JPH09312991A - ブラシレスモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの制御方法において、電機
子巻線の通電を適切に切り替え、振動や騒音の低減、脱
調を防止する。 【解決手段】 ブラシレスモータ３への印加電圧をチョ
ッピングのデューティ比により可変して同ブラシレスモ
ータ３を回転するとともに、ブラシレスモータ３の回転
子３ａの位置検出に基づいて同ブラシレスモータの電機
子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法
であって、電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧発
生回路５ａからの基準電圧Ｖｄｃ／２とを比較回路５ｂ
で比較し、この比較結果の位置検出点の位置信号を制御
回路１０に入力する。制御回路１０は前回の位置検出時
に計時した１周期の時間およびチョッピングのデューテ
ィ比をもとにして位置検出間隔の基準値を算出するとと
もに、この算出基準値と今回の位置検出時に得た位置検
出間隔とを比較する。今回の位置検出間隔が基準値より
大きい場合、今回の位置検出点を所定値だけ戻す補正を
行い、この補正された位置検出点をもとにしてブラシレ
スモータ３の通電切り替えタイミングを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は空気調和機の圧縮
機等に用いる直流ブラシレスモータ（以下ブラシレスモ
ータと記す）の回転制御技術に係り、特に詳しくはブラ
シレスモータの回転制御の安定化を図るために適切な位
置検出を可能とするブラシレスモータの制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のブラシレスモータ、例えば三相
モータを回転制御する場合図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、交流電源
１を交流／直流変換器２で直流に変換して得た電源Ｖｄ
ｃをスイッチングしてブラシレスモータ３の電機子巻線
に印加するために複数のスイッチング素子（トランジス
タ）Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚをブリッジ接続したインバ
ータ部４と、ブラシレスモータ３の端子電圧（誘起電
圧）Ｒをもとにして回転子３ａの位置信号を得る位置検
出部５と、この得られた位置信号に基づいてブラシレス
モータ３の各電機子巻線の通電を所定に切り替えるため
にインバータ部４の駆動信号を出力する一方、同駆動信
号のうち所定駆動信号を所定オン、オフ比でチョッピン
グする制御回路６とを備えている。

【０００４】位置検出部５は、インバータ部４の電源電
圧Ｖｄｃを１／２に分圧して基準電圧Ｖｄｃ／２を発生
する基準電圧発生回路５ａと、１つの相の端子電圧（誘
起電圧）Ｒと基準電圧Ｖｄｃ／２とを比較してブラシレ
スモータ３の回転に同期した位置信号Ａを出力する比較
回路５ｂとからなる。

【０００５】制御回路６は、マイクロコンピュータおよ
び駆動回路等からなり、駆動信号を出力してインバータ
部４のトランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを駆動す
る。

【０００６】上記構成の制御装置において、ブラシレス
モータ３を位置検出による運転とする場合位置検出部５
からの位置信号（回転子３ａの位置検出）をもとにして
所定位相角で各電機子巻線の通電切り替えタイミングを
得、これらタイミングに基づいて駆動信号を発生し、こ
れら駆動信号によりインバータ部４の各スイッチング素
子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを駆動する。

【０００７】この場合、図５（ａ）に示すように、上記
回転子３ａの位置検出では１つの電機子巻線の端子電圧
Ｒと基準電圧Ｖｄｃ／２とを比較し、この比較結果の交
点で変化する位置信号Ａ（図５（ｂ）を参照）を得る。

【０００８】上記位置信号Ａを入力した制御回路６は通
電切り替え後（スパイク電圧後）の端子電圧Ｒの誘起電
圧の波形と基準電圧Ｖｄｃ／２との交点（例えば図５
（ｃ）の矢印ａ）、つまり位置信号Ａの最初の立ち下が
りエッジを検出し、この検出エッジを回転子３ａの位置
検出点ｂとして所定位相角に相当する時間を算出する。

【０００９】例えば、位相角３０度、９０度および１５
０度に相当する時間を算出し、これら算出時間経過後に
インバータ部４の各トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，
Ｚの導通状態を切り替える駆動信号（図５（ｃ）ないし
（ｈ）を参照）を発生する。これら駆動信号により各ト
ランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚが駆動されるため、
ブラシレスモータ３の電機子巻線電流が切り替えられ、
ブラシレスモータ３が回転制御される。

【００１０】また、図５（ｃ）ないし（ｈ）に示すよう
に、ＰＷＭ制御方式の場合制御回路６はインバータ部４
の駆動信号を所定デューティ比（オン、オフ比）でチョ
ッピングする。

