JP3407051B2

JP3407051B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP3407051B2
Application number: JP11445897A
Authority: JP
Inventors: 保夫能登原; 幸雄川端; 和雄田原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2003-05-19
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: JPH10295095A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御装置、
特に、ＰＷＭ／ＰＡＭ制御の切り替えによってモータを
速度制御するモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流電源を整流して直流電源に変
換する整流回路にあって、直流電圧を制御する電源回路
とモータ駆動回路を組み合わせ、モータの速度制御を行
うモータ制御装置として、特開昭６１−１０９６８号公
報、特開昭５９−１９８８９７号公報及び特開昭５９−
１８１９７３号公報に記載の方式がある。これらの方式
は、低速時はモータ駆動回路を用いたＰＷＭ（Ｐｕｌｓ
ｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりモ
ータの速度制御を行い、高速時は電源回路の直流電圧制
御を用いてモータの速度制御を行うＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ
ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御に
よりモータの速度制御を行っている。また、ＰＷＭ制御
からＰＡＭ制御に切り替わった場合、モータ駆動回路の
流通率を１００％に変更する方式あるいは切り替わりの
時点の流通率を維持する方式または決まった流通率パタ
ーンに設定する方式がある。このようなＰＷＭ制御とＰ
ＡＭ制御の切替は、モータの速度や速度指令（周波数や
周波数指令）もしくはモータへの印加電圧などモータの
速度に関係する値の設定値で行われている。また、ＰＷ
Ｍ制御とＰＡＭ制御の切替時に直流電圧を急変させた
り、モータ駆動回路のチョッパパターンの方式を変更す
る方法が特開昭５８-８６８７１号公報及び特開昭５８-
１２５７７号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方式では、い
ずれもＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の切替点（設定値）が予
め決められているため、設定した条件以外のモータ負荷
や電源条件では切替時にモータの速度が急変するなどの
ショックが発生する。さらに、切替後に切替前の流通率
もしくは直流電圧の状態を維持する方式では、常に効率
のよい動作点での制御ができない。また、負荷条件によ
っては設定値まで切替条件値が達しきれず、そのため制
御方式が変更されず、モータの速度制御自体が不可能に
なることが予想される。特に、インバータエアコンなど
の一般機器は、負荷範囲が広く、電源変動幅も大きいた
め、これらの機器には上記従来方式の適用が難しい。

【０００４】本発明の課題は、ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御
の切替時のモータ速度急変などの切替シッョクを防止す
ると共に、その切替時の速度制御を安定化させ、常に最
大効率の運転が可能なモータ制御装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、インバータの通流率に基づいてモータの速度制御を
行うＰＷＭ制御及びチョッパ回路の出力する直流電圧に
基づいてモータの速度制御を行うＰＡＭ制御の２つの速
度制御系を有し、制御状態によって２つの速度制御系を
切り替える速度制御手段を具備し、モータ速度または指
令速度もしくはモータ印加電圧またはインバータの通流
率を含むモータの速度に関係して変化する値の少なくと
も１つの値を前記２つの速度制御系の切替条件として用
いると共に、現行のＰＷＭ制御系またはＰＡＭ制御系に
よるモータの速度制御が不可能となった時点から予め設
定した所定時間の経過後に強制的にＰＡＭ制御系または
ＰＷＭ制御系に切り替える。また、現行のＰＷＭ制御系
またはＰＡＭ制御系によるモータの速度制御として、モ
ータの実速度が指令速度に予め設定した所定時間以内に
到達できなかったとき、強制的にＰＡＭ制御系またはＰ
ＷＭ制御系に切り替える。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモ
ータ制御装置の全体構成図である。本モータ制御装置
は、交流電源１を直流に変換する整流回路と、スイッチ
ング素子のスイッチング動作とインダクタンスによるエ
ネルギー蓄積効果を利用して直流電圧の増減を行うチョ
ッパ回路及び平滑回路を用い、直流電圧の大きさを制御
するコンバータ回路２と、直流電圧を希望する電圧の交
流電源に変換するインバータ回路３と、速度指令に応じ
てブラシレス直流モータ４の速度制御を行うモータ制御
手段８と、ブラシレス直流モータ４の磁極位置を検出す
る位置検出回路９と、モータ制御手段８からの補正直流
電圧信号及びコンバータＯＮ／ＯＦＦ信号に従い、コン
バータ回路２を制御するコンバータ制御回路６と、モー
タ制御手段８からのＰＷＭ信号及びドライブ信号により
インバータ回路３を駆動するドライバ５と、交流電源１
から入力される電源電流を検出し、モータ制御手段８に
伝える電流検出回路７から構成する。

