JP3144447B2 - 無整流子電動機の速度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮機等のモータに用い
られる無整流子電動機（ブラシレスモータ）の速度制御
方法に係り、さらに詳しく言えば、負荷の大きさによら
ず、その回転速度を目標回転速度に正確に制御できるよ
うにした無整流子電動機の速度制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図７には、無整流子電動機を例えば空気
調和機の圧縮機駆動モータとして使用する場合に適用さ
れる制御装置が例示されている。

【０００３】これによると、この制御装置は、商用電源
２を直流に変換する交流・直流変換部３と、その直流電
源をスイッチングして無整流子電動機１に印加するスイ
ッチング部４と、同無整流子電動機１のロータ位置を検
出するロータ位置検出部５と、そのロータ検出位置に基
づいて無整流子電動機１の回転数を検出し、かつ、無整
流子電動機１の回転数を目標回転数に可変制御するため
のチョッピング信号を出力する制御部（マイクロコンピ
ュータ）６と、そのチョッピング信号により制御信号
（例えばＨレベル）をチョッピングするチョッピング部
７と、このチョッピングした制御信号によりスイッチン
グ部４のトランジスタをオン、オフするドライブ部８と
を備えている。

【０００４】上記構成により、無整流子電動機１の印加
電圧が制御部６からのチョッピング信号の周期によって
可変とされ、無整流子電動機１の回転数がその周期によ
って可変される。したがって、無整流子電動機１の回転
数に基づいてそのチョッピング信号の周期を可変するこ
とにより、同無整流子電動機１を目標回転数に設定する
ことができる。

【０００５】

【発明を解決しようとする課題】しかしながら、無整流
子電動機１の回転数を目標回転数で運転するにあたっ
て、上記従来例においては、無整流子電動機１の印加電
圧を上昇もしくは下降させる割合が一定であるため、す
なわち、その電圧変化率が一定時間毎に一定値だけ可変
されるため、無整流子電動機１の負荷が小さいときに
は、無整流子電動機１の回転数が上がり過ぎたり、ある
いは下がり過ぎたりするという問題点があった。

【０００６】同様に、無整流子電動機１の負荷が大きい
ときには、その回転数があまり上がらず、もしくはあま
り下がらないという問題点があった。したがって、無整
流子電動機１を圧縮機などの駆動手段として使用する際
には、その圧縮機の仕様上、限界の速度変化率以上で上
昇および下降を行なうと、圧縮機の損傷などにつながる
おそれがある。

【０００７】このため、従来では無整流子電動機１の速
度変化率を、その限界値から外れないようにしており、
特に負荷の重い場合には、その応答がかなり遅くなって
しまうという問題があった。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、負荷の大小にかからわず、
無整流子電動機の回転数の上がり過ぎ、下がり過ぎがな
いようにし、また、あまり上がらず、あまり下がらない
ということもなく、その回転数を目標回転数とすること
ができるようにした無整流子電動機の速度制御方法を提
供することにある。

【０００９】すなわち、無整流子電動機の回転数の速度
変化率を、目標回転数の速度変化率に近づけ、好ましく
は目標回転数の速度変化率を限界とする回転数のぎりぎ
りに設定して、無整流子電動機の能力を最大限に生かす
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、無整流子電動機の印加電圧を制御して、
同無整流子電動機を設定された目標回転数で運転する無
整流子電動機の速度制御方法において、上記無整流子電
動機の回転数を所定時間間隔で検出してその回転数上昇
時もしくは回転数下降時の速度変化率を算出するととも
に、その速度変化率と上記目標回転数に至るまでの基準
速度変化率とを比較し、その比較結果に基づいて上記無
整流子電動機の印加電圧を変化させる電圧変化率を変更
し、かつ、上記変更された電圧変化率の維持時間を上記
速度変化率の値に応じて設定するにあたって、上記速度
変化率と上記基準速度変化率との比較時に、上記基準速
度変化率の値を中心として複数のゾーンが設定され、上
記速度変化率が該当するゾーンによって、上記電圧変化
率およびその電圧変化率の維持時間が選択されるように
したことを特徴としている。

