JP2001037279A

JP2001037279A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2001037279A
Application number: JP11210931A
Authority: JP
Inventors: Masami Hirata; 雅己平田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP3500328B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な演算を行うことなく簡単な構成で、永
久磁石モータに対する通電位相を最適に補正することが
できると共に、永久磁石モータを低振動且つ低騒音で駆
動する。【解決手段】パルス発生回路１１は、位置信号Ｈｕ〜
Ｈｗの変化周期Ｔ内に３２個のクロックパルスＣＫを発
生し、位相推定回路１２は、そのクロックパルスＣＫの
数を位置信号Ｈｕの立上がりエッジを基準としてカウン
トし、永久磁石モータ６の回転子６Ｒの位相を推定す
る。電圧信号形成回路１３は、その詳細な回転子６Ｒの
位相に応じて正弦波の振幅率を有する電圧信号ＶSIN を
形成し、その電圧信号ＶSIN に基づいた通電信号波形を
駆動信号形成回路１４より出力する。そして、位相補正
回路９は、位置信号Ｈｕの立上がりエッジにおいて位相
推定回路１２のカウンタに位相補正値ＰC をセットして
通電位相を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばファンやポ
ンプ等を負荷とする永久磁石モータを駆動制御するため
のインバータ装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種のインバータ装
置における駆動方式の１つに、永久磁石モータたるブラ
シレスモータの回転子の位置を検出して位置信号を得
て、その位置信号に基づいて固定子巻線に対する通電位
相角（転流タイミング）を決定するものがある。斯様な
駆動方式では、位置信号の位相がモータの回転数や負荷
トルクなどに応じてずれるため、通電位相においてもず
れを生じ、モータの効率が低下してしまうという問題が
ある。

【０００３】この問題を解決する従来技術として、例え
ば特開平７−１１１７９５号公報に開示されているもの
がある。この従来技術では、モータの回転数及び負荷ト
ルクを検出し、それらの検出値に応じた補正位相値をマ
イクロコンピュータが記憶装置のデータマップより読み
出す。そして、その補正位相値に相当する時間を演算し
て通電切換信号の出力タイミングを補正することで、モ
ータを最適な位相で１２０°通電して駆動するようにし
ている。

【０００４】しかしながら、この従来技術においては、
補正位相値に相当する時間を得るためにマイクロコンピ
ュータが複雑な演算を行う必要があり、その演算を行う
ための制御プログラムを作成する必要がある。また、そ
の演算を行うために、マップを含む各種データを記憶す
るための記憶装置も必要となる。更に、位相を最適に補
正した場合でも、モータを矩形波によって１２０°通電
するため、振動や騒音が発生するという問題があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、複雑な演算を行うことなく簡単な構
成で、永久磁石モータに対する通電位相を最適に補正す
ることができると共に、永久磁石モータを低振動且つ低
騒音で駆動することができるインバータ装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のインバータ装置は、永久磁石モータ
を構成する回転子の回転位置に応じ、複数相の固定子巻
線に発生する誘起電圧に対して一定の位相関係を有する
位置信号を出力する位置信号出力手段と、前記位置信号
の変化周期を測定する周期測定手段と、前記変化周期内
に複数個のクロックパルスを発生するパルス発生手段
と、前記クロックパルスの発生数をカウントするカウン
タを備え、前記位置信号の変化するタイミングを基準と
する前記カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の
位相を推定する位相推定手段と、前記タイミングにおい
て、前記カウンタに補正値をセットして前記回転子の位
相を補正する位相補正手段と、前記回転子の位相に応じ
て所定の電圧信号を形成する電圧信号形成手段と、ＰＷ
Ｍ信号の搬送波を発生する搬送波発生手段と、前記電圧
信号の信号レベルと前記搬送波の信号レベルとを比較し
て、駆動信号を形成する駆動信号形成手段と、前記駆動
信号に基づいて、前記複数相の固定子巻線に通電する駆
動手段とを備えてなることを特徴とする。

【０００７】斯様に構成すれば、パルス発生手段は、位
置信号の変化周期内に複数個のパルスを発生し、位相推
定手段は、パルス発生手段が発生するクロックパルス数
をカウンタによってカウントする。そして、位置信号の
変化するタイミングを基準とするカウンタのカウント値
に基づいて回転子の位相を推定し、電圧信号形成手段
は、回転子の位相に応じた所定の電圧信号を形成する。

【０００８】即ち、回転子の位相を位置信号の変化周期
よりも詳細な分解能で得ることができるので、電圧信号
形成手段は、その詳細な回転子の位相に応じて、永久磁
石モータに発生する振動，騒音などを１２０°通電信号
よりも抑制することが可能となる電圧信号を形成するこ
とができる。また、位相補正手段は、位置信号の基準タ
イミングにおいて、カウンタに補正値をセットすること
で位相を補正するので、複雑な演算を行ったりデータを
記憶するための記憶装置を用いることなくして、適切な
転流タイミングで固定子巻線に通電を行うことができ
る。

【０００９】この場合、請求項２に記載したように、電
圧信号形成手段によって形成される電圧信号を正弦波状
とするのが好適であり、斯様に構成すれば、永久磁石モ
ータに発生する振動，騒音などを極力抑制することがで
きる。

【００１０】また、請求項３に記載したように、永久磁
石モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じた電
圧信号を出力する回転数検出手段と、この回転数検出手
段によって出力される電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換手段とを備え、位相補正手段を、前記Ａ／Ｄ変換手
段によって出力されるデジタルデータを補正値とするよ
うに構成しても良い。斯様に構成すれば、位相補正手段
は、永久磁石モータの回転数に応じて変動する位相のず
れを補正することができる。また、電圧信号のＡ／Ｄ変
換値を直接補正値としてカウンタにセットすることによ
り、演算が不要となり構成が簡単になると共に、補正処
理を短時間で行うことができる。

