JP2001286182A

JP2001286182A - モータの制御方法

Info

Publication number: JP2001286182A
Application number: JP2000093574A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ohara; 義之尾原
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】モータのオープン・ループ制御方法におい
て、トルク脈動を抑制することを目的とする。【解決手段】直流電圧をインバータ回路３でスイッチ
ングして矩形波電圧としてモータ４に印加し、このモー
タ４の回転子の位置を検出し、この位置検出信号をもと
にしてモータ４の通電を切り替える。モータ４の印加電
圧に重畳するパルス状の電圧および遅延量等をＲＯＭデ
ータとし、その通電切り替えから遅延量のタイミングで
パルス状の電圧を重畳するように、インバータ回路３を
制御し、その通電切り替えによって大きくなるトルク脈
動を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機等に用
いるモータ（例えばブラシレスＤＣモータ）のインバー
タ制御技術に係り、特に詳しくは、トルク変動（脈動）
を抑制するモータの制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータは省エネルギーの観点から
も高効率化を目指して進められており、例えば、空気調
和機の圧縮機駆動用モータには殆ど分布巻タイプのモー
タが用いられているが、固定子の電機子巻線の利用効率
面からすれば集中巻タイプのモータの方が好ましい。

【０００３】しかし、集中巻タイプのモータは、その巻
線の利用効率面で優位であるものの、その構造の面で磁
束が間欠的に発生してしまい、これが振動や騒音を大き
くしてしまうという欠点がある。そして、このような振
動の発生によって、冷媒の配管の劣化を引き起こすとい
う問題があるばかりでなく、大きな騒音の発生によって
近隣に対して不快感を及ぼすという問題がある。したが
って、この問題点を解消するためには、モータの１回転
単位でトルクを制御する技術が必要である。

【０００４】現に、空気調和機にあっては１回転単位で
のトルク制御が行われており、したがって、そのトルク
制御には新規のモータ、例えば集中巻タイプのモータに
も適用されることが想定される。このようなトルク制御
には、オープン・ループ制御やクローズド・ループ制御
があるが、トルク制御の面からすると、クローズド・ル
ープ制御の方が良好な結果を得ることができる。しか
し、このクローズド・ループ制御では、ハードウェアの
コスト高や制御の複雑化等の欠点がある。

【０００５】クローズド・ループ制御の制御装置として
は、例えば、図７に示す回路がある。この回路は、商用
電源１をＡＣ／ＤＣ変換回路２で直流に変換し、この変
換直流電源をインバータ回路３でスイッチングして三相
の矩形波電圧として三相四極のモータ４に印加し、モー
タ４に駆動電流を流して回転トルクを得る。

【０００６】また、モータ４の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの
通電を切り替えるために、回転子の位置検出を行う。こ
の位置検出の方法としては、例えば、非通電相に誘起す
る逆起電力（誘起電圧）波形からゼロクロス点を検出
し、このゼロクロス点により回転子の位置を検出する方
法がある。この位置検出方法の場合、位置検出回路５
は、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの端子電圧をもとにして位置
検出信号を得、この位置検出信号を制御回路（マイクロ
コンピュータ）６に出力する。

【０００７】上記制御回路６は、位置検出信号をもとに
してモータ４の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を切り替
え、かつＰＷＭ発生部６ａでＰＷＭ信号を発生して駆動
回路７に出力する一方、モータ４の回転数を回転数検出
部６ｂで検出し、この検出回転数と参照値とを比較部６
ｃで比較する。そして、この比較結果をもとにして推定
アルゴリズム６ｄで速度等を推定し、これをＰＷＭ発生
部６ａにおける発生ＰＷＭ信号にフィードバックし、モ
ータ４の回転数を一定とする。

