(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータによって駆動される位置センサレス・ブラシレスモータで、モータの相端子が短絡される場合にもモータ回転速度を検出する。【解決手段】インバータは上側スイッチＱ１、Ｑ３、Ｑ５と下側スイッチＱ２、Ｑ４、Ｑ６からなり、ゲートコントローラ１０は下側スイッチのゲート駆動回路に供給する電源電圧ＶＣＣ、および上側スイッチのゲート駆動回路に供給する非接地電源電圧ＶＢを入力し、スイッチＱ１〜Ｑ６のゲートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆにゲート信号を出力する。ゲートコントローラは電源電圧ＶＣＣと非接地電源電圧ＶＢからモータの回転速度を検出する。これにより、上側スイッチの短絡あるいは下側スイッチの短絡となるインバータのゼロベクトル状態にもモータ回転速度が検出できる。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターの相端子が短絡される場合にインバータによって駆動される回転センサーレスブラシレスモーターの速度を決定する方法であって、
前記インバータのフェーズレグで生じる電圧に関連して電圧を決定する段階と、
前記決定した電圧から、電流の方向を決定し、２つの方向の各々に流れる電流の間の変化を決定する第１信号を提供する段階と、
前記第１信号から、前記電流の周波数、従ってモーター速度を決定する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記電圧は、前記インバータのレグの並列スイッチ／ダイオード対の両端に生じる電圧を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧は、前記インバータの上側スイッチを駆動する上側スイッチドライバー用のブーストラップ電源ＶBと、前記インバータの下側スイッチを駆動する下側ドライバー電源電圧ＶCCとの間の電圧差を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧は、第１方向の電流に対するスイッチ飽和電圧と、第２方向の電流に対するダイオード形成バイアス電圧とを含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧差は、比較器で閾値と比較されて、前記第１信号を供給する請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ＤＣバスの両端に直列に接続される上側および下側スイッチを含み、前記直列スイッチの間にスイッチングノードを有する、少なくとも１つのスイッチング段を駆動するゲートドライブ回路であって、
前記スイッチ段の上側スイッチを駆動する上側ドライバーに電力を供給するブーストラップ電源と、
下側ドライバー電源と、
前記ブーストラップ電源と前記下側ドライバー電源との間の電圧を閾値と周期的に比較し、第１信号を出力する比較器とを備え、
前記第１信号は、流れ標示および周波数を示すようになっているゲートドライブ回路。
【請求項７】
前記ブーストラップ電源は、ダイオードを備える請求項６に記載のゲートドライブ回路。
【請求項８】
前記ダイオードは、外付けである請求項７に記載のゲートドライブ回路。
【請求項９】
前記ブーストラップ電源は、ダイオードエミュレータスイッチと、このダイオードエミュレータスイッチを制御するために、前記下側ドライバー電源と回路コモンとの間に接続されるエミュレータドライバーとを備える請求項６に記載のゲートドライブ回路。
【請求項１０】
速度トリガー信号を、前記第１信号として供給する速度復元回路をさらに備え、前記速度トリガー信号は、モーター速度が決定され得る相期間を有する請求項６に記載のゲートドライブ回路。
【請求項１１】
前記ダイオードエミュレータスイッチは、ＭＯＳＦＥＴである請求項９に記載のゲートドライブ回路。
【請求項１２】
