JPH0823695A - モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの制御方法において、モータの回転数
や負荷によらず適切な通電切り替えタイミングを得、ま
た安価に済ませる。 【構成】 ブラシレスモータ１をＰＷＭ制御方式で回転
制御する際、前記ブラシレスモータの複数の電機子巻線
の通電を同ブラシレスモータの回転子の位置検出に基づ
いて切り替えるモータの制御方法において、前記電機子
巻線の端子電圧を波形整形回路１０で波形整形し、この
波形整形した信号の誘起電圧波形と基準電圧とを比較回
路１１で比較して交点の電圧を検出し、先の交点の電圧
のタイミングの位置信号を制御回路１２に入力してお
り、この制御回路１２は位置信号をもとにしてブラシレ
スモータ１の回転数を算出し、かつＰＷＭ制御のための
チョッピングのオン、オフ比によりブラシレスモータの
負荷状態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて上記
基準電圧の値を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブ
ラシレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタ
イミングを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気調和機等に用いら
れるモータ（例えばセンサレス直流ブラシレスモータ）
の回転子の位置検出技術に係り、特に詳しくはモータを
最大効率で運転可能とするモータの制御方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】このセンサレスＤＣブラシレスモータ
（以下ブラシレスモータと記す）を回転制御するには、
例えば三相のブラシレスモータの場合図４に示す制御装
置を必要とする。

【０００３】図４において、この制御装置は、ブラシレ
スモータ１の複数の電機子巻線に直流電源Ｖｃｃをスイ
ッチングして印加する駆動部２と、ブラシレスモータ１
の端子電圧（図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す；１２
０度位相の異なる電圧；誘起電圧）Ｕ，Ｖ，Ｗと所定基
準電圧とを比較して仮想中性点（図５に示すａ）を検出
する位置検出回路３と、これら検出された仮想中性点ａ
を所定位相遅れ（例えばπ／６位相遅れ）とした位置検
出タイミングを得、この位置検出に基づいて各電機子巻
線の通電切り替えタイミングを得て駆動信号を出力し、
また駆動部２の少なくとも一方のアームのスイッチング
素子（下アームスイッチング素子）を駆動する駆動信号
を回転数に応じてチョピングする制御回路（マイクロコ
ンピュータ）４とを備えている。

【０００４】なお、位置検出回路３においては、ブラシ
レスモータ１に印加するための直流電圧Ｖｃｃの１／２
を基準電圧とし、入力端子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧波
形とその基準電圧Ｖｃｃ／２とを比較して仮想中性点ａ
の位置信号を出力する。

【０００５】上記構成の制御装置において、制御回路４
はブラシレスモータ１の起動時に駆動部２のスイッチン
グ素子を所定にオン、オフする駆動信号を出力して同ブ
ラシレスモータ１の各電機子巻線の通電を切り替え、ブ
ラシレスモータ１を所定時間同期運転とする。

【０００６】所定時間経過後、同期運転から位置検出に
よる運転に切り替えるが、このとき制御回路４は位置検
出回路３からの３つの信号によりブラシレスモータ１の
回転子の位置を検出する。そして、その位置検出に基づ
いて駆動部２のトランジスタを所定にオン、オフ駆動し
て各電機子巻線の通電を切り替え、ブラシレスモータ１
を回転制御する。

【０００７】また、その位置検出をもとにして回転数を
算出するとともに、この算出回転数と目標回転数とを比
較し、この比較結果に応じて下アームのスイッチング素
子を駆動する駆動信号のチョッピング比（オン、オフ
比）を可変し、ブラシレスモータ１を目標回転数に回転
制御する（いわゆるＰＷＭ制御方式）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記モータ
の制御方法においては、各仮想中性点ａを基準にして電
機子巻線の通電切り替えタイミングを得ているが、ブラ
シレスモータ１の回転数や負荷により端子電圧の誘起電
圧波形が異なり（図５（ａ）ないし（ｃ）に示す）、結
果仮想中性点ａの検出タイミングが異なり（位相角が異
なり）、ブラシレスモータを最大効率で運転することが
できなくなるという問題点がある。

