JP2009124776A - ブラシレスｄｃモータの駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置において、微風量で長時間安定して換気することや、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合においても、確実に脱調を検出し安全に停止すること及び小型化、低コスト化を目的とする。
【解決手段】１相の誘起電圧手段１２と電流検出手段７を備え、回転子位置推定手段８はモータ電流値が大きい場合、電流検出手段７、小さい場合誘起電圧検出手段１２より回転子の位置を推定することによって、低速回転の場合でも安定して駆動し、異常検出手段１１は誘起電圧手段１２と電流検出手段７より推定された位相差より脱調を検出して停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、換気送風装置、例えば、天井に埋め込まれて使用される天井埋込形換気扇に使用されるブラシレスＤＣモータの駆動装置に係り、矩形波通電で位置センサを用いることなくインバータ回路に供給される電流波形を検出して回転子の位置を推定し、センサレス制御により通電位相を制御するブラシレスＤＣモータの駆動装置において、低速回転等でモータ電流値が小さくなって検出できない場合、固定子巻線に発生する誘起電圧を検出し回転子の位置を推定して駆動すると共に、ブラシレスＤＣモータが脱調して異常な状態になっても、その状態を検出し確実に停止させる駆動装置に関する。

従来、この種のブラシレスＤＣモータやその駆動装置は効率が良く（省電力）耐久性に勝れていることから長時間にわたり駆動される換気送風装置、例えばレンジフードや天井埋込形換気扇に搭載されている。また、換気送風装置の小型化や低コスト化の要求から、ブラシレスＤＣモータやその駆動装置の小型化や低コスト化が求められている。更に、快適性の向上のために微風量で長時間安定して換気することや大風量で短時間に換気することと共に、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合、確実に脱調を検出し確実に停止することが求められている。

図５は従来の天井埋込形換気扇にブラシレスＤＣモータ及びその駆動装置を搭載し、実際に天井に設置された例を示している。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は天井埋込形換気扇の説明図であり、天井埋込換気扇１１８はケーシング１１５にブラシレスＤＣモータ１０２及びブラシレスＤＣの駆動装置１１２を取り付け、回転子１０４に送風ファン１１６を取り付けた構造であり、この天井埋込形換気扇を天井に取り付け、ブラシレスＤＣモータ１０２をその駆動装置１１２によって駆動して室内から室外に換気を行う。図５（ｄ）は天井埋込形換気扇の設置状態を示し、天井埋込形換気扇１１８は天井１２０に埋め込まれ、室内の空気はダクト１１９を通して外壁１２１に隔てられた室外に排出することによって換気を行う。

図６、図７及び図８は従来の回転子の位置を固定子のコイルに発生する誘起電圧を検出することによって、ブラシレスＤＣモータの固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加するモータ電圧との位相から回転子の位置を推定し、目標位相に追従するように通電を制御するものが知られている。（例えば特許文献１参照）また、ブラシレスＤＣモータの脱調による異常過大モータ電流値を検出して停止するブラシレスＤＣモータの駆動装置が知られている。以下、そのブラシレスＤＣモータの駆動装置の動作について説明する。

図６に示すように、直流電源１０５は、インバータ回路１０１に直流電圧を供給する。インバータ回路１０１は３相インバータブリッジの構成であり、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３はそれぞれＵ、Ｖ、Ｗ相の上アームスイッチング素子であり、同様にＱ４、Ｑ５、Ｑ６はそれぞれＵ、Ｖ、Ｗ相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を接続する。ブラシレスＤＣモータ１０２は固定子１０３と回転子１０４から構成され、固定子１０３には電気角で１２０度の位相差を持つように３相固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷが配置される。また、固定子巻線には誘起電圧検出手段１１４であるＰＵ、ＰＶ、ＰＷが接続され、直流電源１０５の１／２電圧１１３と比較して回転子の位置を推定する位置検出信号を出力し、ブラシレスＤＣモータの駆動装置１１２のマイクロコンピュータ１１０に内蔵された回転子位置検出手段１２８に出力される。回転子位置推定手段１２８は位置検出信号より、あらかじめ記憶しておいた固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに誘起される誘起電圧と固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに印加するモータ電圧の位相関係から回転子の位置を推定し、通電手段１０８に出力する。誘起電圧検出手段１１４の電子部品の一例としてコンパレータがある。通電手段１０８は入力した位置検出信号より目標位相に追従するように通電信号を決定し、異常検出手段１０９に出力する。

