JP4274626B2 - DC brushless motor controller - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ブラシレスモータの制御装置にかかり、より詳しくは、空気調和機(以下、エアコンと称する。)の室内機や、室外機に搭載されたファンモータ等に採用される直流ブラシレスモータにおける複数のコイル巻線への通電切り換えについての直流ブラシレスモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より直流ブラシレスモータは、エアコンの室内機や室外機に搭載されたファンモータや、その他各種の電気機器のモータとして幅広く用いられている。
【０００３】
この直流ブラシレスモータでは、永久磁石などを含んで構成されたロータの位置を、ロータの回転軌道近傍に等間隔で配置された複数の位置検出器(ホール素子など)で検出し、該検出信号のオンオフタイミングに基いて複数の駆動用のコイル巻線への通電状態を切り換えてロータを回転駆動している。
【０００４】
例えば、３相２極式の場合では３対のコイル巻線を備え、ステータの磁束とロータの磁束とが直交状態に近くなるように、３つのコイル巻線のうちの２つのコイル巻線に対する通電状態の切り換えを繰り返して(すなわち、転流の繰り返しによって)回転トルクを生じさせる構成が一般的である。
【０００５】
このような電圧の印加状態を切り換える構成の１つとして、交流電源と、交流電源からの交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を所望の周波数の交流電圧に変換するスイッチング回路とを備えたものがある。
【０００６】
スイッチング回路は、正極側スイッチング素子(トランジスタ)と負極側スイッチング素子(トランジスタ)との直列回路を三相分設けたもので、各相ごとに並列して、逆起電力防止用のダンパーダイオードが設けられている。また、各相は、それぞれ対応するコイル巻線の非結線端と接続されており、スイッチング回路から各コイル巻線に対応した電圧が印加される。
【０００７】
また、それぞれ対応するコイル巻線は比較器を介して制御部と接続されており、制御部では、比較器を介して入力された電圧値に基づいてスイッチング回路の各トランジスタに対する駆動信号を作成し、対応するスイッチング回路の各トランジスタに出力している。
【０００８】
また、回転速度の制御は、電圧が印加される２つのコイル巻線に対応する２つのスイッチング素子のうち、一方を連続オン状態にすると共に他方を断続オン(チョッピング)状態とし、そのチョッピング状態のときのオン／オフデューティを調節する所謂パルス幅変調(PWM)制御によって行われる。
【０００９】
上述のように構成された直流ブラシレスモータの制御装置としては、通電切り替え（転流）時に、２相通電の内、ロータの回転方向に対して上流側に対応するコイル巻線への通電が連続オン状態、下流側に対応するコイル巻線への通電がＰＷＭ制御となるように制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直流ブラシレスモータの制御装置では、転流後に断続オンの動作を初めるトランジスタの最初のオフ期間において、直流電流が負側に大きく変動し、整流回路（正極側）へ電流の逆流が発生する。
【００１１】
この逆流は、整流回路の電気部品の寿命に悪影響を与え、またモータのトルク変動の増大、運転効率の低下、騒音および振動の増大となって現れる。
【００１２】
また、２相通電の転流によって駆動制御されるので、転流時に直流ブラシレスモータ内で発生する磁界変動が大きくなり、ロータのトルク変動が大きい。従って、運転効率の低下を招いていた。
【００１３】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、転流後に電流の逆流を防止することができ、且つ、転流時のトルク変動を減少させ、運転効率の向上を図ることのできる直流ブラシレスモータの制御装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、３相巻線を有するステータ及び永久磁石を有する回転子より構成された直流ブラシレスモータの前記回転子の位置を検出する複数の位置検出器と、前記３相巻線への通電を行う複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路と、を備え、前記位置検出器で検出された位置を基準として複数に設定されたスイッチング素子のオン／オフパターンにおいて、一方のスイッチング素子を連続オンし、且つ、他方のスイッチング素子を断続オンする２相通電のオン／オフパターンを順次切り替え、直流ブラシレスモータの回転制御を行う直流ブラシレスモータの制御装置であって、２相通電のオン／オフパターンの切り替えタイミング間で、通電が切り替えられる相巻線に対応するスイッチング素子を所定期間早めに通電して３相通電を行い、各相巻線に対応するスイッチング素子の通電をオフして２相通電にする際に、前記回転子の回転方向に対して上流側に位置する相巻線に対応するスイッチング素子を連続オンから断続オンに切り替え、且つ、下流側を断続オンから連続オンに切り替えることを特徴としている。
【００１５】
なお、前記所定期間は、電気角で１０°から２０°、好ましくは、１５°とすることができる。
【００１６】
本発明によれば、３相巻線を有するステータと及び永久磁石を有する回転子より構成された直流ブラシレスモータの回転子の位置を検出する複数の位置検出器と、３相巻線への通電を行う複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路と、を備え、位置検出器で検出された位置を基準として制御されるスイッチング回路における複数のスイッチング素子のオン／オフパターンにおいて、一方のスイッチング素子を連続オンし、且つ、他方のスイッチング素子を断続オンする２相通電のオン／オフパターンを順次切り替え、直流ブラシレスモータの回転制御を行う直流ブラシレスモータの制御装置であり、２相通電のオン／オフパターンの切り替えタイミング間で、続いて通電される相巻線に対応するスイッチング素子を所定期間早めに通電して３相通電を行う。このように、転流に際して３相通電を行うことにより、直流ブラシレスモータのトルク変動を減少させることができるので、直流ブラシレスモータの運転効率向上を図ることができる。
