(57)【要約】【課題】モータの磁束を検出し、エンコーダ等の位置検出器を用いずに過渡応答時でも起動時でも正弦波駆動を安価に実現することを可能にするものである。【解決手段】モータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。本実施例では説明の都合上、モータ１００は三相の同期モータであるとする。磁束検出器１０２は図２に示すように、モータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の磁束信号ＣＳ１ ，ＣＳ２ ，ＣＳ３を出力する。３相の巻線うち２相を励磁し、励磁時の前記位置検出手段の検出位置を前記制御手段が前記ブラシレスモータを駆動する出力波形の原点とすることで、起動時から正弦波駆動を可能とし、さらに過渡時においても、常に効率の良い正弦波駆動が安価に実現可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに永久磁石を有し、かつステータの３相の巻線を有する３相ブラシレスモータと、
前記ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の磁束量の位置領域を用いて演算し前記ロータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記３相ブラシレスモータを駆動する制御手段とにより構成され、前記３相ブラシレスモータの始動時に、前記３相の巻線うち２相を励磁し、励磁時の前記位置検出手段の検出位置を前記制御手段が前記ブラシレスモータを駆動する出力波形の原点とする構成を具備するモータ制御装置。
【請求項２】
前記３相の巻線のうちの２相の励磁を直流励磁とする構成を具備する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記３相の巻線のうちの２相の励磁の組み合わせを少なくとも１つ以上で励磁する構成を具備する請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記３相の巻線のうちの２相の励磁を電気角で３６０度の範囲で励磁する校正を具備する請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記３相の巻線のうちの２相の励磁を機械角で３６０度の範囲で励磁する構成を具備する請求項１から４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータの位置を検出するためにモータの磁束を検出する磁束検出器を具備する同期モータ等の磁石を有するモータを制御するモータ制御装置において、起動時から正弦波駆動を可能とし、さらに過渡時においても、常に正弦波駆動が可能とするモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータを駆動するモータ制御装置について、以下に図面を参照しながら説明する。同期モータを駆動するには、ブラシ付きの直流モータと異なり、モータの磁極の位置を検出し、磁極に応じてモータの巻線に流す電流や電圧を制御する必要がある。そのため、三相のブラシレスモータを駆動する場合は、図６に示すような磁極位置信号であるＣＳ信号を取り付け、三相のＣＳ信号であるＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の論理により三相のｕ，ｖ，ｗ相にいわゆる１２０度通電の矩形波駆動するのが一般的である。
【０００３】
また、３相ブラシレスモータモータの振動が少なく高効率駆動が可能な正弦波駆動する際には、一定回転の場合は、例えば特許文献１のように、磁極信号の論理の変化点の間隔をタイマーで測定し、そのタイマーの値により分割して正弦波駆動を実現するか、別にエンコーダ等の精度の良い位置検出器を取り付け、図７に示すように三相のＣＳ信号の論理の変化点からのエンコーダ等の位置検出器の位置情報を併用して三相のｕ，ｖ ，ｗ相にいわゆる１８０度通電の正弦波駆動を実現していた。（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３７０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来の磁極位置信号のみでは矩形波駆動しか実現できず、正弦波駆動を具現化するにはエンコーダ等の位置検出器を別途取り付けなければならず、大きさの面でも、コストの面でも不利となるといった問題点を有していた。また、タイマーで分割する場合は、過渡応答時や速度変化の大きい場合には対応できず、正弦波が連続でないといった問題点を有していた。
【０００６】
また、三相のＣＳ信号の論理の変化点が３相ブラシレスモータの誘起電圧のゼロクロス点と同位相であれば効率が最大となり、かつトルクリップルも最小となる。しかしながら、ＣＳ信号を検出する磁束検出器がそれ自体のパッケージ内のセンサ位置の誤差や、基板実装および組立て誤差により三相のＣＳ信号の論理の変化点が３相ブラシレスモータの誘起電圧のゼロクロス点と同位相とならず、効率やトルクリップル悪化により騒音や振動となるといった問題点を有していた。
【０００７】
さらに、エンコーダを取り付けた場合でも、電源を投入後の起動時には、磁極位置信号の論理が変化するまでは、絶対位置が検出できないため正弦波で駆動することができず矩形波で駆動せざるをえないといった問題点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためにロータに永久磁石を有し、かつステータの３相の巻線を有する３相ブラシレスモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の磁束量の位置領域を用いて演算し前記ロータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記３相ブラシレスモータを駆動する制御手段とにより構成され、前記３相ブラシレスモータの始動時に、前記３相の巻線うち２相を励磁し、励磁時の前記位置検出手段の検出位置を前記制御手段が前記ブラシレスモータを駆動する出力波形の原点とすることを特徴とする。
