JP2010088297A - モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 インバータ制御部が、推定されたロータ位置に基づいて指令電流の波形を作成する指令電流波形作成部と、指令電流波形作成部が作成した指令電流の波形と、実際にブラシレスモータに流れる電流の波形との偏差が減少するよう、インバータ回路の制御信号であるパルス信号を作成するパルス作成部とを有し、指令電流の波形の振幅値を最大値に固定した状態で、位相差を増減させてブラシレスモータの回転数を制御するものとする。
【選択図】 図3
Description
ただし、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、Idはd軸電流(界磁電流)、Iqはq軸電流(トルク電流)である。ここで、界磁電流Id及びトルク電流Iqは、ブラシレスモータのロータ位置に対する、モータに流す電流(モータ電流)の位相の進み角(以下、進角値という。)をβ、モータ電流Iの振幅値をIpとしたとき、式(3a)及び式(3b)で表される。
この結果、安定したブラシレスモータの駆動制御を簡単な回路構成により実現することができる。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態1のモータ駆動装置100aは、電圧源1を入力とし、ブラシレスモータ2を、要求される任意の回転数で駆動するものであって、上記モータのロータ位置に対するモータ電流の位相の進み角(進角値)βを変化させることによりブラシレスモータ2の弱め界磁制御を行うものである。
インバータ回路3は、インバータ制御部4aから出力されるドライブ信号Sgに基づいて、電圧源1の出力電圧を3相交流に変換し、ブラシレスモータ2に供給するものである。
電圧源1を入力とするインバータ回路3では、インバータ制御部4aからのドライブ信号Sgにより、各スイッチング素子31〜36のオンオフ動作が行われ、該インバータ回路3からは、電圧源1の出力電圧が3相交流に変換されてモータ2に出力される。すると、モータ2は駆動する。
ロータ位置推定部5では、インバータ回路3がブラシレスモータ2に供給する電流(モータ電流)Iからロータ位置(ロータ位相)が推定される。
進角値決定部6aでは、回転数指令foと実回転数fとの間に偏差がある場合、上記進角決定部6aにて、上記進角値βを決定する処理が開始される。
まず、ステップS1では、指令回転数foと実回転数fとの偏差の絶対値(|fo−f|)が算出される。
図3は、本発明の実施の形態2によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態2のモータ駆動装置100bは、実施の形態1のモータ駆動装置100aと同様、電圧源1を入力とし、ブラシレスモータ2を任意の回転数で駆動するものであり、ブラシレスモータ2の弱め界磁制御を、モータ電流の進角値βを調整することにより行うものである。そして、この実施の形態2では、モータ電流の進角値βの制御は、モータに供給される電流の振幅値を一定値に保持した状態で、モータに対する指令回転数foと実際の回転数fとの偏差がゼロとなるよう行われる。
ここで、電圧源1,インバータ回路3,ロータ位置推定部5,及び進角値決定部6aは、上記実施の形態1のモータ駆動装置100aにおけるものと同一のものである。
この実施の形態2のモータ駆動装置100bでは、インバータ回路3は、実施の形態1のモータ駆動装置100aのものと同様に動作し、モータ2はインバータ回路3からの出力により駆動される。
この実施の形態2では、ロータ位置推定部5の、モータ電流Iからロータ位置θを推定する動作、及び進角値決定部6aの、モータ電流の進角値βを決定する動作は、実施の形態1と同様に行われる。
図5は、本発明の実施の形態3によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態3のモータ駆動装置100cは、実施の形態2のモータ駆動装置100bと同様、電圧源1を入力とし、ブラシレスモータ2を任意の回転数で駆動するものであり、ブラシレスモータ2の弱め界磁制御を、モータ電流の進角値βを実際のモータ回転数fが最大となるよう調整することにより行うものである。
この実施の形態3のモータ駆動装置100cでは、ロータ位置推定部5,指令電流波形作成部8b,及びPWM作成部9は、上記実施の形態2のものと同様に動作するので、以下、上記進角値決定部6cの動作についてのみ説明する。
