JP3723561B2

JP3723561B2 - ブラシレス直流モータの制御装置及び方法

Info

Publication number: JP3723561B2
Application number: JP2003308593A
Authority: JP
Inventors: ロクチャヒュン
Original assignee: サムソンクワーンジュエレクトロニクスシーオー．，エルティーディー
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: KR20040107782A; BR0303697A; CN1574595A; KR100497132B1; ITBO20030505A1; US20040251864A1; JP2005006485A

Description

本発明は、ブラシレス直流モータの制御装置及び方法に関し、特に、トルクリップル（torque ripple）を最小化するためのブラシレス直流モータ（brushless DC motor）の制御装置及び方法に関するものである。

ブラシレス直流モータは、ブラシや整流子などの機械的要素の代わりに、スイッチング素子からなる整流回路を使用する。このブラシレス直流モータの特徴は、磨耗によるブラシの交替が不要であり、また電磁妨害（electromagnetic interference）が少ないことにある。

このような従来のブラシレス直流モータを駆動するとき、多相交流電力（polyphase alternating current power）の相転流（phase commutation）が行われる時点で相電流の一時的な減少によってトルクリップルが発生する。すなわち、ブラシレス直流モータのトルクは誘起電圧と電流との積で表わすことができるが、相転流区間で相電流が一時的に減少してトルクリップルが発生する。このトルクリップルは騒音発生及び振動の原因になるため、これを最小化するための制御装置及び方法が要求される。

本発明の目的は、相転流区間において不足する相電流を補償することにより、相転流時に発生するブラシレス直流モータのトルクリップルを低下させるブラシレス直流モータの制御装置及び方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明に係る回転子を有するブラシレス直流モータの制御装置は、交流電力を多相の交流電力に変換してブラシレス直流モータに供給する変換部と、回転子の動作情報を検出する回転子動作検出部と、多相交流電力の相転流時点を予測して通電相電流の通電時点を相転流時点より前進するように制御する制御部とを備え、制御部が、通電相電流の通電時点と相転流時点との間の区間に、ブラシレス直流モータに供給される多相交流電力の各相の電流が全て通電するように制御する。

また、本発明に係るブラシレス直流モータの制御方法は、回転子の動作情報を用いて通電相転流時点を予測し、通電相電流の通電時点を相転流時点より前進するように制御し、通電相電流の通電時点と相転流時点との間の区間に、ブラシレス直流モータに供給される多相交流電力の各相の電流が全て通電するように制御する。

本発明に係るブラシレス直流モータの制御装置及び方法は、通電相電流の通電時点を一定の時間前進させて予め通電されるようにし、実際の相転流時点では十分大きくなった相電流が供給されるようにすることにより、相転流区間において相電流が不足するのを補償し、相転流時に発生するブラシレス直流モータのトルクリップルを低減させる。

以下、本発明に係るブラシレス直流モータの制御装置及び方法について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るブラシレス直流モータの制御装置の構成を示すブロック図である。ブラシレス直流モータの制御装置は、電力変換装置を備え、電力変換装置は、図１に示すように、コンバータ１０４、キャパシタ１０８及びインバータ１０６からなる。コンバータ１０４は、交流電源装置１０２からの交流電力を一旦直流電力に変換し、インバータ１０６は、直流電力をパルス状の３相交流電力（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換してブラシレス直流モータ１１０に供給する。キャパシタ１０８は、コンバータ１０４とインバータ１０６間に並列に接続されている。インバータ１０６からブラシレス直流モータ１１０に供給される３相交流電力（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のそれぞれの相電流の大きさは、電流センサ１１２ａ、１１２ｂによって検出される。検出された相電流情報は制御部１１４に供給される。また、回転子動作検出部１１６は、ブラシレス直流モータ１１０の回転子の位置と回転速度（以下、回転子の動作情報という。）を検出して制御部１１４に供給する。さらに、制御部１１４には、外部からの速度制御信号が供給されており、制御部１１４は、速度制御信号、相電流情報及び回転子の動作情報に基づき、インバータ制御信号を生成してインバータ１０６に供給し、ブラシレス直流モータ１１０の回転速度を制御する。

制御部１１４からのインバータ制御信号は、インバータ１０６から出力される３相交流電力（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の相転流（phase commutation）時点を制御するためのものである。特に、通電相電流（ignition phase current）の通電時点を必要に応じて前進させ（advance）、実際の相転流時点における通電相電流の大きさを十分大きくし、相転流区間において不足する相電流を補償することにより、ブラシレス直流モータのトルクリップルを低減させる。

図２及び図３は、本発明に係る制御装置を適用したブラシレス直流モータの相転流特性を示す波形図である。図２に示すように、一般的な３相交流電力によって動作するブラシレス直流モータの相転流時点、すなわち完全に相転流が行われる時点は３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°及び３３０°である。これとは異なり、本発明に係るブラシレス直流モータの制御においては、通電相電流の通電時点を既存の３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°及び３３０°よりそれぞれｔ_Ｌだけ前進させて予め通電させる。これにより、実際の相転流時点である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°及び３３０°では、通電相電流の大きさが十分大きくなることにより、相電流の一時的な不足によるブラシレス直流モータのトルクリップルが低減する。

図３（Ｂ）に示すように、ブラシレス直流モータに供給される多相交流電力の変化量情報、例えば通電相電圧ｖ_ｖのゼロクロスポイントの時点ｔ_Ｚを検出し、現在の回転子の回転速度を参照して通電相電流ｉ_ｖの通電時点を１５０°よりｔ_Ｌだけ前進させて予め通電させる。これにより、実際の相転流時点（１５０°）では通電相電流が既にある程度大きくなり、相転流区間における相電流の不足が補償され、相電流の不足によるトルクリップルが低減する。