直流電源１０５とスイッチング素子の間には、図示するように電流検出抵抗１０６を配置する。マイクロコンピュータ１１０に内蔵された電流検出手段１０７は電流検出抵抗１０６より出力されたモータ電流値の電圧をＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換し、モータ電流値を認識する。異常検出手段１０９は電流検出手段１０７より出力されるモータ電流値と予め定められたしきい値と比較し、モータ電流値が小さい場合、通電手段１０８から出力される通電信号をドライブ回路１１１に出力する。

ドライブ回路１１１は通電手段１０８から出力される通電信号に基づいてモータ電圧Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−をインバータ回路１０１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に出力する。インバータ回路１０１はドライブ回路１１１の通電信号に基づいて実際にブラシレスＤＣモータ１０２を駆動する。

また、異常検出手段１０９は電流検出手段１０７より出力されるモータ電流値と予め定められたしきい値と比較し、モータ電流値が大きい場合、通電手段１０８からの通電信号にかかわらず、異常として停止させる信号をドライブ回路１１１に出力する。

ドライブ回路１１１はモータ電圧の通電信号を停止しインバータ回路１０１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に出力し、インバータ回路１０１はブラシレスＤＣモータ１０２を実際に停止させる。

図７は各部の波形を示し、図７（ａ）は誘起電圧検出手段１１４のＰＵ、ＰＶ、ＰＷの入力信号で、固定子巻線に加えられるモータ電圧と直流電源１０５の１／２電圧１１３の波形を入力する。モータ電圧はいわゆるＰＷＭの波形となっている。図７（ｂ）は位置検出信号の出力信号で、１／２電圧１１３より大きい場合はＨ、小さい場合はＬの信号を位置検出信号として出力する。回転子位置検出手段１１８は通電した後、誘起電圧が徐々に大きくなってＨの信号になるまでの時間ＴＡと、逆に徐々に下がってＬの信号が続くまでの時間ＴＢより、固定子巻線に誘起される誘起電圧と固定子巻線に印加するモータ電圧の位相より回転子の位置を推定する。目標の時間をＴＭ＝１ｍｓ、ＴＡ＝ＴＢ＝０．３ｍｓとすると（１）式から位相を検出する。

ＴＡ／ＴＭ ＝ ＴＢ／ＴＭ ＝０．３／１＝０．３ ・・・（１）
となり、位相は−２０度と指定される。

図７（ｃ）は実際に回転子位置推定手段が予め記憶しておいたＴＡ、ＴＢより固定子巻線に誘起される誘起電圧と固定子巻線に印加するモータ電圧との位相の関係を示す表である。

図８はドライブ回路１１１の出力波形で、モータ電圧Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−の信号の組み合わせを出力する。目標位相を０度とすると、ＴＡ／ＴＭ＝ＴＢ／ＴＭ＝１になる様に、常に制御される。

図９の図９（ａ）は電流検出手段１０７の検出したモータ電流値である。実際にはＰＷＭ波形となるので、電流が流れている期間にＡ／Ｄ変換器がモータ電流値を検出する。図図９（ｂ）は異常検出手段１０９の予め定められたしきい値に対し、電流検出手段１０７が検出するモータ電流値が高くなった場合、ドライブ回路１１１の出力が停止し、モータ電流が流れなくなった波形を示す。

ここで、換気送風装置の小型化や低コスト化の要求から、ブラシレスＤＣモータやその駆動回路の小型化や低コスト化が求められている。従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、センサレスで駆動できるのでモータに位置検出用のセンサやそれを実装するための回路基板は必要無く、ブラシレスＤＣモータの小型化や低コスト化に役立っていた。しかし、誘起電圧検出手段は３個のコンパレータが必要となり、ブラシレスＤＣモータの駆動装置が大きくなりコストも高くなるため、小型化や低コスト化が更に必要となっていた。そこで、本願出願人は矩形波通電でモータ電流を検出して回転させるブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動回路を発明した。