【００１７】
また、３相通電を行った後、各相巻線に対応するスイッチング素子の通電をオフして２相通電に切り替える。この時、２相通電の内、回転子の回転方向に対して、上流側に位置する相巻線に対応するスイッチング素子を連続オンから断続オンに切り替え、下流側を断続オンから連続オンに切り替える。
【００１８】
このように、２相通電の内、回転子の回転方向に対して上流側に位置する相巻線に対応するスイッチング素子を連続オンから断続オンに切り替え、下流側を断続オンから連続オンに切り替えることにより、スイッチング回路内で、電流を正流ループさせることができる。すなわち、転流後に電流の逆流を防止することができ、整流回路など電気部品の保護、直流ブラシレスモータの運転効率の向上、騒音及び振動の低減を図ることができる。
【００１９】
なお、３相通電を行う所定期間は、電気角で１０°〜２０°の期間とすることができ、好ましくは、電気角で１５°の期間である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は空気調和機（以下、「エアコン」という）に本発明を適用したものである。
［空気調和機の構成］
図１及び図２には、本実施の形態におけるエアコンが示されている。
【００２１】
図１に示されるように、エアコン１０は、室内ユニット１２と室外ユニット１４とによって構成され、ワイヤレスリモコンスイッチ４０の操作によって運転／停止される。また、エアコン１０は、ワイヤレスリモコンスイッチ４０で運転モード、設定温度等の運転条件が設定されて操作信号が送出されると、この操作信号を室内ユニット１２で受信して操作信号に基づいた運転が行われる。なお、エアコン１０は、ワイヤレスリモコンスイッチ４０に限らず、ワイヤードのリモコンスイッチによって操作されるものであってもよく、また、室内ユニット１２に設けられている操作パネルの操作によって運転条件が設定されるものであってもよい。
【００２２】
図２には、エアコン１０の室内ユニット１２と室外ユニット１４との間に構成されている冷凍サイクルの概略を示している。室内ユニット１２と室外ユニット１４の間には、冷媒を循環させる太管の低圧冷媒配管１６Ａと細管の高圧冷媒配管１６Ｂとが対で設けられており、それぞれの一端が室内ユニット１２に設けられている熱交換器１８に接続されている。低圧冷媒配管１６Ａの他端は、室外ユニット１４のバルブ２０Ａに接続されている。このバルブ２０Ａは、マフラー２２Ａを介して四方弁４に接続されている。この四方弁２４には、それぞれがコンプレッサ２６に接続されているアキュムレータ２８とマフラー２２Ｂが接続されている。更に、室外ユニット１４には、熱交換器３０が設けられている。この熱交換器３０は、一方が四方弁２４に接続され、他方がキャピラリチューブ３２、ストレーナ３４、電動膨張弁３６、モジュレータ３８を介してバルブ２０Ｂに接続されている。このバルブ２０Ｂには、高圧冷媒配管１６Ｂの他端が接続されており、これによって、室内ユニット１２と室外ユニット１４の間に冷凍サイクルを形成する冷媒の密閉された循環路が構成されている。
【００２３】
エアコン１０では、四方弁２４の切り替えによって、運転モードが冷房モード（ドライモード）と暖房モードに切り替えられる。なお、図２では、実線矢印で冷房モード（冷房運転）における冷媒の流れを、破線矢印で暖房モード（暖房運転）における冷媒の流れを、それぞれ示している。
【００２４】
また、室外ユニット１４には、熱交換器３０を冷却する冷却ファン５２が設けられており、この冷却ファン５２は直流ブラシレスモータで構成されてたファンモータ５０により駆動される。このファンモータ５０の動作制御は、室外ユニット１４の制御部６０（図３）により行われる。
［ファンモータ５０の構成］
本実施の形態のファンモータ５０は、図３に示すように、２つの機械角１８０°の位置ずれを持った永久磁石を含んで構成された回転子６２及び星形結線の３相巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷ、を有するステータを含む３相２極巻線の直流ブラシレスモータにより構成されている。すなわち、回転子６２の回転軌道の近傍に機械角で１２０度の間隔で３つのホール素子６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗが配置されており、各ホール素子による位置検出信号は制御部６０へ入力される。制御部６０は、位置検出信号に基づいて、スイッチング回路５４の各トランジスタのオンオフの制御を行うように構成されている。なお、極数は２極に限るのもではなく、例えば、６極などを使用することが可能である。
【００２５】
スイッチング回路５４のトランジスタは、正極側及び負極側スイッチング素子として、正極側トランジスタと負極側トランジスタの直列回路を３相に分けて設けられており、それぞれＵ相用の正極側トランジスタＴＵ＋と負極側トランジスタＴＵ−、Ｖ相用の正極側トランジスタＴＶ＋と負極側トランジスタＴＶ−、Ｗ相用の正極側トランジスタＴＷ＋と負極側トランジスタＴＷ−が設けられている。また、それぞれのトランジスタには、逆起電力防止用のダイオードＤがコレクタ、エミッタ間に並列に接続されている。
【００２６】
また、トランジスタＴＵ＋とトランジスタＴＵ−の相互接続点には、Ｕ相巻線ＬＵが接続され、同様にして、トランジスタＴＶ＋とトランジスタＴＶ−の相互接続点には、Ｖ相巻線ＬＶが、トランジスタＴＷ＋とトランジスタＴＷ−の相互接続点には、Ｗ相巻線ＬＷが接続されている。
【００２７】
制御部６０は、図４に示すように、それぞれのホール素子６４（６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗ）からの信号を検出する位置検出回路６６と、タイマ６８、位置検出の間隔を格納するレジスタ７０、演算器７２、通電位置カウンタ７４、それぞれのトランジスタのオンオフパターンを設定するレジスタ７６、比較器７８、それぞれのトランジスタのオンオフパターンからなる通電パターンを記憶するメモリ８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、及び、出力制御回路８２によって構成されており、制御部６０は、ホール素子６４からの位置検出信号に基づいて正極側及び負極側のトランジスタをオンオフ制御する。
【００２８】
