JPH08126377A - モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 １つあるいは少数の基本トルクパターンによ
り負荷状態に応じて最適なトルク制御を可能とする。 【構成】 ブラシレスモータ１の制御方法において、基
本トルクパターン記憶部１０ｉを有しており、１回転時
間を計測タイマ１０ｂで計時し、回転速度指令と１回転
時間とを比較部１０ｆで比較し、ＰＷＭデューティ可変
部１０ｇでＰＷＭ信号のデューティ幅を変更して指令回
転数とする一方、負荷状態を負荷演算部１０ｈで演算
し、これにより基本トルクパターンの振幅、位相を変更
するためのデータを記憶しているＲＯＭ１０ｊのアドレ
スをアドレス計算部１０ｋで算出し、振幅のデータを乗
算部１０ｌで基本トルクパターンに乗算し、トルクパタ
ーン作成部１０ｍで位相変更し、変更されたトルクパタ
ーンを加算部１０ｏでＰＷＭ信号のデューティ幅に加算
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気調和機の圧縮機
（コンプレッサ）等に用いるモータ、例えば直流ブラシ
レスモータ（以下ブラシレスモータと記す）を回転制御
するモータの制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のブラシレスモータを圧縮機等の
モータとして利用する場合、例えば図５に示す制御装置
が必要である。

【０００３】図５において、この制御装置は、商用交流
電源を交流／直流変換した直流電源Ｖｃｃをスイッチン
グしてブラシレスモータ１に印加するインバータ部２
と、ブラシレスモータ１がセンサレスである場合同ブラ
シレスモータ１の電機子巻線の端子電圧（誘起電圧）に
基づいて回転子１ａの位置を検出して位置検出信号を出
力する位置検出回路３と、その位置検出信号をもとにし
てブラシレスモータ１の電機子巻線の通電切り替えタイ
ミング（点弧タイミング）を得、この点弧タイミングに
したがってインバータ部２の駆動信号を出力するととも
に、回転数に応じてブラシレスモータ１の印加電圧を可
変し、かつトルクパターンにしたがって可変するための
電圧制御信号（ＰＷＭ信号）を出力する制御回路（マイ
クロコンピュータ）４とを備えている。

【０００４】インバータ部２は、上アームのスイッチン
グ素子Ｕ，Ｖ，Ｗおよび下アームのスイッチング素子
Ｘ，Ｙ，Ｚをブリッジ接続した駆動回路２ａと、制御回
路４からの電圧制御信号（ＰＷＭ信号）により下アーム
のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚを駆動する駆動信号のオ
ン区間をチョッピングするチョッピング回路２ｂと、こ
のチョッピングされた駆動信号を含む駆動信号により駆
動回路２ａの各複数のスイッチング素子を駆動するドラ
イバ回路２ｃとを備えている。

【０００５】上記構成の制御装置において、ブラシレス
モータ１がＰＷＭ制御方式で回転制御される。この場
合、１回転中を１２分割（３相４極の場合）し、間欠的
に回転子１ａの位置情報（位置検出信号）を発生する一
方、トルク制御を同時に行うため、図６に示すように、
０ないし１１の各区間毎に負荷トルク曲線に近似したト
ルクパターンを設定している。

【０００６】すなわち、１回転中において負荷の変動が
生じている場合、ブラシレスモータ１に回転むらが生
じ、これがブラシレスモータ１の振動、騒音を発生す
る。特に、空気調和機のコンプレッサモータとしてその
ブラシレスモータ１を用いた場合には、振動により配管
に対してストレスがかかり、空調系の劣下を高めること
になる。そのため、図６に示す形のトルクパターンを用
いてトルク制御を行い、１回転中におけるトルクを変え
て回転むらを相殺するようにしている。

