JPH05168279A - 直流電動機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク脈動が大きく、しかも周期的に発生す
るものについて、その速度変動を最小に抑え、圧縮機の
振動・騒音を大幅に改善することを目的とするものであ
る。 【構成】 直流電動機４の回転子の位置を検出すると共
に回転パルスを発生する位置検出回路５の回転パルスに
より直流電動機４の一回転あたりＮ個の区間に区切り、
各区間毎に目標回転数と検出された回転数とを比較して
チョピングデータを発生するチョッピングデータ制御回
路１２と、前記チョッピングデータ出力を区間毎に記憶
するチョッピングデータ記憶回路１４と、前記チョピン
グデータを選択する状態選択回路１３と、前記チョッピ
ングデータが一定の範囲内に入っているように前記目標
回転数毎に設定した最大値・最小値により制限する制限
回路１５とを設けるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流電動機のＰＷＭ制御
を用いた回転数制御において、周期的に発生するトルク
脈動による回転数の変動を少なくした直流電動機の運転
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、直流電動機はその効率の高さや、
回転数制御の容易性から、その応用範囲が広がってきて
いる。

【０００３】以下に従来の直流電動機の運転制御方法に
ついて説明する。一般に直流電動機の回転数の制御は、
電動機に印加する電圧を制御することにより行われる。
近年ではこの電圧を変える方法としては、ＰＷＭ制御が
広く使用されている。例えば、インバータ回路の片側の
半導体スイッチを、駆動周波数より高いチョッピング周
波数でオン／オフする事により、回転数の制御が可能と
なる。この時、電圧の調整はチョッピングデューティの
オン対オフの比により行う。また一定の回転数にするた
めに位置検出回路の周波数より回転数を求め、目標回転
数に近づけるようにチョッピングデューティを調整す
る。

【０００４】しかしながらこのような方法は一定のトル
クを発生させる負荷に対しては有効であるが、例えばエ
アコンや冷蔵庫の圧縮機のように１回転中における吸入
・圧縮・排出というような過程を行うような負荷の場
合、その負荷トルクが１回転中に変化する。このために
微視的に注目すると、負荷トルクが大きい場合回転数が
低下し、逆に負荷トルクが小さい場合回転数が増加する
ことになる。この速度変動が圧縮機の振動や騒音の原因
となる。

【０００５】この問題を解決するためには必要なときに
トルクを発生し、不要なときにはトルクの発生を抑える
ように細かい区分で速度制御を行い、速度変動を抑える
ことが考えられる。この方法の一例として、たとえば特
開平２−１９３５８９号公報に示されるような方法があ
る。これは直流電動機の回転数を制御するのに、１回転
を分割した各区間毎に独立した制御器を設け、各区間毎
に速度を制御しようとするものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、次に示すような問題があった。

【０００７】従来の方法では、各区間毎に完全に独立さ
せた形で速度を制御するため、例えば加速中や減速中な
どの回転数が一定化していないときにには各区間でのデ
ューティを勝手に調整してしまうためにそのアンバラン
スが生じ、かえって大きな速度変動が生じてしまう。こ
の速度変動により、振動・騒音が高くなってしまうとい
う課題があった。

【０００８】また、ノイズ等の外乱により一つの制御器
のデータが書き変わってしまった場合なども同様にアン
バランスが生じ、速度変動が生じ、振動・騒音が高くな
ってしまい、またその状態から復帰するにも時間がかか
ってしまうという課題も有していた。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、加速中や減速中にでも安定した回転数を維持でき、
またノイズ等の外乱による影響も少なくなる直流電動機
の運転制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の直流電動機の運転制御装置は、交流入力を直
流に変換する整流回路と、複数個の半導体スイッチ及び
ダイオードをブリッジ結線したインバータ回路と、前記
インバータ回路により動作する直流電動機と、前記直流
電動機の回転子の位置を検出すると共に回転パルスを発
生する位置検出回路と、前記位置検出回路の出力を元に
前記インバータ回路の半導体スイッチング素子の動作を
決定する転流回路と、前記直流電動機の回転数を可変に
するためのチョッピング信号を発生するチョッピング信
号発生回路と、前記転流回路の出力と前記チョッピング
信号発生回路の出力とを合成する合成回路と、前記合成
回路の出力により前記インバータ回路の半導体スイッチ
をオン／オフさせるドライブ回路と、前記直流電動機の
目標回転数を出力する回転数指令回路と、前記位置検出
回路の回転パルスにより前記直流電動機の回転数を検出
する回転数検出回路と、前記位置検出回路の回転パルス
により前記直流電動機の一回転あたりＮ個の区間に区切
り、各区間毎に前記目標回転数と検出された回転数とを
比較してチョピングデータを発生するチョッピングデー
タ制御回路と、前記チョッピングデータ出力を区間毎に
記憶するチョッピングデータ記憶回路と、前記チョピン
グデータを選択する状態選択回路と、前記チョッピング
データが一定の範囲内に入っているように前記目標回転
数毎に設定した最大値・最小値により制限する制限回路
とを備えたものである。