【０００７】ここで、図３に、モータ制御手段８のモー
タ制御処理に関するフローチャートを示す。モータの制
御処理は大きく分けると、ある制御周期で繰り返し行わ
れるメイン処理と割込により行われる割込処理に分か
れ、周期的に行われる処理としては、速度演算、コンバ
ータ動作判定、速度制御及び停止処理があり、割込処理
としては、ドライブ信号作成、直流電圧補正演算処理が
ある。メイン処理は、周期的に動作する処理であり、マ
イコン起動時に行われる初期設定及びモータを起動する
初期設定処理、モータ４が駆動後にモータの速度を演算
する速度演算処理、コンバータを入力電流の大きさや、
モータ駆動中かなどからコンバータを動作させるかを判
定するコンバータ動作判定処理、モータの速度制御及び
制御系を判定する速度制御処理、モータを停止させる停
止処理からなる。また、割込処理は、リアルタイムで行
わなくてはいけない処理に用いられる。ドライブ信号作
成処理は、モータ４のロータ位置を検出後すぐに、次の
ドライブ信号（インバータのトランジスタ動作信号）出
力パターンを演算し、出力する。直流電圧演算処理は、
メイン処理より早い周期で直流電圧値を検出し、検出値
を直流電圧指令値で補正演算を行い、演算結果を出力す
る。

【０００８】図３は、モータ制御手段８の内部構成を示
す。モータ制御手段８は、外部からの速度指令と位置検
出回路９の位置検出信号から算出した速度信号からブラ
シレス直流モータ４の速度制御を行う。ここで、モータ
制御手段８は、マイクロコンピュータ（マイコン）を用
いており、モータ制御手段８内の動作はすべてソフトウ
エア処理で実現される。位置検出回路９により検出され
た位置検出信号は、ドライブ信号作成部８３及び速度演
算部８４に入力され、ドライブ信号作成部８３では位置
検出信号に従いドライブ信号を出力する。速度演算部８
４は位置検出信号からブラシレス直流モータ４の速度を
算出するとともにモータが停止している場合、モータ停
止信号を発生する。コンバータ動作判定部８２は、電流
検出回路７からの入力電流値に従い、入力電流値が設定
値以上の場合にのみ、動作許可信号を出力する。直流電
圧補正演算部８１は、直流電圧値と直流電圧指令値を入
力し、補正直流電圧を算出する。ここで、補正直流電圧
値Ｅｄ’は直流電圧値Ｅｄと直流電圧指令値Ｅｄ*が一
致したときにある値（直流電圧固定指令値Ｖｒ）を出力
するような演算を行い、具体的には（式１）の演算を行
う。Ｅｄ’＝（Ｅｄ／Ｅｄ*）×Ｖｒ（１）ここで、（式１）に示す直流電圧補正演算を行うのは、
コンバータ制御回路６が直流電圧制御回路（図示せず）
を有しており、この直流電圧制御回路の直流電圧指令値
が固定値（直流電圧固定指令値Ｖｒ）になっており、直
流電圧検出回路（図示せず）の検出ゲインを変更するこ
とにより、直流電圧制御を行う構成となっているためで
ある。なお、直流電圧制御回路が直流電圧指令値を入力
できるような構成になっていれば、前記のような直流電
圧補正演算を行う必要がない。また、コンバータ制御回
路６に直流電圧制御回路がなければ、直流電圧補正演算
部８１の代わりに直流電圧制御部を設ければよい。速度
制御手段８０は、速度指令信号と速度信号との偏差を求
め、速度偏差に従いインバータ回路３へのＰＷＭ信号及
びコンバータ回路２への直流電圧指令値を算出する。ま
た、モータ停止信号及び速度信号により、ブラシレス直
流モータ４の速度制御をインバータによるＰＷＭ制御で
行うか、コンバータによるＰＡＭ制御で行うかを判定す
る。この判定はＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部８０２が行
う。直流電圧制御演算手段８０１は、速度偏差、ＰＷＭ
／ＰＡＭ制御判定部８０２からの制御状態信号、モータ
停止信号及び動作許可信号に従い直流電圧指令を演算す
るとともに、コンバータ動作フラグ及びコンバータＯＮ
／ＯＦＦ信号を出力する。ここで、直流電圧指令は制御
状態信号がＰＷＭ制御の場合は最低値となり、ＰＡＭ制
御の場合は速度偏差に応じた直流電圧指令値となる。言
い換えれば、速度偏差に従い直流電圧を増減する。ま
た、コンバータＯＮ／ＯＦＦ信号はモータ停止信号がモ
ータ動作中を示し、かつ、動作許可信号がコンバータ動
作の許可を示した場合にコンバータＯＮとなり、コンバ
ータ制御回路６にコンバータＯＮ信号を出力する。上記
により、コンバータ回路２は動作を開始し、直流電圧を
直流電圧指令値に制御する。ＰＷＭデューティ演算部８
０３は、速度偏差及びＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部８０２
からの制御状態信号に従いＰＷＭ信号を出力する。ここ
で、ＰＷＭ信号は制御状態信号がＰＷＭ制御の場合、速
度偏差に応じた直流率となる。また、制御状態信号がＰ
ＡＭ制御の場合、１００％の通流率が出力される。な
お、モータ停止信号がモータ停止を示すと、０％の通流
率が出力する。言い換えれば、モータへの通電を禁止す
る。

