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JP3297159B2 - 直流ブラシレスモータの駆動装置およびその良否識別方法 - Google Patents

直流ブラシレスモータの駆動装置およびその良否識別方法

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JP3297159B2
JP3297159B2 JP22852693A JP22852693A JP3297159B2 JP 3297159 B2 JP3297159 B2 JP 3297159B2 JP 22852693 A JP22852693 A JP 22852693A JP 22852693 A JP22852693 A JP 22852693A JP 3297159 B2 JP3297159 B2 JP 3297159B2
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brushless motor
phase winding
service operation
drive
energization
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Toshiba Carrier Corp
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Priority to GB9405301A priority patent/GB2281783B/en
Priority to KR1019940005997A priority patent/KR0140353B1/ko
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、空気調和機などに用
いる直流ブラシレスモータの駆動装置およびその良否識
別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】直流ブラシレスモータは、複数の相巻線
が装着されるステータと永久磁石を有するロータより構
成される。このモータには２極式と４極式があり、２極
式では星形結線の三相巻線が互いに 120°の機械的な位
置ずれをもってステータに装着され、ロータには１つの
永久磁石（磁極Ｎ，Ｓ）が設けられる。４極式では、同
じく星形結線の三相巻線が２組、互いに 180°の機械的
な位置ずれをもってステータに装着され、ロータには２
つの永久磁石が互いに90°の機械的な位置ずれをもって
設けられる。
【０００３】２極式と４極式の動作の違いは、２極式で
は三相巻線の電気角１サイクル分の通電にロータの機械
角１サイクル分が対応し、４極式では三相巻線の電気角
２サイクル分の通電にロータの機械角１サイクルが対応
する点である。
【０００４】この直流ブラシレスモータを駆動する場
合、複数のスイッチング素子を有するスイッチング回
路、およびこのスイッチング回路に直流電圧を印加する
ための直流電圧回路が用意される。直流電圧回路として
は、交流電圧を整流する整流回路が用いられ、その整流
回路とスイッチング回路とでいわゆるインバータ回路が
構成される。そして、ロータの位置が逐次に検出され、
その検出位置に応じてスイッチング回路の各スイッチン
グ素子がオン，オフされることで、モータの各相巻線へ
の通電が順次に切換えられ、駆動がなされる。各相巻線
への通電切換を転流と称する。
【０００５】ロータの位置検出に当たっては、非通電の
相巻線に誘起する電圧が取出され、その誘起電圧と基準
電圧との交差する点が回転基準位置として検出される。
そして、この回転基準位置を基に転流のタイミングが決
定される。
【０００６】ところで、インバータ回路の出力端と直流
ブラシレスモータとの間には、接続用コネクタが介在さ
れる。この接続用コネクタは、装置本体側の端子とモー
タ側の端子とからなり、メーカー出荷時に人的な作業に
より接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】モータの駆動に不具合
が生じた場合、保守員は接続用コネクタを外して不具合
の原因が装置本体側にあるのかモータ側にあるのか確か
めようとするが、接続用コネクタを外すとロータの位置
検出が不可能となり、ひいてはインバータ回路の駆動が
不可能となるため、故障の確認ができない。
【０００８】この発明は上記の事情を考慮したもので、
第１ないし第４の発明の直流ブラシレスモータの駆動装
置は、モータ駆動の不具合が装置本体側の故障によるも
のかモータ側の故障によるものかを容易かつ迅速に確認
できることを目的とする。
【０００９】第５の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置の良否識別方法は、モータ駆動の不具合が装置本体
側の故障によるものかモータ側の故障によるものかを容
易かつ迅速に確認できることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明の直流ブラシ
