JP2004254441A

JP2004254441A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2004254441A
Application number: JP2003042845A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kasai; 正礼河西; Chizumi Harada; 千純原田; Harukado Kobayashi; 玄門小林; Mitsuhide Azuma; 光英東
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09
Also published as: CN1525637A

Abstract

【課題】モータの運転音・振動を軽減するため、通電角を１５０°程度に設定して運転すると、１相当りの誘起電圧の連続検出が電気角３０°分しか確保できず、脱調・乱調等の不安定現象が発生し易くなる傾向があった。
【解決手段】ＤＣブラシレスモータの出力電圧を制御する領域と電流位相を制御する領域に分け、それぞれに最適な誘起電圧手段を有し、モータの回転が各領域の最適な切換え条件に達すると、モータ制御方法を移行してモータの速度制御を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣ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、ブラシレスＤＣモータの回転数を制御する方式として、１２０°通電方式と正弦波１８０°通電方式がある。
図５は、１２０°通電方式のモータ制御装置のブロック図である。直流交流変換手段１６によりブラシレスＤＣモータ（ＢＬＭ）１７を駆動させ、ブラシレスＤＣモータ１７の誘起電圧を誘起電圧検出手段１８により検出し、さらにそのゼロクロス信号を検出し、電圧制御手段１９により直流交流変換手段１６の相電圧と基準電圧の比較を行なう。そして電圧制御手段１９からの信号を正弦波ＰＷＭの制御手段２０によりＰＷＭの変調率を変化させることで前記直流交流変換手段１６へフィードバック制御することによりブラシレスＤＣモータ１７の回転数制御を行っている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
さらに、モータを高速回転させるには、１８０°通電方式にする必要がある。１８０°通電方式は、モータ巻線の中点電位と３相のインバータ出力電圧に対して３相Ｙ結線した抵抗の中点電位との差分電圧を増幅し、それを積分回路に入力しその積分回路の出力信号と、その出力信号をフィルタ回路により処理した直流カットしたローパスフィルタ信号との比較により、誘起電圧に対応する位置検知信号を得ることで駆動する（例えば、特許文献２、３）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６４２３５７号公報
【特許文献２】
特開平７−２４５９８２号公報
【特許文献３】
特開平７−３３７０７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来構成では、モータ高速回転を実現するために１２０°通電方式では、ブラシレスＤＣモータ１７の誘起電圧部分のゼロクロスの比較を行うため、モータの負荷急変・電源電圧急変の状態が起きると、誘起電圧のゼロクロス信号がインバータ出力電圧領域内に隠れてしまい、検出できなくなる。
【０００６】
そして、このような状態になると脱調により、インバータシステムが停止してしまう。また、１相当たりの誘起電圧が電気角６０°連続して確認できるが、モータの運転音・振動を軽減するため、通電角を１５０°程度に設定して運転すると、１相当たりの誘起電圧の連続検出が電気角３０°分しか確保できず、通常運転時においても脱調する危険性が増加し、また乱調等の不安定現象も発生し易くなる傾向があった。
【０００７】
また、１８０°通電に近い運転は不可能であるという課題を有していた。図６は、１２０°通電方式の相電流波形と誘起電圧波形の位相関係図である。通常運転時には誘起電圧２１に対して相電流２２の位置に設定し、最高回転数を増加させる場合には相電流２３の位置まで進角させる。しかし、相電流２２の位置より進角させることは困難であるため、最高回転数も低くなり、限定された速度範囲でしか運転できない課題があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、機械的電磁ピックアップセンサを必要としない誘起電圧フィードバック制御の新方式により、従来の１８０°通電に必要な付属回路が必要でなく、位置センサ付正弦波１８０°通電と同等レベルの高速性能を実現し、かつ制御の安定性を確保したモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、ブラシレスＤＣモータの誘起電圧によりロータの磁極位置情報を検出するロータ位置検出手段と、低・中速領域であるモータの出力電圧制御領域と高速領域であり弱め界磁制御領域である電流位相制御領域とでそれぞれに最適な誘起電圧検出手段を有し、各領域を判定して誘起電圧検出方法を切り換える手段を有するモータ制御装置において、モータの回転数が、前記出力電圧制御領域であり且つ、その変調率が所定の最大値となると、電流位相制御領域に切り換えることでそれぞれに最適な誘起電圧手段とを有し、尚且つ各領域への最適な切り換り条件を判別し、脱調などの不安定現象を防止するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明のＤＣブラシレスモータの回転数制御の制御領域を示す図である。図１及び図２において、領域１は出力電圧制御領域であり低・中速領域、領域２は電流位相制御領域であり弱め界磁制御が必要な高速領域である。図１に示すように領域１では、インバータの変調率の増加に伴ってモータ回転数を増加させて、モータの回転数を制御する領域である。また、領域２では進角の増加に伴ってモータ回転数を増加させてモータ回転数を制御する領域である。
【００１２】
このように、変調率は領域１ではモータ回転数の増加と共に増加し、領域２では一定となる。一方、進角は領域１では一定で、領域２でモータ回転数の増加と共に増加する。
【００１３】
また、図２に領域１における変調率に対するモータの回転数の関係と、領域２における進角に対するモータの回転数の関係を示す。変調率が１００％以下では、モータの回転回転数５をｆ、変調率３をγとし、簡単化すると、
ｆ≒ａ・γ （０％＜γ≦１００％、ａは、任意定数：ａ＞０）
の関係であり、変調率によりモータの回転数を制御する。変調率が１００％以下の領域では、例えば変調率は、γ_ｉ−１、γ_ｉ、γ_ｉ＋１のステップで増減して、モータの回転数を制御する。モータの回転数が高くなり、変調率が１００％以上になると変調率とモータの回転数の関係は、
ｆ≒ｂ・γ （ｂは任意定数：ａ＞ｂ＞０）
γ_１００％≦γ≦γ_ｘ＜γ_ｍａｘ（領域１の変調率の最大値６）
γ_１００％：変調率１００％
γ_ｘ：変調率変化点≒（γ_１００％＋γ_ｍａｘ）／２
γ_ｍａｘ：領域１の変調率の最大値６
