められるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させるステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
各新たな転換時に３つの巻線の前記１つに電圧が印加されるときの前記アクティブな周期はモータ速度の関数である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各新たな転換時に３つの巻線の前記１つに電圧が印加されるときの前記アクティブな周期は固定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
３つの巻線の前記１つに電圧が印加されるときの前記アクティブな周期が経過してから、その後の逆ＥＭＦのゼロ交差までの時間を検出し、この時間が所定値より短い場合に、前記パルス巾変調のデューティサイクルを減少する、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記パルス巾変調のデューティサイクルを相ごとに独立して制御し、且つ前記３つの相の非対称的なアクチベーションを補償するようにモータ速度と共に変化させて、正弦波を良好に近似する巻線電流を発生する、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
回転磁束を発生するように選択的に転換される三相巻線(A,B,C)を有するステータと、
前記回転磁束により回転されるローターと、
相ごとに一対の直列接続されたスイッチング装置(1-6)を含み、これらのスイッチング装置の接合部が各ステータ巻線に接続されるような三相ブリッジインバーター(22)と、
前記巻線の１または２以上に結合され、これら１または２以上の巻線に誘起された逆ＥＭＦを、その逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することによりデジタル化するためのデジタル化手段(24)と、
記憶されたプログラムの制御のもとで動作するマイクロコンピュータ(25)であって、このマイクロコンピュータは、前記デジタル化された逆ＥＭＦ信号を受け取り(27)、前記スイッチング装置(1-6)のためのスイッチング信号(a−, b+, b−, c+, c−)を出力し(26)、更に、このマイクロコンピュータは、３つ全部の前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換させるスイッチング信号を発生して、前記ステータ巻線により発生される磁束が転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するように実行させるためのスイッチング装置状態パターンのシーケンスを記憶するようなマイクロコンピュータと、を備えた電子的に転換されるブラシレスＤＣモータにおいて、  前記記憶されたプログラムは、
各新たな転換時に前記シーケンスの次のスイッチングパターンが実行されるときにオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置(1-6)のスイッチング信号をパルス巾変調する(32)ことによりモータトルク及び速度を制御し、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つのみに印加される電圧の時間巾を制御し(50)、
前記アクティブな周期が経過した後に前記デジタル化手段(24)をアクチベートし、
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理遷移により実質的に定義されるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させる、ためのルーチンを含む、
ことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項７】
前記マイクロコンピュータは、
前記逆ＥＭＦデジタル化装置(24)から入力を受け取り、そしてモータ速度を表わす値を出力する速度感知ルーチン(34)と、
前記速度値を受け取り、そして各新たな転換時に３つの巻線の前記１つに電圧が印加されるときに前記アクティブな周期の時間巾をモータ速度の関数として制御するルーチン(49)と、を備えている、
請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記マイクロコンピュータは、各新たな転換時に３つの巻線の前記１つに電圧が印加されるときに前記アクティブな周期の時間巾を表わす所定値を記憶すると共に、前記速度値を受け取り、そして前記記憶された所定値に基づいて前記アクティブな周期の時間巾を制御するルーチン(49)を含む、
請求項６に記載のモータ。
【請求項９】
前記マイクロコンピュータは、印加電圧の時間が経過するときと、その後のゼロ交差との間の時間の所定の安全値を記憶すると共に、次の逆ＥＭＦゼロ交差より短い時間転換された巻線から印加電圧を除去するときとの間の時間を測定し、この時間が前記安全値より短い場合に、前記パルス巾変調ルーチンに信号を出力して、該ルーチンが前記パルス巾変調のデューティサイクルを減少させるためのルーチンを備えている、