本実施の形態3では、進角値決定部6cは、図6に示される処理S11〜S18を繰り返し行う。ただし、指令電流の振幅値が変化したときは、進角値βが発散しないように、上記指令電流の振幅値変化の影響が収まるまで、進角値決定部6cは、上記処理S11〜S18を行う動作を停止する。
次に、ステップS12では、あらかじめ決められているβ増加フラグの値に基づいて、ステップS13の処理とステップS14の処理のいずれの処理を行うべきかが決定される。つまり、該β増加フラグの値が〔−1〕であれば、ステップS13の処理が行われ、該β増加フラグの値が〔1〕であれば、ステップS14の処理が行われる。なお、最初に図6に示すフローが行われるときは、ステップS12の処理では、β増加フラグの値は、あらかじめ初期値として設定されている、〔1〕あるいは〔−1〕のどちらかの値とされる。
その後、ステップS15では、モータ電流の進角値βを、ステップS13またはS14で決定した進角値βに更新した状態で、再度、実回転数fを取得する処理が行われる。
図7は、本発明の実施の形態4によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態4のモータ駆動装置100dは、実施の形態2のモータ駆動装置100bと同様、電圧源1を入力とし、ブラシレスモータ2を任意の回転数で駆動するものであり、ブラシレスモータ2の弱め界磁制御を、モータ電流の進角値βを指令電流Ioの振幅値が最小となるよう調整することにより行うものである。
この実施の形態4では、電圧源1の出力電圧が、実施の形態3と同様、インバータ回路3により3相交流に変換されてモータ2に供給され、モータ2が駆動する。
このとき、上記インバータ制御部4dでは、外部からの指令信号が示す指令回転数foと、モータ2に供給される電流(モータ電流)Iとに基づいて、上記インバータ回路3のスイッチング素子31〜36にドライブ信号Sgとして印加するパルス信号が生成される。
すなわち、ロータ位置推定部5では、インバータ回路3がブラシレスモータ2に供給する電流(モータ電流)Iからロータ位置が推定される。
本実施の形態4では、進角値決定部6dは、図8に示される処理S21〜S28を繰り返し行う。ただし、指令回転数foが変化したときは、進角値βが発散しないように、指令回転数foの変化の影響が収まるまで、進角値決定部6dは、上記処理S21〜S28を行う動作を停止する。
次に、ステップS22では、あらかじめ決められているβ増加フラグの値に基づいて、ステップS23の処理とステップS24の処理のいずれの処理を行うべきかが決定される。つまり、該β増加フラグの値が〔−1〕であれば、ステップS23の処理が行われ、β増加フラグの値が〔1〕であれば、ステップS24の処理が行われる。なお、最初に図8に示す処理が行われるときは、ステップS22の処理では、β増加フラグの値は、あらかじめ初期値として設定されている、〔1〕あるいは〔−1〕のどちらかの値とされる。
図9は、本発明の実施の形態5によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態5のモータ駆動装置100eは、実施の形態1のモータ駆動装置100aのインバータ回路3の入力側に、モータからの回生電流を充電する小容量のコンデンサ12を付加したものであり、該コンデンサ12は上記電圧源1の一方の出力端子1aと他方の出力端子1bとの間に接続されている。
ここで、上記コンデンサ12の容量は、モータ回生電流による装置の損傷が回避される程度の容量にすればよい。例えば、モータ制御装置が、家庭用の空気調和機に使用される圧縮機のモータを制御するものである場合は、上記コンデンサ12の容量は、0.1μF〜50μF程度でよい。この値は、モータのインダクタンスの容量、インバータ入力電圧に対して許容される最大変動量、及びモータに流す電流の最大値から求められる最小の限界値である。
この実施の形態5のモータ駆動装置100eでは、インバータ回路3,インバータ制御部4aは、実施の形態1のものと同様に動作するので、以下では、実施の形態1と異なる動作について説明する。
図10は、本発明の実施の形態6によるモータ駆動装置を説明するためのブロック図である。
この実施の形態6のモータ駆動装置100fは、実施の形態1のモータ駆動装置100aのインバータ回路3と、電圧源1との間にインダクタ13を挿入したものであり、該インダクタ13は、電圧源1とインバータ回路3との間に直列に接続されている。