【００１１】この構成によれば、無整流子電動機の負荷
の大きさによって、同無整流子電動機の速度変化率が目
標回転数の基準速度変化率からずれると、その速度変化
率と基準速度変化率との差に応じて、同無整流子電動機
の電圧変化率（印加電圧を変化させる割合）が所定値だ
け変更されるとともに、変更された電圧変化率の維持時
間（回転数を速度制御する次回までの時間）が設定され
る。

【００１２】これにより、無整流子電動機の速度変化率
が目標回転数の基準速度変化率に近づけられるため、回
転数の上がり過ぎもしくは下がり過ぎなどの現象を招く
ことなく、無整流子電動機の回転数を目標回転数とする
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面に示された実
施例に基づいてより詳しく説明する。

【００１４】図１には、無整流子電動機１を先に説明し
た従来例と同様に空気調和機の圧縮機駆動用モータとし
た場合の制御装置が示されているが、図７のものと異な
る点は、この制御装置の制御部９の機能である。

【００１５】すなわち、制御部９はマイクロコンピュー
タからなり、本発明において、この制御部９は図７に示
す制御部６が有している機能の他に、無整流子電動機１
の速度変化率と目標回転数に至るまでの基準速度変化率
との差に応じて、無整流子電動機１の電圧変化率を変更
するとともに、その変更された電圧変化率の維持時間
（次回に実行される速度制御時点までの時間）を設定す
る機能を備えている。

【００１６】ここで、この制御部９による無整流子電動
機１の速度制御方法を、図２の速度制御関係を示すグラ
フ図に基づいて詳しく説明する。

【００１７】まず、図示しない例えば室内機側の操作部
もしくはＣＰＵなどにて目標回転数が設定され、モータ
の起動指示が出されると、制御部９は所定の制御信号
（例えばＰＷＭ信号）およびチョッピング信号を出力
し、同無整流子電動機１を回転駆動する。この回転に伴
なって、ロータ位置検出部５による位置検出信号が制御
部９に入力され、この位置検出信号に基づいて無整流子
電動機１の回転数が検出される。

【００１８】制御部９はその検出回転数に基づいて回転
数の上昇速度あるいは下降速度の速度変化率を算出し、
その速度変化率と目標回転数に至るまでの基準速度変化
率とを比較して無整流子電動機１の印加電圧を変化させ
る電圧変化率を変更し、この変更された電圧変化率に応
じて出力チョッピング信号の周期を可変とする。

【００１９】図２に示す所定時間ｔ０〜ｔ１（例えば従
来の一定時間に相当する）間において、同図の矢印ａに
示す電圧が無整流子電動機１に印加されるが、この場
合、軽負荷であって無整流子電動機１の回転数が上がり
過ぎてしまい、図２の矢印ｂに示すように、その回転数
が目標回転数の上昇速度（基準速度変化率）に対してθ
１だけ大きくずれているとすると、その回転数上昇時に
おける速度変化率（図２の矢印ｃに示す）が図２に示す
領域Ｃゾーンに入る。

【００２０】すると、図２の矢印ｄに示すように、時間
ｔ１時点において、無整流子電動機１の印加電圧を変化
させる電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）が所定値だけ下げられ
るとともに、この下げられた電圧変化率が次回に予定さ
れる速度制御時間（時間ｔ１〜ｔ２の間；Ｔａ）の間、
維持される。

【００２１】なお、この印加電圧の電圧変化率は、チョ
ッピング信号の周期を可変することで変えられ、また、
次回の時間ｔ１，ｔ２は実際の回転数の速度変化率がど
のゾーンにあるかによって決められる。

【００２２】このようにして、時間ｔ１で無整流子電動
機１の回転数の上昇速度が抑えられるが、その速度変化
率が目標回転数の基準速度変化率よりθ２分だけずれて
おり、なおも回転数が上がり過ぎであると、その速度変
化率が図２の領域Ｂゾーンに入ることになる。

【００２３】したがって、上記したのと同様に、時間ｔ
２時点で無整流子電動機１の印加電圧の電圧変化率がさ
らに所定値だけ下げられるとともに、この下げられた電
圧変化率が次回に予定される速度制御時間（時間ｔ２〜
ｔ３の間；Ｔｂ（例えばＴｂ＞Ｔａ））の間、維持され
る。