【０００８】クローズド・ループ制御においては、セン
サを用いずとも回転数を検出することができるが、参照
値（平均回転速度データ）を用いる必要がある。このた
め、制御の応答性が悪く、例えば１回転中に回転変動
（つまりトルク脈動）がある場合には、対応処理が難し
い。また、その応答性を上げるには速度（回転数）や直
流電流等を検出するタイミング（サンプリング数）を上
げればよいが、そのためには新たなハードウェアの追加
や高速度処理のマイクロコンピュータが必要となってし
まう。

【０００９】このクローズド・ループ制御に対してオー
プン・ループ制御は、予め１回転中のトルク脈動を抑制
する波形のパターンをＲＯＭ等の記憶手段に記憶してお
き、位置検出信号を基準にしてそのＲＯＭのデータを発
生ＰＷＭに重畳すればよい。したがって、オープン・ル
ープ制御は、クローズド・ループ制御と比較して、制御
の応答性等の問題を考慮せずともよく、ハードウェア的
にも極めてシンプルであり、コスト面や制御等に関して
優位であるという利点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モ
ータの制御方法において、ＲＯＭデータがどうしても多
くなる。特に回転数や負荷が大きく変動する場合、ま
た、種々のモータに適用する場合にあってはＲＯＭ容量
を膨大なものにする必要があるだけでなく、データの出
力制御が難しくなってしまうという欠点がある。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、オープン・ループ制御において少な
いＲＯＭデータで済ませることができるばかりでなく、
トルク脈動を抑制することができるようにしたモータの
制御方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、直流電圧をインバータでスイッチングし
て矩形波電圧として当該モータに印加する一方、上記イ
ンバータを制御して上記モータの通電を切り替え、上記
モータを所定回転数に制御するモータの制御方法におい
て、上記モータの印加電圧にパルス状の電圧を重畳し、
かつ、このパルス状電圧を上記モータのトルク脈動の低
減に寄与するタイミングで重畳するようにしたことを特
徴としている。

【００１３】本発明は、直流電圧をインバータでスイッ
チングして矩形波電圧として当該モータに印加する一
方、上記インバータを制御して上記モータの通電を切り
替え、上記モータを所定回転数に制御するモータの制御
方法において、上記モータのトルク脈動を低減するため
に、少なくとも同モータの印加電圧に重畳するパルス状
の電圧および同重畳するタイミングの情報をＲＯＭデー
タとして記憶しており、このＲＯＭデータをもって所定
パルス状電圧を所定タイミングで上記モータの印加電圧
に重畳するようにしたことを特徴としている。

【００１４】上記パルス状電圧を上記モータの印加電圧
に重畳するタイミングを同モータの通電切り替え直前、
あるいは、同タイミングもしくは直後とするとよい。こ
れにより、モータの通電切り替えにより大きくなるトル
ク脈動に対してインパルス的に応答し、トルク脈動が抑
制される。

【００１５】上記モータの負荷に脈動が含まれる場合、
上記パルス状電圧を、上記モータの印加電圧に重畳する
タイミングを上記負荷の最大時の直前、あるいは、同タ
イミングもしくは直後とするとよい。これにより、モー
タの負荷脈動のピークに対してインパルス的に応答し、
負荷脈動が抑制される。

【００１６】上記ＲＯＭデータは、パルス振幅あるいは
ＰＷＭオン時間、パルスの出力時間および遅延時間であ
り、上記通電切り替えから上記遅延時間後に、上記パル
ス振幅あるいはＰＷＭオン時間に加味した印加電圧を
得、かつ、上記出力時間だけ継続して上記モータの印加
電圧にパルス状の電圧を重畳するとよい。これにより、
モータのオープン・ループ制御におけるＲＯＭデータが
少なくて済み、しかも効果的にモータの脈動が抑制され
る。

【００１７】上記ＲＯＭデータは、位置検出間隔あるい
は通電切り替え間隔毎に１つあるいは２つ以上とし、該
２つ以上とした場合に最初のＲＯＭデータにより上記モ
ータ固有の脈動を抑制するとともに、それ以後のＲＯＭ
データにより負荷脈動（例えばファンの固有振動）を抑
制するとよい。これにより、モータ固有の脈動が抑制さ
れるだけでなく、負荷脈動も抑制することができる。