直流電源からインバータ回路に供給されるモータ電流値に基づいて、ブラシレスＤＣモータの固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加するモータ電圧との位相より回転子の位置を推定し、目標位相に追従するように通電を制御するものである。誘起電圧検出手段ＰＵ、ＰＶ、ＰＷを無くすことにより、ブラシレスＤＣモータやその駆動装置の低コストと小型化を実現するものである。

以下、特願２００５−２７５７３２のその動作について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０に示すように、直流電源１０５からインバータ回路１０１に供給されるモータ電流値を検出する電流検出抵抗１０６を配置する。電流検出抵抗１０６の電圧をマイクロコンピュータ１１０に内蔵されている電流検出手段１０７に入力する。電流検出手段１０７はＡ／Ｄ変換器である。回転子位置推定手段１２８は電流検出手段１０７でディジタル化したモータ電流値から時間経過に対する電流変化率を演算し、あらかじめ記憶しておいた電流変化率と比較して、回転子の位置を推定する。

異常検出手段１０９は電流検出手段１０７より出力されるモータ電流値と予め定められたしきい値と比較し、モータ電流値が小さい場合、通電手段１０８から出力される通電信号をドライブ回路１１１に出力する。ドライブ回路１１１は通電手段１０８から出力される通電信号に基づいてモータ電圧信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−をインバータ回路１０１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に出力する。インバータ回路１０１はドライブ回路１１１の通電信号に基づいて実際にブラシレスＤＣモータ１０２を駆動する。

また、異常検出手段１０９は電流検出手段１０７より出力されるモータ電流値と予め定められたしきい値と比較し、モータ電流値が大きい場合、通電手段１０８からの信号にかかわらず、異常として停止させる信号をドライブ回路１１１に出力する。その他の部分については前記従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置と同様なため説明を省略する。

図１１は各部の波形を示し、図１１（ａ）は電流検出手段１０７が電流波形よりモータ電流値を検出する説明図である。図１１（ｂ）は回転子位置推定手段が予め記憶しているモータ電流値の電流変化率と固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに誘起される誘起電圧に対する固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに印加するモータ電圧との位相関係を示す表である。

例えばＩ１＝０．５Ａ、Ｉ２＝０．６Ａとすると、電流変化率は（２）式となる。

電流変化率＝Ｉ２／Ｉ１＝０．６／０．５＝１．２ ・・・（２）式
となり、位相は−２０度と推定される。図１１（ｃ）は実際に電流変化率が変化した時の電流波形の例を示す。位相が０度からずれると電流変化率が変わるので、いつも同じ電流変化率になるように通電を制御することになる。例えば目標位相を０度とすると、Ｉ２／Ｉ１＝１．２４になる様に常に制御される。位相がずれるとモータ電流値が大きくなる。これは、回転子１０４の誘起電圧の大きさが小さくなるためである。

この様な構成にすることにより、誘起電圧検出手段は必要無くなり、電流検出抵抗１０６より出力されるモータ電流値を検出して駆動することができるので、ブラシレスＤＣモータ駆動装置が小さくでき、小型化や低コスト化が可能になった。
特開平６−２５３５８８号公報

しかしながら、この様な従来の構成では近年の快適性の向上のために、微風量で長時間安定して換気することが要求されているため、特に微風量で長時間換気した場合、モータ電流が極小になるため、電流検出手段１０７のモータ電流値が検出できず、位相が推定できないという課題があった。また、天井埋込形換気扇が換気を行っている場合、室外の風により室内から室外に空気が流れ送風ファン１１６に外力が加わると、ブラシレスＤＣモータのモータ電流が無くなり、電流検出手段１０７がモータ電流値を検出できなくなるため、同様に位相が推定できないという課題があった。

図１２は、天井埋込形換気扇の送風ファン１１６に外力が加わった場合のモータ電流の状態を示す。図１２（ａ）は天上埋込形換気扇の室外の風により送風ファン１１６が外力を受ける状態を示している。天井埋込換気扇１１８は室内の空気が矢印で示す様にダクト１１９を通して室外に排出され送風ファン１１６に外力を与える。（送風ファン１１６は図５を参照）図１２（ｂ）は室内から室外に空気が流れ送風ファン１１６に外力が加わった場合の電流検出手段１０７の検出する電流の例を示す。

