(57)【要約】【課題】不等間隔に配置された位置センサを使用しても、同期電動機の電流を正弦波状に制御する１８０度通電制御に好適な同期電動機の制御装置を提供することにある。【解決手段】同期電動機の磁極位置を検出する位置検出部と、位置検出部の位置信号を用いて同期電動機を制御する電動機制御手段と、電動機制御手段から出力される駆動信号に従って同期電動機を駆動するインバータからなる同期電動機の制御装置において、位置検出部の複数の位置センサをこの位置センサから得られる位置信号Ａ，Ｂの角度間隔が不等間隔となるように配置し、位置検出部から出力される不等間隔の位置信号の信号間隔が１対ｎ(ｎは２以上の整数)の割合であるとき、電動機制御手段が備える速度演算部１及び位相補正部２は、位置信号の信号間隔が１の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔がｎの場合は信号間隔が１相当の情報(１／ｎ)にして使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機の磁極位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の位置信号を用いて前記同期電動機を制御する電動機制御手段と、前記電動機制御手段から出力される駆動信号に従って前記同期電動機を駆動するインバータからなる同期電動機の制御装置において、
前記位置検出部の複数の位置センサをこの位置センサから得られる位置信号の角度間隔が不等間隔となるように配置し、前記位置検出部から出力される不等間隔の位置信号の信号間隔が１対ｎ(ｎは２以上の整数)の割合であるとき、前記電動機制御手段は、前記位置信号の信号間隔が１の場合はそのまま使用し、前記位置信号の信号間隔がｎの場合は信号間隔が１相当の情報(１／ｎ)にして使用することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項２】
同期電動機の磁極位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の位置信号を用いて前記同期電動機を制御する電動機制御手段と、前記電動機制御手段から出力される駆動信号に従って前記同期電動機を駆動するインバータからなる同期電動機の制御装置において、
前記位置検出部の複数の位置センサをこの位置センサから得られる位置信号の角度間隔が電気角で６０度相当と１２０度相当の２種類の間隔となるように配置し、前記電動機制御手段は、前記位置信号から得られる情報として、前記位置信号の信号間隔が電気角６０度相当の場合はそのまま使用し、前記位置信号の信号間隔が電気角１２０度相当の場合は１／２（信号間隔が電気角６０度相当に換算）にして使用することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記電動機制御手段は、前記位置信号から得られる情報を電気角一周期分もしくはその整数倍で平均化して用いることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記電動機制御手段は位相補正部を備え、該位相補正部は、前記位置検出部が出力する不等間隔の位置信号を用いて前記同期電動機の基準位相を作成すると共に、前記基準位相と制御装置の内部位相との位相誤差を算出し、該位相誤差を電気角１周期分もしくはその整数倍で平均して前記内部位相を補正する補正信号を出力することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、前記電動機制御手段は速度演算部を備え、該速度演算部は、前記位置検出部が出力する不等間隔の位置信号を用いて回転速度を算出し、該回転速度の算出に際して該回転速度を電気角１周期分もしくはその整数倍周期分の時間を基に演算することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項求１において、前記電動機制御手段は、前記位置信号から得られる情報として、前記位置信号の信号間隔が１の場合は信号間隔がｎ相当の情報にして使用し、前記位置信号の信号間隔がｎの場合はそのまま使用することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項７】
