JP2018153055A

JP2018153055A - モータ制御装置のインテリジェントパワーモジュール

Info

Publication number: JP2018153055A
Application number: JP2017049453A
Authority: JP
Inventors: 進山中; Susumu Yamanaka; 未生鈴木; Mio Suzuki
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: JP6740937B2; CN108631655A; CN108631655B

Abstract

【課題】速度コントロール入力−進角値の専用のマップデータ無しで複数種類のモータに対応した進角特性を得るモータ制御装置のＩＰＭ。【解決手段】Ａ端子から入力した速度コントロール入力−進角値の近似式に対応する電圧が複数の第１端子電圧のいずれかを判定する電圧判定部２１、複数の第１端子電圧と複数の演算式と複数の進角値の上限値とを対応させた表を参照し電圧判定部２１で判定された第１端子電圧に対応する演算式と上限値とを決定する演算式上限値決定部２２、複数の第２端子電圧と複数の係数設定基準値とを対応させた表を参照しＢ端子から入力された近似式に対応する第２端子電圧に対応する係数設定基準値を決定する係数設定基準値決定部２３、演算式の種類毎に決められた係数設定点と係数設定基準値とに基づき係数を決定する係数決定部２４と、演算式上限値決定部からの演算式と上限値と係数とに基づき進角値を計算する進角値計算部２５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）からの速度コントロール入力に対する進角値でモータを制御するモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールに関する。

進角値制御機能付きモータ制御装置として、例えば、特許文献１に記載された圧縮機制御装置が開示されている。この圧縮機制御装置は、進角値とその上限値と下限値とを予め記憶しておき、圧縮機電流検出部で検出された圧縮機電流と圧縮機回転数検出部で検出された回転数に基づいて進角値を決定することにより、最適な進角値で圧縮機制御を行うものである。

この圧縮機制御装置は、進角値時に速度コントロール入力−進角値のマップデータを内蔵して、速度コントロール入力に応じた進角値を設定している。

特開２００９−２６１１４６号公報

しかしながら、従来の進角値制御機能付きモータ制御装置では、予め保存されているマップデータの進角特性しか利用することができなかった。例えば、図８に示すように、使用するモータに合わせた専用のマップＡ，Ｂにより、速度コントロール入力に対する最適な進角値が得られるが、汎用性がない。

即ち、個々のモータに合わせてマップデータを書き込んだメモリを有するモータ制御装置を用意する必要があった。このため、モータ制御装置の種類が増えた場合には、専用のマップデータの管理・納期が煩雑になっていた。

本発明の課題は、速度コントロール入力−進角値の専用のマップデータ無しで、複数種類のモータに対応した進角特性を得ることができるモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールを提供することにある。

本発明に係るモータ制御装置は、速度コントロール入力−進角値の進角特性の進角でモータを制御するモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールにおいて、前記モータの前記速度コントロール入力−進角値の近似式に対応する第１電気情報を第１端子から入力し、入力された第１電気情報が複数の第１端子電気情報のいずれの第１端子電気情報であるかどうかを判定する判定部と、前記複数の第１端子電気情報と複数の演算式と複数の進角値の上限値とを対応させた第１の表を参照して、前記判定部で判定された第１端子電気情報に対応する演算式と上限値とを決定する演算式上限値決定部と、複数の第２端子電気情報と複数の係数設定基準値とを対応させた第２の表を参照して、第２端子から入力された前記近似式に対応する第２端子電気情報に対応する係数設定基準値を決定する係数設定基準値決定部と、前記演算式の種類毎に決められた前記速度コントロール入力としての係数設定点と前記係数設定基準値決定部で決定された係数設定基準値とに基づき前記演算式の係数を決定する係数決定部と、前記演算式上限値決定部で得られた演算式と上限値と前記係数決定部で得られた係数とに基づき進角値を計算する進角値計算部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、演算式上限値決定部は、近似式に対応した演算式と上限値とを決定し、係数設定基準値決定部は、近似式に対応した係数設定基準値を決定し、係数決定部は、係数設定点と係数設定基準値とに基づき演算式の係数を決定する。進角値計算部は、演算式と上限値と係数とに基づき進角値を計算する。即ち、演算式、係数、上限値の３つのパラメータから演算を行うことで、任意の速度コントロール入力−進角値のグラフを描くことができる。