そこで、電流検出手段１０７に電流波形を増幅する増幅器１２２を接続して、小さくなった電流を増幅して電流波形を検出することが考えられる。図１２（ｃ）は電流検出手段に増幅器１２２を接続した例を示す。増幅器は電流波形が高速に変化するため高価な高速増幅器を使用する必要があるためコストアップにとなり、低コスト化が実現できないという課題があった。増幅器は一例として高速オペアンプがある。

また、同様にブラシレスＤＣモータがロックやセンサレス駆動のため脱調して停止した場合、確実に脱調を検出し確実に停止することが求められているため、特に大風量で換気した場合、モータ電流が極大になるため、電流検出手段１０７のモータ電流値が極大になり、異常検出手段１０９の予め定められたしきい値と大差がなくなり、異常検出が働き、再起動しなければならないという課題があった。また、天井埋込形換気扇が換気を行っている場合、室外の風により室外から室内に空気が流れ送風ファン１１６に外力が加わると、ブラシレスＤＣモータのモータ電流が増加し、電流検出手段１０７のモータ電流値が更に大きくなり、異常検出手段１０９の予め定められたしきい値を超え、異常検出が正常に働かないという課題があった。

図１３は同様に天井埋込形換気扇の送風ファン１１６に外力が加わった場合のモータ電流の状態を示す。図１３（ａ）は天井埋込形換気扇の室外の風により送風ファン１１６が外力を受ける状態を示している。天井埋込換気扇１１８は室外の空気が矢印で示す様にダクト１１９を通して室内に送風され送風ファン１１６に外力を与える。（送風ファン１１６は図５を参照）図１３（ｂ）は室外から室内に空気が流れ送風ファン１１６に外力が加わり、モータ電流が大きくなった場合の電流検出手段１０７の検出する電流と予め定められたしきい値の例を示す。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、微風量で長時間安定して換気した場合、モータ電流値が極小になっても位相を推定し、位相を判断でき、すなわち、回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置の提供を目的とする。

また、誘起電圧検出手段を１相のみで検出できることから小型化や低コスト化することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置の提供を目的とする。

また、ブラシレスＤＣモータがロックやセンサレス駆動のため脱調して停止した場合、確実に異常を検出し確実に停止させることができるブラシレスＤＣモータの駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置の提供を目的とする。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、上記目的を達成するために、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の固定子巻線と回転子を有するブラシレスＤＣモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフさせて回転させるブラシレスＤＣモータ駆動装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給されるモータ電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗に流れる電流値を検出する電流検出手段と、固定子巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記電流検出手段により得られる電流値と前記誘起電圧検出手段により得られる誘起電圧値から回転子の位置を推定する回転子位置推定手段と、前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置のどちらか一方を運転状態に応じて実際の回転子の位置として判断する位置検出判断手段と、前記位置検出判断手段により決定された回転子の位置に基づいて通電するものである。

この手段により、電流値による回転子の位置推定と誘起電圧値による回転子の位置推定を運転状態に応じて回転子の位置を判断することができ、モータ電流値が極小になって回転子の位置が検出できなくなっても誘起電圧値により回転子の位置を精度良く推定、判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、他の手段は、位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、モータ電流値のしきい値に対する大きさにより回転子の位置を判断するようにしたもので、すなわち、位置検出判断手段はモータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、モータ電流値のしきい値に対する大きさにより、回転子の位置を判断するものである。

この手段により、モータ電流値の大きさにより回転子の位置を精度良く推定し、判断することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、他の手段は、位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、そのしきい値よりモータ電流値が小さい時は回転子位置推定手段により誘起電圧値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断し、そのしきい値よりモータ電流値が大きい時は前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断するものである。

この手段により、モータ電流値の大きさにより回転子の位置を精度良く推定し、判断することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、他の手段は、誘起電圧検出手段は３相の固定子巻線の内のいずれか１相の誘起電圧で誘起電圧値を検出するものである。

