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技術 磁極位置検出装置及びこれを用いたブラシレス直流モ−タの駆動装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 安島俊幸黛拓也田原和雄宮下邦夫今野猛夫
出願日 1995年10月27日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1995-280016
公開日 1997年5月6日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 1997-121584
状態 特許登録済
技術分野 無整流子電動機の制御
主要キーワード 補正検出値 角度基準値 振幅補正量 直線近似式 検出信号生成 各磁極位置 線形移動 切り換え点

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図面 (10)

課題

小形低コストホール素子を用いて、回転体の連続した絶対磁極位置を高精度検出する磁極位置検出装置とこれを用いたブラシレス直流モータ駆動装置を提供する。

解決手段

磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子部2と、磁極位置に基づいて磁極位置検出信号生成する検出信号生成部12と、120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正手段6と、変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択手段103と、選択した磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段104と、選択した磁極位置検出信号の区間と相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段105とを有することを特徴とする。

背景

従来のホール素子を用いたブラシレス直流モータ駆動装置磁極位置検出装置は、特開平4—295293号公報記載のように、電気角で90位相をずらして配置した2つのホール素子等の磁極位置検出素子からの出力信号直線近似領域によって磁極位置検出し、ブラシレス直流モータを駆動するものであった。磁極位置の検出は、90度位相のずれた2つの正弦波検出信号の各々反転信号作成し、非反転信号と反転信号の4つの正弦波信号との交点区間である直線近似領域を用いて絶対磁極位置を検出するものであった。

また、別の方式として、サーボモータ等ではエンコーダを用いてブラシレス直流モータを駆動する方式が広く用いられている。

概要

小形低コストのホール素子を用いて、回転体の連続した絶対磁極位置を高精度に検出する磁極位置検出装置とこれを用いたブラシレス直流モータの駆動装置を提供する。

磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子部2と、磁極位置に基づいて磁極位置検出信号生成する検出信号生成部12と、120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正手段6と、変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択手段103と、選択した磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段104と、選択した磁極位置検出信号の区間と相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段105とを有することを特徴とする。

目的

本発明の目的は、磁極着磁波形が正弦波、台形波に関わらず、磁極位置の検出精度を精度良く保ち、高精度な連続した絶対磁極位置を検出する磁極位置検出装置を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、ディジタル処理により回路を構成する素子等による検出精度のばらつきの影響をなくし、マイクロコンピュータとのインターフェースを容易に取ることができる磁極位置検出装置を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、上記磁極位置検出装置をブラシレス直流モータの駆動装置の磁極位置検出に用いることにより、連続した磁極位置を検出し、正弦波駆動あるいは矩形波駆動できる安価で低振動・低騒音のブラシレス直流モータの駆動装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、上記ブラシレス直流モータの駆動装置を洗濯機洗濯槽パルセータ駆動機とすることにより、洗濯槽等の共振により発生する振動や騒音を低減することにある。また、ブラシレス直流モータを用いたファンモータ低振動化を図ることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
9件

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請求項1

磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体磁極位置検出する磁極位置検出素子部と、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号生成する検出信号生成部と、前記磁極位置検出信号に基づき前記磁極位置検出を制御する制御部を有する磁極位置検出装置において、前記制御部は、前記検出信号生成部が生成し出力した120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正手段と、前記変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択手段と、前記選択した前記磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段と、前記選択した前記磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段とを有することを特徴とする磁極位置検出装置。

請求項2

請求項1において、前記変換補正手段は、前記磁極位置検出信号をアナログディジタル変換器にてディジタル検出値変換するディジタル変換手段と、前記変換された前記ディジタル検出値の最大及び最小値から、前記磁極位置検出素子部の出力ばらつきを検出し、該検出された出力ばらつきから補正量を求め、前記ディジタル検出値を補正する補正手段を備えることを特徴とする磁極位置検出装置。