レスモータの駆動装置は、複数の相巻線を有するステー
タおよび永久磁石を有するロータより構成された直流ブ
ラシレスモータを備え、各相巻線への通電を順次に切換
えてモータ駆動を行なう直流ブラシレスモータの駆動装
置において、各相巻線への通電を特定周波数で強制的に
切換えるためのサービス運転を所定時間だけ実行する制
御手段と、この制御手段によるサービス運転の実行を選
択する選択手段とを備える。
【００１１】第２の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置は、複数の相巻線を有するステータおよび永久磁石
を有するロータより構成された直流ブラシレスモータを
備え、各相巻線への通電を順次に切換えてモータ駆動を
行なう直流ブラシレスモータの駆動装置において、直流
ブラシレスモータの相巻線と当該駆動装置本体とを接続
する接続用コネクタと、当該駆動装置への入力電流を検
出する検出手段と、各相巻線への通電を特定周波数で強
制的に切換えるためのサービス運転を実行する制御手段
と、上記検出手段で検出される入力電流が所定値以下に
なったとき、上記制御手段によるサービス運転の実行を
選択する選択手段とを備える。
【００１２】第３の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置は、複数の相巻線を有するステータおよび永久磁石
を有するロータより構成された直流ブラシレスモータを
備え、各相巻線への通電を順次に切換えてモータ駆動を
行なう直流ブラシレスモータの駆動装置において、各相
巻線への通電を特定周波数で強制的に切換えるためのサ
ービス運転を所定時間だけ実行する制御手段と、この制
御手段によるサービス運転の実行をサービス運転モード
スイッチの操作に応じて選択する選択手段とを備える。
【００１３】第４の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置は、請求項２の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置において、制御手段は、サービス運転の実行を所定
時間に制限する。
【００１４】第５の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置の良否識別方法は、第１、第２、第３、または第４
の発明の直流ブラシレスモータの駆動装置において、サ
ービス運転の実行時、各相巻線に対する通電出力が平衡
状態かどうかに応じて直流ブラシレスモータおよび駆動
装置本体の故障の有無を識別する。
【００１５】
【作用】第１の発明の直流ブラシレスモータの駆動装置
では、各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換え
るためのサービス運転があり、このサービス運転が選択
的にかつ所定時間だけ実行される。
【００１６】第２の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置では、各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切
換えるためのサービス運転があり、直流ブラシレスモー
タの相巻線と当該駆動装置本体とを接続している接続用
コネクタが外されて、当該駆動装置への入力電流が所定
値以下になったとき、サービス運転が実行される。
【００１７】第３の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置は、各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換
えるためのサービス運転があり、このサービス運転がサ
ービス運転モードスイッチの操作に応じて選択的にかつ
所定時間だけ実行される。
【００１８】第４の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置では、各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切
換えるためのサービス運転があり、このサービス運転が
選択的にかつ所定時間だけ実行される。
【００１９】第５の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置の良否識別方法では、サービス運転の実行時、各相
巻線に対する通電出力が平衡状態かどうかに応じて直流
ブラシレスモータおよび駆動装置本体の故障の有無が識
別される。
【００２０】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１において、１は直流ブラシレスモ
ータで、星形結線の三相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する
ステータ（図示しない）、および永久磁石を有するロー
タ（図示しない）より構成される。
【００２１】三相交流電源２にインバータ回路３が接続
される。このインバータ回路３は、整流回路４およびス