【０００７】具体的に説明すると、制御回路４は指令回
転数およびトルクパターンにしたがってＰＷＭ信号のデ
ューティ比を可変し、１回転の平均速度を指令回転数に
一致させるとともに、１回転中における変動負荷による
速度変動を抑え、ひいては振動、騒音を抑えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モ
ータの制御方法にあっては、トルク制御に用いるトルク
パターンが１つであることから、ある決まった負荷トル
ク曲線に対しては有効であるが、ブラシレスモータ１の
回転数を広範囲で可変したり、平均負荷が変わるような
制御対象の場合には対応することができない。

【０００９】そこで、複数のトルクパターンを予め用意
しておけば、上記欠点を解消できるが、トルクパターン
を記憶しておくためのメモリ（ＲＯＭ）の容量が膨大な
ものとなり、しかも全ての条件を満足させることは極め
て困難である。

【００１０】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はトルクパターンの種類がなくとも、種
々負荷に応じて精密なトルク制御を行うことができるよ
うにしたモータの制御方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のモータ制御方法は、モータを回転制御す
るモータの制御方法において、少なくとも１つの基本ト
ルクパターンを有しており、前記モータの回転むらに応
じて前記基本トルクパターンの振幅、位相を変更して新
たなトルクパターンを作成し、該作成されたトルクパタ
ーンを用いて前記モータをトルク制御するようにしたこ
とを要旨とする。

【００１２】また、この発明はモータをＰＷＭ制御方式
で回転制御するモータの制御方法において、少なくとも
１つの基本トルクパターンを有しており、前記モータの
回転数を検出するとともに、前記モータの回転制御のた
めのＰＷＭデューティおよび検出回転数をもとにして前
記モータの負荷状態を検出し、該負荷状態に応じて前記
基本トルクパターンの振幅、位相を変更して新たなトル
クパターンを作成し、該作成されたトルクパターンを用
いて前記モータをトルク制御するものである。

【００１３】さらに、前記モータは空気調和機のコンプ
レッサのモータとしてのブラシレスモータである。

【００１４】

【作用】上記手段としたので、上記モータ（例えばコン
プレッサモータ）を駆動する際、上記モータの回転数
（例えば１回転時間）が検出され、ＰＷＭ制御のための
ＰＷＭデューティおよび検出１回転時間をもとにしてモ
ータの負荷状態が演算される。

【００１５】この演算結果の負荷状態に応じて基本トル
クパターンの振幅、位相が変更される。例えば、低回転
数時ほどコンプレッサのロータの慣性によって回転むら
が打ち消されない。その結果、加圧による回転むらが表
面に表れ、そのために振動も大きくなる。また、高速回
転になるほど、回転子の慣性等によって振動は減少す
る。一方、負荷の状態（コンプレッサでは圧力）によっ
ても、振動は変化し、負荷の大きさにより振動位相が変
化し、また高負荷ほど振動振幅が増加する。

【００１６】このような条件を加味して基本トルクパタ
ーンの振幅、位相を変更するためのデータが例えば予め
ＲＯＭに記憶されている。上記演算結果の負荷状態に応
じた振幅データがＲＯＭから読み出されると、振幅デー
タが基本トルクパターンに乗算され、この振幅可変され
たトルクパターンが位相データにより位相ジフトされ
る。

【００１７】このようにして、基本トルクパターンの振
幅、位相が変更され、この振幅、位相変更された新たな
トルクパターンを用いてトルク制御が行われるため、モ
ータの回転変動が抑えられ、ひいては振動が抑えられ
る。

【００１８】

【実施例】この発明のモータの制御方法は、基本トルク
パターンの振幅、位相を負荷状態に応じて変更すれば、
種々の負荷に応じた適切なトルクパターンを得ることが
できることに着目し、図４に示すように、１つのトルク
パターンまたは少数の基本トルクパターンの振幅を変更
し、さらにこの振幅変更されたトルクパターンの位相を
シフトして新たなトルクパターンを作成し、この新たな
トルクパターンに切り替えてトルク制御を行う。

【００１９】そのため、この発明のモータの制御方法が
適用される制御装置は図１および図２に示す構成をして
いる。なお、図中、図５と同一部分には同一符号を付し
重複説明を省略する。