【００１１】

【作用】この構成によって、まず、チョピングデータ制
御回路が位置検出回路の回転パルスにより直流電動機の
一回転あたりＮ個の区間に区切り、各区間毎に目標回転
数と検出された回転数とを比較して次のその区間にて出
力するチョッピングデータを求め、チョッピングデータ
記憶回路が前記チョッピングデータ出力を区間毎に記憶
する。

【００１２】そして、制限回路が前記チョッピングデー
タを一定の範囲内に入るように目標回転数毎に設定した
最大値・最小値により制限する。このようにすることに
より、従来とは異なり、加速中や減速中の過渡状態にあ
る場合あるいはノイズ等の外乱によりチョッピングデー
タ記憶回路のデータが書き変わってしまった場合などに
も、アンバランスが生じることなく、速度変動を抑え振
動・騒音を少なくする事ができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施例における直流電動
機の運転制御装置のブロック図である。

【００１５】図１において、１は交流電源である。２は
交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路で
あり、ダイオード２ａ〜２ｂとコンデンサ２ｃ〜２ｄが
接続され、倍電圧整流回路の構成となっている。

【００１６】３はインバータ回路であり、半導体スイッ
チ（本実施例ではトランジスタ）３ａ〜３ｆが３相ブリ
ッジ接続されており、かつ各々のトランジスタに並列・
逆方向でダイオード３ｇ〜３ｌが接続されている。

【００１７】４は直流電動機であり、インバータ回路３
の出力により駆動される。５は直流電動機４の回転子
（図示せず）の回転位置を検出するとともに、回転パル
スを発生する位置検出回路であり、本実施例では直流電
動機の逆起電圧から位置を検出する方式とし、回転パル
スは位置検出信号の立ち上がり・立ち下がりエッジでパ
ルスが発生し、回転子１回転あたり１２のパルスを発生
するようにしている。

【００１８】６は位置検出回路５の出力からインバータ
回路３の半導体スイッチ３ａ〜３ｆを転流させる信号を
つくりだす転流回路である。７は直流電動機４の回転数
を可変にするためのＰＷＭ制御を行うための信号を発生
するチョッピング信号発生回路であり、指令に従い一定
周波数でオン／オフ比率の異なる波形を作り出す。

【００１９】８は転流回路６の出力とチョッピング信号
発生回路７の出力とを合成する合成回路であり、インバ
ータ回路３の片側アームのみをチョッピングする。９は
合成回路の出力に従って、インバータ回路３の半導体ス
イッチ３ａ〜３ｆを動作させるドライブ回路である。

【００２０】１０は直流電動機の目標回転数を出力する
回転数指令回路である。１１は位置検出回路５の回転パ
ルスをカウントする回転数検出回路である。１２は回転
数指令回路１０で設定された目標回転数と、回転数検出
回路１１で検出された実際の回転数との差から、両者が
一致するようにチョピングデータを設定し、位置検出回
路５の回転パルスにより直流電動機４の１回転をＮ個
（本実施例ではＮ＝１２）の区間に区切り、各区間毎に
チョッピングデータを発生するチョッピングデータ制御
回路である。

【００２１】１３は直流電動機４の１回転をＮ個（１
２）の区間に分割したどの位置に現在いるのか選択する
状態選択回路であり、本実施例では位置検出回路５の回
転パルスをＮ（１２）進カウンタでカウントするように
している。

【００２２】１４はＮ（１２）個のチョッピングデータ
をそれぞれチョッピングデータ１〜Ｎに記憶するチョッ
ピングデータ記憶手段である。１５はチョッピングデー
タ記憶手段１４のデータをチェックし、前記目標回転数
毎に予め設定されている最大値・最小値以内に各チョッ
ピングデータが入るようにする制限回路で、範囲を越え
る場合はチョッピングデータを修正する。この制限回路
１５の出力がチョッピング信号発生回路７に入力され、
チョッピングデューティが決定される。

【００２３】１６は次に格納すべきチョッピングデータ
を選択する入力選択手段である。１７は次に出力すべき
チョッピングデータを選択する出力選択手段である。入
力選択手段１６、出力選択手段１７の選択は状態選択回
路１３の出力により切り換えられる。

