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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】回転方向判定装置
(51)【国際特許分類】
H02P 23/14 20060101AFI20240214BHJP
【ＦＩ】
H02P23/14
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020165897
(22)【出願日】2020-09-30
(65)【公開番号】P2022057572
(43)【公開日】2022-04-11
【審査請求日】2023-03-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000006611
【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 雄寛
(72)【発明者】
【氏名】下野 聖仁
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０４５６４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１６６６９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２３６０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０７７５０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３相モータにおける３相のうち何れか２相に発生する誘起電圧を合成することにより、１周期において互いに大きさが異なる３つのピークを有する合成波形を生成する誘起電圧波形生成装置と、前記誘起電圧波形生成装置から前記合成波形が入力される入力ポートを有し、前記入力ポートに入力される前記合成波形に基づいて、前記３相モータの起動前に前記３相モータの回転方向を判定するコントローラと、
を具備する回転方向判定装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記合成波形に重畳されているオフセット電圧を検出してキャンセルする、請求項１に記載の回転方向判定装置。
【請求項3】
前記コントローラは、前記合成波形の周期に基づいて前記３相モータの回転数及び前記３相モータの１回転における回転位相を算出し、前記回転数及び前記回転位相に基づいて前記回転方向を判定する、請求項１または２に記載の回転方向判定装置。
【請求項4】
前記コントローラは、前記合成波形の瞬時振幅値が所定の閾値未満から前記所定の閾値以上に変化した時点での前記回転位相を初期値として、前記３相モータの角速度に基づいて加算位相を算出し、前記加算位相に応じて現時点での前記回転位相を算出する、請求項３に記載の回転方向判定装置。
【請求項5】
前記コントローラは、前記合成波形の１周期において、前記回転位相が０度以上１２０度未満の範囲に存在するピークを第一ピーク、前記回転位相が１２０度以上２４０度未満の範囲に存在するピークを第ニピーク、前記回転位相が２４０度以上３６０度未満の範囲に存在するピークを第三ピークとし、前記第一ピークの大きさと前記第三ピークの大きさを比較することにより前記回転方向を判定する、請求項４に記載の回転方向判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、回転方向判定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空気調和機の室外機は、熱交換機と、熱交換機用のファン（以下では「室外機ファン」と呼ぶことがある）と、室外機ファンを回転させるモータ（以下では「ファンモータ」と呼ぶことがある）とを有する。
【0003】
室外機のファンモータは、ファンモータが停止している間に室外機ファンが風などの外力を受けて空転することにより、正転方向とは逆方向、つまり逆転方向に回転する（以下では「逆転」と呼ぶことがある）ことがある。ファンモータは正転方向で起動するため、ファンモータの起動前に室外機ファンが空転することにより、ファンモータが逆転方向に回転している状態でファンモータを起動させてしまうと、ファンモータの起動に失敗したり、ファンモータが破損してしまったりすることがある。そこで、ファンモータの起動前にファンモータの回転方向と回転数とを検出する技術が提案されている。
【0004】
ファンモータが回転しているとき、ファンモータに生じる誘起電圧（以下では「モータ誘起電圧」と呼ぶことがある）に基づいて、ファンモータの回転方向と、ファンモータの回転数とを検出する技術がある。例えば、３相のモータ誘起電圧（以下では「３相誘起電圧」と呼ぶことがある）のうち、何れか２相のモータ誘起電圧のそれぞれの位相に基づいてファンモータの回転方向を判定し、何れか１相のモータ誘起電圧の周期に基づいてファンモータの回転数を検出する技術がある。これにより、ファンモータが逆転していることと、ファンモータが逆転しているときの回転数とを検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１０－２００４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記のように、ファンモータの回転方向の判定には、３相誘起電圧のうちの２相のモータ誘起電圧が必要であるため、回転方向の判定を行うコントローラには、２相のモータ誘起電圧の各波形がそれぞれ入力される２つの入力ポートが必要であった。
