特表 2022-546285 センサレス単相電気モータの起動方法およびセンサレス単相電気モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-04

(54)【発明の名称】センサレス単相電気モータの起動方法およびセンサレス単相電気モータ

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/22 20060101AFI20221027BHJP

   H02P 1/46 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

H02P6/22

H02P1/46

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022510940

(86)(22)【出願日】2019-08-21

(85)【翻訳文提出日】2022-03-01

(86)【国際出願番号】 EP2019072405

(87)【国際公開番号】W WO2021032302

(87)【国際公開日】2021-02-25

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515069336

【氏名又は名称】ピアーブルグ パンプ テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｐｉｅｒｂｕｒｇ Ｐｕｍｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ａｌｆｒｅｄ－Ｐｉｅｒｂｕｒｇ－Ｓｔｒａｓｓｅ １， ４１４６０ Ｎｅｕｓｓ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】サリオ，オリバー

(72)【発明者】

【氏名】ヴュッベルス，フェリックス

(72)【発明者】

【氏名】ボスコフスキー，ミソ

(72)【発明者】

【氏名】フィンゲル，オリバー

【テーマコード（参考）】

5H001

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H001AA02

5H001AB01

5H001AC02

5H001AD05

5H001AE02

5H560BB02

5H560BB12

5H560DA12

5H560DC12

5H560HA09

5H560UA10

5H560XA12

(57)【要約】

本発明はセンサレス単相電気モータ（１０）の起動方法に関し、電気モータ（１０）は、永久磁石モータ回転子（２４）と、固定子コイル（１６）を有する電磁モータ固定子（１２）と、固定子コイル（１６）に通電するパワーエレクトロニクス（２６）と、固定子コイル（１６）に流れる電流（Ｉ）を測定する電流センサ（３２）と、電流センサ（３２）に接続され、パワーエレクトロニクス（２６）を制御する制御エレクトロニクス（２８）と、を備え、前記方法は、交流駆動電圧（Ｖｄ）によって、固定子コイル（１６）に通電するステップ、駆動電圧（Ｖｄ）によって、固定子コイル（１６）に発生する駆動電流（Ｉｄ）を監視するステップ、駆動電流（Ｉｄ）が所定の正の電流閾値（Ｉｔｐ）または所定の負の電流閾値（Ｉｔｎ）に達するたびに、駆動電圧（Ｖｄ）を転流するステップ、を含んで構成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサレス単相電気モータ（１０）の起動方法であって、
前記電気モータ（１０）は、
永久磁石モータ回転子（２４）と、
固定子コイル（１６）を有する電磁モータ固定子（１２）と、
前記固定子コイル（１６）に通電するパワーエレクトロニクス（２６）と、
前記固定子コイル（１６）に流れる電流（Ｉ）を測定する電流センサ（３２）と、
前記電流センサ（３２）に接続され、前記パワーエレクトロニクス（２６）を制御する制御エレクトロニクス（２８）と、
を備え、
前記方法は、
交流駆動電圧（Ｖｄ）によって、前記固定子コイル（１６）に通電するステップ、
前記駆動電圧（Ｖｄ）によって、前記固定子コイル（１６）に発生する駆動電流（Ｉｄ）を監視するステップ、
前記駆動電流（Ｉｄ）が所定の正の電流閾値（Ｉｔｐ）または所定の負の電流閾値（Ｉｔｎ）に達するたびに、前記駆動電圧（Ｖｄ）を転流するステップ、
を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記駆動電圧（Ｖｄ）は、パルス幅変調駆動信号（ＰＷＭ）に基づいて生成され、前記駆動信号（ＰＷＭ）のデューティ比（Ｄ）は、ランプ位相（Ｒ）の間、所定の設定デューティ比（Ｄｓ）まで連続的に増加する、
ことを特徴とする方法。

