JP5369381B2 - ブラシレスｄｃモータの制御装置及び換気送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、換気送風装置、例えば、携帯基地局等の機器冷却に使用される熱交換型冷却機に使用されるブラシレスＤＣモータの制御装置に係り、磁気センサーを用いることなく位置センサレス制御によりモータを回転させ回転数を制御する制御装置に関するものであり、同期運転からセンサレス運転に切換えるまでの過程を円滑・良好に行うとともに、起動時における脱調をすばやく検出し、再起動を行うことによりブラシレスＤＣモータの駆動の信頼性を高めるものである。

近年、この種の換気送風装置、例えば熱交換型冷却機は、発熱体収納箱内の空気を取込んだ後、熱交換素子内を通過させて熱交換させ、再び発熱体収納箱内に戻し循環させる内気風路と、外気を取込み、熱交換素子内を通過させて熱交換させた後、再び外気に排出する外気風路を有しこれら両風路は仕切板にて独立しており、それぞれの風路内には、それぞれの空気を搬送する換気送風機が設置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来、このような構成の熱交換型冷却機は、携帯基地局等の冷却に使用され、携帯基地局本体側から、熱交換型冷却機に直流の低圧電源が供給され、ブラシレスＤＣモータを搭載した送風機等を駆動している。

以下、その熱交換型冷却機の動作について、図１２を参照しながら説明する。図１２に示すように、発熱体収納箱１０１内の熱せられた空気（以下、これを内気と称する）は熱交換型冷却機１０２の内気吸込口１０３より、室内側ブラシレスＤＣモータ１０４を搭載した室内側送風機１０５によって吸込まれ、熱交換素子１０６を通過したのち、内気吐出口１０７より発熱体収納箱１０１内に戻る循環風路を循環している。一方、室外側ブラシレスＤＣモータ１０８を搭載した室外側送風機１０９によって、外気吸込口１１０より吸込まれた外気は、熱交換素子１０６を通過したのち、外気吹出口１１１より、外気に再度排出されている。内気風路と外気風路は仕切板１１２によって両風路が独立するよう略気密状態に仕切られ、また内気風路と外気風路の交点には外気と内気の顕熱を交換する熱交換素子１０６が配置されている。上記構成により、熱交換型冷却機１０２は、低温外気を取り入れ、発熱体収納箱１０１内部の暖かい空気との間で熱交換素子１０６にて熱交換をおこない、暖かくなった外気は排気し、冷たくなった空気を箱内に給気する。

また、室内側ブラシレスＤＣモータ１０４及び室外側ブラシレスＤＣモータ１０８は、通常ホール素子等の磁極センサーを内蔵したブラシレスＤＣモータを使用し、そのブラシレスＤＣモータを駆動する制御装置１１３は、基地局を設置する場所の低温外気や粉塵の影響を受けないように、熱交換型冷却機１０２の内気風路内に設置され、外気にさらされる室外側ブラシレスＤＣモータ１０８とは、動力リード線１１４とセンサー信号リード線１１５とで接続されていた。制御装置１１３には、発熱体収納箱１０１内等に設置された低圧の直流電源１１６より、駆動電力が供給されている。

ブラシレスＤＣモータの位置センサレス駆動方式は、固定子巻線に誘起される逆起電力を検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この方式において、逆起電力をフィルタ回路を介して基本周波数に対して９０度遅れた正弦波信号に変換し、この変換された正弦波信号を基に磁極位置情報を得ている。固定子巻線に逆起電力が誘起されるのは回転子が回転している時に限られるため、停止している時には磁極位置情報が得られない。そこで、起動時にはモータを同期機として起動する同期運転方式を採用する。すなわち、モータを起動するには、始動シーケンスに基づいて、まず、任意の励磁パターンの駆動信号により一定期間励磁して、回転子を励磁パターンに対応した位置に移動させることによって位置を確定させ、次に任意の転流信号を与えて励磁パターンを切換えることにより回転子を回転させる。そして、回転子の回転にともない固定子巻線に発生する逆起電力が十分に得られ、位相遅れが９０度付近に達するまで回転を上昇させた後、逆起電力から磁極位置が検出され適当な転流が継続的に行われることによりモータを運転させるものである。