同期電動機の磁極位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の位置信号を用いて前記同期電動機を制御する電動機制御手段と、前記電動機制御手段から出力される駆動信号に従って前記同期電動機を駆動するインバータからなる電動機制御装置において、
前記位置検出部の複数の位置センサを等間隔に配置し、前記電動機制御手段は、前記位置検出部の等間隔に配置されたｐ個(ｐは３以上の整数)の位置センサのうちｑ個(１≦ｑ＜ｐ−１の整数)が故障した時に得られる不等間隔の位置信号を用いて得られる情報として、前記位置信号の信号間隔が電気角３６０／(２×ｐ)度の場合はそのまま使用し、前記位置信号の信号間隔が電気角３６０／ｐ度の場合は１／(ｐ−ｑ)にして使用することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項８】
同期電動機の磁極位置を検出し、この検出した位置信号を用いて前記同期電動機を制御する同期電動機の制御方法において、
前記位置信号を検出する複数の位置センサをこの位置センサから得られる位置信号の角度間隔が不等間隔となるように配置し、前記不等間隔の位置信号の信号間隔を１対ｎ(ｎは２以上の整数)の割合としたとき、前記同期電動機の制御に際し、前記位置信号の信号間隔が１の場合はそのまま使用し、前記位置信号の信号間隔がｎの場合は信号間隔が１相当の情報(１／ｎ)にして使用することを特徴とする同期電動機の制御方法。
【請求項９】
同期電動機の磁極位置を検出し、この検出した位置信号を用いて前記同期電動機を制御する同期電動機の制御方法において、
前記位置信号を検出する複数の位置センサを等間隔に配置し、前記等間隔に配置されたｐ個(ｐは３以上の整数)の位置センサのうちｑ個(１≦ｑ＜ｐ−１の整数)が故障した時に得られる不等間隔の位置信号を用いて得られる情報として、前記位置信号の信号間隔が電気角３６０／(２×ｐ)度の場合はそのまま使用し、前記位置信号の信号間隔が電気角３６０／ｐ度の場合は１／(ｐ−ｑ)にして使用することを特徴とする同期電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサを用いて同期電動機を１８０度通電(正弦波)駆動する同期電動機の制御装置および制御方法に係り、特に、不等間隔に配置した位置センサを用いた同期電動機の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホールＩＣ等の位置センサを用いて同期電動機を１８０度通電駆動する電動機の制御装置は多数発表されている。中でも、平成１１年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会論文「インバータ制御全自動洗濯機の開発」は、ベクトル制御を採用し、１８０度通電することにより低騒音化した内容が記載されている。
上記論文で記載されている電動機の制御構成は、図１３に示す通り、等間隔に配置された３個のホールＩＣからの位置信号Ｕ，Ｖ，Ｗを用いて同期電動機の回転速度ωrを演算する速度演算部１０００と、ホールＩＣの位置信号Ｕ，Ｖ，Ｗから同期電動機の基準位相θdpsを求め、基準位相θdpsと制御装置の内部位相θdとの位相誤差を算出し、補正信号ωp11を出力する位相補正部２０００と、回転速度ωrと補正信号ωp11から内部位相θdを算出する位相更新部３と、速度指令ωr*と回転速度ωrから電流指令Ｉq*を算出する速度制御部４と、回転速度ωr及び電流指令Ｉq*、Ｉd*から同期電動機への電圧指令Ｖq*、Ｖd*を算出するベクトル演算部５と、電圧指令Ｖq*、Ｖd*と内部位相θdから印加電圧指令Ｖu,Ｖv,Ｖwを算出する印加電圧指令作成部６から構成されている。