請求項６ないし８のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１０】
前記マイクロコンピュータは、サイクル内の異なる時間における相のパルス巾変調のデューティサイクルを決定する異なるモータ速度に対して相ごとのデューティサイクル値のセットを記憶し、そして前記パルス巾変調ルーチンは、前記速度感知ルーチンから速度値を受け取って、前記記憶されたデューティサイクル値及び前記速度値に基づいて各スイッチング装置の信号をパルス巾変調して、正弦波を良好に近似する巻線電流を発生する、
請求項７または８に記載のモータ。
【請求項１１】
液体入口及び液体出口を有するハウジングと、
前記ハウジングに配置された羽根と、
前記羽根を回転する請求項６ないし10のいずれか１項に記載の電子的に転換されるモータと、を備えている、
洗浄機器用ポンプ。
【請求項１２】
相ごとに一対の直列接続されたスイッチング装置(1-6)を含み、これらスイッチング装置の接合部がモータの各ステータ巻線に接続されるような三相ブリッジインバーター(22)と、
前記巻線の１または２以上に結合され、これら１または２以上の巻線に誘起された逆ＥＭＦを、その逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することによりデジタル化するためのデジタル化手段(24)と、
記憶されたプログラムの制御のもとで動作するマイクロコンピュータ(25)であって、このマイクロコンピュータは、前記デジタル化された逆ＥＭＦ信号を受け取り(27)、そして前記スイッチング装置(1-6)のためのスイッチング信号(a+, a−, b+, b−, c+, c−)を出力し(26)、更に、このマイクロコンピュータは、３つ全部の前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換させるスイッチング信号を発生して、前記ステータ巻線により発生される磁束が転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するように実行させるためのスイッチング装置状態パターンのシーケンスを記憶するようなマイクロコンピュータと、を備えた三巻線ブラシレスＤＣモータ駆動装置において、
前記記憶されたプログラムは、
各新たな転換時に前記シーケンスの次のスイッチングパターンが実行されるときにオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置(1-6)のスイッチング信号をパルス巾変調する(32)ことによりモータトルク及び速度を制御し、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つのみに印加される電圧の時間巾を制御し(50)、
前記アクティブな周期が経過した後に前記デジタル化手段(24)をアクチベートし、
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理的遷移により実質的に定められるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させる、ためのルーチンを含む、
ことを特徴とする三巻線ブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子的に制御されるブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータ（永久磁石ローターを有する）に係り、より詳細には、家庭用機器や健康管理器具のような分数馬力用途のための三巻線モータに係るが、これに限定されない。洗濯機では、このような電子的に制御されるモータを使用して、攪拌器又はドラム及び／又は洗浄ボウルドレン及び循環ポンプの洗浄及びスピン運動を付勢することができる。
【背景技術】
【０００２】
電子的に転換されるブラシレスＤＣモータを制御する方法が、（サンヨー電気株式会社に譲渡されたトキザキ氏等の）米国特許第４，４９５，４５０号に開示されており、そして家庭用機器及び特に洗濯洗浄機に使用するためのものが、（ジェネラル・エレクトリック・カンパニーに譲渡されたボイド氏等の）米国特許第４，５４０，９２１号、及び（フィッシャー＆ペイケル・リミテッドに譲渡されたダンカン氏等の）米国特許第４，８５７，８１４号に開示されている。本発明の背景として、これら特許に説明された基本的な電子的制御モータ（ＥＣＭ）の概念の幾つかを、図１及び２を参照して以下に要約する。
【０００３】
