JP2003092896A - Dcブラシレスモータのトルク制御装置 - Google Patents

Dcブラシレスモータのトルク制御装置

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JP2003092896A
JP2003092896A JP2001286822A JP2001286822A JP2003092896A JP 2003092896 A JP2003092896 A JP 2003092896A JP 2001286822 A JP2001286822 A JP 2001286822A JP 2001286822 A JP2001286822 A JP 2001286822A JP 2003092896 A JP2003092896 A JP 2003092896A
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JP
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torque control
control amount
value
motor
during
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JP2001286822A
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English (en)
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Chizumi Matsuo
千純 松尾
Yoshihiro Tokoroya
良裕 所谷
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のトルク制御におけるトルク制御量のゲ
イン設定では、低負荷では問題ない設定であっても、過
負荷では過電流が流れ、電気回路またはモータの過電流
保護機能が動作し、運転が停止する場合があった。一
方、過負荷で過電流保護機能が動作しないゲインを設定
した場合、低負荷では騒音・振動が大きくなるという課
題があった。 【解決手段】 電流の最大値を検出することによって、
電流の最大値が大きく、過電流トリップするおそれがあ
る場合には、トルク制御ゲインを低減させる制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルク制御機能を
有するDCブラシレスモータの制御装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来のDCブラシレスモータにおけるト
ルク制御方式の一例として、速度偏差が0になるように
トルク制御量を制御するものについて以下に説明する。
【0003】DCブラシレスモータはロータに永久磁石
を有しており、ロータが回転することによりステータコ
イルに誘起電圧が発生する。この誘起電圧波形を観測す
ることによりロータ速度を求めることができる。
【0004】通常トルク制御を行うためにはロータの1
回転する時間をn分割し、それぞれの分割された区間に
おいて誘起電圧からロータ速度を求め、区間のロータ速
度とロータの平均速度とを比較することで速度偏差を算
出し、この速度偏差が0になるように、P制御またはP
I制御演算によりトルク制御量を算出することが行われ
ている。
【0005】ここで、トルク制御量の算出式はP制御の
場合 トルク制御量=平均出力×速度偏差×Pゲイン 又、PI制御の場合 トルク制御量=平均出力×(Pゲイン×速度偏差+Iゲ
イン×速度偏差の積算) である。
【0006】このようにして算出したトルク制御量を、
負荷トルクと出力トルクとがバランスするように出力位
相を調整して平均出力に加算して出力することで、1回
転中で負荷変動が発生している場合でもそれに応じたト
ルクを発生させて速度変動を抑制した運転を行うことが
できる。
【0007】上記算出式におけるトルク制御量の1回転
中の変化は、トルク制御の効果を表すので、同一負荷、
同一回転数の場合には次のようなことがいえる。すなわ
ち、トルク制御量の1回転中の変化が大きい場合には騒
音・振動が小さく、モータ電流最大値が大きい。また逆
にトルク制御量の1回転中の変化が小さい場合には騒音
・振動が大きく、モータ電流最大値が小さいという傾向
になる。
【0008】図7は、トルク制御を行った場合のモータ
の電流波形例で、図7(a)はトルク制御量の変化が大
きい場合、図7(b)は小さい場合を示す。図7より明
らかなように、トルク制御量の1回転中の変化が大きい
場合、1回転を分割した期間毎の時間変動が少なくなる
ため、騒音・振動は小さくなるが、モータ電流の最大値
は大きくなる。
【0009】トルク制御量は前述の式のように算出され
るため、一般にゲインを決定することによって、騒音・
