(57)【要約】【課題】ブラシレスＤＣモータの駆動中に瞬断が生じても、そのブラシレスＤＣモータのロータが脱調や停止を生じずに適切な回転を持続することができるブラシレスＤＣモータの制御方法およびブラシレスＤＣモータの制御装置を提供する。【解決手段】推定位相方式によるブラシレスＤＣモータの制御を行っている最中に、通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間が所定値以上である事象が発生した場合、当該事象の後で初めてロータの位置を検出したとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える。前記事象が発生した場合、通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更し、前記事象が発生してから変更後の通電切替間隔に相当する時間が経過しても前記ロータの位置を検出しないとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替えるようにしてもよい。【選択図】        図４
2007189862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置が検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御方法であって、
前記推定位相方式による制御を行っている最中に前記還流電流の発生時間が所定値以上となる事象が発生した場合、当該事象の後で初めて前記ロータの位置を検出したとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御方法。
【請求項２】
直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置が検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御方法であって、
前記推定位相方式による制御を行っている最中に前記還流電流の発生時間が所定値以上となる事象が発生した場合、通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更し、前記事象が発生してから変更後の通電切替間隔に相当する時間が経過しても前記ロータの位置を検出しないとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御方法。
【請求項３】
前記事象が発生した後、前記ロータの位置を所定回数だけ検出したとき、前記変更後の通電切替間隔を再度変更することを特徴とする請求項２記載のブラシレスＤＣモータの制御方法。
【請求項４】
直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段を備え、当該インバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置を検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置であって、
前記推定位相方式による制御を行っている最中に発生した前記還流電流の発生時間と所定値との大小関係を判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記還流電流の発生時間が前記所定値以上であると判定される事象が発生した場合、当該事象の後で初めて前記ロータの位置を検出したとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える通電切替手段と、
を備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項５】
直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段を備え、当該インバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置を検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置であって、
前記推定位相方式による制御を行っている最中に発生した前記還流電流の発生時間と所定値との大小関係を判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記還流電流の発生時間が前記所定値以上であると判定される事象が発生した場合、通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更する切替間隔変更手段と、
前記事象が発生してから前記切替間隔変更手段によって変更された通電切替間隔に相当する時間が経過しても前記ロータの位置を検出しないとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える通電切替手段と、
を備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項６】