請求項3

磁気変化を利用して2つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子部と、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成部と、前記磁極位置検出信号の基づき前記磁極位置検出を制御する制御部を有する磁極位置検出装置において、前記制御部は、前記検出信号生成部が生成し出力した120度位相のずれた2つの磁極位置検出信号をアナログ/ディジタル変換器にてディジタル検出値に変換するディジタル変換手段と、前記変換した2つのディジタル検出値から3つ目のディジタル検出値を演算により求め、3相分のディジタル検出値を得る推定位置検出手段と、前記3相分のディジタル検出値の内から所定の1つのディジタル検出値を選択する信号選択手段と、前記選択した前記ディジタル検出値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段と、前記選択した前記ディジタル検出値に相当する磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段とを有することを特徴とする磁極位置検出装置。

請求項4

請求項1ないし請求項3において、前記磁極位置検出装置で検出された前記絶対磁極位置を基に、PWM駆動信号作成インバータに出力してブラシレス直流モータを駆動する駆動信号作成手段を備えることを特徴とするブラシレス直流モータの駆動装置

請求項5

請求項4において、前記駆動信号作成手段は、正弦波のPWM駆動信号を作成する正弦波PWM信号器と、矩形波のPWM駆動信号を作成する矩形波PWM信号器とを備えることを特徴とするブラシレス直流モータの駆動装置。

請求項6

請求項5において、前記矩形波PWM信号器は、前記ブラシレス直流モータ起動時や加速時の出力を必要とする場合に用い、前記正弦波PWM信号器は、前記ブラシレス直流モータが目標回転速度に達し、低振動で前記ブラシレス直流モータを運転する場合に用いることを特徴とするブラシレス直流モータの駆動装置。

請求項7

請求項4ないし請求項6において、前記ブラシレス直流モータの駆動装置を洗濯槽パルセータ駆動機として全自動洗濯機に使用することを特徴とする洗濯機

請求項8

磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子ステップと、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成ステップと、前記磁極位置検出信号に基づき前記磁極位置検出を制御する制御ステップを有する磁極位置検出方法において、前記制御ステップは、前記検出信号生成ステップが生成し出力した120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正ステップと、前記変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択ステップと、前記選択した前記磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出ステップと、前記選択した前記磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出ステップとを有することを特徴とする磁極位置検出方法。

請求項9

請求項8において、前記変換補正ステップは、前記磁極位置検出信号をアナログ/ディジタル変換器にてディジタル検出値に変換するディジタル変換ステップと、前記変換された前記ディジタル検出値の最大及び最小値から、前記磁極位置検出素子部の出力ばらつきを検出し、該検出された出力ばらつきから補正量を求め、前記ディジタル検出値を補正する補正ステップを備えることを特徴とする磁極位置検出方法。

請求項10

磁気変化を利用して2つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子ステップと、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成ステップと、前記磁極位置検出信号の基づき前記磁極位置検出を制御する制御ステップを有する磁極位置検出方法において、前記制御ステップは、前記検出信号生成ステップが生成し出力した120度位相のずれた2つの磁極位置検出信号をアナログ/ディジタル変換器にてディジタル検出値に変換するディジタル変換ステップと、前記変換した2つのディジタル検出値から3つ目のディジタル検出値を演算により求め、3相分のディジタル検出値を得る推定位置検出ステップと、前記3相分のディジタル検出値の内から所定の1つのディジタル検出値を選択する信号選択ステップと、前記選択した前記ディジタル検出値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出ステップと、前記選択した前記ディジタル検出値に相当する磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出ステップとを有することを特徴とする磁極位置検出装置。

--

0001

本発明は、磁極位置検出装置及びブラシレス直流モータ駆動装置に関し、特に、ホール素子を用いて磁極位置検出する磁極位置検出装置と、該磁極位置検出装置とブラシレス直流モータを正弦波PWM駆動する180度通電インバータを用いたブラシレス直流モータの駆動装置に関するものである。

