JP2005295721A

JP2005295721A - ブラシレスモータ制御装置

Info

Publication number: JP2005295721A
Application number: JP2004108843A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Tsuji; 正伸辻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP4604538B2

Abstract

【課題】組立が容易で安価かつ低振動、高効率なブラシレスモータ制御装置を提供する。
【解決手段】回転磁束を検出する磁束検出手段２と、磁束検出手段２から得られる磁束情報信号からモータの回転位置を算出する位置検出手段４と、位置検出手段４の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段６を有するブラシレスモータ制御装置において、前記磁束情報信号の極大値と極小値から算出した前記磁束情報信号のレベルオフセット補正値を記憶する記憶手段３をもち、前記レベルオフセット補正値を用いて前記磁束情報信号を補正することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出器を有するブラシレスモータ制御装置に関する。

従来、ブラシレスモータを過渡時も含めて滑らかに運転するためには、高価なロータリーエンコーダや電流検出器を用いて正弦波電流で運転している。また、安価な方法としてモータの磁束を検出する磁束検出器の磁束量からモータの位置に変換する位置信号変換器の検出位置を用いてモータを正弦波駆動する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１５８８８８号公報

解決しようとする問題点は、位置検出器のレベルオフセットおよび位相オフセットである。磁束検出器を用いて位置を検出する方法では、磁束検出器にレベルオフセットがのった場合、位置検出の誤差が大きくなるために振動等の悪影響が出てくるばかりでなく、モータへの印加電圧に直流成分がのることになるため、モータに直流成分電流が流れてしまい、トルク脈動の原因になるとともにモータの損失が大きくなる。

また、検出器の機械的取り付け精度が悪いと、印加電圧の位相が最適位置からずれる、すなわち位相オフセットがのるため、トルクに寄与しない無効な電流が流れるばかりでなく、正転運転時と、逆転運転時で同じトルク指令を与えたときの出力トルクに差が出てしまうという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、組立が容易で安価かつ低振動、高効率なブラシレスモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、回転磁束を検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段から得られる磁束情報信号からモータの回転位置を算出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段を有するモータ制御装置において、予め前記磁束情報信号の極大値と極小値から算出した前記磁束情報信号のレベルオフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、前記レベルオフセット値を用いて磁束情報信号を補正する構成をもつ。

また、回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置と予め記憶されているモータ定数および誘起電圧定数とトルク指令とからベクトル的にモータ印加電圧を算出し前記モータを駆動する制御手段を有するモータ制御装置において、予め正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたものの差が規定値以下になるように調整した位相オフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、前記位相オフセット補正値を用いて前記検出位置を補正する構成をもつもので、組立が容易で安価かつ低振動、高効率なブラシレスモータ制御装置を提供できる。

本願発明のブラシレスモータ制御装置によれば、磁束情報信号の極大値と極小値から算出したレベルオフセット補正値を用いて磁束情報信号を補正するので、位置検出精度が良くなるため、印加電圧がアンバランスになって直流成分電流が流れ、トルク脈動や損失の増大になるという悪影響を抑えることができる。

また、予め正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたものの差が規定値以下になるように調整した位相オフセット補正値を用いて検出位置を補正するので、位置検出器の取付精度が悪くても印加電圧の位相が最適に保たれ、トルクに寄与しない無効な電流が流れないため、効率が良くなるばかりでなく、正転運転時と、逆転運転時のトルク特性を揃えることができる。

また、レベルオフセット補正値は、モータの極対数の整数倍と同一の連続した極大値と極小値の平均値が規定値以下になるように算出されるため、各磁極の磁束信号レベルが一様に考慮され、再現性を保つことができる。

さらに、正方向無負荷運転時のトルク指令と逆方向無負荷運転時のトルク指令の符号を逆にしたものの差に規定の係数を乗じた値を仮の位相オフセット補正値とし、仮の位相オフセット補正値を用いて検出した正方向無負荷運転時のトルク指令と逆方向無負荷運転時のトルク指令の符号を逆にしたものの差に規定の係数を乗じた値を仮の位相オフセット補正値に加えて新しい仮の位相オフセット補正値とし、この作業を複数回繰り返したものを位相オフセット補正値とするため、簡単な作業で精度良く位相オフセット補正値を算出することができる。

したがって、組立が容易で安価かつ低振動、高効率なブラシレスモータ制御装置を提供することができる。

回転磁束を検出する磁束検出手段と、そこから得られる磁束情報信号の極大値と極小値から算出したレベルオフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、また正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたものの差が規定値以下になるように調整した位相オフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、これらの補正値を用いて磁束情報信号やそれから得られる検出位置を補正する。

図１において、界磁磁束を発生するマグネット１の回転磁束を検出する３個のホール素子などを用いた磁束検出手段２を設け、そこから得られる磁束情報信号にレベルオフセット補正値記憶手段３に記憶されているレベルオフセット補正値を加算して補正し、補正された情報より位置検出手段４によりロータの位置情報を得る。

この位置情報は、位相オフセット補正値記憶手段５に記憶された位相オフセット値を加算して補正され、補正された位置情報とそれを微分して得られる速度情報、および速度指令８から制御手段６によりモータへの印加電圧とその位相を算出し、インバータ部を駆動する。