【請求項3】

先行する請求項のいずれか一項に記載の方法であって、
前記方法は、回転子の最初の向きを検出する手順を有し、
前記手順は、
正の電気的極性を有する正の検出電圧パルス（Ｖｐ）によって、前記固定子コイル（１６）に通電するステップ、
負の電気的極性を有する負の検出電圧パルス（Ｖｎ）によって、前記固定子コイル（１６）に通電するステップ、
前記正の検出電圧パルス（Ｖｐ）によって、前記固定子コイル（１６）に発生している正の検出電流パルス（Ｉｐ）を測定するステップ、
前記負の検出電圧パルス（Ｖｎ）によって、前記固定子コイル（１６）に発生している負の検出電流パルス（Ｉｎ）を測定するステップ、
前記正の検出電流パルス（Ｉｐ）を評価することによって、第１検出パラメータ（Ｐ１）を判定するステップ、
前記負の検出電流パルス（Ｉｎ）を評価することによって、第２検出パラメータ（Ｐ２）を判定するステップ、
前記第１検出パラメータ（Ｐ１）を前記第２検出パラメータ（Ｐ２）と比較することによって、静止している前記モータ回転子（２４）の磁気配向（ＲＰ１，ＲＰ２）を判定するステップ、
を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、
前記固定子コイル（１６）は、少なくとも３つの正の検出電圧パルス（Ｖｐ）と、少なくとも３つの負の検出電圧パルス（Ｖｎ）とで通電され、少なくとも３つの正の検出電流パルス（Ｉｐ）と少なくとも３つの負の検出電流パルス（Ｉｎ）が測定され、前記第１検出パラメータ（Ｐ１）は、全ての前記正の検出電流パルス（Ｉｐ）の最大絶対値を加算することによって判定され、前記第２検出パラメータ（Ｐ２）は、全ての前記負の検出電流パルス（Ｉｎ）の最大絶対値を加算することによって判定される、
ことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載の方法であって、
前記駆動電圧（Ｖｄ）には、静止している前記モータ回転子（２４）において判定された前記磁気配向（ＲＰ１、ＲＰ２）に基づいて定められる初期電気極性が与えられる、
ことを特徴とする方法。

【請求項6】

永久磁石モータ回転子（２４）と、
固定子コイル（１６）を有する電磁モータ固定子（１２）と、
前記固定子コイル（１６）に通電するパワーエレクトロニクス（２６）と、
前記固定子コイル（１６）に流れる電流（Ｉ）を測定する電流センサ（３２）と、
前記電流センサ（３２）に接続され、前記パワーエレクトロニクス（２６）を制御する制御エレクトロニクス（２８）と、
を備え、
前記制御エレクトロニクス（２８）は、先行する請求項のうち一項に記載の方法を実行するように構成される、
ことを特徴とするセンサレス単相電気モータ（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサレス単相電気モータの起動方法およびセンサレス単相電気モータに関する。

【背景技術】

【0002】

センサレス単相電気モータは、例えばホールセンサのように、モータ回転子の現在の位置を検出する位置センサを備えていない。したがって、回転子の現在の位置は、例えば、回転する永久磁石モータ回転子によって生じる逆起電力（ＣＥＭＦ）の極性の遷移を解析することによって、間接的に検出しなければならない。しかし、当該技術分野における公知のセンサレス回転子の位置の間接的な検出方法では、典型的には、回転子位置を確実に検出するために、少なくとも最低速度でモータ回転子を回転させる必要がある。したがって、特定の加速手順により、最低速度までモータ回転子を加速させることが求められる。