なお、同期電動機の磁極位置を検出するホールＩＣは電気角１２０度の間隔で等間隔に取り付けられている。このため、位置信号を用いて電気角６０度毎の位置が把握できる。図１４に位置信号波形を示す。
ここで、位相誤差とは基準位相θdpsと制御装置の内部位相θdの位相差である。また、回転速度は電気角６０度毎に得られる電気角６０度の時間間隔を計測し、その値から回転速度を演算している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記制御方式は、位相補正部２０００において位置信号Ｕ，Ｖ，Ｗのエッジ毎に位相誤差を算出して補正信号ωp11を出力している。言い換えると、電気角６０度毎に基準位相θdpsと内部位相θdを比較してその位相誤差から補正信号ωp11を算出している。また、速度演算部１０００からの回転速度ωrと補正信号ωp11から補正速度ω1を作成し、位相更新部３を用いて内部位相θdを算出している。上記構成により、電気角６０度間隔の位置信号から微細な内部位相θdを作成し、１８０度通電制御を行っている。
一方、ホールＩＣ等の位置センサを用いた電動機制御装置は、比較的安価な装置(ファンモータ、洗濯機、電動自転車など)に用いられており、部品点数やコストの低減が重要な課題である。また、これまで１２０度通電駆動が主流であったが、付加価値の向上のため、１８０度通電駆動化が進められている。
そこで、比較的安価な電動機制御装置の１８０度通電駆動化(過渡期)には、これまで使用していた１２０度通電用の位置検出基板を流用することが望まれている。また、位置検出基板を共通化することにより、位置検出基板の低コスト化が図れる。
上記従来技術も安価で高精度な１８０度通電駆動が可能であるが、位置信号は電気角６０度毎（等間隔）に検出されるものと仮定して制御構成を構築しているため、さらなるホールＩＣの低減には対応できない。言い換えると、不等間隔に配置された位置センサの信号には対応することができない。
【０００４】
本発明の課題は、上記観点に鑑み、不等間隔に配置された位置センサを使用しても、同期電動機の電流を正弦波状に制御する１８０度通電制御に好適な同期電動機の制御装置および制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、同期電動機の磁極位置を検出する位置検出部と、位置検出部の位置信号を用いて同期電動機を制御する電動機制御手段と、電動機制御手段から出力される駆動信号に従って同期電動機を駆動するインバータからなる電動機制御装置において、
位置検出部の複数の位置センサをこの位置センサから得られる位置信号の角度間隔が不等間隔となるように配置し、位置検出部から出力される不等間隔の位置信号の信号間隔が１対ｎ(ｎは２以上の整数)の割合であるとき、電動機制御手段は、位置信号の信号間隔が１の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔がｎの場合は信号間隔が１相当の情報(１／ｎ)にして使用する。
また、位置検出部の複数の位置センサを等間隔に配置し、前記電動機制御手段は、位置検出部の等間隔に配置されたｐ個(ｐは３以上の整数)の位置センサのうちｑ個(１≦ｑ＜ｐ−１の整数)が故障した時に得られる不等間隔の位置信号を用いて得られる情報として、位置信号の信号間隔が電気角３６０／(２×ｐ)度の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔が電気角３６０／ｐ度の場合は１／(ｐ−ｑ)にして使用する。
ここで、不等間隔の位置信号から得られる情報を電気角一周期分もしくはその整数倍で平均化して用いる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
