JP2001211679A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JP2001211679A
JP2001211679A JP2000019530A JP2000019530A JP2001211679A JP 2001211679 A JP2001211679 A JP 2001211679A JP 2000019530 A JP2000019530 A JP 2000019530A JP 2000019530 A JP2000019530 A JP 2000019530A JP 2001211679 A JP2001211679 A JP 2001211679A
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signal
motor
rectangular wave
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command signal
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JP2000019530A
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Koichiro Oshiumi
幸一郎 鴛海
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Murata Machinery Ltd
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Murata Machinery Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、PWM信号を生成する指令信号は時々
刻々変化(連続変化)する正弦波であるため、三角波と
の比較処理を行うにはCPUの負担が大きく、これらの
処理を割り込み処理で行っていたため、CPUの性能も
高いものが要求されていた。 【解決手段】 インバータ回路部11のスイッチングを
行うためのPWM信号を、指令信号とキャリア信号とを
比較演算することにより生成するPWM制御手段12a
において、該指令信号を全期間に亘って矩形波信号とし
た。また、矩形波信号の波高値を可変してPWM信号の
デューティー比を調整する構成とし、インバータ回路部
11に接続されたブラシレスモータ14の回転位置検出
信号により矩形波信号の切換えを行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、指令信号とキャリ
ア信号とを比較演算することによりPWM信号を生成
し、このPWM信号によりインバータ回路のスイッチン
グ回路を制御して、インバータ回路に接続されるモータ
への出力電圧を可変するモータ制御装置の構成に関す
る。
【0002】
【従来の技術】モータの電力制御方法の一つとしてPW
M(PulseWidthModulation)制御
法がある。この方式は、パルス幅変調制御法であり、オ
ンパルスの通電幅を任意に変化(変調)させてモータへ
の入力電力をコントロールするものである。例えば、デ
ューティー比(オン・オフタイム比)を大きくすること
により、モータの回転数を高くさせ、逆にデューティー
比を小さくすることで、これに対応してモータの回転数
も小さくする制御である。このように、PWM制御法に
よるモータのパルス制御は、電力パルスがオンのときだ
けモータ電流を流し、それ以外は休んでいるので、トラ
ンジスタの負担や電源の負担を軽減させられるという利
点がある。
【0003】PWM信号の生成は、従来、図6に示すよ
うに、キャリア信号である三角波と(外部からモータ回
転数を制御するために送られる)指令信号である正弦波
を利用して行われている。モータ制御装置(インバータ
装置)に設けられたマイコンで構成される制御部は、こ
の2つの三角波・正弦波を比較演算し、図に示すような
PWM信号を生成するのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したPW
M信号を生成する従来方法では、正弦波が時々刻々変化
(連続変化)する信号であるため、三角波との比較処理
の負担が大きく、これらの処理を割り込み処理で行って
いたため、CPUの性能も高いものが要求されていた。
このため、モータ回転数を制御するためのソフトウェア
制御に係るオーバヘッドが大きいという問題と、CPU
に性能の高いものを使用することで、コストが高くなる
という問題もあった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に課題を解決するための
