JP5125587B2 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファン、ブロア、コンプレッサ等を回転操作するモータ（電動機）のように、回転速度を上げるに伴って負荷が増大するモータを制御するモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。

従来、ファン、ブロア、コンプレッサ等を回転操作するモータ（電動機）のように、回転速度を上げるに伴って負荷が増大するモータとして、三相モータが用いられており、このような三相モータを制御するために、モータ制御装置が用いられている。

モータ制御装置は、速度指令値が入力され、この速度指令値に基づくトルク指令値を生成し、このトルク指令値に応じた駆動パルスを三相モータを駆動するインバータに供給するように構成されている。

このようなモータ制御装置を用いて三相モータを駆動する場合において、低速高負荷状態になると、駆動力と負荷とが拮抗してモータが停止してしまい、いわゆるデッドロック状態に陥ることがある。デッドロック状態に陥ると、インバータを構成するスイッチング素子が加熱してしまう。

このようなデッドロック状態が生じたときにスイッチング素子を過熱から保護するための技術として、特許文献１には、デッドロック状態となったときに、より大きなトルク指令値を出力して、デッドロック状態から脱出するようにしたモータ制御装置が記載されている。

また、特許文献２には、モータの回転子の位置偏差からデッドロック状態を検出し、デッドロック状態が検出されたときには、サーボアンプのトルク制限値を下げてサーボアンプが流す電流を低減させるようにしたモータ制御装置が記載されている。

特開２００４−２１５３７４公報 特開２００６−１７４６１１公報

ところで、前述した従来のモータ制御装置においては、いずれにおいても、デッドロック状態となったこと検出するための手段、または、プロセスが必要である。そのため、これらのモータ制御装置においては、装置構成の複雑化が招来される虞がある。

一方、デッドロック状態の検出をせずに、低速回転時においては、トルク指令値の制限値を予め低く設定しておく制御方法が考えられる。しかし、このような制御を行った場合には、停止状態から加速してゆくときには、従来よりも加速トルクが低下し、応答性が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、前記の実情に鑑みてなされたものであり、停止状態から加速してゆくときの応答性を低下させることなく、いわゆるデッドロック状態となったときの過負荷状態を防止することができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るモータ制御装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
モータの速度を検出する速度センサと、速度センサからの速度検出値及び外部からの速度指令値が入力されこれら速度検出値及び速度指令値を処理してトルク指令値を生成する速度制御手段と、トルク指令値の上限を制限するトルク制限調整手段と、トルク制限調整手段を経たトルク指令値を処理してモータを駆動するモータ駆動手段とを備え、トルク制限調整手段は、トルク指令値の制限値を、速度検出値及び速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、すなわち、速度検出値をＡ、速度指令値をＢとしたとき、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）に基づいて設定することを特徴とするものである（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）。

また、本発明に係るモータ制御方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成２〕
モータの速度を速度センサにより検出し、速度センサからの速度検出値及び外部からの速度指令値を速度制御手段に入力して速度制御手段により速度検出値及び速度指令値を処理させてトルク指令値を生成させ、トルク指令値をトルク指令値の上限を制限するトルク制限調整手段に入力し、トルク制限調整手段を経たトルク指令値をモータ駆動手段に入力してモータ駆動手段によりモータを駆動させるモータ制御方法であって、トルク制限調整手段におけるトルク指令値の制限値を、速度検出値及び速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、すなわち、速度検出値をＡ、速度指令値をＢとしたとき、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）に基づいて設定させることを特徴とするものである（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）。

構成１を有する本発明に係るモータ制御装置においては、トルク制限調整手段は、トルク指令値の制限値を、速度検出値及び速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、すなわち、速度検出値をＡ、速度指令値をＢとしたとき、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）に基づいて設定するので、いわゆるデッドロック状態を検出する手段を用いることなく、モータがデッドロック状態、あるいは、過負荷状態になったときに、トルク指令値の制限値を低下させることができる。