【００２０】図１および図２において、この制御装置
は、図５に示す制御回路４の機能の他に、予め基本とな
るトルクパターンを記憶しておき、ブラシレスモータ１
の回転制御時に同ブラシレスモータ１の負荷状態を検出
し、この負荷状態に応じてその基本トルクパターンの振
幅、位相もしくは振幅および位相を決定し、この決定振
幅、位相もしくは振幅および位相に基づいて基本トルク
パターンを変更して新たなトルクパターンを作成し、こ
の新たなトルクパターンに基づいてトルク制御を行う制
御回路（制御マイクロコンピュータ）１０を備えてい
る。

【００２１】制御回路１０は、位置検出回路３からの位
置検出信号のタイミングを内部タイミングとして使用す
るためにシリアル信号に変換し、また必要とする場合そ
のシリアル信号をπ／６位相シフトするタイミング発生
部１０ａと、その位置検出信号の各区間（１２区間）の
時間を計時する区間時間計測タイマ１０ｂと、そのシリ
アル信号をもとにして１回転の時間を計時する１回転時
間計測タイマ１０ｃと、そのシリアル信号をもとにして
インバータ部２の各トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，
Ｚを点弧するための駆動信号を発生する駆動信号発生部
１０ｄと、ブラシレスモータ１の回転数指令を出す回転
速度指令（回転時間）部１０ｅと、この指令回転数（回
転時間）と１回転時間とを比較する比較部１０ｆと、こ
の比較結果（差分）に応じてＰＷＭデューティ比を可変
し、速度フィードバックを行うＰＷＭデューティ比可変
部１０ｇと、その１回転時間とＰＷＭデューティ比の可
変量をもとにしてブラシレスモータ１の負荷状態を検出
する負荷演算部１０ｈと、基本トルクパターンを記憶し
ている基本トルクパターン部１０ｉと、その基本トルク
パターンの振幅、位相を可変するためのデータを記憶し
ているＲＯＭ１０ｊと、負荷演算部１０ｈで得られた負
荷状態に応じてＲＯＭ１０ｊの所定データ（振幅、位
相）を読み出すためのアドレス計算部１０ｋと、基本ト
ルクパターンにその読み出された振幅（ゲイン）データ
を乗算する乗算部１０ｌと、この乗算されたトルクパタ
ーンとその読み出された位相データとにより新たなトル
クパターンを作成し、既に得られているトルクパターン
から新たなトルクパターンに切り替えるトルクパターン
作成部１０ｍと、上記計時された各区間の時間のタイミ
ングでそのトルクパターン作成部１０ｍにおけるトルク
パターンを切り替えるための切り替え信号を出力するト
ルク制御タイミング発生部１０ｎと、ＰＷＭデューティ
比可変部１０ｇで得られた速度出力のＰＷＭデューティ
にトルクパターン作成部１０ｍで得られたデータを加算
する加算部１０ｏと、この加算部１０ｏで加算されたデ
ータをもとにしてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御部１
０ｐとを備えている。

【００２２】次に、上記構成のブラシレスモータの制御
装置の動作を図３のグラフ図を参照して詳細に説明す
る。なお、ブラシレスモータ１の可変速度制御の場合、
負荷トルクは指令回転数を出力するための平均トルク
と、負荷変動によるトルクむらの合成トルクとなる。

【００２３】また、トルクむらが図３（ａ）に示す波形
とし、これを負荷トルクの交流成分と定義する。この交
流成分を打ち消すようなトルクパターン、つまり図３
（ｂ）に示す基本トルクパターンを予め基本トルクパタ
ーン部１０ｉに記憶している。

【００２４】さらに、例えば低回転数時ほど加圧による
回転むらが大きく、そのために振動も大きくなる。ま
た、高速回転になるほど、回転子の慣性等によって振動
は減少する。一方、負荷の状態（コンプレッサでは圧
力）によっても、振動は変化し、負荷の大きさにより振
動位相が変化し、また高負荷ほど振動振幅が増加する。
そこで、ＲＯＭ１０ｊは上記条件を加味した振幅、位相
データ（例えば１，０°）を記憶している。

