JPH0591787A - ブラシレス直流モータの制御装置 - Google Patents

ブラシレス直流モータの制御装置

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JPH0591787A
JPH0591787A JP3246337A JP24633791A JPH0591787A JP H0591787 A JPH0591787 A JP H0591787A JP 3246337 A JP3246337 A JP 3246337A JP 24633791 A JP24633791 A JP 24633791A JP H0591787 A JPH0591787 A JP H0591787A
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Tadashi Ashikaga
正 足利
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流電源への回生電力を許容値以下にすると
共に逆転制動を防止して効率良い回生制動になるように
する。 【構成】 インバータからブラシレス直流モータに供給
する電流の電流指令とその検出値との比較によりインバ
ータ出力電圧を正弦波近似PWM制御する電流制御系を
持ち、該電流制御系の電流指令を正負に切り換えて直流
モータの駆動と回生制動を行うブラシレス直流モータの
制御装置において、モータから直流電源側への最大許容
回生電流を求めると共に、逆転制動領域と回生制動領域
の境界になるモータ電流を求め、これらモータ電流の範
囲内に回生時の電流指令を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石界磁を持つブ
ラシレス直流モータの制御装置に係り、特に回生制動制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石により界磁磁束を得るブラシレ
ス直流モータの制御装置は、速度制御系のマイナループ
制御系として、又は独立した制御系として電流制御系を
具えるものが多く、この電流制御系は例えば図5に示す
構成にされる。
【0003】直流電源1からの直流電力はインバータ主
回路2によって制御されたPWM波形の電圧出力に変換
され、DCブラシレスモータ3の電機子電流として供給
される。モータ3の回転子位置はアブソリュートエンコ
ーダ4によって位相信号θとして検出される。電流指令
1refは乗算器51,52の乗数にされ、これら乗算器5
1,52の被乗数には正弦波発生器6から互いに120度
移相した正弦波信号にされる。この正弦波位相はエンコ
ーダ4の位相信号θにしたがって制御される。
【0004】乗算器51,52の出力にはモータ3への3
相入力のうちu相とw相の正弦波電流指令Iu,Iwが取
り出され、これら電流指令Iu,Iwモータ電流Iu′,
w′をフィードバック信号とする電流制御アンプ71
2によって比例・積分演算され、u相とw相の電圧指
令Vu,Vwとして取り出される。
【0005】電圧指令Vu,Vwは加算器8によって加算
されることで該加算器9の出力にv相の電圧指令Vv
生成される。これら電圧指令Vu,Vv,VwはPWM発
生回路としてのコンパレータ91,92,93の比較入力
にされ、比較基準の搬送波発生器10からの三角波信号
が与えられることで該コンパレータ91〜93の出力に正
弦波近似のPWM波形が取り出され、これらPWM波形
がインバータ主回路2の各相ゲート信号にされ、ゲート
回路11によって増幅されてインバータ主回路2の各相
スイッチ素子のドライブ信号にされる。
【0006】このような構成により、電流制御系ではモ
ータ電流をフィードバック制御することにより、モータ
3のトルクを制御している。
【0007】ここで、直流電源1には交流電源から整流
器によって得る構成、無停電化するための電池(予備電
源)を併設する構成、さらには電池電源のみを持つ構成
にされる。このうち、直流電源に電池を持つものでは制
動時に電源側にエネルギーを戻す回生制動が用いられ、
図示の構成では電流指令I1refに負の指令を与えること
により回生制動を行っている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の回生制動では、
電流指令I1refによって制動ドルクを制御しているた
め、所期の制動トルクを得るための電流指令I1refの設
定によっては最大許容回生電力を越えてしまう問題があ
った。この最大許容回生電力は主に電池の最大許容充電
電流とそのときの電池電圧により決まるものであるが、
電池電圧は放電度合によって大きく変動し、電流指令I
1refの固定のリミッタ値を設定するだけでは最大許容回
生電力を越えて電池の過充電を起こしてしまうか、又は
制動トルクが不十分になったり電力効率の悪い回生にな
る。
【0009】上述の課題のほか、モータ3の低速域では