【０００９】次に、本実施形態の速度制御手段８０によ
る制御状態の切替時の詳細動作について説明する。ま
ず、図４に、モータの回転数を横軸に、直流電圧、モー
タへの印加電圧及びインバータの通流率を縦軸にとった
ときの関係図を示す。図４（ａ）はＰＷＭ制御からＰＡ
Ｍ制御への切替時の説明図であり、図４（ｂ）はＰＡＭ
制御からＰＷＭ制御への切替時の説明図である。なお、
制御系の切替条件は実回転数が切替設定回転数Ｎ１に到
達した時点とした。ここで、この切替条件は、実回転数
に限らず、モータ印加電圧やインバータの通流率、指令
回転数などモータの速度制御に関係する値であればよ
い。図４（ａ）に示すＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へ切り
替える場合について説明する。回転数指令値は切替設定
回転数Ｎ１より十分大きな値とすると、モータは起動後
加速を行う。モータ回転数がＮ１以下では、図３に示す
速度偏差はＰＷＭデューティ演算部８０３に入力され、
直流電圧制御演算手段８０１は直流電圧指令値を最低値
である１５０Ｖに設定し、出力する。インバータの通流
率は徐々に上昇し、モータの回転数を上昇させる。次
に、モータ回転数がＮ１に到達すると、ＰＷＭ／ＰＡＭ
制御判定部８０２は制御状態信号を切り替え、ＰＡＭ制
御とする。これにより図３に示す速度偏差は直流電圧制
御演算手段８０１に入力され、直流電圧を上昇させてい
く。このとき、ＰＷＭデューティ演算部８０３から出力
されていた通流率は予め設定されている上昇レートに従
って１００％まで機械的に増加される。１００％に到達
後は１００％を維持する。ここで、通流率が増加してい
る間は直流電圧制御演算手段８０１においてモータの速
度制御を行っているため、直流電圧指令値の増加量は通
常より抑えられ、直流電圧の傾きが緩やかになる。言い
換えれば、モータの回転数の増加量が一定になるよう
に、直流電圧が通流率の増加に従って変化する。通流率
が１００％に到達した回転数をＮ２とすると、Ｎ２以上
は直流電圧の上昇のみとなる。言い換えれば、通常のＰ
ＡＭ制御となる。ここで、回転数Ｎ１とＮ２の領域は切
替移行領域である。

【００１０】次に、図４（ｂ）に示すＰＡＭ制御からＰ
ＷＭ制御へ切り替える場合について説明する。回転数指
令値は切替設定回転数より十分小さい値とし、切替設定
回転数は図４（ａ）と同様にＮ１とする。モータ回転数
がＮ１より大きい場合、図３に示す速度偏差は直流電圧
制御演算手段８０１に入力され、ＰＷＭデューティ演算
部８０３は通流率１００％を出力している。直流電圧は
徐々に低下し、モータの回転数を落としていく。次に、
回転数がＮ１に到達すると、ＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部
８０２は制御状態信号を切り替え、ＰＷＭ制御とする。
これにより図３に示す速度偏差はＰＷＭデューティ演算
部８０３に入力され、通流率を降下させていく。このと
き、直流電圧制御演算手段８０１から出力されていた直
流電圧指令値は予め設定されている降下レートに従って
直流電圧最低値まで機械的に減少される。直流電圧最低
値に到達後は直流電圧最低値を維持する。ここで、直流
電圧指令値が減少している間はＰＷＭデューティ演算部
８０３においてモータの速度制御を行っているため、通
流率の減少量は通常より抑えられ、流通率の傾きが緩や
かになる。言い換えれば、モータの回転数の減少量が一
定になるように、通流率が直流電圧の減少に従って変化
する。直流電圧指令値が直流電圧最低値に到達した回転
数をＮ０とすると、Ｎ０以下は通流率の降下のみとな
る。言い換えれば、通常のＰＷＭ制御となる。ここで、
回転数Ｎ１とＮ０の領域は切替移行領域である。

【００１１】以上の説明のように、本実施形態では、Ｐ
ＷＭ制御とＰＡＭ制御の切替時に直流電圧や通流率を最
小値や最大値に徐々に変更していくことにより、切替設
定回転数が固定値でも切替時のモータ回転数の急変を防
止できる。さらに、ＰＷＭ制御の場合、直流電圧を最低
値で動作でき、ＰＡＭ制御の場合、通流率を最大値で動
作できるため、運転時の効率を常に最大値に保つことが
できる。

【００１２】ここで、通流率と直流電圧値の設定値を１
００％及び１５０Ｖで説明したが、これは使用するシス
テムの条件により任意に設定してよいものである。ま
た、本実施形態は、昇圧チョッパ回路を用いたコンバー
タ回路であるが、降圧形や昇降圧形でも同様の動作が可
能である。

