(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相の交流電流を生成する駆動回路と、
前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、
前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、
前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転していると判別された場合に、前記駆動回路から前記モータに対して前記モータを前記逆転方向に増速するように加速する逆転周波数の交流電流を供給して前記モータの回転が前記逆転周波数にほぼ同期するように引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したことを特徴とするＤＣブラシレスモータのモータシステム。
【請求項２】
前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項３】
起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したことを特徴とする請求項２に記載のモータシステム。
【請求項４】
前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込む相電流の位相を検出することにより、前記モータの回転数および回転方向を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項５】
前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込むいずれか二相の相電流の位相に基づいて回転方向を判定することを特徴とする請求項４に記載のモータシステム。
【請求項６】
前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前記モータの各相に対応してＯＮ／ＯＦＦする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のＯＦＦ時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をＯＦＦした時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部を備えたことを特徴とする請求項４に記載のモータシステム。
【請求項７】
前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数を非可聴周波数領域としたことを特徴とする請求項６に記載のモータシステム。
【請求項８】
起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項９】
前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速するよう構成したことを特徴とする請求項８に記載のモータシステム。
【請求項１０】
前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記制御回路が前記ブレーキ手段によるブレーキ動作を行なわないよう制御することを特徴とする請求項８に記載のモータシステム。
【請求項１１】
前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動しないよう制御することを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項１２】
前記モータがブラシレスモータであり、前記駆動回路が電圧型フルブリッジインバータを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のモータシステム。
【請求項１３】
送風機用モータとして、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のモータシステムを備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１４】
多相の交流電流によって駆動されるＤＣブラシレスモータの起動方法であって、
前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、
この検出ステップにより前記モータが逆転方向に回転していることが検出された場合に、前記モータに対して前記モータを前記逆転方向に増速するように加速する逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、
引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、
を含むことを特徴とするモータの起動方法。
【請求項１５】
前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップにおいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したことを特徴とする請求項１４に記載のモータの起動方法。
【請求項１６】