振動低減効果やモータ電流の最大値が決まる。このた
め、例えば要求スペックに合わせてゲインをあらかじめ
一定値、または回転数によって変更する値に設定し、ト
ルク制御量を決定してトルク制御を行っている。
【0010】従来このように制御することによって、負
荷変動による1回転中の速度変動を抑制し、低騒音・低
振動化を実現していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のトルク制御量の調整では、負荷変動に対応できない
という課題があった。
【0012】図8は、同一回転数、同一トルク制御ゲイ
ンでトルク制御を行った場合のモータ電流波形例で、図
8(a)は低負荷の場合、図8(b)は高負荷の場合で
ある。
【0013】図8のように、同一回転数で同一トルク制
御ゲインを設定した場合でも、負荷によってモータ電流
の最大値が異なる。すなわち、低負荷では問題ないゲイ
ン設定であっても、高負荷では過電流が流れ、電気回路
またはモータの過電流保護機能が動作し、運転が停止す
る場合がある。一方、高負荷で過電流保護機能が動作し
ないゲインを設定した場合、低負荷では騒音・振動が大
きくなるという課題がある。
【0014】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、負荷変動に対応したトルク制御量の調整手
段を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、負荷が重く、過電流トリップするおそれが
ある場合には、トルク制御量を低減させる制御を行うも
のである。上記トルク制御量を制御することによって、
低負荷時には充分な騒音・振動低減が可能で、かつ高負
荷時には過電流保護による運転停止を回避することが可
能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、トルク
制御量を制御する手段として、モータに流れる電流値が
設定値を超えないように制御するものである。そしてこ
のように制御することによって、低負荷時には充分な騒
音・振動の低減が可能で、かつ高負荷時には過電流保護
による運転停止を回避することができる。
【0017】請求項2に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、1回転中のモータ電流の最大値が
設定値以上となった場合、設定値を超えないようにトル
ク制御量を低減させるものである。そして、この方法に
よれば、応答性よく請求項1で述べたものと同様の効果
を得ることができる。
【0018】請求項3に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、1回転中のモータ電流の平均値が
設定値以上となった場合、設定値を超えないようにトル
ク制御量を低減させるものである。そして、この方法に
よれば、請求項2に記載の方法に対して応答性には劣る
が安定して、請求項1で述べたものと同様の効果を得る
ことができる。
【0019】請求項4に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、モータに流れる電流値が設定値を
超えないように、1回転中のトルク制御量の最大値を低
減するものである。そして、この方法によれば、請求項
1で述べたものと同様の効果を得ることができる。
【0020】請求項5に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、モータに流れる電流値が設定値を
超えないように、トルク制御のゲインを低減させるもの
である。そして、この方法によれば、請求項1で述べた
ものと同様の効果を得ることができる。
【0021】請求項6に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、モータに流れる電流値が設定値を
超えないように、1回転中でトルク制御量が最大となる
期間のみトルク制御量のゲインを低減させるものであ
る。そして、この方法によれば、請求項1で述べたもの
と同様の効果を得ることができる。
【0022】以下本発明の一実施形態について図面を参
照して説明する。
【0023】(実施形態1)図1に、実施形態1におけ
る同一回転数でトルク制御を行った場合の負荷とモータ
電流波形の関係を示す。図1(a)、(c)は通常負
荷、(b)、(d)は高負荷の場合で、同図(a)、
(b)はトルク制御ゲインが高く、同図(c)、(d)
は低い場合である。実施形態1では、通常負荷では
(a)の制御を行い、高負荷では(d)の制御へ移行さ
せるようにする。
【0024】図2は実施形態1のフローチャートであ
る。図2のように実施形態1では、トルク制御ゲインは
回転数毎の通常負荷で最適な騒音・振動・効率が得られ
るように設定(図1(a))する。そして、同回転数で