【００１１】更に、請求項４に記載したように、永久磁
石モータのトルクを検出し、検出したトルクに応じた電
圧信号を出力するトルク検出手段と、このトルク検出手
段によって出力される電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換手段とを備え、位相補正手段を、前記Ａ／Ｄ変換手
段によって出力されるデジタルデータを補正値とするよ
うに構成すると良い。

【００１２】斯様に構成すれば、永久磁石モータのトル
ク検出レベルに応じた電圧信号のＡ／Ｄ変換値が、補正
値として位相推定手段のカウンタにセットされるので、
永久磁石モータのトルク変動に応じて位相を補正するこ
とができる。

【００１３】この場合、請求項５または６に記載したよ
うに、永久磁石モータの回転数を検出し、検出した回転
数に応じた電圧信号を出力する回転数検出手段と、この
回転数検出手段によって出力される電圧信号と、トルク
検出手段によって出力される電圧信号とを加算する加算
手段（請求項５）、または、回転数検出手段によって出
力される電圧信号とトルク検出手段によって出力される
電圧信号とを比較して、信号レベルの高い方を選択して
出力する信号選択手段（請求項６）とを備え、Ａ／Ｄ変
換手段を、前記加算手段（請求項５）または前記信号選
択手段（請求項６）によって出力される電圧信号をＡ／
Ｄ変換するように構成しても良い。斯様に構成すれば、
永久磁石モータのトルク及び回転数の両方を同時に考慮
して補正値を決定し、通電位相を補正することができ
る。

【００１４】また、この場合、請求項７乃至１０に記載
したように、トルク検出手段を、駆動手段に駆動用電源
として供給される直流電源の電流を検出する電流検出手
段と、この電流検出手段によって検出される電流値をサ
ンプル処理して電圧信号を出力する電流値処理手段とで
構成し（請求項７）、具体的には、電流値処理手段を、
電流検出手段によって検出される電流値を平均値処理す
る（請求項８）、また、サンプルホールド処理する（請
求項９）、また、ピークホールド処理する（請求項１
０）ように構成すると良い。

【００１５】即ち、直流電源の電流値は永久磁石モータ
の負荷トルクに比例する。また、このような直流電源
は、通常交流電源を整流して生成されるため電流値の検
出レベルは常に変動する。従って、その電流値の検出信
号を、例えば平滑回路などにより平均値処理したり（請
求項８）、また、サンプルホールド回路によりサンプル
ホールド処理したり（請求項９）、或いは、ピークホー
ルド回路によりピークホールド処理する（請求項１０）
ことで、直流電源電流の検出レベルを適切にサンプル処
理してＡ／Ｄ変換し、位相補正手段に出力することがで
きる。

【００１６】以上において、請求項１１に記載したよう
に、電圧信号形成手段を、所定の比率をもって直列接続
され、所定の電圧を分圧する複数の抵抗と、位相推定手
段でのカウント値に応じて前記複数の抵抗の接続点を選
択することにより所定の電圧信号を出力する選択回路と
で構成しても良い。

【００１７】斯様に構成すれば、電圧信号選択手段の選
択回路は、位相推定手段でのカウント値に応じて、直列
接続された複数の抵抗の接続点を選択して所定の電圧信
号を出力する。即ち、複数の抵抗の各接続点において
は、夫々の抵抗値の比率に応じた分圧電位が得られる。
従って、位相推定手段より得られる回転子の詳細な位相
に基づいて抵抗の接続点を選択すれば、滑らかな電圧信
号波形を得ることができる。

【００１８】また、請求項１２に記載したように、永久
磁石モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じた
電圧信号を出力する回転数検出手段と、永久磁石モータ
の回転数を設定するために与えられる電圧指令と、前記
回転数検出手段によって出力される電圧信号との差に応
じた位相指令を出力する位相制御手段と、この位相制御
手段によって出力される位相指令をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換手段とを備え、位相補正手段を、前記Ａ／Ｄ変換
手段によって出力されるデジタルデータを補正値とする
ように構成しても良い。

【００１９】斯様に構成すれば、位相補正手段は、位相
制御手段により出力される位相指令がＡ／Ｄ変換された
デジタルデータを補正値とするので、電圧指令と回転数
検出手段より出力される電圧信号との差が極力縮小され
るように補正が行われるようになる。

【００２０】この場合、請求項１３に記載したように、
電圧指令を、外部より与えられる速度指令と、回転数検
出手段によって出力される電圧信号との差に応じて出力
する速度制御手段を備えるのが好ましい。斯様に構成す
れば、速度制御手段は、外部より与えられる速度指令
と、その速度指令に応じて永久磁石モータが駆動された
結果、回転数検出手段が出力する電圧信号との差に応じ
て電圧指令を設定するので、両者の差が補正値に反映さ
れることにより、永久磁石モータの回転数を外部より与
えられる速度指令に極力一致させるように制御すること
ができる。

【００２１】加えて、以上において、請求項１４に記載
したように、位相補正手段を、Ａ／Ｄ変換手段によって
出力されるデジタルデータが大であるほど補正値を大に
設定するように構成すると良い。即ち、永久磁石モータ
の巻線に通電される電流の位相は、回転数が上昇した
り、負荷トルクが上昇するのに応じて遅れを生じる。従
って、回転数や負荷トルクの上昇を反映する前記デジタ
ルデータが大となるのに応じて、位相推定手段のカウン
タにセットされる初期値（補正値）を大とすることで、
通電信号が進み位相となるように補正することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て、図１乃至図８を参照して説明する。電気的構成を示
す図１において、直流電源１は、商用交流電源をダイオ
ードブリッジなどにより全波整流し、平滑コンデンサ
（何れも図示せず）により平滑して生成されたものであ
る。その直流電源１の正，負両端子は、直流母線２ａ，
２ｂを介してインバータ主回路（駆動手段）３の電源入
力端子に接続されている。

