JP2002125391A - ブラシレスｄｃモータの制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動成功確率を高め、起動時間を短縮するこ
とができる空気調和装置の圧縮機用ブラシレスＤＣモー
タの起動制御方式を提供する。 【解決手段】 複数の起動パターンを記憶した起動パタ
ーン記憶テーブルと、モータの周囲温度を計測する温度
計測手段と、入力電圧を検出する電圧検出手段と、測定
した周囲温度および検出した入力電圧のうち、少なくと
もいずれか一に基づいて所定の起動パターンを選択する
起動パターン選択手段とを具備し、所定の起動パターン
により起動できなかったとき、順次高い電圧レベルの起
動パターンを選択し、最大電圧レベルの起動パターンで
も起動できなかったときは、最小電圧レベルの起動パタ
ーンに戻り、順次高い電圧レベルの起動パターンを選択
する。また、周囲温度が高かったとき低い電圧レベルの
起動パターンを選択し、周囲温度が低かったとき高い電
圧レベルの起動パターンを選択する。

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、空気調和装置の
圧縮機に使用されるブラシレスＤＣモータの制御方式に
関し、特に起動時のブラシレスＤＣモータの制御に好適
な起動制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型空気調和装置（エアコン）の
圧縮機駆動用モータには、ほとんどの場合、インバータ
制御によるブラシレスＤＣモータが使用されるようにな
ってきた。このブラシレスＤＣモータの本体部分は、同
期電動機の構造となっており、誘導電動機のように、直
接、運転時の電圧及び周波数の電源を印加して起動する
ことはできない。ブラシレスＤＣモータを停止状態から
起動する際、モータが所定の回転数未満の場合（所定の
回転数に達してロータ位置を検出する位置検出回路から
の信号に基づき閉ループ制御による運転を開始するま
で）は、予め設定されたＰＷＭデータの起動パターンに
従って開ループ制御による運転を行う。

【０００３】図５は、従来の技術によるブラシレスＤＣ
モータの構成を示すブロック図である。この図におい
て、ＡＣ電源１から与えられた交流電力はリアクトル２
を介してコンバータ３において直流電力に変換され、コ
ンデンサ５によって平滑される。平滑された直流電力
は、制御回路９によって制御される駆動回路８の駆動信
号によって駆動されるスイッチ素子部６において所定の
交流電力に再変換され、モータ７を駆動する。

【０００４】図６は、モータ７に印加される電圧波形の
例を示す図である。与える電圧が２ｒｐｓのとき１２０
°通電、６０°休止で、１周期は０．２５秒となる。１
２０°通電の内部を拡大したインバータＰＷＭ波形パタ
ーンは図に示すとおりで、キャリア周期毎のパルス幅の
変化によって実効電圧を制御している。ここで、キャリ
ア周期内でのパルス幅の分解能を２５６（＝２⁸）とす
れば、キャリア周期毎の０〜２５５のパルス幅に変化さ
せることができる。

【０００５】図７は、図５の制御回路９内のメモリ１１
に記憶された４種類の起動パターンのパルス幅の時間変
化と回転速度の関係を示す図であり、の起動パターン
は約０．８ｓｅｃ間１０のパルス幅を保ち、以後２．５
ｓｅｃまでに段階的に１８まで増加し、以後このパルス
幅を維持する。の起動パターンは、約０．８ｓｅｃ間
１０のパルス幅を保ち、以後２．５ｓｅｃまでに段階的
に２０まで増加し、以後このパルス幅を維持する。の
起動パターンは約０．８ｓｅｃ間１０のパルス幅を保
ち、以後２．５ｓｅｃまでに段階的に２２まで増加し、
以後このパルス幅を維持する。同様にの起動パターン
は約０．８ｓｅｃ間１０のパルス幅を保ち、以後２．５
ｓｅｃまでに段階的に２４まで増加し、以後このパルス
幅を維持する。また、このときの回転速度は、２ｒｐｓ
からパルス幅の増加に従って１０ｒｐｓまで増加し、こ
れ以後は閉ループ制御によって決まる回転速度で運転さ
れる。

【０００６】図８は従来の技術による起動方式を説明す
るための図である。この図において、まずの起動パタ
ーンを選択して起動を行い、起動成功すればロータ位置
検出回路による閉ループ制御に移行する。ここで起動失
敗すれば、１０秒の間隔をおいての起動パターンを選
択して起動し、起動成功すればロータ位置検出回路によ
る閉ループ制御に移行する。起動失敗した場合は、同様
にの起動パターン、の起動パターンによる起動を行
うが、のパターンで起動失敗した場合は、の起動パ
ターンに戻って起動動作を繰り返す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述の方法で
は、最低電圧の起動パターンから順番に選択して起動を
行うので、最適条件の起動パターンが選択されるとは限
らず、起動に時間がかかるという課題があった。