回生エネルギーが小さくなってくるため、制動トルクの
設定によっては電源側からエネルギーを供給して制動す
る逆転制動となる。この場合には回生制動がモータの発
熱、電池のエネルギー損失などを発生し、機械的制動に
較べて効率の悪い回生制動になってしまう。
【0010】本発明の目的は、直流電源への回生電力を
許容値以下にすると共に逆転制動を防止して効率良い回
生制動になる制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、インバータからブラシレス直流モータに
供給する電流の電流指令とその検出値との比較によりイ
ンバータ出力電圧を正弦波近似PWM制御する電流系を
持ち、該電流制御系の電流指令を正負に切換えて直流モ
ータの駆動と回生制動を行うブラシレス直流モータの制
御装置において、前記インバータの直流電圧Edとモー
タ回転数ω及びモータとインバータの特性係数から前記
電流I1a,I1bを次式
【0012】
【数3】
【0013】
【数4】
【0014】但し、Ed:インバータ直流電圧 Id:インバータ直流電流 L1:モータ巻線の漏れインダクタンス Kv:モータ誘起電圧定数 K2:インバータ損失係数 K1:モータ損失係数 から得る演算手段と、モータの回生制動時に前記電流I
1a及びI1bの範囲内に前記電流指令を制限するリミッ
タ手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【作用】モータにより電気的に制動を行う場合、回生制
動で動作する領域と逆転制動で動作する領域があり、本
発明では回生電力による制限領域内かつ逆転制動領域に
入らない回生制動を行う。
【0016】まず、回生制動が最大許容回生電力で制限
される領域を説明する。
【0017】回生時の電力関係は、各部を図1に示す電
圧、電流とすると、 3E01=WIM+WINV+Edd・・・・・(1) 但し、WIM :モータ損失 Ed:直流電圧 WINV:インバータ損失 Id:直流電流 E0 :モータ誘起電圧(相電圧) I1 :モータ電流 となる。このうち、モータ損失WIMはその一次抵抗など
電流の二乗に比例する損失が主であり、インバータ損失
は電流にほぼ比例するため、これら損失は夫々の損失係
数K1,K2とすると、 WIM=K11 2・・・・・(2) WINV=K21・・・・・(3) となる。
【0018】上述の(1)〜(3)式より、 K21 2+(K2−3E0)I1+Edd=0・・・・・(4) の関係になり、これをモータ電流I1について解くと、
【0019】
【数5】
【0020】となる。ここで、モータ誘起電圧E0及び
トルクTは次の関係 E0=KVω・・・・・(6) T=Ki1・・・・・(7) 但し、Kv:誘起電圧定数 Ki:トルク定数 ω :モータ回転数(回転角速度)にある。
【0021】従って、電池1への回生電流Idに最大許
容充電電流を代入したモータ電流I1LIM(5)式から求
まり、このモータ電流I1LIMに制限することで最大許容
回生電力で制限したモータ電流I1の制御が可能とな
る。このとき、電流I1LIMは直流電圧(電池電圧)Ed
とモータ回転数ωの関数になり、これら電圧Edと回転
数ωに応じてモータ電流I1LIMを制御することにより、
電池への回生電力を許容値内にし、また該許容値内の範
囲で所期の制動トルクT(=Ki1)を得ることができ
る。
【0022】次に、逆転制動領域の説明をする。回生が
可能となる最大電流はモータ巻線をインバータ2側で短
絡したときに流れる電流となる。これ以上の電流を増加
して制動トルクを増すと逆転制動領域に入り、電池1か
らモータ3に電力が供給される。従って、逆転制動領域
はモータ3の短絡電流が境界になる。
【0023】モータの短絡電流は低速では巻線抵抗Ra
と漏れインダクタンスL1及びインバータ損失によって
決まる。このうち、インバータ損失を含めた1相分の等
価抵抗Ra1を前述の(2),(3)式から求めると、 Ra1=(WIM+WINV)/3・I1 2 =(K1+K2/I1)/3・・・・・(8) となる。一方、インバータ2の素子オンによってモータ
の端子間を短絡したときの電圧平衡式は、 E0=Ra11+jωL11・・・・・(9) となり、この(9)式の絶対値に(8)式を代入してモ
ータ電流I1を求めると次式となる。
【0024】
【数6】
【0025】従って、上記(10)式に従って各回転数
ωにおける回生領域で動作するモータ電流値I1を制限
値とすることで逆転制動領域での動作を避けたりトルク
制御ができる。
【0026】以上までのことから、本発明では(5)式
に従った電流指令の制限により回生電力を許容値内に制
限し、(10)式に従った電流指令の制限により逆転制
動領域を避けた回生制動に制限する。
【0027】
【実施例】図2は本発明の一実施例を示す電流制御系の
回路図である。同図が図5の制御回路と異なる部分は、
リミッタ部12と制動電流範囲演算部13及び位相角演
算部14を備えたことにある。
【0028】位相角演算部14はアブソリュートエンコ