この実施の形態6のモータ駆動装置100fでは、インバータ回路3及びインバータ制御部4aは、実施の形態1のものと同様に動作するので、以下では、実施の形態1と異なる動作について説明する。
この実施の形態6のモータ駆動装置100fでは、図10に示すように、電圧源1とインバータ回路3との間に挿入されたインダクタ13により、インバータ回路3で発生したノイズが遮断されることとなって、電圧源の出力電流に重畳される電源スイッチングノイズが低減される。これにより電圧源1の出力電流の波形が歪むのが抑制され、入力電流の力率が改善される。
図12は本発明の実施の形態7による空気調和機を説明するブロック図である。
この実施の形態7の空気調和機250は、室内機255及び室外機256を有し、冷暖房を行う空気調和機である。
この実施の形態7の空気調和機250では、モータ駆動装置250bから圧縮機250aに駆動電圧が印加されると、冷媒循環経路内で冷媒が循環し、室内機255の熱交換器251及び室外機256の熱交換器252にて熱交換が行われる。つまり、上記空気調和機250では、冷媒の循環閉路に封入された冷媒を圧縮機250aにより循環させることにより、冷媒の循環閉路内に周知のヒートポンプサイクルが形成される。これにより、室内の暖房あるいは冷房が行われる。
図13は本発明の実施の形態8による冷蔵庫を説明するブロック図である。
この実施の形態8の冷蔵庫260は、圧縮機260a,モータ駆動装置260b,凝縮器261,冷蔵室蒸発器262,及び絞り装置263から構成されている。
この実施の形態8の冷蔵庫260では、モータ駆動装置260bから圧縮機260aのブラシレスモータに駆動電圧Vdが印加されると、圧縮機260aが駆動して冷媒循環経路内で冷媒が矢印Cの方向に循環し、凝縮器261及び冷蔵室蒸発器262にて熱交換が行われる。これにより、冷蔵庫内が冷却される。
図14は本発明の実施の形態9による電気洗濯機を説明するブロック図である。
この実施の形態9の電気洗濯機270は、洗濯機外枠271を有し、該洗濯機外枠271内には外槽273が吊り棒22により吊り下げられている。該外槽273内には、回転自在に洗濯兼脱水槽24が配設され、該洗濯兼脱水槽274の底部には、攪拌翼275が回転自在に取り付けられている。
この実施の形態9の電気洗濯機270では、ユーザが所定の操作を行うと、マイクロコンピュータから、モータ駆動装置277に指令信号が入力され、モータ駆動装置277からブラシレスモータ276に駆動電圧が印加される。すると、ブラシレスモータ276の駆動により、攪拌翼275あるいは洗濯兼脱水槽274が回転して、洗濯兼脱水槽274内の衣服等などの洗濯や脱水が行われる。
図15は本発明の実施の形態10による送風機を説明するブロック図である。
この実施の形態10の送風機280は、ファン281と、該ファン281を回転駆動するブラシレスモータ282と、電圧源1を入力とし、上記ブラシレスモータ282を駆動するモータ駆動装置283とを有している。
この実施の形態10の送風機280では、ユーザが所定の操作を行うと、マイコンから、モータ駆動装置283に指令信号が入力され、モータ駆動装置283からブラシレスモータ282に駆動電圧が印加される。すると、ブラシレスモータ282の駆動によりファン281が回転し、送風が行われる。
図16は本発明の実施の形態11による電気掃除機を説明するブロック図である。
この実施の形態11の電気掃除機290は、底面に吸引口が形成された床用吸込具297と、空気を吸引する掃除機本体290aと、一端が床用吸込具297に、その他端が掃除機本体に接続された吸塵ホース296とを有している。
この実施の形態11の電気掃除機290では、ユーザが所定の操作を行うと、マイコンから、モータ駆動装置294に指令信号が入力され、モータ駆動装置294からブラシレスモータ293に駆動電圧が印加される。すると、ブラシレスモータ293の駆動によりファン292が回転し、掃除機本体290a内で吸引力が発生する。この掃除機本体290aで発生した吸引力はホース296を介して床用吸込具297の底面に設けた吸引口(図示せず)に作用し、床用吸込具47の吸引口から被掃除面の塵埃が吸引され、掃除機本体290aの集塵室45に集塵される。
図17は本発明の実施の形態12による電気乾燥機を説明するブロック図である。