この手段により、誘起電圧検出手段はいずれか１相の誘起電圧検出回路で実現でき、低コストで小型化できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、他の手段は、異常検出手段は、回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置が予め定められた値以上の差がある場合に異常を検出し、その異常検出に基づき通電手段がインバータ回路の通電を停止させるものである。

この手段により、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合、回転子の位置の推定に差ができるため、確実に異常を検出し、確実に停止することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、他の手段は、請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置を搭載した換気送風装置である。

この手段により、微風量で長時間安定して換気することや、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合、確実に異常を検出し確実に停止することができ、低コスト・小型化することができる換気送風装置が得られる。

本発明によれば、微風量で長時間安定して換気した場合、モータ電流値が極小になっても位相を推定し、位相を判断でき、すなわち、回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供できる。

また、誘起電圧検出手段を１相のみで検出できることから小型化や低コスト化することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供できる。

また、ブラシレスＤＣモータがロックやセンサレス駆動のため脱調して停止した場合、確実に異常を検出し確実に停止させることができるブラシレスＤＣモータの駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の固定子巻線と回転子を有するブラシレスＤＣモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフさせて回転させるブラシレスＤＣモータ駆動装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給されるモータ電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗に流れる電流値を検出する電流検出手段と、固定子巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記電流検出手段により得られる電流値と前記誘起電圧検出手段により得られる誘起電圧値から回転子の位置を推定する回転子位置推定手段と、前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置のどちらか一方を運転状態に応じて実際の回転子の位置として判断する位置検出判断手段と、前記位置検出判断手段により決定された回転子の位置に基づいて通電することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置である。

このことにより、電流値による回転子の位置推定と誘起電圧値による回転子の位置推定を運転状態に応じて回転子の位置を判断することができ、モータ電流値が極小になって回転子の位置が検出できなくなっても誘起電圧値により回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。位相を推定し位相を判断できるものである。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、モータ電流値のしきい値に対する大きさにより回転子の位置を判断する請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置である。

このことにより、モータ電流値が極小になって回転子の位置が検出できなくなっても誘起電圧値により回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。位相を推定し位相を判断できるものである。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、そのしきい値よりモータ電流値が小さい時は回転子位置推定手段により誘起電圧値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断し、そのしきい値よりモータ電流値が大きい時は前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置である。

このことにより、モータ電流値が極小になって回転子の位置が検出できなくなっても誘起電圧値により回転子の位置が推定でき、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。位相を推定し位相を判断できるものである。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、誘起電圧検出手段は３相の固定子巻線の内のいずれか１相の誘起電圧で誘起電圧値を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置である。

このことにより、低コストで小型化できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。

本発明の請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、異常検出手段は、回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置が予め定められた値以上の差がある場合に異常を検出し、その異常検出に基づき通電手段がインバータ回路の通電を停止させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置である。

このことにより、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合、回転子の位置の推定に差ができるため、確実に異常を検出し確実に停止することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置を搭載した換気送風装置である。

このことにより、微風量で長時間安定して換気した場合、モータ電流値が極小になっても位相を推定し、位相を判断でき、すなわち、回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供でき、ブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。

また、誘起電圧検出手段を１相のみで検出できることから小型化や低コスト化することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が実現できる。

また、ブラシレスＤＣモータがロックやセンサレス駆動のため脱調して停止した場合、確実に異常を検出し確実に停止させることができるブラシレスＤＣモータの駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置が実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、直流電源５からインバータ回路１に供給されるモータ電流値を検出する電流検出抵抗６を配置する。電流検出抵抗６の電圧をマイクロコンピュータ１５に内蔵されている電流検出手段７に入力する。電流検出手段７は、例えば、Ａ／Ｄ変換器である。回転子位置推定手段８は電流検出手段７でディジタル化したモータ電流値から電流値の時間に対する電流変化率を演算し、あらかじめ記憶しておいた固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに誘起される誘起電圧に対する固定子巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに印加するモータ電圧の位相関係から定められた電流変化率を比較し、回転子の位置である位相を推定する。