本発明の一実施形態を図１から図１０を用いて説明する。図２は本発明を適用した洗濯機の概略図、図３は洗濯機のパルセータＡ１及び洗濯ドラムＡ２を駆動する電動機制御装置Ａ３の構成図、図４はパルセータＡ１及び洗濯ドラムＡ２を駆動する同期電動機Ａ４に取り付けられている位置センサの概略配置図である。
本実施形態の電動機制御装置Ａ３は、図３に示すとおり、交流電源を変換する整流回路Ｂ１と、直流電力を任意の交流電力に変換し、同期電動機Ａ４を駆動するインバータＢ２と、同期電動機Ａ４に取り付けられた位置センサＢ４からの位置信号に従ってインバータＢ２を用いて同期電動機Ａ４を制御する電動機制御手段Ｂ３から構成される。
位置センサＢ４は、図４に示すとおり、同期電動機の回転子に配置された永久磁石の磁束を検知して矩形波の位置信号を出力するホールＩＣ（Ｂ４Ａ，Ｂ４Ｂ）を用い、電気角で１２０度の間隔で２つ取り付けられる。ここで、本実施形態の同期電動機は３相８極の非突極型永久磁石同期電動機であるので、機械角では３０度間隔である。また、位置センサＢ４Ｃは１２０度通電用に作成された基板であり、３個のホールＩＣを取り付けられる基板である。
図１に、本実施形態の電動機制御手段Ｂ３の制御構成図を示す。本制御はマイクロコンピュータを使用し、全てをソフトウェアで実現している。なお、マイクロコンピュータに代えてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を使用しても実現できる。
図５に、永久磁石同期電動機Ａ４の誘起電圧とホールＩＣの位置信号の関係図を示す。本図は正転（ＣＷ）方向に回転した場合の関係図であり、同時に後述で説明する制御で使用する位置検出パターンと位置検出番号ｉの関係も同時に示す。
【０００７】
図１に示す本実施形態の電動機制御手段Ｂ３について説明する。
電動機制御手段Ｂ３は、ホールＩＣの位置信号Ａ，Ｂを用いて永久磁石同期電動機の回転速度ωrを演算する速度演算部１と、位置信号Ａ，Ｂから永久磁石同期電動機の基準位相θdpsを求め、基準位相θdpsと制御装置の内部位相θdとの位相誤差を算出し、補正信号ωp11を出力する位相補正部２と、回転速度ωrと補正信号ωp11から内部位相θdを算出する位相更新部３と、上位コントローラからの速度指令ωr*と回転速度ωrから電流指令Ｉq*を算出する速度制御部４と、回転速度ωr及び電流指令Ｉq*、Ｉd*から永久磁石同期電動機への電圧指令Ｖq*、Ｖd*を算出するベクトル演算部５と、電圧指令Ｖq*、Ｖd*と内部位相θdからインバータ回路への印加電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwを算出する印加電圧指令作成部６から構成される。
速度演算部１は、位置信号Ａ，Ｂの各エッジ間（電気角６０度及び１２０度に相当）の時間（間隔時間と呼ぶ）を測定し、回転速度ωrを演算する。
位相補正部２は、ＲＯＭ２１と補正信号演算部２２からなり、ＲＯＭ２１から出力される基準位相θdpsは、位置信号Ａ，Ｂの各エッジに対応した位相角度（３０，１５０，２１０，３３０度)であり、図５に示す位置検出番号ｉに対応して予めＲＯＭ２１設定されている。また、基準位相θdpsと内部位相θdとの位相誤差演算は、上記同様、位置信号Ａ，Ｂの各エッジ毎に行われる。補正信号ωp11は、補正信号演算部２２において位相誤差の平均値(電気角１周期分)（Σ／６）を使用して比例積分演算を用いて算出する。ここで、補正信号ωp11の算出に比例積分演算を用いているが、比例演算のみでも可能である。
位相更新部３は、内部位相θdを回転速度ωrと補正信号ωp11の和である補正速度ω1を用いて式（１）で演算する。
θd(n+1)＝θd(n)＋ω1×Δt                    （１）
ここで、Δtは演算周期であり、具体的には、ＰＷＭ出力処理毎に位相更新部３の処理を実行するため、インバータのＰＷＭ半周期である。
速度制御部４は、比例積分演算を用いて電流指令Ｉq*を算出する。本実施形態の永久磁石同期電動機は突極性がない電動機であるため、電流指令Ｉd*は零に固定する。ここで、使用する電動機に突極性がある場合等は、電流指令Ｉd*を電流指令Ｉq*から算出したり、効率が最大になるように電流指令Ｉd*を演算するなどの手段を追加する。