イッチング回路５からなる。整流回路４は、ダイオード
ブリッジ６および平滑コンデンサ７を有する。
【００２２】スイッチング回路５は、上流側スイッチン
グ素子と下流側スイッチング素子の直列回路を三相分設
けたもので、Ｕ相用の上流側および下流側スイッチング
素子としてトランジスタＴu+とＴu-、Ｖ相用としてトラ
ンジスタＴv+とＴv-、Ｗ相用としてトランジスタＴw+と
Ｔw-が設けられる。これら直列回路に整流回路４からの
直流電圧が印加される。なお、逆起電力防止用のダンパ
ダイオードＤが各トランジスタに並列接続される。
【００２３】スイッチング回路５におけるトランジスタ
Ｔu+，Ｔu-の相互接続点に、相巻線Ｌｕの非結線端が接
続される。トランジスタＴv+，Ｔv-の相互接続点に、相
巻線Ｌｖの非結線端が接続される。トランジスタＴw+，
Ｔw-の相互接続点に、相巻線Ｌｗの非結線端が接続され
る。
【００２４】このスイッチング回路５と相巻線Ｌｕ，Ｌ
ｖ，Ｌｗとの接続間には、接続と切離しが自在の接続用
コネクタ８が介在される。１０はロータの位置を検出す
るための位置検出回路で、比較器１１，１２，１３を有
する。
【００２５】相巻線Ｌｕの端子電圧が比較器１１の非反
転入力端（＋）に入力される。相巻線Ｌｖの端子電圧が
比較器１２の非反転入力端（＋）に入力される。相巻線
Ｌｗの端子電圧が比較器１３の非反転入力端（＋）に入
力される。そして、比較器１１，１２，１３の反転入力
端（−）に基準電圧Ｖd が入力される。基準電圧Ｖd
は、整流回路４の出力電圧の 1/2のレベルに設定されて
いる。
【００２６】比較器１１，１２，１３は、非反転入力端
（＋）への入力電圧が基準電圧Ｖdよりも低いとき論理
“０”信号を出力し、非反転入力端（＋）への入力電圧
が基準電圧Ｖd 以上のとき論理“１”信号を出力する。
【００２７】比較器１１，１２，１３の出力が制御部３
０に供給される。制御部３０は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌ
ｗにそれぞれ誘起する電圧を比較器１１，１２，１３を
通して監視し、その誘起電圧の変化を基にロータの位置
を検出しながらスイッチング回路５の各トランジスタに
対する駆動信号を作成する。これら駆動信号は、スイッ
チング回路５の各トランジスタのベースに供給される。
【００２８】電源２とインバータ回路３との接続ライン
に電流センサ２０が取付けられる。この電流センサ２０
の出力端に電流検出回路２１が接続される。この電流検
出回路２１は、電流センサ２０で検知される入力電流Ｉ
が所定値Ｉｓを超えているかどうか判定する。この判定
結果は制御部３０に送られる。
【００２９】制御部３０は、上記したスイッチング回路
５の駆動制御のほかに、次の機能手段を備える。 ［１］各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換え
る（転流する）ためのサービス運転を所定時間だけ実行
する制御手段。
【００３０】［２］サービス運転の実行をサービス運転
モードスイッチ３１の操作に応じて選択する選択手段。 ［３］電流検出回路２１において入力電流Ｉが所定値Ｉ
ｓ以下との判定がなされたとき、サービス運転の実行を
選択する選択手段。
【００３１】つぎに、上記の構成の作用を図２のフロー
チャートを参照して説明する。まず、相巻線Ｌｕから相
巻線Ｌｖにかけての２相通電を行なうべく、上流側のト
ランジスタＴu+と下流側のトランジスタＴv-の２つがオ
ンタイミングとなる。そして、上流側のトランジスタＴ
u+がオンされ、下流側のトランジスタＴv-がオン，オフ
される。
【００３２】相巻線Ｌｕ，Ｌｖに磁界が生じると、それ
と永久磁石が作る磁界との相互作用によってロータに回
転トルクが生じ、ロータが回転を始める。このとき、永
久磁石の回転に伴う磁気作用により、非通電の１つの相
巻線Ｌｗに電圧が誘起する。この相巻線Ｌｗへの誘起電
圧は比較器１３において基準電圧Ｖd と比較され、その
比較出力が制御部３０に送られる。制御部３０では、比
較出力の論理レベルの変化点（誘起電圧と基準電圧Ｖd
の交差する点）がロータの回転基準位置として検出され
る。
【００３３】回転基準位置が検出されると、それから電
気角30°に相当する時間が経過した後、相巻線Ｌｕ，Ｌ
ｖに対する２相通電から相巻線Ｌｕ，Ｌｗに対する２相
通電への転流がなされる。
【００３４】すなわち、相巻線Ｌｕから相巻線Ｌｗにか
けての２相通電を行なうべく、上流側のトランジスタＴ
u+と下流側のトランジスタＴw-の２つがオンタイミング
となる。そして、上流側のトランジスタＴu+がオン，オ
フされ、下流側のトランジスタＴw-がオンされる。
【００３５】相巻線Ｌｕ，Ｌｗに磁界が生じると、それ
と永久磁石が作る磁界との相互作用でロータに回転トル
クが生じ、ロータが回転を続ける。このとき、永久磁石
の回転に伴う磁気作用により、非通電の１つの相巻線Ｌ
ｖに電圧が誘起する。この相巻線Ｌｖへの誘起電圧は比
較器１２において基準電圧Ｖd と比較され、その比較出
力が制御部３０に送られる。制御部３０では、比較出力