前記切替間隔変更手段は、前記事象が発生した後、前記ロータの位置が所定回数だけ検出されたとき、前記変更後の通電切替間隔を再度変更することを特徴とする請求項５記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス型のブラシレスＤＣモータをインバータ制御するブラシレスＤＣモータの制御方法およびブラシレスＤＣモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアコンや冷蔵庫などの家電機器に搭載される圧縮機には、インバータ制御によって駆動するセンサレス型の多相ブラシレスＤＣモータが適用されることが多い。かかるブラシレスＤＣモータをインバータ制御する際には、ブラシレスＤＣモータが有するロータの位置を検出することによってそのブラシレスＤＣモータに対する通電を所定のタイミングで切り替える。そして、通電切替後の非通電相に発生する誘起電圧（逆起電力）を基準電圧と比較し、その両電圧の交点を検出することによってロータの位置を検出した後、この検出したロータの位置情報を用いることにより、モータ回転数（単位時間あたりのロータの回転数）をフィードバック制御している。
【０００３】
例えば、ブラシレスＤＣモータに印加する矩形波電圧のパルス幅を変化させながらモータ回転数の制御を行うＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式を採用する場合、インバータ回路では所定のディーティ比のＰＷＭ波形が通電切替信号に重畳された駆動信号を受信し、この受信した駆動信号に応じてブラシレスＤＣモータの相数分の矩形波電圧を生成し、その多相矩形波電圧を所定の通電タイミングでブラシレスＤＣモータに印加する。これにより、ブラシレスＤＣモータには駆動電流が流れ、ロータに回転トルクが発生する。
【０００４】
ＰＷＭ方式では、モータ回転数が増加するにしたがって通電切替タイミングの電気的な位相（通電位相）が進み、ＰＷＭ波形のデューティ比が大きくなる。このため、ＰＷＭ波形のディーティ比が１００％に達するまでモータ回転数が増加すると、ブラシレスＤＣモータの非通電相に誘起電圧波形が現れなくなり、誘起電圧を用いたロータの位置検出ができなくなってしまうという問題があった。
【０００５】
そのような問題は、一般にブラシレスＤＣモータのモータ負荷が増大した場合にも生じることがある。モータ負荷が増大すると、通電切替の直後にインバータ回路に発生する還流電流の発生時間が長くなる。還流電流の発生時間は、通電切替後の非通電相に加わるスパイク電圧の発生時間と等しいので、かかる発生時間が長くなると、誘起電圧を用いてロータの位置を検出することが可能な時間が短くなり、位置検出ができなくなってしまう場合があった。
【０００６】
上述した問題を解決し、誘起電圧を用いたロータの位置検出ができない場合であってもブラシレスＤＣモータの回転制御を行うことが可能な技術として、ロータの位置に対応するロータ位相を推定することによって通電の切り替えを行う推定位相方式に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、ロータの位置を検出することができない場合、ブラシレスＤＣモータを流れるモータ電流とそのブラシレスＤＣモータのモータ回転数との関係を用い、モータ電流が所定のモータ回転数と対応する値となるようにロータ位相を推定し、この推定結果に基づいた制御を行う。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−９４９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、推定位相方式を用いた従来のブラシレスＤＣモータの制御技術では、例えば瞬断（瞬時停電）のような異常な事象が発生した場合、その瞬断の継続時間によってはロータ位相を精度よく推定することができなくなり、ブラシレスＤＣモータの脱調、停止を招いてしまうことがあった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブラシレスＤＣモータの駆動中に瞬断が発生しても、そのブラシレスＤＣモータを脱調、停止させることなく、適切な回転を持続させることができるブラシレスＤＣモータの制御方法およびブラシレスＤＣモータの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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１記載の発明は、直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置が検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御方法であって、前記推定位相方式による制御を行っている最中に前記還流電流の発生時間が所定値以上となる事象が発生した場合、当該事象の後で初めて前記ロータの位置を検出したとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置が検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御方法であって、前記推定位相方式による制御を行っている最中に前記還流電流の発生時間が所定値以上となる事象が発生した場合、通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更し、前記事象が発生してから変更後の通電切替間隔に相当する時間が経過しても前記ロータの位置を検出しないとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記事象が発生した後、前記ロータの位置を所定回数だけ検出したとき、前記変更後の通電切替間隔を再度変更することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段を備え、当該インバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置を検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置であって、前記推定位相方式による制御を行っている最中に発生した前記還流電流の発生時間と所定値との大小関係を判定する判定手段と、前記判定手段によって前記還流電流の発生時間が前記所定値以上であると判定される事象が発生した場合、当該事象の後で初めて前記ロータの位置を検出したとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える通電切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、直流電圧を多相交流電圧に変換してブラシレスＤＣモータへ供給するインバータ手段を備え、当該インバータ手段によって前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際、前記ブラシレスＤＣモータの非通電相に発生する誘起電圧を用いて検出されたロータの位置に基づいて前記インバータ手段を駆動する一方、前記誘起電圧によって前記ロータの位置を検出できないモータ回転数領域では、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間に基づいて前記ロータの位置に対応するロータ位相を推定する推定位相方式を用いて前記インバータ手段を駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置であって、前記推定位相方式による制御を行っている最中に発生した前記還流電流の発生時間と所定値との大小関係を判定する判定手段と、前記判定手段によって前記還流電流の発生時間が前記所定値以上であると判定される事象が発生した場合、通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更する切替間隔変更手段と、前記事象が発生してから前記切替間隔変更手段によって変更された通電切替間隔に相当する時間が経過しても前記ロータの位置を検出しないとき、前記ブラシレスＤＣモータの通電を切り替える通電切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記切替間隔変更手段は、前記事象が発生した後、前記ロータの位置が所定回数だけ検出されたとき、前記変更後の通電切替間隔を再度変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、推定位相方式によるブラシレスＤＣモータの制御を行っている最中に、通電を切り替える際に発生する還流電流の発生時間が所定値以上である事象が発生した場合、当該事象の後で初めてロータの位置を検出したとき、そのブラシレスＤＣモータの通電を切り替えることにより、ブラシレスＤＣモータの駆動中に瞬断が発生しても、そのブラシレスＤＣモータを脱調、停止させることなく、適切な回転を持続させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの制御装置（以後、単に「制御装置」と呼ぶ）の機能構成を示すブロック線図である。
【００１８】
制御対象であるブラシレスＤＣモータＭは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする）の巻線を有する中空形状のステータと、このステータの中空内部に配設され、四極の永久磁石を有して回転するロータとを備えた三相四極のセンサレス型のブラシレスＤＣモータである。このブラシレスＤＣモータＭとして、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータを適用してもよいし、ロータの表面に永久磁石を配設したＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータを適用してもよい。以後の説明においては、このブラシレスＤＣモータＭのことを「ブラシレスモータＭ」と称する。
【００１９】
続いて、本実施の形態に係る制御装置１の機能構成を説明する。制御装置１は、交流信号を発生する交流電源１１と、交流電源１１で発生した交流信号を直流電源に変換するコンバータ回路１２と、コンバータ回路１２で変換した直流電源を平滑化する平滑コンデンサ１３と、平滑コンデンサ１３で平滑化した直流電源を三相の矩形波電圧に変換し、この変換した各矩形波電圧を所定の通電タイミングでブラシレスモータＭに印加するインバータ回路１４（インバータ手段）と、ブラシレスモータＭの非通電相の誘起電圧を所定の基準電圧と比較して両電圧の交点を求めることによってロータの位置を検出する位置検出回路１５と、インバータ回路１４を流れる電流を検出する電流検出回路１６と、インバータ回路１４が具備する通電切替用のスイッチング素子を駆動する駆動回路１７と、インバータ回路１４を介してブラシレスモータＭの駆動制御を行う制御回路１８と、を備える。
【００２０】