【0007】
そこで、本開示は、入力ポート１つで３相モータの空転時の回転方向の判定が可能となる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の回転方向判定装置は、誘起電圧波形生成装置と、コントローラとを有する。前記誘起電圧波形生成装置は、３相モータにおける３相のうち何れか２相に発生する誘起電圧を合成することにより、１周期において互いに大きさが異なる３つのピークを有する合成波形を生成する。前記コントローラは、前記誘起電圧波形生成装置から前記合成波形が入力される入力ポートを有し、前記入力ポートに入力される前記合成波形に基づいて、前記３相モータの起動前に前記３相モータの回転方向を判定する。
【発明の効果】
【0009】
開示の技術によれば、入力ポート１つでも３相モータの回転方向の判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。
【0012】
［実施例］
＜回転方向判定装置の構成＞
図１は、本開示の実施例の回転方向判定装置の構成例を示す図である。図１において、回転方向判定装置２０は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１０とファンモータＭとの間に接続され、誘起電圧波形生成装置３０とコントローラ４０とを有する。ファンモータＭは、３相モータである。コントローラ４０の一例として、ＭＣＵ（Micro Control Unit）が挙げられる。
＜回転方向判定装置の構成＞
図１は、本開示の実施例の回転方向判定装置の構成例を示す図である。図１において、回転方向判定装置２０は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１０とファンモータＭとの間に接続され、誘起電圧波形生成装置３０とコントローラ４０とを有する。ファンモータＭは、３相モータである。コントローラ４０の一例として、ＭＣＵ（Micro Control Unit）が挙げられる。
【0013】
コントローラ４０は、単一の入力ポートＩＮを有し、ファンモータＭの起動前に、単一の入力ポートＩＮに入力される後述の誘起電圧波形に基づいてファンモータＭの回転方向が正転方向であるか逆転方向であるかを判定する。なお、ここ以降で「回転」とは、ファンモータＭが停止している間（起動前）に室外機ファンが風などの外力を受けて空転することにより、ファンモータＭが回転する状態を示すことがある。また、このときのファンモータＭが回転する状態を、室外ファンの場合と同様に、空転とも呼ぶ。
【0014】
誘起電圧波形生成装置３０は、ファンモータＭの起動前に、３相誘起電圧に基づいて、入力ポートＩＮへと入力される誘起電圧波形を生成する。
【0015】
ＩＰＭ１０は、ファンモータＭの起動後に、スイッチング制御により、ＩＰＭ１０の外部から印加される直流電圧Ｖｄｃから、３相の交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、生成した各相の交流電圧をファンモータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相へ印加することによりファンモータＭを駆動する。ＩＰＭ１０は、ファンモータＭを駆動する駆動部の一例である。
【0016】
ファンモータＭは、空転時にも、３相誘起電圧であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の誘起電圧を発生する。以下では、Ｕ相の誘起電圧を「Ｕ相誘起電圧」と、Ｖ相の誘起電圧を「Ｖ相誘起電圧」と、Ｗ相の誘起電圧を「Ｗ相誘起電圧」と呼ぶことがある。
【0017】
誘起電圧波形生成装置３０は、第一抵抗Ｒ１と、第二抵抗Ｒ２と、第三抵抗Ｒ３と、第一経路Ｐ１と、第二経路Ｐ２と、第三経路Ｐ３と、第四経路Ｐ４とを有する。
【0018】
第一抵抗Ｒ１は、ファンモータＭのＵ相に接続された第一経路Ｐ１に配置され、Ｕ相誘起電圧を後述の第三抵抗Ｒ３とで分圧してＵ相誘起電圧に電圧降下を生じさせる。
【0019】
第二抵抗Ｒ２は、ファンモータＭのＶ相に接続された第二経路Ｐ２に配置され、Ｖ相誘起電圧を後述の第三抵抗Ｒ３とで分圧してＶ相誘起電圧に電圧降下を生じさせる。
【0020】
第三抵抗Ｒ３は、第一経路Ｐ１と第二経路Ｐ２との合流点ＪＰを始点とする第四経路Ｐ４に配置され、第三抵抗Ｒ３の片側はグランド（ＧＮＤ）に接続される。
【0021】
また、合流点ＪＰを始点とする第三経路Ｐ３は、コントローラ４０の入力ポートＩＮに接続されている。
【0022】
ここで、第一抵抗Ｒ１（以下では第一抵抗Ｒ１の抵抗値を「第一抵抗値」と呼ぶことがある）、及び、第二抵抗Ｒ２（以下では第二抵抗Ｒ２の抵抗値を「第二抵抗値」と呼ぶことがある）のそれぞれは、第三抵抗Ｒ３（以下では第三抵抗Ｒ３の抵抗値を「第三抵抗値」と呼ぶことがある）を用いて、それぞれの相の誘起電圧を分圧し、分圧された電圧がコントローラ４０の入力ポートＩＮへ入力される。Ｕ相誘起電圧の振幅値とＶ相誘起電圧の振幅値とを互いに異ならせるために、第一抵抗値と第二抵抗値とを互いに異ならせる必要がある。例えば、第一抵抗値と第二抵抗値との比は「３：１」とする。
