(57)【要約】【課題】本発明は、三相ホールモータの制御に用いられる三相モータ駆動装置において、静音性を向上できるようにすることを最も主要な特徴としている。【解決手段】たとえば、正弦波信号生成専用回路１０内の位相推定回路１２は、三相ホールモータの回転位置を検出するホール素子からの位置検出信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷのうち、一相分の位置検出信号ＨＵを取り込む。そして、この位相推定回路１２は、システムクロック生成回路１１からの基準クロックをもとに、位置検出信号ＨＵの１周期ごとに一定周期の変調波形を出力することによって、三相の正弦波駆動信号発生のための変調波パターンを生成する構成とされている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の巻線を有するモータの、各相ごとの前記巻線に通電信号をそれぞれ供給する複数のスイッチ素子と、
前記モータの回転子の位置を検出する、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３個の回転検出素子と、
前記３個の回転検出素子のうち、１個の回転検出素子からの位置検出信号をもとに、前記複数のスイッチ素子の通電を制御するための三相の正弦波駆動信号を発生する正弦波発生回路と
を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記正弦波発生回路は生成回路を含み、
前記生成回路は、
前記１個の回転検出素子からの位置検出信号の１周期をカウントする第１のカウンタ回路と、
前記第１のカウンタ回路の出力にもとづいて、電気角３６０度ごとに、一定周期の変調波形を出力する変調波生成回路と
を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータは、ｎ個の磁極を有する回転子を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記正弦波発生回路は生成回路を含み、
前記生成回路は、
前記１個の回転検出素子からの位置検出信号の１周期をカウントする第１のカウンタ回路と、
前記第１のカウンタ回路の出力にもとづいて、電気角３６０度ごとに、一定周期の変調波形を出力する変調波生成回路と、
前記１個の回転検出素子からの位置検出信号のｎ／２周期をカウントし、そのカウント出力によって前記変調波生成回路をリセットする第２のカウンタ回路と
を有することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の巻線を有するｎ極モータの、各相ごとの前記巻線に通電信号をそれぞれ供給する複数のスイッチ素子と、
前記モータの回転子の位置を検出する、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３個の回転検出素子と、
前記３個の回転検出素子のうち、１個の回転検出素子からの位置検出信号の１周期をカウントする第１のカウンタ回路、および、前記第１のカウンタ回路の出力にもとづいて、電気角３６０度ごとに、一定周期の変調波形を出力する変調波生成回路を含む生成回路を有し、前記生成回路の出力をもとに、前記複数のスイッチ素子の通電を制御するための三相の正弦波駆動信号を発生する正弦波発生回路と
を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関するもので、特に、三相ブラシレスモータ（または、三相ホールモータともいう）を正弦波電流により駆動・制御するための三相モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機（エアコン）や空気清浄器などで用いられるファンモータを駆動・制御するためのモータ制御装置として、インバータ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年、この種のモータ制御装置では、ファンモータとして用いられる三相モータを正弦波電流により駆動・制御する方式が多く採用されている。その方式の１つに、モータの回転子の位置を検出し、その位置検出信号（ホール信号）にもとづいて固定子の各巻線に対する通電信号の位相角（転流タイミング）を決定するものがある。すなわち、三相モータを正弦波電流により駆動・制御する場合、正弦波発生のための変調波パターンがホール信号をもとに生成される。
【０００４】
しかしながら、上記した方式においては、たとえば電気角が６０度になるように実装された３つのホール素子（ホールＩＣ）からの出力、つまり、電気角が６０度ごとの三相分のホール信号をもとに変調波パターンの生成が行われる。そのため、変調波パターンに応じて発生される通電信号に歪みが生じやすく、騒音の発生や効率の低下を招くという問題があった。なぜならば、変調波パターンの生成に３つのホールＩＣの出力を利用するようにしているため、出力のばらつき、たとえば出力のいずれかにホールＩＣの実装による位置ずれなどの機械的誤差が生じた場合には、その誤差がそのまま変調波パターンの生成に反映されることになる。
【０００５】
上記したように、複数の位置検出信号を用いて正弦波発生のための変調波パターンを生成する方式のモータ制御装置においては、通電信号に歪みが生じやすく、騒音の発生や効率の低下を招くという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３７２７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、通電信号の歪みを低減でき、騒音の発生や効率の低下を改善することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の一態様によれば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の巻線を有するモータの、各相ごとの前記巻線に通電信号をそれぞれ供給する複数のスイッチ素子と、前記モータの回転子の位置を検出する、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３個の回転検出素子と、前記３個の回転検出素子のうち、１個の回転検出素子からの位置検出信号をもとに、前記複数のスイッチ素子の通電を制御するための三相の正弦波駆動信号を発生する正弦波発生回路とを具備したことを特徴とするモータ制御装置が提供される。