ベクトル演算部５は、式（２）に示す電動機モデル式に従って演算を行う。ここでも、使用する電動機に突極性がある場合はその電動機モデル式を使用する。
Ｖd*＝ｒ・Ｉd*−ωr・Ｌ・Ｉq*
Ｖq*＝ωr・Ｌ・Ｉd*＋ｒ・Ｉq*＋ｋE・ωr       （２）
ここに、Ｖd*：ｄ軸電圧指令、Ｉd*：ｄ軸電流指令
Ｖq*：ｑ軸電圧指令、Ｉq*：ｑ軸電流指令
ｒ：巻線抵抗、      Ｌ：インダクタンス
ｋE：発電定数、     ωr：回転速度
印加電圧指令作成部６は、ｄ−ｑは座標系で算出された電圧指令Ｖq*、Ｖd*を３相座標系に変換し、印加電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwを算出する。具体的には、印加電圧値を演算する印加電圧演算部６１と、内部位相θdと負荷角δから印加電圧の位相を演算する電圧位相演算部６２と、印加電圧と誘起電圧の位相差である負荷角δを演算するδ演算部６３から構成する。
【０００８】
次に、図１に示す本実施形態の電動機制御手段Ｂ３の制御構成をソフトウェアで実現するソフトウェア構成をフローチャートで説明する。但し、本発明の説明で必要な部分のみを示す。
図６にソフト全体構成、図７に位置検出処理、図８に位置検出処理の動作説明図、図９に速度演算処理とＰＷＭ処理、図１０に位相補正処理を示す。
【０００９】
図６に示す通り、本制御のソフト構成は、通常処理であるメイン処理と、割込み処理である位置検出処理、ＰＷＭ処理、制御周期処理で構成される。
割込み処理は、それぞれの割込みイベントが発生した時に処理が実行される。位置検出処理は位置信号の各エッジ入力時、ＰＷＭ処理はＰＷＭ半周期時、制御周期処理は制御周期タイマのオーバーフロー時である。制御周期処理は、制御周期の基本時間の作成や定期的に実行すべき処理の起動を行う。
メイン処理について以下に説明する。
メイン処理は、電動機の運転／停止判定処理を行い、運転指令が有るときは、回転数指令ωr*を読み込み、制御周期をチェックする。次に、制御周期が経過すると、速度演算処理を行い、位置信号Ａ，Ｂから回転速度ωrを演算する。続いて、回転数指令ωr*と回転速度ωrから速度制御処理を行い、基準位相θdpsと制御装置の内部位相θdとの位相誤差から補正信号ωp11を算出する位相補正処理を行う。運転指令が無いときは停止処理する。メイン処理は、通常上記処理を繰り返し実行しており、無限ループとなっている。
【００１０】
次に、本発明の内容が実行される処理について詳細に説明する。
図７に、割込み処理である位置検出処理のフローチャート（図７（Ａ））と本処理で格納されるデータの格納方法（図７（Ｂ）、（Ｃ））、図８に位置検出処理の動作説明図を示す。
本処理は、図１に示す速度演算部１と位相補正部２の一部の処理であり、上記で使用する位置検出エッジ間の時間（間隔時間）と位相誤差を演算する処理である。
位置検出処理は、先にも述べたが、ホールＩＣの位置信号Ａ，Ｂの各エッジ毎に割込み処理として起動される。
まず、（ア）において、読み込んだ位置検出パターンに応じた位置検出番号ｉの設定と位置検出回数の更新を行う。ここで、位置検出番号ｉとは、図５に示す通り、位置検出信号のエッジ毎に割振った位相番号である。また、位置検出回数とは、制御周期時間内の位置検出割込み回数を示す。
その後、（イ）において、位置検出時間の読み込みと更新を行う。本割込み処理では、位置信号のエッジ割込みをインプットキャプチャ割込みを用いて行うため、位置信号のエッジ割込み時の時間が自動的に確保される。ここでは、この時間をレジスタから読込み、専用のＲＡＭエリアに保管する処理である。
（ウ）において、上記で読み込んだ位置検出時間と前回値から間隔時間を演算し、その値を専用のＲＡＭエリアに格納する。