起動前に、前記モータの回転数を減速させるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の多相モータの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータシステムとこのモータシステムを備えた空気調和機ならびにモータの起動方法に関するもので、特に、直流ブラシレスモータ等の多相モータとインバータ等の駆動周波数を変更可能な駆動回路を備えたモータシステムおよびこのモータシステムを備えた空気調和機とこのような多相モータに適したモータの起動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、例えば、特開平７−３３７０８０号公報に示された従来の空気調和機に用いられる送風機用ブラシレスモータシステムの全体構成を簡略化して表したブロック図であり、図において、１０１はパワートランジスタＱ１〜Ｑ６およびこのパワートランジスタを駆動するドライブ回路ＤＲから成るモータ駆動回路、１０２はモータ駆動回路１０１によって駆動され送風機のファンを回転させる三相ＤＣブラシレスモータ、１０３は三相ＤＣブラシレスモータ１０２の各相に発生する逆起電力をフィルタ回路１０４を通して回転子の磁極位置検出信号として出力する位置検出回路、１０５は位置検出回路１０３から出力された磁極位置検出信号に基いて三相ＤＣブラシレスモータ１０２の回転数を算出するとともに、回転数指令電圧によって設定された回転数と比較し、モータ駆動回路１０１を制御する制御回路、１０６は１００Ｖの交流電流を整流し、モータ駆動回路１０１にモータ駆動用の直流電力を供給する整流回路である。
【０００３】
以下、この従来装置の起動時の動作について、図９のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１では、三相ＤＣブラシレスモータ１０２の起動指令が発生しているか否かが判定される。ここで、起動指令がない場合はスタート状態に戻り、起動指令が来ている場合にはステップＳ１０２に移行して、現在の三相ＤＣブラシレスモータ１０２の回転方向が判断され、正転方向（Ｎ＞９４ｒｐｍ）である場合には、ステップＳ１０３の加速処理およびステップＳ１０４の速度制御に移行する。
【０００４】
一方、ステップＳ１０２において、正転でないと判定された場合は、ステップＳ１０５に移行して逆転（Ｎ＜−４３ｒｐｍ）であるか否かが判定され、逆転の場合には、ステップＳ１０６で位置検出回路１０３によって推定された回転子の磁極位置に基いてスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより減速方向の同期運転を行ない、このブレーキ動作によってステップＳ１０７で回転子を停止させる。その後、ステップＳ１０８で回転子と回転磁界の位置を同期させながら正転方向に始動し、始動後、ステップＳ１０９で同期運転からブラシレス運転に切り換えて、以後ステップＳ１０３の加速処理およびステップＳ１０４の速度制御に移行する。
【０００５】
また、ステップＳ１０５において、停止状態（−４３ｒｐｍ＜Ｎ＜９４ｒｐｍ）と判定された場合には、ステップＳ１１０で回転子の磁極とコイルの位置決めが行われた後、ステップＳ１０８で回転子の回転数と駆動周波数を同期させながら始動し、ステップＳ１０９でブラシレス運転に切り換えて、以後ステップＳ１０３の加速処理およびステップＳ１０４の速度制御に移行する。
【０００６】
こうして、この特開平７−３３７０８０号公報に開示された従来の空気調和機用モータシステムでは、起動前に、ファン用モータである三相ＤＣブラシレスモータ１０２の回転方向を検出し、検出された回転方向に基いて起動方法を変更することにより、起動時のトルク変動による脱調や逆回転の防止を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平７−３３７０８０号公報に開示された従来のモータシステムでは、逆回転時のブレーキ動作を回転子の磁極の位置を検出しながら磁極の位置に同期させてスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするよう構成されているため、磁極の位置検出精度が要求されるとともに、例えば、外風の変動等によって回転数が変動するような場合には、回転数と同期した周波数で減速ができず、ブレーキ時間（減速時間）が長くなるといった問題点があった。
【０００８】
また、逆回転中に直接正転方向に同期始動するよう制御するため、回転子に作用するトルク変化量が大きくなり、同期が不十分な場合には引き込みができずに脱調するといった問題点があった。また、トルク変化が大きいため、始動時の振動や騒音が発生しやすいといった問題点もあった。
【０００９】
さらに、この従来装置においては、位置検出回路１０３がパワートランジスタＱ１〜Ｑ６のＯＦＦ時すなわち、各相の通電が休止中で、かつモータ環流電流がなくなった状態での三相ＤＣブラシレスモータ１０２の誘起電圧（逆電圧）ゼロクロスを検出し、回転子の磁極位置情報を出力するよう構成しているため、通電停止期間を大きく設定（通電電気角１８０度毎に６０度の通電休止期間）する必要があり、この結果、各相への印加電圧の変動が大きくなって、相電流の遅れによるトルクリプルが発生し、騒音や振動が発生するとともに、回転角運動量（慣性モーメント）が小さい起動時には、このトルクリプルによって起動が不安定になるといった問題点があった。
【００１０】
また、三相ＤＣブラシレスモータ１０２のインダクタンス成分によって、通電停止後も一定時間環流電流が巻き線内を流れるため、この間、誘起電圧ゼロクロスの検出は不能となる。従って、通電停止後にも長時間環流電流が流れる条件、例えば、大きな相電流が流れる高負荷時後等には、誘起電圧ゼロクロスの検出が不能となり、この結果、三相ＤＣブラシレスモータ１０２の運転範囲が制約されたり、負荷変動に対する裕度が減少して脱調する等の問題があった。
【００１１】
この発明は、従来装置の上記のような問題点を解決するためになされたもので、この発明の第１の目的は、起動時の安定性が高く、脱調等が発生しにくいモータシステムを得ることを目的とする。
【００１２】
