(57)【要約】【課題】  室外の風や駆動装置が停止直後に運転することによって送風ファンが空転している場合において、特に低い回転数で回転している場合においても、確実に起動ができることが必要である。【解決手段】巻線の１相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段１４と、回転子４の位置を推定する回転子推定手段１７と、あらかじめ定められたしきい値を出力するしきい値設定手段２２を備え、誘起電圧検出手段１４は前記巻線の１相に発生する誘起電圧としきい値設定手段２２が出力するしきい値を比較して信号を出力し、回転子推定手段１７は誘起電圧がしきい値より大きくなるタイミングと小さくなるタイミングの期間の１／２のタイミングから回転している回転子４の位置を推定する。【選択図】  図１
2015033151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の巻線と磁石が施された回転子を有するブラシレスＤＣモータと、
前記回転子が回転することにより前記巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記回転子位置を推定しセンサレスで通電制御する駆動装置において、
起動時に前記巻線の１相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
前記回転子の位置を推定する回転子推定手段と、
あらかじめ定められたしきい値を出力するしきい値設定手段を備え、
前記誘起電圧検出手段は前記巻線の１相に発生する誘起電圧としきい値設定手段が出力するしきい値を比較して信号を出力し、
前記回転子推定手段は誘起電圧があらかじめ定められたしきい値より大きくなるタイミングから小さくなるタイミングまでの期間の１／２のタイミングから回転している前記回転子の位置を推定し、
前記インバータ回路は前記回転子の位置にあわせて通電を開始して起動させることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
回転子推定手段は誘起電圧があらかじめ定められたしきい値より大きくなるタイミングから次の大きくなるタイミングまでの期間から回転子の回転数を推定し、
前記インバータ回路は、回転数と回転子位置より、回転が継続するように通電制御を開始して起動させることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
回転子推定手段が推定した回転数より回転子が停止していると判断した場合、
インバータ回路はスイッチング素子によるブレーキ制御および位置決め制御をした後起動を行うことを特徴とする請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
回転子推定手段は誘起電圧検出手段が出力する２相の誘起電圧の信号を検出し、信号が出力される順番から回転方向を推定し、
正転と判断した場合、回転子が回転したまま起動させ、
逆転と判断した場合、インバータ回路のスイッチング素子によるブレーキ制御および位置決め制御をした後起動を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
誘起電圧検出手段は、
電源電圧の１／２電圧を入力し、
起動時には、固定子巻線に発生する誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値を比較し、
定常運転時には、固定子巻線に発生する誘起電圧と電源電圧の１／２電圧のしきい値を比較し、
この比較結果の信号を回転子推定手段に出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置を搭載した換気送風装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、換気送風装置、例えば、天井に埋め込まれて使用される天井埋込形換気扇に使用されるブラシレスＤＣモータの駆動装置の起動方法に係り、駆動装置が停止しているにもかかわらず、室外の風や停止直後で回転子が回転している場合において、磁気センサを用いることなくブラシレスＤＣモータに誘起される誘起電圧に基づいて回転子の位置を推定し、センサレス制御により起動する駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種のブラシレスＤＣモータやその駆動装置は、効率が良く省電力で耐久性に優れていることから換気送風装置、例えばレンジフードや天井埋込形換気扇等に搭載されるようになってきた。換気送風装置は小型化や低コスト化の要求から、ブラシレスＤＣモータやその駆動装置の小型化や低コスト化が求められている。
【０００３】
図１１は従来の天井埋込形換気扇にブラシレスＤＣモータ及び、駆動装置を搭載し、実際に天井に設置された例を示している。図１１（ａ）に示すように、天井埋込形換気扇１１８は、ケーシング１１５にブラシレスＤＣモータ１０２と駆動装置１１２を取り付けた構造になっている。ブラシレスＤＣモータ１０２は、その駆動軸に送風ファン１１６が取り付けられたものである。ブラシレスＤＣモータ１０２は駆動装置１１２によって送風ファン１１６を回転させる。図１１（ｂ）に示すように、天井埋込形換気扇１１８は天井１２０に設置されている。天井埋込形換気扇１１８は、送風ファン１１６を回転させて、室内の空気をダクト１１９を通して外壁１２１に隔てられた室外に排出することによって換気送風を行う。