【０００８】
また、本願発明の一態様によれば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の巻線を有するｎ極モータの、各相ごとの前記巻線に通電信号をそれぞれ供給する複数のスイッチ素子と、前記モータの回転子の位置を検出する、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３個の回転検出素子と、前記３個の回転検出素子のうち、１個の回転検出素子からの位置検出信号の１周期をカウントする第１のカウンタ回路、および、前記第１のカウンタ回路の出力にもとづいて、電気角３６０度ごとに、一定周期の変調波形を出力する変調波生成回路を含む生成回路を有し、前記生成回路の出力をもとに、前記複数のスイッチ素子の通電を制御するための三相の正弦波駆動信号を発生する正弦波発生回路とを具備したことを特徴とするモータ制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、一相分の位置検出信号を用いて正弦波発生のための変調波パターンを生成することが可能となる結果、通電信号の歪みを低減でき、騒音の発生や効率の低下を改善することが可能なモータ制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
［一実施形態］
図５は、この発明の一実施形態にしたがった、三相モータ駆動装置の基本構成を示すものである。ここでは、エアコンなどの家電用のファンモータとして用いられる、ホール素子により回転子（ロータ）の位置が検出される三相ホールモータ（Ｍ）の制御に適用した場合について説明する。また、上記ロータの周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された８つの磁極（ｎ＝８）を有する、８極モータを例に説明する。
【００１２】
本実施形態において、三相モータ駆動装置は、駆動対象となる三相ホールモータ１の回転位置を検出するホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗからの位置検出信号（ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ）を受け、上記三相ホールモータ１を駆動・制御するための三相の正弦波駆動信号（正弦波電流）を含むドライブ信号を生成する正弦波信号生成専用回路（ＩＣ）１０と、上記正弦波信号生成専用回路１０からのドライブ信号を受け、上記三相ホールモータ１を駆動するためのモータ駆動回路（ドライバ）３０とを備えている。
【００１３】
ここで、上記正弦波信号生成専用回路１０および上記モータ駆動回路３０は、たとえば、１マルチチップパッケージタイプの半導体装置２内に収容されている。また、この半導体装置２は、上記三相ホールモータ１の固定部に固定された実装基板（図示していない）上に実装されている。本実施形態の場合、上記正弦波信号生成専用回路１０は第１の半導体チップ上に形成され、上記モータ駆動回路３０は第２の半導体チップ上に形成されている。そして、これらの両チップが、上記半導体装置２内の配線基板（図示していない）上に実装されている。上記配線基板には、両チップ間をつなぐ接続配線が形成されている。
【００１４】
また、上記正弦波信号生成専用回路１０は、正弦波形によりパルス幅が変調された一定周期（たとえば、１６ＫＨｚのサンプリング周期）を有する小信号のＰＷＭ信号を正弦波駆動信号として出力するものであり、たとえばＢｉ−ＣＭＯＳプロセスを用いて集積化することにより、たとえば３０Ｖ程度の耐圧を持たせることができる。
【００１５】
さらに、上記正弦波信号生成専用回路１０には、３つのフォトカプラー５を介して、エアコンの主制御用のマイクロコンピュータ（以下、メインマイコン）４が接続されている。上記メインマイコン４と上記正弦波信号生成専用回路１０との間では、モータ回転速度検知信号（ＦＧ）、モータ逆転などの回転異常を検出するためのモータ回転異常検知信号（Ｆ／Ｒ）、および、モータ回転速度制御信号（Ｖｃｏｎｔ）を授受するように構成されている。
【００１６】
図１は、上記正弦波信号生成専用回路１０の一例を示すものである。なお、この正弦波信号生成専用回路１０の構成および動作については、たとえば、東芝半導体データブック２００１年版「モータ用ＩＣ」の「ＴＢ６５３９Ｎ／ＴＢ６５５１Ｆ」に詳細に開示されている。よって、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００１７】
図１において、１１はシステムクロック生成回路、１２は三相ホールモータ１の位置検出信号（一相分）が入力する位相推定回路、１３は電圧レギュレータ（電源回路）、１４はパワーオン検知回路、１５は５ビットのＡＤコンバータ、１６はカウンタ回路、１７は出力波形整形回路、１８はデータセレクタ回路、１９は三角波生成回路、２０はＰＷＭ波生成用の電圧コンパレータ回路、２１，２２，２３は三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）用の電圧コンパレータ回路、２４は充電回路、２５は１２０°通電マトリクス回路、２６は１２０°／１８０°切り換え回路＆ゲートブロック回路、２７はデッドタイム設定回路、２８は保護＆リセット回路である。
【００１８】
本実施形態の場合、上記位相推定回路１２によって、上記三相ホールモータ１の回転位置を検出するホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗからの三相の位置検出信号（ホール信号）ＨＵ，ＨＶ，ＨＷのいずれか１つをもとに、上記三相の正弦波駆動信号発生のための変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの生成が行われる（詳細については、後述する）。