手段について説明する。即ち、請求項1記載の如く、イ
ンバータ回路のスイッチングを行うためのPWM信号
を、指令信号とキャリア信号とを比較演算することによ
り生成するPWM制御手段において、該指令信号を全期
間に亘って矩形波信号とした。
【0006】また、請求項2記載の如く、前記矩形波信
号の波高値を可変してPWM信号のデューティー比を調
整する構成とした。
【0007】また、請求項3記載の如く、前記インバー
タ回路に接続されたブラシレスモータの回転位置検出信
号により矩形波信号の切換えを行う。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
の図面を用いて説明する。図1は本発明に係るモータ制
御装置のブロック図、図2はキャリア信号発生部より発
生される三角波を示す図、図3は指令信号発生部より発
生される矩形波を示す図、図4は三角波及び矩形波の比
較処理を表す図、図5は本発明を応用する一実施例であ
る仮撚機の概略構成図、図6は従来の三角波と正弦波の
比較処理を表す図である。
【0009】まず、図1を用いて本発明にかかるモータ
制御装置10の構成について説明する。モータ制御装置
10は、インバータ回路部11と、マイクロコンピュー
タからなる制御部12より構成されている。インバータ
回路部11は、交流電源13の三相交流を直流に変換す
る整流回路11aと、その整流出力電力を平滑して直流
電圧にする平滑回路11e、及びIGBT(絶縁ゲート
バイポーラ型トランジスタ)スイッチング素子を三相ブ
リッジ接続して構成されるインバータ主回路11bを有
し、該整流回路11aの出力側に接続された正側直流電
源線11cと負側直流電源線11dとがインバータ主回
路11bの入力側に接続されている。また、インバータ
主回路11bの出力側は、インバータ制御により回転駆
動するブラシレスモータであるモータ14が接続され、
インバータ主回路11bにより、直流電圧を任意のパル
ス幅の交流電圧に変換してモータ14の固定子巻線に供
給する。ブラシレスモータは、回転子(ロータ)に永久
磁石、固定子(ステータ)に電機子巻線を用いた三相同
期モータである。尚、スイッチング素子としてIGBT
を使用することにより、ゲート信号を制御して電流又は
電圧の増幅が容易に行える。
【0010】制御部12は、PWM制御手段12a、電
圧検出手段12b、中央演算処理装置(CPU)12c
等より構成されており、該電圧検出手段12bは、前記
インバータ回路部11の正・負側直流電源線11c・1
1d間の直流電圧を常時検出して、瞬停等、不足電圧の
発生を検知するようにしている。
【0011】次に、PWM制御手段12aの構成、及び
PWM信号の生成方法について説明する。図1に示すよ
うに、PWM制御手段12aは、キャリア信号発生部2
0、指令信号発生部21、比較処理部22、PWM信号
出力部23、位相信号生成部24等より構成されてい
る。キャリア信号発生部20からは、図2に示すような
キャリア信号である三角波(例えば、1〜20kHz)
が出力される。また、指令信号発生部21は、外部のモ
ータ制御指令部15から入力されるモータ制御指令に基
づいて指令信号を発生させるものであり、該指令信号発
生部21からは、図3に示すような120°通電を行う
ための指令信号である矩形波が出力される。
【0012】そして、比較処理部22は、前記キャリア
信号発生部20及び指令信号発生部21から出力される
三角波及び矩形波の比較演算を行う。具体的には、図4
に示すように、三角波と矩形波の接点を求め、この接点
間隔の変化によりデューティー比(オン・オフタイムの
比)を決定して、図に示したようなPWM信号を生成す
るのである。なお、本発明のように、指令信号として矩
形波を利用している場合には、デューティー比は一定時
間一定の値をとる。
【0013】そして、比較処理部22において生成され
たPWM信号が、PWM信号出力部23より、前記イン
バータ主回路11bを構成するスイッチング素子の各ゲ
ートに対して出力されるのである。これによってインバ
ータ主回路11bにより、直流電圧を任意のパルス幅の
交流電圧に変換してモータ14の固定子巻線に供給し、
ブラシレスモータであるモータ14が所望の回転数で制
御されるのである。尚、電力の無駄を無くして安定した
回転を行うため、指令信号の波高値がゼロの期間では、
PWM信号の休止期間として通電を行わないようにして
いる。
【0014】このように、インバータ回路部11(イン
バータ主回路11b)のスイッチングを行うためのPW
M信号を、指令信号とキャリア信号とを比較演算するこ
