(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から電流が供給され永久磁石と巻線を有する電動機と、前記永久磁石の磁極を検知する磁気検知手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記インバータ回路の変調周期を決定するタイマと、第１の記憶手段と、第２の記憶手段と、内部にカウンタを有し前記電動機のロータ位置を検出する位置検知手段とを備え、前記磁気検知手段が磁極の変化を検知すると、前記位置検知手段は、前記電動機の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまで、前記タイマによって決定される前記インバータ回路の変調周期ごとにカウントして前記カウンタをインクリメントし、前記第１の記憶手段は前記インクリメントされたカウント値を記憶し、前記第２の記憶手段は前記第１の記憶手段に記憶された前回のカウント値を記憶するようにし、前記位置検知手段は、前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値と前記第２の記憶手段に記憶されたカウント値を比較し、その差を前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値に加算し、次の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまでにカウントされるカウント値を予測し、その予測値より前記インバータ回路の変調周期の１周期ごとに前記電動機が回転する角度を演算し、その角度と現在のカウント値より前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動などを行い、家庭、工場、事務所などにおいて使用される機器の電動機において、インバータ回路の制御に必要なロータの位置を推定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術においては、電動機内に設けたホールＩＣ、あるいはホール素子が位置検知手段を構成し、永久磁石の回転により、対向する磁極がＮ極かＳ極かを検知して、それによってハイとローの論理信号を制御手段に出力するものである。
【０００３】
あるいは、電動機内にロータリーエンコーダを接続し、ロータ位置を検知していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の技術においては、ホールＩＣまたはホール素子は、永久磁石のＮ極とＳ極を検出するものであって、ロータの位置としては永久磁石の磁極の変化以上の分解能は得られなかった。
【０００５】
一方、ロータリーエンコーダを使用した場合、ロータリーエンコーダが高価であるため、コストの上昇を招いてしまう。あるいは、ロータリーエンコーダの取り付けスペースに制約があって、取り付けができない場合があるなどの問題点を有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、位置検知手段は、電動機の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまで、タイマによって決定されるインバータ回路の変調周期ごとにカウントしてカウンタをインクリメントし、第１の記憶手段はインクリメントされたカウント値を記憶し、第２の記憶手段は第１の記憶手段に記憶された前回のカウント値を記憶するようにし、位置検知手段は、第１の記憶手段に記憶されたカウント値と第２の記憶手段に記憶されたカウント値を比較し、その差を第１の記憶手段に記憶されたカウント値に加算し、次の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまでにカウントされるカウント値を予測し、その予測値より前記インバータ回路の変調周期の１周期ごとに電動機が回転する角度を演算し、前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置検知装置であり、ロータリーエンコーダを用いることなく、高分解能でロータの位置を推定することができる。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明の目的を達成する各請求項に記載した発明に、その作用と効果を併記し、更に実施例を加えることにより、本発明の実施の形態を詳述することとする。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から電流が供給され永久磁石と巻線を有する電動機と、前記永久磁石の磁極を検知する磁気検知手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記インバータ回路の変調周期を決定するタイマと、第１の記憶手段と、第２の記憶手段と、内部にカウンタを有し前記電動機のロータ位置を検出する位置検知手段とを備え、前記磁気検知手段が磁極の変化を検知すると、前記位置検知手段は、前記電動機の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまで、前記タイマによって決定される前記インバータ回路の変調周期ごとにカウントして前記カウンタをインクリメントし、前記第１の記憶手段は前記インクリメントされたカウント値を記憶し、前記第２の記憶手段は前記第１の記憶手段に記憶された前回のカウント値を記憶するようにし、前記位置検知手段は、前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値と前記第２の記憶手