一方、固定子巻線には抵抗分圧された端子電圧と、直流電源５の１／２電圧１３をマイクロコンピュータ１５に内蔵されている誘起電圧検出手段１２に入力する。誘起電圧検出１２でディジタル化された端子電圧と直流電源の１／２電圧を比較し、Ｈ、Ｌ信号を回転子位置推定手段８に出力する。誘起電圧検出手段は、例えば、Ａ／Ｄ変換器である。回転子位置推定手段８は入力された信号より、固定子巻線３のＬＵに誘起される誘起電圧に対する固定子巻線３に印加するモータ電圧との位相を推定する。位置検出判断手段９は回転子位置推定手段８より出力される電流検出手段と誘起電圧検出手段より推定された２つの位相に対し、電流検出手段７から出力されるモータ電流値と予め定められたしきい値を比較し、モータ電流値の方が大きい場合、電流検出手段７より推定した位相を採用し、逆に小さい場合、誘起電圧検出手段１２より推定した位相を採用し、通電手段１０に出力する。通電手段１０は入力した位置検出信号より常に同じ位相になる様に制御する。

異常検出手段１１は電流検出手段７より出力されるモータ電流値と予め定められた電流値と比較し、モータ電流値の方が小さい場合、通電手段１０から出力される通電信号をドライブ回路１４に出力する。ドライブ回路１４は通電手段１０から出力される通電信号に基づいてモータ電圧信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−をインバータ回路１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に出力する。インバータ回路１はドライブ回路１４のモータ電圧信号に基づいて実際にブラシレスＤＣモータ２を駆動する。

また、異常検出手段１１は電流検出手段１０７より出力されるモータ電流値と予め定められた電流値と比較し、モータ電流値が大きい場合、通電手段１０からの信号にかかわらず、異常として停止させる信号をドライブ回路１４に出力する。

図２は各部の波形を示し、図２（ａ）は誘起電圧検出手段１２の入力波形で１相の固定子巻線ＬＵの波形である。図２（ｂ）は誘起電圧検出手段１２と電流検出手段７の出力波形である。誘起電圧検出手段１２はＰＷＭ周期に同期して端子電圧と電源電圧の１／２電圧をＡ／Ｄ変換し、ディジタル化された端子電圧と電源電圧の１／２電圧値を比較し、端子電圧の方が大きい場合はＨ信号を出力し、小さい場合はＬ信号を出力するＨ、Ｌの波形となっており、電流検出手段７はディジタル値となっている。図２（ｃ）は実際の誘起電圧検出手段１２と電流検出手段７の出力波形と位置検出判断手段９の判断の例を示す。予め定められたモータ電流値のしきい値より大きい場合、例えば、０．３Ａをしきい値として、０．３Ａより大きい場合、各通電ＮｏイからＮｏルにおける推定された位相を示している。誘起電圧検出手段１２及び電流検出手段７により推定された位相は各通電毎に行われる。しかし、しきい値が０．３Ａより小さい場合はモータ電流値が極小で検出できないため、値を算出しない。図２（ｃ）のＮｏハからＮｏチの−の部分は算出されていないことを示す。誘起電圧検出手段１２により推定された位相はＴＡまたはＴＢを測定しているタイミングでしか推定できないため、推定できない場合は前回の値が採用される。例えば図２（ｃ）のＮｏイで推定された位相はＮｏロ、ハでも同じ値とする。Ｎｏハからはモータ電流値が０．３Ａより小さくなるので、誘起電圧検出手段１２の値が採用される。Ｎｏチからモータ電流値が増加しているが、推定された位相はＮｏトを使用するので位相が遅れ、更にモータ電流値が増える。Ｎｏリではモータ電流値がしきい値より大きくなり、電流検出手段７で推定された位相に切替られ、毎回位相の推定が行われるため、素早く目標の位相となる。位相がずれると誘起電圧が小さくなるため逆にモータ電流値が大きくなるため、誘起電圧検出手段１２から電流検出手段７に切替わり、位相の追従が安定して出来る事がわかる。