起動時に回転子の磁極位置を無視して電圧を印加すると、起動時に大きな電流が流れることになるため、起動時にモータに印加する電圧パルスのデューティ比を制御することによって電圧を制御するパルス幅変調を採用し、このデューティ比と同期運転のための転流信号の周波数とを時間とともに一定の傾きに沿って増加させるようにしている。

ところが、この逆起電力は回転子の回転数に比例し、回転子の回転が低速な場合は逆起電力が小さく磁極位置の検出が困難であるため、逆起電力の検出可能レベルまで回転子の回転速度を上昇させなければ、センサレス運転へ移行できない。そのため、始動シーケンスとして、同期運転によって励磁パターンをオープンループで次々と切換えていき、逆起電力の検出可能な回転速度を得てセンサレス運転に制御を移行している。

そして、センサレス運転を始めてから正常にモータが運転されているかの判定を行い、正常であると判定されれば、センサレス運転を継続し、正常でないと判定されれば前記の同期運転による起動動作を再び繰り返していた。

特開２００１−１５６４７８号公報 特開平２−１９７２９１号公報

このような従来の構成では、磁気センサーを搭載する場合は、室外側ブラシレスＤＣモータの内蔵する磁気センサーと制御装置を長い中継リード線で接続するため、センサー信号の中継リード線がノイズの影響を受け易く、誤動作しやすくなるとともに、磁気センサーの使用温度範囲による設置場所の温度条件の制約があり、また、熱交換型冷却機内の配線作業も複雑で手間がかかり、高コストの冷却機になるという課題があった。また、位置センサレス駆動のブラシレスＤＣモータの場合は、逆起電力による磁極位置検出方法では、磁極位置が安定して得られるには位相遅れが９０度付近になるまで回転数を上昇させることが余儀なくされ、起動時間が長くなる。また、起動時間を短くするために、転流信号の周波数を高くして起動すると、モータが脱調してしまい起動できなくなるばかりか、起動判定が同期運転から位置センサレス運転に移行した後に行われるので、同期運転中にすでに脱調を引き起こしていたとしても検出することができず、過大な電流がスイッチング素子を流れることになりスイッチング素子の破壊やモータの回転子を減磁させてしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、位置センサレス制御において同期運転から位置センサレス運転への移行を安定的に切換えることができ、起動時間を短縮できるとともに同期運転中における脱調を検出し、すばやい再起動を可能とし、低コストで信頼性の高いブラシレスＤＣモータの制御装置を実現することを目的としている。

本発明のブラシレスＤＣモータの制御装置は、上記目的を達成するために、直流電源に接続されたインバータ回路を介してブラシレスＤＣモータが接続され、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流の変化率に基づいてブラシレスＤＣモータの磁極位置を検出し、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位置センサレス運転をするブラシレスＤＣモータの制御装置であって、前記電流の転流周期の２点における電流値の比に基づいてあらかじめ記憶した前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧の位相から現在の位相を推定する位相推定手段と、強制的にスイッチング素子をオン／オフして通電相を切換えて起動する同期運転手段と、同期運転から位置センサレス運転への切換えを行う運転切換え手段を備え、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に同期運転を行い同期運転中に位相推定手段により推定した位相が回転子が同期状態にあると判断できる位相に達したときに同期運転から位置センサレス運転へ切り替えるようにしたものである。

これにより、同期運転中においてインバータ回路に供給される電流の変化率に基づいて磁極位置を検出でき、同期運転中に回転子が同期状態にあるか否かを推定することができ、位置センサレス運転へ移行するまでの時間を短くすることができるので、起動時間の短縮が図れる。

また、他の手段は、前記運転切換え手段は、同期運転から位置センサレス運転に切換えられた後、電流の変化率が安定したと判断されるまでの間、モータの駆動電圧を同期運転終了時のまま一定に保ち同じ電流変化率が連続して得られた時以降目標回転数になるようにモータ電圧を変更することを特徴とするである。

これにより、同期運転から位置センサレス運転に切換えた瞬間に急激なトルク変動を与えることなく安定して位置センサレス運転を継続し目標回転数に制御できるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