【0003】

ＵＳ ２０１４／０１１１１２７ Ａ１に開示のセンサレス単相電気モータの起動方法では、まず、定められた位置決め電流で固定子コイルに通電することによって、モータ回転子を定められた静止位置へ移動させる。続いて、加速駆動モードでモータ回転子を加速させる。このとき、固定子コイルは、所定のデューティ比が与えられたパルス状の交流電流で通電され、パルス状の電流のオフ相のとき、すなわち固定子コイルが通電されていないときに、ＣＥＭＦを解析する。しかし、必要とされるパルス状の駆動電流のオフ位相では、固定子コイルへの実効的な駆動エネルギーが制限されてしまうため、パルス状の駆動電流により、モータ回転子は比較的ゆっくりと加速させられる。さらに、モータ回転子の最初の位置決めを比較的ゆっくりと行うことで、電気モータの起動はさらに遅くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、高速で確実に起動するセンサレス単相電気モータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、請求項１に記載の特徴を有するセンサレス単相電気モータの起動方法、および請求項６に記載の特徴を有するセンサレス単相電気モータによって達成される。

【0006】

本発明によるセンサレス単相電気モータは、永久磁石モータ回転子を備えている。モータ回転子は、永久磁化されたモノリシックな回転子本体、あるいは、少なくとも１つの永久磁石が取り付けられた一般的な強磁性回転子本体のいずれであってもよい。通常、単相電気モータのモータ回転子には、２つの正反対の磁極が設けられている。

【0007】

また、本発明によるセンサレス単相電気モータは、固定子コイルを有するモータ固定子を備えている。好ましくは、モータ固定子は、２つの逆の磁極が定められた実質的にＵ字型の強磁性固定子本体を備える。通常、単相電気モータは、Ｕ字型固定子本体の開放端部に対向して位置する単一の固定子コイルを備えている。好ましくは、モータ固定子は積層された固定子本体を備え、すなわち、固定子本体は強磁性金属シートの積層体から構成される。

【0008】

永久磁石モータ回転子と強磁性固定子の相互作用によって、モータ固定子が通電されない場合には、モータ回転子は定められた２つの静止位置のうちの１つに移動する。定められた電圧で固定子コイルが通電されると、モータ回転子は、固定子の磁界の磁気配向に応じて、さらに、その結果として提供される電圧の極性に応じて、２つの駆動位置のうちの１つに向かって加速される。

【0009】

本発明によるモータ固定子およびモータ回転子は、モータ回転子の２つの静止位置が、２つの駆動位置とは異なる回転位置に位置するように設計されている。これにより、静止しているモータ回転子を確実に起動することができる。

【0010】

さらに、本発明によるセンサレス単相電気モータは、定められた供給電圧で固定子コイルに通電するパワーエレクトロニクスを備えている。典型的には、パワーエレクトロニクスは、供給電圧を転流させる複数の半導体スイッチを含む。

【0011】

さらに、本発明によるセンサレス単相電気モータには、固定子コイルに流れる電流を測定する電流センサが設けられている。好ましくは、電流センサは、固定子コイルと電気的に直列に接続されたシンプルなセンサ抵抗体を備える。一方で、電流センサは、固定子コイルに流れる現在の電流を測定可能に構成されていれば任意の手段を用いてよい。

【0012】

さらに、本発明によるセンサレス単相電気モータは、パワーエレクトロニクスを制御する制御エレクトロニクスを備えている。制御エレクトロニクスは電流センサと電気的に接続されているため、電流センサが測定している電流を制御エレクトロニクスにより評価することができる。典型的には、制御エレクトロニクスはマイクロコントローラを備える。

【0013】

本発明による、センサレス単相電気モータの起動方法は、
交流駆動電圧によって、固定子コイルに通電するステップ、
駆動電圧によって、固定子コイルに発生する駆動電流を監視するステップ、
駆動電流が所定の正の電流閾値または所定の負の電流閾値に達するたびに、駆動電圧を転流するステップ、
を含む。

【0014】

固定子コイルは、定められた実効電圧振幅が与えられた交流駆動電圧によって通電される。通電された固定子コイルは、固定子に磁界を発生させる。この固定子の磁界により、モータ回転子は、駆動電圧の現在の電気的極性に応じて、静止位置から２つの駆動位置のうちの１つに向かって加速させられる。２つの駆動位置では、永久磁石回転子の磁界が固定子の磁界と平行、すなわち、モータ回転子の北極がモータ固定子の南極に隣接して位置し、モータ回転子の南極はモータ固定子の北極に隣接して位置する。