【００１１】このように、位置信号Ａに基づいてブラシ
レスモータ３の各電機子巻線電流を切り替えるタイミン
グを得、またチョッピングのオン、オフ比を可変するこ
とにより、ブラシレスモータ３を所定回転数に回転制御
することができる。

【００１２】なお、駆動信号のうち、インバータ部４の
一方のアーム（上アームあるいは下アーム）を構成する
トランジスタの駆動信号をチョッピングしても同じ効果
を得ることができる。また、ブラシレスモータ３の回転
子の位置を一相だけでなく、複数相あるいは全ての相毎
で位置検出点を得、この得られた位置検出点をもとにし
てブラシレスモータ３の通電切り替えタイミングを算出
することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ブラシ
レスモータの制御方法において、端子電圧Ｒはチョッピ
ングされた波形となり、したがって端子電圧Ｒの誘起電
圧もチョピングされた波形となる（図５を参照）。

【００１４】そのため、例えば図６（ｂ）に示すよう
に、端子電圧Ｒの誘起電圧波形と基準電圧との交点（位
置検出点）が本来の位置検出点ｃより遅れることがあ
る。しかも、その遅れ分（図６に示すｘ分）は最大でチ
ョッピングのオフ時間近くまで達することがある。な
お、誘起電圧が下降時である場合も、上述同様の問題が
生じる。

【００１５】これにより、ブラシレスモータ３の通電切
り替えがその分遅れることになり、回転ムラ、振動およ
び騒音の増大を招くだけでなく、最悪として脱調する恐
れがある。

【００１６】また、通電切り替え時に発生するスパイク
電圧波形は例えば電機子巻線電流の流れによって変わ
り、極めて大きくなることもある。例えば、そのスパイ
ク電圧波形が本来の位置検出点ｃまで大きくなると、上
記同様に当該位置検出点が遅れることになり、上記同様
の問題点が生じる。

【００１７】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はブラシレスモータの位置検出点の遅れ
を補正することができ、回転ムラ、振動および騒音を抑
え、脱調をなくして回転制御の安定化を可能とすること
ができるようにしたブラシレスモータの制御方法を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、直流電源をスイッチングしてブ
ラシレスモータの電機子巻線に印加する際、該印加する
電圧をチョッピングのデューティ比により可変して前記
ブラシレスモータを回転制御するとともに、前記ブラシ
レスモータの回転子の位置検出に基づいて同ブラシレス
モータの電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモー
タの制御方法であって、前記回転子の位置検出毎に位置
検出間隔を計時する一方、前回の位置検出時に計時され
た位置検出間隔および前記チョッピングのデューティ比
をもとにして位置検出間隔の基準値を算出し、該算出基
準値と今回の位置検出間隔とを比較し、今回の位置検出
間隔が大きい場合今回の位置検出点を所定値だけ補正
し、該補正された位置検出点をもとにして前記ブラシレ
スモータの通電切り替えタイミングを算出するようにし
たことを特徴としている。

【００１９】また、請求項２の発明は、前記回転子の位
置検出毎に１周期の時間を計時する一方、前回の位置検
出が誘起電圧の下降時に行われた場合同前回の位置検出
時に計時された１周期の時間および前記チョッピングの
オフ時間をもとにして位置検出間隔の基準値を算出し、
該算出基準値と今回の位置検出間隔とを比較し、今回の
位置検出間隔が大きい場合今回の位置検出点を所定値だ
け補正し、該補正された位置検出点をもとにして前記ブ
ラシレスモータの通電切り替えタイミングを算出するよ
うにしたことを特徴としている。

【００２０】さらに、請求項３の発明は、前記回転子の
位置検出毎に１周期の時間を計時する一方、前回の位置
検出が誘起電圧の上昇時に行われた場合同前回の位置検
出時に計時された１周期の時間および前記チョッピング
のオン時間をもとにして位置検出間隔の基準値を算出
し、該算出基準値と今回の位置検出間隔とを比較し、今
回の位置検出間隔が大きい場合今回の位置検出点を所定
値だけ補正し、該補正された位置検出点をもとにして前
記ブラシレスモータの通電切り替えタイミングを算出す
るようにしたことを特徴としている。