また、他の手段は、前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が進み位相側の第１のしきい値をした回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の始動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも小さな電圧を与えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置としたものである。

これにより、同期運転中に進み位相で同期状態でない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも高くすることにより起動失敗を防ぐことができるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

また、他の手段は、前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が遅れ位相側の第２のしきい値を上回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の起動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも大きな電圧を与えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置としたものである。

これにより、同期運転中に遅れ位相で同期状態でない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも低くすることにより起動失敗を防ぐことができるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

また、他の手段は、ブラシレスＤＣモータの制御装置を換気送風装置、例えば、熱交換型冷却機に搭載したものである。
これにより同期運転からセンサレス運転に切換えるまでの過程を円滑・良好に行うとともに、起動時における脱調をすばやく検出し、再起動を行うことによりブラシレスＤＣモータの駆動の信頼性を高めるブラシレスＤＣモータの制御装置を搭載した換気送風装置、例えば、熱交換型冷却機が提供できる。

本発明によれば、位置センサレス制御において同期運転から位置センサレス運転への移行を安定的に切換えることができ、起動時間を短縮できるとともに同期運転中における脱調を検出し、すばやい再起動を可能とし、低コストで信頼性の高いブラシレスＤＣモータの制御装置を提供できる。

また、このような効果のあるブラシレスＤＣモータの制御装置を使用した換気送風装置、例えば、具体的に熱交換型冷却機を提供できる。

本発明の実施の形態１のブラシレスＤＣモータの制御装置のブロック図 同位置推定方法の説明図（（ａ）目標位相時の電流波形を示す図、（ｂ）進み位相時の電流波形を示す図、（ｃ）遅れ位相時の電流波形を示す図） 同位相と電流変化率を示す相関特性図（（ａ）電流変化率と位相の関係を示す図、（ｂ）簡略化した電流変化率と位相の関係を示す図） 本発明の実施の形態１の始動シーケンスおよび同期運転時の周波数とモータ印加電圧の時間変化の説明図（（ａ） 始動シーケンスを示す図、（ｂ）同期運転時の周波数とモータ印加電圧の時間変化を示す図） 本発明の実施の形態２の運転切換え手段の動作の説明図（（ａ）同期運転終了前後の周波数とモータ印加電圧の時間変化を示す図、（ｂ）同期運転終了前後の電流波形を示す図） 本発明の実施の形態３の運転切換え手段の動作の説明図（（ａ）周波数とモータ印加電圧の時間変化を示す図、（ｂ）同期運転終了前後の電流波形を示す図） 本発明の実施の形態５の運転切換え手段の動作の説明図 本発明の実施の形態６の運転切換え手段の動作の説明図（（ａ） 進み位相を示す図、（ｂ）遅れ位相を示す図） 本発明の実施の形態７の運転切換え手段の動作の説明図 本発明の実施の形態８の運転切換え手段の動作の説明図 本発明の実施の形態９のブラシレスＤＣモータの制御装置を搭載した熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図 従来の熱交換型冷却機の構造を示す概略断面図

本発明の請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、直流電源に接続されたインバータ回路を介してブラシレスＤＣモータが接続され、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流の変化率に基づいてブラシレスＤＣモータの磁極位置を検出し、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位置センサレス運転をするブラシレスＤＣモータの制御装置であって、前記電流の転流周期の２点における電流値の比に基づいてあらかじめ記憶した前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧の位相から現在の位相を推定する位相推定手段と、強制的にスイッチング素子をオン／オフして通電相を切換えて起動する同期運転手段と、同期運転から位置センサレス運転への切換えを行う運転切換え手段を備え、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に同期運転を行い同期運転中に位相推定手段により推定した位相が回転子が同期状態にあると判断できる位相に達したときに同期運転から位置センサレス運転へ切り替えるものであり、位置センサレス運転へ移行するまでの時間を短くすることができるので、起動時間の短縮が図れるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

本発明の請求項２記載の発明は、前記運転切換え手段は、同期運転から位置センサレス運転に切換えられた後、電流の変化率が安定したと判断されるまでの間、モータの駆動電圧を同期運転終了時のまま一定に保ち同じ電流変化率が連続して得られた時以降目標回転数になるようにモータ電圧を変更するものであり、同期運転から位置センサレス運転に切換えた瞬間に急激なトルク変動を与えることなく安定して位置センサレス運転を継続目標回転数に制御できるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