【００１８】上記モータの回転数あるいは負荷状態に応
じて、所定係数を上記ＲＯＭデータのパルス振幅あるい
はＰＷＭオン時間に乗じ、このパルス振幅あるいはＰＷ
Ｍオン時間を含めてＲＯＭデータにするとよい。これに
より、回転数や負荷状態に応じて重畳するパルス状電圧
を可変し、その回転数や負荷の大きさに応じて脈動の大
きさが変わる場合でも、効果的にその脈動を抑制するこ
とができる。

【００１９】上記モータは集中巻タイプであるとよい。
これにより、上述した制御方法を集中巻タイプのモータ
に適用すれば、オープン・ループ制御におけるトルク脈
動の抑制を、少ないＲＯＭデータで済ませることがで
き、例えば、クローズド・ループ制御に対して優位とさ
れるコスト面が損なわれることもない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、図１中、
図７と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００２１】図１ないし図３において、本発明のモータ
の制御方法が適用される制御装置は、位置検出回路５か
らの出力位置検出信号により位置検出タイミングを得る
とともに、このタイミングを所定時間遅延して通電切り
替えタイミングとする一方、この通電切り替えタイミン
グを基準として任意の遅延（遅延零も含む）でパルス状
電圧（あるいは任意の幅を持った電圧）をモータ４の印
加電圧に重畳する制御回路（マイクロコンピュータ）１
０を備えている。なお、制御回路１０は、従来と同様に
モータ４の回転数を目標回転数（設定回転数）とする制
御機能も備えている。

【００２２】ところで、従来例にあっては、ＲＯＭに波
形パターンを記憶しておく方法は、モータの回転変動
（トルク脈動）と反対位相の波形を重畳し、トルク脈動
を抑制する。しかし、モータの回転子と固定子とは、ち
ょうどバネの様な関係にあり、重畳した相殺パターンに
対して新たな振幅が起こるため、新たなトルク脈動が起
こることも少なくない。すなわち、波形パターンを厳密
に定義しても、可変速、可変負荷のモータ制御において
は、制御の複雑化を招くだけなく、効果が得られないと
いうこともある。

【００２３】また、トルク脈動の相殺パターンとして
は、単に間欠的な位置検出間隔の区間で平均的な相殺電
圧が考えられるが、粗すぎることから、位置検出間隔の
区間内においてパターンを細分化して内挿せざるを得
ず、どうしてもＲＡＭの増加が免れない。そこで、波形
パターンを重畳するのではなく、任意のタイミングでパ
ルス状電圧を重畳する。例えば、トルク変動が大きくな
る通電切り替えタイミングの直前、同タイミングあるい
はその直後に任意の時間だけ、パルス状電圧を重畳し、
その後の回転変動を抑える。

【００２４】また、通電切り替え等のタイミング、つま
りトルクの可変（回転変動）が大きいところで、パルス
状電圧を印加することから、そのパルスの振幅値が各通
電切り替え間隔内に分散し、細かな細分化の必要がな
い。しかも、モータはインダクタンスを介して電流をト
ルクに変えるものであることから、インパルス的な応答
は有効であり、つまり、制御の応答性は高くなる。

【００２５】本発明は、インバータ制御に適用し、セン
サレスブラシレスＤＣモータの駆動インバータと同様
に、オープン・ループ制御であるが、ソフトウェアの対
応だけで実現する。図１に示すように、通電切り替えタ
イミングを基準として任意の遅延（零も含む）を設け、
パルス状あるいは任意の幅を持った電圧を重畳する。な
お、同図では、振幅の形で現しているが、ＰＷＭ制御に
おいてはＰＷＭオン時間で現せばよい。