また、停止状態からの加速など、過渡時のトルク指令値の制限値を、定常時よりも大きくすることが可能であり、加速応答性の低下を最小限に留めることができる。

構成２を有する本発明に係るモータ制御方法においては、トルク制限調整手段におけるトルク指令値の制限値を、速度検出値及び速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）に基づいて設定させるので、いわゆるデッドロック状態を検出する手段を用いることなく、モータがデッドロック状態、あるいは、過負荷状態になったときに、トルク指令値の制限値を低下させることができる。

また、停止状態からの加速など、過渡時のトルク指令値の制限値を、定常時よりも大きくすることが可能であり、加速応答性の低下を最小限に留めることができる。

すなわち、本発明は、停止状態から加速してゆくときの応答性を低下させることなく、いわゆるデッドロック状態となったときの過負荷状態を防止することができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔本発明に係るモータ制御装置の構成〕
図１は、本発明に係るモータ制御方法を実行する本発明に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

このモータ制御装置は、図１に示すように、モータ１０１に接続され、このモータ１０１の回転を制御する装置である。このモータ１０１は、三相モータであり、ファン、ブロア、コンプレッサ等の回転操作のように、回転速度を上げるに伴って負荷が増大する用途に使用されるものである。

このモータ制御装置は、モータの速度を検出する速度センサ１を有している。この速度センサ１からの速度検出値Ａは、減算器２に送られる。この減算器２には、外部からの速度指令値Ｂが入力される。減算器２は、速度指令値Ｂから速度検出値Ａを減じて、速度制御手段３に入力する。

速度制御手段３は、速度検出値Ａ及び速度指令値Ｂを処理して、トルク指令値Ｃを生成する。トルク指令値Ｃは、トルク指令値Ｃの上限を制限するトルク制限調整手段（リミッタ）４を経て、減算器５を経て、モータ駆動手段を構成するトルク制御手段６に入力される。

トルク制限調整手段４においては、トルク指令値Ｃの上限を、所定の制限値Ｃ_ＭＡＸ以下に制限する。この制限値Ｃ_ＭＡＸの決定のしかたについては、後述する。

モータ駆動手段は、トルク制御手段６、パルス幅モジュレータ（ＰＷＭ）７及びインバータ回路８から構成されており、トルク指令値Ｃを処理してモータ１０１に駆動電流を供給し、このモータ１０１を駆動する。

また、モータ１０１に供給される駆動電流の電流値は、電流／トルク変換手段９により検出され、トルク値に変換されて、減算器５に送られる。この減算器５においては、トルク制限調整手段４を経たトルク指令値Ｃから、電流／トルク変換手段９により検出されて変換されたトルク値が減算される。この減算器５による処理は、モータ１０１に供給される駆動電流が過剰に増大することを防止するためのものである。

〔本発明に係るモータ制御方法（モータ制御装置の動作）〕
このモータ制御装置において、速度指令値Ｂが入力されると、速度制御手段３は、この速度指令値Ｂに基づいて、トルク指令値Ｃを生成する。初期状態においては、速度検出値Ａは、０である。

このトルク指令値Ｃが送られるトルク制限調整手段４は、トルク指令値Ｃの上限となる制限値Ｃ_ＭＡＸを、速度検出値Ａ及び速度指令値Ｂのそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数ｆに基づいて設定する。すなわち、この関数ｆは、以下のように表記される。ここで、ｋは、０乃至１の所定の係数である。
Ｃ_ＭＡＸ＝ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）・・・・（式１）

この（式１）において、ｋを（１／２）に設定すると、トルク指令値Ｃの制限値Ｃ_ＭＡＸは、速度検出値Ａと速度指令値Ｂとの平均値を変数とした関数によって定まることになる。

このモータ制御装置において、初期状態において速度検出値Ａが０であるときには、制限値Ｃ_ＭＡＸは、ｆ（（１−ｋ）Ｂ）によって定まる。そして、停止状態からの加速時には、ソフトスタート的にトルクが暫増することとなり、滑らかな応答が期待できる。