段に記憶されたカウント値を比較し、その差を前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値に加算し、次の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまでにカウントされるカウント値を予測し、その予測値より前記インバータ回路の変調周期の１周期ごとに前記電動機が回転する角度を演算し、その角度と現在のカウント値より前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置検知装置としたものであり、高価なロータリーエンコーダを使用することなく、高分解能でロータの位置を推定することが可能となるとともに、加減速の激しい電動機の速度制御時であっても、ロータの位置を正確に推定することが可能となる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるロータ位置検知装置のブロック図を示すものである。
【００１１】
インバータ回路１は、直流電力を交流電力に変換するものである。このインバータ回路１の構成としては、単相であっても３相であっても良い。また、このインバータ回路１に入力する直流電力としては、電池のような直流電源であっても、交流電源を整流したものであっても良い。
【００１２】
電動機４は、永久磁石２と巻線３で構成されるものである。電動機４には、インバータ回路１から電流を供給され、供給された電流が巻線３を流れることによって磁界が発生し、その磁界を受けて永久磁石２をもつロータが回転するものである。このような構成の電動機は、ブラシレスＤＣモータと呼ばれるものである。
【００１３】
磁気検知手段５は、永久磁石２の磁極を検知するものである。磁気検知手段５としては、ホールＩＣやホール素子などであるが、それ以外のものであっても良い。
【００１４】
３相の電動機の場合、ホールＩＣやホール素子を３個使用されることが多いが、２個であっても１個であっても良く、単相の電動機の場合も同様に１つ以上あれば良い。
【００１５】
制御手段６は、インバータ回路１を制御するものである。インバータ回路１を構成するスイッチング素子のオンオフを切り替えて、直流電力を交流電力に変換する制御を行うものである。
【００１６】
クロック７は、予め決まった周期ごとに信号を発するものである。これは、水晶発振子などが相当するが、それ以外のもの、例えばＣＲ発振回路などであっても良い。
【００１７】
第１の記憶手段１０は、位置検知手段８によってカウントされたカウント値を記憶するものである。
【００１８】
位置検知手段８は、内部にカウンタを持ち、そのカウント値と、磁気検知手段５の出力を受けて、電動機４のロータ位置を推定するものである。
【００１９】
図２は本発明の実施例１におけるロータ位置検知装置のフローチャートを示すものである。
【００２０】
磁気検知手段５は磁極の変化をとらえ、出力がハイからローと変化する立ち上がり時、あるいはローからハイと変化する立ち下がり時を検出したところで、位置検知手段８のカウンタを０にリセットする。
【００２１】
磁気検知手段５が複数のホールＩＣを持つような場合、いずれか１つのホールＩＣの立ち上がり、あるいは立ち下がりをリセットタイミングとすれば良い。
【００２２】
この時、位置検知手段８は、ロータ位置を０度と設定する。その後、予め与えた周波数のクロック信号を検知すると、位置検知手段８はカウンタをインクリメントする。
【００２３】
次に、位置検知手段８は、第１の記憶手段１０に記憶されたカウント値より、カウンタが１カウントするのに必要な時間であるクロック７の１周期で電動機４が回転する角度を計算する。これは、６０度の整数倍の期間をカウント値で除することによって求めることができる。その結果を読み込み、カウント値との積を計算し、ロータ位置を推定する。
【００２４】
あるいは、第１の記憶手段１０に記憶された１カウントするのに必要な時間であるクロック７の１周期に電動機４が回転する角度を計算し、その角度を第１の記憶手段１０に記憶し、その角度を現在のロータ位置に加算していっても良い。
【００２５】
この演算は、ロータが電気角あるいは機械角で６０度の整数倍の期間を検出するまで繰り返し行う。この繰り返し期間である電気角、あるいは機械角の６０度の整数倍の期間は、磁気検知手段５によって検知する。検知するのは、カウント値を０にリセットするタイミングと同じである。
【００２６】
電気角を検出するか機械角を検出するかは、位置検知手段８で電気角を検出するか機械角を検出するかで変更すれば良く、電気角を検出して機械角に変換する、あるいは機械角を検出して電気角に変換しても良い。通常、インバータ回路１の制御には電気角を基に制御するため、電気角を検出する方が都合が良い。
【００２７】
そのリセット直前のカウント値は、６０度の整数倍の期間を検出する間に、所定の周波数のクロック７の周期でカウントした値であるため、カウント値とクロック７の周期の積をとることで、０度から６０度の整数倍の期間になるまでにかかる時間を計算でき、電動機４の回転数を計測することも可能である。
【００２８】
その後、カウント値を０にクリアして１つのループが終了する。このループを繰り返し、ロータの位置を推定することができる。
【００２９】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２におけるロータ位置検知装置のブロック図を示すものである。
【００３０】
タイマ９は、インバータ回路１の変調周期を決定するものである。基準となるクロックごとにタイマ９はカウンタをインクリメントし、インバータ回路１の変調周期によって決められた値になるとカウンタをクリアし、新たにインクリメントを始める。そのインクリメントしている期間がインバータ回路１の変調周期となるものである。