【００１９】
なお、上記ホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗからの三相の位置検出信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷは、上記１２０°通電マトリクス回路２５に供給されて始動転流の生成に供されるとともに、モータ回転速度異常や回転異常を検出するために上記保護＆リセット回路２８にも供給されている。
【００２０】
図２は、上記モータ駆動回路３０の構成例を示すものである。このモータ駆動回路３０は、たとえば、入力される５Ｖ系の小信号のＰＷＭ信号を２００〜５００Ｖ系の大信号のＰＷＭ信号（通電信号）にレベルシフトするレベルシフト回路３１と、このレベルシフト回路３１からのＰＷＭ信号を受けて、上記三相ホールモータ１を駆動するための６個のスイッチ素子（各相信号につき、高レベル側および低レベル側の２個のスイッチ素子）３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６とを有する。
【００２１】
上記スイッチ素子３２１〜３２６としては、ＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）あるいはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などが用いられる。なお、小面積化が可能なＮ型スイッチ素子のみを用いる場合には、高レベル側のスイッチ素子を駆動するために、たとえばチャージポンプ回路またはブートストラップ回路を用いて昇圧する、チャージポンプタイプあるいはブートストラップタイプのモータ駆動回路が用いられる。
【００２２】
また、上記モータ駆動回路３０には、ドライブ信号の電流を検知する抵抗素子（図示していない）が挿入され、この抵抗素子の過電流時の電圧降下を過電流検知信号（電流リミット）として上記正弦波信号生成専用回路１０に出力する機能が付加されている。これにより、上記正弦波信号生成専用回路１０において、その過電流検知信号にもとづいて上記ドライブ信号を遮断するように制御する機能が実現されている。
【００２３】
図３は、上記した位相推定回路１２の構成例を示すものである。なお、ここでは、上記ホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗからの三相の位置検出信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷのうち、一相分の位置検出信号ＨＵをもとに、上記変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの生成を行うようにした場合について説明する。
【００２４】
本実施形態の場合、上記位相推定回路１２は、ホール１周期カウンタ回路１２ａ、変調波生成回路１２ｂ、および、ホール４周期カウンタ（位相合わせ用リセット）回路１２ｃを有して構成されている。上記ホール１周期カウンタ回路１２ａおよび上記ホール４周期カウンタ回路１２ｃには、それぞれ、上記システムクロック生成回路１１からの基準クロックと、上記ホール素子３Ｕからの位置検出信号ＨＵとが供給される。上記変調波生成回路１２ｂには、上記ホール１周期カウンタ回路１２ａの出力および上記ホール４周期カウンタ回路１２ｃの出力が供給される。
【００２５】
上記ホール１周期カウンタ回路１２ａは、上記位置検出信号ＨＵの１周期（電気角３６０度に相当）ごとの時間をカウントするもので、たとえば図４（ａ）に示すように、上記基準クロックをもとに、上記位置検出信号ＨＵのダウンエッジ（または、アップエッジ）間の時間Ｔ1 ，Ｔ2 ，…をカウントする。
【００２６】
上記変調波生成回路１２ｂは、上記位置検出信号ＨＵの１周期ごとに一定周期の変調波形を出力するもので、たとえば図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、上記ホール１周期カウンタ回路１２ａの出力（時間Ｔ1 ，Ｔ2 ，…）を、次の変調波形の３６０度位相分のデータＴ1 ’，Ｔ2 ’，…として用いることによって、変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。
【００２７】
この変調波生成回路１２ｂで生成された上記変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷ、つまり、上記位相推定回路１２の出力は、上記カウンタ回路１６および上記１２０°／１８０°切り換え回路＆ゲートブロック回路２６に供給されて、上記三相の正弦波駆動信号を含むドライブ信号の生成に供される。
【００２８】
上記ホール４周期カウンタ回路１２ｃは、上記基準クロックをもとに、上記位置検出信号ＨＵの４周期（ｎ／２周期）ごとの時間をカウントするもので、その時間によって、上記変調波生成回路１２ｂの動作をリセットする。たとえば、８極モータからなる三相ホールモータの場合、位置検出信号ＨＵの４周期分がモータ１回転に相当する。よって、１機械角ごとの、位置検出信号ＨＵのダウンエッジ（または、アップエッジ）のタイミングで、上記変調波生成回路１２ｂでの変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの生成をリセットさせることにより、モータ１回転ごとに変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの位置合わせ（位相補正）が可能となる。
【００２９】