【００２６】また、パルス状電圧の重畳効果に遅れがあ
り、通電切り替えよりも手前でパルス状電圧を重畳する
必要がある場合、遅延量を増やし、次の通電切り替え近
傍でパルスを重畳すればよい。この場合、そのパルス状
電圧の幅や遅延量は、モータ４の負荷と関係することか
ら、予め経験的に求めておけばよい。

【００２７】なお、モータ４の印加電圧が上昇して限界
値に近づけば、相対的なパルス状電圧の効果が減少す
る。しかし、トクル脈動の制御を必要とする領域は、殆
ど低速領域であり、印加電圧の高い高回転数領域では本
発明を適用する必要がない。そのため、上記制御回路１
０は、位置検出回路５からの出力位置検出信号により、
第１のタイマ１０ａを起動する一方、区間演算部１０ｂ
で位置検出間隔（平均回転数）を算出し、かつ、過去の
平均回転数をもとにして位置検出タイミングから通電切
り替えタイミングを得るための所定遅延量を算出する。
なお、この所定遅延量は三相四極であれば、位置検出か
ら電気角で３０度のタイミングとする。

【００２８】第１のタイマ１０ａの計時時間と、区間演
算部１０ｂで既に算出している遅延量とを比較部１０ｃ
で比較し、一致したタイミングでインバータ回路３のマ
トリックス変更を要求し、モータ４の通電切り替えタイ
ミングとする。

【００２９】また、上記要求により、パルス量制御部１
０ｄを起動し、ＲＯＭ１０ｅから重畳するパルス状電圧
に対応するＰＷＭオン時間の増加値（パルス振幅）、そ
れを出力する時間（パルス時間）および出力遅延時間
（遅延時間）の３要素を読み出す。なお、パルス振幅と
してはＰＷＭの増加時間やＰＷＭの増加割合（パーセン
ト）とし、パルス時間としてはカウント値、ＰＷＭパル
ス数あるいは位置検出間隔に対する割合（パーセント）
とするとよい。

【００３０】また、モータ４の回転変動（トルク脈動）
を相殺するように、任意の幅を持った電圧を現印加電圧
に重畳するために、ＲＯＭ１０ｅには、図２の模式図に
示すデータが記憶されている。図２において、区間とは
位置検出間隔（あるいは通電切り替え間隔）であり、モ
ータ４が三相四極である場合、区間０から区間１１の１
２区間となる。

【００３１】パルス量制御部１０ｄでは、遅延時間を第
２のタイマ１０ｆにセットし、このタイマ１０ｆのタイ
ムアップによりパルス振幅の出力を開始するとともに、
パルス時間を第２のタイマ１０ｆにセットし、このタイ
マ１０ｆのタイムアップまでそのパルス振幅を出力す
る。

【００３２】速度制御部１０ｇでは、モータ４の回転数
を目標値とするＰＷＭオン時間を加算部１０ｈに出力
し、この加算部１０ｈにおいてそのＰＷＭオン時間にパ
ルス量制御部１０ｄからのパルス幅を重畳してＰＷＭ発
生部１０ｉに出力する。

【００３３】なお、上記第２のタイマ１０ｆのタイムア
ップとともに、その加算部１０ｈの加算値を零とし、つ
まり速度制御部１０ｇからのＰＷＭオン時間をそのまま
ＰＷＭ発生部１０ｉに出力し、通常ＰＷＭ制御に戻る。

【００３４】上記ＰＷＭ発生部１０ｉでは、比較部１０
ｃからの出力通電切り替えタイミングおよびＰＷＭオン
時間（パルス幅を重畳したＰＷＭオン時間）をもとにし
てＰＷＭ信号を発生する。

【００３５】したがって、通電切り替えによりトルク変
動が大きくなる箇所（負荷トルクが大きい箇所）ほど、
モータ４の印加電圧に重畳されるパルス状電圧が大きく
なるため、１回転中におけるトルク脈動を効果的に抑制
することができできる。また、集中巻タイプのモータで
の間欠的な磁界による振動、騒音に対しても有効であ
り、つまり、振動、騒音を抑えることができる。