従って、速度コントロール入力−進角値の専用のマップデータ無しで、複数種類のモータに対応した進角特性を得ることができる。

本発明の実施例１に係るモータ制御装置の回路構成図である。本発明の実施例１に係るモータ制御装置の処理を説明するためのフローチャートである。本発明の実施例１に係るモータ制御装置における一次式及び二次式の速度コントロール入力に対する進角値を示す図である。本発明の実施例１に係るモータ制御装置における係数設定点に対する係数設定基準値を示す図である。本発明の実施例２に係るモータ制御装置における速度コントロール入力に対する進角値を示す図である。本発明の実施例２に係るモータ制御装置における速度コントロール入力に対する進角値の第１の具体例を示す図である。本発明の実施例２に係るモータ制御装置における速度コントロール入力に対する進角値の第２の具体例を示す図である。従来のモータ制御装置の速度コントロール入力に対する進角値のマップデータを示す図である。

以下、本発明の実施の形態のモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、速度コントロール入力−進角値のグラフをマップデータとして記録するのではなく、ｙ=ｋｘ^２（ｙ：進角値、ｘ：速度コントロール入力値、ｋ：係数）等の係数が設定可能な演算式により演算を行い、任意の速度コントロール入力−進角値のグラフを描くことができ、汎用性を高める。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置の回路構成図である。モータ３は、ブラシレス直流モータである。モータ制御装置２は、マイコン１からの速度指令に基づく速度コントロール入力に対する進角値でブラシレス直流モータ３（以下、モータ３と略称する。）を制御する。

モータ制御装置２は、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）１１を有する。インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）１１は、モータ３の進角値を決定する進角値決定部１２とモータドライブ回路１３とからなる。

進角値決定部１２は、電圧判定部２１、演算式上限値決定部２２、係数設定基準値決定部２３、係数決定部２４、進角値計算部２５を有している。進角値決定部１２は、ＡＳＩＣ（application specification integrated circuit）又はＣＰＵ（中央処理装置）とメモリとからなり、メモリに記憶された進角値決定プログラムをＡＳＩＣが実行することで実現される機能である。

速度コントロール入力−進角値のグラフの近似式を再現させるために、近似式に対応する電圧を端子Ａに入力する。電圧判定部２１は、本発明の判定部に対応し、Ａ端子から入力された電圧が、０〜１．２５Ｖ、１．２５Ｖ〜２．５Ｖ、２．５Ｖ〜３．７５Ｖ、３．７５Ｖ〜５Ｖのいずれかの電圧であるかどうかを判定する。

演算式上限値決定部２２は、複数の端子電圧（０〜１．２５Ｖ、１．２５Ｖ〜２．５Ｖ、２．５Ｖ〜３．７５Ｖ、３．７５Ｖ〜５Ｖ）と複数の演算式（二次式、一次式）と複数の進角値の上限値（５８°、４５°）とを対応させた表１を参照して、電圧判定部２１で判定された電圧に対応する一次式又は二次式の演算式と上限値とを決定する。

係数設定基準値決定部２３は、端子電圧（０〜５Ｖ）と係数設定基準値（０〜５８°）とを対応させた表２を参照して、Ｂ端子から入力された近似式に対応する電圧に応じた係数設定基準値を決定する。

係数決定部２４は、演算式の種類毎に決められた前記速度コントロール入力としての係数設定点と、係数設定基準値決定部２３で決定された係数設定基準値とに基づき演算式の係数を決定する。

進角値計算部２５は、演算式上限値決定部２２で得られた一次式又は二次式の演算式と上限値と、係数決定部２４で得られた演算式の係数とに基づき、外部からの速度指令に応じた進角値を計算する。

次に、このように構成された実施例１のモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールの動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、事前の準備として、モータに必要な進角特性を評価しておき、速度コントロール入力−進角値のグラフの近似式を算出しておく。この近似式に演算式をインテリジェントパワーモジュール１１に設定するため、Ａ端子（本発明の第１端子に対応）から近似式に対応する端子電圧を入力する。