図５のタイミングチャートには、Ｕ相のホール素子６４Ｕからの位置検出信号をＨＵ、Ｖ相からのホール素子６４Ｖからの位置検出信号をＨＶで、Ｗ相のホール素子６４Ｗからの位置検出信号をＨＷで、それぞれ示している。この図４に示すように、ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの各位相は互いに１２０度ずつずれており、ファンモータ５０の定速回転時に理想状態ではこれらのハイエッジ及びローエッジの間隔（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・Ｔ１２）は等間隔である。
【００２９】
続いて、本実施の形態の作用として、制御部６０により実行される各巻線への通電タイミング制御処理を説明する。
【００３０】
エアコン１０が運転開始し、室外ユニット１４の熱交換器１８を冷却するべくファンモータ５０により冷却ファン５２を駆動開始する時に、制御部６０によって図６の制御ルーチンが実行される。
【００３１】
ステップ１００で通電位置カウンタの値（ｎ）を１インクリメントし、ステップ１０２へ移行する。ステップ１０２では、タイマ６８より出力されるタイマ値をレジスタ７０に格納し、続くステップ１０４へ移行する。ステップ１０４では、タイマ値をクリアしてステップ１０６へ移行する。ステップ１０６では、レジスタ７０の１／４、１／２、３／４、７／８の値をそれぞれのレジスタ７６に格納してステップ１０８へ移行する。ステップ１０８では、ホール素子６４から位置検出回路６６に入力される位置検出入力を無効にしてステップ１１０へ移行する。
【００３２】
ステップ１１０では、タイマ６８の値が、レジスタ７０に格納された１／４Ｔの値と一致したか否かが比較器７８により判定される。ステップ１１０で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された１／４Ｔの値と一致していないと判定されるとステップ１１０で一致したと判定されるまでステップ１１０の判定が繰り返される。また、ステップ１１０で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された１／４Ｔの値と一致したと判定されると、続くステップ１１２へ移行する。
【００３３】
ステップ１１２では、メモリ８０Ａに記憶された通電パターンＡｎを出力し、ステップ１１４へ移行する。
【００３４】
ステップ１１４では、タイマ６８の値が、レジスタ７６に格納された１／２Ｔの値と一致したか否かが比較器７８により判定される。ステップ１１４で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された１／２Ｔの値と一致していないと判定されるとステップ１１４で一致したと判定されるまでステップ１１４の判定が繰り返される。また、ステップ１１４で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された１／２Ｔの値と一致したと判定されると、続くステップ１１６へ移行する。
【００３５】
ステップ１１６では、メモリ８０Ｂに記憶された通電パターンＢｎを出力し、ステップ１１８へ移行する。
【００３６】
ステップ１１８では、タイマ６８の値が、レジスタ７６に格納された３／４Ｔの値と一致したか否かが比較器７８により判定される。ステップ１１８で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された３／４Ｔの値と一致していないと判定されるとステップ１１８で一致したと判定されるまでステップ１１８の判定が繰り返される。また、ステップ１１８で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された３／４Ｔの値と一致したと判定されると、続くステップ１２０へ移行する。
【００３７】
ステップ１２０では、メモリ８０Ｃに記憶された通電パターンＣｎを出力し、ステップ１２２へ移行する。
【００３８】
ステップ１２２では、タイマ６８の値が、レジスタ７６に格納された７／８Ｔの値と一致したか否かが比較器７８により判定される。ステップ１２２で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された７／８Ｔの値と一致していないと判定されるとステップ１２２で一致したと判定されるまでステップ１２２の判定が繰り返される。また、ステップ１２２で、タイマ６８の値がレジスタ７６に格納された７／８Ｔの値と一致したと判定されると、続くステップ１２４へ移行する。
【００３９】
ステップ１２４では、位置検出回路６６へ入力される位置検出入力を有効にして、リターンされる。
【００４０】
なお、上述の通電パターンＡｎ、Ｂｎ、Ｃｎは、以下の表１に示すような通電パターンとなるように正極側トランジスタ及び負極側トランジスタの制御を行う。表１のＯＮは、相巻線への連続通電を意味し、ＰＷＭは、相巻線への断続通電（チョッピング）を意味し、その断続通電のオン、オフディーティを調節するいわゆるパルス変調（ＰＷＭ）通電制御を意味する。
【００４１】
【表１】

【００４２】
また、上述のようにして行われる通電タイミングは、図７のタイミングチャートに示すような通電タイミングとなる。なお、通電パターンＡｎ、Ｂｎ、Ｃｎ（ただし、ｎ＝０、１、２、・・・・）のそれぞれの通電タイミングの間隔を電気角１５°とする。
【００４３】
図７のタイミングチャートにおいて、ＡｎからＣｎで続いて通電される相巻線への転流が行われる。ＡｎからＢｎでは、３相通電となり、３相通電の内の１相がＰＷＭ制御され、ＢｎからＣｎでは、２相通電へ移行するように制御される。例えば、Ａ０からＣ０では、Ａ０−Ｂ０間では、Ｕ相連続オン、Ｖ相ＰＷＭ、Ｗ相連続オンの３相通電となり、Ｂ０−Ｃ０間では、Ｕ相ＰＷＭ、Ｖ相連続オン、Ｗ相オフの２相通電となる。このように、Ａｎ−Ｂｎ間、すなわち、所定の２相通電から他の２相通電へ切り替える際の所定の電気角度内で３相通電とすることにより、直流ブラシレスモータ内の磁界変動が少なくなり、回転子６２へのトルク変動を減少させることができる。すなわち、運転効率の向上を図ることができる。
【００４４】
また、転流後Ｂｎ−Ｃｎ間では、回転子６２の回転方向に対して下流側の相の巻線への通電をＰＷＭ制御から連続通電にし、上流側の相の巻線への通電を連続通電からＰＷＭ制御としている。
【００４５】