【0023】
＜正転方向での回転時の波形＞
図２、図３及び図４は、本開示の実施例の正転方向に空転した時の誘起電圧の波形の一例を示す図である。以下では、Ｕ相誘起電圧の波形を「Ｕ相波形」と、Ｖ相誘起電圧の波形を「Ｖ相波形」と、Ｗ相誘起電圧の波形を「Ｗ相波形」と呼ぶことがある。
図２、図３及び図４は、本開示の実施例の正転方向に空転した時の誘起電圧の波形の一例を示す図である。以下では、Ｕ相誘起電圧の波形を「Ｕ相波形」と、Ｖ相誘起電圧の波形を「Ｖ相波形」と、Ｗ相誘起電圧の波形を「Ｗ相波形」と呼ぶことがある。
【0024】
図２には、ファンモータＭの正転方向での空転時（以下では「正転空転時」と呼ぶことがある）に、観測点ＭＡ（図１）で観測されるＵ相波形ＷＡ１と、観測点ＭＢ（図１）で観測されるＶ相波形ＷＢ１と、観測点ＭＣ（図１）で観測されるＷ相波形ＷＣ１とが示されている。図１に、観測点ＭＡ，ＭＢ，ＭＣの基準点ＭＲ（ＧＮＤ）を示す。図２に示すように、ファンモータＭが正転方向で空転しているときには、Ｕ相波形→Ｖ相波形→Ｗ相波形→Ｕ相波形→Ｖ相波形→Ｗ相波形→…の順序で各相の誘起電圧の波形が出現する。
【0025】
そこで、図３に示すように、Ｕ相波形ＷＡ１、Ｖ相波形ＷＢ１及びＷ相波形ＷＣ１のうち、Ｕ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１とに着目する。以下では、Ｕ相波形とＶ相波形とが合成された波形を「合成波形」と呼ぶことがある。図４に、Ｕ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１との合成結果である合成波形ＷＤ１を示す。つまり、正転空転時には、図４に示す合成波形ＷＤ１が観測点ＭＤ（図１）において観測される。よって、正転空転時には、誘起電圧波形生成装置３０によって生成される合成波形ＷＤ１（図４）が入力ポートＩＮに入力される。
【0026】
図４において、合成波形ＷＤ１の１周期Ｔ１には、ピークＫ１１，Ｋ１２，Ｋ１３の３つのピークが存在する。
【0027】
ピークＫ１１は、図３に示すＵ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１が時間軸で交差している点に相当し、合成結果が他のピークより大きくなる。ピークＫ１２は、時間軸上でＵ相波形ＷＡ１と重なりをもつＶ相波形ＷＢ１の１つのピーク（ＶＰ１）に相当し、ピークＫ１３は、時間軸上でＶ相波形ＷＢ１と重なりをもたないＵ相波形ＷＡ１の１つのピーク（ＵＰ１）に相当する。ピークＫ１３はピークＫ１２より小さい。ピークＫ１２，Ｋ１３の大きさの比は、第一抵抗値と第二抵抗値との比、すなわち誘起電圧の分圧比に応じて決定される。例えば、ピークＫ１２の大きさは３.６９［Ｖ］であるのに対しピークＫ１３の大きさは１.２１［Ｖ］である。よって、ピークＫ１３の大きさとピークＫ１２の大きさとの比は約「１：３」となり、第一抵抗値と第二抵抗値との比の逆になる。
【0028】
また、正転空転時には、１周期Ｔ１において、各ピークは、ピークＫ１３→ピークＫ１１→ピークＫ１２の順序で出現する。
【0029】
【0030】
図５には、ファンモータＭの逆転方向での空転時（以下では「逆転空転時」と呼ぶことがある）に、観測点ＭＡ（図１）で観測されるＵ相波形ＷＡ２と、観測点ＭＢ（図１）で観測されるＶ相波形ＷＢ２と、観測点ＭＣ（図１）で観測されるＷ相波形ＷＣ２とが示されている。図５に示すように、ファンモータＭが逆転方向で空転しているときには、Ｗ相波形→Ｖ相波形→Ｕ相波形→Ｗ相波形→Ｖ相波形→Ｕ相波形→…の順序で各相の誘起電圧の波形が出現する。
【0031】
そこで、図６に示すように、Ｕ相波形ＷＡ２、Ｖ相波形ＷＢ２及びＷ相波形ＷＣ２のうち、Ｕ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２とに着目し、Ｕ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２との合成結果である合成波形ＷＤ２を図７に示す。つまり、逆転空転時には、図７に示す合成波形ＷＤ２が観測点ＭＤ（図１）において観測される。よって、逆転空転時には、誘起電圧波形生成装置３０によって生成される合成波形ＷＤ２（図７）が入力ポートＩＮに入力される。
【0032】
図７において、合成波形ＷＤ２の１周期Ｔ２には、ピークＫ２１，Ｋ２２，Ｋ２３の３つのピークが存在する。周期Ｔ２の長さは、回転数が図４と等しいとき、周期Ｔ１（図４）の長さと同一である。以下では、周期Ｔ１，Ｔ２を「周期Ｔ」と総称することがある。
【0033】
ピークＫ２１は、図６に示すＵ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２が時間軸で交差している点に相当し、合成結果が他のピークより大きくなる。ピークＫ２２は、時間軸上でＵ相波形ＷＡ２と重なりをもつＶ相波形ＷＢ２の１つのピーク（ＶＰ２）に相当し、ピークＫ２３は、時間軸上でＶ相波形ＷＢ２と重なりをもたないＵ相波形ＷＡ２の１つのピーク（ＵＰ２）に相当する。ピークＫ２３はピークＫ２２より小さい。例えば、ピークＫ２２の大きさは３.６９［Ｖ］であるのに対しピークＫ２３の大きさは１.２１［Ｖ］である。よって、ピークＫ２３の大きさとピークＫ２２の大きさとの比は約「１：３」となり、第一抵抗値と第二抵抗値との比の逆になる。