背景技術

0002

従来のホール素子を用いたブラシレス直流モータの駆動装置の磁極位置検出装置は、特開平4—295293号公報記載のように、電気角で90位相をずらして配置した2つのホール素子等の磁極位置検出素子からの出力信号直線近似領域によって磁極位置を検出し、ブラシレス直流モータを駆動するものであった。磁極位置の検出は、90度位相のずれた2つの正弦波検出信号の各々反転信号作成し、非反転信号と反転信号の4つの正弦波信号との交点区間である直線近似領域を用いて絶対磁極位置を検出するものであった。

0003

また、別の方式として、サーボモータ等ではエンコーダを用いてブラシレス直流モータを駆動する方式が広く用いられている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来技術は、正弦波信号の90度区間の直線近似領域を使用するため、切り換え点付近非線形となるとともに、反転回路などを構成する素子のばらつきの影響が生じ、位置検出精度が低下する恐れがあった。また、モータ磁極台形波着磁されたものにおいて、台形波上底が電気角で90度以上となる場合には、磁極位置の検出が困難であった。

0005

本発明の目的は、磁極着磁波形が正弦波、台形波に関わらず、磁極位置の検出精度精度良く保ち、高精度な連続した絶対磁極位置を検出する磁極位置検出装置を提供することにある。

0006

さらに、本発明の目的は、ディジタル処理により回路を構成する素子等による検出精度のばらつきの影響をなくし、マイクロコンピュータとのインターフェースを容易に取ることができる磁極位置検出装置を提供することにある。

0007

さらに、本発明の目的は、上記磁極位置検出装置をブラシレス直流モータの駆動装置の磁極位置検出に用いることにより、連続した磁極位置を検出し、正弦波駆動あるいは矩形波駆動できる安価で低振動・低騒音のブラシレス直流モータの駆動装置を提供することにある。

0008

また、本発明の目的は、上記ブラシレス直流モータの駆動装置を洗濯機洗濯槽パルセータ駆動機とすることにより、洗濯槽等の共振により発生する振動や騒音を低減することにある。また、ブラシレス直流モータを用いたファンモータ低振動化を図ることにある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明は、磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子部と、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号生成する検出信号生成部と、前記磁極位置検出信号に基づき前記磁極位置検出を制御する制御部を有する磁極位置検出装置において、前記制御部は、前記検出信号生成部が生成し出力した120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正手段と、前記変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択手段と、前記選択した前記磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段と、前記選択した前記磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段とを有することを特徴とする。

0010

また、本発明の他の特徴は、磁気変化を利用して2つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子部と、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成部と、前記磁極位置検出信号の基づき前記磁極位置検出を制御する制御部を有する磁極位置検出装置において、前記制御部は、前記検出信号生成部が生成し出力した120度位相のずれた2つの磁極位置検出信号をアナログディジタル変換器にてディジタル検出値変換するディジタル変換手段と、前記変換した2つのディジタル検出値から3つ目のディジタル検出値を演算により求め、3相分のディジタル検出値を得る推定位置検出手段と、前記3相分のディジタル検出値の内から所定の1つのディジタル検出値を選択する信号選択手段と、前記選択した前記ディジタル検出値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出手段と、前記選択した前記ディジタル検出値に相当する磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出手段とを有することにある。

0011

また、本発明の他の特徴は、前記磁極位置検出装置を用いたブラシレス直流モータの駆動装置において、前記磁極位置検出装置で検出された前記絶対磁極位置を基に、PWM駆動信号を作成しインバータに出力してブラシレス直流モータを駆動する駆動信号作成手段を備えることにある。

0012

また、本発明の他の特徴は、ファンや洗濯機の洗濯槽及びパルセータ等の回転駆動部に前記ブラシレス直流モータの駆動装置を用いることにある。

0013

さらに、本発明の他の特徴は、磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子ステップと、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成ステップと、前記磁極位置検出信号に基づき前記磁極位置検出を制御する制御ステップを有する磁極位置検出方法において、前記制御ステップは、前記検出信号生成ステップが生成し出力した120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する変換補正ステップと、前記変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する信号選択ステップと、前記選択した前記磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出ステップと、前記選択した前記磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出ステップとを有することにある。