【0015】

固定子コイルに発生した駆動電流は、固定子の磁界に対するモータ回転子の磁気配向、すなわち、永久磁石回転子の磁界の配向に依存する。モータ回転子の北極がモータ固定子の南極に隣接して配置され、モータ回転子の南極がモータ固定子の北極に隣接して位置する場合、永久磁石回転子の磁界は固定子の磁界と平行になるため、永久磁石回転子の磁界により、固定子の全有効磁界が強められる。これにより、比較的高い駆動電流が生成されて固定子の磁界が増強され、結果として、駆動電流は駆動位置で最大となる。よって、モータ回転子が駆動位置に向かって移動すると、固定子電流は連続的に増加する。

【0016】

本発明によれば、駆動電流が予め定められた正または負の電流閾値に達するたびに、駆動電圧は転流、すなわち、駆動電圧の電気的極性は反転される。正および負の電流閾値は共に、モータ回転子が２つの駆動位置のうちの１つに位置するときに固定子コイルに発生する最大駆動電流よりも低く定められる。結果として、駆動電圧は、モータ回転子が駆動位置に到達する前に常に転流され、転流点におけるモータの特定の向きは、電流閾値によって定めることが可能になる。典型的には、正の電流閾値と負の電流閾値とは等しい。ただし、モータ回転子やモータ固定子が完全に対称でない場合には、２つの電流閾値を異なるように定めることもできる。いずれにせよ、正および負の電流閾値は、駆動電圧が実質的に対称に転流されて、モータ回転子が効率的に起動するように定められる。

【0017】

本発明による方法では、回転子の位置を直接的にフィードバックすることなく、回転子位置制御転流を行うことができる。さらに、本発明による方法では、現在の回転子の位置を判定するための相当量のオフ時間を必要とせずに、固定子コイルを実質的に連続して通電することができる。その結果、本発明による方法によれば、効率的、迅速、そして確実にセンサレス単相電気モータを起動することが可能になる。

【0018】

典型的には、駆動電圧は、パルス幅変調駆動信号に基づいて生成される。すなわち、駆動電圧は、定められたスイッチング周波数で絶えずオン・オフされる。ここで、実効駆動電圧振幅は、パルス幅変調駆動信号のデューティ比、すなわちオン時間比率によって定められる。パルス幅変調により、固定子コイルに供給される有効駆動エネルギーは比較的簡単に調整することができる。好ましくは、駆動信号のデューティ比は、ランプ位相の間、所定の設定デューティ比まで連続的に増加される。その結果、実効駆動エネルギーは、電流閾値に基づく転流によって、駆動電圧交流周波数の連続的な増加が発生するランプ位相の間、連続的に増加する。永久磁石モータ回転子は、発生した固定子の磁界に「追従」するため、結果として、電気モータの確実な起動が保証される。

【0019】

本発明の好ましい実施形態では、上記の起動方法は、回転子の最初の向きを検出する手順を有する。この手順は、
正の電気的極性を有する正の検出電圧パルスによって、固定子コイルに通電するステップ、
負の電気的極性を有する負の検出電圧パルスによって、固定子コイルに通電するステップ、
正の検出電圧パルスによって、固定子コイルに発生している正の検出電流パルスを測定するステップ、
負の検出電圧パルスによって、固定子コイルに発生している負の検出電流パルスを測定するステップ、
正の検出電流パルスを評価することによって、第１検出パラメータを判定するステップ、
負の検出電流パルスを評価することによって、第２検出パラメータを判定するステップ、
第１検出パラメータを第２検出パラメータと比較することによって、静止しているモータ回転子の磁気配向を判定するステップ、
を含む。