【０００４】
従来のブラシレスＤＣモータやその駆動装置は、小型化や低コスト化の観点から、回転子の位置検出は、磁気素子を用いないセンサレス制御方式が採用されることが多く、例えば、特許文献１に記載されているものがある。
【０００５】
特許文献１では、固定子の巻線に発生する誘起電圧を検出して回転子の位置を推定し、巻線に印加するモータ電圧を目標位相に追従するように１２０度矩形波通電で駆動制御している。以下、そのブラシレスＤＣモータの駆動装置の動作について図１２に基づいて説明する。
【０００６】
図１２に示すように、直流電源１０５は、マイナス側をＧＮＤに接続し、インバータ回路１０１に直流電圧を供給する。インバータ回路１０１は３相インバータブリッジの構成であり、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の上アームスイッチング素子であり、同様にＱ４，Ｑ５，Ｑ６はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６を接続している。ブラシレスＤＣモータ１０２は固定子１０３と回転子１０４から構成され、固定子１０３には電気角で１２０度の位相差をもつように３相の巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷが施され、ブラシレスＤＣモータ１０２との接続部にＵ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子を設ける。また、巻線Ｕ，ＬＶ，ＬＷには誘起電圧検出手段１１４であるＰＵ，ＰＶ，ＰＷが接続され、１２０度矩形波通電において、通電していない巻線の誘起電圧と直流電源１０５の１／２電圧１１３と比較して信号を出力し、ブラシレスＤＣモータの駆動装置１１２のマイクロコンピュータ１１０に内蔵された回転子推定手段１１７に出力される。回転子推定手段１１７は誘起電圧検出手段１１４からの出信号より、回転子１０４の回転子位置を推定し、通電手段１０８に出力する。
【０００７】
通電手段１０８は入力した回転子位置の推定の出力信号より目標回転子位置に追従するように通電信号を決定し、ドライブ回路１１１に出力する。
【０００８】
ドライブ回路１１１は通電手段１０８から出力される通電信号に基づいてモータ電圧Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−をインバータ回路１０１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６に出力する。インバータ回路１０１はドライブ回路１１１の通電信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６をスイッチングして３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷにモータ電流を流し、回転子１０４を回転させて、実際にブラシレスＤＣモータ１０２を駆動する。
【０００９】
ところで、停止状態から起動する場合、回転子１０４が回転していないため、固定子１０３の巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷには誘起電圧が発生しない。したがって、駆動装置１１２は、インバータ回路１０１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を強制的にオン、オフさせて、初めは特定のスイッチング素子をオンして回転子１０４の位置決めをする。その後、低周波同期起動で強制的に回転子１０４を回転させて加速する信号を通電手段に出力し、加速して回転が速くなることによって発生した巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの誘起電圧と直流電源１０５の１／２電圧１１３と比較して回転子位置を推定する回転子推定手段１１７に切替えてセンサレス制御する起動方法がとられていた。
【００１０】
図１３は具体的な低周波同期起動時のドライブ回路１１１の出力波形を示し、モータ電圧Ｕ＋にＰＷＭ、Ｖ−にＨの信号を出力してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をスイッチングし、その後モータ電圧Ｕ＋にＰＷＭ、Ｖ−にＨ、Ｗ−にＨの信号を出力してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、Ｑ６をスイッチングして回転子１０４を位置決めさせる。次にモータ電圧Ｖ＋にＰＷＭ、Ｗ−にＨの信号を出力してスイッチング素子Ｑ３、Ｑ６をスイッチングして低周波同期に入り、その後順次モータ電圧とスイッチング素子を切り替えることによって、起動させていた。
【００１１】
ところで、天井埋込形換気扇１１８は、停止時において、室外の風によって室内側からダクト１１９を通って室外側に風が吹いたり、室外側からダクト１１９を通って室内側に風が吹いたりすることにより、送風ファン１１６が回転することがある。送風ファン１１６はそのファンの大きさと風の強さに応じて回転数が変わるが、このような状況下でも駆動装置１１２はブラシレスＤＣモータ１０２を起動させて、送風ファン１１６を回転させる必要がある。また、天井埋込形換気扇１１８を運転から停止させると、送風ファン１１６が惰性で回転するので、この様な場合に天井埋込形換気扇１１８を運転させても、駆動装置１１２はブラシレスＤＣモータ１０２を起動させて、送風ファン１１６を回転させる必要がある。