【００２４】以上のように構成された直流電動機の運転
制御装置について、図１、図２を用いてその動作を説明
する。

【００２５】図２は本発明の実施例におけるフローチャ
ートである。ＳＴＥＰ１において、チョッピングデータ
制御回路１２が回転数指令回路１０で設定された目標回
転数と、回転数検出回路１１で検出された実際の回転数
との差から、両者が一致するようにチョピングデータｉ
を算出する。ＳＴＥＰ２で算出したチョピングデータｉ
を状態選択回路１３が入力選択手段１６を介して、チョ
ピングデータ記憶手段１４のチョピングデータｉ部に設
定する。

【００２６】次に、ＳＴＥＰ３で出力選択手段１７で選
択されているチョピングデータｉ＋１を次の区間ｉ＋１
におけるチョピングデータとして、制限回路１５に出力
する。

【００２７】次に、ＳＴＥＰ４で制限回路１５が回転数
指令回路１０からの目標回転数により、目標回転数毎に
予め設定されている最大値・最小値内にチョピングデー
タｉ＋１が入っているか否か判定し、範囲を越えている
場合はＳＴＥＰ５でチョピングデータを修正する。

【００２８】つぎにＳＴＥＰ６で状態選択回路１３によ
り次の区間にカウントアップされる。但し、カウントア
ップした値がＮよりも大きくなった場合は、ｉを初期化
（ｉ＝１）する（ＳＴＥＰ７、ＳＴＥＰ８）。

【００２９】さらに、動作の詳細な説明を図３にて説明
する。図３は本発明の実施例におけるタイムチャートで
ある。

【００３０】図３において（ａ）は圧縮機の１回転にお
ける挙動を示す。ＴＬは圧縮機の１回転中の負荷トルク
の変動を、ＴＭは直流電動機４の発生するモータトルク
を示す。またω１は本実施例における角速度の変動を、
ω２は一定デューティのときの角速度の変動を示す。

【００３１】（ｂ）は位置検出回路５の位置検出信号で
ある。（ｃ）は位置検出回路５の回転パルスであり
（ｂ）に示す各位置検出信号の立ち上がり・立ち下がり
エッジにてパルスを発生させる。

【００３２】（ｄ）はチョッピングデータ記憶回路１４
から出力選択手段１７を通して出力されるチョッピング
データを示す。（ｅ）は制限回路１５により前記チョッ
ピングデータを目標回転数毎に予め設定されている最大
値・最小値内に制限した修正データをそれぞれ示す。

【００３３】圧縮機はその過程（吸入・圧縮・排出）に
よって必要なトルクＴＬが変動する。しかしながら、一
定デューティで動作させた場合、モータトルクＴＭは一
定であるため、ＴＭ＞ＴＬの区間においては角速度は加
速され、ＴＭ＜ＴＬの区間においては角速度は減速され
る。これにより角速度ω２に示されるように、大きな速
度変動が生じる。

【００３４】チョッピングデータ記憶回路１４から出力
されるチョッピングデータ（ｄ）を（ｅ）に示すように
目標回転数毎に設定した最大値・最小値で制限した修正
データで運転すると、その角速度の変動は（ａ）のω１
に示すように速度変動が大幅に低減される。

【００３５】以上のように本実施例において、まず、チ
ョピングデータ制御回路１２が位置検出回路５の回転パ
ルスにより直流電動機４の一回転あたりＮ個の区間に区
切り、各区間毎に目標回転数と検出された回転数とを比
較して次のその区間にて出力するチョッピングデータを
求め、チョッピングデータ記憶回路１４が前記チョッピ
ングデータ出力を区間毎に記憶する。

【００３６】そして、制限回路１５が前記チョッピング
データを一定の範囲内に入るように目標回転数毎に設定
した最大値・最小値により制限する。このようにするこ
とにより、加速中や減速中の過渡状態にある場合あるい
はノイズ等の外乱によりチョッピングデータ記憶回路の
データが書き変わってしまった場合などにも、アンバラ
ンスが生じることなく、速度変動を抑え振動・騒音を少
なくする事ができる。