【００２３】インバータ主回路３は、６個のトランジス
タ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ及び４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを三相ブリッ
ジ接続して構成されており、各トランジスタ４のコレク
タ−エミッタ間には、フライホイールダイオード５Ｕ，
５Ｖ，５Ｗ及び５Ｘ，５Ｙ，５Ｚが接続されている。イ
ンバータ主回路３の出力端子３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、例え
ばブラシレスモータ等の永久磁石モータ６において、一
端がスター結線されている各相固定子巻線（以下、単に
巻線と称す）６Ｕ，６Ｖ，６Ｗの他方の端子に夫々接続
されている。

【００２４】また、永久磁石モータ６は、それらの巻線
６Ｕ，６Ｖ，６Ｗと所定の空隙を有するように配置さ
れ、永久磁石で構成される回転子６Ｒを有している。そ
して、永久磁石モータ６の内部には、回転子６Ｒの回転
位置を検出するために、ホールＩＣで構成される位置検
出器（位置信号出力手段）７（７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ）が配
置されている。そして、位置検出器７（７Ｕ，７Ｖ，７
Ｗ）によって出力される位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、
周期測定回路（周期測定手段）８，位相補正回路（位相
補正手段）９及び回転数検出回路（回転数検出手段）１
０に与えられている。

【００２５】位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、図２に示す
ように、各相巻線６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに発生する誘起電圧
Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの正半波期間がハイレベル，負半波期
間がロウレベルとなる信号に対して、例えば電気角で３
０°位相遅れとなる信号として出力されるように位置検
出器７Ｕ，７Ｖ，７Ｗが配置されている。

【００２６】周期測定回路８は、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，
Ｈｗの何れかの信号レベルが変化するタイミングである
立上がり，立下がりエッジを検出し、それらの出力間
隔、即ち変化周期Ｔ（図３（ｂ）参照）に相当する時間
をカウンタ（図示せず）によりカウントする。そして、
そのカウント値を周期データＴD としてパルス発生回路
（パルス発生手段）１１に出力するようになっている。
尚、前記カウンタのカウント周期は、変化周期Ｔに比較
して十分短くなるように設定されている。また、変化周
期Ｔは、電気角６０°に相当する。

【００２７】パルス発生回路１１は、例えばデジタルＰ
ＬＬ回路を応用した周波数逓倍回路として構成されてお
り、例えば、位置信号Ｈｕ〜Ｈｗの変化周期Ｔに応じた
周波数をｆとすると、その周波数ｆを３２逓倍した周波
数３２ｆ（周期Ｔ／３２）のクロックパルスＣＫを生成
して出力するようになっている（図３（ｃ）参照）。

【００２８】具体的には、例えば、周期測定回路８より
与えられた周期データＴD をラッチして５ビット右シフ
トし周期データＴD/32を得ると、その周期データＴD/32
を、周期測定回路８のカウンタと同じカウント周期でダ
ウンカウントする。そして、カウント値が０になった時
点でクロックパルスを発生して位相推定回路（位相推定
手段）１２に出力し、それと同時に、次に与えられた周
期データＴD をラッチしてシフトした後、ダウンカウン
タにセットする。以上の処理を繰り返すことで、周波数
３２ｆのクロックパルスＣＫが生成出力される。

【００２９】位相推定回路１２は、例えば位置信号Ｈｕ
の立上がりエッジを基準（カウント値“０”）としてク
ロックパルスＣＫの入力数をカウンタによりカウント
し、そのカウント値ＣＮＴを以て、永久磁石モータ６の
回転子６Ｒの詳細な回転位置（位相）を推定する。即
ち、カウント値“１”は、電気角６０°／３２＝１．８
７５°に相当することになる。従って、位相推定回路１
２は、“１９２”をカウントした時点で電気角３６０°
に達して（図３（ｄ）参照）、次周期の位置信号Ｈｕの
立上がりエッジが与えられることになる。位相推定回路
１２によってカウントされたカウント値ＣＮＴは、電圧
信号形成回路（電圧信号形成手段）１３に与えられるよ
うになっている。

【００３０】電圧信号形成回路１３は、例えばＲＯＭ及
びＤ／Ａ変換回路などで構成されており、図３（ｅ）に
示すように、正弦波の振幅率を有する電圧信号ＶSIN の
波形データが記憶されている。尚、電圧信号ＶSIN の交
流振幅の負の最大値がデータ“０”となるように、オフ
セットが加えられている。そして、位相推定回路１２よ
り与えられるカウント値ＣＮＴは、電圧信号ＶSIN の波
形データの読出しアドレスとして与えられ、回転子６Ｒ
の回転位置に応じた波形データが読み出されるようにな
っている。

【００３１】また、電圧信号形成回路１３には、外部よ
り電圧指令（図示せず）が与えられるようになってお
り、読み出された電圧信号ＶSIN の波形データ値には、
その電圧指令に応じた係数が乗じられるようになってい
る。そして、その波形データ値をＤ／Ａ変換したアナロ
グ電圧信号が駆動信号形成回路（駆動信号形成手段）１
４に出力されるようになっている。また、電圧信号形成
回路１３は、例えば、位置信号Ｈｕを基準としてＵ相に
対応する電圧信号ＶSIN の波形データ値を読み出すと、
その波形データ値を基準として１２０°，２４０°遅れ
位相に対応する波形データ値をＶ相，Ｗ相に対応する波
形データ値とする。そして、夫々をＤ／Ａ変換して駆動
信号形成回路１４に出力するようになっている。