間隔時間格納エリアは、図７（Ｂ）に示す通り、６個あり（電気角３６０度分）、最新の電気角６０度分の間隔時間が最上位に格納される構成となっている。言い換えると、電気角１周期分の間隔時間が確保でき、１周期後に消去される。
次に、（エ）において、予め設定された基準位相θdpsを読み込み、(オ)において、基準位相θdpsと内部位相θdを用いて位相誤差を演算し、その値を専用ＲＡＭエリアに格納する。格納エリアを図７（Ｃ）に示す。内容は間隔時間と同様である。
【００１１】
ここで、不等間隔の位置信号から電気角６０度分の間隔時間及び位相誤差を作成する方法について、図８を用いて説明する。図８は、位置信号Ａ，Ｂとその信号から得られる間隔時間（Ｔ０，Ｔ１…）と位相誤差（Ｅ０，Ｅ１…）の関係を示した動作説明図である。
図８に示すように、位置信号Ａ，Ｂの位相差が電気角１２０度あるため、位置θ１では間隔時間及び位相誤差は電気角１２０度分の値となり、位置θ２では電気角６０度分の値となる。（その後、交互に繰り返す。）
このように、不等間隔の位置信号では等角度分（等間隔）のデータが得られない。このデータをそのまま使用すると、後述する速度演算や位相補正演算などに上記データの判定処理を設けたり、別ループでの処理を追加したりする必要がある。言い換えると、制御ソフトが複雑になる。
本実施形態では、制御ソフトを単純化し、後述の速度演算や位相補正演算等の処理を複雑にすることなく、実行できるように、間隔時間及び位相誤差を電気角６０度分のデータとして扱えるように変更する。
図８に、位置θ1では、上述したように電気角１２０度分の値（Ｔ０，Ｅ０）であるので、この値を１／２（電気角６０度分のデータ）にして電気角６０度分の値として２個（Ｔ０／２，Ｔ０／２）格納する。また、位置θ２では、電気角６０度分の値（Ｔ１，Ｅ１）であるので、そのまま電気角６０度分の値（Ｔ１）として格納する。なお、前述した位置検出回数も電気角１２０度分の値を格納する場合は２つ増加させる。
このようにすることにより、電気角１２０度分の値を電気角６０度のデータとして扱え、後述する速度演算や位相補正演算などを複雑にすることなく、簡単な処理で実行できる。言い換えると、不等間隔の位置センサを用いても等間隔に配置した位置センサを使用しているように処理ができる。
以上が位置検出処理の内容である。この処理の実行により、電気角６０度分の間隔時間と位相誤差が算出される。
【００１２】
次に、所定の周期で実行される速度演算処理と位相補正処理及び内部位相θdの更新を行っているＰＷＭ処理について、図９、１０を用いて説明する。
図９（Ａ）に、速度演算処理のフローチャートを示す。本処理は、前述した位置検出回数の読込みとクリア、及び位置検出処理で求めた間隔時間を用いて回転速度ωｒを算出する処理である。図１に示す速度演算部１の処理である。
速度演算は、間隔時間６個（Ｔ０／２，Ｔ０／２，Ｔ１，Ｔ２／２，Ｔ２／２，Ｔ３）を用いて３６０度時間（電気角１周期）として回転速度ωrを演算する。なお、回転速度演算法としては、電気角６０度分の間隔時間から回転速度ωrを演算し、その値６個を用いて平均化する方法や、低速回転の場合、偶数個の間隔時間から回転速度ωrを演算する方法なども考えられる。上記どの方法でも位置信号のばらつきを抑制して安定した回転速度ωrの演算が可能である。また、電気角１周期毎にクリアする。
図９（Ｂ）に、ＰＷＭ処理のフローチャートを示す。本処理は、内部位相θdの更新と通常のＰＷＭ出力処理を行う。図１に示す位相更新部３と電圧指令作成部６の出力段もこの処理内である。ＰＷＭ出力処理については説明を省略する。
ＰＷＭ処理は、本制御処理内で最小の時間周期で実行される処理である。そこで、内部位相θdの更新を本処理内で行う。実行内容は前述の式（１）に示す通りである。
【００１３】
図１０に、位相補正処理のフローチャートを示す。本処理は、基準位相θdpsと内部位相θdの位相誤差から補正信号ωp11を算出する処理であり、図１に示す位相構成部２の中心処理である。