この実施の形態12の電気乾燥機360は、圧縮機360a,モータ駆動装置360b,凝縮器361,蒸発器362,及び絞り装置363から構成されている。
そして、この乾燥機362では、モータ駆動装置360bは、乾燥機の運転状態、つまり乾燥機に対して設定された除湿度、及び乾燥機内の湿度に基づいて、圧縮機360aのモータの出力を制御する。
この実施の形態12の電気乾燥機360では、モータ駆動装置360bから圧縮機360aのブラシレスモータに駆動電圧Vdが印加されると、圧縮機360aが駆動して冷媒循環経路内で冷媒が矢印Eの方向に循環し、凝縮器361及び蒸発器362にて熱交換が行われる。これにより、乾燥機内の除湿が行われる。
図18は本発明の実施の形態13によるヒートポンプ給湯器を説明するブロック図である。
圧縮機380aのブラシレスモータにモータ駆動装置380bから駆動電圧が印加され、圧縮機380aが駆動すると、圧縮機380aにより圧縮された高温冷媒は、矢印Eが示す方向に循環し、つまり冷媒配管384を通り、水熱交換器385に供給される。また、水循環路のポンプ387が駆動すると、貯湯タンク388から水が水熱交換器385に供給される。
そして、この実施の形態10の給湯器380では、モータ駆動装置380bにより、該給湯器380に対して設定された温水の目標温度、水熱交換機385aに供給される水の温度、及び外気温に基づいてブラシレスモータの指令回転数が決定され、実施の形態1と同様、該指令回転数に基づいて、モータ駆動装置380bにより圧縮機380aのブラシレスモータの回転数が制御される。これにより、給湯器380では、目標温度の温水の供給が行われる。
図19は、本発明の実施の形態14によるハイブリッド自動車を説明する模式図である。
この実施の形態14のハイブリッド自動車400は、内燃機関とモータという2つの動力源を組み合わせた自動車であり、状況に応じて動力源を同時にまたは個々に作動させて走行するものである。
このハイブリッド自動車400は、内燃機関410により発電機430を回転させて発電された電力によりバッテリ401を充電し、バッテリ401の出力あるいは発電機430の出力を走行エネルギーとして活用して走行する。
1a,1b 出力ノード
2 ブラシレスモータ
3 インバータ回路
3a〜3c 接続点
4a,4b,4c,4d,4e,4f インバータ制御部
5 ロータ位置推定部
6a,6c,6d 進角値決定部
7 ドライブ信号作成部
8b,8d 指令電流波形作成部
9 PWM作成部
12 コンデンサ
13 インダクタ
31〜36 スイッチング素子
41〜46 ダイオード
100a,100b,100c,100d,100e,100f,277,283,294,400a モータ駆動装置
250 空気調和機
250a,260a,360a,380a 圧縮機
250b,260b,270b,360b,380b モータ駆動制御部
251 室内側熱交換器
251a,252a,262a,362a,382a 送風機
251b,252b,262b,362b,382b,385a 温度センサ
252 室外側熱交換器
253,263,273,363,383 絞り装置
254 四方弁
255 室内機
256 室外機
260 冷蔵庫
261,361 凝縮器
262 冷蔵室蒸発器
270 電気洗濯機
272 吊り棒
273 外槽
274 洗濯兼脱水槽
275 攪拌翼
276,282,293 ブラシレスモータ
280 送風機
281,292 ファン
290 電気掃除機
290a 電気掃除機本体
291 電動送風機
295 集塵室
296 ホース
297 床用吸込具
360 電気乾燥機
362 蒸発器
364 乾燥室
380 ヒートポンプ給湯器
381a 冷凍サイクル装置
381b 貯湯槽
382 空気熱交換器
384 冷媒配管
384a 除霜バイパス配管
384b 除霜バイパス弁
385 水熱交換器
386a,386b,387a,387b 水配管
387a1,387b1 ジョイント部分
387 ポンプ
388 貯湯タンク
388a 水出入口
388b 水出口
388b1 排水弁
388c 給水管
388c1 受水口
388d 浴槽給湯管
388d1 湯出口
389 給湯管
400,500,600 ハイブリッド自動車
401 バッテリ
402 電動機
402a モータ
410 内燃機関
420 動力分割機構
430 発電機
440 駆動機構
441 駆動輪
442 駆動シャフト
