(57)【要約】【課題】高精度なモータ電流検出手段や位置検出器を使用せずに、何らかの理由により回転してしまっているブラシレスＤＣモータの回転速度を事前に検出する。【解決手段】直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続して駆動制御する、モータ駆動制御装置であって、前記直流電源とブリッジ回路との間を流れる電流検出手段を設け、モータ駆動を行う前に、前記三相ブリッジ回路から、疑似三相交流電圧を発生せしめ、前記電流検出手段から得られた情報のピーク値を保持する手段と、保持手段の保持結果を前記疑似三相交流電圧の周波数よりも低い周波数のみを通過させるフィルタ手段と、フィルタ手段の出力結果の周波数を調べる手段を設け、得られた周波数情報と前記疑似三相交流電圧の周波数との和もしくは差の周波数もって前記モータの回転周波数として、モータを起動せしめる。【選択図】図１
2006149046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続して駆動制御する、モータ駆動制御装置であって、前記直流電源とブリッジ回路との間を流れる電流検出手段を設け、モータ駆動を行う前に、前記三相ブリッジ回路から、疑似三相交流電圧を発生せしめ、前記電流検出手段から得られた情報のピーク値を保持する手段と、保持手段の保持結果を前記疑似三相交流電圧の周波数よりも低い周波数のみを通過させるフィルタ手段と、フィルタ手段の出力結果の周波数を調べる手段を設け、得られた周波数情報と前記疑似三相交流電圧の周波数との和もしくは差の周波数もって前記モータの回転周波数とすることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
モータ駆動を行う前に、三相ブリッジ回路から２通り以上の周波数の疑似三相交流電圧を発生せしめ、得られた２通り以上の周波数情報と疑似三相交流電圧との和もしくは差のうち、略等しい周波数を、前記モータの回転周波数とすることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
三相ブリッジ回路から発生する疑似三相交流電圧の振幅は、モータの誘起電圧／周波数で略決まる比率よりも小さい電圧／周波数特性比率であることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
三相ブリッジ回路からの疑似三相交流電圧の発生方法は、三相のうちどれかをそのアームのプラス側もしくはマイナス側のスイッチング素子を連続でＯＮせしめ、残りの２相のアームについては、逆側のスイッチング素子のみをＯＮ／ＯＦＦすることにより発生することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項５】
直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力である疑似三相交流電圧出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続して駆動制御する、モータ駆動制御装置であって
前記直流電源とブリッジ回路との間を流れる電流検出手段を設け、電流検出手段から得られた情報のピーク値を保持する手段と、保持手段の保持結果を前記疑似三相交流電圧の周波数よりも低い周波数のみを通過させるフィルタ手段と、フィルタ手段の出力結果の周波数を調べる手段を設け、得られた周波数情報がゼロとなるように前記疑似三相交流電圧の周波数を調整し、前記電流検出手段の平均電流が小さくなるように、前記疑似三相交流電圧の電圧値を調整することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項６】
直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力である疑似三相交流電圧出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続して駆動制御する、モータ駆動制御装置であって
前記直流電源とブリッジ回路との間を流れる電流検出手段を設け、電流検出手段から得られた情報のピーク値を保持する手段と、保持手段の保持結果を前記疑似三相交流電圧の周波数よりも低い周波数のみを通過させるフィルタ手段と、フィルタ手段の出力結果の周波数を調べる手段を設け、得られた周波数情報がゼロとなるように前記疑似三相交流電圧の周波数を調整し、得られた周波数情報がゼロであるとき、前記電流検出手段の平均電流が小さくなるように、前記疑似三相交流電圧の電圧値と周波数との比例係数を調整することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項７】