【００１２】
しかし、送風ファン１１６の回転が継続的に続いたり、停止までに時間がかかったりする場合、起動の位置決め時において回転子１０４が回転し続け、低周波同期後の誘起電圧に基づく位置推定ができずに起動できないことがあった。また、送風ファン１１６の回転が低速な場合、通常、位置決め時に回転子１０４が停止するが、送風ファン１１６が大きく回転する力が強いと、同様に位置決め時に回転子が停止できずに起動できないことがあった。また送風ファン１１６の種類によっては正転のみならず、逆転で空転しているものがあり、起動できないことがあった。
【００１３】
駆動装置１１２が停止状態において送風ファン１１６が回転している時の駆動装置１１２の起動方法は、例えば、特許文献２や特許文献３に記載されている。
【００１４】
特許文献２では、ブラシレスＤＣモータ１０２の３相巻線ＬＵ，ＬＶ，Ｌの各Ｕ相端子
、Ｖ相端子、Ｗ相端子とＧＮＤ間の誘起電圧を分圧抵抗で分圧して電圧を下げ、ＡＤ変換をしてマイコンに取り込み、マイコンは、この誘起電圧を３相巻線ＬＵ，ＬＶ，Ｌの各２相の端子間電圧に変換した後、α・β変換の演算処理をして誘起電圧の位相とそれらの位相差よりブラシレスＤＣモータの回転子位置と回転数を推定していた。回路については、特許文献２の図６に開示されている。
【００１５】
図１４（ａ）は３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの各Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子とＧＮＤ間の波形を示し、ｅＵ-ＧＮＤはＵ相端子とＧＮＤ間の誘起電圧、ｅＶ-ＧＮＤはＶ相端子とＧＮＤ間の誘起電圧、ｅＷ-ＧＮＤは、Ｗ相端子とＧＮＤ間の誘起電圧である。図１４（ｂ）は３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの各２相の端子間電圧の波形を示し、ｅＵ-ＶはＵ相とＶ相端子間の誘起電圧、ｅＶ-ＷはＶ相とＷ相端子間の誘起電圧、ｅＷ-ＵはＷ相とＵ相端子間の誘起電圧である。図１４（ａ）、（ｂ）の波形の縦軸は３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの誘起電圧の大きさをｅとした場合の各相起電圧の振幅を示し、横軸は電気角を示す。これらの波形、およびこれらの波形の発生原理については、特許文献２に開示されている。
【００１６】
この時、３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの各Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子とＧＮＤの誘起電圧Ｅｍａｘの最大値および３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷの各２相の端子の誘起電圧の最大値Ｅｍａｘは３相の相電圧と端子電圧の関係から、１．７３ｅとなる。
【００１７】
また、特許文献３では、ブラシレスＤＣモータ１０２の巻線ＬＵ、ＬＶのＵ相端子とＶ相端子間の誘起電圧を比較して、比較した立ち上がり信号と立ち下がり信号をマイコンに入力し、この信号が回転子位置と常に１対１で対応していることから回転子位置を推定し、また、信号の周期より回転数を推定していた。
【００１８】
回路および端子間の誘起電圧と動作原理については特許文献３に開示されており、Ｕ相端子とＶ相端子の誘起電圧の波形を入力して、各誘起電圧の電圧が同じで交わったタイミングで信号を出力している。このタイミングの誘起電圧の電圧値は３相交流の原理から、誘起電圧の最大値Ｅｍａｘに対して一定値になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平６−２５３５８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６６９５号公報
【特許文献３】特開２００５−１３７１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このような従来の特許文献１の構成では、空転している時に発生する誘起電圧をマイコンに取り込んだ後、α・β変換の演算処理をして誘起電圧の位相と、それらの位相差よりブラシレスＤＣモータの回転子の回転子位置と回転数を推定する必要があり、複雑な演算を高速で処理する必要があるため、マイコンのコストが高くなるという課題があった。
【００２１】
また、特許文献２の構成では、２相の２つの端子の誘起電圧を分圧抵抗によって電圧を下げて比較回路で比較してマイコンに入力するため、２つ端子の分圧抵抗が必要となる。したがって、この部分の回路が大型になり、回路の小型化が出来ないという課題があった。
【００２２】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、室外の風や駆動装置が停止直後に運転することによって送風ファンが空転している場合において、信頼性が高く確実に