インバータ回路１４は、上下アームに３個ずつの計６個のスイッチング素子１４１がブリッジ接続されて成る三相ブリッジ回路を構成している。スイッチング素子１４１は、例えば、バイポーラトランジスタ（図１で図示）、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等によって実現することができる。各スイッチング素子１４１には、スイッチをオフした瞬間に非通電相となるステータの巻線に蓄積されたエネルギーによって発生する還流電流を入力電源側に逃がすための還流ダイオード１４２が並列に接続されている。また、インバータ回路１４には、モータ電流を検出する手段としてシャント抵抗１４３が接続されている。
【００２１】
図２は、制御回路１８のより詳細な機能構成を示すブロック線図である。同図に示すように、制御回路１８は、位置検出回路１５で検出されたロータの位置情報に基づいてモータ回転数を検出する回転数検出部１８１と、回転数検出部１８１で検出したモータ回転数ωと目標回転数ω0との比較結果に応じて速度指令を生成し、この速度指令を通電信号生成部１８３へ送出する速度制御部１８２と、速度制御部１８２から受信した速度指令を用いて通電信号を生成し、この通電信号を駆動回路１７を介してインバータ回路１４へ送出する通電信号生成部１８３と、推定位相方式による仮想位置検出指令信号に応じてロータの位置情報やロータの回転情報を推定する仮想位置検出部１８４と、仮想位置検出部１８４から送られてくるロータの位置情報に基づいて通電位相指令を生成する位相制御部１８５と、を備える。
【００２２】
また、制御回路１８は、位置検出回路１５から送られてくる位置検出信号を用いて還流電流が発生している時間（以後、「還流電流時間」と称する）を検出する還流電流時間算出部１８６と、還流電流時間算出部１８６で求めた還流電流時間を所定値と比較して通電切替間隔を変更すべきか否かを判定する判定部１８７と、判定部１８７から通電切替間隔を変更する切替変更指令を受信して通電切替間隔を変更する切替間隔変更部１８８と、判定部１８７からの判定結果および切替間隔変更部１８８からの変更後の通電切替間隔に関する情報に基づいて通電切替指令を発生し、この通電切替指令を通電信号生成部１８３へ送出する通電切替部１８９と、を備える。この意味で、判定部１８７、切替間隔変更部１８８、および通電切替部１８９は、順に判定手段、切替間隔変更手段、および通電切替手段の少なくとも一部を構成している。
【００２３】
以上の構成を有する制御回路１８は、演算および制御機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定のＯＳ（Operation System）を起動するプログラムや本実施の形態に係る各種処理を行うための制御用プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、各種処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えたマイクロコンピュータを用いて実現される。なお、前述した制御用プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておくことも可能である。
【００２４】
次に、上述した機能構成を有する制御装置１を用いて実現されるブラシレスモータＭの制御方法について詳述する。
【００２５】
＜通常時の制御＞
まず、通常時におけるブラシレスモータＭの制御方法について説明する。この場合、位置検出回路１５では、ブラシレスモータＭの非通電相に発生する誘起電圧と基準電圧Ｖ0とを比較し、両者の交点（ゼロクロス点）を検出する。その後、検出したゼロクロス点に関する情報を含む位置検出信号を制御回路１８に送出する。
【００２６】
制御回路１８では、位置検出回路１５から受信したロータの位置検出信号に基づいて、回転数検出部１８１がブラシレスモータＭのモータ回転数ωを検出して目標回転数ω0と比較する。この比較結果は通電信号波形にフィードバックされ、駆動回路１７を介してインバータ回路１４のブラシレスモータＭへの印加電圧を制御することにより、モータ回転数ωを目標回転数ω0に近づける制御を行う。より詳細には、制御回路１８は、速度制御部１８２で速度指令を生成し、この速度指令を通電信号生成部１８３へと送出する。通電信号生成部１８３では、速度制御部１８２から受信した速度指令と電流検出回路１６から受信したモータ電流値とを用いることにより、目標回転数ω0に対応するモータ電流が流れるように通電信号を生成し、この通電信号をインバータ回路１４へ送出する。
【００２７】
上述した制御を行うことにより、ブラシレスモータＭのモータ回転数ωは、目標回転数ω0に達するまで増加していく。ＰＷＭ方式では、モータ回転数ωが増加するにつれてＰＷＭ波形のディーティ比が上昇していく。ＰＷＭ波形のディーティ比が１００％に到達すると、誘起電圧を用いたロータ位置検出では回転数を増加できなくなる。
【００２８】
そこで、ＰＷＭ波形のディーティ比が１００％に到達した場合でも回転数を増加させるため、推定位相方式を用いた仮想位置検出を行う。この推定位相方式では、モータ回転数ωを目標回転数ω0に近づけることができるロータの仮想的な位置を推定、検出する仮想位置検出指令が、通電信号生成部１８３から仮想位置検出部１８４に対して出力される。仮想位置検出部１８４では、受信した仮想位置検出指令に基づいてロータの位置情報（ロータの仮想的な検出位置に対応するロータ位相も含まれる）やロータの回転情報を推定する。
【００２９】
仮想位置検出部１８４で推定した情報のうち、回転情報は回転数検出部１８１に送出される。回転数検出部１８１では、その回転情報に基づいてモータ回転数ωを算出して速度制御部１８２にフィードバックする。他方、位置情報は位相制御部１８５に送出される。位相制御部１８５では、受信した位置情報に含まれるロータ位相に応じて通電切替タイミングの位相（通電位相）を変化させる通電位相指令を生成し、この通電位相指令を通電信号生成部１８３に出力する。この通電位相指令は、一般的には通電位相の位相角を進めるような指令を含んでいる。