従来の直流ブラシレスモータの制御装置のように、転流時に回転子の回転方向に対して上流側のトランジスタへの通電が連続通電で、下流側のトランジスタへの通電がＰＷＭ制御であると、例えば、図７のタイミングチャートでＢ０−Ｃ０間がＵ相が連続オン、Ｖ相がＰＷＭ制御である場合、図３において、トランジスタＴＵ＋、Ｕ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶ、トランジスタＴＶ−を通過して負極側に電流が流れる。また、トランジスタＴＶ−から負極に流れる電流の内、一部がトランジスタＴＵ−横のダイオードＤを通過し、Ｕ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶを流れて合流する。この時、トランジスタＴＶ−がＰＷＭ制御によりオフ状態となるとトランジスタＴＵ−横のダイオードＤを通過し、Ｕ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶを通過した電流は、行き場がなくなりトランジスタＴＶ＋横のダイオードＤを通過して正極側に電流が逆流してしまう。
【００４６】
本実施形態によれば、表１において、Ａ０からＢ０への切り替え時には、Ｗ相巻線ＬＷに蓄積されたエネルギーを放出するための電流経路は、Ｗ相巻線ＬＷ、Ｕ相巻線ＬＵ、トランジスタＴＶ−、トランジスタＴＷ−横のダイオードＤ、Ｗ相巻線ＬＷの順に流れて電流は正ループを形成し安定する。Ａ１からＢ１への切り替え時には、Ｖ相巻線ＬＶに蓄積されたエネルギーを放出するための電流経路は、Ｖ相巻線ＬＶ、トランジスタＴＶ＋横のダイオードＤ、トランジスタＴＵ＋、Ｕ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶの順に流れて電流は正ループを形成し安定する。Ａ２からＢ２への切り替え時には、Ｕ相巻線ＬＵに蓄積されたエネルギーを放出するための電流経路は、Ｕ相巻線ＬＵ、Ｗ相巻線ＬＷ、トランジスタＴＷ−、トランジスタＴＵ−横のダイオードＤ、Ｕ相巻線ＬＵの順に流れて電流は正ループを形成し安定する。Ａ４からＢ４への切り替え時には、Ｕ相巻線ＬＵに蓄積されたエネルギーを放出するための電流経路は、Ｖ相巻線ＬＶ、Ｕ相巻線ＬＵ、トランジスタＴＵ−、トランジスタＴＶ−横のダイオードＤ、Ｖ相巻線ＬＶの順に流れて電流は正ループを形成し安定する。Ａ５からＢ５への切り替え時には、Ｕ相巻線ＬＵに蓄積されたエネルギーを放出するための賢流経路は、Ｕ相巻線ＬＵ、トランジスタＴＵ＋横のダイオードＤ、トランジスタＴＷ＋、Ｗ相巻線ＬＷ、Ｕ相巻線ＬＵの順に流れて電流は正ループを形成し安定する。すなわち、いずれの場合も電流が正極側に流れることがなくなり、逆流を防止することができる。
【００４７】
このように、本実施の形態の直流ブラシレスモータの制御装置は、それぞれの巻線通電の立ち上がりタイミングを３相通電とすることにより、瞬時のトルクの変動が小さくなる。従って、トルクロスが少なくなり、運転効率の向上を図ることができる。また、転流後に回転子６２の回転方向に対して下流側の相の巻線への通電をＰＷＭ制御から連続通電にし、上流側の相の巻線への通電を連続通電からＰＷＭ制御とすることにより正極側に電流が流れることがなくなり、整流回路への電流の逆流を防ぐことができるので、電気部品を保護することができる。
【００４８】
なお、上記の実施の形態では、通電パターンＡｎ、Ｂｎ、Ｃｎの通電タイミングの間隔をそれぞれ１５°としたがこれに限るものではなく、それぞれを１０°〜２０°にしてもよいし、それぞれの通電タイミングの間隔を異なるようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、転流後に電流の逆流を防止することができ、且つ、転流時のトルク変動を減少させ、運転効率の向上を図ることのできる直流ブラシレスモータの制御装置を提供することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のエアコンの概略構成図である。
【図２】エアコンの冷媒サイクルを示す概略図である。
【図３】直流ブラシレスモータで構成されたファンモータの概略構成図である。
【図４】ファンモータを制御する制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】各ホール素子の検出信号の波形を示す図である。
【図６】ファンモータへの通電の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】各トランジスタへの通電タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
５０ ファンモータ（直流ブラシレスモータ）
５４ スイッチング回路
６０ 制御部
６２ 回転子
６４ ホール素子
ＬＵ Ｕ相巻線
ＬＶ Ｖ相巻線
ＬＷ Ｗ相巻線
ＴＵ＋ Ｕ相用正極側トランジスタ
ＴＵ− Ｕ相用負極側トランジスタ
ＴＶ＋ Ｖ相用正極側トランジスタ
ＴＶ− Ｖ相用負極側トランジスタ
ＴＷ＋ Ｗ相用正極側トランジスタ
ＴＷ− Ｗ相用負極側トランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC brushless motor control device, and more specifically, in a DC brushless motor employed in an indoor unit of an air conditioner (hereinafter referred to as an air conditioner), a fan motor mounted in an outdoor unit, or the like. The present invention relates to a DC brushless motor control device for switching energization to a plurality of coil windings.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, DC brushless motors are widely used as fan motors mounted on indoor units and outdoor units of air conditioners and motors of various other electric devices.