起動ができ、回路が小型で低コスト化できる駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
そして、この目的を達成するために本発明は、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の巻線と磁石が施された回転子を有するブラシレスＤＣモータと、前記回転子が回転することにより前記巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記回転子位置を推定しセンサレスで通電制御する駆動装置において、起動時に前記巻線の１相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記回転子の位置を推定する回転子推定手段と、あらかじめ定められたしきい値を出力するしきい値設定手段を備え、前記誘起電圧検出手段は前記巻線の１相に発生する誘起電圧としきい値設定手段が出力するしきい値を比較して信号を出力し、前記回転子推定手段は誘起電圧がしきい値より大きくなるタイミングと小さくなるタイミングの期間の１／２のタイミングから回転している前記回転子位置を推定し、前記インバータ回路は前記回転子の位置にあわせて通電を開始して起動させるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、起動時に誘起電圧検出手段により出力される信号のタイミングおよび期間で回転子推定手段は回転子位置および回転数を簡単に確実に推定でき、複雑な演算を高速で連続して処理する必要はなく、低コスト化できる。
【００２５】
また、１相の端子に発生する誘起電圧を検出すればよく、１つ端子の分圧抵抗しか必要が無いので回路の小型化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置の回路図
【図２】同、ブラシレスＤＣモータの停止時に回転子が空転した場合の各部の波形図（（ａ）回転子が空転している場合の誘起電圧検出手段ＰＵの波形図、（ｂ）通電手段の各相出力波形図）
【図３】同、低速回転時と高速回転時の誘起電圧検出手段の入出力波形図（（ａ）誘起電圧波形としきい値を示す図、（ｂ）誘起電圧検出手段の出力波形図）
【図４】同、Ｕ相誘起電圧検出手段ＰＵの具体的な回路図
【図５】同、空転中にブレーキ制御と位置決め制御を行った時の各部の波形と回転数のタイミングチャート図
【図６】同、Ｖ相誘起電圧検出手段ＰＶにあらかじめ定められたしきい値を入力した回路図
【図７】同、回転方向を検出する方法を説明する図（（ａ）正転の場合の誘起電圧検出手段の出力波形図、（ｂ）逆転の場合の誘起電圧検出手段の出力波形図）
【図８】同、空転時と運転時の誘起電圧検出手段を共用した回路図
【図９】同、起動時に停止、正転、逆転している場合の起動方法を示すフローチャート
【図１０】同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置を搭載した換気送風装置の三面図
【図１１】従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置を搭載した換気送風装置の（ａ）三面図、（ｂ）取付図
【図１２】同、従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置の回路図
【図１３】同、具体的な低周波同期起動時のドライブ回路の出力波形図
【図１４】同、（ａ）各相の誘起電圧とＧＮＤの波形図、（ｂ）各２相間の誘起電圧の波形図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の請求項１記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の巻線と磁石
が施された回転子を有するブラシレスＤＣモータと、前記回転子が回転することにより前記巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記回転子位置を推定しセンサレスで通電制御する駆動装置において、起動時に前記巻線の１相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記回転子の位置を推定する回転子推定手段と、あらかじめ定められたしきい値を出力するしきい値設定手段を備え、前記誘起電圧検出手段は前記巻線の１相に発生する誘起電圧としきい値設定手段が出力するしきい値を比較して信号を出力し、前記回転子推定手段は誘起電圧があらかじめ定められたしきい値より大きくなるタイミングから小さくなるタイミングまでの期間の１／２のタイミングから回転している前記回転子の位置を推定し、前記インバータ回路は前記回転子の位置にあわせて通電を開始して起動させるものである。起動時に誘起電圧検出手段により出力される信号のタイミングで回転子推定手段は回転子位置を簡単に確実に推定でき、複雑な演算を高速で連続して処理する必要はなく、低コスト化できる。また、１相の端子に発生する誘起電圧を検出すればよく、１つの端子の分圧抵抗しか必要が無く回路の小型化ができる。また、あらかじめ定められたしきい値は低速回転の誘起電圧にあわせて設定できるので、位置推定の信頼性が高くなり、低い回転数まで位置推定ができる。
【００２８】