【０００８】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、モータの周囲温度及び直流入力電圧のうち、少な
くともいずれか一の条件に基づいて最適の起動パターン
を選択してモータを起動することにより、起動成功確率
を高め、起動終了までの時間を短縮することができるブ
ラシレスＤＣモータの起動制御方式を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、空気調和装置の圧縮機用ブラシレスＤＣモータの制
御方式であって、複数の起動パターンを記憶した起動パ
ターン記憶テーブルと、モータの周囲温度を計測する温
度計測手段と、前記モータの入力直流電圧を検出する電
圧検出手段と、測定した前記周囲温度および検出した前
記入力直流電圧のうち、少なくともいずれか一に基づい
て前記起動パターン記憶テーブルから所定の起動パター
ンを選択する起動パターン選択手段とを具備することを
特徴とするブラシレスＤＣモータの起動制御方式を提供
する。

【００１０】この発明によれば、モータの周囲温度及び
直流入力電圧のうち、少なくともいずれか一の検出結果
に基づいて、最適な起動パターンを選択してモータの起
動を行うので、１回目の起動によって起動成功の確率が
高くなり、起動に要する時間を短縮することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
ブラシレスＤＣモータの起動制御方式において、前記周
囲温度は、室外機の外温センサまたは圧縮機のハウジン
グ温度センサにより測定した温度を利用することを特徴
とする。

【００１２】この発明によれば、空気調和装置の本来の
目的のための温度センサによる測定温度値を利用するこ
とによって、装置の構成を簡略化することができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載のブラシレスＤＣモータの起動制御方式におい
て、前記複数の起動パターンは、それぞれ通電角及びパ
ルス幅がテーブルデータ上で規定され、前記モータに所
定の電圧レベルを印加するパターンであることを特徴と
する。

【００１４】この発明によれば、複数の起動パターンを
それぞれテーブルデータ上に規定するようにしたことに
よって、通電角（１２０°以上１８０°以下）及び電圧
値を任意に設定することができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれか記載のブラシレスＤＣモータの起動制御方式
において、前記起動パターン選択手段は、前記所定の起
動パターンにより起動できなかったとき、順次高い電圧
レベルの起動パターンを選択し、最大電圧レベルの起動
パターンでも起動できなかったときは、最小電圧レベル
の起動パターンに戻り、順次高い電圧レベルの起動パタ
ーンを選択することを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、温度条件、入力電圧条
件から最適と考えられる起動パターンを選択してモータ
を起動し、起動失敗したとき順次高い電圧の起動パター
ンを選択して起動するので、確実にモータの起動を行う
ことができる。また、起動失敗の原因が過電流によるも
のであった場合のことを考え、高い電圧で起動できなか
ったときは、最低電圧の起動パターンに戻るので、確実
にモータの起動を行うことができる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
のいずれか記載のブラシレスＤＣモータの起動制御方式
において、前記起動パターン選択手段による前記所定の
起動パターンの選択は、モータの周囲温度が高かったと
き、前記起動パターンテーブルから低い電圧レベルの起
動パターンを選択し、モータの周囲温度が低かったと
き、前記起動パターンテーブルから高い電圧レベルの起
動パターンを選択することを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、低い温度条件のときは
発生磁束数が大となるので、低い電圧の起動パターンを
選択し、高い温度条件のときは発生磁束数が小となるの
で、高い電圧の起動パターンを選択することによって必
要な起動トルクを確保することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図を参照しながら説明する。図１はこの発明の一
実施の形態によるブラシレスＤＣモータの構成を示すブ
ロック図である。この図において、ＡＣ電源１から与え
られた交流電力はリアクトル２を介してコンバータ３に
おいて直流電力に変換され、コンデンサ５によって平滑
される。平滑された直流電力は、制御回路９によって制
御される駆動回路８の駆動信号によって駆動されるスイ
ッチ素子部６において所定の交流電力に再変換され、モ
ータ７を駆動する。