【０００９】すなわち、基準電圧がＶｃｃ／２と一定で
あるため、例えば図５（ａ）に示す場合には位相角が２
０度に、同図（ｃ）に示す場合には位相角が４０度にな
り、本来の位相角３０度と異なり、通電切り替えタイミ
ングが不適当なものになってしまうからである。

【００１０】また、その位相角が異なることにより、通
電切り替えタイミングまでの時間算出に際して、調整を
必要とし、この調整を含めた算出時間が長くなり、例え
ば図５（ａ）に示す場合高速演算可能な高価なマイクロ
コンピュータを用いないと、位相角３０度の通電切り替
えタイミングに間に合わないこともある。

【００１１】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はモータの回転数や負荷によらず適切な
通電切り替えタイミングを得ることができ、ひいてはモ
ータを最大効率で運転することができ、また安価に済ま
せることができるようにしたモータの制御方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明はモータを回転制御する際、前記モータの
複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位置検出
に基づいて切り替えるモータの制御方法において、前記
電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端子電
圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻を検
出し、先の時刻のタイミングをもとにして前記電機子巻
線の通電切り替えタイミングを得る際、前記モータの回
転数や前記負荷に応じて前記基準電圧を可変するように
したことを要旨とする。

【００１３】また、前記モータとしてブラシレスモータ
を用い、前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較
して同端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電
圧の時刻を検出し、先の時刻のタイミングの位置信号を
マイクロコンピュータに入力しており、該マイクロコン
ピュータは前記位置信号をもとにして前記ブラシレスモ
ータの回転数を算出し、かつ前記ＰＷＭ制御のためのチ
ョッピングのオン、オフ比により前記ブラシレスモータ
の負荷状態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて前
記基準電圧を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラ
シレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタイ
ミングを得るものである。

【００１４】

【作用】上記手段としたので、上記モータ（ブラシレス
モータを含む）の回転数や負荷状態により、モータの電
機子巻線の端子電圧の誘起電圧波形が異なると、この誘
起電圧波形と比較する基準電圧が可変される。

【００１５】この基準電圧の可変により、誘起電圧波形
と基準電圧との交点である位置信号が不適当なものとな
らず、この先の交点から所定位相角遅れのタイミングが
常に最適ものとなり、つまり通電切り替えタイミングと
して運転効率を最大とするものが得られる。

【００１６】また、上記マイクロコンピュータにて位置
信号から１周期の時間が算出され、かつ位置信号のエッ
ジからその所定位相角（３０度等）遅れのタイミング
（通電切り替えタイミング）が算出される。このとき、
上述したように、位置信号のタイミングが何等の調整を
必要とせず、位相角３０度分の時間が確保される。つま
り、マイクロコンピュータとしては演算速度が高速でな
い安価ものを用いることができる。

【００１７】

【実施例】この発明のモータの制御方法は、例えば三相
のブラシレスモータの電機子巻線の端子電圧（誘起電
圧）と基準電圧とを比較する際、図２に示すようにモー
タの回転数や負荷に応じて基準電圧Ｅｔｈを可変すれ
ば、位置信号の検出タイミングを変えることができ、つ
まり最適な通電切り替えタイミングとして必要な位置信
号のエッジから所定位相角遅れタイミングを得ることが
できることに着目したものである。

【００１８】そのため、この発明のモータの制御方法が
適用される制御装置は例えば図１に示す構成をしてい
る。なお、図中、図４と同一部分には同一符号を付し重
複説明を省略する。

【００１９】図１において、この制御装置は、例えば三
相のブラシレスモータ１の３つの電機子巻線の端子電圧
（１２０度位相の異なる電圧；誘起電圧）Ｕ，Ｖ，Ｗを
入力して波形整形する波形整形回路１０と、これらの端
子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧と所定基準電圧Ｅｔｈとを
比較して各相の位置信号を検出する比較回路１１と、図
４に示す制御回路４の機能の他に、ブラシレスモータ１
の回転数や負荷により上記所定基準電圧Ｅｔｈの値を設
定し、この設定基準電圧Ｅｔｈの値をディジタル出力す
る制御回路（マイクロコンピュータ）１２と、この制御
回路１２からのディジタルデータをアナログに変換して
上記比較回路１１で用いる所定基準電圧Ｅｔｈを得るＤ
／Ａ変換回路１３とを備えている。なお、制御回路１２
がＤ／Ａ変換機能を内蔵している場合にはそのＤ／Ａ変
換回路１３を省いくことも可能である。