また、この発明の第２の目的は、起動前のモータの減速動作が安定して行なえるモータシステムを得ることを目的とする。
【００１３】
また、この発明の第３の目的は、起動時においても、低振動、低騒音な運転が可能なモータシステムを得ることを目的とする。
【００１４】
また、この発明の第４の目的は、起動時の安定性ならびに低振動・低騒音性に優れた空気調和機を得ることを目的とする。
【００１５】
また、この発明の第５の目的は、起動時の安定性が高く、脱調等が発生しにくいモータの起動方法を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータシステムは、上記の目的を達成するために、多相の交流電流を生成する駆動回路と、前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したものである。
【００１７】
また、この発明に係るモータシステムは、前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させるよう構成したものである。
【００１８】
また、この発明に係るモータシステムは、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したものである。
【００１９】
また、この発明に係るモータシステムは、前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込む相電流の位相を検出することにより、前記モータの回転数および回転方向を算出するよう構成したものである。
【００２０】
また、この発明に係るモータシステムは、前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込むいずれか二相の相電流の位相に基づいて回転方向を判定するよう構成したものである。
【００２１】
また、この発明に係るモータシステムは、前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前記モータの各相に対応してＯＮ／ＯＦＦする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のＯＦＦ時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をＯＦＦした時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部を備えたものである。
【００２２】
また、この発明に係るモータシステムは、前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数を非可聴周波数領域としたものである。
【００２３】
また、この発明に係るモータシステムは、起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手段を備えたものである。
【００２４】
また、この発明に係るモータシステムは、前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速するよう構成したものである。
【００２５】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記制御回路が前記ブレーキ手段によるブレーキ動作を行なわないよう制御するよう構成したものである。
【００２６】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動しないよう制御するよう構成したものである。
【００２７】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータとしてブラシレスモータを、前記駆動回路として電圧型フルブリッジインバータを用いたものである。
【００２８】
また、この発明に係る空気調和機は、送風機用モータとして、上記のいずれかに記載のモータシステムを備えたものである。
【００２９】
また、この発明に係るモータの起動方法は、多相の交流電流によって駆動されるモータの起動方法であって、前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、を含むものである。
【００３０】
また、この発明に係るモータの起動方法は、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップにおいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したものである。
【００３１】
また、この発明に係るモータの起動方法は、起動前に、前記モータの回転数を減速させるステップを含むものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図１〜図３を用いてこの発明の実施の形態１であるモータシステムの構成および動作について説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるモータシステムの全体構成を表すブロック図であり、図１において、１はモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）を出力することにより三相ＤＣブラシレスモータ（以下、モータと称する）２を駆動する駆動部、３はモータ２の各相の相電流（Iu、Iv、Iw）の位相（PhIu、PhIv、PhIw）を検出する回転情報検出手段である電流位相検出部、４は電流位相検出部３で検出された電流の位相に基いて回転数および回転方向を算出するとともに、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を出力することにより駆動部１を制御する制御部、５は駆動部１を介してモータ２に電力を供給する直流電源である。