図４は、本発明に係るブラシレス直流モータの制御方法を示すフローチャート図である。図４に示すように、ステップＳ１において、制御部１１４は、回転子動作検出部１１６によって回転子の動作情報を取得する。ステップＳ２において、制御部１１４は、回転子の動作情報から相転流時点か否かを判定する。相転流時点であれば、ステップＳ３において、制御部１１４は、相転流を行って新たな２相励磁（2-phase exitation）を行うようにインバータ１０６を制御する。新たな２相励磁が行われた後、ステップＳ４において、制御部１１４は、３相励磁時点基準位置（reference position for 3-phase cxcitation）か否かを判定する。この３相励磁時点基準位置は、通電相電流の相転流時点を予め予測することによって通電時点を決定するための基準位置である。なお、３相励磁時点基準位置は、通電相電圧のゼロクロスポイントを用い、或いは別の基準位置を定め、電流センサなどを用いて決定してもよい。制御部１１４は、３相励磁時点基準位置でなければ、ステップＳ１（回転子の動作情報の取得）に戻り、３相励磁時点基準位置であれば、ステップＳ５において、現在の回転子速度を計算し、この現在の回転子速度から３相励磁時点を決定する。

一方、ステップＳ２（相転流時点判定）において相転流時点でなければ、ステップＳ６において、制御部１１４は、３相励磁時点に到達したか否かを判定する。３相励磁時点でなければ、ステップＳ７において、制御部１１４は、現在の２相励磁状態を保ち、ステップＳ４（３相励磁時点基準位置判定）に移行する。３相励磁時点であれば、ステップＳ８において、制御部１１４は、３相励磁を行い、ステップＳ１に戻る。これにより、相転流区間で電流が不足することによるトルクリップルを低減させる。

図５は、従来のブラシレス直流モータの電流特性を示すグラフであり、図６は、本発明に係る制御装置及び方法を適用したブラシレス直流モータの電流特性を示すグラフである。図５では、相転流区間における電流波形が平坦でないが、これに対し、図６では、本発明を適用したブラシレス直流モータの相転流区間における電流波形が相対的に平坦であることが分る。

本発明に係るブラシレス直流モータの制御装置及び方法では、通電相電流の通電時点を一定の時間前進させて予め通電されるようにし、実際の相転流時点では十分大きくなった相電流がブラシレス直流モータに供給されるようにすることにより、相転流区間において相電流が不足するのを補償し、相転流時に発生するブラシレス直流モータのトルクリップルを低減させる。これにより、ブラシレス直流モータを、トルクの変動を従来に比して少なくして回転させることができる。

本発明に係るブラシレス直流モータの制御装置の構成を示すブロック図である。本発明を適用したブラシレス直流モータの相転流特性を示す波形図である。本発明を適用したブラシレス直流モータの相転流特性を示す波形図である。本発明に係るブラシレス直流モータの制御方法を示すフローチャートである。従来のブラシレス直流モータの電流特性を示すグラフである。本発明に係る制御装置及び方法によるブラシレス直流モータの電流特性を示すグラフである。

符号の説明

１０２交流電源装置、１０４コンバータ、１０６インバータ、１０８キャパシタ、１１０ブラシレス直流モータ、１１２電流センサ、１１４制御部、１１６回転子動作検出部

Claims

回転子を有するブラシレス直流モータの制御装置において、
交流電力を多相の交流電力に変換して上記ブラシレス直流モータに供給する変換部と、
上記回転子の動作情報を検出する回転子動作検出部と、
上記多相交流電力の相転流時点を予測して、通電相電流の通電時点を相転流時点より前進するように制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記通電相電流の通電時点と上記相転流時点との間の区間に、上記ブラシレス直流モータに供給される上記多相交流電力の各相の電流が全て通電するように制御するブラシレス直流モータの制御装置。
上記制御部は、上記回転子の動作情報と上記ブラシレス直流モータに供給される多相交流電力の変化量情報の少なくとも１つを用いて、上記多相交流電力の相転流時点を予測することを特徴とする請求項１記載のブラシレス直流モータの制御装置。
上記回転子の動作情報は、上記回転子の位置情報と速度情報の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２記載のブラシレス直流モータの制御装置。
上記多相交流電力の変化量情報は、上記ブラシレス直流モータに供給される通電相電圧のゼロクロスポイント検出情報であることを特徴とする請求項２記載のブラシレス直流モータの制御装置。
回転子を備え、多相交流電力が供給されるブラシレス直流モータの制御方法において、
上記回転子の動作情報を用いて通電相転流時点を予測し、
通電相電流の通電時点を上記相転流時点より前進するように制御し、
上記通電相電流の通電時点と上記相転流時点との間の区間に、上記ブラシレス直流モータに供給される上記多相交流電力の各相の電流が全て通電するように制御するブラシレス直流モータの制御方法。
上記回転子の動作情報と上記ブラシレス直流モータに供給される多相交流電力の変化量情報の少なくとも１つを用いて、上記多相交流電力の相転流時点を予測することを特徴とする請求項５記載のブラシレス直流モータの制御方法。
上記回転子の動作情報は、上記回転子の位置情報と速度情報の少なくとも１つであることを特徴とする請求項６記載のブラシレス直流モータの制御方法。
上記多相交流電力の変化量情報は、上記ブラシレス直流モータに供給される通電相電圧のゼロクロスポイント検出情報であることを特徴とする請求項６記載のブラシレス直流モータの制御方法。