JP6127781B2 - センサレスブラシレスモータの駆動装置およびその駆動方法 - Google Patents
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図1は、センサレスブラシレスモータの駆動装置1の一例を示す構成図である。同図に示すように、本実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置1は、ブラシレスモータ2と直流電源3との間に設けられる電力変換装置4と、電力変換装置4のスイッチング素子41UU〜41WLを開閉制御する制御装置7とを備えている。
図1に示すように、ゼロクロスポイント検出部71は、3相の合成抵抗71U、71V、71Wおよび比較器711を有しており、3相の各相のゼロクロスポイントを順次検出する。3相の合成抵抗71U、71V、71Wはそれぞれ抵抗値が等しく、各相の電源ケーブル43U、43V、43Wと、合成点712との間に接続されている。つまり、3相の合成抵抗71U、71V、71WはY結線され、合成点712はY結線の中性点になっている。合成点712には、各相の誘起電圧VUi、VVi、VWiを合成した合成電圧が発生する。
計時部72は、第1タイマTm1、第2タイマTm2および第3タイマTm3を有しており、ゼロクロスポイント検出信号Qsの検出間隔を計時するとともに、ゼロクロスポイント間における種々の計時を行う。図4において、実線L18は第1タイマTm1の計時値を示し、実線L19は第2タイマTm2の計時値を示し、実線L20は第3タイマTm3の計時値を示している。
ロータ回転位置推定部73は、ゼロクロスポイント検出信号Qsに基づいて、ブラシレスモータ2のロータ回転位置θ1を推定する。具体的には、ロータ回転位置推定部73は、第1タイマTm1の計時値(ゼロクロスポイントの検出間隔)からブラシレスモータ2の回転数(回転速度)を推定する。そして、ロータ回転位置推定部73は、推定されたブラシレスモータ2の回転数を積分して、ロータ27の回転位置θ1を推定する。
位相補償部74は、進み角θ2を設定する。進み角θ2は、通電相の電機子巻線に印加する電圧の位相遅れ分を補償する。ブラシレスモータ2の駆動電圧をモータ駆動電圧Vdrvとし、通電相の電機子巻線に流れる電流をモータ電流Imとし、ブラシレスモータ2の出力トルクをモータトルクTmとする。以下、ブラシレスモータ2のモータ回転数n、トルク定数Kt、逆起電力係数Kv、モータ慣性モーメントIiおよびモータ負荷係数Kpを用いて、通電相の電機子巻線に印加する電圧の位相遅れについて説明する。なお、モータ負荷係数Kpは、モータ回転数nに比例するものとして説明するが、モータ負荷係数Kpは、負荷特性に合わせて適宜設定することができる。例えば、モータ負荷係数Kpは、モータ回転数nの一次関数や二次関数などで表すこともできる。
電圧設定部75は、通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を設定する。電圧設定部75は、矩形波状のパルス幅変調信号(PWM信号)によって、通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を設定することができる。
本発明は、センサレスブラシレスモータの駆動方法として捉えることもでき、センサレスブラシレスモータの駆動方法を、演算装置7Mを機能させて実行するセンサレスブラシレスモータの駆動プログラムとして捉えることもできる。これらの場合、センサレスブラシレスモータの駆動装置1で既述した「○○部」を「○○工程」に読み替えれば良い。つまり、ゼロクロスポイント検出部71はゼロクロスポイント検出工程に、計時部72は計時工程に、ロータ回転位置推定部73はロータ回転位置推定工程に、位相補償部74は位相補償工程に、電圧設定部75は電圧設定工程に読み替えることができる。また、電力変換装置4における機能は、電圧出力工程に読み替えることができる。各工程についての説明は、既述の説明と同様であるので、重複した説明を省略する。
上記の記載から次の技術的思想も把握できる。
(付記項1)
前記電圧設定工程は、前記ゼロクロスポイント検出工程で前記ゼロクロスポイントを検出した後の第2所定期間に前記通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を、前記第1印加電圧と比べて小さい第2印加電圧に設定し、
前記電圧出力工程は、前記第2所定期間に前記通電相の電機子巻線に前記第2印加電圧を印加して、前記ブラシレスモータの平均回転数を低下させる請求項5に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動方法。
(付記項2)
前記ゼロクロスポイントの検出をトリガにして前記第2所定期間の計時を開始して、次に前記ゼロクロスポイント検出工程で前記ゼロクロスポイントを検出する前に前記第2所定期間の計時を完了する計時工程を備え、
