(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、所定周期（Ｔ）の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するとともに、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置を用いて前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をＰＷＭ制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御方法において、
相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ３）と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ２）とに基づいて、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したＰＭＷ制御パルス信号を生成し、該ＰＷＭ制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御方法。
【請求項２】
前記第２の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点が前記第１の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点から所定時間以上離れるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらす
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。
【請求項３】
前記第１の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点よりも所定時間前の所定時間幅の時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにＰＷＭ制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。
【請求項４】
直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置とを備え、該インバータ装置から前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をＰＷＭ制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御装置において、
所定周期（Ｔ）の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、
相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ３）と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ２）とに基づいて、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したＰＭＷ制御パルス信号を生成し、該ＰＷＭ制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する手段を設けた
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、
前記モータ位置検出手段によるモータの回転位置検出結果に基づいて、相切り換えタイミングを判定して、相切り換え時には前記検出タイミングから一定時間（Ｔcst）経過したときに、前記相切り換えのために前記上相側及び下相側スイッチング素子のそれぞれにおいて通電対象相のスイッチング素子を選択する相切り換え手段と、
前記上相側及び下相側のうちの他方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみをオン状態に設定するオン設定手段と、
前記第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ３）と、前記第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ２）とに基づいて、前記一方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみに対して、前記検出タイミングから時間｛Ｔcst−（Ｔ２−Ｔ３）−Ｔ４｝を経過した時点から所定時間（Ｔ５）の時間帯をオン・オフ状態の非切り換え期間として、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記スイッチング素子へＰＷＭ制御パルス信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記時間帯（Ｔ５）の時間幅は、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるように設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項６】
前記ブラシレスモータは３相の巻線を有する３相モータである
ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッドカー、燃料電池車などの電気を動力源とする電気自動車に搭載される空調装置のコンプレッサ等に使用されているブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、環境汚染を低減するためにガソリンエンジンを用いた自動車に代わる乗り物として電気自動車やハイブリッドカー及び燃料電池車などの電気を動力源とする電気自動車の開発が進められている。この種の電気自動車には、圧縮機（コンプレッサ）を駆動するためのブラシレスモータを使用した空調装置が一般的に使用され、このブラシレスモータにはインバータ装置から出力される３相交流によって駆動電力が供給されている。
【０００３】
この種のブラシレスモータの駆動制御装置としては、例えば、特開２００１−１０３７８５号公報や、特開２００１−１１９９８４号公報、特開２００１−７８４８５号公報などに開示されている駆動制御装置が知られている。
【０００４】
また、インバータ装置は、バッテリー等の直流電源から直流電流の供給を受け、複数の半導体スイッチング素子のオン・オフ状態を相切り換えに対応して切り換え制御することにより、３相交流と同様の出力を生成してモーターに供給する。このとき、オン状態に設定する半導体スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え時間を周知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって操作することにより、モータへの供給電力を変化させてモータの回転数を調節することができ、これにより温度調整を行うことができる。
【０００５】
ＰＷＭ制御を行うブラシレスモータの駆動制御装置の一例を図８に示す。この駆動制御装置では、トランジスタからなる６個のスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zからなる半導体スイッチング素子群９２と、フィルタ回路９４、制御部９５、記憶部９６、電圧検出部９７とから構成されるインバータ装置からなり、フィルタ回路９４を介してモータ９３の回転位置を検出し、この検出結果に基づいてスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zをスイッチング駆動し、直流電源９１から出力される直流を３相交流に変換してモータ９３に供給している。