このモータ制御装置は、モータ１０１が回転し、速度検出値Ａと速度指令値Ｂとが等しくなったとき、すなわち定常時に、所定のトルクが出力されるようになっている。

図２は、本発明に係るモータ制御装置において、過負荷状態となったときのトルク指令値Ｃの変化を示すグラフである。

そして、モータ１０１が回転しているときに、速度指令値Ｂに対して速度検出値Ａが低くなった場合には、図２に示すように、トルク指令値Ｃの制限値Ｃ_ＭＡＸが低下してトルク指令値Ｃが低下するので、インバータ回路８及びモータ１０１を保護することができる。このときには、過負荷状態、または、いわゆるデッドロック状態である可能性がある。なお、デッドロック状態では、速度検出値Ａは０となる。このとき、トルク指令値Ｃは、インバータ回路８及びモータ１０１を保護できるトルクレベル（インバータ回路８及びモータ１０１に対して熱的に十分余裕のあるトルクレベル）まで低下される。

図３は、従来のモータ制御装置において、過負荷状態となったときのトルク指令値の変化を示すグラフである。

従来のモータ制御装置においては、モータ１０１が回転しているときに過負荷状態が生じて、速度指令値Ｂに対して速度検出値Ａが低くなった場合であっても、図３に示すように、トルク指令値Ｃは、加速トルクも含めたモータ１０１の最大トルクに維持されてしまう。つまり、トルク制限調整手段４における制限値Ｃ_ＭＡＸが常に一定なので、過負荷状態であっても、このトルク制限調整手段４において設定された最大トルク指令値の出力が続けられる。そのため、インバータ回路８及びモータ１０１は、熱的に損傷を被る虞がある。

なお、本発明に係るモータ制御装置においては、前述の（式１）における関数ｆは、インバータ回路８及びモータ１０１の保護の程度及び応答性に応じて、１次関数、２次関数、または、その他の単調増加関数を選択することができる。また、このモータ制御装置においては、係数ｋを適宜調整すれば、速度検出値Ａと速度指令値Ｂとに所望の重み付けを行うことができ、過渡応答性能を実現することができる。

本発明に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係るモータ制御装置において、過負荷状態となったときのトルク指令値の変化を示すグラフである。 従来のモータ制御装置において、過負荷状態となったときのトルク指令値の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 速度センサ
３ 速度制御手段
４ トルク制限調整手段
６ トルク制御手段
７ パルス幅モジュレータ
８ インバータ回路
１０１ モータ

Claims (2)

1. モータの速度を検出する速度センサと、
   前記速度センサからの速度検出値及び外部からの速度指令値が入力され、これら速度検出値及び速度指令値を処理してトルク指令値を生成する速度制御手段と、
   前記トルク指令値の上限を制限するトルク制限調整手段と、
   前記トルク制限調整手段を経たトルク指令値を処理してモータを駆動するモータ駆動手段と
   を備え、
   前記トルク制限調整手段は、前記トルク指令値の制限値を、前記速度検出値及び前記速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、すなわち、速度検出値をＡ、速度指令値をＢとしたとき、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）に基づいて設定する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. モータの速度を速度センサにより検出し、
   前記速度センサからの速度検出値及び外部からの速度指令値を速度制御手段に入力して、この速度制御手段により、速度検出値及び速度指令値を処理させてトルク指令値を生成させ、
   前記トルク指令値を、このトルク指令値の上限を制限するトルク制限調整手段に入力し、
   前記トルク制限調整手段を経たトルク指令値をモータ駆動手段に入力して、このモータ駆動手段によりモータを駆動させるモータ制御方法であって、
   前記トルク制限調整手段における前記トルク指令値の制限値を、前記速度検出値及び前記速度指令値のそれぞれに所定の係数を乗じて加算した値を変数とする単調増加関数、ｆ（ｋＡ＋（１−ｋ）Ｂ）（ただし、ｋは、０乃至１の係数である）に基づいて設定させる
   ことを特徴とするモータ制御方法。

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