まず、（カ）において、電気角１周期分経過したかどうかをチェックする。所定の周期中に１周期回転していれば（キ）に進むが、そうでない場合は処理を終了（メイン処理に戻る）する。
（キ）では、図７（Ｃ）に示した位相誤差格納エリア６個分の値を用いて平均位相誤差を演算する。具体的には、すべてのデータを合計して６で割っている。
（ク）では、上記で位相誤差を使用したので、そのデータをすべてクリアする。
（ケ）では、上記で求めた平均位相誤差を用いて補正信号ωp11を算出する。算出方法は上述した通り、比例積分演算を用いて算出する。
以上の処理を繰り返し実行することにより、電動機の速度制御が可能となり、速度演算処理や位相補正処理を電気角１周期分で平均化して演算することにより、位置信号のばらつきがあっても、そのばらつきを吸収して安定した電動機の制御が可能となる。
【００１４】
本実施形態は、洗濯機に適用した例で説明してきたが、その他にファン電動機、ポンプ駆動電動機、電動自動車等に適用できる。その理由としては、安価な回路構成で１８０度通電制御が可能であり、電動機及び取り付けユニットの低振動・低騒音化が図れるからである。
図１１に、エアコンの室外ファン電動機に適用した場合の取り付け概観図、図１２に、室外ファン電動機の断面図を示す。図１１において、１００が室外ファン、２００が圧縮機制御基板、３００が圧縮機、４００が室外機である。図１２のファン電動機には制御基板９００が内蔵されている。ここで、５００が電動機の固定子、６００が回転子、７００、７０１がベアリング、８００が電動機シャフト、９０１が制御用マイコン、９０２がインバータ、９０３がホールＩＣを示す。図１１に示すファン１００はシャフト８００に直結される。
なお、位置センサを２個使用するのは回転方向を検出するためである。
【００１５】
このように、本発明では、これまで使用していた１２０度通電用位置検出基板を使用して位置センサの数を減らすことが可能となり、さらに、ホールＩＣの取り付けばらつきによる位相変動等の問題を解決できるので、位置検出部分のコストを低減することができる。
さらに、制御ソフトの構成が簡単になり、開発効率を向上できるだけでなく、制御ソフトの共通化が図られ、位置センサ３個の場合と２個の場合のどちらの場合でも電動機を駆動できるようになる。
【００１６】
ここで、本発明の実施形態として、位置検出部から出力される不等間隔の位置信号の信号間隔を１対２の割合として説明したが、不等間隔の位置信号の信号間隔が１対ｎ(ｎは２以上の整数)の割合の場合も同様であり、そして、この場合、位置信号の信号間隔が１の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔がｎの場合は信号間隔が１相当の情報(１／ｎ)にして使用する。
【００１７】
以上、本発明の実施形態では、位置検出信号の角度間隔が不等間隔に配置された位置センサを使用する場合について説明したが、本発明は、位置検出信号の角度間隔が等間隔に配置された位置センサを使用する場合においても適用可能である。すなわち、位置センサの一部が故障した場合、位置センサの個々の故障を検知する回路もしくは処理を追加することにより、自動的に位置センサの使用個数を変更して電動機の駆動ができるようになる。
具体的には、位置検出部の位置センサが等間隔に３個配置されているとき、等間隔に配置された３個の位置センサのうち１個が故障した時、位置検出信号の角度間隔が不等間隔になる。この不等間隔の位置信号は、角度間隔が電気角で６０度と１２０度の２種類の間隔となる。この場合、位置信号の信号間隔が電気角６０度の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔が電気角１２０度の場合は１／２にして信号間隔が電気角６０度として使用する。
ここで、等間隔に配置された位置センサ３個をｐ個（ｐは３以上の整数)、故障した位置センサ１個をｑ個(１≦ｑ＜ｐ−１の整数)としても同様である。そして、この場合、位置信号の信号間隔が電気角３６０／（２×ｐ）度の場合はそのまま使用し、位置信号の信号間隔が電気角３６０／ｐ度の場合は１／（ｐ−ｑ）にして使用する。