ーダ4からの位相角信号θを積分することによってモー
タ3の回転数ωを求める。
【0029】制動電流範囲演算部13は、モータ回転数
ωとインバータ主回路2の直流電圧Edとモータ3の誘
起電圧E0の各検出値及びモータとインバータの特性係
数から前述の(5)式及び(10)式に従った演算を
し、両演算結果から電流制限値ILIMを求める。
【0030】なお、制動電流範囲演算部13は電圧
d,E0及び回転数ωをパラメータとして予め求めてお
き、この表データをテーブルデータとして予め記憶して
おき、各パラメータの値から電流制限値ILIMをテーブ
ルデータから流出す構成でも良い。
【0031】リミッタ部12は、演算部13からの電流
制限値ILIMとモータ回転数ωの各信号を取り込み、電
流指令値I1refを電流制限値ILIMに制限した出力を得
る。
【0032】リミッタ部12は回転数ωと電流指令I
1refの極性によってモータ3の駆動時と回生時をその回
転方向別に判別し、回転時のみ電流指令I1refを電流制
限値ILIMに制限する。
【0033】図3はリミッタ部12のソフトウェア構成
を示す。リミッタ部12は、モータ回転数ωの正負から
モータ3の正転と逆転状態を判別し(ステップs1)、
モータ3の正転時での電流指令I1refの正負を判別し
(ステップs2)、同様にモータ3の逆転時での電流指
令I1refの正負を判別する(ステップs3)。
【0034】これら判別によって、リミッタ部12はモ
ータ3の駆動状態と制動状態を判別し、制動状態におい
て電流指令I1refが電流制限値ILIMより絶対値で大き
いか否かを判別し(ステップs4,s5)、電流指令I
1refが電流制限値ILIMよりも大きいときにはそのとき
の電流制限値ILIMを電流指令(I1ref)′として出力
する(ステップs6,s7)。逆に、制動状態で電流指
令I1refが電流制限値ILIMよりも小さいときには該電
流指令I1refを制限することなくそのまま電流指令(I
1ref)′として出力する(ステップs8)。また、モー
タ3の駆動状態では電流制限することなく、電流指令I
1refをそのまま出力する。
【0035】図4は本発明に基づいた回生制動の動作領
域特性を例示するものである。図中、曲線Aは(5)式
に従った最大許容回生電力からの制限特性を示し、曲線
Bは(10)式に従った逆転制動領域からの制限特性を
示し、両制限特性で囲まれた斜線領域が回生制動の制限
範囲になる。なお、破線Cは駆動時の特性を示す。
【0036】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、最大許
容回生電力からの制限と逆転制動領域からの制限の範囲
内に電流指令を制限するようにしたため、電池への回生
電力を許容値以下に制限してその過充電等による劣化を
防ぎ、また逆転制動領域での制動を避けてモータの過熱
や電池の電力損失を防ぐことができ、効率の良い回生制
動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を原理的に説明するための回生時の電力
関係図。
【図2】本発明の一実施例を示す回路図。
【図3】リミッタ部のフローチャート。
【図4】回生制動の動作領域特性図。
【図5】従来の装置構成図。
【符号の説明】
1…直流電源、2…インバータ本体、3…ブラシレス直
流モータ、51,52…乗算器、6…正弦波発生器、
1,72…電流制御アンプ、91,93…コンパレータ、
10…搬送波発生器、12…リミッタ部、13…制動電
流範囲演算部、14…位相角演算部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータからブラシレス直流モータに
    供給する電流の電流指令とその検出値との比較によりイ
    ンバータ出力電圧を正弦波近似PWM制御する電流系を
    持ち、該電流制御系の電流指令を正負に切換えて直流モ
    ータの駆動と回生制動を行うブラシレス直流モータの制
    御装置において、前記インバータの直流電圧Edとモー
    タ回転数ω及びモータとインバータの特性係数から前記
    電流I1a,I1bを次式 【数1】 【数2】 但し、Ed:インバータ直流電圧 Id:インバータ直流電流 L1:モータ巻線の漏れインダクタンス Kv:モータ誘起電圧定数 K2:インバータ損失係数 K1:モータ損失係数 から得る演算手段と、モータの回生制動時に前記電流I
    1a及びI1bの範囲内に前記電流指令を制限するリミッタ
    手段とを備えたことを特徴とするブラシレス直流モータ
    の制御装置。
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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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