高負荷になった場合には、図1(b)のようにモータ電
流の最大値が上昇し、過電流保護が動作し、運転停止に
至る場合があるため、モータ電流の最大値が一定値を超
えないように、トルク制御ゲインを下げる。その結果、
高負荷時のモータ電流の最大値は図1(d)のように下
降し、過電流保護は動作しない。ただし、速度変動は図
1(b)より図1(d)の方が大きいため、騒音・振動
は大きくなる。
【0025】逆に、回転数毎に設定するトルク制御ゲイ
ンを高負荷時のものに合わせた場合、通常負荷でのモー
タ電流は図1(c)から明らかなように、図1(a)と
比較して速度変動が大きく、騒音・振動が大きくなる。
従って、このように制御することにより、通常負荷時に
は低騒音・低振動を実現し、同回転数で高負荷となって
も過電流保護動作により停止しないトルク制御を実現す
ることができる。
【0026】(実施形態2)図3に、実施形態2におけ
る同一回転数でトルク制御を行った場合の負荷とモータ
電流波形の関係を示す。図3(a)は、通常負荷、図3
(b)、(d)は高負荷の場合で、図3(d)ではトル
ク制御量が最大値の期間で、トルク制御量のクランプを
行っている。図3(a),(b)は、実施形態1におけ
る図1(a)、(b)と同様のものである。実施形態2
では、通常負荷時には図3(a)の制御を行い、高負荷
時には図3(d)の制御へ移行する。
【0027】図4に実施形態2のフローチャートを示
す。図4のように実施形態2では、トルク制御ゲインは
回転数毎の通常負荷で最適な騒音・振動・効率が得られ
るように設定し、同回転数で高負荷になった場合には、
モータ電流の最大値が一定値を超えないように、トルク
制御量の増加側の最大値を下げる。その結果、高負荷時
のモータ電流の最大値は図3(d)のように下がり、過
電流保護は動作しない。ただし、速度変動は図3(b)
より図3(d)の方が大きいため、騒音・振動は大きく
なる。従って、このように制御することにより、通常負
荷時には低騒音・低振動を実現し、同回転数で高負荷と
なっても過電流保護動作により停止しないトルク制御を
実現することができる。
【0028】(実施形態3)図5に、実施形態3におけ
る同一回転数でトルク制御を行った場合の負荷とモータ
電流波形の関係を示す。図5(a)は、通常負荷、図5
(b)、(d)は高負荷の場合で、図5(d)ではトル
ク制御量が最大値の期間で、トルク制御ゲインを下げて
いる。図5(a),(b)は、実施形態1における図1
(a)、(b)と同様のものである。実施形態3では、
通常負荷では図5(a)の制御を行い、高負荷では図5
(d)の制御へ移行する。
【0029】図6に実施形態3のフローチャートを示
す。図6に示すように実施形態3では、トルク制御ゲイ
ンは回転数毎の通常負荷で最適な騒音・振動・効率が得
られるように設定し、同回転数で高負荷になった場合に
は図5(b)のようにモータ電流の最大値が上昇し、過
電流保護が動作し、運転停止に至る場合があるため、モ
ータ電流の最大値が一定値を超えないように、モータ電
流値が大きい期間のみトルク制御ゲインを下げる。その
結果、高負荷時のモータ電流の最大値は図5(d)のよ
うに下降し、過電流保護は動作しない。ただし、速度変
動は図5(b)より図5(d)の方が大きいため、騒音
・振動は大きくなる。従って、このように制御すること
により、通常負荷時には低騒音・低振動を実現し、同回
転数で高負荷となっても過電流保護動作により停止しな
いトルク制御を実現することができる。
【0030】なお、言うまでもないが本発明は上記の実
施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように
変形して実施することも可能である。
【0031】(1)過電流保護が動作しないようにトル
ク制御量を制御する基準には、モータ電流の最大値に限
らず、モータ電流の平均値等、負荷の大小の影響を受け
る他のデータを代用してもよい。
【0032】(2)トルク制御のゲインの設定値は、回
転数毎に設定しているものでなく、常に一定に設定して
もよい。
【0033】(3)トルク制御を行う対象のモータは、
4極ブラシレスモータに限らず、他のモータでもよい。
【0034】
【発明の効果】上記実施形態から明らかなように、請求
項1に記載の発明は、トルク制御量を制御する手段とし
て、モータに流れる電流値が設定値を超えないように制
御するものである。この方法によれば、低負荷時には充
分な騒音・振動低減が可能で、かつ過負荷時には過電流
保護による運転停止を回避することができるという効果
を奏する。
【0035】請求項2に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、1回転中のモータ電流の最大値が
設定値以上となった場合に、設定値を超えないようにト
ルク制御量を低減させるものである。そして、この方法