前記計時工程で前記第2所定期間の計時を完了したときに前記第1所定期間を開始して、次に前記ゼロクロスポイント検出工程で前記ゼロクロスポイントを検出したときに前記第1所定期間を終了する付記項1に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動方法。
(付記項3)
前記通電相の電機子巻線に印加する電圧の位相遅れ分を補償する進み角を設定する位相補償工程を備え、
前記電圧出力工程は、前記位相補償工程によって設定された前記進み角分、位相を進ませた電圧を前記通電相の電機子巻線に印加する請求項5または付記項1若しくは付記項2に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動方法。
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、PWM信号のデューティ比は、矩形波状に変化させる場合に限定されるものではない。例えば、PWM信号のデューティ比は、三角波状、のこぎり波状、正弦波状に変化させることもできる。また、ロータ回転位置推定部73によって推定されたブラシレスモータ2の回転数(回転速度)をフィードバックさせて、速度制御を行うこともでき、トルク制御を行うこともできる。
2:ブラシレスモータ、
4:電力変換装置、
7:制御装置、
71:ゼロクロスポイント検出部、72:計時部、74:位相補償部、75:電圧設定部、
TQ1:第1所定期間、TQ2:第2所定期間
Claims (5)
- ブラシレスモータのロータ回転位置を推定して、推定されたロータ回転位置に基づいて前記ブラシレスモータを駆動させるセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、
非通電相の電機子巻線に発生する誘起電圧が0になる前記ロータ回転位置をゼロクロスポイントとするとき、
3相の各相の前記ゼロクロスポイントを順次検出するゼロクロスポイント検出部と、
前記ゼロクロスポイント検出部が前記ゼロクロスポイントを検出する直前の第1所定期間に通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を、前記ゼロクロスポイント検出部が前記ゼロクロスポイントを検出可能な電圧まで大きくした第1印加電圧に設定する電圧設定部と、
を有する制御装置と、
前記第1所定期間に前記通電相の電機子巻線に前記第1印加電圧を印加して、前記第1所定期間における前記ブラシレスモータの瞬時回転数を増加させる電力変換装置と、
を備えるセンサレスブラシレスモータの駆動装置。 - 前記電圧設定部は、前記ゼロクロスポイント検出部が前記ゼロクロスポイントを検出した後の第2所定期間に前記通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を、前記第1印加電圧と比べて小さい第2印加電圧に設定し、
前記電力変換装置は、前記第2所定期間に前記通電相の電機子巻線に前記第2印加電圧を印加して、前記ブラシレスモータの平均回転数を低下させる請求項1に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。 - 前記制御装置は、前記ゼロクロスポイントの検出をトリガにして前記第2所定期間の計時を開始して、次に前記ゼロクロスポイント検出部が前記ゼロクロスポイントを検出する前に前記第2所定期間の計時を完了する計時部を備え、
前記計時部が前記第2所定期間の計時を完了したときに前記第1所定期間を開始して、次に前記ゼロクロスポイント検出部が前記ゼロクロスポイントを検出したときに前記第1所定期間を終了する請求項2に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。 - 前記制御装置は、前記通電相の電機子巻線に印加する電圧の位相遅れ分を補償する進み角を設定する位相補償部を備え、
前記電力変換装置は、前記位相補償部によって設定された前記進み角分、位相を進ませた電圧を前記通電相の電機子巻線に印加する請求項1〜3のいずれか一項に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。 - ブラシレスモータのロータ回転位置を推定して、推定されたロータ回転位置に基づいて前記ブラシレスモータを駆動させるセンサレスブラシレスモータの駆動方法であって、
非通電相の電機子巻線に発生する誘起電圧が0になる前記ロータ回転位置をゼロクロスポイントとするとき、
3相の各相の前記ゼロクロスポイントを順次検出するゼロクロスポイント検出工程と、
前記ゼロクロスポイント検出工程で前記ゼロクロスポイントを検出する直前の第1所定期間に通電相の電機子巻線に印加する電圧の電圧指令値を、前記ゼロクロスポイント検出工程で前記ゼロクロスポイントを検出可能な電圧まで大きくした第1印加電圧に設定する電圧設定工程と、
前記第1所定期間に前記通電相の電機子巻線に前記第1印加電圧を印加して、前記第1所定期間における前記ブラシレスモータの瞬時回転数を増加させる電圧出力工程と、
を備えるセンサレスブラシレスモータの駆動方法。
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