【0020】

上述した通り、回転子の磁界が固定子の磁界に平行である場合、すなわち、磁気回転子の各磁極が、磁気固定子において逆の極性を有する磁極に隣接して位置する場合、永久磁石回転子の全有効磁界は強められる。これにより、比較的高い固定子電流が生じる。これに対して、回転子の磁界が固定子の磁界に対して反平行である場合、すなわち、磁気回転子の各磁極が、磁気固定子において同一の極性を有する磁極に隣接して位置する場合、永久磁石回転子の全有効磁界は弱められる。これにより、比較的低い固定子電流が生じる。

【0021】

本発明によれば、その後、固定子コイルは、正の検出電圧パルスと、負の検出電圧パルスとで通電される。正の検出電圧パルスは正の固定子の磁界を生成し、負の検出電圧パルスは逆の磁気配向を持つ負の固定子の磁界を生成する。正および負の検出電圧パルスは共に、静止しているモータ回転子が２つの検出電圧パルスによって大きく動かされないように、低くかつ短く設けられる。

【0022】

検出電圧パルスのそれぞれについて、固定子コイルに生成されている検出電流パルスを測定する。正の検出電流パルスを評価することによって第１検出パラメータを判定し、負の検出電流パルスを評価することによって第２検出パラメータを判定する。例えば、検出パラメータは、それぞれの検出電流パルスの最大値、平均値、または積分値とすることができる。

【0023】

永久磁石回転子の磁界が、固定子の正の磁界に平行な成分を有する場合、第１検出パラメータは第２検出パラメータの値よりも高くなる。また、永久磁石回転子の磁界が、反対の固定子の負の磁界に対して平行な成分を有する場合、第１検出パラメータは第２検出パラメータの値よりも高くなる。

【0024】

このように、第１検出パラメータを第２検出パラメータと比較することにより、静止しているモータ回転子の磁気配向、すなわち静止しているモータ回転子の現在の静止位置をシンプルな方法で判定することができる。

【0025】

本発明による磁気配向検出手順によれば、比較的短い検出電圧パルスでも、現在の磁気配向を確実に検出することができる。結果として、本発明による磁気配向検出手順によれば、センサレス単相電気モータを非常に高速且つ確実に起動することが可能になる。

【0026】

上述の回転子の向きの検出手順は、その後のモータ回転子を駆動するために用いられる方法からは独立して、モータ回転子の現在の磁気配向を判定するために用いることができる。したがって、上述の回転子の向きの検出手順は、独立した発明を表す。

【0027】

正の検出電流パルスと負の検出電流パルスの差は、典型的には比較的小さい。したがって、固定子コイルは、少なくとも３つの正の検出電圧パルスと、少なくとも３つの負の検出電圧パルスとで通電されることが好ましい。検出電圧パルスは、それぞれ実質的に同じ実効振幅および持続時間を有する。全ての検出電圧パルスは低く、発生した固定子の磁界によってモータ回転子が大きく動かされない程度に短いものである。正および負の検出電圧パルスは、正および負の検出電圧パルスによって生じる回転子のわずかな動きが互いに補償されるように、固定子コイルに交互に供給されることが好ましい。

【0028】

検出電圧パルスのそれぞれに対して、結果として生じる検出電流パルスを測定することで、少なくとも３つの正の検出電流パルスと少なくとも３つの負の検出電流パルスとが測定される。第１検出パラメータは、すべての正の検出電流パルスの最大絶対値を加算することによって判定し、第２検出パラメータは、すべての負の検出電流パルスの最大絶対値を加算することによって判定する。そのため、第１検出パラメータと第２検出パラメータとの間の差は、２つの反対の検出電圧パルスのみを評価する場合と比較して、著しく強調される。同じ技術的効果は、例えば、検出電圧極性のそれぞれについて測定された検出電流パルスの平均値または積分値を加算することによっても得られる。このように構成することで、静止しているモータ回転子の磁気配向を非常に正確に検出することが可能になる。