【００２０】制御回路９には、ＣＰＵ１０およびメモリ
１１が含まれ、このメモリ１１には複数の起動パターン
が起動パターンテーブルとして記憶されている。図２
は、図１の制御回路９内のメモリ１１に記憶された７種
類の起動パターンのパルス幅の時間変化と回転速度の関
係を示す図であり、’の起動パターンは約０．８ｓｅ
ｃ間１０のパルス幅を保ち、以後２．５ｓｅｃまでに段
階的に１８まで増加し、以後このパルス幅を維持する。
’の起動パターンは、約０．８ｓｅｃ間１０のパルス
幅を保ち、以後２．５ｓｅｃまでに段階的に２０まで増
加し、以後このパルス幅を維持する。’の起動パター
ンは約０．８ｓｅｃ間１０のパルス幅を保ち、以後２．
５ｓｅｃまでに段階的に２２まで増加し、以後このパル
ス幅を維持する。同様に’、’、’の起動パター
ンが続き、最上位の’の起動パターンは約０．８ｓｅ
ｃ間１０のパルス幅を保ち、以後２．５ｓｅｃまでに段
階的に３０まで増加し、以後このパルス幅を維持する。
また、このときの回転速度は、２ｒｐｓからパルス幅の
増加に従って１０ｒｐｓまで増加し、これ以後は閉ルー
プ制御によって決まる回転速度で運転される。

【００２１】図３は本発明の一実施の形態の温度条件に
よる起動方式を説明するための図である。この図におい
て、外温条件が＋５°Ｃ未満であれば、まず１回目の起
動条件として’を選択して起動し、起動に成功すれば
ロータ位置検出回路による閉ループ制御に移行する。も
し起動失敗したときは５ｓの間隔をおいて’の起動条
件で起動し、以下’、’、’、’、’の順序
で次々に高い電圧の起動パターンによって起動する。

【００２２】外温条件が＋５°Ｃ以上＋４０°Ｃ未満で
あれば、まず１回目の起動条件として’を選択して起
動し、起動に成功すればロータ位置検出回路による閉ル
ープ制御に移行する。もし起動失敗したときは５ｓの間
隔をおいて’の起動条件で起動し、以下、’、
’、’、’の順序で次々に高い電圧の起動パター
ンによって起動し、’の起動パターンによっても起動
失敗したときは、起動失敗の原因がトルク不足によるも
のではなく、過電流による起動失敗である可能性がある
ので、’の起動パターンに戻って起動する。

【００２３】外温条件が＋４０°Ｃ以上であれば、まず
１回目の起動条件として’を選択して起動し、起動に
成功すればロータ位置検出回路による閉ループ制御に移
行する。もし起動失敗したときは５ｓの間隔をおいて
’の起動条件で起動し、以下、’、’、’の順
序で次々に高い電圧の起動パターンによって起動し、
’の起動パターンによっても起動失敗したときは、起
動失敗の原因がトルク不足によるものではなく、過電流
による起動失敗である可能性があるので、’の起動パ
ターンに戻って起動し、さらに、ここでも起動失敗した
ときは、’の起動パターンによって起動する。

【００２４】次に図４を参照して、電源電圧の大小によ
る制御について説明する。図４（ａ）のＡは、電源電圧
がＡＣ１００Ｖの定格値の場合であり、ハッチを施した
実効値と実際の波形とが一致している。Ｂは、電源電圧
が低く、ＡＣ９０Ｖの場合であり、電圧の波高値が低い
分、パルス幅を１１０％として実効値を同一にしてい
る。Ｃは、逆に電源電圧が高く、ＡＣ１１０Ｖの場合で
あり、パルス幅を９０％として実効値を同一にしてい
る。図４（ｂ）は、直流電圧検出値と前記Ａ、Ｂまたは
Ｃの使い分けを示し、直流検出電圧が２７０Ｖ未満であ
れば図４（ａ）のＢ、直流検出電圧が２７０Ｖ〜２９０
Ｖの範囲であれば図４（ａ）のＡ、直流検出電圧が２９
０Ｖ以上であれば図４（ａ）のＣを使用することを示し
ている。

【００２５】以上、本発明の一実施の形態の動作を図面
を参照して詳述してきたが、本発明はこの実施の形態に
限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
の設計変更等があっても本発明に含まれる。

【００２６】

【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よれば、以下のような効果が得られる。請求項１の発明
によれば、モータの周囲温度及び直流入力電圧のうち、
少なくともいずれか一の検出結果に基づいて、最適な起
動パターンを選択してモータの起動を行うので、１回目
の起動によって起動成功の確率が高くなり、起動に要す
る時間を短縮することができる。