【０００６】
また、図９のタイミングチャートに示すように、下相側のスイッチング素子92X,92Y,92Zのオン・オフ切り換えをＰＷＭ制御することによりモータ９３への供給電力を変化させてモータ９３の回転数を調節している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zをオン・オフ切り換えするときに、図８に示す浮遊インダクタンスＬ１，Ｌ２の影響により、オン・オフ切り換えの後にオフ状態であるスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zのエミッタ−コレクタ間に、過度現象による跳ね上がりの電圧（以下、過度電圧と称する）が発生する。この過度電圧の極大値は、モータ９３に流れる電流が大きいとき、スイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zの切り換えスピードが速い場合に大きくなる。このため、過度電圧はスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zを選定する際の耐圧に影響を与える。
【０００８】
即ち、図１０に示すように上相側のスイッチング素子92U,92V,92Wの相切り換え時にオフ状態のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に発生する第１の過度電圧Ｖ１と、下相側のスイッチング素子92X,92Y,92ZのＰＷＭ制御によるオン・オフ切り換え時にオフ状態のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に発生する第２の過度電圧Ｖ２とが存在する。また、周知のようにこれらの過度電圧Ｖ１，Ｖ２は定常時よりも高い電圧となる。
【０００９】
また、ＰＷＭ制御のデューティー比を変えると、図１１に示すように、第１の過度電圧Ｖ１と第２の過度電圧Ｖ２の発生タイミングがずれて、これらの電圧波形が重なり、これらの過度電圧Ｖ１，Ｖ２が合成されてさらに大きな極大値を有する過度電圧Ｖ3を生ずることがある。このような過度電圧Ｖ3が生ずることにより、以下の(1)〜(4)の問題点があった。
【００１０】
(1) 過度電圧がスイッチング素子の最大許容電圧Ｖmaxを越えるとスイッチング素子が破壊されることがある。
【００１１】
(2) スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧Ｖmaxの高いスイッチング素子を選定するとコストの増大を招く。
【００１２】
(3) 過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズが大きくなり、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことがある。
【００１３】
(4) 過度電圧を抑えるために更に大掛かりな過度電圧吸収回路が必要になり、コストの増大と装置の大型化を招く。
【００１４】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、スイッチング素子のオン・オフ切り換え時に生ずる過度電圧の悪影響を低コストで低減できるブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、所定周期（Ｔ）の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するとともに、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置を用いて前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をＰＷＭ制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御方法において、相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ３）と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ２）とに基づいて、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したＰＭＷ制御パルス信号を生成し、該ＰＷＭ制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記一方の側のスイッチング素子へ出力するブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【００１６】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらすので、前記スイッチング素子の入出力端子間には前記第１の過度電圧と第２の過度電圧のうちの最大電圧よりも高い電圧を生ずることがない。
【００１７】
また、請求項２では、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第２の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点が前記第１の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点から所定時間以上離れるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらすブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【００１８】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第１の過度電圧の最大電圧を示す第１番目の極大値の発生時点と前記第２の過度電圧の最大電圧を示す第１番目の極大値の発生時点とが所定時間離れるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングがずらされて、前記第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低く維持される。
【００１９】
また、請求項３では、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第１の過度電圧の第１番目の極大値の発生時点よりも所定時間前の所定時間幅の時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにＰＷＭ制御を行うブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【００２０】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第１の過度電圧の最大電圧となる第１番目の極大値の発生時点よりも前の前記時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにＰＷＭ制御が行われ、前記第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低く維持される。
【００２１】