【００２０】波形整形回路１０は、フィルタ、サンプリ
ング・ホールドおよびマルチ・バイブレータ等の回路か
らなり、例えば通電切り替え時のスパイク電圧波形やＰ
ＷＭ制御のチョッピング波形を除去した誘起電圧波形を
含む信号を出力する。

【００２１】制御回路１２は、比較回路１１からの信号
により１周期（１回転）の時間Ｔ１を検出する回転周期
検出部１２ａと、このこの検出タイミング（仮想中性点
ａのタイミング）をもとにしてブラシレスモータ１の通
電切り替えタイミング（所定位相角（３０度、９０度）
遅れのタイミング）を発生する通電切替タイミング発生
部１２ｂと、その１回転の時間Ｔ１による現回転数と当
該目標回転数との差に応じてＰＷＭ制御の現チョッピン
グのオン、オフ比を可変するＰＷＭ制御部１２Ｃと、そ
の通電切り替えタイミングで駆動部２のスイッチング素
子をオン、オフするための駆動信号を発生する駆動信号
発生部１２ｄと、この駆動信号発生部１２ｄからの駆動
信号のうち、例えば駆動部２の下アームスイッチング素
子を駆動する駆動信号のオン部分をＰＷＭ制御部１２ｃ
からのＰＷＭ制御信号でチョッピングして出力する速度
制御部１２ｅと、その１回転の時間Ｔ１による現回転数
やＰＷＭ制御のチョッピングのオン、オフによる負荷状
態に応じて上記比較回路１１で用いて基準電圧Ｅｔｈを
設定する比較電圧発生部１２ｆとを備えいる。なお、図
１に示す制御回路１１はアルゴリズム的なものである。

【００２２】次に、上記構成のモータの制御装置が適用
される回転子位置検出方法の作用を図２および図３のタ
イムチャート図を参照して詳しく説明する。

【００２３】まず、ブラシレスモータ１の起動時におい
て、制御回路１２は従来同様にブラシレスモータ１を同
期運転とするために駆動信号を出力して駆動部２の複数
のスイッチング素子を所定にオン、オフし、直流電源Ｖ
ｃｃをスイッチングしてブラシレスモータ１の各電機子
巻線に印加し、同各電機子巻線の通電を順次切り替え
る。

【００２４】上記同期運転を所定時間行った後、制御回
路１２はブラシレスモータ１の回転子の位置検出に基づ
いて直流電源Ｖｃｃをスイッチングして各電機子巻線に
印加し、同各電機子の通電を順次切り替える。

【００２５】上記位置検出による運転に切り替えるに際
し、波形整形回路１０にはブラシレスモータ１の各電機
子巻線の端子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが入力しており、この波形
整形回路１０は図３（ａ），（ｃ）および（ｄ）に示す
位置信号を出力する。

【００２６】比較回路１１はその波形信号とＤ／Ａ変換
された電圧とを比較し、誘起電圧波形と基準電圧Ｅｔｈ
との交点である位置信号を出力する（図３（ｂ）を参
照）。

【００２７】その比較結果の位置信号が制御回路１２に
入力しており、この制御回路１２の回転周期検出部１２
ａは位置信号の１周期の時間Ｔ１を検出する。

【００２８】通電切替タイミング発生部１２ｂは上記検
出時間Ｔ１に基づいて所定位相角（３０度、９０度）遅
れのタイミング（時間Ｔ２，Ｔ３）を算出するととも
に、上記位置信号のエッジからその時間Ｔ２，Ｔ３を計
測して通電切り替えタイミングを発生する。駆動信号発
生部１２ｄはその通電切り替えタイミングで駆動信号を
発生する。

【００２９】また、ＰＷＭ制御部１２ｃは１周期の時間
Ｔ１による回転数と当該目標回転数との差に応じてＰＷ
Ｍ制御のための現チョッピングのオン、オフ比を変え
る。速度制御部１２ｅはそのチョッピングにより駆動部
２の下アームスイッチング素子を駆動する駆動信号のオ
ン部分をチョッピングする。これにより、ブラシレスモ
ータ１の印加電圧が変えられ、ブラシレスモータ１の回
転数が目標回転数に保たれる。