【００３３】
図２には、図１に示した駆動部１の詳細な回路構成図を示す。図２において、１０〜１５は直流電源５の正極端子Ｐおよび負極端子Ｎ間に接続されたパワートランジスタやＭＯＳ  ＦＥＴ等からなるスイッチング素子であり、それぞれ、スイッチング素子１０および１３はモータ２のＵ相に、スイッチング素子１１および１４はモータ２のＶ相に、また、スイッチング素子１２および１５はモータ２のＷ相に対応して設けられている。こうして、この駆動部１は、基本的な構成として、電圧型フルブリッジインバータを構成しており、制御部４から出力されるＰＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）によって各スイッチング素子１０〜１５のＯＮ／ＯＦＦ状態を適宜切り替えることにより、各スイッチング素子対の出力端からモータ２の各相にモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）を出力するよう構成されている。
【００３４】
また、この駆動部１の各スイッチング素子１０〜１５には、それぞれ、並列に環流ダイオード１６〜２１が備えられており、モータ２の各相に対応する２つのスイッチング素子が同時にＯＦＦ状態となった場合に、モータ２のインダクタンス成分によって発生する環流電流をこの環流ダイオード１６〜２１内を環流することにより、スイッチング素子１０〜１５を保護し、また、相電圧の大幅な上昇を抑制するよう構成されている。
【００３５】
図３には、図１に示した制御部４のブロック構成図を示す。図３において、４０は駆動部１や電流位相検出部３と信号の入出力を行なう外部インターフェース（Ｉ／Ｏ）、４１は各信号やデータを処理する演算部、４２はデータを記憶するメモリ、４３はタイマである。図３に示すように、外部インターフェイス４０には、電流位相検出部３からモータ２の各相の相電流（Iu、Iv、Iw）の位相を表す出力信号（PhIu、PhIv、PhIw）が供給されるとともに、駆動部１のスイッチング素子１０〜１５のそれぞれに対して、ＰＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）が出力されている。また、この制御部４は、外部インターフェイス４０を介して、駆動部１および電流位相検出部３の双方に、各相に対応する２つのスイッチング素子を同時にＯＦＦ状態とする期間を表す信号Toffを供給する（図１参照）。なお、この実施の形態１では、制御部４をマイクロプロセッサによって実現している。
【００３６】
次に、図４〜図６を用いてこのモータシステムの動作について説明する。図４は、この実施の形態１のモータシステムのタイミングチャートであり、Puは、Ｕ相を直流電源５の正極端子Ｐに接続するスイッチング素子１０に対して供給されるＰＷＭ信号の波形を、また、Toffは、全てのスイッチング素子１０〜１５に対するオフ指令（負論理）の波形を表す。また、VuおよびIuは、それぞれ、駆動部１からＵ相に印加されるモータ駆動電圧の波形、および、Ｕ相を流れる相電流の波形であり、さらに、PhIuは、この時に電流位相検出部３から出力されるＵ相の相電流の位相を示す信号波形である。
【００３７】
図４に示すように、制御部４から所定の周波数でパルス幅（デューティ比）が時間的に変化するＰＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を送出すると、駆動部１ではこの信号に基いてスイッチング素子１０〜１５がＯＮ／ＯＦＦされ、直流電圧５の正極電圧および負極電圧を適当な時間比率でモータ２の各相に接続することにより、モータ２の各相には図４中にVuで示されたようなパルス状のモータ駆動電圧が印加される。
【００３８】
一方、このパルス状のモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）はモータ内部のインピーダンス等によって高周波成分が除去されるため、モータ２内の巻き線等の回路には実質的に正弦波状の交流の相電圧と相電流が発生することとなり、制御部４からＵ相、Ｖ相およびＷ相のスイッチング素子に出力するＰＷＭ信号の位相を制御し、各相の正弦波状の相電圧間に１２０度の位相差が生じるよう設定しておけば、この位相差によって生じる磁界の回転により、モータ２の回転子が回転する。なお、図４中のモータ駆動電圧Vuの波形が一部パルス形状から変形している部分は、後述するオフ指令ToffによってＰＷＭ信号のＯＮ中にスイッチング素子がＯＦＦされたための効果である。
【００３９】
次に、電流位相検出部３の動作について説明する。モータ２の起動時もしくは運転中、モータ２に電流が流れている時に、図４に示すオフ指令Toffによって各相に対応する２つのスイッチング素子が共にＯＦＦ状態にされると、それらのスイッチング素子と並列に設けられている環流ダイオードの何れかがＯＮ状態となり環流電流が流れる。例えば、モータ２のＵ相に、駆動部１側からモータ２側へ向かう相電流が流通（以下、この方向を「正方向」と称す）している状況下で２つのスイッチング素子１０および１３が共にＯＦＦ状態とされると、スイッチング素子１３と並列に設けられている環流ダイオード１９がＯＮ状態となって環流電流が流通し、上記の環流電流が流通している間、Ｕ相の相電圧は直流電源５の負極電位Ｎに固定される。
【００４０】
また、モータ２のＵ相に、モータ２側から駆動部１側へ向かう相電流が流通（以下、この方向を「逆方向」と称す）している状況下で２つのスイッチング素子１０および１３が共にＯＦＦ状態とされると、スイッチング素子１０と並列に設けられた環流ダイオード１６がＯＮ状態となって環流電流が流通し、上記の環流電流が流通している間、Ｕ相の相電圧は直流電源５の正極電位Ｐに固定される。