【００３２】三角波発生回路（搬送波発生手段）１５
は、図３（ｅ）に示すように、ＰＷＭ信号の搬送波たる
三角波ＶTRを発生し、駆動信号形成回路１４に出力する
ようになっている。駆動信号形成回路１４は、コンパレ
ータなどで構成されており、電圧信号形成回路１３より
与えられる電圧信号ＶSIN のレベルと、前記三角波ＶTR
のレベルとを比較して、前者のレベルが高い場合にハイ
レベルとなるＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを出力する
（図３（ｆ）参照）。そのＰＷＭ信号は、フォトカプラ
などで構成される図示しないベースドライブ回路を介し
てインバータ主回路３のトランジスタ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ
にベース信号として与えられるようになっている。ま
た、トランジスタ４Ｘ，４Ｙ，４Ｚには、前記ベース信
号のレベルが反転されたものがベース信号として与えら
れる。

【００３３】一方、回転数検出回路１０は、位置信号Ｈ
ｕ〜Ｈｗの何れか１つについて、例えば１秒当たりの立
上がりエッジの出力回数を永久磁石モータ６の回転数と
してカウントし、その回転数に応じたレベルの電圧信号
Ｖf を加算回路（加算手段）１８に出力することでＦ／
Ｖ変換を行うようになっている。ここで、図４に示すよ
うに、永久磁石モータ６は回転数０〜６０Ｈｚの範囲で
運転されるものとし、出力電圧Ｖf の範囲は、その回転
数範囲に応じて、例えば０〜２．５Ｖでリニアに出力さ
れるように設定されている。回転数が６０Ｈｚを超えた
場合は、電圧Ｖf が２．５Ｖ一定で出力される。

【００３４】また、直流母線２ｂには、変流器などの電
流センサ（電流検出手段，トルク検出手段）１６が介挿
されており、電流センサ１６の検出信号は、ピークホー
ルド回路１７に与えられている。電流センサ１６によっ
て検出される直流電源電流は、交流電源を整流，平滑し
た電流（直流リンク電流）であるため、その検出信号Ｉ
L は、図５に示すように交流電源周波数でレベルが変動
している。ピークホールド回路（電流値処理手段，トル
ク検出手段）１７は、コンデンサやオペアンプなどで構
成される周知の回路であり、電流センサ１６の検出信号
のピークレベルＶp をホールドして加算回路１８に出力
するようになっている。

【００３５】ここで、図６に示すように、永久磁石モー
タ６は負荷トルク０〜１Ｎ・ｍの範囲で運転されるもの
とし、出力電圧ＶT の範囲は、その負荷トルク範囲に応
じて例えば０〜２．５Ｖでリニアに出力されるように設
定されている。また、負荷トルクが１Ｎ・ｍを超えた場
合は、ＶT が２．５Ｖ一定で出力される。

【００３６】加算回路１８は、オペアンプや抵抗などで
構成されており、回転数検出回路１０及びピークホール
ド回路１７より夫々出力される電圧信号レベルをアナロ
グ的に加算して、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手段）１
９に出力するようになっている。Ａ／Ｄ変換回路１９
は、加算回路１８より与えられるアナログ電圧信号をＡ
／Ｄ変換し、デジタルデータを位相補正回路９に出力す
るようになっている。ここで、図７に示すように、Ａ／
Ｄ変換回路１９は、入力信号の電圧範囲０〜５Ｖを５ビ
ットで変換し、“０”〜“３２”のデジタルデータを出
力する。

【００３７】位相補正回路９は、位置信号Ｈｕの立上が
りエッジをトリガとして、Ａ／Ｄ変換回路１９より出力
されるデジタルデータを位相補正値ＰC として位相推定
回路１２のカウンタにロードするようになっている。即
ち、位相推定回路１２のカウンタは、位置信号Ｈｕの立
上がりでカウント値が本来“０”となるものであるが、
位相補正回路９によってロードされるデータが初期値と
してセットされることになる（図３（ｄ）参照）。

【００３８】次に、本実施例の作用について図８をも参
照して説明する。外部より始動指令信号が出力される
と、駆動信号形成回路１４に接続されている始動信号発
生回路（図示せず）が１２０°通電信号を一定時間出力
し、永久磁石モータ６を回転させる。すると、巻線６
Ｕ，６Ｖ，６Ｗに誘起電圧が発生し、位置検出器７Ｕ，
７Ｖ，７Ｗは、その誘起電圧の発生に伴い回転子６Ｒに
おいて発生する磁界の変化を検出して位置信号Ｈｕ，Ｈ
ｖ，Ｈｗを出力する。

【００３９】周期測定回路８は、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，
Ｈｗの立上がり，立ち下がりエッジを検出し、変化周期
Ｔ（図３（ｂ）参照）に相当する時間をカウントし、そ
のカウント値である周期データＴD をパルス発生回路１
１に出力する。パルス発生回路１１は、位置信号Ｈｕ〜
Ｈｗの変化周期Ｔに応じた周波数ｆを３２逓倍した周波
数３２ｆのクロックパルスＣＫを生成して位相推定回路
１２に出力し（図３（ｃ）参照）、位相推定回路１２
は、位置信号Ｈｕの立上がりエッジを基準としてクロッ
クパルスＣＫの入力数をカウントする。