本発明の請求項３記載の発明は、前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が進み位相側の第１のしきい値をした回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の始動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも小さな電圧を与えるものであり、同期運転中に進み位相で同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも高くすることにより起動失敗を防ぐことができるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

本発明の請求項４記載の発明は、前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が遅れ位相側の第２のしきい値を上回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の起動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも大きな電圧を与えるものであり、同期運転中に遅れ位相で同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも低くすることにより起動失敗を防ぐことができるブラシレスＤＣモータの制御装置が得られる。

本発明の請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明において、ブラシレスＤＣモータの制御装置を換気送風装置、例えば、熱交換型冷却機に搭載したものであり、同期運転からセンサレス運転に切換えるまでの過程を円滑・良好に行うとともに、起動時における脱調をすばやく検出し、再起動を行うことによりブラシレスＤＣモータの駆動の信頼性を高められるという効果を有する。

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、インバータ回路１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２は回転子３と固定子４から構成され、固定子４には電気角で１２０度の位相差を持つように固定子巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が配置される。直流電源５とスイッチング素子の間には、図示するように直流電源５の出力電流を検出する電流検出抵抗６を配置する。

電流検出抵抗６の端子間電圧をマイクロコンピュータ７に内蔵されているＡ／Ｄ変換器８に入力する。位相推定手段９はＡ／Ｄ変換器８でデジタル化した電流値から電流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インバータ回路１に供給される電流の電流変化率と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電圧との位相関係から、位相を推定する。

転流タイミング決定手段１０は、位相推定手段９から得られた位相と目標位相を比較し、位相差に基づいてモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−を出力する。ドライブ回路１１は転流タイミング決定手段１０から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をそれぞれ１２０度毎に通電して駆動されている。

位相推定手段９、転流タイミング決定手段１０、ドライブ回路１１、同期運転手段１２、運転切換え手段１３はマイクロコンピュータ７に内蔵されている。

制御装置１４は、インバータ回路１、電流検出抵抗６、マイクロコンピュータ７からなる。

次に位相推定方法について説明する。図２（ａ）は位置センサレス運転している時の１２０度通電における電流波形を示している。図において、転流周期の任意の２点、すなわちＩ１、Ｉ２における電流値をＡ／Ｄ変換し、Ｉ１の電流値に対してＩ２の電流値の比を電流変化率Ｉｈｉとして、式１により求める。

Ｉｈｉ＝Ｉ２の電流値／Ｉ１の電流値・・・（式１）
トルクを一定にして、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電圧との位相を例えば−３０度から３０度まで変化させた時の電流変化率を式１により求めると、図３（ａ）のような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係が得られる。この位相関係から、演算処理の負担を軽減するために、図３（ｂ）に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係に簡略化し、これをあらかじめ記憶しておく。したがって、式１で得られた電流の変化率から図３（ｂ）を用いて現在の位相を得ることができる。

図２（ｂ）は、目標とする位相に対して転流タイミングが早い時の電流波形を示している。この場合において、式１により得られた電流変化率Ｉｈｉを１．２２３とすると、図３（ｂ）から−５度の位相であると推定でき、目標位相を０度とすると、目標位相に対す
る位相差は−５度であり、目標位相に対して進み位相であると判別できる。その位相差に応じて、次回の転流タイミングを遅らすことによって、電流波形を破線に近づけ、目標位相での運転を可能にする。

一方、図２（ｃ）は、目標とする位相に対して転流タイミングが遅い時の電流波形を示している。破線は目標としている位相の場合の電流波形を示している。この場合において、式１により得られた電流変化率Ｉｈｉを１．２５５とすると、図３（ｂ）から５度の位相であるいと推定でき、目標位相を０度とすると、目標位相に対する位相差は５度であり、目標位相に対して遅れ位相であると判別でき、その位相差に応じて、次回の転流タイミングを早めることによって、電流波形を破線の波形に近づけ、目標位相での運転を可能とする。

