(57)【要約】【課題】装置全体の複雑化や大型化を招くことなく、十分に大きい起動トルクを得ることができるＤＣブラシレスモータの並列駆動方法を提供する。【解決手段】並列接続されたＤＣブラシレスモータＭ１，Ｍ２を、インバータ２０２を備えたコントローラ２００により同一速度で駆動するための並列駆動方法に関する。インバータ２０２とモータＭ１，Ｍ２との間にリレーＲｙ１，Ｒｙ２をそれぞれ接続し、起動時には、一方のリレーＲｙ１をオンしてモータＭ１を加速した後、オン状態にある前記リレーＲｙ１をオフしてモータＭ１を惰性で回転させ、その後、他のモータＭ２に対応するリレーＲｙ２をオンしてモータＭ２を加速すると共に、モータＭ１，Ｍ２のロータ位置の位相角度差が設定値以内になったときに両モータＭ１，Ｍ２が同期したと判断し、モータＭ１に対応するリレーＲｙ１をオンして２台のモータＭ１，Ｍ２を並列運転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するためのＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記駆動回路の出力側と各モータとの間にスイッチ手段をそれぞれ接続し、
起動時には、１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該モータを加速した後、オン状態にある前記スイッチ手段をオフして前記１台のモータを惰性で回転させ、その後、他のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該他のモータを加速すると共に、前記１台のモータのロータ位置の位相角度と前記他のモータのロータ位置の位相角度との差が設定値以内になったときに前記１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして複数台のモータを並列運転することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
【請求項２】
互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するためのＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記駆動回路の出力側と各モータとの間にスイッチ手段をそれぞれ接続し、
起動時には、１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該モータを加速した後、オン状態にある前記スイッチ手段をオフして前記１台のモータを惰性で回転させ、その後、他のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該他のモータを加速すると共に、前記１台のモータの回転速度と前記他のモータの回転速度との差が設定値以内であり、かつ、前記１台のモータのロータ位置の位相角度と前記他のモータのロータ位置の位相角度との差が設定値以内になったときに前記１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして複数台のモータを並列運転することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記他のモータに対応するスイッチ手段がオンしている状態で前記１台のモータに対応するスイッチ手段をオンすることにより複数台のモータを並列運転する際に、一定時間は並列運転開始時の各モータの回転速度を維持することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
各モータのロータ位置検出信号から各相ごとに論理和または論理積を検出して各相ごとに制御用ロータ位置検出信号を作成し、これらの制御用ロータ位置検出信号に基づいて前記駆動回路内の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を作成することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
【請求項５】
請求項１，２，３または４に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記駆動回路を三相電圧形インバータにより構成したことを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを駆動するための並列駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを一つの駆動回路によって駆動する従来技術として、図８に示す並列駆動回路が知られている。
図８において、１００は交流電源、２００’は駆動回路としてのコントローラ、Ｍ１，Ｍ２は並列運転される例えば三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のＤＣブラシレスモータ、３０１，３０２は各モータＭ１，Ｍ２のロータ位置をＵ，Ｖ，Ｗ相の各相について検出するホール素子等の位置検出素子、２０１は交流電源１００の交流電圧を整流、平滑して所定の直流電圧を得る整流・平滑回路、２０２はモータＭ１，Ｍ２の各相ステータコイルに通流するための三相電圧形インバータ、２０３は位置検出素子３０１，３０２の出力信号からロータの位置及び回転速度を検出する位置検出回路、２０４はモータＭ１，Ｍ２の運転・停止指令や速度パターン（速度指令）を出力する速度制御回路、２０５は速度パターン及び回転速度検出値に基づいてインバータ２０２の出力電圧指令を生成し、これと搬送波とを比較してＰＷＭ演算等を行なう制御演算回路、２０６は制御演算回路２０５の出力信号（ＰＷＭ信号）に基づいてインバータ２０２の各スイッチング素子に対する駆動信号（点弧信号）を生成する点弧ロジック回路である。