【００４０】この時、位相推定回路１２には、位相補正
回路９より位相補正値ＰC が初期値としてロードされ
る。その位相補正値ＰC は、上述したように、永久磁石
モータ６の回転数及び負荷トルク夫々の検出信号レベル
の和をＡ／Ｄ変換したものである。そして、永久磁石モ
ータ６の回転数が高くなると、回転数検出回路１０の出
力電圧Ｖf が上昇し、永久磁石モータ６の負荷トルクが
大きくなると、ピークホールド回路１７の出力電圧Ｖp
が上昇する。従って、位相補正値ＰC は、回転数，負荷
トルクの何れかが大きくなると大きくなり、永久磁石モ
ータ６に対する通電位相（転流タイミング）が進み側と
なるように補正される。

【００４１】即ち、永久磁石モータ６の巻線６Ｕ，６
Ｖ，６Ｗは、抵抗及びインダクタンスで決定される時定
数を有しており、これらの巻線６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに流れ
る電流は、印加電圧に対して時定数に相当する時間だけ
遅れを生じる。この遅れ時間は、永久磁石モータ６の回
転数によらず一定であるから、回転数が高くなるほど電
流の位相遅れは増大することになる。また、永久磁石モ
ータ６のトルクは、誘起電圧を巻線電流との積で発生す
るので、巻線電流に位相遅れが生じるとトルクが低下し
て効率が低下することになり、最悪の場合には脱調のお
それもある。

【００４２】以上に基づいて、位相補正値ＰC を、回転
数，負荷トルクの何れかの上昇に応じて永久磁石モータ
６に対する通電位相が進み側となるように設定出力する
ようにしている。

【００４３】位相推定回路１２によってカウントされる
カウント値ＣＮＴは電圧信号形成回路１３に与えられ、
電圧信号形成回路１３は、電圧信号ＶSIN の波形データ
をカウント値ＣＮＴに応じて読み出し、Ｄ／Ａ変換して
駆動信号形成回路１４に出力する。そして、駆動信号形
成回路１４は、電圧信号ＶSIN のレベルと、前記三角波
ＶTRのレベルとを比較してＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ
を出力する（図３（ｅ），（ｆ）参照）。

【００４４】すると、インバータ主回路３の出力端子３
Ｕ，３Ｖ，３Ｗには、図８（ｂ）に示すように、正弦波
の振幅率に基づくＰＷＭ波形の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗが発生して永久磁石モータ６が回転する。この時、各
相巻線６Ｕ，６Ｖ，６Ｗには、正弦波状の通電電流が流
れる。

【００４５】以上のように本実施例によれば、パルス発
生回路１１は、位置信号Ｈｕ〜Ｈｗの変化周期Ｔ内に３
２個のクロックパルスＣＫを発生し、位相推定回路１２
は、そのクロックパルスＣＫの数を位置信号Ｈｕの立上
がりエッジを基準としてカウントして永久磁石モータ６
の回転子６Ｒの位相を推定する。そして、電圧信号形成
回路１３は、回転子６Ｒの位相に応じた所定の電圧信号
ＶSIN をメモリから読み出して形成するようにした。

【００４６】即ち、回転子６Ｒの位相を、位置信号Ｈｕ
〜Ｈｗの変化周期Ｔよりも詳細な分解能で得ることがで
きるので、電圧信号形成回路１３は、その詳細な回転子
６Ｒの位相に応じて正弦波の振幅率を有する電圧信号Ｖ
SIN を形成し、その電圧信号ＶSIN に基づいた通電信号
波形（ＰＷＭ信号）を駆動信号形成回路１４より出力す
ることができる。そして、永久磁石モータ６の各相巻線
６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに正弦波状の電流を通電することによ
り、振動，騒音などの発生を極力抑制することが可能と
なる。

【００４７】また、位相補正回路９は、位置信号Ｈｕの
立上がりエッジにおいて、位相推定回路１２のカウンタ
に位相補正値ＰC をセットすることで位相を補正し、そ
の位相補正値ＰC を、永久磁石モータ６の回転数に応じ
た電圧信号レベル及び負荷トルクに応じた電圧信号レベ
ルの加算値のＡ／Ｄ変換値とした。従って、永久磁石モ
ータ６の回転数及び負荷トルクに応じて変動する位相の
ずれを補正して適切な転流タイミングで各相巻線６Ｕ〜
６Ｗに通電を行い、永久磁石モータ６を高い効率で運転
することができる。そして、マイクロコンピュータを用
いて複雑な演算を行ったり、データを記憶するための記
憶装置を用いる必要がないので、構成が簡単になると共
に補正処理を短時間で行うことができる。

【００４８】更に、位相補正回路９は、永久磁石モータ
６の回転数，負荷トルクの何れかが大きくなると位相補
正値ＰC が大きくなるように設定するので、回転数或い
は負荷トルクの上昇に応じて遅れを生じる永久磁石モー
タ６の通電電流位相を進み側に補正することで、永久磁
石モータ６の運転効率を高めることができる。

【００４９】また、本実施例によれば、直流電源１の電
流を電流センサ１６によって検出し、その検出信号のピ
ークレベルをピークホールド回路１７によりホールドす
るようにした。従って、変動する直流電源電流の検出レ
ベルを適切にサンプル処理してＡ／Ｄ変換し、位相補正
回路１２に出力することで、永久磁石モータ６の負荷ト
ルクを位相補正値ＰC に適切に反映させることができ
る。

【００５０】図９及び図１０は本発明の第２実施例を示
すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付
して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明す
る。図９に示すように、第２実施例の電気的構成は、第
１実施例の構成より加算回路１８，電流センサ１６及び
ピークホールド回路１７を削除し、速度制御回路（速度
制御手段）２０及び位相制御回路（位相制御手段）２１
を加えたものである。