相電流の波が、正領域から負領域へ横断する場合に、前記スイッチングノードにおける前記相電流の標示が変化し、逆もまた同様である請求項６に記載のゲートドライブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「相端子を短絡した永久磁石ブラシレスモーターのセンサーレス速度検出」という発明の名称の２００７年４月１３日に提出の米国仮特許願第６０／９１１５９２号に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、永久磁石ブラシレスモーターが回転しているときのその速度の検出、より詳細には、モーターの相端子を短絡する（ゼロベクトル）ことによる速度検出に関する。本発明は、例えば洗濯機のモーターに応用できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、永久磁石ブラシレスモーターの相端子を短絡することによって、それが回転しているときのモーターの速度を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、ブラシレスモーターの相に接続されたスイッチング段のスイッチの両端の電圧は、ゼロベクトルの適用時に検出される。検出された電圧から、電流の方向は決定され、或る電流方向から他への変化に応じて、電流の周波数、従ってモーター速度が決定される。
【０００５】
一実施形態では、下側スイッチの両端の電圧は、ゼロベクトル０００（すべての下側スイッチはオン、上側スイッチはオフ）の適用時に決定される。このようにして、スイッチドノードＶsとコモンとの間の電圧は、モーター速度を決定するために使用できる。別の実施形態では、上側スイッチドライバー用のブーストラップ電源ＶBとドライバー電圧源ＶCCとの間の電圧は、電流変化、従ってモーター速度を決定するために使用できる。
【０００６】
一実施形態によれば、ブラシレスモーターの相を駆動する少なくとも１つのスイッチング段を駆動する高電圧ゲートドライバー集積回路（ＨＶＩＣ）が提供され、少なくとも１つのスイッチング段は、ＤＣバスの両端の間に直列に接続される上側および下側スイッチを含み、直列スイッチの間にスイッチングノードを有し、ＨＶＩＣは、電力をＨＶＩＣの上側ドライバーに供給するブーストラップ電源を含み、ブーストラップドライバーは、ブーストラップ電源を制御するために、下側ドライバー電源と接地との間に接続され、比較器は、ブーストラップ電源と下側ドライバー電源との間の電圧を閾値と周期的に比較し、信号を出力し、そこでは、信号は電流の流れ標示および周波数を示す。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点については、添付図面に基づく本発明の次の説明により明らかになると思う。
【０００８】
図面は、ブラシレスモーター、例えばブラシレスＤＣモーターを駆動する基本的な電子モーターインバータを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、永久磁石ブラシレスモーターの相端子を短絡することによる、それが回転しているときのモーターの速度の検出を可能にする。この検出は、例えば、洗濯機のドアを開くことができる前に洗濯機のドラムの安全な停止を可能にするために、洗濯機の回転減速時または故障モード処理時に応用できる。
【００１０】
永久磁石ブラシレスモーターを用いる洗濯機では、ドラムが高速から減速するとき、モーターの速度を決定する必要がある。例えば、これは、洗濯機のドアを開くことを容認できる時を決定できることが必要である。洗濯機のドラムは、ゼロベクトルをブラシレスモーターに適用することによって、ある程度しばしば制動される。しかしながら、ゼロベクトル中、モーターのすべての相は、通常すべての相端子をコモンラインに接続することによって、共に短絡する。これは、モーターを駆動するインバータのすべての下側スイッチをオンにすることによって達成される。
【００１１】
図１ａにおいて、スイッチＱ2、Ｑ4、およびＱ6はオン、すなわちゼロベクトル０００であり、従って、モーターＭのすべての相をコモンラインＣＯＭに短絡する。あるいは、ゼロベクトル１１１が使用され、すべての相端子は、ＤＣ＋ラインに短絡される。
【００１２】
しかしながら、これは、ゼロベクトル中、ＤＣバスの電流検知によって検知され得る、ＤＣバスに流れる電流が無く、そしてモーターがセンサーレスであるので、モーターにもセンサーが無いという問題を呈する。従って、制動中にコントローラによって、ゼロベクトルの適用時のドラムまたはモーター速度を決定する方法を開発する必要がある。
【００１３】
図１ａは、インバータスイッチＱ1〜Ｑ6のゲートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦ用のゲートドライバーコントローラ１０を示す。図１ｄに示すように、コントローラ１０は、下側スイッチＱ2、Ｑ4、およびＱ6用のドライバーに電力を供給する下側電源ＶCC、およびスイッチドノードＶS（ＶS1、ＶS2、ＶS3）と、周知のように、ブーストラップダイオードＤBを経由してＶCCに接続される、電圧端子ＶBとの間に接続したブーストラップコンデンサＣBによって生じる上側非接地電源ＶBを備えている。
【００１４】