【００３０】
通電信号生成部１８３では、速度制御部１８２から受信した速度指令、位相制御部１８５から受信した通電位相指令、および電流検出回路１６から受信したモータ電流値を用いることにより、目標回転数ω0に対応したモータ電流が発生するように各スイッチング素子１４１のスイッチングを行う通電信号を生成し、この生成した通電信号を、駆動回路１７を介してインバータ回路１４に送出する。
【００３１】
通電信号を受信したインバータ回路１４では、三相の矩形波電圧を生成し、この生成した三相の矩形波電圧の各々をブラシレスモータＭのステータの対応する巻線に印加する。この結果、ブラシレスモータＭにはモータ電流が発生する。
【００３２】
以上説明したように、ブラシレスモータＭのモータ回転数ωを目標回転数ω0に近づける制御を行うことにより、ブラシレスモータＭの非通電相において誘起電圧の波形が現れず、ロータの位置検出を行うことができない場合であっても、通電位相の位相角を十分大きく進ませることができる。この結果、ステータに対してロータの永久磁石による界磁を弱める電流を流し、ブラシレスモータＭへの印加電圧を上げることなくモータ回転数を上昇させる弱め界磁制御の効果を十分に発揮させることが可能となる。
【００３３】
特に、ブラシレスモータＭとしてＩＰＭモータを適用する場合には、マグネットトルクとともにリラクタンストルクが発生する。このリアクタンストルクは、誘起電圧によるロータの位置検出ができないモータ回転数領域であっても発生するため、かかるリアクタンストルクを有効に利用することにより、弱め界磁制御と相俟ったブラシレスモータＭの制御の高効率化、およびブラシレスモータＭの運転可能範囲の拡大を実現することができる。
【００３４】
ブラシレスモータＭのモータ回転数ωが目標回転数ω0に到達した場合、制御装置１は、モータ回転数ωを減少させる制御を行う。具体的には、そのモータ回転数ωの減少によってロータの誘起電圧による位置検出ができる状態になった時点で、当初のフィードバック制御に移行する。その後、モータ回転数ωが再び増加してロータの位置検出ができないモータ回転数領域に達したとき、推定位相方式による制御（オープンループ制御）に移行する。
【００３５】
なお、目標回転数ω0の値は、モータ回転数ωの値に応じた負荷（モータ印加電圧等）を加味し、ブラシレスモータＭが脱調しないような値を予め設定しておけばよい。例えば、ブラシレスモータＭが圧縮機等の冷凍サイクル内に配設される場合には、周囲の温度によって冷凍サイクルの負荷が変動することがある。このような場合には、その目標回転数ω0として設定可能な値を制御装置１の周囲温度と対応付けてテーブル化したものを制御回路１８の内部メモリに記憶しておき、周囲温度を温度センサ等（エアコンなどの場合には既に具備されている）を用いて検知し、この検知結果に応じて目標回転数ω0の値を変えるようにしてもよい。
【００３６】
以上説明したブラシレスモータＭの制御を行うことにより、そのブラシレスモータＭの脱調を防止することができるとともに、モータ減磁を防止したり、インバータ回路１４のスイッチング素子１４１の破損等を防止することもできる。
【００３７】
＜瞬断時の制御＞
続いて、駆動中のブラシレスモータＭに瞬断（瞬時停電）が発生した場合について説明する。図３は、従来の制御装置において、推定位相方式で駆動中のブラシレスモータＭに瞬断が発生した場合のブラシレスモータＭの挙動を説明するためのタイムチャートである。従来の制御装置（以後、「制御装置１０」と称する）は、上述した制御装置１とほぼ同じ機能構成を有している（図１を参照）が、その制御装置１０が有する制御回路は、上述した制御回路１８とは異なる構成を有している。すなわち、制御装置１０が有する制御回路は、制御回路１８の還流電流時間算出部１８６、判定部１８７、切替間隔変更部１８８、および通電切替部１８９を有してない。この点を除く制御装置１０の機能が有する機能構成は、制御装置１の構成と同じである。そこで、以下の説明においては、制御装置１０の各部位を記載する際、制御装置１で対応する部位と同じ符号を用いることにする。
【００３８】
図３に示す波形は、（１）ＡＣ入力電圧ＶAC、（２）ＤＣ電圧ＶDC、（３）モータ電流（インバータ回路１４の母線電流）ＩM、（４）三相の各巻線電流ＩU、ＩV、ＩW、（５−１）Ｕ相巻線電圧ＶU、（５−２）Ｖ相巻線電圧ＶV、（５−３）Ｗ相巻線電圧ＶWである。制御装置１０は、制御装置１と同様にＰＷＭ方式を採用している。瞬断が起こる直前の状態において、ＰＷＭ波形のデューティ比は１００％に達しており、推定位相方式を用いた仮想位置検出による通電切替を行っているものとする。したがって、瞬断直前の状態では、通電位相角が大きく進んでブラシレスモータＭの回転数が大きくなっており、（５−１）〜（５−３）に示す各相巻線電圧波形には誘起電圧波形が現れていない。
【００３９】
図３では、時刻ｔ0において瞬断が発生し、ＡＣ入力電圧ＶACの１周期分に相当する期間だけ瞬断が継続した後、時刻ｔ1に復旧した場合を図示している。瞬断が継続している間、ＡＣ入力電圧ＶACは０である。また、ＤＣ電圧ＶDCの値は、瞬断直前から徐々に減少し始める。かかるＤＣ電圧ＶDCの減少に伴って、モータ電流ＩMのピーク値が正常時よりも上昇していく一方、そのピーク値に到達するまでの時間が正常時よりも遅延していき、やがて逆電流が発生するようになる（図３の逆電流発生領域Ｐ）。