【００２５】まず、制御回路１０のタイミング発生部１
０ａは位置検出回路３からの位置検出信号のをもとにし
て同制御回路１０の内部タイミングに使用する点弧タイ
ミング（シリアル信号）を発生する。駆動信号発生部１
０ｄはその点弧タイミングで駆動回路２ａの各スイッチ
ング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを駆動する駆動信号を
出力する。

【００２６】このとき、１回転時間計測タイマ１０ｃは
タイミング発生部１０ａからのシリアル信号（点弧タイ
ミング）をもとにして回転子１ａの１回転時間を計時す
る。この１回転時間と回転速度指令（回転時間）部１０
ｅからの指令速度（時間）とが比較部１０ｆに入力す
る。比較部１０ｆは加算器、またはコンパレータであ
り、この比較部１０ｆは１回転時間と指令回転時間との
差分値を算出する。

【００２７】ＰＷＭデューティ可変部１０ｇはその差分
値に応じてＰＷＭ信号のデューティ幅の可変量を算出
し、この可変量を加算部１０ｏを介してＰＷＭ制御部１
０ｐに出力する。

【００２８】これにより、その差分値がＰＷＭ信号のデ
ューティ幅に反映され、逐次的にその差分値が零近傍に
なるまでＰＷＭ信号のデューティ幅が可変される。これ
が指定回転数を発生するモータトルクに相当する。

【００２９】また、負荷演算部１０ｈはＰＷＭデューテ
ィ可変部１０ｇからのＰＷＭデューティ（可変量）およ
び１回転時間によりブラシレスモータ１の負荷状態を検
出する。例えば、そのＰＷＭデューティ（可変量）およ
び１回転時間をもとにして予め設定した関数で負荷状態
（１回転を１２分割（３相４極の場合）した各区間にお
ける負荷の大きさ）を算出する。

【００３０】すなわち、この負荷状態の検出方法として
は、電流を検出する方法もあるが、電流検出部を増設す
る必要があり、コスト面で問題があるからである。そこ
で、この発明ではＰＷＭ制御方式によるＰＷＭデューテ
ィを用いている。

【００３１】定回転速度制御のフィードバックループを
有している場合、負荷が増加して速度が低下したとする
と、デューティ幅が変わり、インバータ部２の各トラン
ジスタの点弧期間が増加して回転数を指令回転に一致す
るまで上昇させる。しかし、そのデューティ幅だけ検出
したのでは、回転数を上昇（あるいは下降）させるた
め、デューティが増加（あるいは減少）したのか、また
は外因によって負荷が変動してデューティが増加（ある
いは減少）したのか判別が難しいので、回転数の情報も
負荷状態の検出に用いている。

【００３２】ところで、ＲＯＭ１０ｊには予め種々負荷
状態に応じて基本トルクパターンの振幅、位相を可変す
るためのデータが記憶されている。その振幅、位相のデ
ータを読み出すため、アドレス計算部１０ｋは負荷演算
部１０ｈで得られた負荷状態に応じてＲＯＭ１０ｊのア
ドレスを発生する。なお、上記負荷状態と振幅、位相と
を関係式で表し、この関係式を用いてその振幅、位相を
演算するようにしてもよい。

【００３３】このようにして、検出された負荷状態に応
じてＲＯＭ１０ｊの振幅、位相のデータを読み出し、こ
の読み出された振幅ゲインを乗算部１０ｏに入力して基
本トルクパターン部１０ｉの基本トルクパターンに乗算
する。例えば、図３（ｃ）に示すように、基準トルクパ
ターンの振幅を増幅し、この増幅されたトルクパターン
をトルクパターン作成部１０ｍに入力する。

【００３４】また、ＲＯＭ１０ｊから読み出された位相
データがトルクパターン作成部１０ｍに入力しており、
トルクパターン作成部１０ｍは入力トルクパターンをそ
の位相データ分だけシフトする。例えば、図３（ｄ）に
示すように、同図（ｃ）に示すトルクパターンをその位
相データ分だけシフトした新たなトルクパターンを作成
する。