三相（三ステータ巻線）ＤＣモータ、及び三相ブリッジ制流器又はインバータが図１に概略的に示され、ＩＧＢＴ電力ＦＥＴであるブリッジ転換スイッチが、電圧＋ＶをもつＤＣ電源にまたがって接続されている。相Ａについては上部スイッチ１を、そして相Ｂについては下部スイッチ２をオンすることにより、相巻線Ａ及びＢに直流が流れるためにステータに静磁界が生成される。その後、相Ｂについては下部スイッチ２をオフし、そして相Ｃについては下部スイッチ３をオンすることにより、この磁界が時計方向に移動することになる。次いで、相Ａについては上部スイッチ１をオフし、そして相Ｂについては上部スイッチ４をオンすることで、磁界が時計方向に移動を続けるようにされる。転換スイッチのこの「回転」を繰り返すことにより、ステータの磁界が、各々の新たなスイッチ対のスイッチングと同じ速度で回転する傾向となる。又、転換スイッチアクチベーションの他のパターンも、時計方向の回転を導くことができるが、上述したものが最大のモータトルクを発生する。
【０００４】
ここに示す例では、一度に２つの巻線しか付勢されない（二相点火(two phase firing)）ことに注意されたい。二相点火時計方向回転のための６つのスイッチ状態の全パターンが図２に示されている。これは、次のように解釈することができる。モータに最大トルクを得るためには、接続は、Ａ＋及びＣ−が６０°の角度まで、次いで、Ｂ＋及びＣ−が１２０°の角度まで、次いで、Ｂ＋及びＡ−が１８０°の角度まで、次いで、Ｃ＋及びＡ−が２４０°の角度まで、次いで、Ｃ＋及びＢ−が３００°の角度まで、次いで、Ａ＋及びＢ−が３６０°の角度までとなり、そしてシーケンスは、Ａ＋及びＣ−で再開する。従って、６つの異なるスイッチパターンのシーケンスがあり、その各々が６０°の回転角度まで進み、全部で３６０°の回転となる。
【０００５】
モータの反時計方向の回転は、転換スイッチのスイッチングパターンシーケンスを逆転することにより達成される。
【０００６】
前記例で述べたように、ステータに回転磁界を生成するために、一度に２つの相に電流を意図的に通流するだけでよい。一度に全部の相に電流を通流させる「三相点火」も考えられ、これは、より大きなトルクを与えるが、二相点火は、１８０°ごとに６０°の間、いつでも１つの巻線が、意図的にモータ駆動電流を通流しないという利点がある。ここに引用する特許では、１８０°ごとに６０°の間一時的に未使用のこの巻線は、回転する永久磁石ローターにより誘起される電圧に対して感知され、ローター位置の指示を与える。誘起される電圧は、逆起電力（ＢＥＭＦ）によるものである。この巻線は、６０°ごとに変化し、図２のパターンを基準として使用すると、未使用巻線のパターンは、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂ、Ａとなることが明らかである。
【０００７】
感知されるＢＥＭＦ波形は、循環的であり、そして台形とほぼ正弦波との間で変化する。この波形の「ゼロ交差」は、永久磁石の磁極の縁によるものであり、ローターの回転位置を追跡するためのローター上の一貫したポイントを与える。
【０００８】
このようなＤＣブラシレスモータを動作するときには、各巻線の転換をローターの位置と同期させる必要がある。上述したＢＥＭＦ信号がゼロを通過するや否や、連続回転の達成を確保するために次のスイッチングパターンへ転換するための判断がなされる。スイッチングは、ローターが適切な角度位置にあるときしか行われてはならない。これは、速度を制御するための閉ループフィードバックシステムを形成する。転換周波数は、ＢＥＭＦセンサからの閉ループフィードバックによりローターと歩調を保つことになる。
【０００９】
ローターの加速又は減速は、ステータにおける回転磁界の強度を増加又は減少することにより（ステータ電流のパルス巾変調（ＰＷＭ）により）達成される。というのは、ローターの力は、磁界の強度に比例するからである。一定の負荷のもとで所定の速度を維持するには、希望の転換率が維持されるよう確保するためにステータにおける磁界の強度を制御することを含む。変化する負荷のもとで所定の回転速度を維持するには、（ＰＷＭデューティサイクルを変更することにより）ローターの負荷変化を補償するようにステータにおける磁界の強度を対応的に変更することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＢＥＭＦ感知を使用してローターの位置を決定することは、多数の効果を有し、その１つは、ホール効果センサのような外部センサの必要性をなくすことである。しかし、ＢＥＭＦ感知を使用する従来のＥＣＭは、ＢＥＭＦデジタイザーが比較的多数のコンポーネント、特に、高電圧抵抗器を使用し、これは、関連印刷回路基板に過剰なスペースを必要とすると共に、コストを高めるという点で問題である。ＷＯ２００５／０６２４６０号には、この問題に対処するために、３つのステータ巻線の１つのみにおいてＢＥＭＦを感知する方法が開示されている。
【００１１】