によれば、応答性よく請求項1と同様の効果を奏する。
【0036】請求項3に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、1回転中のモータ電流の平均値が
設定値以上となった場合に、設定値を超えないようにト
ルク制御量を低減させるものである。そして、この方法
によれば、請求項2に記載の発明と比較して安定性よく
請求項1で述べたものと同様の効果を奏する。
【0037】請求項4に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、モータに流れる電流値が設定値を
超えないように、1回転中のトルク制御量の最大値を低
減するものである。そして、この方法によれば、請求項
1で述べたものと同様の効果を奏する。
【0038】請求項5に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、モータに流れる電流値が設定値を
超えないように、トルク制御のゲインを低減させるもの
である。そして、この方法によれば、請求項1で述べた
ものと同様の効果を奏する。
【0039】請求項6に記載の発明は、トルク制御量を
制御する手段として、トルク制御量を制御する手段とし
て、モータに流れる電流値が設定値を超えないように、
1回転中でトルク制御量が最大となる期間のみトルク制
御量のゲインを低減させるものである。そして、この方
法によれば、請求項1で述べたものと同様の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施形態1におけるモータ電流波形を示
す図
【図2】同トルク制御ゲイン制御を示す流れ図
【図3】本発明実施形態2におけるモータ電流波形を示
す図
【図4】同トルク制御量の増加側最大値の制御を示す流
れ図
【図5】本発明実施形態3におけるモータ電流波形を示
す図
【図6】同トルク制御ゲイン制御を示す流れ図
【図7】従来のトルク制御装置によるモータ電流波形を
示す図
【図8】従来のトルク制御装置によるモータ電流波形を
示す図
【符号の説明】
1a、1b トルク制御量max部 2a、2b トルク制御min部 3a、3b トルク制御≒0部 4 モータ電流最大値
フロントページの続き Fターム(参考) 5H550 BB05 DD01 DD08 EE03 GG04 GG05 GG10 HB11 LL22 LL32 MM02 5H560 BB04 BB12 DC03 DC12 JJ02 RR01 XA03 XA04 XA06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1回転中の変動が大きな負荷を駆動する
    DCブラシレスモータの制御装置において、前記制御装
    置は、1回転中の速度変動が0になるように電圧の出力
    パターンを調整するトルク制御手段と、モータに流れる
    電流値の検出手段とを備え、前記電流値が設定値に達し
    た場合には、設定値を超えないように前記出力パターン
    の調整量であるトルク制御量を制御することを特徴とす
    るDCブラシレスモータのトルク制御装置。
  2. 【請求項2】 トルク制御量を、モータに流れる電流の
    1回転中の最大値が所定の値を超えないように制御する
    ことを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータ
    のトルク制御装置。
  3. 【請求項3】 トルク制御量を、モータに流れる電流の
    平均値が所定の値を超えないように制御することを特徴
    とする請求項1記載のDCブラシレスモータのトルク制
    御装置。
  4. 【請求項4】 モータ電流が所定の値を超えないように
    トルク制御量を制御する手段として、1回転中のトルク
    制御量の最大値を低減させることを特徴とする請求項2
    乃至3記載のDCブラシレスモータのトルク制御装置。
  5. 【請求項5】 モータ電流が所定の値を超えないように
    トルク制御量を制御する手段として、1回転中の速度偏
    差に対するトルク制御量のゲインを低減させることを特
    徴とする請求項2乃至3記載のDCブラシレスモータの
    トルク制御装置。
  6. 【請求項6】 モータ電流が所定の値を超えないように
    トルク制御量を制御する手段として、1回転中のトルク
    制御量が最大となる期間のみトルク制御量のゲインを低
    減させることを特徴とする請求項2乃至3記載のDCブ
    ラシレスモータのトルク制御装置。
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Cited By (4)

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