【００４０】
このような状態においては、モータ電流ＩMの変化に伴って各相の巻線電流ＩU、ＩV、
ＩWのピーク値も変化し、そのピーク値への到達時間も遅延していく。この各相巻線電流におけるピーク値への到達時間の遅延は、各相巻線電圧におけるスパイク電圧期間（図３の（５−１）〜（５−３）に示す点線領域）の増加となって現れる。スパイク電圧期間は還流電流時間ＴSPと同じなので、結局のところ、モータ電流ＩMにおける逆電流の発生からブラシレスモータＭの脱調、停止に至る兆候は、還流電流時間ＴSPの増加となって現れてくる（例えば、図３に示す場合には、ＴSP(1)＜ＴSP(2)＜ＴSP(3)となっている）。
【００４１】
制御装置１０は、瞬断が終了してＡＣ入力電圧ＶACが復旧し、ＤＣ電圧ＶDCが元の値に戻っても、その瞬断によってエネルギー供給が不足した状態で通電切替を行わざるを得ず、ロータの回転は遅くなる。この場合、制御装置１０は、ロータの回転を早くするために、通電位相を進めて通電切替を早めるような制御を行う。その結果、通電位相が進みすぎてロータには逆トルクが発生し、やがて脱調して停止し、各相巻線電圧が０となり、モータ電流ＩMも０となる。
【００４２】
このように、従来の推定位相方式に基づくブラシレスモータの制御方法では、瞬断が発生した後、徐々にＤＣ電圧ＶDCが減少してモータ電流ＩMのピーク値が上昇するとともに、そのピーク値への到達時間が遅延し、逆電流が発生して通電位相角が一段と進む方向にずれていくため、適切なロータ位相の推定を行うことができず、瞬断の継続時間によってはブラシレスモータＭが脱調して停止してしまうことがあった。以下、ここで説明した問題点を解決するための技術として、本実施の形態に係るブラシレスモータの制御方法を説明する。
【００４３】
図４は、本実施の形態に係るブラシレスモータの制御方法の概要を示すフローチャートである。また、図５は、本実施の形態に係るブラシレスモータの制御方法に基づく瞬断発生前後のブラシレスモータＭの挙動を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートでは、上述した図３に示すタイムチャートと同様に、（１）ＡＣ入力電圧ＶAC、（２）ＤＣ電圧ＶDC、（３）モータ電流（インバータ回路１４の母線電流）ＩM、（４）三相の各巻線電流ＩU、ＩV、ＩW、（５−１）Ｕ相巻線電圧ＶU、（５−２）Ｖ相巻線電圧ＶV、（５−３）Ｗ相巻線電圧ＶWを示している。
【００４４】
比較のため、図５に示す場合も、瞬断が起こる直前の状態においてＰＷＭ波形のデューティ比が１００％に達しており、推定位相方式による通電切替を行っているものとする。また、図３と同様、時刻ｔ0において瞬断が発生し、ＡＣ入力電圧ＶACの１周期分に相当する時間だけその瞬断が継続した後、時刻ｔ1に終了したものとする。
【００４５】
この場合にも、瞬断が発生した後、モータ電流ＩMのピーク値が上昇していき、各相の巻線電流のピーク値も変化する。また、モータ電流ＩMのピーク値への到達時間が遅延する分、インバータ回路１４に還流電流が流れる還流電流時間ＴSP（＝スパイク電圧期間、すなわち図５の（５−１）〜（５−３）の点線領域の幅）が増加していく。
【００４６】
制御装置１では、通電切替直後にインバータ回路１４に還流電流が発生すると、制御回路１８の還流電流時間算出部１８６でその還流電流時間ＴSPを算出する（ステップＳ１）。より具体的には、還流電流が発生した時点での通電切替間隔およびロータの位置情報に含まれているスパイク電圧波形をもとにして還流電流時間ＴSPを算出する。このステップＳ１で算出した還流電流時間ＴSPは、制御回路１８の内部メモリに記憶され、通電切替を行うたびに更新される。
【００４７】
この後、制御回路１８の判定部１８７では、ステップＳ１で検出した還流電流時間ＴSPと、制御回路１８の内部メモリに予め記憶されている所定値Ｔaとの大小関係を比較判定し、還流電流時間ＴSPが所定値Ｔa以上（ＴSP≧Ｔa）である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、切替間隔変更部１８８に対して切替指令を送出する。図５に示す場合には、時刻ｔ2における通電切替によって発生した還流電流に対応する還流電流時間ＴSP(4)が初めて所定値Ｔa以上になったものとする。なお、所定値Ｔaは、通常の還流電流時間ＴSPよりも大きい値であるとともに、ブラシレスモータＭが脱調しない程度の値である。
【００４８】
切替指令を受信した切替間隔変更部１８８では、通電切替間隔を変更する（ステップＳ３）。このステップＳ３において、切替間隔変更部１８８は、変更後の通電切替間隔（
ΔＴ1とする）を、還流電流時間ＴSPが所定値Ｔa以上となる直前の通電切替間隔ΔＴよりも大きくする（ΔＴ＜ΔＴ1）。これにより、通電位相が進み過ぎた状態を補正して、ロータに逆トルクが発生するのを防止することができる。例えば、１２０度通電方式の場合、通常時の通電切替間隔が電気角で６０度なので、変更後の通電切替間隔ΔＴ1を電気角で８０〜１００度程度、より好ましくは９０度程度とする。
【００４９】
その後、制御回路１８で位置検出回路１５からの位置検出信号を受信しない場合（ステップＳ４でＮｏ）について、引き続き図５を参照して説明する。この場合、最新の通電切替（時刻ｔ2に実施）からの経過時間が所定時間すなわち変更後の通電切替間隔ΔＴ1に達しているとき（ステップＳ５でＹｅｓ）には、通電切替部１８９が切替指令を通電信号生成部１８３に対して送出し、位置検出信号を受信するのを待たず、時刻ｔ3（＝ｔ2＋ΔＴ1）に強制的な通電切替を行う（ステップＳ６）。これに対して、最新の通電切替（時刻ｔ2に実施）からの経過時間が所定時間に達していないとき（ステップＳ５でＮｏ）には、ステップＳ４に戻る。