他の問題は、ローター位置に対してＢＥＭＦ感知を使用するＥＣＭに固有のもので、この場合、純粋な正弦波巻線電流を発生するＰＷＭ構成を使用することができない。モータノイズは、非ＢＥＭＦ感知「三相点火」（例えば、米国特許第５，５３４，７６３号）が使用されるときより大きくなる。これは、モータ電流波形の第２高調波が含まれて、モータトルクに擾乱を招くためである。このノイズ問題は、経済性の理由で、転換ブリッジの下部（又は上部）の転換スイッチング装置しかパルス巾変調されないときには更に悪化する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上述したノイズの欠点を克服するのに役立つ電子的に制御されるモータシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従って、１つの態様において、本発明は、回転磁束を発生するための三相ステータ巻線と、相当たり一対の直列接続されたスイッチング装置を含む三相ブリッジインバーターとを有する永久磁石ローターブラシレスＤＣモータへの電流を電子的に転換する方法であって、前記モータ電流のパルス巾変調によりモータトルクを制御するようにした方法において、
３つの前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換するように前記スイッチング装置を制御して、前記ステータ巻線により発生される磁束が、転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するようにするステップと、
各新たな転換時にオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置の動作をパルス巾変調するステップと、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つに電圧を印加するステップと、
前記アクティブな周期が経過した後、前記巻線の前記１つにおいて、永久磁石ローターの回転により誘起される周期的な逆ＥＭＦを感知するステップと、
前記逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することにより、前記感知された逆ＥＭＦ信号をデジタル化するステップと、
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理的遷移により実質的に定義されるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させるステップと、
を備えた方法に関する。
【００１４】
第２の態様において、本発明は、
回転磁束を発生するように選択的に転換される三相巻線を有するステータと、
前記回転磁束により回転されるローターと、
相ごとに一対の直列接続されたスイッチング装置を含み、これらスイッチング装置の接合部が各ステータ巻線に接続されるような三相ブリッジインバーターと、
前記巻線の１または２以上に結合され、これら１または２以上の巻線に誘起された逆ＥＭＦを、その逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することによりデジタル化するためのデジタル化手段と、
記憶されたプログラムの制御のもとで動作するマイクロコンピュータであって、このマイクロコンピュータは、前記デジタル化された逆ＥＭＦ信号を受け取り、そして前記スイッチング装置のためのスイッチング信号を出力し、更に、このマイクロコンピュータは、３つ全部の前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換させるスイッチング信号を発生して、前記ステータ巻線により発生される磁束が転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するように実行させるためのスイッチング装置状態パターンのシーケンスを記憶するようなマイクロコンピュータと、
を備えた電子的に転換されるブラシレスＤＣモータにおいて、前記記憶されたプログラムは、
各新たな転換時に前記シーケンスの次のスイッチングパターンが実行されるときにオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置のスイッチング信号をパルス巾変調し、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つのみに印加される電圧の時間巾を制御し、
前記アクティブな周期が経過した後に前記デジタル化手段をアクチベートし、そして
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理的遷移により実質的に定義されるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させる、
ためのルーチンを含むようなブラシレスＤＣモータに関する。
【００１５】
第３の態様において、本発明は、
液体入口及び液体出口を有するハウジングと、
前記ハウジングに配置された羽根と、
前記羽根を回転する電子的に転換されるモータと、
を備えた洗浄機器用ポンプにおいて、前記電子的に転換されるモータは、
回転磁束を発生するように選択的に転換される三相巻線を有するステータと、
前記回転磁束により回転されるローターと、
相ごとに一対の直列接続されたスイッチング装置を含み、これらスイッチング装置の接合部が各ステータ巻線に接続されるような三相ブリッジインバーターと、