電流検出手段として検出する電流経路に抵抗を挿入し、抵抗の両端の電位差を用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコン室外機などに用いられるファンモータの回転駆動制御に関するものであり、特に、永久磁石を回転子とするモータ、いわゆるブラシレスＤＣモータで回転子の位置を直接検出する部品を必要としない駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシレスＤＣモータの磁極位置検出センサを用いないで駆動する方法は、いくつかの方法がある。簡単な方法として、モータへの通電をＯＦＦする期間を設け、その期間に端子に現われる誘起電圧を見て、磁極位置とするもの、いわゆる１２０度通電という方式が用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、モータの電流が断続的になるため、発生する軸トルクが脈動してしまい、騒音が出てしまうという課題があった。
【０００４】
一方、モータへの通電を連続にしてトルク脈動を少なくする通電方法としては、モータに正弦波電流を流し、印加電圧と正弦波電流とモータのインダクタンスや誘起電圧定数などのモータパラメータからモータ磁極位置を割り出しで駆動する、いわゆるベクトル制御を用いる方法もある。
【０００５】
しかしながら、ベクトル制御を行うには、モータの電流をきめ細かく検出し、またモータのパラメータも必要とするなど、制御は複雑になるという課題がある。
【０００６】
一方、正弦波電圧を印加して、電圧と電流の位相差を一定に保つことによる制御方法が提案されている。
【０００７】
これは正弦波電圧を印加することにより、電流も略正弦波になるので、トルク脈動も少なく駆動できるものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５―２３６７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の駆動方法では、電流の位相を検出するために、モータの電流を検出するセンサが必要になるという課題があり、代用案として、電流センサの換わりに三相ブリッジインバータ回路のマイナス電源とマイナス側のスイッチング素子の間に各相の電流検出用の抵抗を１つもしくは３個挿入し、抵抗の両端に発生する電圧にて電流を計測する方法があり、とくに、１つの場合は時分割にて３つの相の電流を検出する方法がある。
【０００９】
抵抗を３つ用いる方法は単純ではあるが、電力が通過する抵抗そのものが３つも必要であるという課題があり、時分割にて検出する方法は、制御に用いるマイコンに高い性能を要求する。
【００１０】
また、エアコンの室外機のファンでは、運転前に外風により、ファンそのものが回されていることがあり、回転方向と回転速度を事前に調べることなく駆動制御しようとすると、回路とモータに大電流が流れてしまい、回路の損傷やモータの減磁などを引き起こすことがある。回転速度と方向を調べる方法としては、駆動していないときのモータの端子電圧をそれぞれ調べて、発電電圧そのものを観測し、発電電圧の変化の相順もみることによ
り、回転方向と速度を観測することができるが、専用に３つの相の端子電圧を入力する必要が生じる。  他にも各相の電流から割り出す方法もあるが、各相の電流を観測する必要がある。さらに、エアコンの室外機には、ファン以外に、圧縮機がモータにて制御されており、また、エアコンそのものの制御も行わなくてはいけないので、ファンの制御に複雑なものを用いることは好ましくない。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、高精度なモータ電流検出手段や位置検出器を使用せずに、何らかの理由により回転してしまっているブラシレスＤＣモータの回転速度を事前に検出するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続して駆動制御する、モータ駆動制御装置であって、前記直流電源とブリッジ回路との間を流れる電流検出手段を設け、モータ駆動を行う前に、前記三相ブリッジ回路から、疑似三相交流電圧を発生せしめ、前記電流検出手段から得られた情報のピーク値を保持する手段と、保持手段の保持結果を前記疑似三相交流電圧の周波数よりも低い周波数のみを通過させるフィルタ手段と、フィルタ手段の出力結果の周波数を調べる手段を設け、得られた周波数情報と前記疑似三相交流電圧の周波数との和もしくは差の周波数もって前記モータの回転周波数とするして、モータを起動せしめるものである。
【００１３】
さらに、駆動において、フィルタ手段の出力結果の周波数情報がゼロとなるように疑似三相交流電圧の周波数を調整しつつ、前記電流検出手段の平均電流が小さくなるように、前記疑似三相交流電圧の電圧値を調整するものである。
【００１４】
上記構成を具備することによって、外風などの何らかの理由によって回ってしまっているモータの回転数と回転方向が印加周波数との差の周波数で得られるので、駆動前の回転数に応じた適切な処理が可能になる。
【００１５】
また、同じ検出手段を組み合わせることにより、高効率で駆動することも可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
上記から明らかなように、直流部分の電流のピーク値を用いて、モータ回転数と印加周波数との差の周波数が弁別でき、既知である印加電圧周波数から、実際のモータ回転数を検出することができる。
【００１７】