【００３７】実施例においては、１回転を１２分割した
がそのほかの分割数でも同様の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、交流入力を直流
に変換する整流回路と、複数個の半導体スイッチ及びダ
イオードをブリッジ結線したインバータ回路と、前記イ
ンバータ回路により動作する直流電動機と、前記直流電
動機の回転子の位置を検出すると共に回転パルスを発生
する位置検出回路と、前記位置検出回路の出力を元に前
記インバータ回路の半導体スイッチング素子の動作を決
定する転流回路と、前記直流電動機の回転数を可変にす
るためのチョッピング信号を発生するチョッピング信号
発生回路と、前記転流回路の出力と前記チョッピング信
号発生回路の出力とを合成する合成回路と、前記合成回
路の出力により前記インバータ回路の半導体スイッチを
オン／オフさせるドライブ回路と、前記直流電動機の目
標回転数を出力する回転数指令回路と、前記位置検出回
路の回転パルスにより前記直流電動機の回転数を検出す
る回転数検出回路と、前記位置検出回路の回転パルスに
より前記直流電動機の一回転あたりＮ個の区間に区切
り、各区間毎に前記目標回転数と検出された回転数とを
比較してチョピングデータを発生するチョッピングデー
タ制御回路と、前記チョッピングデータ出力を区間毎に
記憶するチョッピングデータ記憶回路と、前記チョピン
グデータを選択する状態選択回路と、前記チョッピング
データが一定の範囲内に入っているように前記目標回転
数毎に設定した最大値・最小値により制限する制限回路
とから構成されているので、まず、チョピングデータ制
御回路が位置検出回路の回転パルスにより直流電動機の
一回転あたりＮ個の区間に区切り、各区間毎に目標回転
数と検出された回転数とを比較して次のその区間にて出
力するチョッピングデータを求め、チョッピングデータ
記憶回路が前記チョッピングデータ出力を区間毎に記憶
する。

【００３９】そして、制限回路が前記チョッピングデー
タを一定の範囲内に入るように目標回転数毎に設定した
最大値・最小値により制限する。このようにすることに
より、加速中や減速中の過渡状態にある場合あるいはノ
イズ等の外乱によりチョッピングデータ記憶回路のデー
タが書き変わってしまった場合などにも、アンバランス
が生じることなく、速度変動を抑え振動・騒音を少なく
する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における直流電動機の運転制
御装置のブロック図

【図２】本発明の一実施例における直流電動機の運転制
御装置のフローチャート

【図３】（ａ）本発明の一実施例における直流電動機の
運転制御装置の圧縮機の負荷トルクの変動と角速度の変
動と一定デューティのときの角速度の変動を示すタイム
チャート （ｂ）同実施例における直流電動機の運転制御装置の位
置検出信号を示すタイムチャート （ｃ）同実施例における直流電動機の運転制御装置の回
転パルスを示すタイムチャート （ｄ）同実施例における直流電動機の運転制御装置のチ
ョッピングデータを示すタイムチャート （ｅ）同実施例における直流電動機の運転制御装置の修
正データをを示すタイムチャート

【符号の説明】

２ 整流回路 ３ インバータ回路 ４ 直流電動機 ５ 位置検出回路 ６ 転流回路 ７ チョッピング信号発生回路 ８ 合成回路 ９ ドライブ回路 １０ 回転数指令回路 １１ 回転数検出回路 １２ チョッピングデータ制御回路 １３ 状態選択回路 １４ チョッピングデータ記憶回路 １５ 制限回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を直流に変換する整流回路と、
   複数個の半導体スイッチ及びダイオードをブリッジ結線
   したインバータ回路と、前記インバータ回路により動作
   する直流電動機と、前記直流電動機の回転子の位置を検
   出すると共に回転パルスを発生する位置検出回路と、前
   記位置検出回路の出力を元に前記インバータ回路の半導
   体スイッチング素子の動作を決定する転流回路と、前記
   直流電動機の回転数を可変にするためのチョッピング信
   号を発生するチョッピング信号発生回路と、前記転流回
   路の出力と前記チョッピング信号発生回路の出力とを合
   成する合成回路と、前記合成回路の出力により前記イン
   バータ回路の半導体スイッチをオン／オフさせるドライ
   ブ回路と、前記直流電動機の目標回転数を出力する回転
   数指令回路と、前記位置検出回路の回転パルスにより前
   記直流電動機の回転数を検出する回転数検出回路と、前
   記位置検出回路の回転パルスにより前記直流電動機の一
   回転あたりＮ個の区間に区切り、各区間毎に前記目標回
   転数と検出された回転数とを比較してチョピングデータ
   を発生するチョッピングデータ制御回路と、前記チョッ
   ピングデータ出力を区間毎に記憶するチョッピングデー
   タ記憶回路と、前記チョピングデータを選択する状態選
   択回路と、前記チョッピングデータが一定の範囲内に入
   っているように前記目標回転数毎に設定した最大値・最
   小値により制限する制限回路とを備えた直流電動機の運
   転制御装置。