本発明の請求項２記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、回転子推定手段は誘起電圧があらかじめ定められたしきい値より大きくなるタイミングから次の大きくなるタイミングまでの期間から回転子の回転数を推定し、前記インバータ回路は、回転数と回転子位置より、回転が継続するように通電制御を開始して起動させるものである。起動時に誘起電圧検出手段により出力される信号のタイミングおよび期間で回転子推定手段は回転子位置および回転数を簡単に確実に推定でき、複雑な演算を高速で連続して処理する必要はなく、低コスト化できる。また、あらかじめ定められたしきい値は低速回転の誘起電圧にあわせて設定できるので、位置推定の信頼性が高くなり、低い回転数まで位置推定ができる。
【００２９】
本発明の請求項３記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、回転子推定手段が推定した回転数より回転子が停止していると判断した場合、インバータ回路はスイッチング素子によるブレーキ制御および位置決め制御をした後起動を行うものである。これにより、回転子が停止していると判断した場合、通常の起動をすることができる。
【００３０】
本発明の請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、回転子推定手段は誘起電圧検出手段が出力する２相の誘起電圧の信号を検出し、信号が出力される順番から回転方向を推定し、正転と判断した場合、回転子が回転したまま起動させ、逆転と判断した場合、インバータ回路のスイッチング素子によるブレーキ制御および位置決め制御をした後起動を行うものである。これにより、回転方向を推定し回転方向に応じて起動方法を変えることができる。
本発明の請求項５記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、誘起電圧検出手段は、電源電圧の１／２電圧を入力し、起動時には、固定子巻線に発生する誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値を比較し、定常運転時には、固定子巻線に発生する誘起電圧と電源電圧の１／２電圧のしきい値を比較し、この比較結果の信号を回転子推定手段に出力するものである。これにより起動時の回路と運転時の回路を共用化できるので、回路の部品や実装スペースが少なくなり、小型化と低コスト化できる。
【００３１】
本発明の請求項６記載の換気送風装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータを搭載したものである。これにより、小型で低コスト化でき、より低い回転数まで位置推定ができるブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１はブラシレスＤＣモータ２および駆動装置１２の構成を示すものであり、図に示すように、直流電源５は、インバータ回路１に直流電圧を供給する。インバータ回路１は３相インバータブリッジの構成であり、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の上アームスイッチング素子であり、同様にＱ４，Ｑ５，Ｑ６はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６を接続する。ブラシレスＤＣモータ２は固定子３と回転子４から構成され、固定子３には電気角で１２０度の位相差を持つように３相巻線ＬＵ，ＬＶ，ＬＷが配置される。また、巻線には誘起電圧検出手段１４であるＰＵ，ＰＶ，ＰＷが接続され、停止時に誘起電圧検出手段１４は巻線に発生する誘起電圧と、しきい値設定手段２２が出力するあらかじめ定められたしきい値と比較し、回転子推定手段１７に出力するようにしたものである。本実施の形態では、誘起電圧検出手段１４の電子部品の一例としてコンパレータが用いられている。通電手段８、ドライブ回路１１、直流電源５の１／２電圧１３およびＵ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子、ＧＮＤは、従来例と同じなので説明を省略する。また、しきい値設定手段２２と回転子推定手段１７と通電手段８はマイクロコンピュータ１０に内蔵されている。
【００３４】
誘起電圧検出手段１４のＰＵは、Ｕ相巻線に発生する誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値を比較して信号を出力する。そして、回転子推定手段１７は、誘起電圧検出手段１４が出力する信号によって、誘起電圧がしきい値より大きくなるタイミングと小さくなるタイミングの期間の１／２のタイミングから回転している回転子位置を推定するものである。
【００３５】