[0003]
In this DC brushless motor, the position of a rotor including a permanent magnet or the like is detected by a plurality of position detectors (Hall elements, etc.) arranged at equal intervals in the vicinity of the rotor's rotation trajectory, and the detection signal The rotor is rotationally driven by switching energization states to the plurality of driving coil windings based on the on / off timing.
[0004]
For example, in the case of a three-phase two-pole system, three pairs of coil windings are provided, and two of the three coil windings are arranged so that the stator magnetic flux and the rotor magnetic flux are close to an orthogonal state. In general, the configuration is such that rotational torque is generated by repeatedly switching the energized state (that is, by repeating commutation).
[0005]
As one configuration for switching the application state of such a voltage, an AC power source, a rectifier circuit that rectifies and outputs an AC voltage from the AC power source, and a switching that converts the output of the rectifier circuit into an AC voltage having a desired frequency. Some have a circuit.
[0006]
The switching circuit is a three-phase series circuit consisting of a positive-side switching element (transistor) and a negative-side switching element (transistor), and a damper diode for preventing back electromotive force is provided in parallel for each phase. It has been. Each phase is connected to a non-connected end of the corresponding coil winding, and a voltage corresponding to each coil winding is applied from the switching circuit.
[0007]
The corresponding coil windings are connected to the control unit via a comparator, and the control unit creates a drive signal for each transistor in the switching circuit based on the voltage value input via the comparator. , Output to each transistor of the corresponding switching circuit.
[0008]
In addition, the rotation speed is controlled by setting one of the two switching elements corresponding to the two coil windings to which the voltage is applied to the continuous on state and the other intermittently on (chopping) state. This is performed by so-called pulse width modulation (PWM) control for adjusting the on / off duty at the time.
[0009]
As a control device for a DC brushless motor configured as described above, during energization switching (commutation), among the two-phase energization, energization to the coil winding corresponding to the upstream side with respect to the rotation direction of the rotor is continuous. The energization to the coil winding corresponding to the on state and the downstream side is controlled to be PWM control.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional DC brushless motor control device, the direct current greatly fluctuates to the negative side during the first off period of the transistor that starts the intermittent on operation after commutation, and the reverse current flows to the rectifier circuit (positive side). appear.
[0011]
This reverse flow adversely affects the life of the electrical components of the rectifier circuit, and also appears as an increase in motor torque fluctuation, a decrease in operating efficiency, and an increase in noise and vibration.
[0012]
Further, since the drive is controlled by the commutation of the two-phase energization, the magnetic field fluctuation generated in the DC brushless motor at the time of the commutation becomes large, and the torque fluctuation of the rotor is large. Therefore, the driving efficiency is reduced.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and can prevent backflow of current after commutation, and can reduce torque fluctuation at the time of commutation and improve operation efficiency. An object of the present invention is to provide a control device for a DC brushless motor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a plurality of position detectors for detecting the position of the rotor of a DC brushless motor composed of a stator having a three-phase winding and a rotor having a permanent magnet, A switching circuit including a plurality of switching elements for energizing the phase winding, and one switching in an ON / OFF pattern of the switching elements set to a plurality based on the positions detected by the position detector A control device for a DC brushless motor that controls the rotation of a DC brushless motor by sequentially switching on / off patterns of two-phase energization that continuously turns on the element and intermittently turns on the other switching element. Switching elements corresponding to phase windings whose energization is switched between on / off pattern switching timings for a predetermined period For 3-phase current supply is energized in order, when the current supply 2-phase current supply to turn off the corresponding switching element for each phase winding, positioned upstream with respect to the rotational direction of the rotor phase winding switching the switching element corresponding to the line intermittently on the continuously oN, and is characterized in the changeover Turkey continuously on the downstream side from the intermittent oN.
[0015]
The predetermined period may be 10 ° to 20 ° in electrical angle, preferably 15 °.
[0016]
According to the present invention, a plurality of position detectors for detecting the position of a rotor of a DC brushless motor composed of a stator having a three-phase winding and a rotor having a permanent magnet, and energization to the three-phase winding A switching circuit that includes a plurality of switching elements that perform the on-off pattern of the plurality of switching elements in the switching circuit that is controlled on the basis of the position detected by the position detector. And a DC brushless motor control device for controlling the rotation of the DC brushless motor by sequentially switching the ON / OFF pattern of the two-phase energization that intermittently turns on the other switching element. The switching element corresponding to the phase winding that is energized subsequently is energized within a predetermined period between switching timings. The three-phase current supply Te. Thus, by performing three-phase energization at the time of commutation, torque fluctuations of the DC brushless motor can be reduced, so that the operating efficiency of the DC brushless motor can be improved.
[0017]
In addition, after performing the three-phase energization, the energization of the switching element corresponding to each phase winding is turned off to switch to the two-phase energization. At this time, of the two-phase energization, the switching element corresponding to the phase winding located on the upstream side is switched from continuous on to intermittent on with respect to the rotation direction of the rotor, and the downstream is switched from intermittent on to continuous on. .