また、請求項４では、直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置とを備え、該インバータ装置から前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をＰＷＭ制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御装置において、所定周期（Ｔ）の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ３）と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ２）とに基づいて、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したＰＭＷ制御パルス信号を生成し、該ＰＷＭ制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する手段を設けたブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【００２２】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、前記第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えが行われるので、前記スイッチング素子の入出力端子間には前記第１の過度電圧と第２の過度電圧のうちの最大電圧よりも高い電圧を生ずることがない。
【００２３】
また、請求項５では、請求項４に記載のブラシレスモータの駆動制御装置において、前記駆動制御部は、所定周期（Ｔ）の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、前記モータの回転位置検出結果に基づいて相切り換えタイミングを判定して、相切り換え時には前記検出タイミングから一定時間（Ｔcst）経過したときに、前記相切り換えのために前記上相側及び下相側スイッチング素子のそれぞれにおいて通電対象相のスイッチング素子を選択する相切り換え手段と、前記上相側及び下相側のうちの他方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみをオン状態に設定するオン設定手段と、前記相切り換えのために前記他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときから該切り換えによってオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ3）と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときからオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における第１番目の極大値が発生するまでの時間（Ｔ2）とに基づいて、前記一方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみに対して、前記検出タイミングから時間｛Ｔcst−（Ｔ2−Ｔ3）−Ｔ4｝を経過した時点から所定時間（Ｔ5）の時間帯をオン・オフ状態の非切り換え期間として、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期（Ｔ）で前記スイッチング素子へＰＷＭ制御パルス信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、前記時間帯（Ｔ5）の時間幅は、前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるように設定されているブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【００２４】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、前記相切り換えのために前記他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧における最大電圧となる第１番目の極大値と、前記ＰＷＭ制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第２の過度電圧における最大電圧となる第１番目の極大値とが一致するタイミングを含む時間帯（Ｔ5）の間は、前記ＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えが行われないので、前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する前記第１の過度電圧と前記第２の過度電圧との合成電圧は、常に前記スイッチング素子の最大許容電圧よりも低い値に維持される。
【００２５】
また、請求項６では、請求項４に記載のブラシレスモータの駆動制御装置において、前記ブラシレスモータは３相の巻線を有する３相モータであるブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【００２６】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、３相のブラシレスモータの駆動制御が行われる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図である。図において、１は電動圧縮機、２はインバータ装置、３は直流電源である。
【００２９】
電動圧縮機１は、圧縮機１１と、３つの相巻線を有する３相ブラシレスモータ（以下、単にモータと称する）１２から構成されている。
【００３０】
インバータ装置２は、スイッチング素子群２１と、平滑用のコンデンサ２２、駆動制御部２３、電圧検出部２４とから構成され、スイッチング素子群２１はＮＰＮトランジスタからなる６個の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子と称する）21U,21V,21W,21X,21Y,21Zによって構成され、このスイッチング素子群２１によって直流電源３から出力される直流電力が３相交流電力に変換されてモータ１２に供給される。
【００３１】
上相側のスイッチング素子21U,21V,21Wは、コレクタが直流電源３の正極に接続され、それぞれのエミッタがモータ１２の３つの相端子（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に１対１に対応して接続されている。さらに、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのベースは後述する第１制御部233に接続され、第１制御部233からベースに入力される駆動信号によってスイッチング素子21U,21V,21Wのそれぞれがオン・オフ切り換え駆動される。
【００３２】
下相側のスイッチング素子21X,21Y,21Zは、それぞれのコレクタがモータ１２の３つの相端子（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に１対１に対応して接続され、エミッタが直流電源３の負極に接続されている。さらに、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのベースは後述する第２制御部234に接続され、第２制御部234からベースに入力される駆動信号によってスイッチング素子21X,21Y,21Zのそれぞれがオン・オフ切り換え駆動される。
【００３３】
尚、６個のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zにおいて、前記入出力端子間とはコレクタ−エミッタ間を意味し、コレクタとエミッタが入出力端子となる。また、これらのスイッチング素子としてＦＥＴを用いることも可能であり、この場合ドレインとソースが入出力端子となる。