【００３１】
第１の記憶手段１０は、タイマ９の周期でカウントされたカウント値を記憶するものである。
【００３２】
図４は本発明の実施例２におけるロータ位置検知装置のフローチャートを示すものである。
【００３３】
基本的なフローは、実施例１におけるフローチャートである図２と同様である。本実施例２との違いは、実施例１では位置検知手段８が、ロータ位置をリセットした後、予め与えた周波数のクロック信号を検知してカウンタをインクリメントするのに対して、本実施例２ではタイマ９を使用し、インバータ回路１の変調周期ごとにカウンタをインクリメントする点である。
【００３４】
インバータ回路１の変調周期と同期させることにより、インバータ回路１の制御と位置検知手段８の演算が連続して実行することが可能となり、それぞれの演算を１つのマイコンで演算している場合、ソフトの冗長性がなくなり、少ないＲＯＭ容量で高速に演算を終了させることができる。したがって、低速なマイコンでも十分な速度が得られ、コストダウンが可能となるものである。
【００３５】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３におけるロータ位置検知装置のブロック図を示すものである。
【００３６】
第２の記憶手段１１は、クロック７あるいはタイマ９の周期でカウントされたカウント値を記憶するものである。
【００３７】
図６は本発明の実施例３におけるロータ位置検知装置のフローチャートを示すものである。
【００３８】
位置検知手段８が、クロック７あるいはタイマ９の周期で、電気角あるいは機械角で６０度の整数倍だけロータが回転する間にカウントした値を保持しておき、次の期間にカウントした値とを比較し、その差を現在のカウント値に加算し、次の６０度の整数倍だけロータが回転する間でカウントされるカウント値を予測し、その予測値より位置検知手段８は１カウントする間に電動機が回転する角度を演算する。
【００３９】
こうすることにより、電動機４が急速に加速、あるいは減速した際に、位置検知手段８が推定するロータの位置の誤差を小さくすることができる。これは、前回と今回のカウント値から加速あるいは減速の情報を読みとって、電動機４の振る舞いを予測しているためである。したがって、第２の記憶手段のない実施例１と実施例２の時のような、過去の状態だけを見て位置を推定するよりも正確である。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から電流が供給され永久磁石と巻線を有する電動機と、前記永久磁石の磁極を検知する磁気検知手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段と、前記インバータ回路の変調周期を決定するタイマと、第１の記憶手段と、第２の記憶手段と、内部にカウンタを有し前記電動機のロータ位置を検出する位置検知手段とを備え、前記磁気検知手段が磁極の変化を検知すると、前記位置検知手段は、前記電動機の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまで、前記タイマによって決定される前記インバータ回路の変調周期ごとにカウントして前記カウンタをインクリメントし、前記第１の記憶手段は前記インクリメントされたカウント値を記憶し、前記第２の記憶手段は前記第１の記憶手段に記憶された前回のカウント値を記憶するようにし、前記位置検知手段は、前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値と前記第２の記憶手段に記憶されたカウント値を比較し、その差を前記第１の記憶手段に記憶されたカウント値に加算し、次の電気角あるいは機械角の６０度の整数倍の期間を検出するまでにカウントされるカウント値を予測し、その予測値より前記インバータ回路の変調周期の１周期ごとに前記電動機が回転する角度を演算し、その角度と現在のカウント値より前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置検知装置としたものであり、高価なロータリーエンコーダを使用することなく、高分解能でロータの位置を推定することが可能となるとともに、加減速の激しい電動機の速度制御時であっても、ロータの位置を正確に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１におけるロータ位置検知装置のブロック図
【図２】  本発明の実施例１おけるロータ位置検知装置のフローチャート
【図３】  本発明の実施例２におけるロータ位置検知装置のブロック図
【図４】  本発明の実施例２おけるロータ位置検知装置のフローチャート
【図５】  本発明の実施例３におけるロータ位置検知装置のブロック図
【図６】  本発明の実施例３おけるロータ位置検知装置のフローチャート
【符号の説明】
１  インバータ回路
２  永久磁石
３  巻線
４  電動機
５  磁気検知手段
６  制御手段
７  クロック
８  位置検知手段
９  タイマ
１０  第１の記憶手段
１１  第２の記憶手段
【図１】
0004715043.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004715043.tif 000004
【図４】
0004715043.tif 000005
【図５】
0004715043.tif 000006
【図６】
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