上記したように、一相分の位置検出信号を用いて、変調波パターンを生成するようにしている。すなわち、正弦波発生のための変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷを、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のうちの１つの位置検出信号ＨＵをもとに生成するようにしている。たとえば、位置検出信号ＨＵの１周期（電気角３６０度）ごとに、一定周期の変調波形を出力するようにしている。これにより、ホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの出力のばらつき、たとえばホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの位置ずれなどの機械的誤差が、変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの生成に反映されるのを阻止できるようになる。同様に、ホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの感度のばらつきやロータに着磁された磁極（Ｎ極／Ｓ極）の磁力のばらつきが、変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの生成に反映されるのを阻止することも可能となる。その結果、１電気角ごとに与える通電信号（ＰＷＭ信号）を理想的に生成できるようになる。したがって、通電信号の歪みを低減でき、静音性や効率の向上を図ることが可能になるものである。
【００３０】
特に、一相分の位置検出信号ＨＵを用いて、変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成することが可能となる結果、ホール素子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの感度のばらつきや実装する際の位置決めの精度を緩和できる。
【００３１】
また、モータ１の回転スピードの変化、つまり、モータ１の加減速に追従するために、モータ１の１機械角（１回転）ごとに変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの位相補正を実施するようにしている。このため、回転スピードを検知するモータ１の位置が一意に固定されることにより、等速回転中のモータ１の着磁誤差（磁石）を回避できる。
【００３２】
なお、上記した実施形態においては、位置検出信号ＨＵをもとに変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する場合を例に説明した。これに限らず、たとえば位置検出信号ＨＶまたは位置検出信号ＨＷをもとに、変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成することも可能である。
【００３３】
また、８極モータに限らず、たとえば４極モータ、１２極モータ、１６極モータなどにも適用できる。極数がｎとされたｎ極モータの場合、ｎ／２周期で変調波パターンＳＵ，ＳＶ，ＳＷの位相補正を実施することにより、上記の場合と同様に、モータ１回転ごとの位相補正が可能となる。
【００３４】
また、正弦波信号生成専用回路１０およびモータ駆動回路３０は同一半導体チップ上に形成されてもよく、この場合には、正弦波信号生成専用回路１０およびモータ駆動回路３０と三相ホールモータ１との間の配線距離がさらに短くなり、正弦波信号生成専用回路１０に及ぼすノイズの影響がさらに低減する。
【００３５】
さらに、エアコンに限らず、たとえば給湯器や空気清浄器などのファンモータの駆動・制御装置としても適用可能である。
【００３６】
その他、本願発明は、上記（各）実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記（各）実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、（各）実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、エアコン用の三相モータ駆動装置における正弦波信号生成専用回路の一例を示すブロック図。
【図２】上記エアコン用の三相モータ駆動装置におけるモータ駆動回路の構成例を示す回路図。
【図３】上記正弦波信号生成専用回路における位相推定回路の基本構成を示すブロック図。
【図４】上記位相推定回路の動作を説明するために示す波形図。
【図５】上記三相モータ駆動装置の基本構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３８】
１…三相ホールモータ、２…半導体装置、３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ…ホール素子（回転検出素子）、４…メインマイコン、５…フォトカプラー、１０…正弦波信号生成専用回路（正弦波発生回路）、１１…システムクロック生成回路、１２…位相推定回路（生成回路）、１２ａ…ホール１周期カウンタ回路（第１のカウンタ回路）、１２ｂ…変調波生成回路、１２ｃ…ホール４周期カウンタ回路（第２のカウンタ回路）、１３…電圧レギュレータ、１４…パワーオン検知回路、１５…ＡＤコンバータ、１６…カウンタ回路、１７…出力波形整形回路、１８…データセレクタ回路、１９…三角波生成回路、２０…電圧コンパレータ回路（ＰＷＭ波生成用）、２１，２２，２３…電圧コンパレータ回路（三相用）、２４…充電回路、２５…１２０°通電マトリクス回路、２６…１２０°／１８０°切り換え回路＆ゲートブロック回路、２７…デッドタイム設定回路、３０…モータ駆動回路、３１…レベルシフト回路、３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６…スイッチ素子、ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ…位置検出信号、ＳＵ，ＳＶ，ＳＷ…変調波パターン。
【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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