前記巻線の１または２以上に結合され、これら１または２以上の巻線に誘起された逆ＥＭＦを、その逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することによりデジタル化するためのデジタル化手段と、
記憶されたプログラムの制御のもとで動作するマイクロコンピュータであって、このマイクロコンピュータは、前記デジタル化された逆ＥＭＦ信号を受け取り、そして前記スイッチング装置のためのスイッチング信号を出力し、更に、このマイクロコンピュータは、３つ全部の前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換させるスイッチング信号を発生して、前記ステータ巻線により発生される磁束が転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するように実行させるためのスイッチング装置状態パターンのシーケンスを記憶するようなマイクロコンピュータと、
を備え、更に、前記記憶されたプログラムは、
各新たな転換時に前記シーケンスの次のスイッチングパターンが実行されるときにオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置のスイッチング信号をパルス巾変調し、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つのみに印加される電圧の時間巾を制御し、
前記アクティブな周期が経過した後に前記デジタル化手段をアクチベートし、そして
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理的遷移により実質的に定義されるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させる、
ためのルーチンを含むようなものである洗浄機器用ポンプに関する。
【００１６】
第４の態様において、本発明は、
相ごとに一対の直列接続されたスイッチング装置を含み、これらスイッチング装置の接合部がモータの各ステータ巻線に接続されるような三相ブリッジインバーターと、
前記巻線の１または２以上に結合され、これら１または２以上の巻線に誘起された逆ＥＭＦを、その逆ＥＭＦ信号のゼロ交差を検出することによりデジタル化するためのデジタル化手段と、
記憶されたプログラムの制御のもとで動作するマイクロコンピュータであって、このマイクロコンピュータは、前記デジタル化された逆ＥＭＦ信号を受け取り、そして前記スイッチング装置のためのスイッチング信号を出力し、更に、このマイクロコンピュータは、３つ全部の前記巻線の連続する組み合せを通して電流を転換させるスイッチング信号を発生して、前記ステータ巻線により発生される磁束が転換と転換との間の周期に逆比例する速度において転換当たり６０°で所望方向に回転するように実行させるためのスイッチング装置状態パターンのシーケンスを記憶するようなマイクロコンピュータと、
を備えた三巻線ブラシレスＤＣモータ駆動装置において、前記記憶されたプログラムは、
各新たな転換時に前記シーケンスの次のスイッチングパターンが実行されるときにオフ状態からオン状態へスイッチされた前記スイッチング装置のスイッチング信号をパルス巾変調し、
各新たな転換時に、転換と転換との間の周期より短いアクティブな周期中、前記３つの巻線の１つのみに印加される電圧の時間巾を制御し、
前記アクティブな周期が経過した後に前記デジタル化手段をアクチベートし、そして
ゼロ交差により前記デジタル化された信号に生じる各論理的遷移により実質的に定義されるか又はそこから導出される時間に各々の前記転換を発生させる、
ためのルーチンを含むような三巻線ブラシレスＤＣモータ駆動装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施形態を以下に詳細に説明する。
図３は、本発明の電子的に転換されるモータの１つの好ましい形態をブロック図で示す。主たるハードウェアブロックは、永久磁石三巻線モータ２１、モータ巻線転換回路２２、ＤＣ電源２３、逆ＥＭＦデジタイザー２４、及びプログラムされたマイクロコンピュータ２５である。モータ２１が洗浄機器（図６を参照）におけるポンプ６２の羽根６１を駆動する１つの好ましい用途では、マイクロコンピュータ２５は、通常、洗濯機の場合にスピン及び洗浄アクションのためのメインモータの制御を含む他の全ての機器制御機能の役割を果たす機器用マイクロプロセッサである。
【００１８】
本発明の電子的転換モータ（ＥＣＭ）システムは、３つの巻線（即ち相）Ａ、Ｂ及びＣと、６つの突極とをもつステータを有するモータ２１の好ましい形態に関連して説明する。他のステータ構成を使用することもできる。このモータは、４極永久磁石ローター（図示せず）を有するが、異なる数の磁極を採用することもできる。巻線Ａ、Ｂ及びＣは、図３に示すように、この実施形態では、スター構成で一緒に接続される。
【００１９】
