JP2003531557A - 電気モータの制御及び保護方法、電気モータ制御システム及び電気モータシステム - Google Patents

電気モータの制御及び保護方法、電気モータ制御システム及び電気モータシステム

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Abstract

(57)【要約】 回転子を備えた電気モータ（１０）、特に３相インバータブリッジ（５）を含む制御システム（２）によって電子的に駆動される永久磁石モータを制御し保護するための方法において、その時間期間中に前記回転子がある最初の位置とその次の位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントするステップと、その時間期間中に上記回転子が上記次の位置を通過するべきである上記第１の時間期間に続く第２の時間期間をカウントするステップとからなることを特徴とする方法。本発明はまた回転子を備えた電気モータ、特に永久磁石モータのための、３相インバータブリッジ（５）を含む制御システム（２）に関するものでもあり、回転子の位置を時間の関数として分析することができるマイクロコントローラを追加して含み、このマイクロコントローラは、その時間期間中に上記回転子がある最初の位置とその次の位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントするステップと、その時間期間中に上記記回転子が上記次の位置を通過すべきである、上記第１の時間期間に続く第２の時間期間をカウントする段階とを実行することができるカウンタに関連し、同様に制御システム（２）を含む電気モータ（１）にも関連することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の開示） 本発明は、電気モータ、特に、３相インバータブリッジ(inverting bridge)を
含む制御システムであって、その制御システムによって駆動(actuation)を正確
に制御するために、駆動軸に物理的に取り付けられた位置検出器を使用すること
によって、あるいは磁石によってコイルに誘起される電圧(tension)から回転子
の位置を監視することが要求される制御システムによって電子的に駆動される永
久磁石モータを制御し保護するための方法を対象にしている。本発明はまた電気
モータを制御するためのシステム及び電気モータシステムをも対象にしている。
【０００２】 本発明の目的は、上記の３相インバータブリッジの１つあるいはそれ以上のス
イッチが不適切な時に作動させられ、それによって電流検出器によって検出する
ことができない高電流が発生することになり、この電流が回転子磁石の自己消磁
(auto-demagnetization)を生じさせ、更に上記のインバータブリッジのスイッチ
に損傷を生じさせる場合があるのを防止することである。
【０００３】 （技術の現状の説明） 回転子位置の検出は永久磁石モータの駆動のために必要とされる。
【０００４】 本発明の先行技術によれば、このような検出は、ブラジル特許出願 PI 880548
5に述べられているように、回転子に物理的に結合されたセンサ（「ホール」、
光学式など）を介して、あるいはモータコイル自身に誘起される電圧を観測する
ことによって、制御がモータのどの相が駆動されるであろうということをそのた
び毎に正確に選択することができるような方法で成し遂げられ得る。
【０００５】 以下に詳細に述べられるように、制御ユニットは、正常に運転しているときは
、位置検出器及び電流保護検出器(current protection detector)の入力を分析
し、したがって予め定められたテーブルにしたがってそれぞれの出力を作動させ
る。しかしながら、もし位置検出器に故障があると、おそらく３相インバータブ
リッジの１つあるいはそれ以上のスイッチの作動が不都合なり、その結果、電流
検出器によって検出されない大きな電流の発生となる可能性があり、従ってモー
タの磁石の自己消磁及び３相インバータブリッジのスイッチの損傷を生じる結果
となることになる。
【０００６】 周知のように、磁石の消磁はモータの始動を困難にし、出力を低減させ、モー
タを過熱させ、その何れの場合も許容されない。
【０００７】 更にこの発明の先行技術によれば、モータ磁石の自己消磁を防止するために次
の方法が採用されている。すなわち、磁石の厚さを増大させたもっとロバストな
(robust)モータの設計にする方法があるが、これは特に磁石が大きくなる点から
コストを著しく増大させることになろうし、また、モータの全てのスイッチある
いは全ての相に電流検出器を設置する方法は検出器と分析のための制御用信号の
数が多くなりコストを増大させるだけでなくシステムの複雑さも増大させるであ
ろうし、あるいはまた自己消磁に対する保護を単に除去する方法は、したがって
モータの保全(integrity)を故障の発生の統計的な可能性に任せることになり、
これはシステムに対してのみならず製造者のイメージに対しても重大なリスクに
なる。
【０００８】 （本発明の簡単な説明と目的） 多くの調査から、正常に運転していて同じ回転方向が続くときは、回転子の位
置がセンサ内で更新される順序(sequence)は常に同じであることが明らかにされ
た。したがって、このような順序は予め決めることができ、それによってモータ
を制御するためのシステムの制御ユニットは回転子の位置が変わるであろう順序
を予測することが可能であろう。モータが回転している速度を知ることによって
、回転子の位置が変化するであろう時間を予測することが可能である。
【０００９】 これらの情報を用いて、制御ユニットはモータが駆動されるときの故障を防止
することができ、したがって、回転子磁石とインバータブリッジのスイッチの保
全を確保にすることができる。
【００１０】 本発明の教示によって、制御ユニットは該当する回転方向に対して予測される
位置のみを有効として、常に現在の速度に対して予想される時間のとおりに、受
入れることになろう。