次にモータ始動から位置センサレス運転までの制御方法について説明する。同期運転手段１２は、図４（ａ）に示す始動シーケンスのようにモータ始動時に一定期間励磁パターン１)にて所定位置に回転子を位置決めさせ、次に励磁パターン２)に切換えて所定の回転方向に回転子を回転させる。

以降、図４（ｂ）に示すようにモータに印加する電圧パルスのデューティと転流周波数を時間とともに一定の傾きにしたがって増加させて回転数を上昇させる。例えば、電圧パルスのデューティを１０、１１、１２、１３、１４％というように増加させ、転流周波数を８、１２、１６、２０、２３Ｈｚというように上昇させる。

運転切換え手段１３は、所定時間経過後にインバータ回路に供給される電流の変化率によって得られる位相に基づいて転流タイミングを制御するように位置センサレス運転へ切換える。例えば、所定時間として３秒間、スイッチング信号Ｖ＋、Ｕ−をオンし、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンさせて固定子巻線に磁界を発生させ、その磁界で安定する位置に回転子を位置決めさせる。例えば、所定時間経過として３秒経過した後、スイッチング信号をＷ＋、Ｕ−をオンとし、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンさせて回転磁界を回転方向に切換え、回転子を回転方向へ回転させる。

同期運転中の電流の変化率をその転流周波数に対して任意の２点すなわちＩ１、Ｉ２における電流値をＡ／Ｄ変換し、Ｉ１の電流値に対してＩ２の電流値の比を電流変化率Ｉｈｉとして式１により求める。例えば、同期運転終了時の電流変化率Ｉｈｉが１．２３０であったとすると、図３（ｂ）から推定される位相は０度となり、目標位相を０度とすると、目標位相に対する位相差は０度であり、位相差がないことが判断できる。また、電流変化率Ｉｈｉが１．２５５である時は同様にして推定される位相は５度となり、目標位相に対する位相差は５度であり、目標位相に対して遅れ位相であると判断できる。一方、電流変化率Ｉｈｉが１．２２３である時は同様にして推定される位相は−５度となり、目標位相に対する位相差は−５度であり、目標位相に対して進み位相であると判断できる。

目標位相に対して遅れ位相である時は、次回の転流タイミングを同期運転終了時の周期期に対して早めるように補正し、目標位相に対して進み位相である時は同期運転の終了時対して遅らすように補正することにより、目標位相での運転を可能とし、位置センサレス運転へ安定して移行できる。

これによって、同期運転中においてもインバータ回路に供給される電流の変化率に基づいて転流周期毎に磁極位置を推定することが可能となり、推定した位相が目標位相に対して大きくずれが生じていなければ、回転子が同期状態にあり、同期運転から位置センサレス運転へ脱調させることなく切換えることができる。
また、本実施例のように、発熱体が携帯基地局のような場合には、直流電源は２４Ｖや４８Ｖのような低圧の直流電源の場合が多く、その場合は、電流が多い状態で駆動されるので、電流検出の信頼性が高くなり、位相推定の精度もさらに高くなる。

なお、本実施例においては、１２０度通電方式における電流変化率によるセンサレス駆動の方法を説明したが、通電方式は１２０度通電である必要はなく、１５０度でも１８０度でもその他の通電方式でもよく、その作用効果に差異を生じない。

また、あらかじめ記憶する位相を−３０度から３０度の範囲としたが、モータに合わせて設定すればよく、その作用効果に差異を生じない。

また、同期運転時に周波数とモータ印加電圧を時間とともに一定の傾きで増加させたが、これは個々のモータ特性に合わせればよく、一定の傾きによって増加させる必要はなく、その作用効果に差異は生じない。

（実施の形態２）
実施の形態１と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する同期運転中は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電圧のタイミングが回転子の位置によらず固定子巻線に通電を行って回転磁界を発生させているため、誘起電圧と固定子巻線に印加する電圧の通電切換えタイミングが必ずしも回転子を回転させるのに効率よく、適切なタイミングになっているとは限らず、位置センサレス運転に比べてモータ電流値が大きくなり、遅れ位相の波形となる。

これにより、同期運転から位置センサレス運転へ切換えた直後にモータ電圧値を増加させると、通電切換えタイミングが回転速度に対する適切なタイミングからさらに遅れることになり、脱調を引き起こしてしまう。

