(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータを同期運転で起動した後、位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
予め設定した駆動パターンにしたがって前記ブラシレスモータを同期運転して起動するとともに、該起動開始から回転子の位置検出を行い、該同期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を監視する一方、該位相が所定値になったときに、現位置検出に同期して前記ブラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、前記位置検出運転へのモード移行を行うにあたって、
前記駆動パターンは、前記ブラシレスモータの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げるパターンであり、前記印加電圧は、前記回転子の永久磁石を減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲で最も高い起動電圧とすることで、前記回転子が前記回転磁界に対して進相するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項２】
ブラシレスモータを同期運転で起動した後、位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、
予め設定した駆動パターンにしたがって前記ブラシレスモータを同期運転して起動するとともに、該起動開始から回転子の位置検出を行い、該同期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を監視する一方、該位相が所定値になったときに、現位置検出に同期して前記ブラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、前記位置検出運転へのモード移行を行うにあたって、
前記駆動パターンは、前記ブラシレスモータの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げるパターンであり、前記印加電圧は、前記回転子の永久磁石を減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲の起動電圧とすることで、前記回転子が前記回転磁界に対してかなり進相した乱調状態としたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項３】
前記位相状態の監視は、当該通電区間における位置検出信号の極性をもとにして回転子の進相状態を判断し、該回転子が回転磁界に対して進相している場合には周波数を逐次的に上げ、前記回転磁界と回転子の位相を合わせるようにした請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項４】
前記駆動パターンの起動周波数は、前記ブラシレスモータの使用環境を想定して求め、少なくとも前記ブラシレスモータの同期引き込みを可能とする周波数である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
前記ブラシレスモータの負荷を空気調和機の室外機ファンとし、前記起動に際して前記室外機ファンの回転を前記位置検出信号により検出し、少なくとも該室外機ファンが回転している場合には前記回転子を特定相に位置決めするようにした請求項１ないし４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
前記ブラシレスモータを起動するために位置検出同期の通電切り替えを行っているときには、位置検出から最適な通電切り替えタイミングを得るに必要なデータを得るまで、前記位置検出同期の通電切り替えを継続するようにした請求項１ないし５のいずれか１項に記載のブラシレスモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機のコンプレッサ等に用いられているセンサレスブラシレスＤＣモータ（以下ブラシレスモータと記す）の制御技術に係り、特に詳しくは、ブラシレスモータを軽負荷で慣性モーメントの大きい室外機ファンに用いても、安定して起動するようにしたブラシレスモータの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータの制御方法では、例えば、ブラシレスモータの非通電相（非通電電機子巻線）に発生する誘起電圧を用いて回転子の位置を検出し、この位置検出をもとにしてブラシレモータの電機子巻線電流の通電を切り替える。
【０００３】
そのためには、例えば図４に示す制御装置が必要である。
この制御装置は、交流電源１をＡＣ／ＤＣ変換回路２で所定の直流電源に変換し、この直流電源をインバータ回路３のスイッチング素子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚでスイッチングしてブラシレスモータ４の電機子巻線に供給する。
【０００４】
位置検出回路５は、誘起電圧と基準値とを比較し（図５（ａ）ないし（ｃ）の各相電圧参照）、この交点（比較結果）の位置検出信号（図５（ｄ）参照）を出力する。
【０００５】