【００４１】
例えば、相電流の時間的変化を図４中の Iuのように仮定すると、１番目および２番目のToff時はIuの極性が負であるためこの極性を表す信号PhIu（負論理）はHighとなり、３番目のToff時にIuの極性が正となるためこの時点で信号PhIu（負論理）がLowとなる。こうして、モータ２の運転中にオフ指令Toffによって全スイッチング素子を微少時間ＯＦＦするとともに、これと同期して電流位相検出部３が各相の相電圧（極性）を検出することにより、環流電流の方向およびモータ２の各相に流れ込む相電流の流通方向が検出され、従って、所定の時間間隔でオフ指令Toffを送出し、相電流の方向をサンプリングすれば、相電流のゼロクロス点を検出することが可能となる。なお、この実施の形態１では、ＯＦＦ時間は１μｓ、オフ指令Toffのサンプリング周波数は非可聴周波数領域である２０ｋＨｚ（サンプリング周期＝５０μｓ）に設定されている。
【００４２】
以上のように、電流位相検出部３によって保持される相電圧の極性情報は、相電流が正方向に流通している状況下では負となり、相電流の流通方向が逆方向に変化した後、正となる。すなわち、電流位相検出部３が保持する相電圧の極性情報は、相電流の極性に対応した情報であり、また、相電流の位相情報を含むものである。従って、電流位相検出部３から出力された極性情報を処理することにより、各相の相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）、すなわち、モータ２の回転子の回転位置を表す電流位相情報を生成することができ、この情報から回転数等の種々の情報を得ることができる。
【００４３】
次に、図５を用いてこのモータシステムの起動時の動作について説明する。図５においてモータ２を起動する旨の指示が出されると、制御部４は、ステップＳ１で、まず、駆動部１の下側のスイッチング素子１３、１４、１５を全て３秒間ＯＮ（閉成）するようＰＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を送出する。これにより、モータ２は三相短絡状態となり、回転子が回転中であれば誘起電圧による短絡電流が流れ、制動トルクが発生して、短時間で回転子の回転数が低下する。
【００４４】
次に、３秒間経過後、ステップＳ２に移行し、制御部４が下側のスイッチング素子１３、１４、１５を騒音が発生しない非可聴周波数でＯＮ／ＯＦＦし、電流位相検出部３がスイッチング素子１３、１４、１５のＯＦＦ時の相電圧をサンプリングすることにより、相電流の電流ゼロクロスを検出する。そして、電流位相検出部３から出力された出力信号（PhIu、PhIv、PhIw）が制御部４に入力されると、制御部４では、内蔵されたタイマ４３によって電流ゼロクロスの周期および２相間の電流ゼロクロスの位相差が計測され、さらに、電流ゼロクロスの周期から電流周波数（finit）が、また、電流の位相差の関係から回転子の回転方向に対応した電流の回転方向が算出される。
【００４５】
続いて、ステップＳ３では、制御部４の演算部４１によりステップＳ２で得られた電流の位相差から回転方向の正逆が判定され、モータ２が所望の回転方向と逆方向に回転している場合はステップＳ４に移行して、ステップＳ２で計測された電流周波数（finit）よりさらに３Ｈｚだけ高い逆転方向に加速する電流周波数（以下、逆転方向に回転する場合の周波数を逆転周波数と呼ぶ）を新しい電流周波数として設定し、この新しい電流周波数でモータ２を駆動するようＰＷＭ信号を変更して駆動部１の各スイッチング素子を制御する。なお、駆動部１からモータ２に出力されるモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）の大きさは任意の固定電圧とする。
【００４６】
上記ステップＳ４の操作により、設定された電流周波数に対して回転子の回転がほぼ同期し、引き込みが完了した時点で、ステップＳ５に移行し、制御部４から出力されるＰＷＭ信号の電流周波数を逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させることにより、回転子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了する。
【００４７】
一方、ステップＳ３においてモータ２の回転方向が逆転以外の場合（正転方向及び停止状態）には、ステップＳ６に移行して、電流周波数を１Ｈｚに設定し、制御部４が１Ｈｚの電流周波数でモータ２を駆動するようＰＷＭ信号を生成し、駆動部１の各スイッチング素子を制御する。
【００４８】
そして、上記ステップＳ６の操作により、回転子が回転し始め、回転がほぼ同期するとステップＳ７に移行し、制御部４から出力されるＰＷＭ信号の電流周波数を正転方向に徐々に上昇させることにより、回転子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了する。
【００４９】
なお、上記逆転および正転のいずれの場合も、起動が完了し、回転子の回転数が所望の回転数まで引き上げられた後は、電流位相検出部３から出力される相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）と制御部４が自ら生成しているモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）の位相情報とに基づいて、相電流と相電圧の位相差が一定になるよう制御（力率制御）され、これにより定常運転時においては一層高い効率で運転を行なうことができるよう構成されている。
【００５０】