[0018]
As described above, in the two-phase energization, the switching element corresponding to the phase winding located on the upstream side with respect to the rotation direction of the rotor is switched from continuous on to intermittent on, and the downstream side is switched from intermittent on to continuous on. As a result, the current can be caused to flow in a positive current loop in the switching circuit. That is, reverse current flow can be prevented after commutation, electrical components such as a rectifier circuit can be protected, the operating efficiency of the DC brushless motor can be improved, and noise and vibration can be reduced.
[0019]
Note that the predetermined period for conducting the three-phase energization can be a period of 10 ° to 20 ° in electrical angle, and is preferably a period of 15 ° in electrical angle.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to an air conditioner (hereinafter referred to as “air conditioner”).
[Configuration of air conditioner]
1 and 2 show an air conditioner according to the present embodiment.
[0021]
As shown in FIG. 1, the air conditioner 10 includes an indoor unit 12 and an outdoor unit 14, and is operated / stopped by operating a wireless remote control switch 40. In addition, when the operation signal such as the operation mode and the set temperature is set by the wireless remote control switch 40 and the operation signal is transmitted, the air conditioner 10 receives the operation signal by the indoor unit 12 and operates based on the operation signal. Done. The air conditioner 10 is not limited to the wireless remote control switch 40 and may be operated by a wired remote control switch, and the operating condition is set by operating an operation panel provided in the indoor unit 12. It may be a thing.
[0022]
In FIG. 2, the outline of the refrigerating cycle comprised between the indoor unit 12 and the outdoor unit 14 of the air-conditioner 10 is shown. Between the indoor unit 12 and the outdoor unit 14, a thick pipe low-pressure refrigerant pipe 16A and a thin pipe high-pressure refrigerant pipe 16B for circulating the refrigerant are provided in pairs, and one end of each is provided in the indoor unit 12. Connected to the heat exchanger 18. The other end of the low-pressure refrigerant pipe 16A is connected to the valve 20A of the outdoor unit 14. The valve 20A is connected to the four-way valve 4 via a muffler 22A. An accumulator 28 and a muffler 22B, each of which is connected to the compressor 26, are connected to the four-way valve 24. Furthermore, the outdoor unit 14 is provided with a heat exchanger 30 . One of the heat exchangers 30 is connected to the four-way valve 24, and the other is connected to the valve 20B via a capillary tube 32, a strainer 34, an electric expansion valve 36, and a modulator 38. The other end of the high-pressure refrigerant pipe 16B is connected to the valve 20B, thereby forming a sealed circulation path for the refrigerant that forms a refrigeration cycle between the indoor unit 12 and the outdoor unit 14.
[0023]
In the air conditioner 10, the operation mode is switched between the cooling mode (dry mode) and the heating mode by switching the four-way valve 24. In FIG. 2, a solid line arrow indicates the refrigerant flow in the cooling mode (cooling operation), and a broken line arrow indicates the refrigerant flow in the heating mode (heating operation).
[0024]
In addition, the outdoor unit 14 is provided with a cooling fan 52 that cools the heat exchanger 30 , and the cooling fan 52 is driven by a fan motor 50 configured by a DC brushless motor. The operation control of the fan motor 50 is performed by the control unit 60 (FIG. 3) of the outdoor unit 14.
[Configuration of Fan Motor 50]
As shown in FIG. 3, the fan motor 50 of the present embodiment includes a rotor 62 and a star-connected three-phase winding LU that include two permanent magnets having a positional deviation of 180 ° mechanical angle. , LV, LW, a three-phase two-pole winding DC brushless motor including a stator. That is, three Hall elements 64U, 64V, and 64W are arranged in the vicinity of the rotation trajectory of the rotor 62 at a mechanical angle of 120 degrees, and a position detection signal from each Hall element is input to the control unit 60. The controller 60 is configured to control on / off of each transistor of the switching circuit 54 based on the position detection signal. Note that the number of poles is not limited to two, and for example, six poles can be used.
[0025]
The transistor of the switching circuit 54 is provided as a positive-side and negative-side switching element by dividing a series circuit of a positive-side transistor and a negative-side transistor into three phases. A positive-side transistor TU + and a negative-side transistor for the U phase, respectively. A TU−, V phase positive side transistor TV + and a negative side transistor TV−, and a W phase positive side transistor TW + and a negative side transistor TW− are provided. Each transistor has a back electromotive force preventing diode D connected in parallel between the collector and the emitter.
[0026]
Further, the U-phase winding LU is connected to the interconnection point between the transistor TU + and the transistor TU−, and similarly, the V-phase winding LV is connected to the transistor TW + at the interconnection point between the transistor TV + and the transistor TV−. The W-phase winding LW is connected to the interconnection point of the transistor TW-.
[0027]
As shown in FIG. 4, the control unit 60 includes a position detection circuit 66 that detects signals from the respective Hall elements 64 (64U, 64V, and 64W), a timer 68, a register 70 that stores a position detection interval, and an arithmetic operation. 72, energization position counter 74, register 76 for setting the on / off pattern of each transistor, comparator 78, memories 80A, 80B, 80C for storing the energization pattern comprising the on / off pattern of each transistor, and output control circuit 82 The control unit 60 performs on / off control of the positive-side and negative-side transistors based on the position detection signal from the Hall element 64.
[0028]
In the timing chart of FIG. 5, the position detection signal from the U-phase Hall element 64U is HU, the position detection signal from the V-phase Hall element 64V is HV, and the position detection signal from the W-phase Hall element 64W is Indicated by HW. As shown in FIG. 4, the phases of HU, HV, and HW are shifted from each other by 120 degrees, and in the ideal state when the fan motor 50 rotates at a constant speed, the intervals between these high edges and low edges (T1, T2, T3,. ..T12) are equally spaced.