【００１３】次に、本実施形態による速度制御手段８０
のＰＷＭ／ＰＡＭ制御の切替動作を図５に示すフローチ
ャートを用いて説明する。図５に示す処理は、図１に示
すモータ制御手段８内で行われているモータ制御処理の
１部であり、図２に示すメイン処理の１部である。図５
のＰＷＭ／ＰＡＭ切替処理において、まず、処理（あ）
では、モータが停止中かを、図３に示す速度演算部８４
からのモータ停止信号により判断する。モータが停止中
の場合、（つ）において図３の直流電圧制御演算手段８
０１がコンバータを停止させる。さらに、（て）におい
て直流電圧制御演算手段８０１は直流電圧指令値を最低
値の１５０Ｖに設定し、ＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部８０
２は制御状態信号をＰＷＭ制御とする。その後、本処理
を抜け、メイン処理に戻る。モータ回転中は、（い）に
おいてコンバータが動作中かをコンバータ動作判定部８
２からの動作許可信号により判定する。この時、コンバ
ータが停止中の場合は前記と同様に（て）に進む。コン
バータが動作中の場合、（う）において現在の制御状態
を制御状態信号により確認し、ＰＷＭ制御の場合（え）
へ、ＰＡＭ制御の場合（さ）に進む。ＰＷＭ制御中の場
合、（え）において現在制御系の切替移行中かを切替フ
ラグにより判定する。本フラグは切替移行中の場合
「Ｈ」を示す。切替フラグが「Ｈ」の場合（せ）へ、切
替フラグが「Ｌ」の場合（お）へ進む。通常は切替フラ
グは「Ｌ」のため（お）に進み、回転数が切替設定回転
数Ｎ１に達したかを判定し、切替設定回転数Ｎ１以上の
場合（か）へ移行し、制御状態を変更する。切替設定回
転数Ｎ１未満の場合は制御状態を変更する必要がないた
め（と）へ進み、メイン処理に戻る。（か）では制御系
をＰＡＭ制御に設定し、制御状態を変更する。この時、
ＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部８０２から出力される制御状
態信号がＰＡＭ制御状態に変化する。この信号により直
流電圧制御演算手段８０１は、速度偏差信号により直流
電圧指令値を変更し、モータ４の速度制御を行う。次に
（き）に進み、ＰＷＭデューティ演算部８０３において
現在のＰＷＭデューティ値を検出し、デューティ値が１
００％になっているかを判定する。もし、デューティ値
が１００％未満の場合は（く）に進み、切替フラグを
「Ｈ」に設定し、現在のデューティ値を１％増加させ
る。その後（と）でメイン処理に戻る。ここで、処理
（き）〜（け）は制御処理の周期で繰り返し行われるた
め、デューティ値は制御周期毎に１％づつ増加し、１０
０％になったところで（こ）に移行し、切替フラグをク
リアし、（と）においてメイン処理に戻る。一方、処理
（う）において制御状態がＰＡＭ制御の場合、（さ）に
進み、前記（え）同様に切替フラグを判定し、切替移行
中の場合は（き）へ、通常の場合は（し）へ進む。
（し）では、現在の回転数が切替設定回転数Ｎ１より下
になったかを判定し、回転数が切替設定回転数Ｎ１未満
の場合は（す）へ、切替設定回転数Ｎ１以上の場合は
（と）へ進む。（す）に進んだ場合は、制御状態をＰＡ
Ｍ制御からＰＷＭ制御に変更する。この時、制御状態信
号はＰＷＭ制御に変更され、ＰＷＭデューティ演算部８
０３は速度偏差信号に基づいてＰＷＭデューティを変更
し、モータ４の速度制御を行う。次に、（せ）において
現在の直流電圧値が１５０Ｖ以下かを判定し、１５０Ｖ
以下の場合は、切替移行期間を終了するため、（ち）へ
進み、切替フラグをクリアする。直流電圧が１５０Ｖ以
上の場合は（そ）に進み、切替移行期間中であることを
示す切替フラグを「Ｈ」にセットし、（た）において直
流電圧指令値を１Ｖ減少させる。処理（せ）〜（た）の
動作は直流電圧制御演算手段８０１で行われる。上記処
理も制御周期毎に繰り返されるため、直流電圧は１５０
Ｖまで減少し、１５０Ｖになると、その値を維持する。
なお、上記処理（せ）において直流電圧を使用している
が、直流電圧指令値を使用しても同様な動作は可能であ
る。

【００１４】次に、切替設定回転数を２つ設け、ＰＷＭ
制御からＰＡＭ制御に切り替わるときと、ＰＡＭ制御か
らＰＷＭ制御に切り替わるときで異なる切替設定回転数
を用いる場合の切替動作（ヒステリシスを設けた切替動
作）について説明する。図６に、図４と同様のモータ回
転数に対する直流電圧、モータ印加電圧及ぶ通流率の関
係図を示す。ここで、Ｎ１はＰＷＭ制御からＰＡＭ制御
に切り替えるための切替設定回転数１、Ｎ３はＰＡＭ制
御からＰＷＭ制御に切り替えるための切替設定回転数２
である。Ｎ１とＮ３の回転数の差は頻繁に制御系の切替
が行われない程度の差があればよい。また、回転数Ｎ１
とＮ３の領域は切替移行領域である。図４と同様、Ｎ１
以下の回転数では、直流電圧を１５０Ｖに制御し、ＰＷ
Ｍ制御でインバータの通流率を増減し、モータの速度制
御を行う。回転数がＮ１を越え、増加すると、制御系が
ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御に切り替わる。このときの各
動作は図４で説明した動作と同様であるので、説明を省
略する。Ｎ３以上の回転数では、インバータの通流率を
１００％に維持し、ＰＡＭ制御で直流電圧を制御し、モ
ータの速度制御を行う。モータが減速し、回転数がＮ３
を越えると、制御系がＰＡＭ制御からＰＷＭ制御に切り
替わり、インバータの通流率でモータの速度制御が行わ
れる。このとき、直流電圧はＮ３を越えたときの電圧値
から直流電圧の最低設定値である１５０Ｖに向けて徐々
に機械的に降下していく。直流電圧が１５０Ｖに達した
時点からは、直流電圧は１５０Ｖに維持され、インバー
タの通流率の変更のみでモータの速度制御が行われる。
図６では、図の作成上Ｎ１、Ｎ３で直流電圧や通流率が
一定値に到達しているが、実際の場合は負荷の状態や電
源電圧の変動があるため、図６のように一致することは
少ない。以上のように、切替設定回転数を２つ設定し、
ヒステリシス特性とすることにより、切替設定回転数の
付近において制御系の切り替わり動作が抑制され、安定
したモータの速度制御が得られる。