図６には、上記した力率制御に関連し、モータ２のひとつの相（例えばＵ相）に印加される実質的な相電圧３０と相電流３１および電流位相検出部３から出力される電流位相信号３２の関係を示す。ブラシレスモータ２の回転子は永久磁石を備えているため、回転子の回転に伴ってこの永久磁石の磁極がモータ２の各相のコイルと近接・離間を繰り返すことにより、各相のコイルには、磁界の変化に起因する誘起電圧が発生する。このため、モータ２の各相には、駆動部１から印加される相電圧３０と回転子の位置および回転速度に応じて生ずる誘起電圧との合計電圧が作用するとともに、各相のインダクタンスによって決定される相電流３１が流れるようになり、相電圧３０と相電流３１との間には、図６に示すような位相差（θ）が発生する。従って、この実施の形態１によれば、電流位相検出部３から出力される相電流の位相情報を表す信号（PhIu、PhIv、PhIw）と制御部４が自ら生成しているモータ駆動電圧の位相情報とから、この位相差（θ）に相当する時間を制御部４のタイマ４３によって計測することにより、相電圧と相電流との位相差が算出でき、力率制御を行なうことが可能である。
【００５１】
また、この相電圧と相電流との位相差（θ）は、回転子の位置情報を含んでいるため、この位相差情報からモータ２の回転数や回転方向に関する情報を抽出し、この情報に基いて上記図５に示した起動時の制御を行なうことも可能である。
【００５２】
以上、この実施の形態１によれば、モータ２が逆転方向に回転している場合に、一旦、逆転方向に駆動してから徐々に正転方向に回転方向を転換するよう構成したため、逆回転時に直接正転方向の電圧を印加する場合に比べて回転子の角運動量の変化（回転子に作用するトルク）を小さくすることができ、脱調等が発生しにくく、より確実に引き込みができるとともに、起動時の安定性に優れたモータシステムが得られる効果がある。また、大きなトルクの発生にともなう振動や騒音を抑制できる効果がある。
【００５３】
また、電流位相検出部３および制御部４で算出された回転子の回転数に基いてモータ２に供給する交流電流の逆転周波数の初期値を設定し、より高い逆転周波数で駆動するよう構成したため、回転子の逆転周波数とモータ２に供給される交流電流の電流周波数の差が小さくなって、より脱調等が発生しにくくなり、起動時の安定性がさらに向上する効果がある。
【００５４】
また、回転子の回転とモータ駆動電圧の電流周波数を同期させながら、電流周波数を所望の周波数まで連続的に変化させてゆくよう構成したため、回転子の回転と印加電圧の周波数の開離が小さくなり、効率良くトルクを発生させることができるため、回転子の回転数を円滑かつ安定して変更できる効果がある。
【００５５】
また、回転子の回転方向を検出し、逆回転時とその他の場合とで起動方法を変えたため、逆回転時以外の起動時間を短縮できる効果がある。
【００５６】
また、ブレーキ動作をした後に、モータ２を駆動するよう構成したため、回転子２が逆方向に回転中であっても短時間で回転数を低下させることができ、モータ２の起動時間を短縮できる効果がある。
【００５７】
また、スイッチング素子１３、１４、１５をＯＮし、モータ２を三相短絡状態にしてブレーキ動作を行なうよう構成したため、より確実にブレーキ動作が行われる効果がある。
【００５８】
また、回転数計測時のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ周波数を非可聴周波数領域である２０ｋＨｚとしたため、計測時の電流リプルに起因するトルクリプルが無く無音で起動できる効果がある。
【００５９】
また、モータ２の運転中に、極めて短い時間（１μｓ）だけ各相に対応する２つのスイッチング素子を同時にＯＦＦ状態とすることで、電流位相検出部３が各相の相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）を検出し、回転数および回転方向を検出するよう構成したため、電圧印加休止時間に起因するモータ２のトルクリプルを抑制することができ、モータ２を、静粛に、効率良く、かつ、安定に駆動できる効果がある。また、モータ負荷が高い場合でも、安定して動作するモータシステムを得ることができる。
【００６０】
また、電流位相検出部３が各相の相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）を検出することにより、回転数および回転方向を検出するよう構成したため、回転数検出用のホール素子等の位置センサが不要となり、化合物半導体や電子部品等の廃棄物を削減できる。
【００６１】
また、モータ２の起動時には、相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）から算出される回転数と回転方向に基いてモータ２に供給される交流電流の周波数を制御するとともに、所定の回転数に到達した後は、より効率の高い力率制御に切り換えるよう構成したため、起動時のトルクリプルが小さくなって起動の安定性が向上するとともに起動後の効率が高いモータシステムが得られる効果がある。
【００６２】
なお、上記実施の形態１では、モータ２としてＤＣブラシレスモータを用いた例を示したが、モータ２は、これに限定されるものではなく、誘導モータ等の他の多相モータであっても同様の効果を奏することができる。また、三相以外の相数のモータにも適用できることは言うまでもない。
【００６３】
また、起動時に駆動部１から出力されるモータ駆動電圧を、通常運転時より高目の電圧に設定しておけば、外乱等によるトルク変動や加速中のトルクアップに対しても同期状態からはずれることが少なくなり、より安定して起動することができる効果がある。
【００６４】
また、上記実施の形態１では、回転情報検出手段として、回転数および回転方向の検出を電流ゼロクロス検出回路３からの位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）に基いて行なうよう構成した例を示したが、従来装置と同様にモータ２に発生する誘起電圧（逆起電力）等を検出してもよく、この他、ホール素子等の位置検出素子の利用等、種々の形態が可能である。