[0029]
Subsequently, as an operation of the present embodiment, an energization timing control process for each winding executed by the control unit 60 will be described.
[0030]
When the air conditioner 10 starts operation and the fan motor 50 starts driving the cooling fan 52 to cool the heat exchanger 18 of the outdoor unit 14, the control routine of FIG.
[0031]
In step 100, the value (n) of the energization position counter is incremented by 1, and the process proceeds to step 102. In step 102, the timer value output from the timer 68 is stored in the register 70, and then the process proceeds to step 104. In step 104, the timer value is cleared and the routine proceeds to step 106. In step 106, the values of 1/4, 1/2, 3/4, and 7/8 of the register 70 are stored in the respective registers 76, and the process proceeds to step 108. In step 108, the position detection input inputted from the hall element 64 to the position detection circuit 66 is invalidated and the routine proceeds to step 110.
[0032]
In step 110, the comparator 78 determines whether or not the value of the timer 68 matches the value of ¼T stored in the register 70. If it is determined in step 110 that the value of the timer 68 does not match the 1 / 4T value stored in the register 76, the determination in step 110 is repeated until it is determined in step 110 that the values match. If it is determined in step 110 that the value of the timer 68 matches the value of 1 / 4T stored in the register 76, the process proceeds to the subsequent step 112.
[0033]
In step 112, the energization pattern An stored in the memory 80A is output, and the process proceeds to step 114.
[0034]
In step 114, the comparator 78 determines whether or not the value of the timer 68 matches the value of 1 / 2T stored in the register 76. If it is determined in step 114 that the value of the timer 68 does not match the value of 1 / 2T stored in the register 76, the determination in step 114 is repeated until it is determined in step 114 that they match. If it is determined in step 114 that the value of the timer 68 matches the value of 1 / 2T stored in the register 76, the process proceeds to the subsequent step 116.
[0035]
In step 116, the energization pattern Bn stored in the memory 80B is output, and the process proceeds to step 118.
[0036]
In step 118, the comparator 78 determines whether or not the value of the timer 68 matches the value of 3 / 4T stored in the register 76. If it is determined in step 118 that the value of the timer 68 does not match the 3 / 4T value stored in the register 76, the determination in step 118 is repeated until it is determined in step 118 that they match. On the other hand, if it is determined in step 118 that the value of the timer 68 matches the value of 3 / 4T stored in the register 76, the process proceeds to the subsequent step 120.
[0037]
In step 120, the energization pattern Cn stored in the memory 80C is output, and the process proceeds to step 122.
[0038]
In step 122, the comparator 78 determines whether or not the value of the timer 68 matches the value of 7 / 8T stored in the register 76. If it is determined in step 122 that the value of the timer 68 does not match the value of 7 / 8T stored in the register 76, the determination in step 122 is repeated until it is determined in step 122 that the values match. Further, when it is determined in step 122 that the value of the timer 68 matches the value of 7 / 8T stored in the register 76, the process proceeds to the following step 124.
[0039]
In step 124, the position detection input input to the position detection circuit 66 is validated and the process returns.
[0040]
The above-described energization patterns An, Bn, and Cn control the positive side transistor and the negative side transistor so that the energization patterns as shown in Table 1 below are obtained. ON in Table 1 means continuous energization to the phase winding, PWM means intermittent energization (chopping) to the phase winding, and so-called pulse modulation (adjustment of ON / OFF duty of the intermittent energization) PWM) energization control.
[0041]
[Table 1]

[0042]
The energization timing performed as described above is the energization timing as shown in the timing chart of FIG. It should be noted that the interval between the energization timings of the energization patterns An, Bn, Cn (where n = 0, 1, 2,...) Is an electrical angle of 15 °.
[0043]
In the timing chart of FIG. 7, commutation is performed from An to Cn, which is subsequently energized by Cn. From An to Bn, three-phase energization is performed, and one phase of the three-phase energization is PWM controlled, and from Bn to Cn, control is performed to shift to two-phase energization. For example, in A0 to C0, U-phase continuous on, V-phase PWM, and W-phase continuous on are applied between A0 and B0, and U-phase PWM, V-phase continuous on, and W-phase are off between B0 and C0. 2 phase energization. As described above, the magnetic field fluctuation in the DC brushless motor is reduced by performing three-phase energization between An and Bn, that is, within a predetermined electric angle when switching from predetermined two-phase energization to another two-phase energization. The torque fluctuation to the rotor 62 can be reduced. That is, the driving efficiency can be improved.
[0044]
In addition, between Bn and Cn after commutation, the energization of the windings in the downstream phase with respect to the rotation direction of the rotor 62 is changed from PWM control to continuous energization, and the energization of the windings in the upstream phase is continued. From energization to PWM control.
[0045]
As in a conventional DC brushless motor control device, when commutation, energization to the upstream transistor with respect to the direction of rotation of the rotor is continuous energization, and energization to the downstream transistor is PWM control. 7, when the U phase is continuously on between B0 and C0 and the V phase is PWM control, the transistor TU +, the U phase winding LU, the V phase winding LV, and the transistor TV− in FIG. A current flows through the negative electrode side. Further, a part of the current flowing from the transistor TV− to the negative electrode passes through the transistor TU−side diode D, and flows through the U-phase winding LU and the V-phase winding LV to merge. At this time, when the transistor TV- is turned off by PWM control, the current passing through the U-phase winding LU and V-phase winding LV passes through the transistor TU-side diode D, and the current goes through the transistor TV + side diode. A current flows backward to the positive electrode side through D.