【００５１】即ち、速度制御回路２０の一方の入力端子
には、外部より永久磁石モータ６の速度指令が電圧信号
として与えられており、もう一方の入力端子には、回転
数検出回路１０によってＦ／Ｖ変換された電圧信号Ｖf
が与えられている。そして、速度制御回路２０は、速度
指令と回転数検出回路１０からの電圧信号Ｖf との差に
応じて、両者が一致するように電圧指令を生成して電圧
信号形成回路１３及び位相制御回路２１に出力するよう
になっている。

【００５２】また、位相制御回路２１は、もう１つの入
力端子を備えており、その入力端子には、回転数検出回
路１０からの電圧信号Ｖf が与えられている。そして、
位相制御回路２１は、速度制御回路２０からの電圧指令
と回転数検出回路１０からの電圧信号Ｖf との差を差動
増幅して位相指令を生成し、Ａ／Ｄ変換回路１９に出力
するようになっている。その他の構成は第１実施例と同
様である。

【００５３】次に、第２実施例の作用について図１０を
も参照して説明する。図１０は、永久磁石モータ６を無
負荷で運転させた場合における回転数検出回路１０が出
力する電圧信号Ｖf と、速度制御回路２０が出力する電
圧指令との関係を示すものである。この図１０に示すよ
うに、無負荷時には、電圧信号Ｖf と電圧指令とが同じ
電圧となるように回転数検出回路１０におけるＦ／Ｖ変
換レートを調整してある。

【００５４】そして、一定回転数（速度）で制御する場
合、永久磁石モータ６に負荷がかかると、速度制御回路
２０は、速度を一定に維持するために電圧指令値を上昇
させる。すると、位相制御回路２１においては、電圧指
令と回転数検出回路１０からの電圧信号Ｖf との差が大
きくなるので、その差に応じて位相制御回路２１が出力
する位相指令値も上昇する。Ａ／Ｄ変換回路１９は、位
相指令値をＡ／Ｄ変換したデータを位相補正回路１２に
出力するので、永久磁石モータ６の負荷トルクが上昇す
るのに応じて、転流タイミングを進めるように補正が行
われる。

【００５５】以上のように第２実施例によれば、速度制
御回路２０は、外部より与えられる速度指令と、その速
度指令に応じて永久磁石モータ６が駆動された結果、回
転数検出回路１０が出力する電圧信号Ｖf との差に応じ
て電圧指令を設定し、位相制御回路２１は、前記電圧指
令と回転数検出回路１０からの電圧信号Ｖf との差を差
動増幅して位相指令を生成する。そして、位相補正回路
１２は、前記位相指令がＡ／Ｄ変換されたデジタルデー
タを位相補正値ＰC とするようにした。

【００５６】従って、永久磁石モータ６の負荷トルクが
上昇するのに応じて、転流タイミングを進めるように補
正することができる。また、永久磁石モータ６の回転数
を、外部より与えられる速度指令に極力一致させるよう
に制御することができる。

【００５７】図１１は本発明の第３実施例であり、要部
の電気的構成を示すものである。第３実施例では、電圧
信号形成回路１３に代わる電圧信号形成回路（電圧信号
形成手段）２２を配置した構成である。電圧信号形成回
路２２は、例えば、ｎ個の抵抗２３Ｒを直列接続してな
る直列抵抗回路２３と、選択回路２４とを備えてなるも
のである。

【００５８】直列抵抗回路２３の一端Ｐ0 はグランドに
接続されており、他端Ｐn には、外部からの電圧指令が
与えられている。そして、各抵抗２３Ｒの接続点Ｐ0 〜
Ｐnは、選択回路２４の入力端子に接続されている。選
択回路２４は、位相推定回路１２より与えられるカウン
ト値ＣNTに応じて、接続点Ｐ0 〜Ｐn の何れかを選択す
ることで、電圧信号ＶSIN を駆動信号形成回路１４に出
力するようになっている。

【００５９】各抵抗２３Ｒ夫々の抵抗値は同一ではな
く、選択回路２４がカウント値ＣNTに応じて接続点Ｐ0
〜Ｐn の何れかを選択して電圧信号ＶSIN を出力できる
ように、各抵抗比率が設定されている。また、第１実施
例のように、カウント値ＣNTが“１９２”で電気角３６
０°となる場合は、抵抗２３Ｒの接続数ｎを、例えばｎ
＝１９２／２＝９６に設定すれば良い。尚、具体的には
図示しないが、直列抵抗回路２３は、実際には各相毎に
夫々設けられており、選択回路２４は、カウント値ＣNT
に応じて各相毎に接続点Ｐ0 〜Ｐn を選択する。

【００６０】以上のように構成された第３実施例によれ
ば、選択回路２４は、カウント値ＣNTに応じて接続点Ｐ
0 〜Ｐn の何れかを選択することで、正弦波の振幅比率
に応じた信号レベルの電圧信号ＶSIN を出力することが
できる。この場合、電圧信号ＶSIN の最大振幅レベルは
電圧指令によって直接設定される。従って、第１または
第２実施例と同様に永久磁石モータ６を低振動且つ低い
騒音で駆動することができる。また、電圧信号形成回路
２２は、電圧信号形成回路１３のようにＲＯＭやＤ／Ａ
変換回路を用いることなく、より低コストで構成するこ
とができる。