【０００９】
第１の発明は、ロータに永久磁石を有し、かつステータの３相の巻線を有する３相ブラシレスモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の磁束量の位置領域を用いて演算し前記ロータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記３相ブラシレスモータを駆動する制御手段とにより構成され、前記３相ブラシレスモータの始動時に、前記３相の巻線うち２相を励磁し、励磁時の前記位置検出手段の検出位置を前記制御手段が前記ブラシレスモータを駆動する出力波形の原点とすることを特徴とするモータ制御装置であり、３相ブラシレスモータの誘起電圧と磁束信号の位相を合わせることができ、効率がよく、かつトルクリップの発生を抑えることが可能となり騒音、振動を低減することが出来るという作用を有する。
が出来るという作用を有する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記３相の巻線のうちの２相の励磁を直流励磁とするモータ制御装置であり、３相ブラシレスモータの誘起電圧と磁束信号の位相を合わせることができ、効率がよく、かつトルクリップの発生を抑えることが可能となり騒音、振動を低減することが出来るという作用を有する。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記３相の巻線のうちの２相の励磁の組み合わせを少なくとも１つ以上で励磁するモータ制御装置であり、３相ブラシレスモータの誘起電圧と磁束信号の位相を複数合わせることができるため、より細かく電流と誘起電圧の位相をあわすことができ、効率がよく、かつトルクリップの発生を抑えることが可能となり騒音、振動を低減することが出来るという作用を有する。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記３相の巻線のうちの２相の励磁を電気角で３６０度の範囲で励磁するモータ制御装置であり、３相ブラシレスモータの誘起電圧と磁束信号の位相を複数合わせることができるため、より細かく電流と誘起電圧の位相をあわすことができ、効率がよく、かつトルクリップの発生を抑えることが可能となり騒音、振動を低減することが出来るという作用を有する。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記３相の巻線のうちの２相の励磁を機械角で３６０度の範囲で励磁するモータ制御装置であり、３相ブラシレスモータの誘起電圧と磁束信号の位相を複数合わせることができるため、より細かく電流と誘起電圧の位相をあわすことができ、効率がよく、かつトルクリップの発生を抑えることが可能となり騒音、振動を低減することが出来るという作用を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータ制御装置は、モータと、前記モータの磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段を有するモータ制御装置において、前記磁束検出手段の磁束量から前記モータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを正弦波駆動する制御手段とを具備することで、起動時から効率が良く、トルクリップルの少ない正弦波駆動を可能とし、さらに過渡時においても、常に正弦波駆動が安価に実現可能とするものである。
【００１５】
また、正弦波駆動に係わらず、位置検出手段の検出位置を用いて、モータの位置を検出し、位置制御、速度制御が可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図２】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図
【図３】磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形の一例を示す説明図
【図４】磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形のその他一例を示す説明図
【図５】磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータの誘起電圧を示す説明図
【図６】従来例における磁極位置センサの波形と矩形波駆動を示す説明図
【図７】従来例における磁極位置センサの波形と正弦波駆動を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。図１において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、１１０は位置信号変換器である。
【００１９】
図２は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図である。
【００２０】
図３は磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形の一例を示す説明図である。
【００２１】
図４は磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形の他の一例を示す説明図である。
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図１、図２、図３、図４を用いてその動作を説明する。
【００２２】
モータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。本実施例では説明の都合上、モータ１００は三相の同期モータであるとする。磁束検出器１０２は図２に示すように、モータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の磁束信号ＣＳ１ ，ＣＳ２ ，ＣＳ３を出力する。