【0034】
また、逆転空転時には、１周期Ｔ２において、各ピークは、ピークＫ２２→ピークＫ２１→ピークＫ２３の順序で出現する。
【0035】
＜コントローラの動作＞
上記のように、正転空転時でも逆転空転時でも、合成波形には、１周期Ｔの間に３つのピークが出現する。
上記のように、正転空転時でも逆転空転時でも、合成波形には、１周期Ｔの間に３つのピークが出現する。
【0036】
一方で、正転空転時と逆転空転時とでは、３つのピークの出現順序が相違する。以下では、１周期Ｔの間に出現する３つのピークのうち、大きさが最大のピークを「最大ピーク」と、大きさが最小のピークを「最小ピーク」と、最大ピークより小さく、かつ、最小ピークより大きいピークを「中間ピーク」と呼ぶことがある。図４では、ピークＫ１１が最大ピークに相当し、ピークＫ１２が中間ピークに相当し、ピークＫ１３が最小ピークに相当する。また、図７では、ピークＫ２１が最大ピークに相当し、ピークＫ２２が中間ピークに相当し、ピークＫ２３が最小ピークに相当する。
【0037】
つまり、正転空転時には、１周期Ｔにおいて、各ピークは、最小ピーク→最大ピーク→中間ピークの順序で出現するのに対し、逆転空転時には、１周期Ｔにおいて、各ピークは、中間ピーク→最大ピーク→最小ピークの順序で出現する。このように、正転空転時と逆転空転時とでは、１周期Ｔにおける最小ピークと中間ピークとの出現順序が相違する。すなわち、正転空転時には、１周期Ｔにおいて、最小ピークが出現した後に中間ピークが出現するのに対し、逆転空転時には、１周期Ｔにおいて、中間ピークが出現した後に最小ピークが出現する。
【0038】
また、１周期Ｔが３６０度である場合、正転空転時には、図１６に示すように０度以上１２０度未満の範囲に最小ピークが第一ピークとして出現し、２４０度以上３６０度未満の範囲に中間ピークが第三ピークとして出現する。それに対し、逆転空転時には、０度以上１２０度未満の範囲に中間ピークが第一ピークとして出現し、２４０度以上３６０度未満の範囲に最小ピークが第三ピークとして出現する。なお、最大ピークは、正転空転時でも逆転空転時でも、１２０度以上２４０度未満の範囲に第二ピークとして出現する。
【0039】
そこで、コントローラ４０は、空気調和機（図示省略）が運転開始の指示を受けてファンモータＭを起動させる前に、入力ポートＩＮに入力される合成波形を観測する。そして、コントローラ４０は、合成波形の１周期において最小ピークが出現した後に中間ピークが出現するときは、ファンモータＭの回転方向を正転方向と判定する。一方で、合成波形の１周期において中間ピークが出現した後に最小ピークが出現するときは、コントローラ４０は、ファンモータＭの回転方向を逆転方向と判定する。なお、合成波形の観測は、空気調和機が停止している間、常に行われてもよい。
【0040】
＜コントローラにおける処理手順＞
図８は、本開示の実施例のコントローラが、ファンモータＭの空転時の回転方向を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートによる処理は、ファンモータＭの起動前（つまり、空気調和機の運転停止中）に開始され、繰り返し行われる。以下では、合成波形ＷＤ１，ＷＤ２を「合成波形ＷＤ」と総称することがある。
図８は、本開示の実施例のコントローラが、ファンモータＭの空転時の回転方向を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートによる処理は、ファンモータＭの起動前（つまり、空気調和機の運転停止中）に開始され、繰り返し行われる。以下では、合成波形ＷＤ１，ＷＤ２を「合成波形ＷＤ」と総称することがある。
【0041】
図８において、ステップＳ１００では、コントローラ４０は、入力ポートＩＮに入力される合成波形に対してオフセットキャンセル処理を行う。なお、ステップＳ１００でキャンセルされるオフセットは、ＩＰＭ１０内部のインバータの上アームを制御する回路からの漏れ電流がファンモータＭへの出力端子に流れることにより合流波形に重畳される電圧である。
【0042】
次いで、ステップＳ２００では、コントローラ４０は、回転数検出処理を行う。
【0043】
次いで、ステップＳ３００では、コントローラ４０は、位相検出処理を行う。
【0044】
次いで、ステップＳ４００では、コントローラ４０は、回転方向判定処理を行う。
【0045】
＜オフセットキャンセル処理＞
図９は、本開示の実施例のオフセットキャンセル処理の一例を示すフローチャートである。
図９は、本開示の実施例のオフセットキャンセル処理の一例を示すフローチャートである。
【0046】
図９において、ステップＳ１０５では、コントローラ４０は、合成波形ＷＤの瞬時振幅値を電圧値Ｖθとして検出する。
【0047】
次いで、ステップＳ１１０では、コントローラ４０は、ステップＳ１０５で検出した電圧値Ｖθが、コントローラ４０の内部にあるメモリ（図示なし）に記憶されている電圧値Ｖθより小さいときに、電圧値Ｖθの最小値（以下では「最小電圧値」と呼ぶことがある）を、ステップＳ１０５で検出した電圧値Ｖθによって更新する。なお、最初に検出された電圧値Ｖθは、初期値としてメモリに記憶され上記のように更新される。
【0048】