【００２１】この場合、請求項４のように、前記チョッ
ピングのオン時刻から所定時間の間に前記今回の位置検
出があったときのみ、前記今回の位置検出を補正するよ
い。

【００２２】また、請求項５のように、前記チョッピン
グのオフ時刻から所定時間の間に前記今回の位置検出が
あったときのみ、前記今回の位置検出点を補正するよ
い。

【００２３】さらに、請求項６のように、前記位置検出
間隔の基準値を算出するに際しては前記ブラシレスモー
タの速度変動を加味すると好ましい。

【００２４】上記手段によれば、上記ブラシレスモータ
の回転子の位置検出毎に１周期の時間を計時するととも
に、前回の位置検出から今回の位置検出までの時間を計
時する一方、前回の位置検出が誘起電圧の上降時である
場合には同前回の位置検出で計時された１周期の時間お
よびチョッピングのオフ時間をもとにして基準値の位置
検出間隔が算出される。例えば、１周期の時間Ｔとオフ
時間Δｔａとが加算され、この加算値（Ｔ＋Δｔａ）が
１／２とされる。また、ブラシレスモータの速度変動分
αをその（Ｔ＋Δｔａ）／２に加算して位置検出間隔の
基準値が得られる。

【００２５】今回の位置検出時に計時された位置検出間
隔と基準値とが比較され、今回計時の位置検出間隔が大
きい場合には今回の位置検出点が所定値だけ戻す補正が
行われる。

【００２６】また、前回の位置検出が誘起電圧の下降時
である場合には同前回の位置検出で計時された１周期の
時間およびチョッピングのオン時間をもとにして基準値
の位置検出間隔が算出される。例えば、１周期の時間Ｔ
とオン時間Δｔｂとが加算され、この加算値（Ｔ＋Δｔ
ｂ）が１／２とされる。また、ブラシレスモータの速度
変動分αをその（Ｔ＋Δｔｂ）／２に加算して基準値の
位置検出間隔が得られる。

【００２７】今回の位置検出時に計時された位置検出間
隔と基準値とが比較され、今回計時の位置検出間隔が大
きい場合には今回の位置検出点が所定値だけ戻す補正が
行われる。

【００２８】このように、誘起電圧波形がチョッピング
していることにより、あるいはスパイク電圧が大きく、
本来の位置検出点にかかることにより、誘起電圧と基準
電圧との交点（位置検出点）が本来の位置検出点より遅
くなることがあっても、当該位置検出点を所定値だけ戻
す補正が行われる。

【００２９】したがって、当該位置検出点の遅れが極め
て小さくなり、当該補正された位置検出点をもとにして
算出するブラシレスモータの通電切り替えタイミングが
適切なものとなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図１お
よび図２を参照して説明する。なお、図中、図３と同一
部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

【００３１】図１において、このブラシレスモータの制
御方法を適用した装置は、少なくとも前回の位置検出間
隔の時間および当該チョッピングのデューティ比をもと
にして位置検出間隔の基準値（時間）を算出し、この算
出時間と今回の位置検出間隔とを比較し、今回の位置検
出間隔が大きい場合今回の位置検出を所定値だけ戻す補
正を行い、この補正された値を回転子３ａの位置検出点
とする制御回路（マイクロコンピュータ）１０を備えて
いる。なお、制御部１０は図３に示す制御回路６の機能
を有する。

【００３２】次に、上記制御装置の動作を図２のタイム
チャート図を参照して詳しく説明すると、まず制御回路
１０は従来同様の処理によりブラシレスモータ３を回転
制御する。

【００３３】このとき、位置検出部５は、ブラシレスモ
ータ３の端子電圧Ｒ（図２（ｂ）を参照）と基準電圧発
生回路５ａからの基準電圧Ｖｄｃ／２とを比較回路５ｂ
で比較し、この比較結果の交点で変化する位置信号Ａを
出力する（図２（ｃ）に示す）。

【００３４】制御回路１Ｏは、従来同様に通電切り替え
タイミング後（スパイク電圧後）の入力位置信号Ａの最
初のエッジを検出して位置検出点を得る際、前回の位置
検出点から今回の位置検出点までの間隔（時間）と基準
値とを比較し、今回計時の位置検出間隔が大きい場合今
回の位置検出点を所定値ｙだけ戻すように補正する。な
お、上記所定値ｙとしてはチョッピング信号のオフ時間
（またはオン時間）もしくは同時間より小さい値とすれ
ばよい。

【００３５】例えば、図２（ｂ）に示すように、前回の
位置検出が誘起電圧の上昇時である場合、上記基準値の
位置検出間隔の時間は前回の位置検出時に計時した１周
期の時間Ｔにチョッピングのオフ時間Δｔａを加算し、
この加算結果を１／２として得る。換言すると、前々回
の位置検出点から前回の位置検出点までの間隔とチョッ
ピングのオフ時間をもとにして位置検出間隔の基準値を
算出する。

【００３６】また、上記値（Ｔ＋Δｔａ）／２にブラシ
レスモータ３の速度変動分αを加味して基準値を得れ
ば、より好ましい。すなわち、ブラシレスモータ３の負
荷によってその速度変動が異なるからである。なお、そ
の速度変動分αは、ブラシレスモータ１を例えば空気調
和機の圧縮機モータに適用した場合実際に運転して求め
ればよい。