【００５０】
ステップＳ６に続くステップＳ７では、判定部１８７において、強制的な通電切替回数が所定値Ｎ1に達しているか否かを判定する。図５では、その所定値Ｎ1が１よりも大きい値である場合を表している。この場合、時刻ｔ3に行われたステップＳ６の処理は１回目の強制的な通電切替に相当するため、ステップＳ７における判定の結果はＮｏとなり、ステップＳ４に戻ることになる。
【００５１】
その後、図５では、１回目の強制的な通電切り替えによって通電位相角の進みが補正され、誘起電圧波形が出現してゼロクロス点ｚ1が現れている。この場合、位置検出回路１５は、制御回路１８に対してゼロクロス点ｚ1の情報を含む位置検出信号を送出する（ステップＳ４に対応）。以後の通電切替は、その位置検出信号を用いたフィードバック制御によって行われ、位置検出結果に応じた通電切替が行われる（ステップＳ９）。なお、図５に示す場合、通電切替は瞬断の終了時刻と同じ時刻ｔ1に行われているが、これは単なる偶然に過ぎない。
【００５２】
続くステップＳ１０では、切替間隔変更部１８８で通電切替間隔変更後の位置検出回数が所定値Ｎ2に達しているか否かが判定される。図５に示す場合、時刻ｔ3の強制切替以降、５個のゼロクロス点ｚ1〜ｚ5が現れている。すなわち、ブラシレスモータＭのモータ回転数が減少することにより、位置検出結果に応じた通電切替処理（ステップＳ９）が５回連続して行われている。このような状況が実現されるためには、ステップＳ４→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ４のループが少なくとも４回は行われなければならない。したがって、図４のフローチャートを図５に対応させる限りにおいては、Ｎ2≧５でなければならない。
【００５３】
ところで、図５では、時刻ｔ3以降、通電切替が通電切替間隔ΔＴ2で順次行われているが、これらはすべて誘起電圧を用いた位置検出による通電切替であるため、ステップＳ３で変更された通電切替間隔ΔＴ1は適用されていない。換言すれば、図５では、時刻ｔ3以降の通電切替間隔ΔＴ2が、ステップＳ３において変更した後の通電切替間隔ΔＴ1よりも小さく（ΔＴ1＞ΔＴ2）、強制的な通電切替を行う前に、位置検出による通電切替が行われている状態を示している。
【００５４】
この後、位置検出による通電切替回数が所定値Ｎ2に達した場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）には、ステップＳ３で変更した通電切替間隔の設定をクリアする（ステップＳ１１）。その後の通電切替間隔は、ステップＳ３における変更を行う前の通電切替間隔（ΔＴ）としてもよいし、その時点でのモータ回転数ωに応じて最適な通電切替間隔としてもよい。いずれにせよ、ブラシレスモータＭは、瞬断によって還流電流時間ＴSPが増加しても脱調、停止に至ることなく、正常時の状態をスムーズに回復することができる。
【００５５】
ところで、瞬断の内容によっては、ステップＳ６における強制的な通電切替を複数回行う状況も起こりうる。かかる状況において、強制的な通電切替の回数が所定値Ｎ1に達した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）には、瞬断の発生に起因するブラシレスモータＭの異常が解消されていない恐れがあるので、ブラシレスモータＭを停止させる（ステップＳ８）。この意味で、所定値Ｎ1の値は、瞬断発生後にブラシレスモータＭが正常な挙動を回復することが困難な状態に対応する値として設定される。なお、ステップＳ８でブラシレスモータＭを停止させる代わりに、その時点で検出されたモータ回転数ω等の条件に応じて適当な処理を行うようにしてもよい。
【００５６】
以上説明した本実施の形態に係るブラシレスモータの制御方法によれば、瞬断時のように還流電流時間が増加して所定値以上となるような事象が発生したとき、通電切替間隔をその事象発生直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更し、進みすぎた通電位相を遅らせることによってブラシレスモータＭの脱調、停止を防止することができる。
【００５７】
瞬断発生時のブラシレスモータＭの制御方法としては、瞬断発生後にロータの位置を検出したときのみ通電切替を行うような設定にすることも考えられる。ところが、この場合には、位置検出信号を受信しないまま通電切替タイミングが遅れてしまうと、結果的にブラシレスモータＭが脱調してしまうことがあった。これに対して、本実施の形態に係るブラシレスモータＭの制御方法では、通電切替間隔を変更した後、最新の通電切替時点から変更後の通電切替間隔に相当する時間が経過してもロータの位置を検出しない場合には、ブラシレスモータＭの通電を強制的に切り替えるような制御を行っているので、ロータの位置検出の遅れに起因してブラシレスモータＭが脱調してしまうような事態を回避することができる。
【００５８】
なお、制御装置１が、瞬断後に通電切替間隔を変更（ステップＳ３）してから通電切替間隔設定をクリア（ステップＳ１１）するまでの処理を行っている間は、還流電流時間算出部１８６における還流電流時間ＴSPの検出、および判定部１８７における還流電流時間ＴSPと所定値Ｔaとの大小関係の比較判定は行わなくてよい。
