JPH08196096A

JPH08196096A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH08196096A
Application number: JP7004212A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhide Azuma; 光英東; Takashi Deguchi; 隆出口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ブラシレスＤＣモータ駆動用ＰＷ
Ｍ制御インバータ装置の電力効率を向上し、また比較的
簡単な制御方式で提供することを目的とする。【構成】インバータ通電角を１２０゜以上１８０゜未
満に設定する通電角制御手段を備えたブラシレスＤＣモ
ータ駆動用インバータ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置の電力
効率を向上できるＰＷＭ制御インバータ装置の制御方式
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスＤＣモータ（以降、単
にモータと表記）の駆動用インバータ装置の制御法の代
表的な一例を図面とともに示す。図５にインバータ回路
を、図６（ａ）に制御回路のブロック図を、図６（ｂ）
にスイッチング素子２２〜２７のＯＮ−ＯＦＦ波形２８
〜２１３を示す。図中のＴｕ⁺の意味は上アームのＵ相
スイッチング素子を、Ｔｕ^-は下アームのＵ相スイッチ
ング素子を意味する。Ｔｖ⁺・Ｔｖ^-なども同様な考え方
である。また、図６（ｂ）のスイッチングパターン波形
では、ＨＩレベルをスイッチング素子ＯＮとしている。

【０００３】図６（ｂ）に示すとうり、下アーム（２５
〜２７の素子）は１２０゜通電制御、上アーム（２２〜
２４の素子）は、通常１２０゜通電制御に等幅ＰＷＭ制
御（ＰＷＭデューティ比０〜１００％）を使用する。も
しくは、上アームと下アームの制御法を入れ換えても良
いし、双方にＰＷＭ制御を付加してもよい。ＰＷＭデュ
ーティ比の設定は、図６（ａ）の制御ブロックで行われ
る。モータ電圧検出手段１１によりモータ電圧を検出
し、運転周波数検出手段１２によりモータの運転周波数
を演算する。また、位相角検出手段１６でモータ電圧位
相角を検出する。ＰＷＭデューティ比制御手段１４にお
いては、あらかじめ設定した運転周波数になるようにＰ
ＷＭデューティ比を調節すると同時に、ＴｒをＯＮ−Ｏ
ＦＦする位相タイミングを決定する。Ｔｒ（トランジス
タ）駆動手段１５によりＴｒを駆動する。

【０００４】インバータ駆動時の、モータを流れる電流
は図７（ａ）のようになる。電流波形が矩形状となるの
で、基本波に対して５次・７次・１１次…倍の奇数次高
調波電流が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
流により、モータの巻線鉄心の鉄損が増加しモータ駆動
効率が低下するというデメリットがあった。また、モー
タ電流を正弦波にするため、不等幅ＰＷＭ制御を適用し
た１８０゜通電方式も存在する。しかし、モータの磁極
位置を検出する位置センサを省略した制御系を構成しよ
うとすると、制御演算が複雑になり、コストも増大する
問題がある。また、インバータ上下アームの短絡防止手
段も設ける必要もあるため、余分な制御手段を構成しな
ければならない課題があった。

【０００６】本発明は、上記のような従来技術の欠点を
除き、インバータ装置の電力効率を向上できるＰＷＭ制
御インバータ装置を、比較的簡単な制御方式で提供しよ
うとするものである。また、１２０゜通電型インバータ
とほぼ同様な制御手段により構成しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ブラシレスＤ
Ｃモータに可変周波数の交流電力を供給するインバータ
装置において、インバータ通電角を１２０゜以上１８０
゜未満に設定する通電角制御手段を備えることを特徴と
したものである。

【０００８】また、本発明は、通電角制御手段におい
て、インバータ通電角を１４０゜以上１６０゜未満に設
定することを特徴としたものである。

【０００９】また、本発明は、インバータ装置におい
て、等幅ＰＷＭ制御を行うことを特徴としたものであ
る。

【００１０】また、本発明は、インバータ装置におい
て、ブラシレスＤＣモータの運転周波数に応じ、インバ
ータ通電角を設定することを特徴としたものである。

【００１１】また、本発明は、インバータ装置におい
て、ブラシレスＤＣモータの運転負荷に応じ、インバー
タ通電角を設定することを特徴としたものである。

【００１２】また、本発明は、インバータ装置におい
て、ブラシレスＤＣモータの誘起電圧に対するインバー
タ通電角の位相を補正する制御手段を持つことを特徴と
したものである。