【００３０】上記回転制御時において、比較電圧発生部
１２ｆは回転周期検出部１２ａおよびＰＷＭ制御部１２
ｃからの情報、つまり回転数やブラシレスモータ１の負
荷状態に応じて比較回路１１の基準電圧Ｅｔｈの値を設
定する。なお、負荷状態は例えばＰＷＭ制御時には現チ
ョッピングのオン、オフ比をもとにして判断することが
可能である。上記設定される基準電圧Ｅｔｈの値は回転
数や負荷状態に応じて算出してもよく、またブラシレス
モータ１の負荷が決っている場合予め得た基準電圧Ｅｔ
ｈの値をＲＯＭに記憶しておくようにしてもよい。

【００３１】この場合、現回転数や負荷状態に応じて基
準電圧Ｅｔｈを設定し、つまりブラシレスモータ１の運
転効率が最大となる通電切り替えタイミングを得ること
ができるように基準電圧Ｅｔｈの値を可変する。この設
定基準電圧Ｅｔｈの値がＤ／Ａ変換回路１３でアナログ
値に変換され、このアナログ変換された基準電圧Ｅｔｈ
が比較回路１１に入力される。

【００３２】これにより、例えば図２（ａ）ないし
（ｃ）に示すように、ブラシレスモータ１の回転数や負
荷状態によって端子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧波形が異
なっても、その基準電圧Ｅｔｈを可変することにより、
この基準電圧Ｅｔｈと誘起電圧波形との交点から次の通
電切り替えまでの角度が常に一定となる。

【００３３】このようにして得られた位置信号が制御回
路１２に入力すると、この制御回路１２の通電切替タイ
ミング部１２ｂは回転周期検出部１２ａにおける検出時
間（１周期の時間）Ｔ１をもとにしてその仮想中性点ａ
からの所定位相角遅れのタイミングの時間Ｔ１／１２
（Ｔ２＝３０度）およびＴ１／４（Ｔ３＝９０度）を算
出する。

【００３４】また、上述したように、通電切替タイミン
グ部１２ｂは比較回路１１からの位置信号のエッジから
算出時間Ｔ２，Ｔ３を計測して通電切り替えタイミング
を発生する。したがって、通電切り替えタイミングが回
転数によって異なることもなく、常に最適なタイミング
（最大運転効率のタイミング）を得ることができる。

【００３５】なお、上記実施例では、三相のブラシレス
モータ１の３つの端子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧波形を
用いて通電切り替えタイミングを得ているが、１つの端
子電圧の誘起電圧波形を用いて各相の通電切り替えタイ
ミングを得るも可能である。この場合、Ｔ１／１２（３
０度）、Ｔ１／４（９０度）の他に、５Ｔ１／１２（１
５０度）、７Ｔ１／１２（２１０度）、３Ｔ１／１２
（２９０度）および１１Ｔ１／１２（３３０度）算出
し、これら時間を計測して通電切り替えタイミングを発
生すればよい。

【００３６】このように、ブラシレスモータ１の電機子
巻線の端子電圧（誘起電圧）と基準電圧Ｅｔｈとを比較
する際に、その基準電圧Ｅｔｈをブラシレスモータ１の
回転数や負荷状態に応じて可変し、その先の誘起電圧と
基準電圧の交点から所定位相角遅れのタイミング（いわ
ゆる通電切り替えタイミング）を１周期の時間をもとに
して算出し、かつ位置信号のエッジからその算出時間を
計測して通電タイミングを得る。

【００３７】したがって、回転数や負荷状態に応じてそ
の端子電圧の誘起電圧波形が異なることにより、誘起電
圧波形と基準電圧との交点のタイミングが変わる場合、
その基準電圧が可変されることから、適切な位置信号の
タイミングを得ることができ、しかも通電切り替えタイ
ミングを発生させるための時間の計測を調整することな
しに、その位置信号のエッジから必要な位相角遅れの通
電切り替えタイミングを得ることができ、かつ運転効率
の最大とする通電切り替えタイミングを得ること可能で
ある。