【０００３】
図９は、この並列駆動回路の起動時におけるタイミングチャートである。
時刻Ｔ１において運転指令が与えられると、時刻Ｔ２までの間、インバータ２０２から各モータＭ１，Ｍ２のステータコイルに直流電圧が印加される。
これにより、モータＭ１，Ｍ２のコイルには同じ直流電流が流れてステータの各磁極が同一極性に励磁され、永久磁石からなる各モータＭ１，Ｍ２のロータが同じ位相角度の位置に引き寄せられる。
このとき、各モータＭ１，Ｍ２のロータは位相角度が一致しているので、図９に示す如く時刻Ｔ３から徐々に印加電圧を高くして次第に加速していけば、２台のモータＭ１，Ｍ２は同期して加速され、やがて時刻Ｔ４以後に印加電圧が一定の運転に移行する。
【０００４】
なお、インバータからなる１台の駆動回路の出力電圧を並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータに等しく印加してこれらのモータを駆動するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−３７９８７号公報（図１，図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した図８，図９の従来技術では、起動時にインバータ２０２の出力電流が各モータＭ１，Ｍ２に二分されて供給されるので、大きな起動トルクを得ることが難しい。このため、例えば屋外のファン等に適用した場合、冬場に雪や氷がファンに付着している時には円滑に起動できないことがある。
また、所望の起動トルクを得るために、インバータを含むコントローラを個々のモータごとに設けて駆動することも考えられるが、装置全体が複雑化、大型化し、コストも高くなるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、装置全体の複雑化や大型化を招くことなく、十分に大きい起動トルクを得ることができるＤＣブラシレスモータの並列駆動方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するためのＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記駆動回路の出力側と各モータとの間にスイッチ手段をそれぞれ接続し、
起動時には、１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該モータを加速した後、オン状態にある前記スイッチ手段をオフして前記１台のモータを惰性で回転させ、その後、他のモータに対応するスイッチ手段をオンして当該他のモータを加速すると共に、前記１台のモータのロータ位置の位相角度と前記他のモータのロータ位置の位相角度との差が設定値以内になったときにこれらのモータが同期したと判断し、前記１台のモータに対応するスイッチ手段をオンして複数台のモータを並列運転するものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、複数台のモータの同期を判断する条件として、請求項１に記載した如く各モータのロータ位置の位相角度差が設定値以内であることに加えて、各モータの回転速度の差が設定値以内になったことを条件として加味するものである。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
前記他のモータに対応するスイッチ手段がオンしている状態で前記１台のモータに対応するスイッチ手段をオンすることにより複数台のモータを並列運転する際に、一定時間は並列運転開始時の各モータの回転速度を維持するものである。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項１，２または３に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動方法において、
各モータのロータ位置検出信号から各相ごとに論理和または論理積を検出して各相ごとに制御用ロータ位置検出信号を作成し、これらの制御用ロータ位置検出信号に基づいて前記駆動回路内の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を作成するものである。
【００１２】
なお、請求項１〜４における駆動回路としては、請求項５に記載したように、例えば三相電圧形インバータが使用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１はこの実施形態が適用される並列駆動回路の構成を示すブロック図であり、図８と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図１において、２００はこの実施形態が適用される駆動回路としてのコントローラであり、各モータＭ１，Ｍ２に対応して設けられた位置検出素子３０１，３０２の出力信号はそれぞれ位置検出回路２０３１，２０３２に入力され、これらの出力信号は速度制御回路２０４の出力信号と共に制御演算回路２０５に入力されている。
【００１４】