0014

さらに、本発明の他の特徴は、磁気変化を利用して2つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する磁極位置検出素子ステップと、前記磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する検出信号生成ステップと、前記磁極位置検出信号の基づき前記磁極位置検出を制御する制御ステップを有する磁極位置検出方法において、前記制御ステップは、前記検出信号生成ステップが生成し出力した120度位相のずれた2つの磁極位置検出信号をアナログ/ディジタル変換器にてディジタル検出値に変換するディジタル変換ステップと、前記変換した2つのディジタル検出値から3つ目のディジタル検出値を演算により求め、3相分のディジタル検出値を得る推定位置検出ステップと、前記3相分のディジタル検出値の内から所定の1つのディジタル検出値を選択する信号選択ステップと、前記選択した前記ディジタル検出値から相対磁極位置を検出する相対磁極位置検出ステップと、前記選択した前記ディジタル検出値に相当する磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する絶対磁極位置検出ステップとを有することにある。

0015

本発明によれば、磁極位置検出素子部は、磁気変化を利用して3つの磁極位置検出素子により回転体の磁極位置を検出する。検出信号生成部は、磁極位置に基づいて磁極位置検出信号を生成する。制御部の変換補正手段は、検出信号生成部が生成し出力した120度づつ位相のずれた3つの磁極位置検出信号を変換補正する。信号選択手段は、変換補正した3つの磁極位置検出信号の内から所定の1つの磁極位置検出信号を選択する。相対磁極位置検出手段は、選択した前記磁極位置検出信号の値から相対磁極位置を検出する。絶対磁極位置検出手段は、選択した前記磁極位置検出信号の区間と前記相対磁極位置とから連続した絶対磁極位置を検出する。

0016

これにより、磁極位置検出素子の出力信号波形が正弦波あるいは台形波に関わらず、磁極位置検出信号波形の所定の電気角の範囲となる検出値を用いて相対磁極位置を高精度に検出し、選択した磁極位置検出信号の区間と相対磁極位置とから高精度な連続した絶対磁極位置を得ることができる。

0017

さらに、磁極位置検出素子の出力信号波形をディジタルサンプリングし、ディジタル処理にて高精度な連続したディジタルの絶対磁極位置を得ることができ、回路を構成する素子の出力ばらつきの影響を抑えるとともに、コンピュータに容易に接続してデータを処理することができる。

0018

さらに、各磁極位置検出素子の出力信号波形の振幅オフセット量の出力ばらつきをディジタル検出値の最大最小値を用いて検出し、ディジタル検出値の補正量を決定して、補正することにより、磁極位置検出素子などの回路構成素子の出力ばらつきの影響を除去した高精度な磁極位置検出を行うことができる。

0019

さらに、小型低コストのホール素子からなる磁極位置検出装置を用いてブラシレス直流モータの磁極位置を高精度に検出できるため、ブラシレス直流モータの正弦波PWM駆動あるいは矩形波PWM駆動が容易にでき、低振動・低騒音の運転を実現することができる。

0020

また、正弦波PWM駆動あるいは矩形波PWM駆動できるブラシレス直流モータの駆動装置を用いて可変速のファン用ブラシレス直流モータや全自動洗濯機用ブラシレス直流モータの運転を行うことにより、機械的な共振点を避けずに連続的な可変速運転を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0021

以下、本発明の一実施例に係る磁極位置検出装置及びこれを用いたブラシレス直流モータの駆動装置を、図を用いて説明する。

0022

図1は、本発明の一実施例に係る磁極位置検出装置及びブラシレス直流モータの駆動装置の機能構成を示す。本発明の一実施例のモータには、例えば、永久磁石界磁2極のブラシレス直流モータ1を用い、3相巻線1Bと、2極の永久磁石ロータ1Aと、磁極位置検出素子部2を備えている。