【００１５】ここで、図６に示すヒステリシスを設けた
切替動作におけるフローチャートは、図５に示す処理
（し）の切替設定回転数をＮ３に変更することにより、
可能である。

【００１６】図７は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態は、図３に示す速度制御手段８０の内部に制御
状態強制変更手段８０４を追加したことに特徴がある。
これまではモータの回転数が切替設定回転数に達し、切
替動作が可能な場合について説明したが、モータの動作
状況では回転数が切替設定回転数に到達しない場合があ
る。制御状態強制変更手段８０４は、モータ４の回転数
が切替設定回転数に到達しなくても、ＰＷＭデューティ
及び直流電圧の値により、ＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部８
０２に強制的に制御状態切替信号を出力し、制御状態を
変更するものである。

【００１７】本実施形態の速度制御手段８０による制御
状態の切替時の詳細動作について説明する。まず、図８
は高負荷時の加速動作、図９は軽負荷時の減速動作にお
ける説明図であり、横軸に時間をとり、縦軸に直流電
圧、モータ回転数及びインバータの通流率を示す。図８
は、ｔ０でモータが起動し、９０００ｍｉｎ~¹まで加速
する場合、図９は、ｔ０で指令回転数が変更され、モー
タが９０００ｍｉｎ~¹から３０００ｍｉｎ~¹に減速する
場合である。図８の場合、ｔ０からｔ２までがＰＷＭ制
御領域、ｔ２以降がＰＡＭ制御領域であり、図９の場
合、ｔ０からｔ２までがＰＡＭ制御領域、ｔ２以降がＰ
ＷＭ制御領域である。また、ｔ１からｔ２の間が判定期
間である。ここで、負荷が重い場合、通流率が１００％
になっても実回転数が切替設定回転数に到達しない場合
が生じる。また、負荷が軽い場合、直流電圧値が最低直
流電圧設定値になっても実回転数が切替設定回転数に到
達しない場合が生じる。このような場合、図４及び図５
で述べた切替方法では制御系の切替ができないため、こ
れ以降の回転数制御が不可能となる。そこで、新たな切
替判定方法が必要である。新たな切替判定方法の一つ
は、速度偏差（指令回転数・実回転数）があるにも関わ
らず、実回転数が変化しなくなった場合にその時間を計
測し、計測時間が予め設定された時間を越えたとき、強
制的に制御系を切り替える方法である。図８及び図９で
は、ｔ１からｔ２の間が上記の状態であり、判定期間で
ある。図８の場合、ｔ１において通流率が１００％にな
るため、実回転数が指令回転数に達してないにも関わら
ず、これ以上モータの回転数は上昇しない。また、図９
の場合、ｔ１において直流電圧が直流電圧最低設定値に
なるため、実回転数が指令回転数に達してないにも関わ
らず、これ以上モータの回転数は降下しない。上記の場
合、この状態を判定し、この状態が続く時間を計測し、
計測時間が設定時間に達したとき、強制的に制御系を切
り替える。この時間がｔ２である。それ以後は通常の制
御系で速度制御を行い、指令回転数に一致させる。ｔ２
の時点で制御系が切り替わるが、通流率や直流電圧値は
すでに最大値もしくは最低値に達しているので、通流率
や直流電圧の変化はなく、図４及び図５で説明した切替
以降領域での動作はない。ここで、切替判定に要する時
間、言い換えれば、予め設定する計測時間はＰＷＭ制御
時やＰＡＭ制御時の加減速レートより長い時間に設定す
ればよい。また、上記例ではモータの回転数が変化しな
いと述べたが、実際の装置ではトルク脈動や電源脈動が
あるため、多少回転脈動が発生する。実際の装置では回
転脈動を無視するように設定すれば、問題ない。また、
本実施形態では実回転数の変化がない時間を計測してい
るが、これは通流率が１００％を維持している時間や速
度偏差の大きさが一定な時間あるいは直流電圧値が最低
値を維持している時間など、現在の速度制御系ではモー
タの速度制御ができなくなったことを示す関係値であれ
ば、どのような値を使用してもよい。