次いで、ステップＳ１１５では、コントローラ４０は、合成波形ＷＤの１周期内で電圧値Ｖθの最小電圧値であるボトム値に対応する所定の更新タイミングが到来したか否かを判定する。所定の更新タイミングが到来したときは（ステップＳ１１５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２０へ進み、所定の更新タイミングが到来していないときは（ステップＳ１１５：Ｎｏ）、ステップＳ１２０，Ｓ１２５，Ｓ１３０の処理が行われることなく、処理はステップＳ１３５へ進む。
【0049】
ステップＳ１２０では、コントローラ４０は、最小電圧値を合成波形ＷＤにおけるボトム値として確定し、最小電圧値によってボトム値を更新する。
【0050】
次いで、ステップＳ１２５では、コントローラ４０は、ボトム値の急激な変化を防ぐために、ボトム値にＬＰＦ（Low Pass Filter）処理を施し、ＬＰＦ処理後のボトム値をオフセット電圧値として確定する。
【0051】
次いで、ステップＳ１３０では、コントローラ４０は、最小電圧値を所定の初期値にリセットする。
【0052】
次いで、ステップＳ１３５では、コントローラ４０は、ステップＳ１２５で確定したオフセット電圧値を電圧値Ｖθから減算することにより、合成波形ＷＤに重畳されているオフセット電圧を補正する。このオフセット電圧の補正により、合成波形ＷＤに重畳されているオフセットがキャンセルされる。ステップＳ１３５の処理により、オフセットキャンセル処理は終了する。
【0053】
＜回転数検出処理＞
図１０は、本開示の実施例の回転数検出処理の一例を示すフローチャートである。この回転数検出処理では、初めに合成波形ＷＤの周期Ｔｖを検出し、検出した合成波形ＷＤの周期Ｔｖを用いて回転数を求める。
図１０は、本開示の実施例の回転数検出処理の一例を示すフローチャートである。この回転数検出処理では、初めに合成波形ＷＤの周期Ｔｖを検出し、検出した合成波形ＷＤの周期Ｔｖを用いて回転数を求める。
【0054】
図１０において、ステップＳ２０５では、コントローラ４０は、合成波形ＷＤの電圧値Ｖθを検出した回数をカウントするカウンター値ｃｎｔをインクリメントする。
【0055】
次いで、ステップＳ２１０では、コントローラ４０は、ステップＳ１０５で検出した電圧値Ｖθが所定の閾値ＴＨ以上であるか否かを判定する。電圧値Ｖθが所定の閾値ＴＨ以上（以下、ハイレベルＨとする）であるときは（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１５へ進み、電圧値Ｖθが所定の閾値ＴＨ未満（以下、ローレベルＬとする）であるときは（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、処理はステップＳ２２０へ進む。なお、所定の閾値ＴＨは、例えば、図１４に示す合成波形ＷＤの電圧振幅の平均値に０.４を乗算した値とする。この平均値は、例えば、直近の３周期の電圧振幅の平均値として算出される。
【0056】
ステップＳ２１５では、コントローラ４０は、電圧値ＶθがハイレベルＨにあると判定する。判定結果は、コントローラ４０内部にあるメモリ（図示なし）に記憶される。
【0057】
一方で、ステップＳ２２０では、コントローラ４０は、電圧値ＶθがローレベルＬにあると判定する。判定結果は、コントローラ４０内部にあるメモリ（図示なし）に記憶される。
【0058】
次いで、ステップＳ２２５では、コントローラ４０は、コントローラ４０内部にあるメモリに記憶されている前回の判定の電圧値ＶθがローレベルＬであって、かつ、今回の判定において電圧値ＶθがハイレベルＨにあると判定されたか否かを判定する。電圧値Ｖθが、前回の判定においてローレベルＬであり、今回の判定においてハイレベルＨであるときは（ステップＳ２２５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２３０へ進む。一方で、電圧値Ｖθが、前回及び今回の判定の双方においてローレベルＬであるとき、前回及び今回の判定の双方においてハイレベルＨであるとき、または、前回の判定においてハイレベルＨであり今回の判定においてローレベルＬであるときは（ステップＳ２２５：Ｎｏ）、ステップＳ２３０，Ｓ２３５の処理は行われることなく、回転数検出処理は終了する。
【0059】
ステップＳ２３０では、コントローラ４０は、式（１）に従って、合成波形ＷＤの周期（つまり、誘起電圧の周期）Ｔｖを算出する。式（１）における「Ｔｃ」は、コントローラ４０が合成波形ＷＤの電圧値Ｖθを検出する周期（つまり、コントローラ４０の演算処理周期）よって決まる所定の周期である。例えば、ファンモータ制御のキャリア周波数が１８ｋＨｚの場合、１８ｋＨｚの１／４の４.５ｋＨｚの逆数である２２２μｓｅｃが、式（１）における所定の周期Ｔｃとして用いられる。
Ｔｖ＝ｃｎｔ＊Ｔｃ …（１）
Ｔｖ＝ｃｎｔ＊Ｔｃ …（１）
【0060】
次いで、ステップＳ２３５では、コントローラ４０は、式（２）に従ってファンモータＭの空転時の回転数（以下では「空転回転数」と呼ぶことがある）ｒｐｓを算出し、今回算出した空転回転数によって前回算出した空転回転数を更新するとともに、カウンター値ｃｎｔをリセットして０（ゼロ）にする。式（１）に従って算出された周期Ｔｖは電気角周期のため、コントローラ４０は、式（１）に従って算出した周期ＴｖをファンモータＭの極対数で除算することにより、周期Ｔｖを電気角周期から機械角周期に変換する。ステップＳ２３５の処理により、回転数検出処理は終了する。