【００１１】 好ましくは、この時間を決定するときは、その間に位置の変化が生ずるべきで
あるという最小時間と最大時間を規定する許容範囲(tolerance range)が考慮さ
れるべきである。
【００１２】 本発明は先行技術と比較して回転子磁石を特に大きくする必要は何もないこと
、モータのコストや複雑さが低減されること、および電流保護検出器が簡単化さ
れること、更にシステムに対してより大きな信頼性を与えることといった利点を
有する。
【００１３】 このような利点は、回転子を備える電気モータ、特に３相インバータブリッジ
を含む制御システムによって電子的に駆動される永久磁石モータを制御し保護す
るための方法において、第１の時間期間であって、その間に上記回転子がある最
初の位置とその次の位置の間にあるべきである第１の時間期間をカウントするス
テップと、上記第１の時間期間に続く第２の時間期間であって、その間に上記回
転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステッ
プと、を含むことを特徴とする方法によって達成される。
【００１４】 本発明はまた、回転子を備える電気モータ、特に永久磁石モータを制御するた
めの、３相インバータブリッジを含むシステムとしても表され、かつ、上記回転
子の位置を時間の関数として分析することができるマイクロコントローラを追加
して含み、このマイクロコントローラは、第１の時間期間であって、その間に上
記回転子がある最初の位置とその次の位置との間にあるべきである第１の時間期
間をカウントするステップと、上記第１の時間期間に続く第２の時間期間であっ
て、その間に上記回転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間を
カウントするステップとを実行することができるカウンタに関連することを特徴
とし、同じく制御システムを含む電気モータシステム、その制御システムによっ
て電子的に駆動される電気モータにも関連し、そして、上記回転子の位置を時間
の関数として分析することできるマイクロコントローラを追加して含み、このマ
イクロコントローラは、第１の時間期間であって、その間に上記回転子がある最
初の位置とその次の位置の間にあるべきである第１の時間期間をカウントするス
テップと、上記第１の時間間隔に続く第２の時間期間であって、その間に上記回
転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステッ
プとを実行することができるカウンタに関連することを特徴とする。
【００１５】 （発明の詳細な説明） 本発明は以下で添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【００１６】 図１及び２において、電気モータシステム１は、基本的には整流ブリッジ３と
、容量性フィルタ４、３相インバータブリッジ５、永久磁石回転子を備えた３相
モータ１０、制御ユニット１１、位置検出器ＳＡ，ＳＢ及びＳＣ、及び電流保護
検出器ＰＩを含む制御システム２によって電子的に駆動される。
【００１７】 現状技術で周知のように、制御ユニット１１は、位置検出器ＳＡ、ＳＢ及びＳ
Ｃと電流保護検出器ＰＩを、それぞれの出力によって、図３に示されたテーブル
にしたがって適当な時間に３相インバータブリッジ５のスイッチＴ１からＴ６を
点弧するために、監視することに対しての責務を負っている。
【００１８】 従って、制御ユニット１１の指令に応答して３相インバータブリッジ５も適正
な時間にモータ１０のコイルに電流を供給することになる。
【００１９】 既に述べたように、位置検出器ＳＡ、ＳＢ及びＳＣに何らかの故障がある場合
には、３相インバータブリッジ５の１つあるいはそれ以上のスイッチＴ１からＴ
６は適切には作動されない可能性があり、そのことが電流保護検出器ＰＩによっ
て検出されない高電流を発生させる可能性があり、その結果モータの自己消滋と
３相インバータブリッジ５のスイッチＴ１からＴ６に対する損傷を生じさせるこ
とになる。
【００２０】 本発明の教示によって、制御システム２はまた回転子の位置を時間の関数とし
て分析することができるマイクロコントローラ（図示なし）も含み、これは時間
をカウントする連続せるステップを実行することができるカウンタに関連する。
技術的に周知のように、このようなカウンタは上記のマイクロコントローラの内
部の構成要素であっても良い。
【００２１】 上記のカウンタは電気モータ１０の回転子の位置の変化がある毎にゼロにセッ
トされ、第１の時間期間のカウントが開始され、その期間中は回転子はある１つ
の位置ともう１つの位置の間にあるべきである。その後に第２の時間期間のカウ
ントが開始され、その時間中に回転子はその次の位置を通過するべきである。
【００２２】 ２極を有する３相モータでは図３に示されるように回転子の６つの基本的な位
置Ｐ１からＰ６があり、その各位置はそれぞれの第２の時間期間中に回転子によ
って逐次到達されるべきである。
【００２３】 もし回転子が上記第１の時間期間中に上記位置の１つを通過するなら、そのこ
とは早すぎるであろう、あるいは上記第２の時間期間が経過した後に上記位置の
１つを通過するならそれは遅すぎるであろうということになり、それは何らかの
エラーがあったことを意味し、そのとき上記マイクロコントローラは更なる損傷
を防止するために制御システム２をオフにし、したがって回転子磁石及び３相イ
ンバータブリッジのスイッチの保全を維持する。
【００２４】 もし回転子が上記第２の時間期間中に正しい位置を通過するなら、マイクロコ
ントローラは出力更新信号(output updating signal)を出し、カウンタを再スタ
ートさせ、上記の第１及び回転子が通過すべき次の位置に相当する第２の時間期
間をカウントするための同様なものを準備することになる。
【００２５】 もちろん、もし回転子が上記第２の時間期間中に正しい位置でない位置を通過
するならば、これもまた何らかのエラーを有していることを意味し、そのときは
上記マイクロコントローラは制御システム２をオフにする。
【００２６】 図４は本発明を例示するための電気モータを制御し保護するための方法の包括