これによって、微風量で長時間安定して換気した場合、モータ電流値が極小になり回転子の位置が検出できなくなっても誘起電圧により回転子の位置が推定でき、判断できるので、低回転でも安定して駆動できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、誘起電圧検出手段は１相の誘起電圧検出回路で実現できるので、低コストで小型化できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

なお、本実施例においては、モータ電流値のしきい値の具体的な例を示したが、この数値はモータの特性や電流検出手段の精度に合わせて決めれば良く、その作用効果に差異は生じない。

（実施の形態２）
異常検出手段１１は回転子位置推定手段８が電流検出手段７及び誘起電圧検出手段１２より推定した位相の差を求め、予め定められた位相差と比較し、小さい場合、通電手段１０から出力される通電信号をドライブ回路１４に出力し、実際にブラシレスＤＣモータ２を駆動する。逆に大きい場合、通電手段１０からの信号にかかわらず、異常として停止させる信号をドライブ回路１４に出力し、実際にブラシレスＤＣモータ２を停止させる。

図３はブラシレスＤＣモータ２が脱調した場合の各部の波形を示す。図３（ａ）は誘起電圧検出手段１２の入力波形である。ブラシレスＤＣモータ２は停止しているので、誘起電圧の発生無く、図示したような波形になる。図３（ｂ）は実際の誘起電圧検出手段１２と電流検出手段７の出力波形と異常検出手段１１が位相差を検出して停止する説明図である。誘起電圧検出手段１２は、ブラシレスＤＣモータ２は停止しているがドライブ回路１４は動作しているため、回転子４は通電毎に微振動を繰り返し、一例として図に示す様に−３０度や３０度の位相を交互に繰り返す動作になる。これに対し、電流検出手段７は誘起電圧の発生が無いので、ブラシレスＤＣモータ２の固定子巻線のインダクタンスに従って変化する電圧となり、一例として図に示す様な波形となる。この場合の電流検出手段７が推定する位相は−３０度となる。モータ電流値は固定子巻線の抵抗のみとなるため大きなモータ電流値となり、位置検出判断手段９の予め定めたしきい値は常に超えた状態になる。

回転子位置推定手段８は誘起電圧検出手段１２より推定した位相をφＹ、電流検出手段７より検出した位相をφＤとすると、異常検出手段１１は位相差を式（３）より検出する。

位相差＝φＹ−φＤ ・・・式（３）
予め定めたしきい値を、例えば±４０度とすると、例えばＮｏイの場合、位相差は０度となり異常とはならない。一方、例えばＮｏヌの場合、位相差は６０度となり、異常検出と判断して、ブラシレスＤＣモータ２を停止させる。

これによって、ブラシレスＤＣモータが脱調して停止した場合、回転子の位置の推定に差ができるため、確実に異常を検出し確実に停止することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

なお、本実施例においては、位相差のしきい値の具体的な例を示したが、この数値はモータの特性に合わせて決めれば良く、その作用効果に差異は生じない。

（実施の形態３）
図４は天井埋込換気扇に本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置を搭載したものである。これによって、微風量で長時間安定して換気した場合、モータ電流値が極小になっても位相を推定し、位相を判断でき、すなわち、回転子の位置を推定し、回転子の位置を判断できるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、誘起電圧検出手段を１相のみで検出できることから小型化や低コスト化することができるブラシレスＤＣモータの駆動装置が得られる。

また、ブラシレスＤＣモータがロックやセンサレス駆動のため脱調して停止した場合、確実に異常を検出し確実に停止させることができるブラシレスＤＣモータの駆動装置およびそれを搭載した換気送風装置が得られる。