【００１３】

【作用】本発明は、インバータ装置の電力効率を向上で
きるＰＷＭ制御インバータ装置を、比較的簡単な制御方
式で提供する。また、１２０゜通電型インバータとほぼ
同様な制御手段により構成し、コストＵＰを抑えつつ製
品の電力効率を向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例を示すものであ
り、（ａ）に制御ブロックを、（ｂ）にスイッチング素
子のパターン波形１７〜１１２を示す。なお、インバー
タ回路は図５に示したものと同等である。

【００１６】図１（ｂ）中のＴｕ⁺の意味は上アームの
Ｕ相スイッチング素子を、Ｔｕ^-は下アームのＵ相スイ
ッチング素子を意味する。Ｔｖ⁺・Ｔｖ^-なども同様な考
え方である。また、ＨＩレベルをスイッチング素子ＯＮ
としている。

【００１７】本発明の要するところは、一周期のインバ
ータ通電角（以降単に通電角と表記）を１２０゜以上１
８０゜未満に設定することにより、モータの電流波形を
正弦波状に近づけようとするものである。こうすること
により、モータの基本波以外の高調波電流を低減し、モ
ータ駆動効率を向上させ、製品の電力効率を向上する。
特に、１４０゜以上１６０゜未満に設定すれば、モータ
の磁極位置検出手段を設けることなく、モータ電圧から
磁極位置を検知でき、ブラシレスＤＣモータのセンサレ
ス駆動系を構築できるとともに、電力効率を高めること
も可能である。さらに、等幅ＰＷＭ方式のまま本発明の
効果を発揮することができるため、モータを駆動する制
御回路も格段に簡単な構成になる。なお、通電角は、磁
極位置を検知可能な範囲において１８０゜まで拡張でき
るが、インバータのフィードバックダイオード（ＦＲ
Ｄ）を流れる回生電流によるモータ電流のテール等を考
慮して、１６０゜未満が望ましい。

【００１８】図２（ａ）に本発明の制御方式によるモー
タ電流波形（Ｕ相）と、図２（ｂ）にそのＦＦＴ波形を
示す。図７（ａ），（ｂ）と比較して、電流波形は正弦
波状に近づき、ＦＦＴ波形解析結果も高調波電流成分が
減少することを示している。なお、図２（ａ），（ｂ）
は、通電角をおよそ１６０゜としたものである。この時
のＴｒ駆動波形が図１（ｂ）である。図６（ｂ）と比較
して、通電角を約４０゜拡張（１６０゜通電）したもの
で、上アームＴｒ（２２〜２４）にのみ等幅ＰＷＭを重
畳させている。ＰＷＭ方式として、不等幅ＰＷＭも考え
られ、この方式でも正弦波状にする効果はある。

【００１９】また説明図では、下アームをＰＡＭ通電、
上アームを等幅ＰＷＭ通電としているが、上アームと下
アームの通電法を入れ換えても、両アームにＰＷＭを加
えても何等原理上差し支えない。

【００２０】本発明の制御ブロック（図１（ａ））を説
明する。従来方式との相違は、通電角制御手段１３を付
加することにある。その他の制御理論は、従来例を踏襲
している。通電角制御手段１３は、モータ電圧検出手段
１１の情報より求められたモータ回転数（運転周波数検
出手段１２）に応じた通電角を決定する。通電角決定で
は、あらかじめメモリ等にストアされた値を読み出す方
法が一般的である。もちろん、マイコンによりリアルタ
イム演算を行うのもよい。こうして得られた通電角情報
をＰＷＭデューティ比制御手段１４に出力する。磁極位
置の情報（位相角検出手段１６）により、Ｔｒを駆動す
る位相タイミングを決定し、ＰＷＭ重畳されてＴｒ駆動
手段１５に出力する。