とにより生成するPWM制御手段12aにおいて、該指
令信号を全期間に亘って矩形波信号としている。このた
め、矩形波は一定時間、電圧変化がなく一定値をとるた
め、この一定時間内はキャリア毎に変調点の変更は必要
ない。これに対して、従来図6で示したように、指令信
号として正弦波を利用していた場合には、時々刻々変化
する指令信号の電圧値に対して、キャリア信号(三角
波)毎に、割り込み処理を行わなければならないため、
CPUへの負荷が大きくなっていた。このように本発明
のモータ制御装置によれば、制御部12のCPU12c
の負荷を軽減させることにより処理速度の向上を図るこ
とができるので、フィードバック制御を行う場合には、
高精度なモータ回転数の制御が行える構成となった。ま
た、CPU12cは高性能のものを要求しないので、低
コストな構成とすることができる。さらに、PWM信号
の生成プロセスによるCPU12cの占有時間を短くす
ることにより、モータ制御装置内の他のプロセスに対す
るCPU12cの割当てが充分に行える構成となった。
【0015】なお、指令信号に矩形波を利用することが
できるのは、本発明の構成において、モータ14をブラ
シレスモータとしているからであり、三相インダクショ
ンモータ等は、正弦波駆動であるため、指令信号として
時間的変化が必要となる。このように、矩形波駆動が可
能なモータを利用することで、PWM信号生成における
CPU12cの負荷を軽減させながら、ブラシレスモー
タの特性により、高・低速回転制御が行いやすく、ま
た、高トルクを得られるので、フィードバック制御を行
うためにも優れた構成となる。また、DCモータのよう
に整流用のカーボンブラシ(摩耗する)を必要としない
ので、メンテナンス性にも優れた構成となる。
【0016】また、前記ブラシレスモータであるモータ
14には、回転子の磁極位置の検出手段である位置セン
サ14sが設けられている。位置センサ14sは、例え
ば、ホール素子等の回転位置センサとしてもよいし、ブ
ラシレスモータの固定子巻線に誘起される逆起電圧を検
出する手段としてもよい。そして、該位置センサ14s
による回転位置検出信号に基づいて位相信号生成部24
が、モータ回転位置情報を生成し、このモータ回転位置
情報に基づいて指令信号発生部21は通電を切換えるこ
とにより矩形波の変調が行われるようにしている。そし
て、このモータ回転位置情報に基づいて、図3に示した
矩形波は120度毎に変調させる指令信号としている。
【0017】そして、前述したように外部のモータ制御
指令部15から入力されるモータ制御指令に基づいて指
令信号発生部21は、指令信号である矩形波を発生させ
るが、該指令信号発生部21は、モータ制御指令に基づ
いて、矩形波の波高値を変化させるようにしている。こ
れによって、図4で示したプロセスにより生成されるP
WM信号のデューティー比を調節し、モータ14の回転
数制御が行われるのである。このように、本発明におい
ては、指令信号に矩形波を利用しているので、モータ1
4の回転数を波高値に比例して制御することができるの
で、高精度な回転数制御が行える構成となった。
【0018】次に、本発明に係るモータ制御装置を仮撚
機に応用した実施例について図5を用いて説明する。給
糸パッケージ6から解舒された糸条Yが第一フィードロ
ーラF1と、該第一フィードローラF1の下流側に配置
される第二フィードローラF2とによって延伸可能な糸
張力に保持されている。これら第一・第二フィードロー
ラF1・F2間の下流側に仮撚装置5が設けられてい
る。該仮撚装置5により糸条Yに撚りがかけられ、第一
フィードローラF1までの糸条Yは撚りが入った加撚状
態となっている。仮撚装置5は、一対のベルトが交差し
て配置されるニップツイスターであり、それぞれのベル
トを駆動するブラシレスモータである仮撚装置用モータ
14・14が設けられている。このようにして、一対の
ベルトが糸条Yを挟持しながら、仮撚装置用モータ14
・14により駆動し、糸条Yに撚りをかけるのである。
【0019】また、第一・第二フィードローラF1・F
2間の上流側には熱固定用の糸条熱処理装置3が設けら
れている。該糸条熱処理装置3は、撚りが入った糸条Y
を延伸温度まで加熱するものであり、熱媒液を用いて精
度良く温度コントロールされている。該糸条熱処理装置
3の下流側にクーリングプレート4を設けて、糸条熱処
理装置3により加熱された糸条Yを冷却するようにして
いる。このように、仮撚機1においては、給糸パッケー
ジ6から解舒した糸条Yに撚りを付与した状態で延伸
し、この撚りに沿った延伸を熱固定することで、該糸条
Yを嵩高加工糸に加工している。そして、加工済の糸条
Yはトラバース装置8で綾振りされ、巻取ドラム9に転