【００３４】
駆動制御部２３は、演算部231と、記憶部232、第１制御部233、第２制御部234、モータ位置検出部235とを含んでいる。尚、駆動制御部２３は周知のＣＰＵを含むと共にソフトウエアとハードウエアとが混在した集積回路であるため、前述した演算部231、記憶部232、第１制御部233、第２制御部234、モータ位置検出部235のそれぞれは機能的に表現したブロックである。ここで、演算部231は前記相切り換え手段とＰＷＭ制御手段の一部に対応し、第１制御部233は前記オン設定手段に対応し、第２制御部234は前記ＰＷＭ制御手段の一部に対応し、モータ位置検出部235は前記モータ位置検出手段に対応している。
【００３５】
演算部231は、図示せぬ主装置から入力する回転数設定信号３１と電圧検出部２４から入力する検出結果、及びモータ位置検出部235の検出結果に基づいて、第１制御部233と第２制御部234に相切り換え指示信号３２を出力すると共に第２制御部234に対してＰＷＭデューティ指示信号３３を出力する。本実施形態では、演算部231は、周期Ｔのクロック信号に同期してモータ位置検出部235から入力する位置信号３４を入力して演算処理を行い、位置信号３４を入力してから時間Ｔcst経過したときに前記相切り換え指示信号３２とＰＷＭデューティ指示信号３３を出力する。
【００３６】
記憶部232は、駆動制御部２３を動作させるプログラムを記憶すると共に演算処理等に必要なＲＡＭを備えている。
【００３７】
第１制御部233は、演算部231から入力する相切り換え指示信号３２に基づいて上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのそれぞれをオン・オフ切り換え駆動する駆動信号を出力する。本実施形態では、３相モータ１２の駆動制御を行うため、相切り換えに対応して順番にスイッチング素子21U,21V,21Wのうちの１つがオン状態に設定される。相切り換えは、上下相を合わせれば電気角で６０度毎に行われる。上相だけに限れば電気角で１２０度となる。
【００３８】
第２制御部234は、演算部231から入力する相切り換え指示信号３２とＰＷＭデューティ指示信号３３に基づいて下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのそれぞれをオン・オフ切り換え駆動する駆動信号を出力する。本実施形態では、３相モータ１２の駆動制御を行うため、相切り換えに対応して順番にスイッチング素子21X,21Y,21Zのうちの１つがオン状態に設定されると共に、オン状態に設定されたスイッチング素子に対してＰＷＭデューティ指示信号３３に対応するデューティー比のパルス信号を周期Ｔのクロック信号に同期して出力する。上記と同様に、相切り換えは、上下相を合わせれば電気角で６０度毎に行われ、上相だけに限れば電気角で１２０度となる。
【００３９】
モータ位置検出部235は、前記周期Ｔのクロック信号に同期して、モータ１２への３相入力端子から逆起電圧を検出し、モータ１２の回転位置を表す位置信号３４を演算部231に対して出力する。
【００４０】
電圧検出部２４は、モータ１２の相電流値を電圧値として検出し、この検出結果を演算部231に対して出力する。
【００４１】
図２は、ＰＷＭ制御方式による駆動制御信号のタイミングチャートである。駆動制御部２３によって行われるＰＷＭ制御によってモータ１２の回転速度が変化される。
【００４２】
図２に示す駆動制御パターンは下層側のスイッチング素子21X,21Y,21ZをＰＷＭチョッピングする場合の一例である。これらのスイッチング素子21X,21Y,21Zをオン・オフ切り換えするときに、従来例と同様の浮遊インダクタンスＬ１，Ｌ２の影響によりスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのエミッタ−コレクタ間に、過度現象による跳ね上がりの電圧（過度電圧）が発生する。この過度電圧はモータ１２に流れる電流が大きいとき、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの切り換えスピードが速い場合に大きくなる。このため、過度電圧はスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを選定する際の耐圧に影響を与える。
【００４３】
また、過度電圧が大きくなるとインバータ装置２から発生するノイズが大きくなる。通常は、直流電源３の両極間に接続されたコンデンサ２２等の過度電圧吸収回路を付加することで、この過度電圧をある程度抑えることができる。
【００４４】
また、上記のインバータ装置２では、モータ駆動用のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを流れる電流が最大定格電流を越えると、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの多量の発熱や破壊等が生じてしまう。このため、安全性を考慮して、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを流れる電流、即ちモータ１２の相電流が、半導体スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大定格電流を越えた状態でモータ１２を駆動しないように、モータ１２の相電流値が予め設定した閾値以上になるとモータ１２の駆動を停止させている。
【００４５】
一方、従来例で説明した第１過度電圧Ｖ1と第２過度電圧Ｖ2が重なって、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Ｖmaxを超える電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生しないようにするために、本実施形態では以下に説明する制御を行っている。
【００４６】
即ち、本実施形態では、駆動制御部２３は周期Ｔのクロック信号に同期して位置信号３４を入力すると共にＰＷＭパルス信号を出力している。図３に示すように上記クロック信号に同期して下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン(ON)状態からオフ(OFF)状態になり、周期Ｔの途中から周期Ｔの終わりまでの間の時間Ｔ1の間にスイッチング素子21X,21Y,21Zはオン状態になる。ＰＷＭデューティ比が増加されると、スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態になる時間Ｔ1が増加される。図３において(a)はＰＷＭデューティ比が小さいときの状態を表し、(b)はＰＷＭデューティ比が大きいときの状態を表している。
【００４７】
また、本実施形態では、図４に示すように、ＰＷＭ制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zをオン状態からオフ状態に切り換えたときから時間Ｔcst経過したときに、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行っている。この時間Ｔcstは演算処理に要する時間である。
【００４８】
さらに、図４に示す時間Ｔ2，Ｔ3を予め実測して、これらに基づいて駆動制御部２３の制御プログラムが作成されている。ここで、時間Ｔ2はＰＷＭ制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換えられたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第２過度電圧Ｖ2における第１番目の極大値Ｐbが生ずるまでの時間である。また、時間Ｔ3は上相側スイッチング素子21U,21V,21Wが相切り換えされたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第１過度電圧Ｖ1における第１番目の極大値Ｐaが生ずるまでの時間である。