図１ｂおよび図１ｃは、スイッチングノードＶSで直列に接続した上側および下側スイッチＱ1およびＱ2を有する図１ａのインバータの１つのスイッチング段を示す。上側スイッチＱ1は、上側ダイオードＤ1に並列に接続され、下側スイッチＱ2は、下側ダイオードＤ2に並列に接続されている。上側スイッチＱ1およびダイオードＤ1のカソードは、ＤＣ＋電源に接続され、下側スイッチＱ2およびダイオードＤ2のアノードは、コモンＣОＭに接続されている。ダイオードＤ1のアノードおよびダイオードＤ2のカソードは、ノードＶSで接続されている。周知のように、スイッチＱ1およびＱ2（スイッチＱ3、Ｑ4、Ｑ5、およびＱ6とともに）は、モーター速度を制御するために、図１ａのコントローラ１０によって制御される。
【００１５】
上側スイッチＱ1がオフにされ、下側スイッチＱ2がオンにされると、下側スイッチＱ2およびダイオードＤ2の両端の電圧は、相電流の標示に依存する。ゼロベクトル０００中、すべての下側スイッチはオンにされる。また一方、相電流の表示またはその方向に応じて、電流はスイッチか、あるいはダイオードに流れる。
【００１６】
図１ｂにおいて、相電流がモーター相へ流れているとき、スイッチが作動している（オンにされる）にしても、電流はダイオードを通って流れる。従って、スイッチＱ2には、×印をつけてある。図１ｃにおいて、相電流がモーター相からインバータへ戻って流れているとき、電流は代わりにスイッチを通って流れる。従って、図１ｃにおいて、ダイオードＤ2に×印がつけられている。いずれの場合にも、生じる電圧は異なる。
【００１７】
電流がモーターへ流れるとき、電圧Ｖdiodeは、図１ｂに示すように生じ、二極分化される。電流がインバータへ流れるとき、スイッチの両端の電圧Ｖcesatは、図１ｃに示すように生じる。本発明によれば、これらの電圧は、電流の方向およびその周波数、従ってゼロベクトル中のモーター速度を決定するために使用できる。
【００１８】
図２は、相電流Ｉphの時間的変化を示す。相電流が正領域にある場合には、相電流の標示は正であり、相電流の波が図式の負領域にある場合には負である。また、相電流の波が正領域から負領域へ横断する場合に、標示は変化し、逆もまた同様である。従って、スイッチングノードＶSとコモン接続ＣОＭとの間の電圧を検知することによって、電流標示および周波数を検出することができる。
【００１９】
相電流Ｉphのスイッチング周波数（Ｈｚで測定される）と、例えば洗濯機のドラムの結果として生じる速度（１分間当たりの回転数（ＲＰＭ）で測定される）との間の近似的関係を、次に示す。
【数１】
2009027911.tif 000003
【００２０】
電流標示および周波数は、他の関連した方法でも検出することができる。図３は、スイッチング段を駆動するためにスイッチＱ1およびＱ2のゲート端子に接続した高電圧ゲートドライバー集積回路（ＨＶＩＣ）を示す。前述のブーストラップ構成を有するＨＶＩＣでは、上側ドライバー非接地正電源ピンＶbおよび下側正電源ピンＶCCは、外部ダイオードか、あるいは、図示したように、抵抗Ｒ１と直列に結合したブーストラップ内部ダイオード構造ダイオードＤBに接続される。このようなＨＶＩＣでは、ピンＶBとＶCCとの間の電圧は、電流標示および周波数を検出するために使用することができる。
【００２１】
図４ａ〜図４ｄは、実際の洗濯機に応用した場合のＶb-ＶCCおよび相電流を示す。
【００２２】
図４ａは、モーターは、すべての下側スイッチがオンである間にドラムをゼロベクトル（０００）構成で制動している状態を示す。この例のゲートドライバーは、外部ブーストラップダイオードから作られるブーストラップネットワークを使用する。ドラム速度は、２７５ｒｐｍである（周波数＝１３６．８２Ｈｚ、極対の数＝２、ベルト比＝１４．９）。
【００２３】
図４ｂは、ドラムが停止寸前である、減速の最終段階を示す。ここでドラム速度は、２９ｒｐｍ未満であり、Ｖb-ＶCC電圧はまだ見える。
【００２４】
図４ｃおよび４ｄは、図４ｂの円によって識別される領域のブローｕｐｓを示す。
【００２５】
図５は、ピンＶbとＶCCとの間の電圧を所定の閾値電圧と周期的に比較し、比較器の状態を出力する回路を含む、ＨＶＩＣの内部ブーストラップ構成を示す。この回路は、電源電圧ＶCCと論理接地ＶSSとの間に接続したブーストラップダイオードエミュレーションドライバー２０によって制御される、ダイオードエミュレータスイッチＱ3、例えばＭＯＳＦＥＴブートＦＥＴを含んでいる。
【００２６】
ドライバー１０は、上側および下側ドライバー電源電圧ＶbおよびＶCCならびに論理接地ＶSSに接続される相検知比較器１２と通信するために接続される。相検知比較器１２は、ＶＳ検知出力を、ブーストラップダイオードエミュレーションドライバー１０に、および速度トリガー信号を生成する速度復元回路１４に供給する。相検知比較器１２のトリガー信号は、モーター速度を決定するために使用される相期間（図６参照）を決定する。