【００３５】一方、区間時間計測タイマ１０ｂは１回転
を１２分割した各区間の時間を計時し、この計時時間を
トルク制御タイミング発生部１０ｎに出力する。トルク
制御タイミング発生部１０ｎはその区間時間をもとにし
てトルクパターンの切り替えタイミングを発生する。

【００３６】上記発生されたトルクパターンの切り替え
タイミングによりトルクパターン作成部１０ｍは現に作
成した新たなトルクパターンに切り替えて出力する。こ
れがブラシレスモータ１の回転むらを抑制するモータト
ルク交流成分となり、例えば図３（ｄ）に示す新たなト
ルクパターンのデータが各区間毎に加算部１０ｏに入力
される。

【００３７】これにより、加算部１０ｏの出力が最終的
にブラシレスモータ１を駆動するためのＰＷＭ信号のデ
ューティ幅としてＰＷＭ制御部１０ｐに入力し、ＰＷＭ
制御部１０ｐはチョッパ用のＰＷＭ信号を発生する。

【００３８】インバータ部２は駆動信号発生部１０ｄか
らの駆動信号およびＰＷＭ制御部１０ｐからのチョッパ
用のＰＷＭ信号を入力し、従来同様に駆動回路２ａの各
トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを駆動し、上述の
ループを繰り返す。

【００３９】なお、上記実施例では、基本トルクパター
ン部１０ｉの基本トルクパターンを１つもっている場合
について説明したが、幾つかの異なる基本トルクパター
ンを用意しておき、例えば負荷状態に応じて１つの基本
トルクパターンを選択し、この選択基本トルクパターン
の振幅、位相もしくは振幅および位相を変更して新たな
トルクパターンを作成するようにしてもよい。これによ
り、基本トルクパターンの振幅、位相を無理なく変更す
ることが可能となる。

【００４０】このように、１つの基本トルクパターンま
たは少数の基本トルクパターンの振幅、位相を負荷状態
に応じて変更して新たなトルクパターンを作成し、この
作成トルクパターンによってトルク制御行うことから、
トルクパターンを記憶しておくためのメモリ容量が小さ
くて済み、負荷に最適なトルク制御（いわゆる精密なト
ルク制御）が可能となり、ブラシレスモータ１の種々負
荷に対応して適切なトルク制御が可能となる。

【００４１】とろこで、トルク制御が必要でない場合、
例えば高速回転時に回転変動が小さく、トルク制御を必
要としない場合、またはトルク制御を行うことによっ
て、逆に加振してしまうような場合がある。このような
場合であっても、ブラシレスモータ１の印加トルクの定
常分（速度制御分）と振動抑制分（回転変動抑制分）と
を独立に制御していることから、トルク制御を切り離
し、つまりトルク制御を停止することができ、加振する
こともない。しかも、高速回転時にトルク制御ルーチン
を行わないようにすることにより、ブラシレスモータ１
のほかの制御処理の高速化が図れるという利点もある。

【００４２】また、上記基本トルクパターンの振幅、位
相を変更するために、ブラシレスモータ１の負荷状態を
検出する方法として、ＰＷＭデューティと１回転時間と
によって負荷状態を検出していることから、電流検出等
のハードウェアを付加する必要がなく、安価に済ませら
れる。

【００４３】さらに、この発明の制御方法は、全て制御
マイコンのソフトウェアで行っていることから、この発
明を付加することによるコストアップは問題とならな
い。

【００４４】さらにまた、ブラシレスモータ１の振動を
減少させることができるため、例えば空気調和機のコン
プレッサモータに用いた場合には配管のストレスが少な
くなり、これによりその配管に余裕をもたせずに済み、
つまり室外機のコンパクト化を図ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のモータ
の制御方法によれば、１つのトルクパターンまたは少数
のトルクパターンを予め用意しておき、モータの負荷状
態に応じてそのトルクパターンの振幅を変更し、かつそ
の変更トルクパターンの位相を変更して新たなトルクパ
ターンを得、この新たなトルクパターンを用いトルク制
御を行うようにしたので、トルクパターンの種類がなく
とも、種々負荷に応じて精密なトルク制御（いわゆる負
荷に応じて適切なトルク制御）を行うことができるとい
う効果がある。