【００４９】
これらの時間Ｔ2，Ｔ3を実測することによって、図５に示すように、第１過度電圧Ｖ1の第１極大値Ｐaと第２過度電圧Ｖ2の第１極大値Ｐbが重なりあって更に高い電圧となる極大値Ｐcが発生するときのタイミングが明確になる。即ち、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングよりも時間Ｔ6（＝Ｔ2−T3）前に下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ切り換えを行ったときに極大値Ｐcが発生することがわかる。このタイミングはＰＷＭ周期Ｔの始まりＡ0から時間（Ｔcst−Ｔ6）経過したときである。
【００５０】
従って、本実施形態では、ＰＷＭ周期Ｔの始まりＡ0から時間（Ｔcst−Ｔ6）経過した時点（一致点Ａ3）を中心として前後Ｔ4の時間帯（時間幅Ｔ5(=2×T4)）すなわちＰＷＭ周期Ｔの始まりＡ0から時間（Ｔcst−Ｔ6−Ｔ4）が経過した時点を開始点Ａ1とすると共にＰＷＭ周期Ｔの始まりＡ0から時間（Ｔcst−Ｔ6＋Ｔ4）が経過した時点を終了点Ａ2とする時間帯をＰＷＭ制御における非切り換え期間Ｔncに設定し、この非切り換え期間Ｔnc内には下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ状態の切り換えを行わないようにＰＷＭ制御を行っている。
【００５１】
前述したように本実施形態では、ＰＷＭ周期の始まり即ちＰＷＭ制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zをオン状態からオフ状態に切り換えるタイミングと、演算部231が位置信号３４を入力するタイミングとが同じなので、上記非切り換え期間Ｔncを考慮してＰＷＭデューティ比を設定するだけで、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Ｖmaxを超える電圧の発生を防止することができる。
【００５２】
尚、非切り換え期間Ｔncの時間幅Ｔ5は、図４に示す第１過度電圧Ｖ1の電圧波形Ｗphと第２過度電圧Ｖ2の電圧波形Ｗchをずらす或いは極大値の発生位置（発生時点）をずらすことによって、これらの電圧波形が合成されたときの極大値が、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Ｖmaxよりも低くなるように設定すればよいのであり、必ずしも前記一致点Ａ3の前後の時間を同じに設定しなくてもよい。
【００５３】
次に、前述したモータ１２の駆動制御処理の要部詳細を図６及び図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５４】
駆動制御部２３は、モータ１２の駆動制御処理を開始すると前記クロック信号に同期して回転数設定信号３１を入力して主装置からの指示回転数Ｎ1を取得する（Ｓ１）と共に、位置信号３４を入力して（Ｓ２）、この位置信号３４からモータ１２の実際の回転数Ｎ2を算出する（Ｓ３）。
【００５５】
この後、駆動制御部２３は、指示回転数Ｎ1と実際の回転数Ｎ2が等しいか否かを判定する（Ｓ４）。本実施形態ではある程度の幅を持たせて判定を行っている。
【００５６】
この判定の結果、指示回転数Ｎ1と実際の回転数Ｎ2が等しいときはＰＷＭデューティＴ1の変更は必要ないので後述するＳ１１の処理に移行し、等しくないときは新たに設定する目標ＰＷＭデューティを算出する（Ｓ５）。
【００５７】
次いで、駆動制御部２３は、上記算出した目標ＰＷＭデューティが非切り換え期間Ｔnc内にあるか否かを判定する（Ｓ６）。即ち、目標ＰＷＭデューティＴ1において下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが図５に示した非切り換え期間Ｔnc内にあるか否かを判定する。
【００５８】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが非切り換え期間Ｔnc内に無いときは上記算出した目標ＰＷＭデューティＴ1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのＰＷＭ制御駆動を行う（Ｓ７）。この後、後述するＳ１１の処理に移行する。
【００５９】
また、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが非切り換え期間Ｔnc内にあるときは、目標ＰＷＭデューティが非切り換え期間Ｔnc内の中央値よりも上にあるか否かを判定する（Ｓ８）。即ち、図５に示すように、目標ＰＷＭデューティＴ1において下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Ｔnc内の中央（上記の一致点Ａ3）よりもＡ1側にあるか否かを判定する。
【００６０】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Ｔnc内の中央（上記の一致点Ａ3）よりもＡ1側にあるときは、ＰＷＭデューティＴ1を第１閾値に設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのＰＷＭ制御駆動を行う（Ｓ９）。即ち、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、図５に示す非切り換え期間Ｔncの開始点Ａ1に一致するようにＰＷＭデューティＴ1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのＰＷＭ制御駆動を行う。
【００６１】
また、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Ｔnc内の中央（上記の一致点Ａ3）よりもＡ1側に無いときは、ＰＷＭデューティＴ1を第２閾値に設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのＰＷＭ制御駆動を行う（Ｓ１０）。即ち、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、図５に示す非切り換え期間Ｔncの終了点Ａ2に一致するようにＰＷＭデューティＴ1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのＰＷＭ制御駆動を行う。
【００６２】
次に、駆動制御部２３は、上記Ｓ２の処理で取得した位置信号３４に基づいて、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングであるか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００６３】
この判定の結果、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングであるときは上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行う（Ｓ１２）。
【００６４】
次いで、駆動制御部２３は、上記位置信号３４に基づいて、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行うタイミングであるか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００６５】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行うタイミングであるときは下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行う（Ｓ１４）。