【００１８】次に、本実施形態による速度制御手段８０
のＰＷＭ／ＰＡＭ制御の切替動作を図１０及び図１１に
示すフローチャートを用いて説明する。図１０は、前述
した図５とほぼ同じであり、異なるところは処理（お）
及び（し）の後に追加された処理部分のみである。図５
では（お）もしくは（し）から直接（と）に行っていた
処理の間に、図１１に示す処理を追加したものである。
故に、図１０に示した処理は図５で説明した内容と同様
であるので、説明は省略する。図１１のみ説明する。図
１１の処理は、図８もしくは図９に示した判定期間内
（ｔ１〜ｔ２）で行われる処理である。言い換えれば、
回転数が切替設定回転数に達しない状態で、ＰＷＭデュ
ーティが１００％になってしまった場合（ＰＷＭ制御状
態の場合）もしくは直流電圧が１５０Ｖ以下になってし
まった場合（ＰＡＭ制御状態の場合）に、制御状態を強
制的に切り替える処理である。図１０の処理（お）にお
いて、回転数が切替設定回転数未満の場合、図１１の
（な）に進む。ここでは、ＰＷＭ制御状態であり、図８
に示すｔ１からｔ２の間の状態であり、ＰＷＭデューテ
ィが１００％になっている状態である。処理（な）で
は、現状のデューティが１００％かを判定し、１００％
未満であれば、図５と同様に（と）に進みメイン処理に
移行する。１００％の場合は、（に）に進み現在の回転
数と指令回転数の差を判定する。現状の回転数が指令回
転数以上の場合は、前記同様に（と）に進み、メイン処
理に移行するが、現状の回転数が指令回転数に達してい
ない場合には、図１０に示す処理（か）に進み、強制的
にＰＡＭ制御に切り替える。その後の動作は、図５で説
明したのと同様の動作を繰り返す。反対に、図１０の処
理（し）において、回転数が切替設定回転数以上の場
合、図１１の（は）に進む。ここでは、ＰＡＭ制御状態
であり、図９に示すｔ１からｔ２の間の状態であり、直
流電圧が１５０Ｖになっている状態である。処理（は）
では、現状の直流電圧が１５０Ｖかを判定し、１５０Ｖ
以上であれば、図５と同様に（と）に進みメイン処理に
移行する。１５０Ｖ以下の場合は、（ひ）に進み現在の
回転数と指令回転数の差を判定する。現状の回転数が指
令回転数以下の場合は、前記同様に（と）に進みメイン
処理に移行するが、現状の回転数が指令回転数以上場合
には、図１０に示す処理（す）に進み、強制的にＰＷＭ
制御に切り替える。その後の動作は、図５で説明したの
と同様の動作を繰り返す。以上の処理は、図７に示す制
御状態強制変更手段８０４で行われる。上記処理により
高負荷時や軽負荷時などで回転数が切替設定回転数に到
達しなくても、確実に制御状態を変更でき、制御不能に
陥ることがなくなる。

【００１９】図１２は、図１１に示した処理に時間のフ
ァクタをもたせた処理である。言い換えれば、図１１に
示した制御系の切替条件をカウンタでカウントし連続１
０回続いた場合に制御系を変更するものである。上記動
作により、制御状態の変更は多少遅れるが、確実に切替
条件に達していることを確認できる。この場合、図７に
示す制御状態強制変更手段８０４内にはカウンタ機能を
持たせる必要がある。図１２に示す処理（な）（に）
（は）（ひ）は図１１同様である。また、処理（ぬ）
（ね）（の）（む）と処理（ふ）（へ）（ほ）（め）は
最終的な飛び先が異なるだけで処理の内容は同じである
ので、処理（ぬ）（ね）（の）（む）についてのみ説明
する。処理（ぬ）はカウンタの値を監視しており、カウ
ンタが１０になったら、（の）に進ませる処理である。
カウンタが１０未満の場合は、処理（ね）に進み、
（ね）においてカウンタを１つカウントアップする。カ
ウントアップ後に図１０の（と）に進み、メイン処理に
戻る。処理（の）ではカウンタをクリアし、制御系の切
替処理に進む。ここでは、図１０の処理（か）に進み、
ＰＡＭ制御に変更する。処理（む）は処理（の）と同様
にカウンタをクリアし、図１０の（と）に進み、メイン
処理に戻る。なお、処理（に）及び（ひ）において、回
転数と指令回転数を比較しているが、速度偏差信号を検
出し、速度偏差信号が正か負かで判断しても差し支えな
い。

【００２０】図１３は、本発明の他の実施形態を示す。
本実施形態は、図３に示した速度制御手段８０の内部に
切替移行期間中止手段８０５を備えることに特徴があ
り、図４に示した切替移行領域の期間に回転数指令値と
実回転数が一致し、これ以上回転数が変化しなくなった
場合、切替移行の期間を中止するものである。