【００６５】
また、上記実施の形態１では、３つの相の全部について位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）を計測したが、三相モータの原理から、この内のいずれか２相の位相が分かれば、他の１相を導出することができ、回転数および回転方向を判定することが可能である。
【００６６】
さらに、上記実施の形態１では、起動時の回転数検出を電流ゼロクロス検出回路３からの位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）により、また、通常運転時は、相電流と相電圧間の位相差による力率制御により構成した例を示したが、通常運転時も電流ゼロクロス検出回路３からの位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）に基いて制御するよう構成してもよく、この場合、起動時と通常運転時の回路とが兼用できるため起動用の新たな回路が不要となり、コスト低減が可能となる効果がある。
【００６７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ステップＳ１においてスイッチング素子を常時ＯＮ（閉成）し、ブレーキ動作を行なった後、ステップＳ２で電流周波数および回転方向の計測を行なうよう構成した例を示したが、スイッチング素子を断続的にＯＮ／ＯＦＦするよう構成してもよく、この場合、ブレーキ動作と同時に回転数等の計測もできるため、起動時間がさらに早くなる効果がある。
【００６８】
また、上記実施の形態１では制御部４がステップＳ１において常に３秒間ブレーキ動作を行なうよう構成したが、このように構成された実施の形態２によればブレーキ操作を行いながら回転数等を検出できるため、回転数が所定の値以下（この実施の形態２では、１００ｒｐｍに設定）となった場合にステップＳ３に移行するよう構成すれば、起動時間がさらに短縮できるとともに、確実に減速してから起動動作を行なうことができるため、起動時の安定性がより向上する効果がある。
【００６９】
実施の形態３．
また、上記実施の形態１では、ブレーキ操作（ステップＳ１）後に回転方向を検出（ステップＳ２）し、起動方法を変更（ステップＳ３）するよう構成したが、ブレーキ動作前に回転方向を検出し、例えば、モータ２が正転方向に十分な速度で回転している場合には、ステップＳ２で計測された電流周波数と所望の運転周波数を比較し、その大小によってステップＳ２で計測された電流周波数より１Ｈｚだけ高い（計測された周波数＜所望周波数の場合）もしくは１Ｈｚだけ低い（計測された周波数＞所望周波数の場合）正転周波数を新しい電流周波数として設定し、制御部４がこの新しい電流周波数でモータ２を駆動し、徐々に回転数を変更するよう構成すれば、正転方向に回転している回転子２を一旦減速させる必要がなくなり、起動時間がさらに短縮される効果がある。
【００７０】
実施の形態４．
また、上記実施の形態１では、起動前に必ずブレーキ動作（ステップ１）を行なうよう構成した例を示したが、ブレーキ操作前に回転数を検出するよう構成するとともに、この結果に基いて、回転子の回転数が非常に高い場合（この実施の形態４では、５００ｒｐｍに設定）には、モータ２を起動させないよう構成してもよく、この場合、高速で逆回転する回転子を制動する際に駆動部１に過大電流あるいは高電圧が発生し、駆動部１の回路が故障することを防止できる効果がある。
【００７１】
実施の形態５．
図７には、この発明の実施の形態５として、上記実施の形態１に記載のモータシステムを室外機のファンの駆動用に用いた空気調和機の構成図を示す。図において、５０は空気調和機の室外機であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。また、２は上記実施の形態１に記載のブラシレスモータ、５１は上記実施の形態１に示した駆動部１、電流位相検出部３および制御部４からなるモータ駆動装置、５２はブラシレスモータ２によって回転されるプロペラファン、５３はプロペラファン５２の回転によって送風される外気と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器、５４は冷媒を圧縮する圧縮機であり、ブラシレスモータ２、モータ駆動装置５１およびプロペラファン５２により送風機５５が構成されている。
【００７２】
このように、この実施の形態５によれば、室外機５０のファンを駆動するモータシステムとして上記実施の形態１に記載したモータシステムを用いたため、例えば、プロペラファン５２が外風によって逆回転している場合でも、プロペラファン５２を安定して起動することができる効果がある。
【００７３】
なお、上記実施の形態５において、モータシステムとして上記実施の形態４を用いれば、プロペラファン５２が強い外風で高速に逆回転している場合には、モータ２が起動しないため、モータ駆動装置５１の回路が保護されるとともに、モータ２を回転させなくとも外風によって熱交換が行われるため、モータ２の消費電力を節約することができ、より省電力となる効果がある。
【００７４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００７５】
多相の交流電流を生成する駆動回路と、前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したため、脱調等が発生しにくく、より確実に引き込みができるとともに、起動時の安定性に優れたモータシステムが得られる効果がある。
【００７６】