モータ駆動装置（インバーター又は転換回路）２２は、ＩＧＢＴ又は電力用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形態のスイッチング装置（１−６）の対を備え、これらスイッチング装置は、ブリッジ構成で直流電源２３にまたがって接続され、Ａ＋／Ａ−、Ｂ＋／Ｂ−及びＣ＋／Ｃ−と示された図１及び２を参照して既に述べたように、巻線Ａ、Ｂ及びＣの各々を転換する。巻線のインダクタンスは、巻線電流が長方形の電圧波形より更に正弦波となることを保証する。モータの各相に対して上部スイッチ（１、４、６）及び下部スイッチ（５、２、３）を作り上げる６個のスイッチング装置の各々は、マイクロコンピュータ２５により発生されるゲート信号ａ＋、ａ−、ｂ＋、ｂ−、ｃ＋、ｃ−によりスイッチされる。ＤＣ電源２３は、ＤＣ電圧を供給し、これは、各スイッチング装置対にまたがって印加される。
【００２０】
ＢＥＭＦデジタイザー２４は、ローター位置情報を与えるローラーの回転により誘起される逆ＥＭＦを監視する目的でモータの相Ａのスイッチ端から入力信号を受信する。好ましい実施形態では、ＷＯ２００５／０６２４６０号に開示されたように、この目的で単一のモータ巻線（この例では、巻線Ａ）からの出力のみが使用されるが、１つの巻線のみを送信する技術は、本発明にとって重要ではない。ＢＥＭＦデジタイザー２４は、その入力のアナログ信号（図４（ｂ）を参照）を表わすデジタル信号（図４（ｃ）を参照）をその出力に供給し、そして以下に述べるように比較技術により論理的レベルを導出する。デジタル出力信号は、周期的な論理遷移Ａ１及びＡ２を含み、これらは、ローターの磁極がその相に関連した巻線の磁極を通過するときに相巻線Ａに誘起されるアナログＢＥＭＦ電圧の「ゼロ交差」Ｚ１及びＺ２に対応する。
【００２１】
ＢＥＭＦデジタイザー２４は、図５に示され且つＷＯ２００５／０６２４５６０号（参考としてここに援用する）に開示されたようにハードウェアで実施されてもよいし、又はマイクロコンピュータ２５においてソフトウェアで実施されてもよい。
【００２２】
本発明の概念に対する背景を個別に説明するために、図３を参照して、モータを動作するに必要な基本的なマイクロコンピュータソフトウェア機能を以下に述べる。スタートルーチン３０は、転換制御パルスジェネレータ２９が、図２に示すスイッチパターンを反映するパルスを出力ポートグループ２６のポートａ＋からｃ−に発生するようにさせる。６つのスイッチパターンの各々がメモリ２８から次々に検索される。転換スイッチ（１−６）の制御パルスは、転換制御パルスジェネレータルーチン２９により合成され、これは、モータ２１の所要回転の特定方向に対して次の転換を生じさせるのに必要なテーブル２８内のスイッチング状態パターンの位置を指すポインタ値を含む。６つの転換駆動信号を合成する必要があるが、各転換時に状態を変えるのは、それらのうちの２つだけである。スイッチパターンは、低い速度で連続的に繰り返されて、同じ速度で回転するステータ磁束を発生させ、ローターをその速度で同期して回転させるよう誘導する。
【００２３】
開ループスタートアップ段階中に回転するステータ磁束内でのローターの同期をチェックするために種々の既知の技術を使用できるが、好ましい実施形態では、ＷＯ２００５／０６２４６０号に開示された技術が使用される。
【００２４】
ローター同期が検出されると、閉ループモードにおいて入力ポート２７に生じる逆ＥＭＦ信号の論理遷移により転換制御がトリガーされ、そしてスタートルーチンを退出する。転換は、現在未使用の巻線においてＢＥＭＦ信号のゼロ交差が実際に検出されることでトリガーされてもよいし、或いは好ましい実施形態のように、１つの巻線（例えば、巻線Ａ）しか監視されない場合には、信号４５における論理遷移Ａ１及びＡ２が直接使用される一方、相Ｂ及びＣに対する転換制御パルスジェネレータ２９のトリガーは、ＷＯ２００５／０６２４６０号に開示されたように、外挿により導出されねばならない。
【００２５】
閉ループ制御のもとで動作するときのモータの速度制御は、米国特許第６，０３４，４９３号に開示されたように達成される。即ち、合成された転換制御パルスは、転換回路２２に供給されるときにパルス巾変調される。ルーチン３２は、ルーチン２９により合成されたパルスに、位置３３に保持されたデューティサイクルの現在値に基づいてモータ電流を通流すべき転換装置に適したデューティサイクルを課する。このデューティサイクルは、ステータ巻線にまたがる印加電圧を変化させて、モータ２１を加速及び減速すると共に、ローターの変化する負荷を補償するように変化される。というのは、ローターのトルクがモータ電流に比例し、そしてこれがパルス巾変調（ＰＷＭ）のデューティサイクルにより決定されるからである。ある用途では、転換回路２２の下部ブリッジ装置（５、２、３）をパルス巾変調するだけで充分である。
【００２６】
ノイズ減少