制御演算回路２０５からは、点弧ロジック回路２０６に向けて三相電圧形インバータ２０２を制御するための駆動信号が出力されていると共に、インバータ２０２の出力側と各モータＭ１，Ｍ２との間に接続されたスイッチ手段としてのリレーＲｙ１，Ｒｙ２をそれぞれ駆動する制御信号が出力される。
【００１５】
次に、図２は、この実施形態の起動時におけるタイミングチャートであり、図３は図２に対応するフローチャートである。
以下、これらの図を参照しつつ本実施形態における起動方法を説明する。
【００１６】
まず、図２の時刻Ｔ１１で制御演算回路２０５に運転指令が与えられると、制御演算回路２０５はモータＭ１側のリレーＲｙ１をＯＮさせ、モータＭ１のみを駆動する（図３のＳ１，Ｓ２）。
一定時間経過してから（図３のＳ３）、時刻Ｔ１２でリレーＲｙ１をＯＦＦすると共に、リレーＲｙ２をＯＮし、モータＭ２を駆動する（図３のＳ４，Ｓ５）。なお、リレーＲｙ１をＯＦＦした後に、モータＭ１は惰性で回転している。
【００１７】
この状態で、制御演算回路２０５は、位置検出回路２０３１，２０３２から出力される位置検出信号に基づいて、各モータＭ１，Ｍ２の位相角度α１，α２の差を求め、その差が設定値α以内になったらモータＭ１側のリレーＲｙ１をＯＮする（図３のＳ６，Ｓ７）。なお、図２では、時刻Ｔ１３において位相角度α１，α２の差が設定値α以内になったと仮定している。
【００１８】
ここで、αを両モータＭ１，Ｍ２が同期していると見なせる程度の小さい値に設定すれば、位相角度α１，α２の差が設定値α以内になった時点で両モータＭ１，Ｍ２が同期したと判断でき、このときにＯＦＦ状態のリレーＲｙ１をＯＮすれば、両モータＭ１，Ｍ２を同期状態で並列運転することが可能になる。
そして、時刻Ｔ１３以後は、速度制御回路２０４により設定速度まで加速していけばよい（図３のＳ８）。
なお、図２ではモータＭ１，Ｍ２の位相角度α１，α２が直線状に変化するように描いてあるが、位相角度α１，α２は実際には正弦波状に変化するものである。
【００１９】
図４は、他の起動方法を示すフローチャートである。
図３の起動方法において、モータＭ１，Ｍ２の速度が十分に低い時点で同期を検出できれば問題はないが、位相角度の差が設定値以内であることだけを同期検出の条件にすると、モータＭ１，Ｍ２の回転速度の差が大きい場合に円滑に同期運転に移行できない場合がある。
【００２０】
そこで、図４に示すように、回転速度の差として小さい値Ｎを設定し、モータＭ１，Ｍ２の速度Ｎ１，Ｎ２の差が設定値Ｎ以内であり、しかも、位相角度α１，α２の差が設定値α以内になった時点で両モータＭ１，Ｍ２が同期したと判断するようにした（図４のＳ１６，Ｓ１７）。なお、図４におけるＳ１１〜Ｓ１５，Ｓ１８，Ｓ１９は、図３のＳ１〜Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８と実質的に同じ手順である。
ここで、モータＭ１，Ｍ２の速度Ｎ１，Ｎ２は、図１の位置検出回路２０３１，２０３２による位置検出信号の周波数から容易に検出可能である。
【００２１】
次に、図５は、更に別の起動方法を示すフローチャートである。
図３の起動方法により、位相角度の差が設定値以内になったことから同期を判断して両モータＭ１，Ｍ２を並列運転する場合、並列運転の開始直後は未だ若干の速度差や位相角度の差が存在する場合があり、この状態で直ちに加速すると速やかに加速できないことがある。
【００２２】
そこで、図５に示す如く、位相角度の差が設定値以内になってＯＦＦ状態のリレーＲｙ１をＯＮさせることにより両モータＭ１，Ｍ２の並列運転を開始した後も、現状の速度で一定時間Ｔｘだけ両モータＭ１，Ｍ２を運転し（図５のＳ２８）、その後に設定速度まで加速するようにした（図５のＳ２９）。この図５におけるＳ２１〜Ｓ２７，Ｓ２９は、図３のＳ１〜Ｓ７，Ｓ８と実質的に同じ手順である。
図２では、時刻Ｔ１３から並列運転を開始しているが、図５に示す起動方法によれば、時刻Ｔ１３以後、モータＭ１，Ｍ２の速度Ｎ１，Ｎ２を直ちに加速することなく、破線のように時刻Ｔ１３における速度を所定時間、維持するものである。
【００２３】
ここで、図２、図３に示したように、時刻Ｔ１３において両モータＭ１，Ｍ２の同期を判断し、その後、両モータＭ１，Ｍ２を並列運転して直ちに加速していく場合の位置検出信号の処理方法について、以下に説明する。
【００２４】
図６は、図１における位置検出回路２０３１，２０３２の一具体例を示している。
図６において、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡはモータＭ１のロータ位置検出信号であり、ＵＢ，ＶＢ，ＷＢはモータＭ２のロータ位置検出信号である。実際に制御に使用される制御用ロータ位置検出信号は、６個のＡＮＤ回路４１ＵＡ，４１ＶＡ，４１ＷＡ，４１ＵＢ，４１ＶＢ，４１ＷＢ及び３個のＯＲ回路４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗを用いて、運転モータ選択回路４３の出力信号により、モータＭ１のロータ位置検出信号を用いるか、またはモータＭ２のロータ位置検出信号を用いるか、あるいは、モータＭ１，Ｍ２のロータ位置検出信号の論理和を用いるかが選択される。
【００２５】