【００２４】これにより、無整流子電動機１の回転数の
上昇速度がさらに抑えられ、その速度変化率の傾きが目
標回転数の基準速度変化率の傾きとほぼ同じ傾きになっ
たとすると、その速度変化率が図２の領域Ａゾーンに入
ることになる。このようにして、速度変化率が領域Ａゾ
ーン内に入り、同領域Ａゾーン内にある限り電圧変化率
がそのまま維持される。

【００２５】このようにして、この実施例によれば、実
際の速度変化率が図２のＣゾーンもしくはＢゾーンに入
っている場合には、回転数の上がり過ぎと判断され、無
整流子電動機１の印加電圧を変化させる電圧変化率（ｄ
Ｖ／ｄｔ）が変えられ、かつ、その電圧変化率で無整流
子電動機１を駆動する時間が設定される。

【００２６】次に、図３ないし図６のフローチャートに
したがって、本発明の速度制御方法をより具体的に説明
する。なお、図３，図４は回転数上昇時の制御フローチ
ャートであり、図５，図６は回転数下降時の制御フロー
チャートである。

【００２７】図３において、まず、所定時点で無整流子
電動機１の回転数ｆ１を検出するとともに（ステップＳ
Ｔ１）、制御部９の内部タイマをスタートさせる（ステ
ップＳＴ２）。このタイマのタイムアップにより（ステ
ップＳＴ３）、再度無整流子電動機１の回転数ｆ２を検
出する（ステップＳＴ４）。

【００２８】そして、これらの回転数ｆ１，ｆ２に基づ
いて無整流子電動機１の回転数上昇時における現速度変
化率（上昇速度：（ｆ２−ｆ１）／ｔ＝Ｖｕ）を算出し
て制御部９の内部メモリ（あるいはレジスタ）に記憶す
る（ステップＳＴ５）。

【００２９】続いて、その現速度変化率（Ｖｕ）が目標
とする回転数の基準速度変化率（基準上昇速度：ＶＴ）
より大きいか否かを判定し（ステップＳＴ６）、現速度
変化率（Ｖｕ）が大きいときにはステップＳＴ７に進
み、（Ｖｕ−ＶＴ）が０以上で、かつ、所定値（Ａゾー
ンの範囲）以下である否かを判定する。

【００３０】すなわち、現速度変化率が図２に示すＡゾ
ーン以外であるかどうかを判定し、同Ａゾーンに入って
いなければステップＳＴ８に進み、無整流子電動機１の
印加電圧を変化させる電圧変化率を所定値だけ下げる。
しかる後、（Ｖｕ−ＶＴ）が所定値（Ａゾーンの範囲）
以上で、かつ、所定値（Ｂゾーンの範囲）を越えている
か否かを判定する（ステップＳＴ９）。

【００３１】図２の時間ｔ０〜ｔ１の間に示すように、
現速度変化率（現回転数の上昇速度）がＣゾーンに入っ
ているときにはステップＳＴ１０に進み、同時間ｔ１か
ら所定時間（Ｔａ）の間、電圧変化率（印加電圧を変化
させる割合）を上記ステップＳＴ８で所定値下げた値に
維持する。

【００３２】また、図２の時間ｔ１〜ｔ２の間に示すよ
うに、現速度変化率がＢゾーンに入っているときにはス
テップＳＴ１１に進み、同時間ｔ２から所定時間（Ｔ
ｂ）の間、電圧変化率を上記ステップＳＴ８で所定値下
げた値に維持する。

【００３３】さらに、図２の時間ｔ２〜ｔ３の間に示す
ように、現速度変化率がＡゾーンに入っているときには
ステップＳＴ７からＳＴ１２に進み、同時間ｔ３から所
定時間（Ｔｃ）の間、電圧変化率を前回のままの値とす
る。

【００３４】一方、ステップＳＴ６において、現速度変
化率（Ｖｕ）が目標回転数の基準速度変化率（ＶＴ）よ
り小さいときにはステップＳＴ１３に進み、（ＶＴ−Ｖ
ｕ）が０以上で、かつ、所定値（Ａゾーンの範囲）以下
である否かを判定する。