【００２７】
図６は、上端に示す速度トリガー信号、符号１によって識別されるピンＶbとＶCCとの間の電圧、および図５のＨＶＩＣによって発生する、符号２によって識別される相電流ＩPHを示す。
【００２８】
以上本発明を、その特定の実施形態に関して説明したけれども、多くの他の変形例と変更態様、および他の用途が、当業者には明らかである。従って本発明は、本明細書の特定の開示によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】非作動上側および作動下側を備えるインバータを示す。
【図１ｂ】図１ａのインバータの１つのスイッチング段を示す。
【図１ｃ】図１ａのインバータの１つのスイッチング段を示す。
【図１ｄ】下側電源と、スイッチング段のスイッチドノードとブーストラップダイオードを経由して接続した電圧端子との間に接続したブーストラップコンデンサによって生じる、上側非接地電源とを備えるコントローラを示す。
【図２】図１ｂおよび１ｃのスイッチング段のスイッチドノードにおける相電流標示の時間的変化を示す。
【図３】図１のスイッチング段を駆動するために上側および下側スイッチのゲート端子に接続した高電圧ゲートドライバー集積回路（ＨＶＩＣ）を示す。
【図４ａ】実際の洗濯機に応用した場合の上側および下側正電源Ｖb-ＶCCならびに相電流を示し、そこでは、ゲートドライバーは外部ブートダイオードから作られるブーストラップネットワークを使用している。
【図４ｂ】実際の洗濯機に応用した場合の上側および下側正電源Ｖb-ＶCCならびに相電流を示し、そこでは、ゲートドライバーは外部ブートダイオードから作られるブーストラップネットワークを使用している。
【図４ｃ】実際の洗濯機に応用した場合の上側および下側正電源Ｖb-ＶCCならびに相電流を示し、そこでは、ゲートドライバーは外部ブートダイオードから作られるブーストラップネットワークを使用している。
【図４ｄ】実際の洗濯機に応用した場合の上側および下側正電源Ｖb-ＶCCならびに相電流を示し、そこでは、ゲートドライバーは外部ブートダイオードから作られるブーストラップネットワークを使用している。
【図５】上側と下側正電圧ピンとの間の電圧を所定の閾値と周期的に比較する回路を含む、図３のＨＶＩＣの内部ブーストラップ構成のブロック図を示す。
【図６】図５のＨＶＩＣによって発生する速度トリガー信号を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１０  コントローラ
１２  相検知比較器
１４  速度復元回路
２０  ブーストラップダイオードエミュレーションドライバー
Ａ〜Ｆ  ゲート
ＣB  ブーストラップコンデンサ
ＣＯＭ  コモンライン
Ｄ1 上側ダイオード
Ｄ2 下側ダイオード
ＤB ブーストラップダイオード
Ｉph 相電流
Ｍ  モーター
Ｑ1〜Ｑ6  スイッチ
Ｒ１  抵抗
ＶB 上側非接地電源
Ｖb 上側ドライバー非接地正電源ピン
ＶCC  下側電源
Ｖcesat スイッチの両端の電圧
Ｖdiode 電圧
ＶS（ＶS1、ＶS2、ＶS3）  スイッチドノード
ＶSS 論理接地
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
2009027911.tif 000014
【図６】
2009027911.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月7日(2008.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2009027911.tif 000017
【図１ｃ】
2009027911.tif 000018
【図１ｄ】
2009027911.tif 000019
【図２】
2009027911.tif 000020
【図３】
2009027911.tif 000021
【図４ａ】
2009027911.tif 000022
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
2009027911.tif 000024
【図４ｄ】
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【図５】
2009027911.tif 000026
【図６】
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【外国語明細書】
2009027911000001.pdf