的フローチャート(generic flowchart)を示す。
【００２７】 この発明の特定の教示によれば、上記第２の時間期間は回転子が所定の位置を
通過する時間に対する許容範囲(tolerance)を含むべきである。例として、３，
０００ｒｐｍで回転する２極を有する３相モータにおいては、回転子は１回転を
終了するのに２０ｍｓかかり、従ってそれが各位置を通過する間に３．３ｍｓを
費やすことになる。
【００２８】 上記許容範囲を提供するためには、上記カウンタによって測定される上記第２
の時間期間は１．６５ｍｓ（ｘ／２）の第１の頭部の範囲(head range)と正規の
３．３ｍｓを超える６．６ｍｓ（２ｘ）の第２の後部の範囲(tail range)を含む
べきであり、これはｘ−５０％とｘ+１００％の許容範囲を表す。
【００２９】 実現のための好適実施例を述べたが、本発明の適用範囲は他の可能な変形を包
含するものであり、可能な等価なものを含む特許請求の範囲によってのみ限定さ
れるものであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 制御システムによって電子的に駆動される電気モータシステムのブロック図を
示す。
【図２】 ３相インバータブリッジの略図を示す。
【図３】 ３相インバータブリッジの作動テーブルを示す。
【図４】 この発明の教示を具体化する電気モータを制御し保護するための方法の包括的
フローチャートを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュワルツ，マルコス ギルエルメ ブラジル国，エシセー，ホインビル，ルア ジェネラル オソーリオ，257 Ｆターム(参考） 5H560 BB04 BB12 DA02 DA07 DA13 DC12 EB01 GG04 JJ01 JJ02 RR10 SS07 TT02 TT15 UA01 【要約の続き】 るカウンタに関連し、同様に制御システム（２）を含む 電気モータ（１）にも関連することを特徴とする。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転子を備えた電気モータ（１０）であって、特に３相イン
    バータブリッジ（５）を含む制御システム（２）によって電子的に駆動される永
    久磁石モータの制御保護方法において、第１の時間期間であって、該第１の時間
    期間中に前記回転子がある最初の位置と該最初の位置の次の位置との間にあるべ
    きである第１の時間期間をカウントするステップと、前記第１の時間期間に続く
    第２の時間期間であって、該第２の時間期間中に前記回転子が前記次の位置を通
    過するべきである第２の時間期間をカウントするステップと、を含むことを特徴
    とする電気モータの制御保護方法。
  2. 【請求項２】 もし前記回転子が前記第２の時間期間の前かあるいは後に前
    記次の位置を通過する場合はエラー信号を発生する追加のステップを含み、ある
    いは前記回転子が前記第２の時間期間中に前記次の位置を通過する場合カウンタ
    を再スタートさせるための出力更新信号を発生するステップを含むことを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 もし前記回転子が、前記第２の時間期間中に、前記最初の位
    置に続く位置とは別の位置を通過する場合はエラー信号を発生する追加のステッ
    プを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記制御システム２が前記エラー信号によってオフされ得る
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 回転子を備えたモータ（１０）のためであって、特に永久磁
    石モータのための、３相インバータブリッジ（５）を含む、制御システム（２）
    において、前記回転子の位置を時間の関数として分析することができるマイクロ
    コントローラを追加して含み、該マイクロコントローラが、第１の時間期間であ
    って、該第１の時間期間中に前記回転子がある最初の位置と該最初の位置の次の
    位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントするステップと、前記第
    １の時間期間に続く第２の時間期間であって、該第２の時間期間中に前記回転子
    が前記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステップと
    、を実行することができるカウンタに関連することを特徴とする制御システム。
  6. 【請求項６】 制御システム（２）と、該制御システム２によって電子的に
    駆動される電気モータ（１０）とを含む電気モータシステム１において、回転子
    の位置を時間の関数として分析することができるマイクロコントローラであって
    、第１の時間期間であって、該第１の時間期間中前記回転子がある最初の位置と
    該最初の位置の次の位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントする
    ステップと、前記第１の時間期間に続く第２の時間期間であって、該第２の時間
    期間中に前記回転子が前記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウ
    ントするステップと、を実行することができるカウンタに関連するマイクロコン
    トローラを追加して含むことを特徴とする電気モータシステム。
JP2001525829A 1999-09-20 2000-09-20 電気モータの制御及び保護方法、電気モータ制御システム及び電気モータシステム Expired - Lifetime JP4624621B2 (ja)

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