【００３７】そして、今回の位置検出点（誘起電圧と基
準電圧Ｖｄｃ／２との交点）が従来同様に遅れているも
のとする。つまり、基準電圧Ｖｄｃ／２が誘起電圧波形
と交差せず、チョッピング信号のエッジに対応するタイ
ミングが今回の位置検出点になっているものとする。

【００３８】すると、通電切り替え後（スパイク電圧
後）に、入力位置信号Ａのエッジを検出したとき（今回
の位置検出点で）、前回の位置検出点から今回の位置検
出点までの間隔（時間）を計時し、この計時された時間
と上記基準値とを比較する。前回の位置検出と今回の位
置検出の間隔が上記基準値より大きい場合には今回の位
置検出点が本来の位置検出点ｃより遅れていると判断
し、今回の位置検出点を所定値ｙだけ戻し、本来の位置
検出点ｃあるいは本来の位置検出点ｃに近い新たな位置
検出点を得る（図２（ｃ）の破線矢印を参照）。

【００３９】また、図示しないが、前回の位置検出が誘
起電圧の下降時である場合、上記位置検出間隔の基準値
（時間）は前回の位置検出に計時されている１周期の時
間Ｔにチョッピングのオン時間Δｔｂを加算し、この加
算結果を１／２として得る。なお、上述したように、そ
の値（Ｔ＋Δｔｂ）／２にブラシレスモータ３の速度変
動分αを加味するとよい。

【００４０】上述同様に、今回計時された位置検出間隔
が基準値より大きい場合には今回の位置検出点を所定値
ｙだけ戻し、本来の位置検出点ｃあるいは本来の位置検
出点ｃに近い新たな位置検出点を得る。

【００４１】制御回路１０は、上記得られた新たな位置
検出点（補正された位置検出点）をもとにして各相の通
電切り替え時刻を算出する。そして、各算出通電切り替
え時刻に基づいてインバータ部４を駆動する駆動信号を
出力し、ブラシレスモータ３の通電を切り替える。

【００４２】また、図３に示すように、今回の位置検出
ｂが本来の位置検出点ｃより遅れてチョッピング信号の
エッジに相当する場合同今回の位置検出がチョッピング
信号のエッジに一致しない。すなわち、ブラシレスモー
タ３の制御系および回転子３ａの位置検出系には信号の
伝達遅れが存在するからである。

【００４３】そこで、図３の破線に示すように、通電切
り替え後の入力位置信号Ａの最初のエッジ（今回の位置
検出）がチョッピング信号のエッジの時刻（オン時刻）
ｄから所定時間内に入ったときのみ、上記位置検出点の
補正を行うようにすれば、よりよい結果を得ることがで
きる。なお、上記所定時間はブラシレスモータ３の制御
系および位置検出系における信号の遅れ分である。ま
た、今回の位置検出の時刻は内部タイマを用いて計時
し、チョッピング信号の立ち上がり時刻は当該制御回路
１０で発生していることから内部で得る。

【００４４】このように、誘起電圧と基準電圧Ｖｄｃ／
２との交点により位置検出点を得る際、この位置検出点
が本来の位置検出点ｃより遅れようなことがあっても、
本来の位置検出点ｃあるいは本来の位置検出点ｃ近くま
で戻すことができるため、各電機子巻線の通電切り替え
を適切に行うことができ、ひいては回転トルクむら、振
動や騒音の発生を抑え、しかも最悪としての脱調を防止
することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のブラシ
レスモータの制御方法によれば、ブラシレスモータの通
電切り替え後における誘起電圧と基準電圧との比較結果
を回転子の位置検出点とする際、少なくとも前回の位置
検出間隔とチョッピングのデューティ比をもとにし、さ
らにはブラシレスモータの速度変動を加味して位置検出
間隔の基準値を算出し、この算出基準値と今回の位置検
出間隔とを比較し、この比較結果に応じて今回の位置検
出点を補正するようにしたので、回転子の位置検出点の
遅れを補正することができ、これによりブラシレスモー
タの通電切り替えの遅れを抑えることができ、回転む
ら、振動や騒音を抑えることができ、また脱調を防止す
ることができ、回転制御の安定化が図れるという有用な
効果がある。