このようにして、位置検出信号の角度間隔が等間隔に配置された位置センサを使用する場合において、位置センサの一部が故障しても電動機の駆動が可能な電動機駆動システムを構築できる。
この電動機駆動システムを電動自動車などに適用した場合、その駆動システムはより安全なシステムとなる。また、連続で動作している機器の駆動用電動機の場合、運転を停止する頻度を低減できる。
【００１８】
また、本発明の実施形態では、位置信号の間隔が電気角６０の場合はその情報をそのまま使用し、電気角１２０度の場合はその情報を１／２（電気角６０度分の情報に換算）にして使用する場合について説明したが、反対に、位置信号の間隔が電気角６０の場合はその情報を２倍（電気角１２０度分の情報に換算）にして使用し、電気角１２０度の場合はその情報をそのまま使用することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位置検出信号の角度間隔が不等間隔に配置された位置センサを使用しても、正しい位相の演算を簡単な処理で実行することができ、同期電動機の電流を正弦波状に制御する１８０度通電制御を実現することができる。
また、制御ソフトの構成が簡単になり、開発効率を向上できるだけでなく、制御ソフトの共通化を図ることができ、例えば位置センサ３個の場合と２個の場合のどちらの場合でも電動機を駆動することができる。
また、位置信号から得られる情報を電気角１周期分で平均化することにより、位置センサの取付誤差に起因する位置信号のばらつきを吸収し、安定した電動機駆動を実現することができる。
また、これまで使用していた例えば１２０度通電用位置検出基板を使用して位置センサの数を減らすことが可能となり、位置検出部分のコストを低減することができる。
また、位置センサの個々の故障を検知し、自動的に位置センサの使用個数を変更することにより、言い換えると、位置センサの一部が故障しても電動機の駆動が可能な電動機駆動システムを構築することができる。これにより、電動自動車などの駆動装置では、位置センサの一部が故障しても安全に電動機を駆動することができ、また、連続で動作している機器の駆動用電動機の場合、運転を停止する頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す同期電動機の制御装置の構成図
【図２】本発明を適用する洗濯機概略図
【図３】本発明の電動機駆動制御の構成図
【図４】本発明の位置センサの概略配置図
【図５】本発明の誘起電圧とホールＩＣの位置信号の関係図
【図６】本発明のソフト全体構成図
【図７】本発明の位置検出処理のフローチャート
【図８】本発明の位置検出処理の動作説明図
【図９】本発明の速度演算処理とＰＷＭ処理のフローチャート
【図１０】本発明の位相補正処理のフローチャート
【図１１】本発明を適用したエアコン概略図
【図１２】本発明を適用した室外ファン電動機の断面図
【図１３】従来の電動機制御構成図
【図１４】従来の電動機制御装置の位置信号波形
【符号の説明】
１、１０００…速度演算部、２、２０００…位相補正部、２１…ＲＯＭ、２２…補正信号演算部、３…位相更新部、４…速度制御部、５…ベクトル演算部、６…電圧指令作成部、６１…、印加電圧指令作成部、６２…電圧位相演算部、６３…負荷角演算部、４００…電動機固定子、５００…電動機回転子、６００、６０１…ベアリング、７００…電動機シャフト、８００…電動機制御基板、８０１…制御用マイコン、８０２…インバータ、８０３…ホールＩＣ、Ａ１…パルセ−タ、Ａ２…洗濯ドラム、Ａ３…電動機制御装置、Ａ４…同期電動機、Ｂ１…整流回路、Ｂ２…インバータ、Ｂ３…電動機制御手段、Ｂ４…位置センサ
【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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