図２（ａ）は、停止時に回転子４が空転している場合の誘起電圧検出手段１４のＵ相ＰＵの入力波形と出力波形を示し、図２（ｂ）は通電手段８の各相の出力波形を示す。以下図を見ながら説明する。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、誘起電圧検出手段１４はＵ相巻線ＬＵのＵ相端子とＧＮＤ間の誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値を入力し、両者を比較した出力波形を出力する。誘起電圧は回転数によって大きさが変化し、ＰＵの出力波形の立ち上がりから立ち下りまでの期間の時間は変わる。しかし、誘起電圧波形は左右対称であり、また、電気角−２７０度、９０度、４５０度・・・の波形が落ち込む電圧以下の電圧値をあらかじめ定められたしきい値とすることにより、出力波形の立ち上がりから立ち下がりまでの期間ＴＣの１／２のタイミングは、いつも同じで誘起電圧波形の電気角−２７０度、９０度、４５０度・・・に対応したものとなる。具体的にあらかじめ定められたしきい値は、回転子が停止していると判断する回転数、例えば６０ｍｉｎ−１とし、この時に発生する誘起電圧の波形が落ち込む電圧以下に設定する。この落ち込む電圧は３相の正弦波であるので、理論的に誘起電圧の最大値Ｅｍａｘの８６％となる。したがって、あらかじめ定められたしきい値は、Ｎ＝６０ｍｉｎ−１のＥｍａｘの８６％以下の電圧に設定すればよい。
図２（ｂ）は空転している誘起電圧の電気角４５０度にあわせて通電手段８が出力を開始した波形である。
【００３７】
ここで、回転子推定手段１７は、図２（ａ）の誘起電圧検出手段１４のＰＵが出力するＵ相の出力波形の立ち上がりのタイミングＡにおいて、ＴＣをその直前の出力波形より検出して１／２×ＴＣを算出する。そして、タイミングＡから１／２×ＴＣ経過した電気角４５０度の図２（ｂ）のタイミングＢにおいて通電手段８に通電開始を指示する。１２０度矩形波通電の場合、通電手段８は誘起電圧の電気角４５０度に対応した出力であるモータ電圧Ｕ＋にＰＷＭ，Ｗ−にＨの信号をドライブ回路１１に出力する。
【００３８】
また、図３（ａ）は、低速回転時と高速回転時の誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値を示し、図３（ｂ）は、低速回転時と高速回転時の誘起電圧検出手段１４が出力する波形を示している。誘起電圧は低速回転で十分大きさが確保できるように設定するが、回転数が高くなるとそれに比例して誘起電圧が大きくなり、誘起電圧検出手段１４の入力範囲の最大を超えないようにする必要がある。ここで、あらかじめ定められたしきい値に対して誘起電圧が大きくなるか、または、小さくなるかが検出できれば誘起電圧検出手段１４の信号は出力され、回転子位置の推定ができる。したがって、誘起電圧検出手段１４の入力範囲を超えないように波形の上部を制限する。
【００３９】
図４は本実施の形態のＵ相誘起電圧検出手段１４（ＰＵ）の具体的な回路図である。制御電源３４は誘起電圧検出手段誘起電圧１４（ＰＵ）の電源である。低速回転で誘起電圧を十分確保できるように２つの分圧抵抗３１、３２を設定して入力している。また、高速回転で誘起電圧が制御電源３４の電圧より大きくならないように入力範囲の最大を制限するツェナーダイオード３３を分圧抵抗３１、３２の間に接続している。これによって、図３の高速回転時の誘起電圧の波形のように、上部を制限している。しきい値設定手段２２はマイクロコンピュータ１０から出力され、また、ＰＵの出力信号はマイクロコンピュータ１０の回転子推定手段１７に入力している。しきい値設定手段２２の具体的な例として、マイクロコンピュータ１０に内蔵されたＤＡコンバータがある。
【００４０】
従来の特許文献３では、ブラシレスＤＣモータ１０２の巻線ＬＵ、ＬＶのＵ相端子とＶ相端子間の誘起電圧を比較し、誘起電圧が交わった信号により回転子位置と回転数を推定していた。誘起電圧は回転数に比例するので、高速回転で誘起電圧が高くなった状態で、制御電源の電圧を超えないように設定しなければならない。逆に低速回転では誘起電圧が小さくなるので、この状態で誘起電圧が交わった信号を検出しなければならず、回転子位置の推定の信頼性が低下していた。
【００４１】
以上より、誘起電圧は低速回転で十分大きさが確保できるように設定できるので、停止時に回転子４が回転して空転している場合、特に低い回転数で回転していても、信頼性が高く確実に起動ができ、回路が小型で低コスト化できる。
【００４２】
なお、本実施の形態では誘起電圧検出手段１４の電子部品としてコンパレータを使用した例を示したが、マイクロコンピュータのＡＤ変換を使用して誘起電圧を入力してあらかじめ定められたしきい値と比較してもよく、その作用効果にかわりはない。
【００４３】
また、本実施の形態では矩形波通電の例を前提にしているが、正弦波通電の場合、空転時であれば通電制御に無関係で回転数の推定の方法は同じなので、その作用効果にかわりはない。
【００４４】
また、図２に示すように、回転子推定手段１７はあらかじめ定められたしきい値より大きくなるタイミングから次の大きくなるタイミングまでの期間から回転子の回転数を推定し、回転数と回転子位置より、回転が継続するように通電制御を開始するようにしたものである。
【００４５】
Ｕ相巻線ＬＵの誘起電圧は回転数によって大きさが変化し、ＰＵの出力波形の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間の時間は変わる。この期間ＴＤは電気角で３６０度に相当するので、回転子推定手段１７は期間ＴＤより回転数を推定する。ここで、矩形波の通電制御に必要な電気角で６０度の期間ＴＭは（１）式となる。
【００４６】
ＴＭ＝ＴＤ×６０／３６０    ・・・（１）
また、１分間当たりの回転数Ｎｍｉｎ−１はＴＤの単位を秒とすると、（２）式となる。
【００４７】
Ｎ＝６０／ＴＤ    ・・・（２）