【0029】

本発明の好ましい実施形態では、駆動電圧には、定められた初期電気極性が与えられる。初期電気極性は、静止しているモータ回転子において判定された磁気配向に基づいて定められる。例えば、モータ回転子が第１静止位置に静止している場合には、駆動電圧には正の初期極性が与えられ、モータ回転子が第２静止位置に静止している場合には、駆動電圧には負の初期極性が与えられる。いずれにせよ、初期電気極性は、モータ回転子が、現在の磁気配向からは独立して、定められた回転方向で確実に加速されるように与えられる。これにより、電動モータを、定められた回転方向で確実に起動させることができる。

【0030】

また、本発明の目的は、上述のセンサレス単相電気モータによって達成され、制御エレクトロニクスは、本発明による方法のうちの１つを実行するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明によるセンサレス単相電気モータの概略図であり、モータ回転子が第１静止位置を向いている状態を示す。

【図2】回転子の最初の向きを検出する手順における、ａ）供給電圧、ｂ）供給電流、ｃ）第１検出パラメータおよび第２検出パラメータ、の経時変化を示す。

【図3】回転子が加速する手順における、ａ）供給電圧、ｂ）供給電流、の経時変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0033】

図１は、強磁性固定子本体１４と単一の固定子コイル１６を有する電磁モータ固定子１２を備えるセンサレス単相電気モータ１０を示す。固定子本体は、いわゆる積層固定子本体として設計され、すなわち固定子本体１４は、強磁性金属シートの積層体から構成される。固定子本体１４は、略Ｕ字状に設けられており、第１磁極脚部１８により第１固定子磁極が規定され、反対側の第２磁極脚部２０により第２固定子磁極が規定されている。固定子コイル１６は、２つの磁極脚部１８，２０を機械的かつ磁気的に連結するブリッジ部２２に衛星状に配置されている。

【0034】

また、電気モータ１０は、回転可能な永久磁石モータ回転子２４を備える。モータは径方向に磁化され、それによって、磁北Ｎと磁南Ｓとを規定する。

【0035】

また、電気モータ１０は、パワーエレクトロニクス２６および制御エレクトロニクス２８を含む。パワーエレクトロニクス２６は、規定された実効供給電圧Ｖで固定子コイル１６に通電するために設けられた固定子接続線３０を介して、固定子コイル１６と電気的に接続されている。パワーエレクトロニクス２６は、パルス幅変調駆動信号ＰＷＭを介して制御エレクトロニクス２８により制御される。供給電圧Ｖの実効振幅は、デューティ比Ｄ、すなわち駆動信号ＰＷＭのオン時間比率を介して制御される。また、制御エレクトロニクス２８は、供給電圧Ｖの電気的極性を制御するように構成される。

【0036】

固定子コイル１６が通電されると、モータ回転子２４は、モータ回転子２４において反対の磁気配向を有する２つの静的静止位置ＲＰ１、ＲＰ２のうちの１つに移動する。モータ回転子２４の２つの静止位置ＲＰ１、ＲＰ２は、それぞれ、第１静止位置ＲＰ１および第２静止位置ＲＰ２に対してそれぞれ磁北Ｎの向きを表す矢印によって、図１に概略的に示されている。図１が示す通り、モータ回転子２４の北極Ｎは、第１静止位置ＲＰ１において第１磁極脚部１８を指し、第２静止位置ＲＰ２において第２磁極脚部２０を指す。

【0037】

固定子コイル１６が正の供給電圧Ｖで通電されると、正の磁界が生成される。正の磁界では、第１磁極脚部１８は磁北を提し、第２磁極脚部２０は磁南を提する。固定子コイル１６が負の供給電圧Ｖで通電されると、負の磁界が生成される。負の磁界では、第１磁極脚部１８は磁南を提し、第２磁極脚部２０は磁北を提する。