0023

ブラシレス直流モータの駆動装置10は、磁極位置検出装置100、速度制御器300、駆動信号作成手段200、インバータ3で構成されている。

0024

磁極位置検出装置100は、磁極位置検出素子部2、検出信号生成部12、制御部5で構成されている。磁極位置検出素子部2は、検出信号(Sa+とSa-,Sb+とSb-,Sc+とSc-)を出力する3つの磁極位置検出素子、例えばホール素子(1Ha,1Hb,1Hc)を持つ。磁極位置検出素子部2で出力された検出信号(Sa+とSa-,Sb+とSb-,Sc+とSc-)は、検出信号生成部12の増幅器(12a,12b,12c)により電気角で120度ずつ位相ずれた3つの増幅信号(S2a,S2b,S2c)となる。

0025

また、制御部5は、変換補正手段6、信号選択手段103、相対磁極位置検出手段104、絶対磁極位置検出手段105で構成されており、これらは、ワンチップのマイクロコンピュータ4(以下、マイコンと称す)内のROMにプログラムとして、あるいはハードウェアのアナログ/ディジタル変換器として構成されている。

0026

変換補正手段6は、ディジタル変換手段101と補正手段102とを備えている。ディジタル変換手段101は、アナログ/ディジタル変換器にて増幅信号(S2a,S2b,S2c)をディジタルサンプリングし、3相分のディジタル検出値B1を出力する。補正手段102は、ホール素子(1Ha,1Hb,1Hc)や増幅器(12a,12b,12c)の回路構成素子の出力ばらつきの影響を補正し、補正検出値B2を信号選択手段103に出力する。

0027

信号選択手段103は、3つの検出値の中から選択した所定の1つの検出値B3を、相対磁極位置検出手段104に出力すると共に、選択した検出信号の区間を示す区間信号B4を出力する。絶対磁極位置検出手段105は、相対磁極位置検出手段104が出力する相対磁極位置B5と区間信号B4を受けて絶対磁極位置B6を出力する。

0028

速度制御器300は、絶対磁極位置B6から速度演算し、電圧指令Vordを出力する。駆動信号作成手段200は、電圧指令Vordから正弦波PWM信号器201あるいは矩形波PWM信号器202を選択し、絶対磁極位置検出手段105のディジタルの絶対磁極位置信号B6を用いてインバータ3を駆動するドライブ信号DRVを出力し、ブラシレス直流モータ1を運転する。

0029

次に、磁極位置検出の動作を詳細に説明する。

0030

各部のホール素子(1Ha,1Hb,1Hc)の出力信号は、永久磁石ロータの磁極及び磁束量に比例する信号波形(Sa+とSa-,Sb+とSb-,Sc+とSc-)を出力し、増幅器(12a,12b,12c)によりマイコン4内のディジタル変換検出手段101を構成するアナログ/ディジタル変換器に入力することができる0〜5Vの増幅信号(S2a,S2b,S2c)としてディジタル変換手段101に入力される。

0031

ディジタル変換手段101は、3つの増幅信号(S2a,S2b,S2c)を一定時間間隔にてアナログ/ディジタル変換器でサンプリングする。サンプリングした3つのディジタル検出値B1は、補正手段102にて各相毎に最大、最小値を基に増幅信号(S2a,S2b,S2c)のオフセット量、あるいは振幅誤差を検出し、ディジタル検出値B1に補正を加え、ホール素子や回路を構成する素子の出力ばらつきの影響を除去した補正検出値B2を出力する。

0032

信号選択手段103では、磁極位置検出に最も適した電気角で−30〜30度あるいは150〜210度の値の範囲内となる3つの補正検出値B2の内の所定の1つを選択し、選択検出値B3として出力するとともに、選択した検出信号の相と区間を示す区間信号B4を出力する。