【００６１】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。第１実施例において、周期測定回路
８は、位置信号Ｈｕ〜Ｈｗの何れかの信号レベルが変化
する周期を測定したが、何れか１つの位置信号の周期を
測定しても良い。そして、位置検出器７Ｕ〜７Ｗを何れ
か１相のみについて設けても良い。パルス発生手段は、
変化周期を３２逓倍するものに限らず、２以上の整数で
あれば何逓倍でも良い。また、位相推定手段が各パルス
の発生タイミング情報を予め得るようにすれば、変化周
期を複数逓倍するものに限らず、例えば、１変化周期内
に、複数個のパルスを発生させる構成であっても良い。
ピークホールド回路１７の出力信号と、回転数検出回路
１０の出力信号とを、夫々別個のＡ／Ｄ変換手段によっ
てＡ／Ｄ変換し、各Ａ／Ｄ変換手段が出力するデジタル
データを加算して、位相補正回路１２に出力するように
しても良い。また、加算回路１８において、両者の出力
信号を加算することに代えて、両者の内信号レベルが高
いものを選択的にＡ／Ｄ変換回路１９に出力する信号選
択手段を設けても良い。その場合、図４及び図６に示す
縦軸の電圧範囲は、０−５Ｖに設定しても良い。

【００６２】また、第１実施例において、回転数検出回
路１０及び加算回路１８を削除して、電流センサ１６及
びピークホールド回路１７側のみを設けても良いし、或
いは、加算回路１８，電流センサ１６及びピークホール
ド回路１７を削除して回転数検出回路１０側のみを設け
ても良い。ピークホールド回路１７に代えて、電流値処
理手段として、電流センサ１６が出力する検出電圧レベ
ルを積分回路で平均化しても良いし、また、所定のタイ
ミングでサンプルホールドするサンプルホールド回路を
配置しても良い。電圧信号形成手段において形成する電
圧信号波形は、正弦波に基づくものに限らず、例えば、
図１２（ａ）に示すような波形であっても良い。このよ
うな波形の場合、永久磁石モータ６の端子電圧波形は略
半周期の間０Ｖとなる。斯様な波形であっても１２０°
通電信号に比較して永久磁石モータの振動や騒音を低減
することは可能である。また、インバータ主回路３の最
大出力電圧を高めることができる。

【００６３】搬送波発生手段は、三角波に限ることな
く、搬送波として鋸歯状波を発生させるものでも良い。
第２実施例において、速度制御回路２０を削除して、位
相制御回路２１に与える電圧信号として速度指令をその
まま与えても良い。位置信号出力手段は、位置検出器７
Ｕ，７Ｖ，７Ｗに限ることなく、分圧抵抗やコンパレー
タなどを用いて、巻線６Ｕ〜６Ｖに発生する誘起電圧波
形のゼロクロス点（極性変化点）を検出して位置信号を
出力するものでも良い。電圧信号形成回路１３は、Ｕ，
Ｖ，Ｗの各相毎に対応してＲＯＭを設けて、位相推定回
路１２より出力されるカウンタの同じアドレスに対し
て、Ｖ相対応のＲＯＭからはＵ相対応のＲＯＭに対して
１２０°遅れの波形データ値が読み出されるようにし、
Ｗ相対応のＲＯＭからはＵ相対応のＲＯＭに対して２４
０°遅れの波形データ値が読み出されるようにしてデー
タを記憶させても良い。

【００６４】

【発明の効果】本発明のインバータ装置によれば、パル
ス発生手段は、永久磁石モータを構成する回転子の回転
位置に応じて複数相の固定子巻線に発生する誘起電圧に
対して一定の位相関係を有する位置信号の変化周期内に
複数個のパルスを発生し、位相推定手段は、パルス発生
手段が発生するクロックパルス数をカウンタによってカ
ウントする。そして、位置信号の変化するタイミングを
基準とするカウンタのカウント値に基づいて回転子の位
相を推定し、電圧信号形成手段は、回転子の位相に応じ
た所定の電圧信号を形成する。

【００６５】即ち、回転子の位相を位置信号の変化周期
よりも詳細な分解能で得ることができるので、電圧信号
形成手段は、その詳細な回転子の位相に応じて、永久磁
石モータに発生する振動，騒音などを１２０°通電信号
よりも抑制することが可能となる電圧信号を形成するこ
とができる。そして、その電圧信号に基づいた通電信号
波形を駆動手段により固定子巻線に通電し、永久磁石モ
ータを低振動且つ低騒音で駆動することができる。ま
た、位相補正手段は、位置信号の基準タイミングにおい
て、カウンタに補正値をセットすることで回転子の位相
を補正するので、マイクロコンピュータを用いて複雑な
演算を行ったり、データを記憶するための記憶装置を用
いることなく位相を補正して適切な位相で固定子巻線に
通電を行い、永久磁石モータを高い効率で運転すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であり、電気的構成を示す
機能ブロック図

【図２】永久磁石モータの固定子巻線に発生する誘起電
圧と位置信号との関係を示す図

【図３】各信号のタイミングチャート

【図４】回転数検出回路における、周波数（永久磁石モ
ータの回転数）−電圧変換特性を示す図

【図５】電流センサによって検出される直流電源電流の
波形図

【図６】ピークホールド回路におけるホールドレベルと
永久磁石モータの負荷トルクとの関係を示す図

【図７】Ａ／Ｄ変換回路におけるＡ／Ｄ変換特性を示す
図

【図８】（ａ）は、電圧信号ＶSIN 及び搬送波信号ＶT
R、（ｂ）は永久磁石モータの各相端子電圧、（ｃ）は
Ｕ−Ｖ相間電圧波形を示す

【図９】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図１０】無負荷運転時における回転数検出回路が出力
するＦ／Ｖ変換電圧信号と、速度制御回路が出力する電
圧指令との関係を示す