すなわち、最初の始動時（図３のステップＳ２によりリレーＲｙ１をＯＮしてステップＳ３により一定時間経過した後）には、運転モータ選択回路４３の出力Ａ（モータＭ１に対応）をＨｉｇｈレベル、出力Ｂ（モータＭ２に対応）をＬｏｗレベルにする。これにより、ＡＮＤ回路４１ＵＡ，４１ＶＡ，４１ＷＡに入力されたモータＭ１のロータ位置検出信号ＵＡ，ＶＡ，ＷＡはそのままＯＲ回路４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗに入力されるが、ＡＮＤ回路４１ＵＢ，４１ＶＢ，４１ＷＢの出力信号は常にＬｏｗレベルであるため、制御用ロータ位置検出信号としては、モータＭ１のロータ位置検出信号ＵＡ，ＶＡ，ＷＡだけが有効に利用される。
【００２６】
同様にして、次のステップ（図３のステップＳ４によりリレーＲｙ１をＯＦＦしてステップＳ５によりリレーＲｙ２をＯＮした後）では、運転モータ選択回路４３の出力ＢをＨｉｇｈレベル、出力ＡをＬｏｗレベルにする。これにより、制御用ロータ位置検出信号としては、モータＭ２のロータ位置検出信号ＵＢ，ＶＢ，ＷＢだけが有効に利用される。
【００２７】
そして、図６により検出される各モータＭ１，Ｍ２の各相ごとの位相角度の差がα°以内になったら（図３のステップＳ６）、次のステップとして、図３のステップＳ７によりリレーＲｙ１をＯＮすると共に、運転モータ選択回路４３の出力Ａ，Ｂを何れもＨｉｇｈレベルにする。
これにより、モータＭ１，Ｍ２のロータ位置検出信号ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢがすべてＯＲ回路４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗに入力され、各モータＭ１，Ｍ２のロータ位置検出信号の論理和が各相ごとに制御用ロータ位置検出信号として出力されることになる。その後、両モータＭ１，Ｍ２は設定速度まで加速される（図３のステップＳ８）。
【００２８】
なお、図６では、２台のモータＭ１，Ｍ２を並列運転する場合に各モータＭ１，Ｍ２の各相ごとのロータ位置検出信号の論理和を用いて制御用ロータ位置検出信号を求めているが、各相ごとのロータ位置検出信号の論理積を用いて制御用ロータ位置検出信号を求めても良い。
また、図６の機能はすべてマイコンにより置き換えて実現することも可能である。
【００２９】
図７は、モータＭ１，Ｍ２が完全に同期していて、各相のロータ位置検出信号が同期している場合を示している。この場合、モータＭ１，Ｍ２のロータ位置検出信号と、ＯＲ回路４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの出力信号、すなわち制御用ロータ位置検出信号とが全く同じ信号となっている。つまり、モータＭ１，Ｍ２とも同期して運転できることを示している。
【００３０】
上記実施形態では、２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明の運転方法は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
また、図１のリレーＲｙ１，Ｒｙ２は有接点、無接点を問わないと共に、スイッチ手段としてはリレー以外の半導体スイッチを使用しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、起動時に順次１台ずつモータに通流するようにし、その後、複数台のモータが同期してから並列運転に移行するようにしたため、実質的に各モータを個別のコントローラにより起動するのと同等の作用を果たすことができる。これにより、各モータに十分な起動電流を供給して大きな起動トルクを得ることが可能である。
また、モータの台数分だけコントローラを設ける必要がないので、装置構成の複雑化や大型化を招くこともなく、コストの低減にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態が適用される並列駆動回路のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における起動時のタイミングチャートである。
【図３】図２に対応する起動方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における他の起動方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における別の起動方法を示すフローチャートである。
【図６】図１における位置検出回路の一例を示す構成図である。
【図７】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】従来技術の並列駆動回路を示すブロック図である。
【図９】従来技術の起動時におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１００：交流電源
２００：コントローラ
２０１：整流・平滑回路
２０２：三相電圧形インバータ
２０３１，２０３２：位置検出回路
２０４：速度制御回路
２０５：制御演算回路
２０６：点弧ロジック回路
３０１，３０２：位置検出素子
４１ＵＡ，４１ＶＡ，４１ＷＡ，４１ＵＢ，４１ＶＢ，４１ＷＢ：ＡＮＤ回路
４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ：ＯＲ回路
４３：運転モータ選択回路
Ｍ１，Ｍ２：ＤＣブラシレスモータ
Ｒｙ１，Ｒｙ２：リレー
【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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