0033

相対磁極位置検出手段104では、電気角で−30〜30度の磁極位置の範囲で検出される選択検出値B3の値と角度との関係(150〜210度の範囲においても同様な値となる)を予めROMテーブル上にマッピングしておき、選択検出値B3の値からテーブルサーチして−30〜30度の範囲の相対的な相対磁極位置B5を求める。

0034

絶対磁極位置検出手段105では、区間信号B4により絶対角度角度基準値(0,60,120,180,240,300度の内の1つの値)を検出し、角度基準値と−30〜30度の値である相対磁極位置B5とを加算(角度基準値が60,180,300度の時は選択検出値B3と角度の関係が反転するため減算)し、電気角1周期分の−30〜330度の絶対磁極位置を求め、更にオフセット量として30度を加算して絶対磁極位置B6を求める。

0035

これにより、小形・軽量で安価なホール素子を用いて高精度な絶対磁極位置を求めることができる。さらに、求めた絶対磁極位置はディジタル量であるため、コンピュータでのデータ処理が容易である。

0036

さらに、本実施例では、絶対磁極位置B6を用いてブラシレス直流モータの駆動信号を作成し、運転している。速度制御器300では、速度指令Nordと絶対磁極位置B6の時間当たりの変化量から算出した回転速度とが一致するように電圧指令Vordを出力する。

0037

駆動信号作成手段200には、ブラシレス直流モータの2つの駆動方法であるPWM信号を作成するための正弦波PWM信号器201と矩形波PWM信号器202とを持っており、速度指令Nordから運転状態を検出し、運転状態に合わせて正弦波PWM信号器201と矩形波PWM信号器202とを切り替えて用いることにより低振動・低騒音でブラシレス直流モータを運転することができる。

0038

図2は、図1の磁極位置検出装置における角度範囲を示すもので電気角1周期の−30〜330度の範囲の区間を示す。選択信号は3つの検出信号の大小関係から信号選択手段103により選択した信号で、角度範囲の角度と区間信号B4に対応する。角度基準値は角度範囲の中心値であり、角度基準値と相対磁極位置B5とから加減算により絶対磁極位置B6を求める基準角度である。ここで、電気角で30度あるいは150度のときの値をUR、−30度あるは210度のときの値をDRとしている。大小関係の比較には3つの検出信号をそれぞれ比較し、大小関係を求めても良いが、各検出信号とUR、あるいはDRとの比較でも求めることができる。

0039

図3は、図1の磁極位置検出装置における磁極位置検出の動作を示すもので、モータの磁極を正弦波着磁した時のものである。(a)に示すように、ホール素子の検出信号波形(Sa,Sb,Sc)は、ホール素子からの2つの信号(Sa+とSa-,Sb+とSb-,Sc+とSc-)の電位差(数百mV)を示している。(b)に示すように、増幅信号(S2a,S2b,S2c)は、正負に変化する正弦波状のホール素子の検出信号(Sa,Sb,Sc)をアナログ/ディジタル変換器で検出できるように0〜5Vの範囲となるよう増幅するとともにオフセットレベルを与える。(f)の相対磁極位置B5は、(c),(d),(e)に示す3相各相のディジタル検出値B1a,B1b,B1cから太線で示したUR〜DRの範囲となる部分のみを選択してくる。さらに、図2に示した関係と、相対磁極位置B5とから、(g)に示すように、連続した絶対磁極位置B6を得ることができる。

0040

図4図5図6は、図1の磁極位置検出装置における補正方法を示すもので、図4はオフセット量の検出、図5は振幅誤差の検出、図6は補正方法のフローチャートを示す。

0041

図4図5では1相分のみを示しているが、他の2相も同様である。また、図中の破線は予めマイコン4に記憶されている理想増幅信号、実線は実際の増幅信号S2a、太線は理想的な相対磁極位置を得るためのURとDRの範囲に入る区間を示している。ZeroはURとDRとの中間の値である。図4のオフセット量の検出では、理想的な最大値RMax、最小値Rminを予め求めておき、検出した増幅信号の最大値Max、最小値Minとから(数1)を用いてオフセット量を検出する。