制御回路（マイクロコンピュータ）６は、その位置検出信号をもとにして最適に通電を切り替えるための駆動信号をドライバ回路７を介してインバータ回路３に出力する。
なお、ＰＷＭ制御方式を採用している場合、その駆動信号にはＰＷＭ信号が重畳される。この場合、図５（ａ）ないし（ｃ）に示す各相電圧はＰＷＭ波形を含むことになる。
【０００６】
このようにして、ブラシレスモータ４の電機子巻線の通電（通電相）が回転子の位置検出から最適なタイミングで、かつ、予め決定した順序で切り替えられ（図５参照）、位置検出運転が実現される。
また、ブラシレスモータの起動開始時は、回転子が停止しているため誘起電圧が発生しないことから、制御回路６の内部メモリにＶ／Ｆパターンを記憶しておき、そのＶ／Ｆパターンにしたがって同期起動を行って逐次的に加速し、しかる後位置検出運転へモード移行を行う。
【０００７】
しかし、この方法では起動トルクが極めて低く、また、負荷の影響を受けて電源等による電圧変動の影響を受け易い。したがって、例えば負荷の重いコンプレッサにあっては、速やかに位置検出運転へのモード移動ができないことがある。
そこで、上記起動においては、同期運転と位置検出運転とを併用する方法（ハイブリッド起動）を用いる方法が提案されている。
【０００８】
このハイブリッド起動では、ブラシレスモータ４の電機子巻線電流の通電が行われ、回転子が回転すると、非通電電機子巻線に誘起電圧が発生することを利用し、同期起動時からその誘起電圧により回転子の位置検出を行い、この位置検出があるときには同位置検出点で通電を切り替える。つまり、位置検出同期の通電切り替えを実行し、位置検出がないときには所定時間で通電を切り替える同期運転を実行する。
これにより、起動トルクを大きくすることができ、コンプレッサのように負荷が重くともブラシレスモータ４の起動が速く、位置検出運転へのモード移行を確実に、かつ、スムーズに行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したハイブリッド起動を含め、誘起電圧を利用して位置検出を行い、通電相を切り替える方法は、負荷が軽く、また慣性モーメントが大きい室外機ファンに対しては余り有効でない。また、その室外機ファンが風によって逆回転していると、起動を失敗してしまうこともある。
そのため、負荷が軽く、慣性モーメントが大きい室外機ファンにはほとんどセンサ付きのモータが用いられており、センサレスブラシレスＤＣモータの利用は少ない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、負荷が軽く、慣性モーメントが大きい室外機ファンにもセンサレスブラシレスＤＣモータを利用することができるようにし、負荷状態にかかわらず、安定して起動を行うことができるブラシレスモータの制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ブラシレスモータを同期運転で起動した後、位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、予め設定した駆動パターンにしたがって前記ブラシレスモータを同期運転して起動するとともに、該起動開始から回転子の位置検出を行い、該同期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を監視する一方、該位相が所定値になったときに、現位置検出に同期して前記ブラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、前記位置検出運転へのモード移行を行うにあたって、前記駆動パターンは、前記ブラシレスモータの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げるパターンであり、前記印加電圧は、前記回転子の永久磁石を減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲で最も高い起動電圧とすることで、前記回転子が前記回転磁界に対して進相するようにしたことを特徴としている。
また、本発明は、ブラシレスモータを同期運転で起動した後、位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御方法において、予め設定した駆動パターンにしたがって前記ブラシレスモータを同期運転して起動するとともに、該起動開始から回転子の位置検出を行い、該同期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を監視する一方、該位相が所定値になったときに、現位置検出に同期して前記ブラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、前記位置検出運転へのモード移行を行うにあたって、前記駆動パターンは、前記ブラシレスモータの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げるパターンであり、前記印加電圧は、前記回転子の永久磁石を減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲の起動電圧とすることで、前記回転子が前記回転磁界に対してかなり進相した乱調状態としたことを特徴としている。
【００１２】