【図１１】本発明の第３実施例を示す要部の電気的構成
図

【図１２】変形例を示す図８相当図

【符号の説明】

１は直流電源、３はインバータ主回路（駆動手段）、６
は永久磁石モータ、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは固定子巻線、６
Ｒは回転子、７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは位置検出器（位置信号
出力手段）、８は周期測定回路（周期測定手段）、９は
位相補正回路（位相補正手段）、１０は回転数検出回路
（回転数検出手段）、１１はパルス発生回路（パルス発
生手段）、１２は位相推定回路（位相推定手段）、１３
は電圧信号形成回路（電圧信号形成手段）、１４は駆動
信号形成回路（駆動信号形成手段）、１５は三角波発生
回路（搬送波発生手段）、１６は電流センサ（電流検出
手段，トルク検出手段）、１７はピークホールド回路
（電流値処理手段，トルク検出手段）、１８は加算回路
（加算手段）、１９はＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手
段）、２０は速度制御回路（速度制御手段）、２１は位
相制御回路（位相制御手段）、２２は電圧信号形成回路
（電圧信号形成手段）、２３Ｒは抵抗、２４は選択回路
を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石モータを構成する回転子の回転
位置に応じ、複数相の固定子巻線に発生する誘起電圧に
対して一定の位相関係を有する位置信号を出力する位置
信号出力手段と、前記位置信号の変化周期を測定する周期測定手段と、前記変化周期内に複数個のクロックパルスを発生するパ
ルス発生手段と、前記クロックパルスの発生数をカウントするカウンタを
備え、前記位置信号の変化するタイミングを基準とする
前記カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の位相
を推定する位相推定手段と、前記タイミングにおいて、前記カウンタに補正値をセッ
トして前記回転子の位相を補正する位相補正手段と、前記回転子の位相に応じて所定の電圧信号を形成する電
圧信号形成手段と、ＰＷＭ信号の搬送波を出力する搬送波発生手段と、前記電圧信号の信号レベルと前記搬送波の信号レベルと
を比較して、駆動信号を形成する駆動信号形成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記複数相の固定子巻線に通
電する駆動手段とを備えてなることを特徴とするインバ
ータ装置。
【請求項２】電圧信号形成手段によって形成される電
圧信号は、正弦波状であることを特徴とする請求項１記
載のインバータ装置。
【請求項３】永久磁石モータの回転数を検出し、検出
した回転数に応じた電圧信号を出力する回転数検出手段
と、この回転数検出手段によって出力される電圧信号をＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、位相補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によって出力され
るデジタルデータを補正値とすることを特徴とする請求
項１または２記載のインバータ装置。
【請求項４】永久磁石モータのトルクを検出し、検出
したトルクに応じた電圧信号を出力するトルク検出手段
と、このトルク検出手段によって出力される電圧信号をＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、位相補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によって出力され
るデジタルデータを補正値とすることを特徴とする請求
項１または２記載のインバータ装置。
【請求項５】永久磁石モータの回転数を検出し、検出
した回転数に応じた電圧信号を出力する回転数検出手段
と、この回転数検出手段によって出力される電圧信号と、ト
ルク検出手段によって出力される電圧信号とを加算する
加算手段とを備え、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記加算手段によって出力され
る電圧信号をＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項４
記載のインバータ装置。
【請求項６】永久磁石モータの回転数を検出し、検出
した回転数に応じた電圧信号を出力する回転数検出手段
と、この回転数検出手段によって出力される電圧信号と、ト
ルク検出手段によって出力される電圧信号とを比較し
て、信号レベルの高い方を選択して出力する信号選択手
段とを備え、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記信号手段によって出力され
る電圧信号をＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項４
記載のインバータ装置。
【請求項７】トルク検出手段は、駆動手段に駆動用電
源として供給される直流電源の電流を検出する電流検出
手段と、この電流検出手段によって検出される電流値をサンプル
処理して電圧信号を出力する電流値処理手段とで構成さ
れることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の
インバータ装置。
【請求項８】電流値処理手段は、電流検出手段によっ
て検出される電流値を平均値処理することを特徴とする
請求項７記載のインバータ装置。
【請求項９】電流値処理手段は、電流検出手段によっ
て検出される電流値をサンプルホールド処理することを
特徴とする請求項７記載のインバータ装置。
【請求項１０】電流値処理手段は、電流検出手段によ
って検出される電流値をピークホールド処理することを
特徴とする請求項７記載のインバータ装置。
【請求項１１】電圧信号形成手段は、所定の比率をも
って直列接続され、所定の電圧を分圧する複数の抵抗
と、位相推定手段でのカウント値に応じて前記複数の抵
抗の接続点を選択することにより所定の電圧信号を出力
する選択回路とで構成されることを特徴とする請求項１
乃至１０の何れかに記載のインバータ装置。
【請求項１２】永久磁石モータの回転数を検出し、検
出した回転数に応じた電圧信号を出力する回転数検出手
段と、永久磁石モータの回転数を設定するために与えられる電
圧指令と、前記回転数検出手段によって出力される電圧
信号との差に応じた位相指令を出力する位相制御手段
と、この位相制御手段によって出力される位相指令をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、位相補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によって出力され
るデジタルデータを補正値とすることを特徴とする請求
項１または２記載のインバータ装置。
【請求項１３】電圧指令を、外部より与えられる速度
指令と、回転数検出手段によって出力される電圧信号と
の差に応じて出力する速度制御手段を備えたことを特徴
とする請求項１２記載のインバータ装置。
【請求項１４】位相補正手段は、Ａ／Ｄ変換手段によ
って出力されるデジタルデータが大であるほど、補正値
を大に設定することを特徴とする請求項３乃至１３の何
れかに記載のインバータ装置。