の論理レベルの変化点（誘起電圧と基準電圧Ｖd の交差
する点）がロータの回転基準位置として検出される。
【００３６】回転基準位置が検出されると、それから電
気角30°に相当する時間が経過した後、相巻線Ｌｕ，Ｌ
ｗに対する２相通電から相巻線Ｌｖ，Ｌｗに対する２相
通電への転流がなされる。
【００３７】すなわち、相巻線Ｌｖから相巻線Ｌｗにか
けての２相通電を行なうべく、上流側のトランジスタＴ
v+と下流側のトランジスタＴw-の２つがオンタイミング
となる。そして、上流側のトランジスタＴv+がオンさ
れ、下流側のトランジスタＴw-がオン，オフされる。
【００３８】以下同様に、回転基準位置の検出から電気
角30°の遅れをもって転流が繰返され、ロータの回転が
継続する。ただし、起動時は、タイムカウントｔ1 に基
づく一定時間ｔａ（たとえば30秒間ないし60秒間）だ
け、位置検出回路１０によるロータの位置検出を無視し
て、強制転流運転が行なわれる。
【００３９】すなわち、起動時の強制転流運転では、低
いところから徐々に上昇する周波数での転流を行なうべ
く、スイッチング回路５に対するスイッチング駆動が行
なわれる。これと同時に、各相巻線への印加電圧を徐々
に上昇させるべく、オン，オフタイミングにあるトラン
ジスタのオン，オフデューティが徐々に増大される。こ
うして、モータ１の確実な起動が行なわれる。
【００４０】起動後の定常運転では、インバータ回路３
への入力電流Ｉが電流センサ２０で検知され、その検知
電流Ｉが電流検出回路２１において所定値Ｉｓと比較さ
れる。この比較において、検知電流Ｉが所定値Ｉｓを超
えていれば、正常な運転がなされているとの判断の下
に、位置検出回路１０の検出位置に基づく転流制御、お
よび通常の速度制御が実行される。
【００４１】通常の速度制御とは、モータ１の速度が目
標値となるよう、オン，オフタイミングにあるトランジ
スタのオン，オフデューティを制御することである。と
ころで、運転中、インバータ回路３とモータ１との間の
接続用コネクタ８が振動などで外れたとする。この場
合、当然ながら、モータ１側からの誘起電圧の取込みが
遮断され、位置検出回路１０による位置検出が不可能と
なる。
【００４２】位置検出がなくなると、スイッチング回路
５の駆動が直ちに停止され、モータ１の動作が止まる。
すなわち、異常停止である。また、接続用コネクタ８が
外れると、インバータ回路３への入力電流Ｉが所定値Ｉ
ｓ以下に小さくなる。入力電流Ｉが所定値Ｉｓ以下にな
ると、タイムカウントｔ2 に基づく所定時間ｔｂ（たと
えば３分間ないし５分間）だけサービス運転が実行され
る。
【００４３】このサービス運転では、特定周波数での強
制的な転流を行なうべく、スイッチング回路５に対する
スイッチング駆動が行なわれる。これと同時に、スイッ
チング回路５の出力電圧を一定にするべく、オン，オフ
タイミングにあるトランジスタのオン，オフデューティ
が一定に維持される。
【００４４】こうして、特定周波数での強制転流が行な
われている間、保守員は、接続用コネクタ８のインバー
タ側端子にテスタを当て、各相巻線に対する３相分の通
電出力が平衡状態かどうかを見ることにより、駆動装置
本体（インバータ回路３側）の故障の有無を識別するこ
とができる。
【００４５】サービス運転が終了した後は、制御部３０
に対する保守員のリセット操作により、異常停止を解除
して通常の運転を再開することができる。一方、運転中
に何らかの不具合が生じた場合、保守員は、駆動装置本
体側およびモータ１のどちらに故障があるかをチェック
することになる。この場合、接続用コネクタ８を外すだ
けでよい。
【００４６】接続用コネクタ８が外れると、上記したよ
うに、位置検出ができなくなって異常停止に入り、続い
て入力電流Ｉが所定値Ｉｓ以下に小さくなり、サービス
運転が実行される。
【００４７】したがって、保守員は、接続用コネクタ８
のインバータ側端子にテスタを当て、各相巻線に対する
３相分の通電出力が平衡状態かどうかを見ることによ
り、異常の原因が駆動装置本体（インバータ回路３側）
側にあるのか、それともモータ１側にあるのかの良否識
別が可能である。すなわち、平衡していれば、故障は装
置本体側になく、モータ１側にあることを知ることがで
きる（たとえばロータの減磁）。平衡していなければ、
故障は装置本体側にあって（たとえばスイッチング回路
５の素子破壊）、モータ１側にはないことを知ることが
できる。
【００４８】また、サービス運転は、室外側においてサ
ービス運転モードスイッチ３１を操作することによって
も適宜に実行することができる。したがって、仮にチェ
ック時間が足りない場合など、サービス運転を繰返し行
えばよい。
【００４９】なお、サービス運転と同じ強制転流運転が
起動時に存在しており、その期間中に故障の有無をチェ
ックすることも考えられるが、起動時の強制転流運転は
30秒間ないし60秒間であり、この短い時間内に室内側で
の運転開始操作を済ませ、さらに室外側に回ってチェッ
ク作業を済ませることはまず不可能である。また、起動
時の強制転流運転では周波数および電圧が一定でなく、
徐々に上昇する。これらを考慮すれば、接続用コネクタ