本発明において、上記位相状態の監視は、当該通電区間における位置検出信号の極性をもとにして回転子の進相状態を判断し、この回転子が回転磁界に対して進相している場合には周波数を逐次的に上げ、上記回転磁界と回転子の位相を合わせるとよい。これにより、負荷の大きさが軽くとも、また電源等の電圧が変動しても、回転磁界の周波数の上昇で回転子が遅相して同回転磁界と合うようになり、ブラシレスモータの起動が確実に行われる。
【００１３】
また、本発明において、上記駆動パターンの起動周波数は、前記ブラシレスモータの使用環境を想定して求め、少なくとも上記ブラシレスモータの同期引き込みを可能とする周波数であるとよい。これにより、ブラシレスモータの起動当初においては、回転子が回転磁界に対して確実に進相することから、その回転磁界の周波数の上昇で回転子が遅相して同回転磁界と合うようになり、ブラシレスモータの起動が確実に行われ、また、ブラシレスモータの起動の失敗もなくなる。
【００１４】
上記ブラシレスモータの負荷を空気調和機の室外機ファンとし、上記起動に際して上記室外機ファンの回転を上記位置検出信号により検出し、少なくともこの室外機ファンが回転している場合には、上記回転子を特定相に位置決めするとよい。
これにより、室外の風速が大きく、室外機ファンが逆回転していても、ブラシレスモータの位置決めで起動失敗がない。
【００１５】
上記ブラシレスモータを起動するために位置検出同期の通電切り替えを行っているときには、位置検出から最適な通電切り替えタイミングを得るに必要なデータを得るまで、上記位置検出同期の通電切り替えを継続するとよい。
これにより、位置検出間隔の時間を算出し、位置検出運転における最適な通電切り替えタイミング（位置検出から所定時間のタイミング）を算出し、モード移行から最適な位置検出運転を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。
なお、図２中、図４と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１７】
図２において、本発明のブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置は、ブラシレスモータ４の起動を、同期運転および位置検出運転によるハイブリッド起動で実行し、このとき、ブラシレスモータ４の印加電圧を一定にするとともに、同期回転数（周波数）のみを制御して（内部メモリの駆動パターンで制御を行って）回転磁界と回転子の位相を合わせ、この位相の一致から位置検出により通電を切り替え、しかる後、位置検出運転へのモード移行する制御回路１０を備えている。
なお、制御回路１０は、図４に示す制御回路６の機能も備えている。
【００１８】
本発明の概要を説明すると、ブラシレスモータ４を、例えばファンモータとし、そのファンモータの印加電圧を制御して同期運転を行う場合、回転磁界と回転子との位置関係（いわゆる位相）は、もっぱら乱調か、あるいは脱調のいずれかであり、その印加電圧をきめ細かく制御しても最適な関係を維持することが難しい。
そこで、その同期運転においては、印加電圧を一定として周波数を次第に上げる駆動パターンを用いる。
【００１９】
なお、印加電圧の値は、ロック電流が流れても、過電流保護動作あるいは回転子の永久磁石の減磁等のハードウェア的に支障をきたさない範囲のうち、最も高い起動電圧値を選択する。これは、回転子が回転磁界に対して進相するように起動の同期引き込みを可能とするためである。
【００２０】
また、ブラシレスモータ４の使用環境に応じて回転磁界の周波数を決めるが、回転磁界は極めて遅い周波数で発生を開始するとよい。具体的には、ファンの使用環境における最大負荷を想定し、この最大負荷でも確実に同期引き込みができる周波数とする。
【００２１】
このとき、回転子は回転磁界に対してかなり進相した状態（いわゆる乱調状態）で同期する。また、その時点から誘起電圧が発生するため、その誘起電圧をもとにして位置検出信号が得られることになる。しかしこの場合、この位置検出信号では通電を切り替えず、その位置検出信号により回転磁界と回転子との位置関係を監視する。
上記回転子が回転磁界に対して進相している状態の場合では、例えば図３に示すようになる。また、最適な位相で回転している状態の場合では、図５に示すようになる。
【００２２】
なお、図３および図５においては、ＰＷＭのチョッピング等が重畳されていないが、それは制御回路１０の内部でキャンセルすることができ、また、通電切り替えも同様にキャンセルすることができる。要するに、誘起電圧による位置検出信号が得られればよい。
【００２３】
図３と図５とを比較すると、例えば電機子巻線Ｗ→電機子巻線Ｕの通電区間において、図３（ｄ）の位置検出信号のエッジは立ち下がりであるが、図５（ｄ）の位置検出信号のエッジは立ち上がりである。
なお、他の通電区間においても、同様で、図３（ｄ）と図５（ｄ）の位置検出信号は逆エッジにある。
【００２４】
したがって、制御回路１０は、位置検出信号のエッジを検出すると、現通電状態とそのエッジ状態との関係を監視し、回転子が回転磁界に対して進相しているか否かを判断する。
【００２５】
図３に示す状態にあるときには、回転子が回転磁界に対して進相していると判断し、上述したように内部メモリの駆動パターンにしたがって周波数（同期回転数）を少しずつあげる。すると、その同期周波数の上昇に伴って回転子が徐々に遅相するようになる（同図（ａ）の破線参照）。そして、現通電状態と位置検出信号のエッジ状態が図５に示すようになったときに、本来回転制御の位置検出運転へのモード移行が可能となる。
【００２６】