【0038】

正の磁界は、モータ回転子２４の北極Ｎが第２磁極脚部２０を指す第１駆動位置ＤＰ１に向かってモータ回転子２４を加速させる。負の磁界は、モータ回転子２４の北極Ｎが第１磁極脚部１８を指す第２駆動位置ＤＰ２に向かってモータ回転子２４を加速させる。２つの駆動位置ＤＰ１、ＤＰ２は、モータ回転子２４の第１駆動位置ＤＰ１および第２駆動位置ＤＰ２のそれぞれに対して磁北Ｎの向きを表す矢印によって、図１に概略的に示されている。

【0039】

また、電気モータ１０は、固定子接続線３０内に配置され、固定子接続線３０を通って固定子コイル１６へ流れる供給電流Ｉを測定する電流センサ３２を備える。電流センサ３２は、制御エレクトロニクス２８による現在の供給電流Ｉの評価が可能になるように、制御エレクトロニクス２８と接続される。

【0040】

モータエレクトロニクス２８は、回転子の最初の向きを検出する手順を実行するように構成される。この回転子の向きの検出手順において、パワーエレクトロニクス２６は制御エレクトロニクス２８により制御され、図２ａに概略的に示すように、固定子コイル１６は、３つの正の検出電圧パルスＶｐと３つの負の検出電圧パルスＶｎとで交互に通電される。正の検出電圧パルスＶｐは、それぞれ正の電気的極性を備え、正の検出磁界を生成する。負の検出電圧パルスＶｎは、それぞれ負の電気的極性を備え、逆の負の検出磁界を生成する。

【0041】

結果として生じる供給電流Ｉは、電流センサ３２を介して制御エレクトロニクス２８によって監視される。図２ｂに概略的に示すように、３つの正の検出電圧パルスＶｐは３つの正の検出電流パルスＩｐを生成し、３つの負の検出電圧パルスＶｎは３つの負の検出電流パルスＩｎを生成する。正の検出電流パルスＩｐは、それぞれ約Ｉ１の最大絶対値を有し、負の検出電流パルスＩｎは、それぞれＩ１よりも大きい約Ｉ２の最大絶対値を有する。

【0042】

制御エレクトロニクス２８は、全ての正の検出電流パルスＩｐを評価すること、特に、３つの正の検出電流パルスＩｐの最大絶対値を加算することによって、第１検出パラメータＰ１を判定する。また、制御エレクトロニクス２８は、全ての負の検出電流パルスＩｐを評価すること、特に、３つの負の検出電流パルスＩｎの最大絶対値を加算することによって、第２検出パラメータＰ２を判定する。

【0043】

制御エレクトロニクス２８は、判定された第１検出パラメータＰ１と第２検出パラメータＰ２とを比較して、静止しているモータ回転子２４の現在の磁気配向、すなわち静止している回転子の現在の静止位置を判定する。

【0044】

モータ回転子２４が第１静止位置ＲＰ１に向いている場合、すなわち、磁気回転子の北極Ｎが第１磁極脚部１８に隣接して位置している場合、生成された正の電磁界は弱められ、生成された負の電磁界はモータ回転子２４の永久磁界によって強めれている。また、モータ回転子２４が第２静止位置ＲＰ２に向いている場合、すなわち、磁気回転子の北極Ｎが第２磁極脚２０に隣接して位置している場合、生成された正の電磁界は強められ、生成された負の電磁界はモータ回転子２４の永久磁界によって弱められている。したがって、モータ回転子２４が第１静止位置ＲＰ１に向いている場合には、判定された第２検出パラメータＰ２は、判定された第１検出パラメータＰ１の値よりも高く、モータ回転子２４が第２静止位置ＲＰ２に向いている場合には、判定された第１検出パラメータＰ１は、判定された第２検出パラメータＰ２の値よりも高い。

【0045】

図２ｃに概略的に示されるように、判定された第２検出パラメータＰ２の値は、判定された第１検出パラメータＰ１の値と比較して著しく高い。したがって、この場合、静止しているモータ回転子２４は、図１に示すように、第１静止位置ＲＰ１に向いている。