【００２１】本実施形態の速度制御手段８０による制御
状態の切替時の詳細動作について説明する。まず、図１
４は図４に示した切替移行領域の期間に回転数指令値と
実回転数が一致し、これ以上回転数が変化しなくなった
場合の切替動作における説明図であり、横軸に時間をと
り、縦軸に直流電圧、モータ回転数及びインバータの通
流率を示す。図１４において、増速時、言い換えれば、
ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御に切り替わる時の動作につい
て説明する。ｔ０からｔ１の間は、ＰＷＭ制御により回
転数が指令回転数通りに制御されている。ｔ１で指令回
転数が変更され、Ｎ*１になると、それに向けて通流率
が増加し、回転数を上昇させる。ｔ２で回転数が切替設
定回転数を超えると、図４と同様に、速度制御系がＰＷ
Ｍ制御からＰＡＭ制御に切り替えられる。この時、通流
率はｔ２での通流率から１００％通流率に向けて機械的
に徐々に増加して行く。しかし、ｔ３で通流率が１００
％になる前に実回転数が指令回転数に一致してしまう。
図４の場合、通流率が機械的に１００％まで増加して行
くため、実回転数が指令回転数よりオーバーしてしま
う。また、実回転数がオーバーすることから、直流電圧
を下げることも考えられるが、直流電圧の最低値にも限
界があるため、最悪の場合、指令回転数通りに制御でき
なくなる可能性もある。そこで、実回転数が指令回転数
に一致した時点で切替前の操作量の増減を停止させる。
ｔ３では通流率の増加を停止させ、その後は直流電圧の
変更のみでモータの速度制御を行う。通流率はｔ３時点
の値を維持する。次に、減速時、言い換えれば、ＰＡＭ
制御からＰＷＭ制御に切り替わる時の動作について説明
する。ｔ４で指令回転数がＮ*２に変化すると、直流電
圧を低下させていく。ｔ５で実回転数が切替設定回転数
を超えると、前記同様ＰＡＭ制御からＰＷＭ制御に切り
替わり、直流電圧は図４と同様に機械的に降下して行
く。ここでも、ｔ６で直流電圧が直流電圧最低値に到達
する前に、実回転数が指令回転数に一致すると、前記同
様直流電圧の低下を停止し、その後はこの値を維持す
る。以上の動作により、ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の切替
値付近での速度制御を安定化させることができる。

【００２２】次に、本実施形態による速度制御手段８０
のＰＷＭ／ＰＡＭ制御の切替動作を図１５に示すフロー
チャートを用いて説明する。図１５は、図５に示した処
理とほぼ同じであり、異なるところは処理（ま）及び
（み）のみである。それ以外の処理は図５と同様の動作
を行う。図１５に示す処理は、制御状態を変更し、制御
状態移行期間中（図１４のｔ２〜ｔ３もしくはｔ５〜ｔ
６）に実回転数が指令回転数に一致した場合に、制御状
態移行期間を終了するものである。そのために、図１５
の処理（か）と（き）の間に処理（ま）、処理（す）と
（せ）の間に処理（み）を挿入する。処理（ま）は、実
回転数と指令回転数の比較を行い、実回転数が指令回転
数に到達したら、切替移行期間を終了するため、処理
（こ）に進める。ここで、実回転数が指令回転数に到達
していなければ、処理（き）に進み、切替移行期間を維
持する。処理（み）も同様の動作を行うものであるの
で、説明は省略する。このように、本実施形態では、制
御系の切替移行期間中でも実回転数が指令回転数に到達
すれば、切替移行期間を中止でき、状況に応じたモータ
制御が可能になる。

【００２３】次に、図１６に、本発明をエアコンの圧縮
機制御に適用したエアコン制御回路の構成図を示す。本
エアコン制御回路は、図１に示したモータ制御装置のモ
ータ４をエアコンの室外機内にある圧縮機１０に直結
し、室外機内部にある温度制御手段１１からの速度指令
信号に従って圧縮機１０の回転数制御を行う構成であ
る。温度制御手段１１は、リモコンなどからの温度指令
と、室内温度センサ１２からの室温から温度偏差を演算
し、比例積分制御により速度指令信号を算出する。この
速度指令信号は室内機から室外機に伝送され、室外機内
部にあるモータ制御手段８に伝えられる。モータ制御手
段８は室内機から送られた速度指令信号に従ってモータ
４の速度制御を行う。上記動作により、圧縮機が駆動さ
れ、温度指令にあった室温に制御が行われる。このよう
に、本発明の実施形態の回路構成をそのまま空調機の圧
縮機駆動用モータの制御に適用し、温度指令値と室温か
ら圧縮機駆動用モータの回転数指令値を演算すれば、広
範囲に制御可能な高能力空調機の実現が可能である。