【００３６】図３の波線は本発明の変形例を示してい
る。モータ４の回転数や負荷（ファン等の負荷）の大き
さに対してパルス状電圧の印加量を可変する必要がある
場合、図２に示したパルス幅を可変するために、制御回
路１０には回転数、負荷情報部１０ｊを付加する。な
お、回転数、負荷情報部１０ｊは、センサによって回転
数や負荷を検出し、あるいは位置検出間隔等を用いて回
転数や負荷状態を検出する。

【００３７】そして、回転数や負荷状態に応じてＲＯＭ
１０ｅから読み出したパルス振幅を加工する。例えば、
負荷の大きさに比例した係数を、パルス量制御部１０ｄ
からの出力パルス振幅に掛ける。

【００３８】また、１回転中においてパルス状電圧の状
態を変化させたければ、各位置検出タイミングに対応し
てパルスデータ（パルス振幅等）を保持しておくように
してもよい。そして、回転数や負荷状態に応じてパルス
データを変えることにより、モータ４の印加電圧に重畳
されるパルス状電圧を変えることができる。

【００３９】さらに、コンプレッサ負荷のように、１回
転中において脈動を伴う負荷を駆動する場合、その脈動
のピーク（最大負荷時）の近傍区間でパルス状電圧を重
畳するようにしてもよい。

【００４０】例えば、図４および図５に示すように、区
間内で重畳するパルス状電圧を２つとし（例えば区間５
の符号５０、５１）、モータ固有の脈動（前実施例のト
ルク脈動）を抑制するパルス状電圧（たとえば符号５
０）と、負荷脈動を抑制するパルス状電圧（符号５１）
とする。

【００４１】そして、図４に示す負荷脈動の曲線に対応
して負荷脈動を抑制するパルス幅を決定する。つまり、
負荷脈動が大きい箇所ほど、そのパルスの幅を大きくす
る。この場合、ＲＯＭ１０ｅには図６に示すテーブルを
記憶し、各区間において、パルス振幅１，２、パルス時
間１，２および遅延時間１，２をＲＯＭ化すればよい
（００，１０，１０，１１，…，５０，５１，…）。

【００４２】上記制御回路１０のパルス量制御部１０ｄ
にあっては、前実施例と同様に、そのＲＯＭデータを読
み出して所定遅延でパルス振幅等を所定時間出力する。
これにより、モータ４の印加電圧には２つのパルス状電
圧が重畳される。なお、この例によると、前述したＲＯ
Ｍデータの２倍のデータが必要となる。また、そのＲＯ
Ｍデータは各区間毎に３個以上にしてもよい。

【００４３】これにより、モータ自信のトルク脈動を低
減し、かつ負荷による脈動も低減することができ、また
そのＲＯＭデータが多いほど、負荷脈動等をよりきめ細
かく抑制することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下に述
べる効果を奏する。本発明のモータの制御方法は、モー
タの印加電圧にパルス状の電圧を重畳し、しかもこのパ
ルス状電圧を、モータのトルク脈動の低減に寄与するタ
イミングで重畳し、トルク脈動に対してインパルス的に
応答するようにしていることから、トルク脈動を抑制す
ることができるという効果がある。

【００４５】本発明モータの制御方法は、モータのトル
ク脈動を低減するために、少なくとも同モータの印加電
圧に重畳するパルス状の電圧および同重畳するタイミン
グの情報をＲＯＭデータとして記憶し、このＲＯＭデー
タをもって所定パルス状電圧を所定タイミングでモータ
の印加電圧に重畳するようにしていることから、そのパ
ルス状電圧を通電切り替え間隔毎に重畳し、かつ、トル
ク変動の近傍で重畳することにより、少ないＲＯＭデー
タでトルク脈動を抑制することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、モータの制御方法
を説明するための概略的タイムチャート図。