【0046】

制御エレクトロニクス２８は、続いて加速手順を実行することで、静止しているモータ回転子２４を加速させるように構成されている。加速手順において、制御エレクトロニクス２８は、パワーエレクトロニクス２６を制御して、交流駆動電圧Ｖｄで固定子コイル１６に通電する。ここで、駆動電圧の初期電気極性は、静止しているモータ回転子２４における判定された磁気配向に基づいて定められる。

【0047】

静止しているモータ回転子２４が第１静止位置ＲＰ１に向いている場合、駆動電圧Ｖｄには正の初期電気極性が与えられ、その結果、最初に正の電磁界が生成される。これにより、静止しているモータ回転子２４は、第１静止位置ＲＰ１から第１駆動位置ＤＰ１に向けて加速される。また、静止しているモータ回転子２４が第２静止位置ＲＰ２に向いている場合、駆動電圧Ｖｄには負の初期電気極性が与えられ、その結果、最初に負の電磁界が生成さる。これにより、静止しているモータ回転子２４は、第２静止位置ＲＰ２から第２駆動位置ＤＰ２に向かって加速される。図３ａに示す例では、静止しているモータ回転子２４が第１静止位置ＲＰ１に向いているため、駆動電圧Ｖｄには正の初期電気極性が与えられている。

【0048】

制御エレクトロニクス２８は、電流センサ３２を介し、交流駆動電圧Ｖｄによって、固定子コイル１６に発生する駆動電流Ｉｄを連続的に監視するように構成される。図３に示す通り、制御エレクトロニクス２８は、測定された駆動電流Ｉｄが所定の正の電流閾値Ｉｔｐまたは所定の負の電流閾値Ｉｔｎに達するたびに、駆動電圧Ｖｄを転流するように構成される。駆動電流Ｉｄの実効値は、モータ回転子２４の現在の回転位置に依存するので、上述の転流方式により、駆動電圧Ｖｄの間接的な回転子位置制御転流が行われる。

【0049】

また、制御エレクトロニクス２８は、図３ａに示す通り、初期ランプ位相Ｒの間に、パルス幅変調駆動信号ＰＷＭのデューティ比Ｄを所定の設定デューティ比Ｄｓまで連続的に増加させることにより、駆動電圧Ｖｄの実効振幅を所定の設定実効電圧振幅Ｖｓまで連続的に増加させるように構成される。さらに、電流閾値を用いた制御により駆動電圧Ｖｄを転流するため、駆動電圧Ｖｄの連続的に増加する交流周波数を得ることができる。

【符号の説明】

【0050】

１０ センサレス単相電気モータ
１２ モータ固定子
１４ 固定子本体
１６ 固定子コイル
１８ 第１磁極脚部
２０ 第２磁極脚部
２２ ブリッジ部
２４ モータ回転子
２６ パワーエレクトロニクス
２８ 制御エレクトロニクス
３０ 固定子接続線
３２ 電流センサ
Ｄ デューティ比
ＤＰ１ 第１駆動位置
ＤＰ２ 第２駆動位置
Ｄｓ 設定デューティ比
Ｉ 供給電流
Ｉｎ 負の検出電流パルス
Ｉｐ 正の検出電流パルス
Ｉｔｎ 負の電流閾値
Ｉｔｐ 正の電流閾値
Ｎ 磁北
Ｐ１ 第１検出パラメータ
Ｐ２ 第２検出パラメータ
ＰＷＭ パルス幅変調駆動信号
Ｒ ランプ位相
ＲＰ１ 第１静止位置
ＲＰ２ 第２静止位置
Ｓ 磁南Ｓ
ｔ 時間
Ｖ 実効供給電圧
Ｖｄ 交流駆動電圧
Ｖｎ 負の検出電圧パルス
Ｖｐ 正の検出電圧パルス
Ｖｓ 設定実効電圧振幅

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】