８を外すだけ、またはサービス運転モードスイッチ３１
を操作するだけでサービス運転を実行できること、しか
も周波数および電圧が一定であることは、保守作業の簡
単化という点ですぐれる。
【００５０】また、サービス運転の実行時間として所定
時間ｔｂ（たとえば３分間ないし５分間）を定めている
が、これはチェック作業を行なうのに十分な時間であ
り、またたとえばメーカー出荷時に接続用コネクタ８が
外れていてそのまま電源が投入された場合にいつまでも
サービス運転が続いてしまうという不具合を解消するも
のでもある。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、第
１ないし第４の発明の直流ブラシレスモータの駆動装置
は、モータ駆動の不具合が装置本体側の故障によるもの
かモータ側の故障によるものかを容易かつ迅速に確認で
きる。
【００５２】第５の発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置の良否識別方法は、サービス運転の実行時、各相巻
線に対する通電出力が平衡状態かどうかに応じて直流ブ
ラシレスモータおよび駆動装置本体の故障の有無を識別
するので、モータ駆動の不具合が装置本体側の故障によ
るものかモータ側の故障によるものかを容易かつ迅速に
確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の構成図。
【図２】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
ト。
【符号の説明】
１…直流ブラシレスモータ、３…インバータ回路、４…
整流回路、５…スイッチング回路、８…接続用コネク
タ、１０…位置検出回路、２０…電流センサ、２１…電
流検出回路、３０…制御部。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の相巻線を有するステータおよび永
    久磁石を有するロータより構成された直流ブラシレスモ
    ータを備え、各相巻線への通電を順次に切換えてモータ
    駆動を行なう直流ブラシレスモータの駆動装置におい
    て、 前記各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換える
    ためのサービス運転を所定時間だけ実行する制御手段
    と、前記制御手段による サービス運転の実行を選択する選択
    手段と、 を備えたことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動
    装置。
  2. 【請求項２】 複数の相巻線を有するステータおよび永
    久磁石を有するロータより構成された直流ブラシレスモ
    ータを備え、各相巻線への通電を順次に切換えてモータ
    駆動を行なう直流ブラシレスモータの駆動装置におい
    て、 前記直流ブラシレスモータの相巻線と当該駆動装置本体
    とを接続する接続用コネクタと、 当該駆動装置への入力電流を検出する検出手段と、 前記各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換える
    ためのサービス運転を実行する制御手段と、 前記検出手段で検出される入力電流が所定値以下になっ
    たとき、前記制御手段によるサービス運転の実行を選択
    する選択手段と、 を備えたことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動
    装置。
  3. 【請求項３】 複数の相巻線を有するステータおよび永
    久磁石を有するロータより構成された直流ブラシレスモ
    ータを備え、各相巻線への通電を順次に切換えてモータ
    駆動を行なう直流ブラシレスモータの駆動装置におい
    て、 前記各相巻線への通電を特定周波数で強制的に切換える
    ためのサービス運転を所定時間だけ実行する制御手段
    と、 前記制御手段によるサービス運転の実行をサービス運転
    モードスイッチの操作に応じて選択する選択手段と、 を備えたことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の直流ブラシレスモータの
    駆動装置において、制御手段は、サービス運転の実行を
    所定時間に制限することを特徴とする直 流ブラシレスモ
    ータの駆動装置。
  5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３、または
    請求項４記載の直流ブラシレスモータの駆動装置におい
    て、サービス運転の実行時、各相巻線に対する通電出力
    が平衡状態かどうかに応じて直流ブラシレスモータおよ
    び駆動装置本体の故障の有無を識別することを特徴とす
    る直流ブラシレスモータの駆動装置の良否識別方法。
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