【図２】本発明のモータの制御方法が適用される制御装
置を説明するための概略的ブロック線図。

【図３】図２に示す制御装置のＲＯＭのデータを説明す
るための概略的模式図。

【図４】本発明の変形例を説明するための概略的タイム
チャート図。

【図５】図４に示すタイムチャートを部分的に説明する
概略的部分拡大図。

【図６】図４に示す変形例に用いるＲＯＭのデータを説
明するための概略的模式図。

【図７】従来のモータの制御装置の概略的ブロック線
図。

【符号の説明】

３インバータ回路４モータ（センサレス直流モータ）５位置検出回路７駆動回路１０制御回路（マイクロコンピュータ）１０ａ第１のタイマ１０ｂ区間時間演算部１０ｃ比較部１０ｄパルス量制御部１０ｅＲＯＭ（記憶手段）１０ｆ第２のタイマ１０ｇ速度制御部１０ｈ加算部１０ｉＰＷＭ発生部１０ｊ回転数、負荷情報部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧をインバータでスイッチングし
て矩形波電圧として当該モータに印加する一方、前記イ
ンバータを制御して前記モータの通電を切り替え、前記
モータを所定回転数に制御するモータの制御方法におい
て、前記モータの印加電圧にパルス状の電圧を重畳し、
かつ、該パルス状電圧を前記モータのトルク脈動の低減
に寄与するタイミングで重畳するようにしたことを特徴
とするモータの制御方法。
【請求項２】直流電圧をインバータでスイッチングし
て矩形波電圧として当該モータに印加する一方、前記イ
ンバータを制御して前記モータの通電を切り替え、前記
モータを所定回転数に制御するモータの制御方法におい
て、前記モータのトルク脈動を低減するために、少なく
とも同モータの印加電圧に重畳するパルス状の電圧およ
び同重畳するタイミングの情報をＲＯＭデータとして記
憶しており、該ＲＯＭデータをもって所定パルス状電圧
を所定タイミングで前記モータの印加電圧に重畳するよ
うにしたことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項３】前記パルス状電圧を前記モータの印加電
圧に重畳するタイミングを同モータの通電切り替え直
前、あるいは、同タイミングもしくは直後としてなる請
求項１または２に記載のモータの制御方法。
【請求項４】前記モータの負荷に脈動が含まれる場
合、前記パルス状電圧を、前記モータの印加電圧に重畳
するタイミングを前記負荷の最大時の直前、あるいは同
タイミングもしくは直後としてなる請求項１または２に
記載のモータの制御方法。
【請求項５】前記ＲＯＭデータは、パルス振幅あるい
はＰＷＭオン時間、パルスの出力時間および遅延時間で
あり、前記通電切り替えから前記遅延時間後に、前記パ
ルス振幅あるいはＰＷＭオン時間に加味した印加電圧を
得、かつ、前記出力時間だけ継続して前記モータの印加
電圧にパルス状の電圧を重畳するようにした請求項２，
３または４に記載のモータの制御方法。
【請求項６】前記ＲＯＭデータは、位置検出間隔ある
いは通電切り替え間隔毎に１つあるいは２つ以上とし、
該２つ以上とした場合に最初のＲＯＭデータにより前記
モータ固有の脈動を抑制するとともに、それ以後のＲＯ
Ｍデータにより負荷脈動を抑制するようにした請求項５
に記載のモータの制御方法。
【請求項７】前記モータの回転数あるいは負荷状態に
応じて、所定係数を前記ＲＯＭデータのパルス振幅ある
いはＰＷＭオン時間に乗じ、該パルス振幅あるいはＰＷ
Ｍオン時間を含めてＲＯＭデータとした請求項５または
６に記載のモータの制御方法。
【請求項８】前記モータは、集中巻タイプである請求
項１，２，３，４，５，６または７に記載のモータの制
御方法。