ｒｐｓ＝（１／Ｔｖ）／ファンモータＭの極対数 …（２）
ｒｐｓ＝（１／Ｔｖ）／ファンモータＭの極対数 …（２）
【0061】
＜位相検出処理＞
図１１は、本開示の実施例の位相検出処理の一例を示すフローチャートである。
図１１は、本開示の実施例の位相検出処理の一例を示すフローチャートである。
【0062】
ステップＳ３０５では、コントローラ４０は、ステップＳ２２５の判定処理と同一の判定処理を行う。ステップＳ３０５での判定結果が「肯定（Ｙｅｓ）」のときは、処理はステップＳ３１０へ進み、ステップＳ３０５での判定結果が「否定（Ｎｏ）」のときは、処理はステップＳ３２０へ進む。
【0063】
ステップＳ３１０では、コントローラ４０は、式（３）に従って、ファンモータＭの角速度ωを算出し、算出した角速度ωをコントローラ４０内部にあるメモリ（図示なし）に記憶することにより、メモリに記憶されている角速度ωを更新する。
ω＝３６０度／Ｔｖ＝２π／Ｔｖ …（３）
ω＝３６０度／Ｔｖ＝２π／Ｔｖ …（３）
【0064】
次いで、ステップＳ３１５では、コントローラ４０は、式（４）及び式（５）に従って、合成波形ＷＤにおける位相θの初期値θupを算出する。合成波形ＷＤにおける位相θは、ファンモータＭの回転位相に相当する。式（４）において、「ＫＥ」はファンモータＭの誘起電圧定数を示し、「分圧率」は、合成波形ＷＤの中間ピークの大きさに対する最小ピークの大きさの比、即ち、第一抵抗値と第二抵抗値との比で決まる。例えば、第一抵抗値に対する第二抵抗値の比、または、第二抵抗値に対する第一抵抗値の比が「３：１」であるときは、分圧率は「１／３」となる。また、式（５）において、「Ｖｕｐ」は、ステップＳ３０５での判定結果が「肯定（Ｙｅｓ）」となって時点、つまり、電圧値ＶθがローレベルＬからハイレベルＨに変化した時点での電圧値Ｖθを示す。よって、初期値θupは、電圧値ＶθがローレベルＬからハイレベルＨに変化した時点での位相θに相当する。ステップＳ３１５の処理後、処理はステップＳ３３０へ進む。
α＝ＫＥ＊ｒｐｓ＊分圧率 …（４）
θ＝θup＝ｓｉｎ-1（Ｖｕｐ／α） …（５）
α＝ＫＥ＊ｒｐｓ＊分圧率 …（４）
θ＝θup＝ｓｉｎ-1（Ｖｕｐ／α） …（５）
【0065】
一方で、ステップＳ３２０では、コントローラ４０は、式（６）に従って、加算位相Δθを算出する。
Δθ＝ω＊Ｔｃ …（６）
Δθ＝ω＊Ｔｃ …（６）
【0066】
次いで、ステップＳ３２５では、コントローラ４０は、式（７）に従って、合成波形ＷＤにおける位相θを算出する。式（７）における「θold」は、前回のステップＳ３３０の処理で更新済みの位相θを示す。ステップＳ３２５の処理後、処理はステップＳ３３０へ進む。
θ＝θold＋Δθ …（７）
θ＝θold＋Δθ …（７）
【0067】
ステップＳ３３０では、コントローラ４０は、ステップＳ３１５またはステップＳ３２５で今回算出した位相θをθoldとして設定することにより、前回の位相値として用いられるθoldを更新する。ステップＳ３３０の処理により、位相検出処理は終了する。
【0068】
＜回転方向検出処理＞
図１２は、本開示の実施例の回転方向判定処理の一例を示すフローチャートである。
図１２は、本開示の実施例の回転方向判定処理の一例を示すフローチャートである。
【0069】
図１２において、ステップＳ４０５では、コントローラ４０は、位相θが０度以上、かつ、１２０度未満であるか否かを判定する。位相θが０度以上、かつ、１２０度未満であるときは（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４１０へ進む。一方で、位相θが１２０度以上、かつ、３６０度未満であるときは（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、処理はステップＳ４１５へ進む。
【0070】
ステップＳ４１５では、コントローラ４０は、位相θが２４０度以上、かつ、３６０度未満であるか否かを判定する。位相θが２４０度以上、かつ、３６０度未満であるときは（ステップＳ４１５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４２０へ進む。一方で、位相θが１２０度以上、かつ、２４０度未満であるときは（ステップＳ４１５：Ｎｏ）、ステップＳ４１０，Ｓ４２０の処理が行われることなく、処理はステップＳ４２５へ進む。
【0071】
ステップＳ４１０では、コントローラ４０は、位相θが０度以上かつ１２０度未満の区間を第一区間とし、第一区間における電圧値Ｖθを積算し、積算した値を第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０とする。一方で、ステップＳ４２０では、コントローラ４０は、位相θが２４０度以上かつ３６０度未満の区間を第二区間とし、第ニ区間における電圧値Ｖθを積算し、積算した値を第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０とする。ステップＳ４１０，Ｓ４２０の処理後、処理はステップＳ４２５へ進む。
【0072】