【００３８】しかも、比較回路１１からの位置信号のエ
ッジからその必要な位相角までの時間の算出する際、位
相角３０度分の時間が確実に確保され、つまりその算出
に必要な時間が短くならないことから、制御回路１２の
マイクロコンピュータとしては高速演算機能のものを使
用せずともよく、つまり低速演算機能の安価なマイクロ
コンピュータを用いることができるという利点がある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のモータ
の制御方法によれば、モータを回転制御する際、前記モ
ータの複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位
置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法におい
て、モータの電機子巻線の端子電圧（誘起電圧）と基準
電圧とを比較して位置信号のタイミングを得る際に、そ
の基準電圧をモータの回転数や負荷状態に応じて可変
し、その位置信号のエッジから所定位相角遅れのタイミ
ング（いわゆる通電切り替えタイミング）を１周期の時
間をもとにして算出するようにしたので、誘起電圧波形
と基準電圧との交点である位置信号のタイミングが変わ
る場合、その基準電圧が可変されることから、適切な位
置信号のタイミングを得ることができ、しかも通電切り
替えタイミングを発生させるための時間の計測を調整す
ることなしに、その位置信号のエッジから必要な位相角
（例えば３０度、９０度等）遅れの通電切り替えタイミ
ングを得ることができ、かつ運転効率の最大とする通電
切り替えタイミングを得ることが可能である。

【００４０】また、この発明によれば、上記位置信号の
タイミングをマイクロコンピュータに入力しており、こ
のマイクロコンピュータはその位置信号をもとにしてモ
ータの回転数を算出し、かつＰＷＭ制御のためのチョッ
ピングのオン、オフ比によりモータの負荷状態を検出
し、この回転数や負荷状態に応じて上記基準電圧を可変
し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモータの運
転効率を最大とする通電切り替えタイミングを得るよう
にしたので、上述同様の効果を有しており、かつ位置信
号のエッジから位相角３０度分の時間が確実に確保され
ることから、マイクロコンピュータとして低速演算機能
の安価なもの用いることができ、結果コスト低下が図れ
るという有用な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、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２】図１に示すモータの制御装置の動作を説明する
概略的タイムチャート図。

【図３】図１に示すモータの制御装置の動作を説明する
概略的タイムチャート図。

【図４】従来の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概略的タ
イムチャート図。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ（センサレスＤＣブラシレスモー
タ） ２ 駆動部 ３ 位置検出回路 ４，１２ 制御回路（マイクロコンピュータ） １０ 波形整形回路 １１ 比較回路 １２ａ 回転周期検出部 １２ｂ 通電切替タイミング発生部 １２ｃ ＰＷＭ制御部 １２ｄ 駆動信号発生部 １２ｅ 速度制御部 １２ｆ 比較電圧発生部 １３ Ｄ／Ａ変換回路 ａ 仮想中性点 Ｅｔｈ 基準電圧 Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線の端子電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを回転制御する際、前記モータの
   複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位置検出
   に基づいて切り替えるモータの制御方法において、 前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端
   子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻
   を検出し、先の時刻のタイミングをもとにして前記電機
   子巻線の通電切り替えタイミングを得る際、前記モータ
   の回転数や前記負荷に応じて前記基準電圧を可変するよ
   うにしたことを特徴とするモータの制御方法。
2. 【請求項２】 ブラシレスモータをＰＷＭ制御方式で回
   転制御する際、前記ブラシレスモータの複数の電機子巻
   線の通電を同ブラシレスモータの回転子の位置検出に基
   づいて切り替えるモータの制御方法において、 前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端
   子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻
   を検出し、先の時刻のタイミングの位置信号をマイクロ
   コンピュータに入力しており、該マイクロコンピュータ
   は前記位置信号をもとにして前記ブラシレスモータの回
   転数を算出し、かつ前記ＰＷＭ制御のためのチョッピン
   グのオン、オフ比により前記ブラシレスモータの負荷状
   態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて前記基準電
   圧を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモ
   ータの運転効率を最大とする通電切り替えタイミングを
   得るようにしたことを特徴とするモータの制御方法。