図５は、同期運転終了前後におけるモータ印加電圧の時間変化と電流検出抵抗に流れる電流波形を示している。図５（ｂ）に示す通り同期運転から位置センサレス運転に切換えると位相関係が大きく変化し、トルク変動が生じる。このため電流の変化も大きくなり、電流変化率から推定される位相も大きく変化することになる。このトルク変動による影響を軽減するため、同期運転から位置センサレス運転に切換えた直後は同期運転終了時の電圧値に保ち、電流の変化率がほぼ一定になるまでの間、電圧を一定に保つように制御する。

例えば、同期終了時の電圧が５Ｖ、電流変化率が１．２７０であった時、位置センサレス運転に切換えてからの電流変化率はそれぞれ１．２５５、１．２４０、１．２４０、１．２４０とする。連続して３回同じ電流変化率が得られた時、安定して位置センサレス運転ができていると判断し、これ以降、目標回転数になるようにモータ電圧を変更するように制御を働かす。

これによって、同期運転から位置センサレス運転に切換えた瞬間に急激なトルク変動を与えることなく安定して位置センサレス運転を継続できる。

なお、本実施例では、電流の変化率をもとに安定していると判断しているが、電流の変化率から得られる推定位相をもとにして判断しても、その作用効果に差異を生じない。

（実施の形態３）
実施の形態１、２と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。図６は、同期運転中の周波数、モータ印加電圧の時間変化と電流検出抵抗に流れる電流波形を示している
。図に示す通り電流の変化率があらかじめ定められた変化率に到達したときに同期運転を終了し、位置センサレス運転に切換えるようにする。

例えば、電流変化率を１．２５０〜１．２５９の範囲、すなわち目標位相を遅れ５度とした時、同期運転中に電流変化率が１．２１５、１．２２３、１．２４０、１．２５５、１．２５５、１．２５５と変化した場合、得られた電流変化率が３回連続して１．２５５となり、推定位相は遅れ５度となる。目標位相との差が０度で転流信号周期との位相差がなくなったと判断し、これ以降、位置センサレス運転へ切換えて運転を継続する。

これによって、同期運転させるための転流信号周期と、位置センサレス運転させるための転流信号周期との位相差がなくなった時に同期運転から位置センサレス運転へ移行ができるため位置センサレス運転へ移行するまでの時間を短くすることができるので、起動時間の短縮が図れる。

（実施の形態４）
実施の形態１乃至３と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。同期運転中は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電圧のタイミングが回転子の位置によらず固定子巻線に通電を行って回転磁界を発生させているため、誘起電圧と固定子巻線に印加する電圧の通電切換えタイミングが必ずしも回転子を回転させるのに効率よく、適切なタイミングになっているとは限らず、位置センサレス運転に比べてモータ電流値が大きくなり、遅れ位相の波形となることから、同期運転と位置センサレス運転時の電流の変化率を変えて、それぞれの運転毎に目標位相をもつことによって、同期運転から位置センサレス運転へ切換時の脱調を軽減するとともに、位置センサレス運転時の安定性を向上できる。

例えば、同期運転時は電流の変化率を１．２６８〜１．２７７の範囲、すなわち目標位相を遅れ１５度とし、位置センサレス運転時は電流変化率を１．２２５〜１．２５０の範囲、すなわち目標位相を０度とする。同期運転中の回転子と回転磁界との位置関係から遅れ位相となることから、これにより、同期運転では目標位相を遅れ位相とし、位置センサレス運転ではモータを効率よく運転させるために回転子と回転磁界との位置関係から同期運転中の目標位相から変更することができる。

これによって、同期運転から位置センサレス運転へ切換える時のトルク変動を抑えることができるとともに位置センサレス運転で運転している時の安定性を向上できる。

（実施の形態５）
実施の形態１乃至４と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。図７は、同期運転中に脱調・軸拘束等により回転していない時の電流検出抵抗に流れる電流波形を示す。この時の電流波形は相似形の波形が連続しており、電流の変化率は同じ傾向にある。