【００２３】
この磁極検出器は、従来のモータ制御装置と同様に、三相モータの線間の誘起電圧と位相が合うようにモータの固定子巻線に固定されている。そのため、従来のモータ制御装置の矩形波駆動では、比較器等により図１７のようなパルス状の信号を生成し、信号の論理によって矩形波を生成していた。
【００２４】
本発明では、これらのＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の正弦波信号を、位置信号変換器１１０に入力しモータの位置を検出する。この位置信号変換器１１０の動作は、例えばＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁束信号のアナログ値をマイコンのＡ／Ｄ変換器で取り込み、マイコン内で逆三角関数演算等で求めればよい。
【００２５】
ここで、逆三角関数演算は、ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁束信号のいずれかで演算してもよいが、図２からも分かるように、演算精度がよい各磁束信号が交わる振幅の半分以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅の半分のしきい値で磁束信号を切り替えて演算し、磁束信号の符号を用いて磁束信号１周期の位置に換算すればよい。
【００２６】
そして、この位置信号変換器１１０の位置情報から、図３に示すような三相のｕ，ｖ，ｗ相に正弦波駆動が可能となる。このｕ，ｖ，ｗ相の電流波形は各相の誘起電圧と位相を合わせればよいが、磁束信号が線間の誘起電圧と合わせているため、この磁束信号とｕ，ｖ，ｗ相の位相を３０度ずらせばよい。なお、電圧駆動する場合は、電流の位相が合うように、モータ速度や負荷に応じて、位相を進ませればよい。
【００２７】
しかしながら、上記は誘起電圧と磁束信号の位相を合わせている構成を説明しており、理想的には出力トルクが最大であり、高効率の状態となっているが、実際の３相ブラシレスモータにおいては、磁極を検出する例えばホールＩＣやホール素子の基板の実装ばらつきや基板の寸法ばらつきおよび基板の取り付けばらつき等々により、上記の誘起電圧と磁束信号の位相が合っていない場合がある。
【００２８】
図４は上記の誘起電圧と磁束信号の位相が合っていない場合であり、電流が誘起電圧に比べ進んでいる場合の図である。
【００２９】
このように電流が誘起電圧が進んでいる場合は、電圧駆動している場合は電流自体も進んでいる状態となり合成トルクも脈動が発生する。この脈動がトルクリップルである。
【００３０】
図５は、上記の電圧駆動時の磁束信号と誘起電圧との関係を示した図である。図５の状態であれば、磁束信号のゼロになった点Ｂの時点を電圧出力の原点すなわち始点となる。この場合は上記の通り、電流が誘起電圧に比べ進んでいる状態となり、上記の効率低下およびトルクリップルの発生となり課題となっている。
【００３１】
図５において点Ｂでは進みすぎており、点Ａが理想の原点である。この点Ａにおいては、Ｕ相とＷ相に同じ大きさのトルクをかけ、Ｖ相にトルクがゼロの場合にロータが点Ａに固定される。すなわち、Ｕ相とＷ相に電流を流しているときにロータが点Ａに固定され、その時点のＵ相、Ｖ相およびＷ相の磁束信号の値を原点とすることにより誘起電圧と磁束信号の位相を合わせることができる。
【００３２】
また、上記はＵ相とＷ相に電流を流しトルクをかけてロータの位置を固定することで、固定された点を電圧の波形出しの原点としたが、３相のうち２相の組み合わせで流すことで電気角および機械角の中での原点を複数持つことでより細かな波形出しを出力することが可能となる。
【００３３】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換される。速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力する。なお、ここでは、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【００３４】
そして、 ＰＷＭ制御器１０４は、指令された制御指令を発生するようにモータ１００へ公知のＰＷＭ制御を行う。なお、ＰＷＭ制御でなくても、パワーオペアンプのようなリニア駆動でも構わない。
【００３５】
以上の構成により、磁束検出器のアナログ量の磁束量を検出することにより、電源投入時の起動時から磁極位置を把握することができるため、起動時から正弦波駆動を行うことが容易に実現できる。また、過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【００３６】
なお、本実施例では説明の都合上、回転型の三相の同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【００３７】
さらに、本実施例から明らかなように、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する、例えば、センサマグネットとＭ Ｒ センサ等の検出器でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のモータ制御装置は、モータの誘起電圧と磁束信号の位相差を無くすことにより運転を効率よく、かつトルクリップルも低減できるため、主にモータの高効率化および低振動、低騒音化が要望される機器で、例えばエアコン室内機、エアコン室外機、給湯機、空気清浄機などに搭載される電動機に有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  モータ
１０２  磁束検出器
１０４  ＰＷＭ制御器
１０６  速度制御器
１０８  微分器
１１０  位置信号変換器
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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