[0046]
According to the present embodiment, in Table 1, when switching from A0 to B0, the current paths for releasing the energy accumulated in the W-phase winding LW are the W-phase winding LW, the U-phase winding LU, The current flows in the order of the transistor TV−, the transistor TW−the lateral diode D, and the W-phase winding LW, and the current forms a positive loop and is stabilized. When switching from A1 to B1, the current path for releasing the energy stored in the V-phase winding LV is V-phase winding LV, transistor TV + lateral diode D, transistor TU +, U-phase winding LU, V The current flows in the order of the phase winding LV, and the current forms a positive loop and is stabilized. At the time of switching from A2 to B2, the current path for releasing the energy stored in the U-phase winding LU is the U-phase winding LU, the W-phase winding LW, the transistor TW-, the transistor TU-side diode D The current flows in the order of the U-phase winding LU to form a positive loop and stabilize. When switching from A4 to B4, the current path for releasing the energy accumulated in the U-phase winding LU is V-phase winding LV, U-phase winding LU, transistor TU-, transistor TV-side diode D The current flows in the order of the V-phase winding LV, and the current forms a positive loop and stabilizes. When switching from A5 to B5, the smart current path for releasing the energy stored in the U-phase winding LU is U-phase winding LU, transistor TU + lateral diode D, transistor TW +, W-phase winding LW, The current flows in the order of the U-phase winding LU to form a positive loop and stabilize. That is, in any case, current does not flow to the positive electrode side, and backflow can be prevented.
[0047]
As described above, the control device for the DC brushless motor according to the present embodiment reduces the instantaneous torque fluctuation by setting the respective winding energization timings to the three-phase energization. Therefore, the torque cross is reduced and the driving efficiency can be improved. Further, after commutation, the energization to the downstream phase winding is changed from PWM control to continuous energization with respect to the rotation direction of the rotor 62, and the energization to the upstream phase winding is changed from continuous energization to PWM control. As a result, no current flows to the positive electrode side, and the backflow of current to the rectifier circuit can be prevented, so that the electrical components can be protected.
[0048]
In the above embodiment, the intervals of the energization timings of the energization patterns An, Bn, and Cn are set to 15 °, but the present invention is not limited to this, and each may be set to 10 ° to 20 °. The intervals of energization timing may be different.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, control of a DC brushless motor that can prevent backflow of current after commutation and can reduce torque fluctuation during commutation and improve operating efficiency. It has the outstanding effect that an apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a refrigerant cycle of an air conditioner.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fan motor configured with a DC brushless motor.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a control unit that controls a fan motor.
FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of a detection signal of each Hall element.
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine for energizing a fan motor.
FIG. 7 is a timing chart showing energization timing to each transistor.
[Explanation of symbols]
50 Fan motor (DC brushless motor)
54 Switching Circuit 60 Control Unit 62 Rotor 64 Hall Element LU U Phase Winding LV V Phase Winding LW W Phase Winding TU + U Phase Positive Side Transistor TU− U Phase Negative Side Transistor TV + V Phase Positive Side Transistor TV − V phase negative side transistor TW + W phase positive side transistor TW− W phase negative side transistor

Claims (2)

３相巻線を有するステータ及び永久磁石を有する回転子より構成された直流ブラシレスモータの前記回転子の位置を検出する複数の位置検出器と、前記３相巻線への通電を行う複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路と、を備え、前記位置検出器で検出された位置を基準として複数に設定されたスイッチング素子のオン／オフパターンにおいて、一方のスイッチング素子を連続オンし、且つ、他方のスイッチング素子を断続オンする２相通電のオン／オフパターンを順次切り替え、直流ブラシレスモータの回転制御を行う直流ブラシレスモータの制御装置であって、
２相通電のオン／オフパターンの切り替えタイミング間で、通電が切り替えられる相巻線に対応するスイッチング素子を所定期間早めに通電して３相通電を行い、各相巻線に対応するスイッチング素子の通電をオフして２相通電にする際に、前記回転子の回転方向に対して上流側に位置する相巻線に対応するスイッチング素子を連続オンから断続オンに切り替え、且つ、下流側を断続オンから連続オンに切り替えることを特徴とする直流ブラシレスモータの制御装置。A plurality of position detectors for detecting the position of the rotor of a DC brushless motor composed of a stator having a three-phase winding and a rotor having a permanent magnet, and a plurality of switchings for energizing the three-phase winding A switching circuit including an element, wherein one switching element is continuously turned on and the other switching is performed in an on / off pattern of the switching element set to a plurality based on the position detected by the position detector. A control device for a DC brushless motor that sequentially switches on / off patterns of two-phase energization for intermittently turning on an element and performs rotation control of the DC brushless motor,
Between the switching timings of the on / off pattern of the two-phase energization, the switching element corresponding to the phase winding to be energized is energized early for a predetermined period to conduct the three-phase energization, and the switching element corresponding to each phase winding When energization is turned off and two-phase energization is performed, the switching element corresponding to the phase winding located upstream with respect to the rotation direction of the rotor is switched from continuous on to intermittent on, and the downstream is intermittent control device of a DC brushless motor, wherein a switching Turkey continuously oN from oN. 前記所定期間は、電気角１０°から２０°であることを特徴とする請求項１に記載の直流ブラシレスモータの制御装置。  2. The DC brushless motor control apparatus according to claim 1, wherein the predetermined period is an electrical angle of 10 to 20 degrees.

Images