さらに、駆動制御状態においても、差の周波数をゼロに保つことで、モータが印加電圧と同じ周波数で駆動できていることになり、直流電流の平均値は電力に比例しているので、この値が最小になるように印加電圧を調整することにより、モータの高効率駆動も実現できる。
【００１８】
しかも、直流部分の電流の検出は、抵抗１つで可能であり、この抵抗は、三相ブリッジ回路におけるスイッチング素子の過電流検出に用いるものを兼用することができる。
【００１９】
また、直流部分の電流のピーク値の検出は、ダイオード・コンデンサ・抵抗の簡単な組合せで実現でき、さらに、ピーク値になった電流情報は、せいぜい、スイッチング素子の制御周期毎に１回検出すれば十分な情報になっており、制御用のマイクロコンピュータの負担を非常に軽くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の発明は、直流電源から、スイッチング素子を三相ブリッジ構成して、その出力を三相ブラシレスＤＣモータに接続し、パルス幅変調手段によりモータに疑似三相正弦波電圧を印加できるように構成し、直流部分とブリッジ回路との間を流れる電流検出用の抵抗を設け、抵抗に発生する電圧のピーク値をスイッチング周期の期間は保持できるピークホールド手段、ピークホールド手段の出力を三相正弦波電圧よりも低い通過周波数と設定したローパスフィルタを経由して、周波数を検出する手段を設ける。
【００２１】
検出した周波数と印加電圧周波数との和もしくは差の周波数が、モータの実際の回転数とする構成とする。
【００２２】
この構成をなすことにより、位置検出器なしで、モータの回転周波数を事前に知ることができるので、モータ駆動時に最適な処理を行うことができる。
【００２３】
第２の発明は、ローパスフィルタから得られる周波数をゼロに保ちながら、直流部分の電流が最小になるように、印加電圧を調整する構成とする。
【００２４】
この構成をなすことにより、モータの回転駆動を最適状態で実現できる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図２には、第１の実施形態の全体回路を示す回路図である。図２において、交流電源１０２、整流回路１０３、により直流電源を構成し、三相インバータ回路１を経て、ブラシレスＤＣモータ２を駆動する。駆動制御は、制御回路１００で直流側に挿入した抵抗１０１の端子電圧を利用することにより実現している。
【００２７】
図１は制御回路１００における処理の流れを示した回路ブロック図である。
【００２８】
制御回路１００は三相ＰＷＭ発生手段３にて、電圧振幅情報と周波数情報をもとに三相正弦波ＰＷＭ信号を発生して、三相インバータ回路１を制御することにより、ブラシレスＤＣモータ２を駆動制御する。
【００２９】
駆動制御することにより、抵抗１０１で検出されるＤＣ電流をピークホールド手段６に入力する。ピークホールド手段６の出力はローパスフィルタ７に入され、ピークホールドされた電流情報の低周波成分を抜き出す。
【００３０】
得られた低周波成分は、周波数検出手段５に送られ、その周波数を検出する。得られた周波数は、加減算手段８に送られ、設定周波数ω*と加減算されて、実際の周波数となり、三相ＰＷＭ発生手段３に送られるとともに、電圧換算手段４に送られて、必要な電圧振幅Ｖを割り出し、三相ＰＷＭ発生手段３に送られる。
【００３１】
三相ＰＷＭ発生手段３の出力で三相インバータ回路１を操作して、モータ２を駆動する。
【００３２】
図５は、三相ＰＷＭ発生手段３からのＰＷＭ変調率を示す波形図である。三相交流波形発生において、特定の相のＰＷＭ変調率をサイクリックに１２０度区間ごとにゼロとすることでも、三相各相の相互の電圧は同じ振幅の正弦波にすることができる。
【００３３】
しかも、変調は、図５の場合では、ゼロとしていない相での変調は、直流電源のプラス
側に接続するか、接続しないかとすることにより、モータに含まれるインダクタンス成分による効果もあわせて、モータの誘起電圧と逆の電圧が長時間印加されて大電流が流れてしまうことが防止される。
【００３４】
さらに、モータの回転に必要な電圧に対しては、印加電圧を低い目にして出力することにより、大きな電流が流れることを防止することも可能である。
【００３５】
図３は三相インバータからの周波数ωinvと、モータ回転数ωmot、および、ピークホールド手段６における周波数、ローパスフィルタ７との関連を示すグラフである。
【００３６】
インバータの出力電圧とモータの回転数が異なる場合には、インバータ回路とモータとの間を流れる電流はその瞬時瞬時の印加電圧とモータが発電する瞬時の電圧との差に応じた成分であり、異なる周波数をもつ２つの交流の差ではあるが、その周波数成分は、それぞれの印加電圧成分を有しているだけであり、モータの回転数を直接みることはできない。
【００３７】
しかしながら、電流情報を直流側でピークホールドすることにより、非線型演算処理が行われ、２つの周波数の和および差の周波数が検出される。これを印加周波数より低い周波数のローパスフィルタを通すと、差の周波数のみを検出することができる。
【００３８】
差の周波数が検出されると、印加電圧の周波数は既知であるので、モータの回転数を割り出すことができる。
【００３９】