【００６６】
この後、駆動制御部２３は、前記Ｓ１の処理に移行して、前述したＳ１〜Ｓ１４の各処理を繰り返し行う。
【００６７】
前述したように、本実施形態によれば、相切り換えのために上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第１過度電圧Ｖ1における最大電圧となる第１番目の極大値Ｐaと、ＰＷＭ制御によって下相側のスイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第２過度電圧Ｖ2における最大電圧となる第１番目の極大値Ｐbとが一致するタイミングを含む非切り換え期間Ｔnc（時間Ｔ5）の間は、ＰＷＭ制御による下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ切り換えが行われないので、オフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第１過度電圧Ｖ1と第２過度電圧Ｖ2との合成電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Ｖmaxよりも常に低い値に維持される。
【００６８】
従って、過度電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Ｖmaxを越えないので、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zが破壊されることが無い。また、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの破壊を回避するために最大許容電圧Ｖmaxの高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置２から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置２の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無い。
【００６９】
尚、上記実施形態では、１２０度通電でブラシレスモータ１２の回転数をＰＷＭ制御する場合を例として説明したが、１２０度通電で上下相に分けて６０度毎に上相側と下相側のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを交互にＰＷＭ制御する場合においても本発明を適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZをＰＷＭ制御駆動したが、下相側に代えて上相側スイッチング素子21U,21V,21WをＰＷＭ制御駆動しても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００７１】
また、本実施形態では、ＰＷＭ制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態からオフ状態に切り換わるタイミングが上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えタイミングに一致することがない構成であるため、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングに関してのみ非切り換え期間Ｔncを設定したＰＷＭ制御を行ったが、ＰＷＭ制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態からオフ状態に切り換わるタイミングが上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えタイミングに一致する構成とした場合には、これに対して上記と同様の処理を行うことにより同じ効果を得ることができる。
【００７２】
また、本実施形態では３相ブラシレスモータ１２の駆動制御を行う例に関して説明したが、本発明は４相以上のモータに関しても適応可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zとしてトランジスタを用いたが、トランジスタ以外のスイッチング素子を用いた場合も本発明を適用可能であり、上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１乃至請求項３に記載のブラシレスモータの駆動制御方法によれば、第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにＰＷＭ制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行っているので、スイッチング素子が破壊されることが無い。また、スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧の高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無いという非常に優れた効果を奏するものである。
【００７５】
また、請求項４乃至請求項６に記載のブラシレスモータの駆動制御装置によれば、オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第１の過度電圧と第２の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも常に低い値に維持されるので、スイッチング素子が破壊されることが無い。また、スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧の高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無いという非常に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図
【図２】本発明の一実施形態における駆動制御パターンを示すタイミングチャート
【図３】本発明の一実施形態におけるＰＷＭ制御パターンを示すのタイミングチャート
【図４】本発明の一実施形態における過度電圧を説明するタイミングチャート
【図５】本発明の一実施形態におけるＰＷＭ制御の要部を説明するタイミングチャート
【図６】本発明の一実施形態におけるモータ駆動制御を説明するフローチャート
【図７】本発明の一実施形態におけるモータ駆動制御を説明するフローチャート
【図８】従来例のブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図
【図９】従来例における駆動制御パターンを示すタイミングチャート
【図１０】従来例において発生する過度電圧を説明するタイミングチャート
【図１１】従来例において発生する過度電圧を説明するタイミングチャート
【符号の説明】
１…電動圧縮機、２…インバータ装置、３…直流電源、１１…圧縮機、１２…ブラシレスモータ、２１…スイッチング素子群、21U,21V,21W,21X,21Y,21Z…スイッチング素子、２２…コンデンサ、２３…駆動制御部、231…演算部、232…記憶部、233…第１制御部、234…第２制御部、235…モータ位置検出部、２４…電圧検出部。
【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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