また、前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させるよう構成したため、前記モータの回転数と前記モータに供給される交流電流の電流周波数の差が小さくなって、より脱調等が発生しにくくなり、起動時の安定性が向上する効果がある。
【００７７】
また、前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前記モータの各相に対応してＯＮ／ＯＦＦする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のＯＦＦ時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をＯＦＦした時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部からの出力により回転数および回転方向を検出するよう構成したため、回転数および回転方向を検出するための電圧印加休止時間を短くすることができ、電圧印加休止時のトルクリプルによるモータ駆動時の騒音や振動を低減できる効果がある。
【００７８】
また、前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数を非可聴周波数領域としたため、より低騒音化が可能となる効果がある。
【００７９】
また、起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手段を備えたため、前記モータが逆方向に回転していても短時間で回転数を低下させることができ、前記モータの起動時間を短縮できる効果がある。
【００８０】
また、前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速するよう構成したため、より確実に前記モータの回転数を減速できる効果がある。
【００８１】
また、前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記ブレーキ手段がブレーキ動作を行なわないよう構成したため、正転方向に回転している場合の起動時間をさらに短縮できる効果がある。
【００８２】
また、前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動しないよう構成したため、前記駆動回路に過大電流あるいは高電圧が発生して、前記駆動回路が故障することを防止できる効果がある。
【００８３】
また、空気調和機の送風機用モータとして、上記のいずれかに記載のモータシステムを備えたため、前記モータに装着されたプロペラファンが外風で逆回転している場合でも、プロペラファンを安定して起動することが可能な空気調和機が得られる効果がある。
【００８４】
また、多相モータの起動時、前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、を含むよう構成したため、脱調等が発生しにくく、より安定して起動できる効果がある。
【００８５】
また、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップにおいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したため、起動時の安定性が一層向上する効果がある。
【００８６】
また、起動前に、前記モータの回転数を減速させるステップを含むよう構成したため、前記モータが逆方向に回転していても短時間で回転数を低下させることができ、前記モータの起動時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１のモータシステムの全体構成を表すブロック図。
【図２】  この発明の実施の形態１のモータシステムの駆動部の構成を表す回路図。
【図３】  この発明の実施の形態１のモータシステムの制御部の構成を表す回路図。
【図４】  この発明の実施の形態１のモータシステムの動作を表すタイミングチャート。
【図５】  この発明の実施の形態１のモータシステムの起動時の動作手順を表すフローチャート。
【図６】  この発明の実施の形態１のモータシステムの通常運転時の相電圧、相電流および相電流位相信号の関係を表す波形図。
【図７】  この発明の実施の形態５の空気調和機の室外機の構成を表す構成図。
【図８】  従来のモータシステムの全体構成を表すブロック図。
【図９】  従来のモータシステムの起動時の動作を表すフローチャート。
【符号の説明】
１  駆動部（駆動回路、ブレーキ手段）
２  三相ＤＣブラシレスモータ（モータ）
３  電流位相検出部（回転情報検出手段）
４  制御部（制御回路、回転情報検出手段）
５  直流電源
１０、１１、１２、１３、１４、１５  スイッチング素子（スイッチング手段）
１６、１７、１８、１９、２０、２２  環流ダイオード
３０  相電圧の波形
３１  相電流の波形
３２  電流位相検出部からの出力波形
４０  外部インターフェース
４１  演算部
４２  メモリ
４３  タイマ
５０  室外機
５１  モータ駆動装置
５２  プロペラファン
５３  熱交換器
５４  圧縮機
５５  送風機
【図１】
0003731105.tif 000002
【図２】
0003731105.tif 000003
【図３】
0003731105.tif 000004
【図４】
0003731105.tif 000005
【図５】
0003731105.tif 000006
【図６】
0003731105.tif 000007
【図７】
0003731105.tif 000008
【図８】
0003731105.tif 000009
【図９】
0003731105.tif 000010