本発明の実施の形態１のブラシレスＤＣモータの駆動装置を示す図 同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置の各部の波形を示す図（（ａ）誘起電圧検出手段の入力波形を示す図、（ｂ）誘起電圧検出手段と電流検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）実際の誘起電圧検出手段と電流検出手段の出力波形と位置検出判断手段の判断を示す図） 本発明の実施の形態２のブラシレスＤＣモータが脱調した場合の各部の波形を示す図（（ａ）誘起電圧検出手段の入力波形を示す図、（ｂ）実際の誘起電圧検出手段と電流検出手段の出力波形と位置検出判断手段の判断を示す図） 本発明の実施の形態３のブラシレスＤＣモータの駆動装置を搭載した天井埋込型換気扇を示す図（（ａ）同天井埋込型換気扇の側面図、（ｂ）同天井埋込型換気扇の正面図、（ｃ）同天井埋込型換気扇の平面図） 従来の天井埋込形換気扇を実際に天井に設置された例を示す図（（ａ）同天井埋込型換気扇の側面図、（ｂ）同天井埋込型換気扇の正面図、（ｃ）同天井埋込型換気扇の平面図（ｄ）同天井埋込型換気扇の設置状態の説明図） 同、回転子位置を誘起電圧より検出するブラシレスＤＣモータの駆動装置を示す図 同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置の各部の波形を示す図（（ａ）誘起電圧検出手段の入力波形を示す図、（ｂ）誘起電圧検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）回転子の位置を検出するための位相とＴＡ／ＴＭ、ＴＢ／Ｍを示す図） 同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置のドライブ回路の出力波形を示す図 同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置の電流検出手段の検出する波形を示す図（（ａ）電流検出手段の検出する波形を示す図、（ｂ）異常検出手段が異常を検出しドライブ手段が停止する場合の波形を示す図） 同、回転子位置をモータ電流値より検出するブラシレスＤＣモータの駆動装置を示す図 同、ブラシレスＤＣモータの駆動装置の各部の波形を示す図（（ａ）電流検出手段がモータ電流値を検出する説明図、（ｂ）位相を推定する図、（ｃ）実際の電流変化率が変わった時の電流波形を示す図） 同、天井埋込形換気扇に外力が室内から室外に加わった場合の説明図（（ａ）天井埋込形換気扇の送風ファン１１６が外力を受ける様子を示す図、（ｂ）送風ファンに外力が加わった場合の電流検出手段の検出する電流波形を示す図、（ｃ）電流検出手段に増幅器を接続した例を示す図） 同、天井埋込形換気扇に外力が室外から室内に加わった場合の説明図（（ａ）天井埋込形換気扇の送風ファン１１６が外力を受ける様子を示す図、（ｂ）送風ファンに外力が加わった場合の電流検出手段の検出する電流波形を示す図）

符号の説明

１ インバータ回路
２ ブラシレスＤＣモータ
３ 固定子巻線
４ 回転子
５ 直流電源
６ 電流検出抵抗
７ 電流検出手段
８ 回転子位置推定手段
９ 位置検出判断手段
１０ 通電手段
１１ 異常検出手段
１２ 誘起電圧検出手段
１３ １／２電圧
１４ ドライブ回路
１５ マイクロコンピュータ
１６ 駆動装置

Claims (6)

1. 直流電源に複数のスイッチング素子をブリッジ接続してなるインバータ回路を介して接続された３相の固定子巻線と回転子を有するブラシレスＤＣモータを前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフさせて回転させるブラシレスＤＣモータ駆動装置において、前記直流電源からインバータ回路に供給されるモータ電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗に流れる電流値を検出する電流検出手段と、固定子巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記電流検出手段により得られる電流値と前記誘起電圧検出手段により得られる誘起電圧値から回転子の位置を推定する回転子位置推定手段と、前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置のどちらか一方を運転状態に応じて実際の回転子の位置として判断する位置検出判断手段と、前記位置検出判断手段により決定された回転子の位置に基づいて通電することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
2. 位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、モータ電流値のしきい値に対する大きさにより回転子の位置を判断する請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
3. 位置検出判断手段は、モータ電流値に対し予め定められたしきい値を設け、そのしきい値よりモータ電流値が小さい時は回転子位置推定手段により誘起電圧値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断し、そのしきい値よりモータ電流値が大きい時は前記回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置を実際の回転子の位置として判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
4. 誘起電圧検出手段は３相の固定子巻線の内のいずれか１相の誘起電圧で誘起電圧値を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
5. 異常検出手段は、回転子位置推定手段により電流値から推定された回転子の位置と誘起電圧値から推定された回転子の位置が予め定められた値以上の差がある場合に異常を検出し、その異常検出に基づき通電手段がインバータ回路の通電を停止させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置を搭載した換気送風装置。

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