となる。したがって、回転子推定手段１７はタイミングＡの直前に出力波形において、ＴＣを検出し１／２×ＴＣを算出するのと同時にＴＤを検出して、タイミングＡから１／２ＴＣの図２（ｂ）のタイミングＢに通電手段８は４５０度に対応した出力であるＵ＋にＰＷＭ、Ｗ−にＨをＴＭの期間出力する信号をドライブ回路１１に出力する。ドライブ回路１１はＵ＋にＰＷＭ、Ｗ−にＨの信号を実際に出力して通電を開始させる。
これによって、停止時に回転子４が回転して空転している場合でも、簡単で確実に回転子位置および回転数を推定し、停止することなしに起動することができる。
【００４８】
また、通電手段８は、回転子推定手段１７が推定する回転数を入力し、回転子４を位置決めする位置決め制御を行うようにしたものである。すなわち、通電手段８は、回転子推定手段１７が推定する回転数Ｎが６０ｍｉｎ−１で停止と判断した場合、モータ電圧Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−にＨの信号を出力して下アームスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を強制的にオンさせてブレーキ制御を行う。そして、回転子４の回転数を低下させ、完全に停止する時間を経過した後、特定の相例えば、モータ電圧Ｕ＋，Ｖ−，Ｗ−強制的にＨの信号を出力させて回転子４を位置決めする。なお、ブレーキ制御は回転子４にブレーキトルクを与えるものである。
【００４９】
図５は停止時に回転子４が空転している場合、ブレーキ制御と位置決め制御を行った時の回転数の推移を示している。Ｕ相の誘起電圧検出手段１４（ＰＵ）の出力はブレーキ制御にいたるとＱ４，Ｑ５，Ｑ６は強制的にオンされるので、波形が出力されない。この時、ブレーキトルクによって回転数は急激に低下し、その後、位置決め制御を行う。
これにより、確実に回転子の回転を停止させた後に位置決め制御するので、位置決めの失敗をなくすことができる。
【００５０】
なお、回転子の空転している回転数が、最初から６０ｍｉｎ−１以下の例えば、４５ｍｉｎ−１で回転し、誘起電圧波形の落ち込み部分とあらかじめ定められたしきい値と比較された場合、正しい回転子位置や回転数の推定が出来ない。この場合、回転子推定手段１７が２回連続して回転数を推定し、２つの回転数が一致していなかったら、正しい回転数でなく６０ｍｉｎ−１以下であると判断できる。
（実施の形態２）
第２の実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置について、図６、図７を用いて説明する。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
第２の実施の形態における回転子推定手段２３は誘起電圧検出手段１４のＵ相ＰＵおよびＶ相ＰＶの出力信号を検出し、回転方向を推定し、回転方向に応じて起動方法を変更するようにしたものである。
【００５２】
そして、図６に示すように、Ｖ相の誘起電圧検出手段１４のＰＶにしきい値設定手段２２のあらかじめ定められたしきい値を出力している。
【００５３】
図７は誘起電圧検出手段１４のＵ相ＰＵとＶ相ＰＶが出力する波形を正転の場合と逆転の場合を示している。回転子推定手段２３はＰＵの立ち上がりから次のＰＶの立ち上がりまでの期間ＴＥと、ＰＵの立ち上がりから次ＰＵの立ち上がりの期間ＴＤの比より検出する。正転時はＴＥ／ＴＤ＝１／３、逆転時はＴＥ／ＴＤ＝約２／３となるので、正転の場合、ＴＥ／ＴＤ＜１／２、逆転の場合、ＴＥ／ＴＤ＞１／２で求める。
【００５４】
そして、回転子推定手段２３は正転と推定した場合、回転子位置を推定するとともに回
転数を検出し、回転子４が回転して空転していても停止することなしに起動させる。この動作は、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省く。また、逆転と推定した場合、通電手段８はドライブ回路１１のＵ−，Ｖ−，Ｗ−にＨの信号を出力して下アームスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を強制的にオンさせてブレーキ制御を行う。そして、回転子４の回転数を低下させ、完全に停止する時間が経過した後、特定の相例えば、Ｕ＋，Ｖ−，Ｗ−を強制的にオンさせて回転子４を位置決めする位置決め制御を行って正転方向に低周波同期起動するようにしたものである。これによって、回転子推定手段１７は正転、逆転を検出して起動方法を変更しするので、簡単、確実に回転方向に応じて起動することができる。
（実施の形態３）
第３の実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置について、図８、図９を用いて説明する。第１、第２の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５５】
図８に示すように、しきい値設定手段２４は、直流電源５の１／２電圧１３のしきい値を入力し、起動時にあらかじめ定められたしきい値を出力する。誘起電圧検出手段１４のＰＵは、Ｕ相巻線ＬＵに発生する誘起電圧としきい値設定手段２４が出力するあらかじめ定められたしきい値を比較する。そして、運転時にしきい値設定手段２４はあらかじめ定められたしきい値から直流電源５の１／２電圧１３のしきい値に切り替え、誘起電圧検出手段１４は、巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに発生する誘起電圧と直流電源５の１／２電圧１３のしきい値を比較して信号を出力するようにしたものである。