【００３５】現速度変化率が図２に示すＡゾーンに入っ
ていなければステップＳＴ１４に進み、無整流子電動機
１の電圧変化率を所定値だけ上げる。しかる後、（ＶＴ
−Ｖｕ）が所定値（Ａゾーンの範囲）以上で、かつ、所
定値（Ｂゾーンの範囲）を越えているか否かを判定する
（ステップＳＴ１５）。

【００３６】現速度変化率がＣゾーンに入っているとき
にはステップＳＴ１６に進み、次回の所定時間（Ｔｄ；
Ｔａに相当）の間、電圧変化率を上記ステップＳＴ１４
で所定値上げた値とする。

【００３７】また、現速度変化率がＢゾーンに入ってい
るときにはステップＳＴ１７に進み、次回の所定時間
（Ｔｅ；Ｔｂに相当）の間、電圧変化率を上記ステップ
ＳＴ１４で所定値上げた値とする。

【００３８】さらに、現速度変化率がＡゾーンに入って
いるときにはステップＳＴ７からＳＴ１２に進み、次回
の所定時間（Ｔｆ；Ｔｃに相当）の間、電圧変化率を前
回のままの値とする。

【００３９】以上が回転数上昇時の制御ルーチンである
が、無整流子電動機１の回転数下降時には、図５および
図６に示すルーチンが適用される。このルーチンについ
ては、回転数の上昇時と同様の処理を行なっているた
め、同一処理については、その説明を省略する。

【００４０】まず、ステップＳＴ２０ないしＳＴ２４に
よって、無整流子電動機１の回転数下降時における現速
度変化率（（ｆ１−ｆ２）／ｔ＝Ｖｄ）を算出して制御
部９の内部メモリ（あるいはレジスタ）に記憶する。

【００４１】続いて、算出した現速度変化率（Ｖｄ）が
目標回転数の基準速度変化率（ＶＴ）より大きいか否か
を判定し（ステップＳＴ２５）、現速度変化率（Ｖｄ）
が大きいときにはステップＳＴ２６に進み、（Ｖｄ−Ｖ
Ｔ）が０以上で、かつ、所定値（Ａゾーンの範囲）以下
である否かを判定する。

【００４２】すなわち、現速度変化率が図２に示すＡゾ
ーン以外に入っているか否かを判定し、同Ａゾーンに入
っていなければステップＳＴ２７に進み、無整流子電動
機１の電圧変化率を所定値だけ下げる。しかる後、（Ｖ
ｄ−ＶＴ）が所定値（Ａゾーンの範囲）以上で、かつ、
所定値（Ｂゾーンの範囲）を越えているか否かを判定す
る（ステップＳＴ２８）。

【００４３】現速度変化率がＣゾーンに入っているとき
にはステップＳＴ２９に進み、次回の所定時間（Ｔｇ；
Ｔａに相当）の間、電圧変化率を上記ステップＳＴ２７
で所定値下げた値とする。

【００４４】また、現速度変化率がＢゾーンに入ってい
るときにはステップＳＴ３０に進み、次回の所定時間
（Ｔｈ；Ｔｂに相当）の間、電圧変化率を上記ステップ
ＳＴ２７で所定値下げた値とする。

【００４５】さらに、現速度変化率がＡゾーンに入って
いるときにはステップＳＴ２６からＳＴ３１に進み、次
回の所定時間（Ｔｉ；Ｔｃに相当）の間、電圧変化率を
前回のままの値とする。

【００４６】一方、ステップＳＴ２５において、現速度
変化率（Ｖｄ）が目標回転数の基準速度変化率（ＶＴ）
より小さいときにはステップＳＴ３２に進み、（ＶＴ−
Ｖｄ）が０以上で、かつ、所定値（Ｂゾーンの範囲）以
下である否かを判定する。

【００４７】その結果、現速度変化率が図２に示すＡゾ
ーンに入っていなければステップＳＴ３３に進み、無整
流子電動機１の電圧変化率を所定値だけ上げる。しかる
後、（ＶＴ−Ｖｄ）が所定値（Ａゾーンの範囲）以上
で、かつ、所定値（Ｂゾーンの範囲）を越えているか否
かを判定する（ステップＳＴ３４）。