例えば、同期運転中に、電流の変化率が１．１８８、１．１８６、１．１８７、１．１８５、１．１８５、１．１８５と得られた時、電流の変化率から推定される位相は進み３０度である。連続して同じ電流変化率、すなわち同じ推定位相が得られた時は、脱調していると判断でき、同期運転を終了し、再度始動シーケンスをやりなおすことができる。

これによって、同期運転中において回転していないなど同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、起動後比較的早い段階で始動シーケンスをやり直すことができる。

（実施の形態６）
実施の形態１乃至５と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。図８は、同期運転中において回転磁界と回転子の位置が適切ではなく、回転子の位置に対して回転磁界が進みまたは遅れ位相の時の電流検出抵抗に流れる電流波形を示す。

電流の変化率に対してあらかじめ定められた第１のしきい値と第２のしきい値を設け、同期運転中に電流の変化率があらかじめ定められた第１のしきい値を下回った時、または、第２のしきい値を上回った時は、脱調と判断し、同期運転を終了し、再度始動シーケンスをやりなおすようにしたものである。

例えば、第１のしきい値を１．１９６、第２のしきい値を１．２８７とした時、図８（ａ）に示すように同期運転中において進み位相の時は、電流変化率が１．２１０、１．２００、１．１９５、１．１９０、１．１８５、１．１８０の時、第１のしきい値を連続して３回下回っており、進み位相で脱調していると判断できる。一方、図８（ｂ）に示すように同期運転中において遅れ位相の時は、電流変化率が１．２７０、１．２８０、１．２８５、１．３００、１．３５０、１．４００の時、第２のしきい値を連続して３回上回っており、遅れ位相で脱調していると判断できる。

これによって、同期運転中に進み位相または遅れ位相で同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、起動後比較的早い段階で始動シーケンスをやり直すことができる。

（実施の形態７）
実施の形態１乃至６と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。同様にして、同期運転中に電流の変化率が第１のしきい値を下回り、再度始動シーケンスをやりなおす際に、前回の始動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも小さな電圧を与えることとする。

例えば、同期運転中のモータに印加する電圧を図９に示す。このように、第１のしきい値を下回り、再度始動シーケンスをやりなおす際は、前回の始動シーケンス時よりも印加よりも印加電圧を小さくするよう制御を行う。

前回の始動シーケンスにおいて最初にモータに印加する電圧が１５Ｖであった時は、２Ｖ電圧を下げて１３Ｖの電圧を印加する。以降、前回の同期運転中の印加電圧に対して２Ｖ電圧を下げるようにしてモータ印加電圧の制御を行う。

これによって、同期運転中に進み位相で同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも小さくすることにより起動失敗を防ぐことができる。

（実施の形態８）
実施の形態１乃至７と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。同様にして、同期運転中に電流の変化率が第２のしきい値を上回り、再度始動シーケンスをやりなおす際に、前回の始動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも大きな電圧を与えることとする。

例えば、同期運転中のモータに印加する電圧を図１０に示す。このように、第２のしきい値を上回り、再度始動シーケンスをやりなおす際は、前回の始動シーケンス時よりも印加電圧を高くするように制御を行う。

前回の始動シーケンスにおいて最初にモータに印加する電圧が１５Ｖであった時は、２Ｖ電圧を上げて１７Ｖの電圧を印加する。以降、前回の同期運転中の印加電圧に対して２Ｖ電圧を上げるようにしてモータ印加電圧の制御を行う。

これによって、同期運転中に遅れ位相で同期状態にない、すなわち脱調していることを検出できるので、再起動時に前回の起動時に印加したモータ電圧よりも高くすることにより起動失敗を防ぐことができる。

（実施の形態９）
実施の形態１乃至８と同一部分は同一符号を附し詳細な説明は省略する。図１１に示すように、ブラシレスＤＣモータの制御装置を熱交換型冷却機に搭載したものである。