次に、上記構成とした制御装置の動作を図１のタイムチャート図を参照して詳細に説明する。
【００２７】
まず、制御回路１０は、位置検出回路５からの位置検出信号を検出し（ステップＳＴ１）、ブラシレスモータ４が回転しているか否かを判断する（ステップＳＴ２）。
これは、ブラシレスモータ４の負荷を軽負荷で慣性モーメントの大きいもの、特に室外機ファンとすると、当該起動に際して風により逆方向に回転していることがあるからである。
【００２８】
ブラシレスモータ４が回転している場合には、当該同期起動に先だって、ブラシレスモータ４の特定相を励磁して回転子を位置決めする（ステップＳＴ３）。
【００２９】
続いて、上記ブラシレモータ４が回転していない場合、あるいは、回転子を位置決めした場合、同期運転を開始し（ステップＳＴ４）、内部メモリの駆動パターン（印加電圧、周波数）の同期起動データにより周波数を上げる（ステップＳＴ５）。
なお、上記位置決めと同期運転を兼ねて、同期起動の開始周波数を著しく遅くするようにしてもよい。
【００３０】
また、上記同期起動データは予め設定したものであるが、既に述べたように、その印加電圧（ＰＷＭであればチョッピング幅）は回転子が起動同期引き込みで進相するように設定していることから、その起動では十分なトルクが発生し、乱調状態でも同期運転が確実に行われる。
【００３１】
続いて、位置検出回路５からの位置検出信号のエッジ状態を検出し、現通電状態とエッジ状態との関係が適切なものであるか否かを判断する（ステップＳＴ６）。
現通電状態とエッジ状態との関係が適切なものでない場合、つまり、図３に示す関係にある場合、回転子が回転磁界に対して進相しているとしてステップＳＴ５に戻り、回転磁界の周波数を上記駆動パターンにしたがって次第に上げる。
【００３２】
このようにして、同期起動中に、位置検出回路５からの位置検出信号を得、現通電状態とエッジ状態との関係を逐次チェックする。
現通電状態とエッジ状態との関係が適切なものになると、つまり、図５に示すように、その位相関係が正規な状態になると、現位置検出信号により通電を切り替える（ステップＳＴ７）。
【００３３】
続いて、位置検出回路５からの位置検出信号により通電を切り替え、かつ、少なくとも点弧位相角演算用の平均値等の通常位置検出運転に必要なデータを採取するまで、その位置検出同期の通電切り替えを継続するとともに、（ステップＳＴ８）、その必要なデータが採取された後に通常の位置検出運転へのモード移行を行う。
なお、必要なデータとは、位置検出間隔の時間（例えば１回転における平均値）、位置検出から最適な通電切り替えまでの時間等である。
【００３４】
このように、起動中に現通電状態とエッジ状態との関係を監視する。つまり、現通電相に対して位置検出信号のエッジが立ち上がり、あるいは立ち下がりであるかを判断するとともに、加速回転数を制御してその位置検出信号が現通電状態に対して正規のエッジ状態になるようにする。
【００３５】
したがって、ブラシレスモータ４の負荷が重く、あるいは軽い場合にも、安定してブラシレスモータ４を起動させ、また、その起動時の印加電圧を一定としていることから、電源等の電圧変動によっても、ブラシレスモータ４を安定して起動させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した本発明によると、以下に述べる効果を奏する。
本発明のブラシレスモータの制御方法は、起動において予め設定した駆動パターンにしたがってブラシレスモータを同期運転し、この起動開始から回転子の位置検出を行い、この同期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を監視し、この位相が所定値になったときに、位置検出同期をもってブラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、本来の位置検出運転へのモード移行を行うようにしていることから、負荷の大きさにかかわらず、特に負荷が軽く、慣性モーメントが大きい室外機ファンのモータに利用した場合でも、安定した起動を行うことができる。また、駆動パターンを印加電圧一定、周波数可変のパターンとすることにより当該電源の電圧変動に左右されることなく、ブラシレスモータを安定して起動することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモータの制御方法を説明するための概略的フローチャート図。
【図２】本発明のブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線図。
【図３】図２に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。
【図４】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブロック線図。
【図５】図４に示す制御装置の動作を説明するための概略的タイムチャート図。
【符号の説明】
３  インバータ回路
４  ブラシレスモータ（センサレスブラシレスＤＣモータ）
６，１０  制御回路（マイクロコンピュータ）
Ｕ，Ｖ，Ｗ  電機子巻線（ブラシレスモータ４の）
【図１】
0004506914.tif 000002
【図２】
0004506914.tif 000003
【図３】
0004506914.tif 000004
【図４】
0004506914.tif 000005
【図５】
0004506914.tif 000006