【００５９】
また、ステップＳ６における強制的な通電切替を１回行うごとに、通電切替間隔を変更するようにしてもよい。この場合には、ステップＳ７でＮｏの判定が下された後、ステップＳ３に戻るようにすればよい。
【００６０】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、推定位相方式によるブラシレスモータの制御を行っている最中に、例えば瞬断時のように還流電流の発生時間が所定値以上となる事象が発生した場合、ブラシレスモータの通電切替間隔を前記事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくなるように変更し、当該事象の後で初めてロータの位置を検出したときに通電を切り替える一方、前記事象が発生してから変更後の通電切替間隔に相当する時間が経過してもロータの位置を検出しないときに通電を強制的に切り替えることにより、ブラシレスモータの駆動中に瞬断が生じても、そのブラシレスモータを脱調、停止させることなく、適切な回転を持続させることが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、上述した事象が発生した後に変更する通電切替間隔を、その事象が発生する直前の通電切替間隔よりも大きくすることにより、通電位相が進みすぎた状態を補正し、ブラシレスモータの脱調や停止を一段と確実に防止することができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態によれば、ロータの位置を所定回数だけ検出した時点で、上述した事象の発生後に変更した通電切替間隔を再度変更することにより、異常発生後の適当な時点で通常時の制御にスムーズに戻ることができる。
【００６３】
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上記一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、還流電流時間が所定値以上となる事象が発生した場合には、位置検出回路におけるロータの位置検出のタイミングを前記事象が発生する以前よりも遅くすることによってロータ位置を検出できるようにしてもよい。
【００６４】
また、本発明は、１２０度通電方式によって通電切替を行う場合に限って適用されるわけではなく、オーバーラップ通電方式（電気角が１２０〜１８０度の間の通電方式）を行う場合にも適用することができる。
【００６５】
さらに、本発明は、三相四極以外の相数および／または極数を有するブラシレスモータや、アウターロータ型のブラシレスモータを制御する場合にも適用可能である。
【００６６】
加えて、本発明は、ブラシレスモータに対してＰＷＭ方式以外のインバータ制御を行う場合にも適用することができる。
【００６７】
以上の説明からも明らかなように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係るブラシレスＤＣモータの制御方法およびブラシレスＤＣモータの制御装置は、ファンや圧縮機等を搭載する家電機器に適用することによってその家電機器の機能向上を図ることが可能であり、特に圧縮機を搭載したエアコンや冷蔵庫等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの制御装置の機能構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの制御装置が具備する制御回路のより詳細な機能構成を示すブロック線図である。
【図３】従来のブラシレスＤＣモータの制御方法に基づく瞬断発生前後のブラシレスモータの挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの制御方法の処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの制御方法に基づく瞬断発生前後のブラシレスモータの挙動を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０  制御装置
１１  交流電源
１２  コンバータ回路
１３  平滑コンデンサ
１４  インバータ回路
１５  位置検出回路
１６  電流検出回路
１７  駆動回路
１８  制御回路
１４１  スイッチング素子
１４２  還流ダイオード
１４３  シャント抵抗
１８１  回転数検出部
１８２  速度制御部
１８３  通電信号生成部
１８４  仮想位置検出部
１８５  位相制御部
１８６  還流電流時間算出部
１８７  判定部
１８８  切替間隔変更部
１８９  通電切替部
ＩM  モータ電流
ＩU  Ｕ相巻線電流
ＩV  Ｖ相巻線電流
ＩW  Ｗ相巻線電流
Ｍ  ブラシレス（ＤＣ）モータ
Ｐ  逆電流発生領域
ＴSP、ＴSP(1)、ＴSP(2)、ＴSP(3)、ＴSP(4)  還流電流時間
Ｖ0  基準電圧
ＶAC  ＡＣ入力電圧
ＶDC  ＤＣ電圧
ＶU  Ｕ相巻線電圧
ＶV  Ｖ相巻線電圧
ＶW  Ｗ相巻線電圧
ｚ1、ｚ2、ｚ3、ｚ4、ｚ5  ゼロクロス点
ΔＴ、ΔＴ1、ΔＴ2  通電切替間隔
ω  モータ回転数
ω0  目標回転数
【図１】
2007189862.tif 000003
【図２】
2007189862.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007189862.tif 000007