図において、室外側のブラシレスＤＣモータ２は、室外側送風機１５を回転させることにより、携帯電話の交換基地局等の発熱体収納箱１６が設置された周囲の外気を、熱交換型冷却機１７の下部の外気吸込口１８より吸い込み、熱交換素子１９を通過させた後、熱交換型冷却機１７の上部の外気吐出口２０より吐き出している。室内側のブラシレスＤＣモータ２１は、室内側送風機２２を回転させることにより、発熱体収納箱内部の熱せられた内気を、熱交換型冷却機１７の上部の内気吸込口２３より吸い込み、熱交換素子１９を通過させた後、熱交換型冷却機１７の下部の内気吐出口２４より吐き出している。室外側送風機１５の回転による外気の動きを実線の矢印で、室内側送風機２２の回転による室内空気の動きを破線の矢印で示している。熱交換素子１９内を冷えた外気と熱せられた室内空気が通過するときに熱交換され、外気は熱せられて大気中に排出され、室内空気は冷やされて室内側に還流されるので、発熱体収納箱１６内の冷却が可能になる。

熱交換素子１９内では外気風路と内気風路は遮断されており、熱交換型冷却機１７の内気風路内に外気風路の空気が流入することは無い。熱交換型冷却機１７の内気風路内に設置された制御ボックス２５は、内部に室外側のブラシレスＤＣモータ２を駆動するための制御装置１４が設置されている。制御装置１４には、発熱体収納箱１６内に設置された低圧の直流電源５より、低圧の直流電力が供給され、制御装置１４から室外側のブラシレスＤＣモータ２を駆動している。

ブラシレスＤＣモータ２とは動力リード線２６で接続されている。又、制御ボックス２５内には、室内側のブラシレスＤＣモータ２１を駆動する室内側インバータ回路（図示せず）も備え、室内側送風機２２を運転している。

これによって、ブラシレスＤＣモータをセンサレス駆動させるとともに、同期運転から位置センサレス運転への移行を安定的に切換えることができ、起動時間を短縮できるとともに同期運転中における脱調を検出し、すばやい再起動を可能とし、低コストで信頼性の高いブラシレスＤＣモータの制御装置を搭載した換気送風装置、例えば、熱交換型冷却機ができる。

なお、本実施例において、ブラシレスＤＣモータの制御装置を熱交換型冷却機に搭載した例を示したが、換気扇やレンジフード等の換気送風装置に搭載しても良く、その作用効果に差異は生じない。

インバータ回路に供給される電流の電流変化率に基づいてブラシレスＤＣモータをセンサレス駆動している例を示したが、１２０度通電の他に１５０度通電または１８０度通電によるセンサレス駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置などの用途にも適用できる。

１ インバータ回路
２ ブラシレスＤＣモータ
３ 回転子
４ 固定子
５ 直流電源
６ 電流検出抵抗
７ マイクロコンピュータ
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 位相推定手段
１０ 転流タイミング決定手段
１１ ドライブ回路
１２ 同期運転手段
１３ 運転切換え手段
１４ 制御装置

Claims (5)

1. 直流電源に接続されたインバータ回路を介してブラシレスＤＣモータが接続され、前記直流電源からインバータ回路に供給される電流の変化率に基づいてブラシレスＤＣモータの磁極位置を検出し、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位置センサレス運転をするブラシレスＤＣモータの制御装置であって、前記電流の転流周期の２点における電流値の比に基づいてあらかじめ記憶した前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧の位相から現在の位相を推定する位相推定手段と、強制的にスイッチング素子をオン／オフして通電相を切換えて起動する同期運転手段と、同期運転から位置センサレス運転への切換えを行う運転切換え手段を備え、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に同期運転を行い同期運転中に位相推定手段により推定した位相が回転子が同期状態にあると判断できる位相に達したときに同期運転から位置センサレス運転へ切り替えるブラシレスＤＣモータの制御装置。
2. 前記運転切換え手段は、同期運転から位置センサレス運転に切換えられた後、電流の変化率が安定したと判断されるまでの間、モータの駆動電圧を同期運転終了時のまま一定に保ち同じ電流変化率が連続して得られた時以降目標回転数になるようにモータ電圧を変更することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
3. 前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が進み位相側の第１のしきい値をした回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の始動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも小さな電圧を与えることを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
4. 前記運転切換え手段は、同期運転中に電流の変化率が遅れ位相側の第２のしきい値を上回り、脱調と判断した場合、再度始動シーケンスをやりなおす際に前回の起動シーケンスにおけるモータ印加電圧よりも大きな電圧を与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つ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。

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