【００２４】以上、本発明の実施形態として、ブラシレ
ス直流モータの１２０度通電形台形波制御を用いた場合
について説明したが、１８０度通電形の正弦波制御や交
流電動機の制御でも同様な動作が可能である。この場
合、チョッパ信号は予め決められたチョッパパターンに
徐々に近づけて行けばよい。また、本発明の実施形態で
は、交流電源を整流回路及び平滑回路を使用して直流電
源を作成しているが、直流電源が直接使用できるシステ
ム、例えば電気自動車や太陽電池を使用したシステムな
どで適用した場合は、上記整流回路や平滑回路は不要で
あり、直流電源に直接昇圧チョッパ回路を接続して実施
可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の切替時に直流電圧や通流率を
最小値や最大値に徐々に変更していくことにより、切替
時のモータ回転数の急変を防止できる。また、ＰＷＭ制
御の場合、直流電圧を最低値で運転し、ＰＡＭ制御の場
合、通流率を最大値で運転するため、各速度制御系で最
大効率の運転が可能となる。さらに、切替設定条件にヒ
ステリシス特性をもたせることにより、速度制御系の切
替点付近における切替時の変動が抑制され、安定したモ
ータの速度制御を得ることができる。また、制御状態強
制変更処理により、高負荷時や軽負荷時などで回転数が
切替設定回転数に到達しなくても、確実に制御状態を変
更でき、制御不能に陥ることを防止することができる。
また、ＰＷＭ制御またはＰＡＭ制御による速度制御系の
切替移行期間中にモータの実回転数が指令回転数に到達
すれば、切替移行期間を中止するので、状況に応じたモ
ータ制御が可能になり、速度制御系の切替値付近におけ
る速度制御を安定化させることができる。また、本発明
を空調機の圧縮機駆動用モータの制御に適用することに
より、広範囲に制御可能な高能力空調機を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構
成図

【図２】本発明の一実施形態に係るモータ制御処理図

【図３】本発明の一実施形態に係るモータ制御手段の構
成図

【図４】本発明の一実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ制御
切替動作説明図

【図５】本発明の一実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ制御
切替処理図

【図６】本発明の一実施形態に係るヒステリシスを設け
た切替動作説明図

【図７】本発明の他の実施形態に係るモータ制御手段の
構成図

【図８】本発明の他の実施形態に係る高負荷時の切替動
作説明図

【図９】本発明の他の実施形態に係る軽負荷時の切替動
作説明図

【図１０】本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ
制御切替処理図

【図１１】本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ
制御切替処理図

【図１２】本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ
制御切替処理図

【図１３】本発明の他の実施形態に係るモータ制御手段
の構成図

【図１４】本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ
制御切替動作説明図

【図１５】本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ／ＰＡＭ
制御切替処理図

【図１６】本発明をエアコン制御に適用した場合の構成
図

【符号の説明】

１…交流電源、２…コンバータ回路、３…インバータ回
路、４…モータ、５…ドライバ、６…コンバータ制御回
路、７…電流検出回路、８…モータ制御手段、９…位置
検出回路、１０…圧縮機、１１…温度制御手段、１２…
温度センサ、８０…速度制御手段、８１…直流電圧補正
演算部、８２…コンバータ動作判定部、８３…ドライブ
信号作成部、８４…速度演算部、８０１…直流電圧制御
演算手段、８０２…ＰＷＭ／ＰＡＭ制御判定部、８０３
…ＰＷＭデューティ演算部、８０４…制御状態強制変更
手段、８０５…切替移行期間中止手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−105563（ＪＰ，Ａ) 特開平２−151270（ＪＰ，Ａ) 特開平４−313651（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／013318（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 6/00 - 6/24 H02P 5/00 H02P 7/00 - 7/01 H02M 7/00 - 7/98

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源を直流に変換する整流回路及び
平滑回路と、直流電圧を増減するチョッパ回路からなる
コンバータと、前記コンバータの出力を交流に変換する
インバータと、前記インバータの出力により駆動される
モータと、前記インバータを用いて前記モータの速度制
御を行うＰＷＭ制御と前記チョッパ回路を制御する直流
電圧制御手段を用いて前記モータの速度制御を行うＰＡ
Ｍ制御の２つの速度制御系を有し、制御状態によって前
記２つの速度制御系を切り替える速度制御手段を具備す
るモータ制御装置において、モータ速度または指令速度
もしくはモータ印加電圧またはインバータの通流率を含
むモータの速度に関係して変化する値の少なくとも１つ
の値を前記２つの速度制御系の切替条件として用いると
共に、現行のＰＷＭ制御系またはＰＡＭ制御系によるモ
ータの速度制御が不可能となった時点から予め設定した
所定時間の経過後に強制的にＰＡＭ制御系またはＰＷＭ
制御系に切り替えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】交流電源を直流に変換する整流回路及び
平滑回路と、直流電圧を増減するチョッパ回路からなる
コンバータと、前記コンバータの出力を交流に変換する
インバータと、前記インバータの出力により駆動される
モータと、前記インバータを用いて前記モータの速度制
御を行うＰＷＭ制御と前記チョッパ回路を制御する直流
電圧制御手段を用いて前記モータの速度制御を行うＰＡ
Ｍ制御の２つの速度制御系を有し、制御状態によって前
記２つの速度制御系を切り替える速度制御手段を具備す
るモータ制御装置において、モータ速度または指令速度
もしくはモータ印加電圧またはインバータの通流率を含
むモータの速度に関係して変化する値の少なくとも１つ
の値を前記２つの速度制御系の切替条件として用いると
共に、現行のＰＷＭ制御系またはＰＡＭ制御系によるモ
ータの速度制御として、モータの実速度が指令速度に予
め設定した所定時間以内に到達できなかったとき、強制
的にＰＡＭ制御系またはＰＷＭ制御系に切り替えること
を特徴とするモータ制御装置。