ステップＳ４２５では、コントローラ４０は、位相θが３６０度であるか否かを判定する。位相θが３６０度であるときは（ステップＳ４２５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４３０へ進む。一方で、位相θが３６０度でないときは（ステップＳ４２５：Ｎｏ）、ステップＳ４３０，Ｓ４３５，Ｓ４４０の処理が行われることなく、回転方向判定処理は終了する。
【0073】
ステップＳ４３０では、コントローラ４０は、第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０が第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０以上であるか否かを判定する。第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０が第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０以上であるときは（ステップＳ４３０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４３５へ進む。一方で、第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０が第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０未満であるときは（ステップＳ４３０：Ｎｏ）、処理はステップＳ４４０へ進む。
【0074】
ステップＳ４３５では、コントローラ４０は、ファンモータＭの回転方向が正転方向であると判定する。
【0075】
一方で、ステップＳ４４０では、コントローラ４０は、ファンモータＭの回転方向が逆転方向であると判定する。
【0076】
ステップＳ４３５またはステップＳ４４０の処理により、回転方向判定処理は終了する。なお、回転方向の判定結果は、ファンモータを起動させる制御部（図示なし）に送られる。
【0077】
【0078】
図１３に示すように、コントローラ４０は、検出したボトム値の急激な変動による影響を防ぐため、一定の時間間隔の更新タイミングＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３の各々において検出したボトム値をＬＰＦ処理する。また、コントローラ４０は、ＬＰＦ処理後のボトム値をオフセット電圧値として確定し、確定したオフセット電圧値を電圧値Ｖθから減算することにより、合成波形ＷＤに重畳されているオフセット電圧ＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３のそれぞれをキャンセルする（ステップ１２０，Ｓ１２５，Ｓ１３５）。よって、タイミングＴＭ１では、ボトム値ＢＴ１に相当するオフセット電圧ＯＳ１が合成波形ＷＤからキャンセルされ、タイミングＴＭ２では、ボトム値ＢＴ２に相当するオフセット電圧ＯＳ２が合成波形ＷＤからキャンセルされ、タイミングＴＭ３では、ボトム値ＢＴ３に相当するオフセット電圧ＯＳ３が合成波形ＷＤからキャンセルされる。
【0079】
また、図１４に示すように、コントローラ４０は、電圧値ＶθがローレベルＬからハイレベルＨに変化する時点（以下では「立ち上がり時点」と呼ぶことがある）を判定し（ステップＳ２２５：Ｙｅｓ）、前回の立ち上がり時点から今回の立ち上がり時点までの間隔を合成波形ＷＤの周期Ｔｖとして算出し（ステップＳ２３０）、算出した周期Ｔｖに基づいて空転回転数ｒｐｓを算出する（ステップＳ２３５）。
【0080】
また、図１５に示すように、コントローラ４０は、電圧値ＶθがローレベルＬからハイレベルＨに変化した時点での位相θupを初期値として、角速度ωに基づいて算出する加算位相Δθに応じて、現時点での位相θを算出する（ステップＳ３１０～Ｓ３３０）。また、初期値θupは係数αに基づいて算出され（式（５））、係数αは空転回転数ｒｐｓに基づいて算出される（式（４））。
【0081】
また、図１６に示すように、コントローラ４０は、第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０が第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０以上であるときは、合成波形ＷＤにおいて、２４０度以上３６０度未満の範囲に存在するピークの大きさが０度以上１２０度未満の範囲に存在するピークの大きさ以上であると判定する。よって、コントローラ４０は、第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０が第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０以上であるときは、ファンモータＭの回転方向が正転方向であると判定する（ステップＳ４３０：Ｙｅｓ，ステップＳ４３５）。
【0082】
一方で、コントローラ４０は、第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０が第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０より大きいときは、合成波形ＷＤにおいて、０度以上１２０度未満の範囲に存在するピークの大きさが２４０度以上３６０度未満の範囲に存在するピークの大きさより大きいと判定する。よって、コントローラ４０は、第一区間積算値ＳＵＭ０－１２０が第二区間積算値ＳＵＭ２４０－３６０より大きいときは、ファンモータＭの回転方向が逆転方向であると判定する（ステップＳ４３０：Ｎｏ，ステップＳ４４０）。