【００４６】また、この発明によれば、トルク制御が必
要でない場合、例えば高速回転時に回転変動が小さく、
またはトルク制御を行うことによって逆に加振してしま
うような場合であっても、ブラシレスモータ１の印加ト
ルクの定常分（速度制御分）と振動抑制分（回転変動抑
制分）とを独立に制御していることから、トルク制御を
切り離し、つまりトルク制御を停止することができ、加
振することもない。しかも、高速回転時にトルク制御ル
ーチンを行わないようにすることにより、ブラシレスモ
ータ１の制御処理の高速化が図れるという利点もある。

【００４７】さらに、上記基本トルクパターンの振幅、
位相を変更するために、ブラシレスモータ１の負荷状態
を検出する方法として、ＰＷＭデューティと１回転時間
とによって負荷状態を検出していることから、電流検出
等のハードウェアを付加する必要がなく、安価に済ませ
られる。

【００４８】さらにまた、空気調和機のコンプレッサモ
ータに用いた場合、振動が抑えられるため、配管のスト
レスが少なくなり、これによりその配管に余裕をもたせ
ずに済み、つまり室外機のコンパクト化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、モータの制御方法
が適用される制御装置の概略的ブロック線図。

【図２】図１に示す制御装置の部分的ブロック線図。

【図３】図１に示す制御装置の動作を説明するための概
略的グラフ図。

【図４】この発明のモータの制御方法を説明するための
概略的アルゴリズム図。

【図５】従来のモータの制御装置の概略的ブロック線図
である。

【図６】ブラシレスモータの負荷トルクおよびモータト
ルクを説明する概略的グラフ図。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ（モータ） １ａ 回転子 ２ インバータ部 ２ａ 駆動回路 ２ｂ チョッピング回路 ２ｃ ドライバ回路 ３ 位置検出回路 ４，１０ 制御回路（マイクロコンピュータ） １０ａ タイミング発生部 １０ｂ 区間時間計測タイマ １０ｃ １回転時間計測タイマ １０ｄ 駆動信号発生部 １０ｅ 回転速度指令部 １０ｆ 比較部 １０ｇ ＰＷＭデューティ可変部 １０ｈ 負荷演算部 １０ｉ 基準トルクパターン部 １０ｊ ＲＯＭ １０ｋ アドレス計算部 １０ｌ 乗算部 １０ｍ トルクパターン作成部 １０ｎ トルク制御タイミング発生部 １０ｏ 加算部 １０ｐ ＰＷＭ制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを回転制御するモータの制御方法
   において、少なくとも１つの基本トルクパターンを有し
   ており、前記モータの回転むらに応じて前記基本トルク
   パターンの振幅、位相を変更して新たなトルクパターン
   を作成し、該作成されたトルクパターンを用いて前記モ
   ータをトルク制御するようにしたことを特徴とするモー
   タの制御方法。
2. 【請求項２】 モータをＰＷＭ制御方式で回転制御する
   モータの制御方法において、少なくとも１つの基本トル
   クパターンを有しており、前記モータの回転数を検出す
   るとともに、前記モータの回転制御のためのＰＷＭデュ
   ーティおよび検出回転数をもとにして前記モータの負荷
   状態を検出し、該負荷状態に応じて前記基本トルクパタ
   ーンの振幅、位相を変更して新たなトルクパターンを作
   成し、該作成されたトルクパターンを用いて前記モータ
   をトルク制御するようにしたことを特徴とするモータの
   制御方法。
3. 【請求項３】 前記モータは空気調和機のコンプレッサ
   のモータとしてのブラシレスモータである請求項１また
   は請求項２記載のモータの制御方法。