の関係となる。つまり、この領域では、変調率が１００％以下の増減ステップと同じであれば、モータの回転数の増減は小さくなる。すなわち、変調率の増加度合いに対し、モータ回転数の増加度合いが鈍くなる。そのため変調率をγ_ｉ−２、γ_ｉ、γ_ｉ＋２のように増減ステップを変調率が１００％以下の増減ステップより大きくしてモータの回転数の増減を制御する。さらに変調率がγ_ｘ以上になると、変調率とモータの回転数の関係は、
ｆ≒ｃ・γ （ｃは任意定数：ａ＞ｂ＞ｃ＞０、γ_ｘ≦γ≦γ_ｍａｘ）
となる。そのため、前記理由と同様に変調率をγ_ｉ−３、γ_ｉ、γ_ｉ＋３のように増減ステップをさらに大きくしてモータの回転数の増減を制御する。領域１では、入力電流位相の進角は一定である。
【００１４】
一方、モータの回転数が高速回転している領域２では、モータ回転数と連動して入力電流位相を進角させる。図２の領域２は、入力電流位相の進角とモータの回転数の関係を示している。モータの回転数をｆ、入力電流位相の進角をθとすると、
ｆ＝ｆ_０（１＋１／ｃｏｓθ）
ｆ_０：領域２に切り換り直後のモータの回転数
θ：θ_０（ｆ_０時の進角＝０°：領域２の最小進角９）〜９０°
となる。このとき、図１に示すように変調率は一定であり、モータの回転数は、出力電圧でなく、入力電流位相の進角の増減で制御する。図１、図２の点１０は、領域１と領域２の切り換え点を示している。
【００１５】
図３にモータの回転数が領域１から領域２に切り換るフローチャートを示す。図３（１）では、領域１において（ステップ１０１）、モータの回転数が大きくなり、インバータの変調率が所定の最大値６であると判断すると、切換え点１０となり（ステップ１０２）、モータの回転数は、領域２の高速回転へと移行する（ステップ１０３）。モータの回転数が領域１から領域２に切り換わると、変調率は、領域２の変調率の所定の最大値１１一定となり、領域２の変調率最大値１１は、領域１の変調率最大値（γ_ｍａｘ）６より大きい。モータの回転数が領域２に入ると、入力電流位相の進角を制御することで、モータ回転数を制御する。
【００１６】
また、図３（２）〜（３）のようなフローチャートとすることもできる。図３（２）では、モータの領域１（ステップ１０４）から領域２（ステップ１０６）への切り換え条件が、モータの領域１におけるインバータの変調率が最大値６であり、且つ目標回転数＞現在のモータ回転数である（ステップ１０５）。また、図３（３）では、モータの領域１（ステップ１０７）から領域２（ステップ１０９）への切り換え条件が、領域１におけるインバータの変調率が所定の最大値６であり、且つ目標回転数＞（現在のモータ回転数＋モータのヒステリシス成分）である（ステップ１０８）。
【００１７】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。図４は実施の形態１とは逆に電流位相制御領域２から領域１への切換えのフローチャートである。図４（１）では、モータが高速回転して、モータの回転数が領域２にある状態において（ステップ１１０）、モータの回転数が減少し、モータの入力電流位相の進角が所定の最小値９であると判断すると（ステップ１１１）、図１に示す切換え点１０となり、領域１に移行する（ステップ１１２）。モータの回転数が領域２から領域１へ切換えると、インバータの変調率により制御する。このとき、入力電流位相の進角は一定であり、領域１の入力電流位相の進角最小値１５は、領域２の入力電流位相の進角最小値９（θ_０）より小さい。
【００１８】
また、図４（２）〜（３）のようなフローチャートにすることもできる。図４（２）では、領域２（ステップ１１３）から領域１（ステップ１１５）へ切り換る条件が、領域２におけるモータの入力電流位相の進角が所定の最小値９であり、且つ目標回転数＜現在のモータ回転数である（ステップ１１４）。
【００１９】
図４（３）では、領域２（ステップ１１６）から領域１（ステップ１１８）への切り換り条件が領域２におけるモータの入力電流位相の進角が所定の最小値９であり、且つ目標回転数＜（現在のモータ回転回転数−ヒステリシス成分）である（ステップ１１７）。
【００２０】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明によればモータの回転数の領域１から領域２への切換えにおいて、領域１の変調率が最大値になると領域２へ切換えることで安定した制御の切り換えを行うことができ、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【００２１】
また本発明によれば、変調率を１００％以上とすることで領域１を最大限まで拡大し、領域２へ切換えることでモータ制御を安定させ、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【００２２】
また本発明によれば、変調率が１００％以上になると、変調率の増減に対しモータの回転数の増減が小さくなり、モータの回転数の増減も一定でないため、２段階に分けて変調率の増減ステップを大きくすることで、安定したモータ制御を行ない、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【００２３】
また本発明によれば、モータ回転数の、領域２から領域１への切換えにおいて、領域２の所定の進角最小値１１になると領域１へ切り換ることで、安定した制御の切り換えを行うことができ、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【００２４】
また本発明によれば、領域２の変調率の最大値１１を領域２の変調率の最大値６より大きくすることで、切換え時のモータ制御を安定させ、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【００２５】
また本発明によれば、領域１の入力電流位相の進角最小値１５は、領域２の電流位相の進角最小値９より小さくすることで、安定した制御の切換えを行うことができ、回転数の乱調、脱調を防止するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態のパラメータの回転数領域図
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態のパラメータの回転数領域図
【図３】本発明の第１の実施の形態を示すフローチャート
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すフローチャート
【図５】従来の１２０°通電方式のモータ制御装置のブロック図
【図６】従来の１２０°通電制御の相電流波形と誘起電圧波形との関係を示す図
【符号の説明】
１出力電圧制御領域
２電流位相制御領域
６出力電圧制御領域における変調率の最大値
９入力電流位相領域２の入力電流位相の進角最小値
１０切換え点
１１領域２における変調率の最大値
１５領域１の入力電流位相の進角最小値
１６直流交流変換手段
１７ブラシレスＤＣモータ
１８誘起電圧検出手段
１９電圧制御手段
２０ＰＷＭ制御手段
２１誘起電圧
２２相電流
２３相電流