【００４８】現速度変化率がＣゾーンに入っているとき
にはステップＳＴ３５に進み、次回の所定時間（Ｔｊ；
Ｔａに相当）の間、電圧変化率を上記ステップＳＴ３３
で所定値上げた値とする。

【００４９】また、現速度変化率がＢゾーンに入ってい
るときにはステップＳＴ３６に進み、次回の所定時間
（Ｔｋ；Ｔｂに相当）の間、電圧変化率を上記ステップ
ＳＴ３３で所定値上げた値とする。

【００５０】さらに、現速度変化率がＡゾーンに入って
いるときにはステップＳＴ３２からＳＴ３７に進み、次
回の所定時間（Ｔｌ；Ｔｃに相当）の間、電圧変化率を
前回のままの値とする。

【００５１】このように、本発明においては、無整流子
電動機１の回転数の上昇時あるいは下降時に、その回転
数の速度変化率を検出し、この速度変化率と目標回転数
の基準速度変化率との差に応じて、同無整流子電動機１
の電圧変化率を変更するとともに、この変更された電圧
変化率で無整流子電動機１を駆動する時間をも可変とし
ている。

【００５２】したがって、例えば無整流子電動機１を空
気調和機の圧縮機のモータに用いた場合、空調負荷が小
さく、現速度変化率が目標回転数の基準速度変化率より
大きくなっているときには、電圧変化率が所定値だけ下
げられることから、同無整流子電動機１の回転数が上が
り過ぎるということがなくなる。

【００５３】反対に、空調負荷が大きく、現速度変化率
が目標回転数の基準速度変化率より小さくなっていると
きには、電圧変化率が所定値だけ上げられることから、
同無整流子電動機１の回転数がなかなか上がらないとい
うことがなくなる。また、回転数の下降時でも、上記上
昇時と同様の効果が得られる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が奏さ
れる。本発明によって制御される無整流子電動機を、例
えば空気調和機の圧縮機駆動用モータに用いた場合、そ
の空調負荷の変動に拘わらず、その回転速度変化率をほ
ぼ一定にして運転することができる。

【００５５】すなわち、本発明によれば、無整流子電動
機の回転数の速度変化率を、目標回転数の速度変化率に
近づけ、好ましくは目標回転数の速度変化率を限界とす
る回転数のぎりぎりに設定することにより、無整流子電
動機の能力を最大限に生かすことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、無整流子電動機の速
度制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線
図。

【図２】本発明の無整流子電動機の速度制御方法を説明
するための速度制御関係を示すグラフ図。

【図３】図１に示す制御装置の動作を説明するフローチ
ャート図。

【図４】図１に示す制御装置の動作を説明するフローチ
ャート図。

【図５】図１に示す制御装置の動作を説明するフローチ
ャート図。

【図６】図１に示す制御装置の動作を説明するフローチ
ャート図。

【図７】従来の無整流子電動機の速度制御方法が適用さ
れる制御装置の概略的ブロック線図。

【符号の説明】

１ 無整流子電動機 ５ ロータ位置検出部 ９ 制御部（マイクロコンピュータ）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/08 H02P 6/20 H02P 6/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無整流子電動機の印加電圧を制御して、
   同無整流子電動機を設定された目標回転数で運転する無
   整流子電動機の速度制御方法において、 上記無整流子電動機の回転数を所定時間間隔で検出して
   その回転数上昇時もしくは回転数下降時の速度変化率を
   算出するとともに、その速度変化率と上記目標回転数に
   至るまでの基準速度変化率とを比較し、その比較結果に
   基づいて上記無整流子電動機の印加電圧を変化させる電
   圧変化率を変更し、かつ、上記変更された電圧変化率の
   維持時間を上記速度変化率の値に応じて設定するにあた
   って、上記速度変化率と上記基準速度変化率との比較時
   に、上記基準速度変化率の値を中心として複数のゾーン
   が設定され、上記速度変化率が該当するゾーンによっ
   て、上記電圧変化率およびその電圧変化率の維持時間が
   選択されるようにしたことを特徴とする無整流子電動機
   の速度制御方法。