電圧判定部２１は、Ａ端子から端子電圧を読み込み（ステップＳ１１）、入力された電圧が、０〜１．２５Ｖ、１．２５Ｖ〜２．５Ｖ、２．５Ｖ〜３．７５Ｖ、３．７５Ｖ〜５Ｖのいずれかの電圧であるかどうかを判定する（ステップＳ１２ａ〜１２ｄ）。

Ａ端子から入力された電圧が、１．２５〜２．５Ｖである場合には、表１を参照して、演算式が二次式、上限値が４５°が選択され、ＩＰＭ１１に設定される進角値ＬＡはＬＡ＝ｋ×Ｖｓｐ^２となる（ステップＳ１２ｂ）。

Ａ端子から入力された電圧が、０〜１．２５Ｖである場合には、表１を参照して、演算式が二次式、上限値が５８°が選択され、ＩＰＭ１１に設定される進角値ＬＡはＬＡ＝ｋ×Ｖｓｐ^２となる（ステップＳ１２ａ）。

Ａ端子から入力された電圧が、２．５〜３．７５Ｖである場合には、表１を参照して、演算式が一次式、上限値が５８°が選択され、ＩＰＭ１１に設定される進角値ＬＡはＬＡ＝ｋ×Ｖｓｐとなる（ステップＳ１２ｃ）。

Ａ端子から入力された電圧が、３．７５〜５Ｖである場合には、表１を参照して、演算式が一次式、上限値が４５°が選択され、ＩＰＭ１１に設定される進角値ＬＡはＬＡ＝ｋ×Ｖｓｐとなる（ステップＳ１２ｄ）。表１では２種類の一次式及び二次式の２つの演算式を用意した例であり、３つ以上の演算式を用意しても良い。

次に、係数設定基準値決定部２３は、Ｂ端子からの電圧を読み込む（ステップＳ１３ａ，１３ｂ）。次に、係数設定基準値決定部２３は、端子電圧（０〜５Ｖ）と係数設定基準値（０〜５８°）とを対応させた表２を参照して、Ｂ端子から入力された近似式に対応する電圧に応じた係数設定基準値を決定する。

係数決定部２４は、図３に示すように、演算式の種類毎に決められた前記速度コントロール入力としての係数設定点と、係数設定基準値決定部２３で決定された係数設定基準値とに基づき演算式の係数ｋを決定する。

演算式が二次式の場合には、Ｂ端子電圧を係数設定点の二乗で除算することにより係数ｋが求められる（ステップＳ１４ａ）。演算式が一次式の場合には、Ｂ端子電圧を係数設定点で除算することにより係数ｋが求められる（ステップＳ１４ｂ）。以上の処理は、モータ駆動前に行われる。

次に、モータ駆動時に、進角値計算部２５は、演算式上限値決定部２２で得られた一次式又は二次式の演算式と上限値と、係数決定部２４で得られた演算式の係数ｋとに基づき、外部からの速度指令値Ｖｓｐに応じた進角値ＬＡを計算する（ステップＳ１５）。

これにより、演算式、係数、上限値が確定し、任意の演算式を設定することができる。実施例１では、Ａ端子、Ｂ端子で、演算式、上限値、係数の３つのパラメータを設定することにより、顧客が保有する種類のモータに対応した進角特性を実現することができる。

使用するモータ３の進角特性の評価結果より、係数設定点が４．２Ｖでの進角値が５８°必要な場合、Ａ端子（演算式、上限値設定）に１Ｖ、Ｂ端子（係数設定）に５Ｖを印加する。すると、係数設定点４．２Ｖでの進角値が５８°となる図４のグラフが演算される。

なお、表１の演算式、上限値設定の端子電圧をより細分化することで、パラメータを増やすことができる。また、表１では、電気情報として電圧を用いて、端子電圧で演算式、上限値を設定する例を示した。

例えば、電気情報として、電流をＡ端子、Ｂ端子に入力して電流によって、演算式、上限値設定を行っても良い。あるいは、電気情報として、抵抗をＡ端子、Ｂ端子に接続し、抵抗値によって、演算式、上限値を設定しても良い。

このように構成された実施例１のモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールによれば、演算式上限値決定部２２は、近似式に対応した演算式と上限値とを決定し、係数設定基準値決定部２３は、近似式に対応した係数設定基準値を決定し、係数決定部２４は、係数設定点と係数設定基準値とに基づき演算式の係数を決定する。進角値計算部２５は、演算式と上限値と係数とに基づき進角値を計算する。即ち、演算式、係数、上限値の３つのパラメータから演算を行うことで、任意の速度コントロール入力−進角値のグラフを描くことができる。