【００２７】請求項２の発明によれば、空気調和装置の
本来の目的のための温度センサによる測定温度値を利用
することによって、装置の構成を簡略化することができ
る。

【００２８】請求項３の発明によれば、複数の起動パタ
ーンをそれぞれテーブルデータ上に規定するようにした
ことによって、通電角及び電圧値を任意に設定すること
ができる。

【００２９】また、請求項４の発明によれば、温度条
件、入力電圧条件から最適と考えられる起動パターンを
選択してモータを起動し、起動失敗したとき順次高い電
圧の起動パターンを選択して起動するので、確実にモー
タの起動を行うことができる。また、起動失敗の原因が
過電流によるものであった場合のことを考え、高い電圧
で起動できなかったときは、最低電圧の起動パターンに
戻るので、確実にモータの起動を行うことができる。

【００３０】さらに請求項５の発明によれば、低い温度
条件のときは発生磁束数が大となるので、低い電圧の起
動パターンを選択し、高い温度条件のときは発生磁束数
が小となるので、高い電圧の起動パターンを選択するこ
とによって必要な起動トルクを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態によるブラシレスＤＣ
モータの構成を示すブロック図。

【図２】 図１の制御回路９内のメモリ１１に記憶され
た７種類の起動パターンのパルス幅の時間変化と回転速
度の関係を示す図。

【図３】 本発明の一実施の形態の温度条件による起動
方式を説明するための図。

【図４】 本発明の一実施の形態の電圧条件による起動
方式を説明するための図。

【図５】 従来の技術によるブラシレスＤＣモータの構
成を示すブロック図。

【図６】 モータ７に印加される電圧波形の例を示す
図。

【図７】 図５の制御回路９内のメモリ１１に記憶され
た４種類の起動パターンのパルス幅の時間変化と回転速
度の関係を示す図。

【図８】 従来の技術による起動方式を説明するための
図。

【符号の説明】

１…ＡＣ電源 ２…リアクトル ３…コンバータ ５…コンデンサ ６…スイッチ素子部 ７…モータ ８…駆動回路 ９…制御回路 １０…ＣＰＵ １１…メモリ １２…外温検出回路 １３…温度検出回路 １４…電圧検出回路 １５…起動パターン選択回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L060 AA05 AA08 CC01 CC19 EE04 5H560 AA02 BB04 DA01 DC05 DC13 EB01 GG04 HA10 SS03 SS07 TT11 UA02 XA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和装置の圧縮機用ブラシレスＤ
   Ｃモータの制御方式であって、 複数の起動パターンを記憶した起動パターン記憶テーブ
   ルと、 モータの周囲温度を計測する温度計測手段と、 前記モータの入力直流電圧を検出する電圧検出手段と、 測定した前記周囲温度および検出した前記入力直流電圧
   のうち、少なくともいずれか一に基づいて前記起動パタ
   ーン記憶テーブルから所定の起動パターンを選択する起
   動パターン選択手段とを具備することを特徴とするブラ
   シレスＤＣモータの起動制御方式。
2. 【請求項２】 前記周囲温度は、 室外機の外温センサまたは圧縮機のハウジング温度セン
   サにより測定した温度を利用することを特徴とする請求
   項１記載のブラシレスＤＣモータの起動制御方式。
3. 【請求項３】 前記複数の起動パターンは、 それぞれ通電角及びパルス幅がテーブルデータ上で規定
   され、前記モータに所定の電圧レベルを印加するパター
   ンであることを特徴とする請求項１または２記載のブラ
   シレスＤＣモータの起動制御方式。
4. 【請求項４】 前記起動パターン選択手段は、 前記所定の起動パターンにより起動できなかったとき、
   順次高い電圧レベルの起動パターンを選択し、 最大電圧レベルの起動パターンでも起動できなかったと
   きは、最小電圧レベルの起動パターンに戻り、順次高い
   電圧レベルの起動パターンを選択することを特徴とする
   請求項１から３のいずれか記載のブラシレスＤＣモータ
   の起動制御方式。
5. 【請求項５】 前記起動パターン選択手段による前記
   所定の起動パターンの選択は、 モータの周囲温度が高かったとき、前記起動パターンテ
   ーブルから低い電圧レベルの起動パターンを選択し、 モータの周囲温度が低かったとき、前記起動パターンテ
   ーブルから高い電圧レベルの起動パターンを選択するこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれか記載のブラシ
   レスＤＣモータの起動制御方式。