0042

0043

図5の振幅誤差の検出では、理想的な最大値RMax、最小値Rminと、検出した増幅信号の最大値Max、最小値Minとから(数2)を用いて振幅誤差を検出する。

0044

0045

図6において、モータ起動直後の低速回転時かどうかの判定を行い(ステップ501)、低速時にのみオフセット補正量振幅補正量の検出を行い、それ以外では検出したディジタル検出値にオフセット補正(510)と振幅補正(511)を行う。これらの検出と補正は、3相分、各相毎に行う。

0046

モータが低速時には3相各相の最大値Max、最小値Minを検出し(502)、オフセット量を演算により求める(503)。求めたオフセット量が所定の許容範囲内かどうかを判定し(504)、許容誤差範囲内ならオフセット補正量をクリアする(512)。許容誤差範囲外なら、オフセット補正量をセットし(505)、最大値Maxと最小値Minのオフセット補正をする(506)。

0047

次に、振幅誤差を演算により求め(507)、振幅誤差が所定の許容範囲内であるかを判定し(508)、許容誤差範囲内なら振幅補正量をクリアする(513)。許容誤差範囲外なら、振幅補正量をセットする(509)。

0048

以上のように、各ホール素子の出力信号波形の振幅やオフセット量をディジタル検出値の最大、最小値を用いて検出し、ディジタル検出値の補正量を決定して、補正することにより、ホール素子などの回路構成素子のばらつきの影響を除去した高精度な磁極位置検出ができる。ここで、許容範囲は、予め実験により求めた値で、マイコン4のROMに記憶してある。

0049

図7は、図1のブラシレス直流モータのモータ特性を示す。120度通電駆動をする矩形波PWM信号器202を用いた矩形波駆動時は、電源電圧Edを有効に使用できるため、大きな出力トルクを必要とする起動時や加速運転時に適している。一方、180度通電駆動する正弦波PWM信号器201を用いた正弦波駆動時は、正弦波状の電圧印加し、トルクリプルを小さくできるため、低振動・低騒音運転を必要とする場合に適している。

0050

正弦波PWM信号器201と矩形波PWM信号器202との切り換えには、図1の速度制御器300の速度指令Nordによって運転状態を判定し、起動時及び高負荷運転時に矩形波PWM信号器202を選択し、それ以外は正弦波PWM信号器201を用いるようにする。これにより、大きな出力トルクを必要とするものでも低振動・低騒音の運転が実現できる。

0051

本発明の実施例では3つのホール素子を用いた場合を示したが、ホール素子の出力信号が電気角で−30〜30度あるいは150〜210度の範囲でSa+Sb+Sc=0となるように着磁されたものにおいて、2つのホール素子を用いて2相分の検出を行い、検出した2相分の値からオペアンプ等を用いて3相目の信号を求め、3相の検出信号を得るようにしたものでも良い。また、相対磁極位置検出手段にてROMテーブルを用いて相対磁極位置を求めるようにしているが、直線近似式等の近似式を用いても良い。

0052

図8は、本発明の他の実施例に係る磁極位置検出装置の機能構成を示す。図8の磁極位置検出装置150は、電気角で120度位相をずらして配置した2つのホール素子(1Ha,1Hb)により2相の検出信号を制御部50のディジタル変換手段101にて検出し、推定位置検出手段107によって検出した2つのディジタル検出値を用いて3つ目のディジタル検出値を演算により求めることが、図1の磁極位置検出装置100とは異なり、その他の同一符号の動作は同じである。