【0083】
このように、コントローラ４０は、単一の入力ポートＩＮに入力される合成波形を用いてファンモータＭの回転方向を判定する。また、以上のように、単一の合成波形を用いてファンモータＭの回転方向を判定可能なため、コントローラ４０において、ファンモータＭの回転方向の判定のために必要な入力ポート数は１つで足りる。
【0084】
なお、図１における上記説明では、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＵ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＶ相に接続される場合を一例に挙げて説明した。しかし、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＶ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＷ相に接続されても良い。また、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＷ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＵ相に接続されても良い。このように、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続先が図１に示すものと異なる場合であっても、合成波形の１周期Ｔにおける中間ピークと最小ピークとの出現順序は、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続形態に応じて特定される。よって、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続先が図１に示すものと異なる場合であっても、上記説明と同様にして、回転方向を判定することができる。
【0085】
以上、実施例について説明した。
【0086】
以上のように、本開示の回転方向判定装置（実施例の回転方向判定装置２０）は、誘起電圧波形生成装置（実施例の誘起電圧波形生成装置３０）と、コントローラ（実施例のコントローラ４０）とを有する。誘起電圧波形生成装置は、１周期において互いに大きさが異なる３つのピークを有する波形（実施例の合成波形ＷＤ）を生成する。コントローラは、誘起電圧波形生成装置から波形を入力される入力ポート（実施例の入力ポートＩＮ）を有し、入力ポートに入力される波形に基づいて、３相モータ（実施例のファンモータＭ）の起動前に３相モータの回転方向を判定する。
【0087】
例えば、コントローラは、入力ポートに入力される波形に基づいて３相モータの回転数及び３相モータの回転位相を算出し、回転数及び回転位相に基づいて回転方向を判定する。
【0088】
こうすることで、コントローラは、誘起電圧波形生成装置から入力される単一の波形を用いて３相モータの回転方向を判定することができるため、コントローラにおいて、３相モータの回転方向の判定のために必要な入力ポートは１ポートで足りる。よって、単一の入力ポートを有するコントローラでも３相モータの回転方向の判定が可能となる。
【0089】
また、コントローラは、入力ポートに入力される波形に重畳されているオフセット電圧を検出してキャンセルする。
【0090】
こうすることで、オフセット電圧の影響をなくして回転方向の判定精度を高めることができる。
【0091】
また、コントローラは、入力ポートに入力される波形の瞬時振幅値がローレベルまたはハイレベルの何れにあるか判定する。そして、コントローラは、入力ポートに入力される波形の瞬時振幅値がローレベルからハイレベルに変化した時点での回転位相を初期値として、３相モータの角速度に基づいて加算位相を算出し、算出した加算位相に応じて現時点での回転位相を算出する。
【0092】
こうすることで、回転位相を正確に算出することができるため、回転方向の判定精度を高めることができる。
【0093】
また、コントローラは、入力ポートに入力される波形の１周期において、０度以上１２０度未満の範囲に存在するピークである第一ピークの大きさと、２４０度以上３６０度未満の範囲に存在するピークである第三ピークの大きさとを比較することにより、回転方向を判定する。
【0094】
こうすることで、回転方向が正転方向であるか逆転方向であるかを正確に判定することができる。
【符号の説明】
【0095】
Ｍ ファンモータ
２０ 回転方向判定装置
３０ 誘起電圧波形生成装置
４０ コントローラ
ＩＮ 入力ポート
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｒ３ 第三抵抗
Ｐ１ 第一経路
Ｐ２ 第二経路
Ｐ３ 第三経路
Ｐ４ 第四経路
ＪＰ 合流点
２０ 回転方向判定装置
３０ 誘起電圧波形生成装置
４０ コントローラ
ＩＮ 入力ポート
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｒ３ 第三抵抗
Ｐ１ 第一経路
Ｐ２ 第二経路
Ｐ３ 第三経路
Ｐ４ 第四経路
ＪＰ 合流点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】