なお、モータ電流そのものに２つの周波数成分が含まれていることから、一般によく知られているように、印加電圧と同じ周波数の信号をモータ電流に掛け合わせることによっても、モータ回転数を弁別することは可能であるが、モータ電流が直接必要であり、検出センサが実質３つも必要になってしまうという、従来からの課題を克服することができない。
【００４０】
これにより、位置検出器なしで、制御回路に高速演算能力も必要とせず、モータの回転周波数を事前に知ることができるので、モータ駆動時に最適な処理を行うことができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図４は第二の本発明の実施形態を示した回路ブロック図である。
【００４２】
制御回路１００は三相ＰＷＭ発生手段３にて、電圧振幅情報と周波数情報をもとに三相正弦波ＰＷＭ信号を発生して、三相インバータ回路１を制御することにより、ブラシレスＤＣモータ２を駆動制御する。
【００４３】
駆動制御することにより、抵抗１０１で検出されるＤＣ電流をピークホールド手段６および移動平均手段４８に入力する。
【００４４】
移動平均手段４８では、近々の直流電流の平均値を時々刻々と算出し、その結果を最小値探索手段４１へと送る。
【００４５】
最小値探索手段４１では入力である、移動平均手段４８の出力値が最小になるように、微少修正手段を用いて、三相ＰＷＭ発生手段での電圧を微少修正する。
【００４６】
これにより、三相インバータ回路１の直流電流が最小となるように、モータ２への印加電圧が調節される。
【００４７】
本実施例においては、モータの回転数と印加電圧の周波数に差がある場合には、周波数検出手段５にて検出され、設定周波数に対してその差を加減算して印加電圧周波数が再決定されるので、結果として、回転数と印加電圧周波数は一致するように動作する。
【００４８】
また、ＤＣ電流の平均値が最小になるようにすることは、ＤＣ電源では電圧が一定であるので、電力が最小になるようにモータ駆動を実現できていることになる。
【００４９】
つまり、図４の構成により、モータパラメータを用いることなく、適切な効率でのモータの駆動が実現できるものである。
【００５０】
（実施の形態３）
図６は第二の本発明の別の実施形態を示した回路ブロック図である。
【００５１】
実施の形態２で説明したものと同じく、制御回路１００は三相ＰＷＭ発生手段３にて、電圧振幅情報と周波数情報をもとに三相正弦波ＰＷＭ信号を発生して、三相インバータ回路１を制御することにより、ブラシレスＤＣモータ２を駆動制御する。
【００５２】
駆動制御することにより、抵抗１０１で検出されるＤＣ電流をピークホールド手段６および移動平均手段４８に入力する。
【００５３】
移動平均手段４８では、近々の直流電流の平均値を時々刻々と算出し、その結果を最小値探索手段４１へと送る。
【００５４】
最小値探索手段４１では入力である、移動平均手段４８の出力値が最小になるように、微少修正手段４２を用いて、三相ＰＷＭ発生手段での電圧―周波数の換算部４４の換算係数を微少修正する。
【００５５】
これにより、三相インバータ回路１の直流電流が最小となるように、モータ２への印加電圧が調節される。
【００５６】
結果として、図６の構成により、モータパラメータを用いることなく、適切な効率でのモータの駆動が実現できるものである。
【００５７】
なお、実施の形態においては、電流検出として、カレントトランスやホール電流センサを用いずに抵抗の電圧で検出する方法で説明したが、カレントトランスやホール電流センサを用いることでも実現できることも明白である。
【００５８】
また、図５で示した、パルス幅変調方法以外でも、どれか１つの相の変調をプラス側もしくはマイナス側に固定してしまう期間を設ける方法であれば実現可能であり、その場合でも同様に効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかるモータ駆動制御装置は、直流部分の電流のピーク値を用いて、モータ回転数と印加周波数との差の周波数が弁別でき、既知である印加電圧周波数から、実際のモータ回転数を検出することができるので、ＤＣブラシレスモータを搭載したあらゆる機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の制御処理の流れを示す回路ブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す回路図
【図３】本発明の動作原理を示す信号波形図
【図４】本発明の第２の実施の形態の制御処理の流れを示す回路ブロック図
【図５】本発明の第１の実施の形態のパルス幅変調方法を示す信号波形図
【図６】本発明の第３の実施の形態の制御処理の流れを示す回路ブロック図
【符号の説明】
【００６１】
１  三相インバータ回路
２  ブラシレスＤＣモータ
３  三相ＰＷＭ発生手段
５  周波数検出手段
６  ピークホールド手段
７  ローパスフィルタ
４８  移動平均手段
４１  最小値探索処理手段
【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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