0053

本実施例では、二つの増幅信号(S2a,S2b)をディジタル変換手段にてディジタルサンプリングし、検出した2つのディジタル検出値(B7a,B7b)を推定位置検出手段107に出力する。推定位置検出手段107では、1つの推定ディジタル検出値B7cを−(B7a+B7b)により求め、3つのディジタル検出値(B1a,B1b,B1c)として出力する。これにより、ホール素子数が2つの場合でも効率よく連続した絶対磁極位置を検出できる。

0054

図9は、本発明のブラシレス直流モータの駆動装置を用いた洗濯機の構成の一実施例を示す。本実施例において、運転制御装置810は、洗濯コースによって、強洗い,ソフト洗い等の運転パターンをモータの速度指令Nordとして保持し、洗濯機を可変速運転する。すなわち、洗濯物の量に応じて速度指令Nordのパターンを変えて運転を行うものである。ブラシレス直流モータの駆動装置10は運転制御装置810から出力された速度指令に一致するようにブラシレス直流モータ1の速度を制御し、洗濯槽801やパルセータ803をプーリー804とベルト805を介して駆動する。本実施例では洗濯時の可変速運転の他、脱水時の回転数を連続的に変化させた場合にも、ホール素子を用いた安価な構成にて、トルクリプルの少ない正弦波駆動運転ができ、低振動・低騒音な運転を実現することができる。

0055

さらに、上述の実施例においては、本発明の磁極位置検出装置をブラシレス直流モータの駆動装置に適用した場合と、これを用いた洗濯機の場合について述べたが、電気掃除機エアコン、ファン等に、本発明の磁極位置検出装置を有するブラシレス直流モータの駆動装置を用いれば、低振動化、低騒音化を容易に図ることができる。また、本発明はこれに限らず、他の種々の回転体の磁極位置検出装置に広く適用することができる他に、永久磁石を用いたリニアモータ線形移動する動力源駆動制御における位置測定にも適用することができる。

発明の効果

0056

本発明によれば、エンコーダ等を用いることなく、小形・低コストなホール素子の出力信号を用いて検出信号の電気角で−30〜30度あるいは150〜210度の範囲となる検出値を選択し、選択した検出値を用いることにより、相対磁極位置を高精度に検出し、選択した検出信号の区間と相対磁極位置とから高精度な連続した絶対磁極位置を得ることができる。

0057

また、本発明によれば、トルクリプルの小さい正弦波PWM駆動と起動トルクの大きい矩形波PWM駆動とができるブラシレス直流モータの駆動装置を用いて洗濯機の可変速運転を行うことにより、脱水運転時等の高速回転到達までに機械的な共振点を避けずに連続的な低騒音の可変速運転を実現することができる。

図面の簡単な説明

0058

図1本発明の一実施例に係る磁極位置検出装置及びブラシレス直流モータの駆動装置の機能構成を示すブロック図である。
図2図1の磁極位置検出装置における角度範囲を示す図である。
図3図1の磁極位置検出装置における磁極位置検出の動作を示す図である。
図4図3の増幅信号のオフセット量の検出を示す図である。
図5図3の増幅信号の振幅誤差の検出を示す図である。
図6図3の増幅信号の補正処理のフローチャート図である。
図7図1のブラシレス直流モータのモータ特性を示す図である。
図8本発明の他の実施例に係る磁極位置検出装置の機能構成を示すブロック図である。
図9本発明のブラシレス直流モータの駆動装置を用いた洗濯機の構成の一実施例を示す図である。

--

0059

1…ブラシレス直流モータ、2,20…磁極位置検出素子部、3…インバータ、4…マイクロコンピュータ、5,50…制御部、6…変換補正手段、10…駆動装置、12,120…検出信号生成部、100,150…磁極位置検出装置、101…ディジタル変換手段、102…補正手段、103…信号選択手段、104…相対磁極位置検出手段、105…絶対磁極位置検出手段、107…推定位置検出手段、300…速度制御器、200…駆動信号作成手段、201…正弦波PWM信号器、202…矩形波PWM信号器。

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