下部スイッチング装置（５、２、３）のみのパルス巾変調を伴う二相アクチベート型逆ＥＭＦ感知モータの１つの巻線（即ち相）、この場合は相Ａ、に対する電流波形が、図７において、その相（Ａ−）に対するブリッジの下部スイッチング装置５のスイッチング入力信号と共に示されている。現在波形ＩAは、正弦波から遥かに離れており、その結果、モータトルクに擾乱が生じ、ひいては、受け容れられないレベル及び質のモータノイズを招くような振動を生じることに注意されたい。
【００２７】
電流波形ＩAが正弦波をより厳密に近似するようにされた場合には、モータノイズが減少される。本発明は、適度な実施コストでこれを達成する方法を提案する。図７を参照すれば、正弦波からの波形ＩAの主たるずれは、最大電流振幅軌跡におけるノッチと、極性反転の前に電流がゼロに急激に減衰することとに起因する。
【００２８】
後者の欠点は、下側のスイッチに加えて、上側のブリッジスイッチのパルス巾変調により改善できるが、スイッチング装置がオンであるときにはＰＷＭが全てのスイッチング装置に適用されるのではなく、むしろ、各転換に続いて上側のスイッチから下側のスイッチへパルス巾変調を回転することにより行われる。ＰＷＭの適用を回転することは、１つの転換において、ＰＷＭが上側スイッチに適用され、そしてその後の転換において、ＰＷＭが下側のスイッチに適用されることを意味する。これは、各転換（即ち、図８の各々の新たに実施されるスイッチングパターン）において、新たにスイッチオンされるスイッチング装置をパルス巾変調することにより実施される。ＰＷＭの回転は、相電流が対称的に保たれることを保証する。ＰＷＭの回転を伴う二相アクチベーションに対するスイッチングパターンが図８に示されている。電流波形に対するＰＷＭの回転の結果が図９に示されている。ここでは、ピークからゼロへの電流減衰時間が増加されている。これは、逆方向電流が対応並列ダイオードに流れるような「フリーホイーリング」の最近オフされた相にまたがって一貫した低い逆の電圧を与えるＰＷＭ戦略によるものである。
【００２９】
又、本発明は、電流波形のピーク値におけるノッチの除去も与える。これは、全転換周期より短い（即ち６０°の磁束回転角度より小さい）周期中、第３の相をアクチベートして、その相が逆ＥＭＦゼロ交差の領域でインアクチベートされるよう保証することにより達成される。この擬似三相アクチベーションは、三相アクチベーションの利点の幾つかを得ながら、逆ＥＭＦのゼロ交差検出を使用できるようにする。
【００３０】
第３の相が通常オフであるときにそれを部分的にアクチベートする（擬似三相アクチベーション）ための波形が、図１０に位相Ａについて示されている。Ａ−スイッチング装置は、手前の２つの６０°セクター中にそれがスイッチオンされるのに続いてそれが通常オフされたときに、短い周期中（即ち、それが連続的にオンであったときに６０°から１２０°のセクターの後）、１２０°から１８０°の磁束回転セクターにおいてオン（及びパルス巾変調）されることが明らかである。相電流ＩAのピーク値におけるノッチは、これで、実質的に修正されることに注意されたい。
【００３１】
パルス巾変調を回転することでピーク値からの電流減衰時間の増加を達成すると共に、実質的に台形の電流波形が形成される。このようなモータ電流波形は、トルク擾乱の著しい減少、ひいては、モータノイズの著しい減少を招く。更に、波形は、より対称的で、第２高調波歪が減少されるので、このような残留ノイズが存在しても、人間の耳にとってあまり不快でない。
【００３２】
又、三相のアクチベーションは、巻線のピーク電流を減少する。これは、スイッチング装置における放熱を減少する。これは、次いで、モータノイズを減少するようにも働く高いスイッチング周波数を許す。
【００３３】
モータの擬似三相アクチベーション（及び回転するＰＷＭ）に対するスイッチング装置駆動信号の波形が図１２に示され、そしてそれに対応するスイッチパターンテーブルが図１１に示され、６０°未満のスイッチオン周期は、かぎかっこの使用により示されている。擬似三相アクチベーションでは、特定のスイッチパターンに基づいて、２つの上側又は２つの下側のいずれかのスイッチング装置がオンになる。同じレベル（上側又は下側）にある２つのスイッチング装置は、反対のレベルにあるスイッチが同時にパルス巾変調されたときに電流波形を歪め且つ効率を下げる循環電流を回避するためにパルス巾変調される。第３の相がアクチベートされるときには、そのパルス巾変調されるオン周期が、ローター発生の逆ＥＭＦの潜在的なゼロ交差時間の充分に前に終了することが重要である。
【００３４】
簡単な実施において、オン周期は、固定で、例えば、３００μＳである。第３相のアクチベーション時間は、モータ速度と共に変化され、電流波形の円滑さを改善するのが好ましい。第３相のアクチベーション時間の計算値は、ゼロへの相電流減衰の終了と逆ＥＭＦゼロ交差ポイントとの間に所定の最小ヘッドスペースを維持するために変更を受けねばならない。これは、電流減衰周期が順方向電流に比例し、そして順方向電流それ自体がモータ負荷に比例するので、特に重要である。
【００３５】
ある程度の残留ノイズを許容できる用途では、３つ全ての相に対して共通のＰＷＭデューティサイクルを使用することにより節約をなすことができる。より正弦波の波形がノイズの減少に要求される場合には、半サイクル当たり３つの転換の各々により各相に対してＰＷＭデューティサイクルの独立した制御を使用することができる。