制御手段６は、モータ巻線のインダクタンス情報Ｌや巻線抵抗情報Ｒ、誘起電圧係数情報Ｋｅ、定格電流情報ＩＬからなるモータ定数情報を記憶しており、速度情報と速度指令から求められるトルク指令から定格電流情報ＩＬを用いて算出した電流Ｉと、補正された位置情報とそれを微分して求められる速度情報ωからこれらのモータ定数情報を用いて図２のベクトル図により必要なモータ印加電圧Ｖとその位相を算出する構成となっている。

また、レベルオフセット補正値は３つの磁束検出手段ごとに、図３に示すように磁束情報信号の連続した、モータ磁極数と同一数の極値の平均値の符号を逆にしたもので求めている。

図３はモータ磁極数が８の場合の磁束情報信号の波形であり、レベルオフセット補正値は（Ｓｒ１＋Ｓｓ１＋Ｓｒ２＋Ｓｓ２＋Ｓｒ３＋Ｓｓ３＋Ｓｒ４＋Ｓｓ４）／８で求める。モータ磁極数と同一数の極値の平均をとることで、マグネット極間の磁束量のバラツキがあっても一様に考慮することができ、ばらつきのレベルオフセット補正値への影響を抑えている。

また、位相オフセット値は予め正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたものの差が規定値以下になるように調整した値としている。具体的には、位置検出が正転方向にずれていた場合、正転方向無負荷時のベクトル図は図４の様になる。

図４において、Ｋｅ’×ωは実際の誘起電圧、Ｉ’は実際の電流を表している。トルク指令すなわち電流指令Ｉは誘起電圧計算値Ｋｅ×ωと同方向すなわち正回転方向に大きくなる。また、逆転方向無負荷運転時のベクトル図は図５の様になり、この場合のトルク指令すなわち電流指令Ｉは誘起電圧計算値Ｋｅ×ωと逆方向すなわち正回転方向に大きくなる。

この場合の位相のずれと、正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の差の実測値は図６の様になり、この差はほぼ比例の関係にあることが解る。そこでその比例係数を正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたもの差に乗じて位相オフセット補正値としている。

実施例２について図７を用いて説明する。図７において、正方向無負荷運転時のトルク指令Ｔｆと逆方向無負荷運転時のトルク指令Ｔｒの符号を逆にしたものの差ΔＴに規定の係数Ｋを乗じた値を仮の位相オフセット補正値ΔＡとし、仮の位相オフセット補正値ΔＡを用いて検出した正方向無負荷運転時のトルク指令Ｔｆと逆方向無負荷運転時のトルク指令Ｔｒから前記規定の係数Ｋを乗じた値を仮の位相オフセット補正値ΔＡに加えて新しい仮の位相オフセット補正値ΔＡとし、この作業をΔＴが規定の値ΔＴｍｉｎより小さくなるまで複数回繰り返した時のΔＡを位相オフセット補正値ΔＡ０としている。

こうすることにより、位相オフセット補正値が精度の高い方向に収束していくため検出精度が向上することになる。

本発明のブラシレスモータ制御装置は、安価な構成で低振動、高効率、高精度なモータを実現するものであり、省力機器や高効率を要求される用途および簡易的な位置決めをする用途に有用である。

本発明の実施例１におけるブラシレスモータ制御装置の概念図本発明の実施例１における印加電圧のベクトル図本発明の実施例１における磁束情報信号の波形図本発明の実施例１における正転方向無負荷運転時の位置ずれ時のベクトル図本発明の実施例１における逆転方向無負荷運転時の位置ずれ時のベクトル図本発明の実施例１における位置ずれと正転／逆転時のトルク指令の差の実測データを示す図本発明の実施例２における位相オフセット補正値の算出方法説明図

符号の説明

１マグネット
２磁束検出手段
３レベルオフセット補正値記憶手段
４位置検出手段
５位相オフセット補正値記憶手段
６制御手段
７微分手段
８速度指令

Claims

回転磁束を検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段から得られる磁束情報信号からモータの回転位置を算出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段を有するブラシレスモータ制御装置において、前記磁束情報信号の極大値と極小値から算出した前記磁束情報信号のレベルオフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、前記レベルオフセット補正値を用いて前記磁束情報信号を補正することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置と記憶されているモータ定数および誘起電圧定数とトルク指令とからベクトル的にモータ印加電圧を算出し前記モータを駆動する制御手段を有するブラシレスモータ制御装置において、予め正方向無負荷運転時のトルク指令値と逆方向無負荷運転時のトルク指令値の符号を逆にしたものの差が規定値以下になるように調整した位相オフセット補正値を記憶する記憶手段をもち、前記位相オフセット補正値を用いて前記検出位置を補正することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
レベルオフセット補正値は、モータ磁極数の整数倍の連続した極大値と極小値の平均値が規定値以下になるように算出されることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ制御装置。
正方向無負荷運転時のトルク指令と逆方向無負荷運転時のトルク指令の符号を逆にしたものの差に規定の係数を乗じた値を仮の位相オフセット補正値とし、前記仮の位相オフセット補正値を用いて検出した正方向無負荷運転時のトルク指令と逆方向無負荷運転時のトルク指令の符号を逆にしたものの差に前記規定の係数を乗じた値を前記仮の位相オフセット補正値に加えて新しい仮の位相オフセット補正値とし、この作業を複数回繰り返して正方向無負荷運転時のトルク指令と逆方向無負荷運転時のトルク指令の符号を逆にしたものの差が規定値以下になったときの前記仮の位相オフセット補正値を位相オフセット補正値とすることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ制御装置。