接して回転する巻取パッケージ7に巻き取られるように
している。
【0020】そして、上述した仮撚装置用モータ14・
14は、本発明にかかるモータ制御装置によりインバー
タ制御されるブラシレスモータとしている。これによ
り、ニップツイスターである2つのベルトが、本発明に
係るPWM制御により回転制御されるが、上述したよう
に、PWM信号生成におけるCPU負荷を小さくしてい
るのでPWM制御の処理時間が短縮され、ニップツイス
ターのフィードバック制御が高精度に行うことができ
る。これにより、糸条Yの検出張力値に基づく高精度な
テンションフィードバック制御が可能となった。また、
PWM制御の処理時間を短縮することにより、1錘の仮
撚装置5に対する複数のモータを共通の中央演算処理装
置(CPU)で制御することができ、各モータを正確に
同期制御することができる。
【0021】
【発明の効果】即ち、請求項1記載の如く、インバータ
回路のスイッチングを行うためのPWM信号を、指令信
号とキャリア信号とを比較演算することにより生成する
PWM制御手段において、該指令信号を全期間に亘って
矩形波信号としたので、PWM信号を生成するためのC
PU負担を軽減させることが可能となった。これによ
り、PWM信号生成の処理時間の短縮が図れ、フィード
バック制御を行う場合には、高精度なモータ回転数の制
御が可能となった。また、CPUに高い性能が要求され
ないので、低コストな構成とすることが可能となった。
【0022】また、請求項2記載の如く、前記矩形波信
号の波高値を可変してPWM信号のデューティー比を調
整する構成としたので、モータの回転数を波高値に比例
して制御することができるので、高精度な回転数制御が
行える構成となった。
【0023】また、請求項3記載の如く、前記インバー
タ回路に接続されたブラシレスモータの回転位置検出信
号により矩形波信号の切換えを行うので、ブラシレスモ
ータの回転位置に同期した矩形波よりPWM信号が生成
され、これによってインバータ回路により、直流電圧を
ロータ位置に同期したパルス幅の交流電圧に変換してモ
ータの固定子巻線に供給し、ブラシレスモータが所望の
回転数で駆動するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモータ制御装置のブロック図であ
る。
【図2】はキャリア信号発生器より発生される三角波を
示す図である。
【図3】指令信号発生器より発生される矩形波を示す図
である。
【図4】三角波及び矩形波の比較処理を表す図である。
【図5】本発明を応用する一実施例である仮撚機の概略
構成図である。
【図6】従来の三角波と正弦波の比較処理を表す図であ
る。
【符号の説明】
10 モータ制御装置 11 インバータ回路部 11b インバータ主回路 12 制御部 12a PWM制御手段 12c 中央演算処理装置(CPU) 14 (ブラシレス)モータ 20 キャリア信号発生部 21 指令信号発生部 22 比較処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H007 BB06 CA01 CB05 CC23 DA03 DA06 DB07 DC05 DC07 EA15 5H560 AA10 BB04 BB12 CC04 DA02 EC02 RR10 UA06 XA04 XA12 5H572 AA04 AA20 CC05 DD09 EE01 GG02 HA10 HB09 JJ03 JJ12 KK01 LL31

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータ回路のスイッチングを行うた
    めのPWM信号を、指令信号とキャリア信号とを比較演
    算することにより生成するPWM制御手段において、該
    指令信号を全期間に亘って矩形波信号としたことを特徴
    とするモータ制御装置。
  2. 【請求項2】 前記矩形波信号の波高値を可変してPW
    M信号のデューティー比を調整する構成としたことを特
    徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3. 【請求項3】 前記インバータ回路に接続されたブラシ
    レスモータの回転位置検出信号により矩形波信号の切換
    えを行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の
    モータ制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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