（実施例２）
進角値制御時に速度コントロール入力に対応した進角値を設定する際に、図３に示すように、上限値まである演算式に沿って速度コントロール入力-進角値のグラフが描かれ、傾きが上限値付近で最も大きくなるグラフとなる。

この場合には、上限値付近では速度コントロール入力の微小な変動により進角値が大きく変化し、回転数のムラや効率の低下に繋がる。

このため、実施例２では、上限値手前で変曲点を設け、進角値が上限値手前の任意の値に達した際に、傾きを小さくすることで回転数のムラや効率の低下を抑制する。

実施例２では、進角値決定部１２は、速度コントロール入力に対応した進角値を設定する際に、図５に示すように、進角値の上限値よりも小さい所定値から上限値までの速度コントロール入力に対する進角値の傾きを、所定値における速度コントロール入力に対する進角値の傾きよりも小さく設定する傾き設定部を構成する。これにより、制御の安定化を図ることができる。

進角値の傾きを抑える方法としては、演算式の変更、係数の変更、演算式の計算結果への追加演算を考える。例えば、演算式の場合、傾き設定部は、速度コントロール入力が所定の閾値を超えた時点で演算式を二次式から一次式に切り替える。

あるいは、傾き設定部は、速度コントロール入力が所定の閾値を超えた時点で係数を変更する。あるいは、傾き設定部は、速度コントロール入力を所定の閾値を超えた時点で演算式の計算結果へ追加演算を行うことで傾きを変更する。

図６に数値を入れた速度コントロール入力−進角値のグラフの具体例を示す。進角値が４８°〜５８°の範囲にあるとき、傾きを小さくすることで回転数のムラや効率の低下を防止することができる。

図７に進角値が４８°〜５８°の範囲の演算式を対数式へ変更したグラフを示す。例えば、進角値が４８°〜５８°の範囲になった時に、速度コントロール入力−進角値のグラフの演算式を切り替えることで傾きを変更する。なお、対数式の切替時の初期値を、それまでの進角値４８°での数値に合わせておくことでスムーズに切り替えることができる。

１マイクロコンピュータ
２モータ制御装置
３モータ
１１インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）
１２進角値決定部
１３モータドライブ回路
２１電圧判定部
２２演算式上限値決定部
２３係数設定基準値決定部
２４係数決定部
２５進角値計算部

この圧縮機制御装置は、進角値制御時に速度コントロール入力−進角値のマップデータを内蔵して、速度コントロール入力に応じた進角値を設定している。

Claims

速度コントロール入力−進角値の進角特性の進角でモータを制御するモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュールにおいて、
前記モータの前記速度コントロール入力−進角値の近似式に対応する第１電気情報を第１端子から入力し、入力された第１電気情報が複数の第１端子電気情報のいずれの第１端子電気情報であるかどうかを判定する判定部と、
前記複数の第１端子電気情報と複数の演算式と複数の進角値の上限値とを対応させた第１の表を参照して、前記判定部で判定された第１端子電気情報に対応する演算式と上限値とを決定する演算式上限値決定部と、
複数の第２端子電気情報と複数の係数設定基準値とを対応させた第２の表を参照して、第２端子から入力された前記近似式に対応する第２端子電気情報に対応する係数設定基準値を決定する係数設定基準値決定部と、
前記演算式の種類毎に決められた前記速度コントロール入力としての係数設定点と前記係数設定基準値決定部で決定された係数設定基準値とに基づき前記演算式の係数を決定する係数決定部と、
前記演算式上限値決定部で得られた演算式と上限値と前記係数決定部で得られた係数とに基づき進角値を計算する進角値計算部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュール。
前記進角値の前記上限値よりも小さい所定値から前記上限値までの前記速度コントロール入力に対する進角値の傾きを、前記所定値における前記速度コントロール入力に対する進角値の傾きよりも小さく設定する傾き設定部を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュール。
前記第１電気情報、前記複数の第１端子電気情報、前記複数の第２端子電気情報の全ての電気情報は、電圧又は電流又は抵抗値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置のインテリジェントパワーモジュール。