【００４６】また、この発明によれば、上記チョッピン
グ信号のエッジ（オン時刻あるいはオフ時刻）から所定
時間内に、上記回転子の位置検出があったときのみ、上
記基準値と今回の計時時の位置検出間隔とを比較して今
回の位置検出点を補正するようにしたので、今回の位置
検出点の遅れが大きいときのみ同位置検出点を補正する
ことができる一方、今回の位置検出点の遅れが極めて小
さいときには同位置検出点の進みを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、ブラシレスモータ
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に示すブラシレスモータの制御装置の動作
を説明するための概略的タイムチャート図。

【図３】この発明の変形実施例を説明するための概略的
タイムチャート図。

【図４】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブ
ロック線図。

【図５】図４に示すブラシレスモータの制御装置の動作
を説明するための概略的タイムチャート図。

【図６】図４に示すブラシレスモータの制御装置の動作
を説明するための概略的タイムチャート図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 交流／直流変換器 ３ ブラシレスモータ（直流ブラシレスモータ） ３ａ 回転子（ブラシレスモータ３の） ４ インバータ部 ５ 位置検出部 ５ａ 基準電圧発生回路 ５ｂ 比較回路 ６，１０ 制御回路（マイクロコンピュータ） Ａ 位置信号 Ｒ 電機子巻線の端子電圧

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源をスイッチングしてブラシレス
   モータの電機子巻線に印加する際、該印加する電圧をチ
   ョッピングのデューティ比により可変して前記ブラシレ
   スモータを回転制御するとともに、前記ブラシレスモー
   タの回転子の位置検出に基づいて同ブラシレスモータの
   電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御
   方法であって、 前記回転子の位置検出毎に位置検出間隔を計時する一
   方、前回の位置検出時に計時された位置検出間隔および
   前記チョッピングのデューティ比をもとにして位置検出
   間隔の基準値を算出し、該算出基準値と今回の位置検出
   間隔とを比較し、今回の位置検出間隔が大きい場合今回
   の位置検出点を所定値だけ補正し、該補正された位置検
   出点をもとにして前記ブラシレスモータの通電切り替え
   タイミングを算出するようにしたことを特徴とするブラ
   シレスモータの制御方法。
2. 【請求項２】 直流電源をスイッチングしてブラシレス
   モータの電機子巻線に印加する際、該印加する電圧をチ
   ョッピングのデューティ比により可変して前記ブラシレ
   スモータを回転制御するとともに、前記ブラシレスモー
   タの回転子の位置検出に基づいて同ブラシレスモータの
   電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御
   方法であって、 前記回転子の位置検出毎に１周期の時間を計時する一
   方、前回の位置検出が誘起電圧の下降時に行われた場合
   同前回の位置検出時に計時された１周期の時間および前
   記チョッピングのオフ時間をもとにして位置検出間隔の
   基準値を算出し、該算出基準値と今回の位置検出間隔と
   を比較し、今回の位置検出間隔が大きい場合今回の位置
   検出点を所定値だけ補正し、該補正された位置検出点を
   もとにして前記ブラシレスモータの通電切り替えタイミ
   ングを算出するようにしたことを特徴とするブラシレス
   モータの制御方法。
3. 【請求項３】 直流電源をスイッチングしてブラシレス
   モータの電機子巻線に印加する際、該印加する電圧をチ
   ョッピングのデューティ比により可変して前記ブラシレ
   スモータを回転制御するとともに、前記ブラシレスモー
   タの回転子の位置検出に基づいて同ブラシレスモータの
   電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御
   方法であって、 前記回転子の位置検出毎に１周期の時間を計時する一
   方、前回の位置検出が誘起電圧の上昇時に行われた場合
   同前回の位置検出時に計時された１周期の時間および前
   記チョッピングのオン時間をもとにして位置検出間隔の
   基準値を算出し、該算出基準値と今回の位置検出間隔と
   を比較し、今回の位置検出間隔が大きい場合今回の位置
   検出点を所定値だけ補正し、該補正された位置検出点を
   もとにして前記ブラシレスモータの通電切り替えタイミ
   ングを算出するようにしたことを特徴とするブラシレス
   モータの制御方法。
4. 【請求項４】 前記チョッピングのオン時刻から所定時
   間の間に前記今回の位置検出があったときのみ、前記今
   回の位置検出を補正するようにした請求項２記載のブラ
   シレスモータの制御方法。
5. 【請求項５】 前記チョッピングのオフ時刻から所定時
   間の間に前記今回の位置検出があったときのみ、前記今
   回の位置検出点を補正するようにした請求項２記載のブ
   ラシレスモータの制御方法。
6. 【請求項６】 前記位置検出間隔の基準値を算出するに
   際しては前記ブラシレスモータの速度変動を加味するよ
   うにした請求項１、２または３記載のブラシレスモータ
   の制御方法。