443 ギア機構
450 変速機
A〜C,E,F 冷媒流の方向
Bc バッテリ出力電流
Bp 制動力
Cc 充電電流
Dc 駆動電流
Dp 駆動力
Ep エンジン出力
Ep1,Ep2 分割エンジン出力
fo 指令回転数
Gc 発電電流
I 実電流
Io 指令電流
Rc 回生電流
Sg ゲート信号(ドライブ信号)
β 進角値
θ ロータ位置
Claims (4)
- ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
電圧源の出力電圧を駆動電圧に変換して上記ブラシレスモータに出力するインバータ回路と、
上記ブラシレスモータのロータ位置を推定するロータ位置推定部と、
上記推定されたロータ位置に基づいた電流により上記ブラシレスモータが駆動されるよう上記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、
上記インバータ制御部は、
上記推定されたロータ位置に基づいて指令電流の波形を作成する指令電流波形作成部と、
上記指令電流波形作成部が作成した指令電流の波形と、実際に上記ブラシレスモータに流れる電流の波形との偏差が減少するよう、上記インバータ回路の制御信号であるパルス信号を作成するパルス作成部とを有し、
上記指令電流の波形の振幅値を最大値に固定した状態で、上記位相差を増減させて上記ブラシレスモータの回転数を制御する、
ことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1に記載のモータ駆動装置において、
上記指令電流の波形の最大振幅値は、上記ブラシレスモータに供給することが許可されている最大の電流値である、
ことを特徴とするモータ駆動装置。 - ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
電圧源の出力電圧を駆動電圧に変換して上記ブラシレスモータに出力するインバータ回路と、
上記ブラシレスモータのロータ位置を推定するロータ位置推定部と、
上記推定されたロータ位置に基づいた電流により上記ブラシレスモータが駆動されるよう上記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、
上記インバータ制御部は、
上記ブラシレスモータに供給する電流の振幅値を決定する電流振幅値決定部と、
上記電流振幅値決定部により決定された電流振幅値に基づいて、指令電流の波形を作成する指令電流波形作成部と、
上記指令電流波形作成部が作成した指令電流の波形と、実際にモータに流れる電流の波形との偏差が減少するよう、上記インバータ回路の制御信号であるパルス信号を作成するパルス作成部とを有し、
上記指令電流の振幅値を一定とした状態で、上記推定されたロータ位置と、上記ブラシレスモータに供給する電流との位相差を変化させて、上記ブラシレスモータの回転数が最大となる位相差を求める、
ことを特徴とするモータ駆動装置。 - ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
電圧源の出力電圧を駆動電圧に変換して上記ブラシレスモータに出力するインバータ回路と、
上記ブラシレスモータのロータ位置を推定するロータ位置推定部と、
上記推定されたロータ位置に基づいた電流により上記ブラシレスモータが駆動されるよう上記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、
上記インバータ制御部は、
上記ブラシレスモータの回転数を決定する回転数決定部と、
該回転数決定部により決定された回転数と、実際の回転数との偏差が減少するよう、上記ブラシレスモータに供給する電流の振幅値を決定する電流振幅値決定部と、
上記電流振幅値に基づいて指令電流の波形を作成する指令電流波形作成部と、
上記指令電流波形作成部が作成した指令電流の波形と、実際にモータに流れる電流の波形との偏差がゼロとなるよう、上記インバータ回路の制御信号であるパルス信号を作成するパルス作成部とを有し、
上記ブラシレスモータの指令回転数を一定とした状態で、上記推定されたロータ位置と、上記ブラシレスモータに供給される電流との位相差を変化させて、上記指令電流の振幅値が最小となる位相差を求める、
ことを特徴とするモータ駆動装置。
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