Claims

ＤＣブラシレスモータの誘起電圧によりロータの磁極位置情報を検出するロータ位置検出手段と、低・中速領域であるモータの出力電圧制御領域と高速領域である電流位相制御領域とでそれぞれに最適な誘起電圧検出手段を有し、各領域を判定して誘起電圧検出方法を切り換える手段を有するモータ制御装置において、モータの回転数が、前記出力電圧制御領域であり且つ、その変調率が所定の最大値となると、電流位相制御領域に切り換わることを特徴とするモータ制御装置。
電流位相制御領域への切り換えを実行する条件が、出力電圧制御領域の変調率が所定の最大値となり、且つ目標回転数が現在のモータの回転数より大なることを特徴とする、請求項１記載のモータ制御装置。
電流位相制御領域への切り換えを実行する条件が、出力電圧制御領域の変調率が所定の最大値となり、且つ目標回転数が現在のモータの回転回転数とヒステリシス成分の和よりも大なることを特徴とする、請求項１記載のモータ制御装置。
出力電圧制御領域の変調率の最大値は、１００％以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
出力電圧制御領域の変調率が１００％以上になると、変調率１００％以下の変調率の増減ステップが変調率１００％以上の増減ステップより小なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
変調率１００％以上の増減ステップは、２段階にわけて増減ステップ幅を制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
モータの回転数が電流位相制御領域にあって、モータの入力電流の位相の進角が所定の最小値になると、出力電圧制御領域に切換わることを特徴とするモータ制御装置。
モータの回転数が、電流位相制御領域にあって、出力電圧制御への切換え条件が、モータの入力電流の位相の進角が所定の最小値になり、且つ目標回転数が現在の回転数より小なることを特徴とする、請求項７記載のモータ制御装置。
モータの回転数が、電流位相制御領域にあって、出力電圧制御への切換え条件が、モータの入力電流の位相の進角が所定の最小値になり、且つ目標回転数が現在の回転数からヒステリシス成分を差引いた値より小なることを特徴とする、請求項７記載のモータ制御装置。
出力電圧制御領域の変調率の最大値は、電流位相制御領域の変調率の最大値以下であることを特徴とする、請求項１乃至３および請求項７乃至９のいずれかに記載のモータ制御装置。
モータの入力電流の位相進角の所定の最小値は、出力電圧制御領域における前記進角の最小値が電流位相制御領域における前記進角の最小値以下であることを特徴とする、請求項１乃至３および請求項７乃至９に記載のモータ制御装置。