【００５６】
ここで、あらかじめ定められたしきい値は、起動時の回転子が停止と判断する回転数６０ｍｉｎ−１に対応した値とする。
【００５７】
第１の実施の形態で用いた図２によって本実施の形態についても説明する。すなわち、図２は、正転の空転時の起動から通電移行時に、誘起電圧検出手段１４はあらかじめ定められたしきい値から運転時の直流電源５の１／２電圧１３に変更した例を示している。
【００５８】
回転子推定手段１７は、通電移行時のタイミングＡの直前において、Ｕ相巻線ＬＵが出力する誘起電圧とあらかじめ定められたしきい値からＴＣを検出する。そして、１／２×ＴＣを算出するのと同時にＴＤを検出してＴＭを算出後、タイミングＡから１／２×ＴＣの図２（ｂ）のタイミングＢで通電手段８に通電開始を指示する。通電手段８は誘起電圧の電気角４５０度に対応した出力であるＵ＋にＰＷＭ，Ｗ−にＨの信号をドライブ回路に出力する。ドライブ回路１１はＵ＋にＰＷＭ，Ｗ−にＨの信号を実際にインバータ回路１に出力して通電を開始させる。
【００５９】
さらに、しきい値設定手段２２はあらかじめ定められたしきい値から直流電源５の１／２電圧１３に出力を切り替える。誘起電圧検出手段１４のＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、直流電源５の１／２電圧１３と巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷの誘起電圧と比較して回転子推定手段１７に信号を出力し、運転状態にする。つまり、回転子推定手段１７は、図２（ｂ）のタイミングＢよりＴＭの期間経過中に今度は通電の無いＶ相誘起電圧と直流電源５の１／２電圧１３を比較して出力されるＶ相ＰＶの出力信号より回転子位置を推定する。そして、その結果に基づいて通電手段８はドライブ回路１１にモータ電圧の信号を出力し、ドライブ回路１１は実際に信号をインバータ回路１に出力して通電させ、これらの繰り返しによって運転を継続させる。
【００６０】
そして、運転時に誘起電圧検出手段１４が巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに発生する誘起電圧と直流電源５の１／２電圧１３のしきい値を比較して信号を出力し、回転子推定手段１７が誘起電圧検出手段１４の出力する信号より回転子位置を推定して駆動させるのは、従来例
の運転方法と同じである。
【００６１】
同様に、停止または逆転時の低周波同期起動後の通電開始時において、しきい値設定手段２２はあらかじめ定められたしきい値から運転時の電源電圧の１／２電圧１３に変更する。そして、誘起電圧検出手段１４のＰＵ，ＰＶ，ＰＷは巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷが発生する誘起電圧と電源電圧の１／２電圧１３を比較し、回転子推定手段１７に出力する。回転子推定手段１７は回転子位置推定することにより、正転の空転時と同様に運転することができる。
【００６２】
図９は全体のフローチャートを示す。まず初めに、Ｓ１：誘起電圧を誘起電圧検出手段１４が検出する。次にＳ２：誘起電圧検出手段１４より出力される信号により回転子推定手段１７は回転子位置を推定する。そして、Ｓ３：回転子推定手段１７は回転数および回転方を推定する。Ｓ４：停止又は逆転と判断した場合、Ｓ５：ブレーキ制御、Ｓ６：低周波同期起動をして、Ｓ８：誘起電圧検出手段１４はあらかじめ定められたしきい値から電源の１／２電圧１３にしきい値を変更し、Ｓ９：運転する。Ｓ３で正転と判断した場合、Ｓ７：回転子推定手段１７の推定された回転子位置より通電開始を行い、Ｓ８：誘起電圧検出手段１４はあらかじめ定められたしきい値から電源の１／２電圧１３にしきい値を変更し、Ｓ９：運転することになる。
【００６３】
上記構成によって、起動時と運転時の誘起電圧検出手段１４を共用化できるので、回路の部品や実装スペースが少なくできる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、簡単で確実に回転子位置の推定および回転数を検出して回転したまま起動できるので、天井埋込換気扇のような送風装置等の駆動装置として有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１    インバータ回路
２    ブラシレスＤＣモータ
３    固定子
４    回転子
５    直流電源
８    通電手段
１０    マイクロコンピュータ
１１    ドライブ回路
１２    駆動装置
１３    １／２電圧
１４    誘起電圧検出手段
１７    回転子推定手段
２２    しきい値設定手段
２３    回転子推定手段
２４    しきい値設定手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015033151.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015033151.tif 000013
【図１２】
2015033151.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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