【００３６】
このような手段により、逆ＥＭＦ感知に必要なオフ時間を確保するために及び電流があまりに高速又は低速で増減するために生じる波形の歪を補償することができる。この技術におけるＰＷＭデューティサイクルは、経験的に導出されるか、又はモデル及び変化するモータ速度から導出された値を使用して、予め記憶される。
【００３７】
上述した低ノイズモータ戦略は、図３に示すモータ制御マイクロプロセッサのソフトウェアルーチンにより実施されるもので、これについて以下に述べる。
【００３８】
電流パルス終了ルーチン５１は、ルーチン４８からのフィルタされたデジタル逆ＥＭＦ信号から、選択された時間間隔で、電流パルスの完了を検出する。
【００３９】
相導通制御ルーチン４９は、第３相に対する減少導通時間を計算し、そしてそれを相導通タイマールーチン５０へ通す。この時間は、モータ速度に基づくものであり、そしてルーチン４９は、ルーチン３４からの速度データを受け容れる。あまりパワフルでないマイクロコンピュータを伴うより簡単な実施形態では、この時間を、例えば、３００μＳに固定してもよく、そしてルーチン４９は、必要とされない。
【００４０】
ルーチン２９からの転換データは、第３相導通時間のスタート時間を与え、これは、相導通タイマールーチン５０へ通される。又、ルーチン４９は、Ｉパルス終了検出ルーチン５１及びルーチン４６からの信号により、電流パルスの終了とゼロ交差検出との間の時間を測定する。又、所定の時間余裕が妥協される場合には、同期が失われるのを回避するために全ての相においてＰＷＭデューティサイクルを減少する信号をルーチン３３へ送信する。
【００４１】
より完全な実施形態では、ルーチン４９は、正弦波をより正確に近似するモータ電流を発生するために、転換角度の間隔で、各相のＰＷＭを独立して変更する信号をルーチン３３へ送信する。これを行うために、ルーチン４９は、ルーチン２９からスイッチング装置の状態パターンを要求する。
【００４２】
相導通タイマールーチン５０は、ルーチン４８へ信号送信することにより、第３相の導通が生じる間に、ＢＥＭＦ信号を分析できなくする。又、ＰＷＭデューティサイクルルーチン３３への信号により、相導通時間が経過したときに、アクティブな第３相におけるＰＷＭをオフする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電子的に転換される三巻線ブラシレスＤＣモータの簡単な回路図である。
【図２】図１のモータを時計方向に回転させる二相点火のための転換スイッチ状態のシーケンスを示す図である。
【図３】本発明による電子的に転換されるブラシレスＤＣモータのブロック回路図である。
【図４（ａ）】モータの３つの巻線に流れる理想的な駆動電流を示す波形図である。
【図４（ｂ）】図３のモータの単一の感知巻線にまたがる電圧を示す対応する波形図である。
【図４（ｃ）】図４（ｂ）に示された電圧波形をデジタル形態で示す対応する波形図である。
【図５】図３に示す逆ＥＭＦデジタイザーの回路図である。
【図６】洗濯機のドレン及び／又は再循環ポンプを駆動する本発明のモータの適用を概略的に示す図である。
【図７】モータ駆動装置の下部スイッチング装置のみのパルス巾変調を伴う二相アクチベート型モータにおける巻線電流と、その巻線に接続された下部スイッチング装置の対応駆動電圧とを示す波形図である。
【図８】二相アクチベート型パルス巾変調モータ駆動装置に対するスイッチングパターンのテーブルである。
【図９】モータ駆動装置の上部スイッチング装置と下部スイッチング装置との間で回転されるパルス巾変調を伴う二相アクチベート型モータの巻線電流と、その巻線に接続された下部スイッチング装置の対応駆動電圧とを示す波形図である。
【図１０】モータ駆動装置の上部スイッチング装置と下部スイッチング装置との間で回転されるパルス巾変調を伴う擬似三相アクチベート型モータの巻線電流と、その巻線に接続された下部スイッチング装置の対応駆動電圧とを示す波形図である。
【図１１】擬似三相アクチベート型パルス巾変調モータ駆動装置のスイッチングパターンのテーブルで、かぎかっこは、本発明により転換周期より短い時間中オンにされるスイッチング装置を示している。
【図１２】本発明による擬似三相アクチベート型モータに対する全サイクル中の３つの相全部について上部及び下部スイッチング装置の駆動電圧を示す波形図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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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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【外国語明細書】
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