【００２１】図３は、前述のＴｒ駆動位相タイミングを
可変もしくは補正する位相角補正手段４１を付加したも
のである。位相角補正手段４１の効果は、モータ電圧と
モータ電流の位相を自由に設定することができる。モー
タ電流を図７（ａ）、通常時のモータ電圧を図３（ｂ）
の４２と定義する。位相角補正手段４１を加えた場合
は、補正量の正負に応じ４３、４４のようなモータ電圧
波形となり、電圧・電流の位相差を自在に変化すること
を可能にする。これは、モータ電圧から磁極位置を求め
た時の推定位置誤差を補正するためで、運転周波数・負
荷状態に応じた補正量を演算（あるいはメモリ読み出
し）し、位相角検出手段１６の値を補正し、ＰＷＭデュ
ーティ比制御手段１４に出力する。負荷状態は、運転周
波数とＰＷＭデューティ比から求めれる。すなわち、運
転周波数をパラメータとして、基準負荷時のＰＷＭデュ
ーティ比をあらかじめメモリ等に１次元ストアしてお
き、それと実際のＰＷＭデューティ比を比較すれば、負
荷の重さを判定できる。あるいは、負荷もパラメータと
して、ＰＷＭデューティ比を２次元ストアしてもよい。
あるいは、モータ電流を電流検出器などで検出すれば、
さらに精度よく負荷状態を定量化できる。このような位
相角補正制御を行うことにより、モータの磁束利用率が
高まり、さらに効率向上を狙える。

【００２２】図４は本発明において、モータ電流（ＤＣ
電流）検出手段５１を付加したものである。この手段の
付加により、モータ電流情報を通電角制御手段１３に出
力する。モータ電流の大小と運転周波数に応じて、通電
角を設定することでより正弦波状に近いモータ電流を得
ることができる。なお、ＤＣ電流を検出した場合、ＰＷ
Ｍデューティ比を用いてモータ電流に換算することが可
能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ブラシレスＤＣモータ
に可変周波数の交流電力を供給するインバータ装置おい
て、インバータ通電角を１２０゜以上１８０゜未満に設
定することで、モータ電流波形を正弦波状に近づけるこ
とができるため、モータの電気的・磁気的損失が減少
し、装置全体の電力効率を向上できる。

【００２４】また、本発明によれば、インバータ通電角
を１４０゜以上１６０゜未満に設定することで、ホール
素子などのモータ磁極位置検出器を付加しないインバー
タ構成を可能にし、かつ装置の電力効率を向上できる。

【００２５】また、本発明によれば、等幅ＰＷＭ制御を
行うことにより、制御回路構成を格段に容易にし、ま
た、モータ電流も正弦波状に近づく。

【００２６】また、本発明によれば、ブラシレスＤＣモ
ータの運転周波数に応じたインバータ通電角を設定する
ことで、各運転周波数ごとにより最適な通電角でモータ
駆動を可能にし、効率の最適ポイントを確保できる。

【００２７】また、本発明によれば、ブラシレスＤＣモ
ータの運転負荷に応じたインバータ通電角を設定するこ
とで、運転負荷の変化にも最適な通電角でモータ駆動を
可能にし、効率の最適ポイントを確保できる。

【００２８】また、本発明によれば、ブラシレスＤＣモ
ータの誘起電圧に対するインバータ通電角の位相を補正
することにより、モータ電圧から磁極位置を求めた時の
推定位置誤差の影響を少なくでき、電力効率の低下を防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の制御ブロック構成図（ｂ）は本発明のＴｒＯＮ−ＯＦＦ波形図

【図２】（ａ）は本発明の電流波形図（ｂ）は本発明のＦＦＴ波形図

【図３】（ａ）は本発明の制御ブロック構成図（ｂ）は図４（ａ）の説明図（ｃ）は図４（ａ）の説明図

【図４】本発明の制御ブロック構成図

【図５】従来のインバータ回路図

【図６】（ａ）は従来のＴｒＯＮ−ＯＦＦ波形図（ｂ）は従来の制御ブロック構成図

【図７】（ａ）は従来方式の電流波形図（ｂ）は従来方式のＦＦＴ波形図

【符号の説明】

１１モータ電圧検出手段１２運転周波数検出手段１３通電角制御手段１４ＰＷＭデューティ比制御手段１５Ｔｒ駆動手段１６位相角検出手段１７〜１１２各相のスイッチング波形２１定電圧源２２〜２７スイッチング素子２８〜２１３各相のスイッチング波形４１位相角補正手段４２通常時の誘起電圧４３誘起電圧の位相遅れ４４誘起電圧の位相進み５１モータ電流（ＤＣ電流）検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラシレスＤＣモータに可変周波数の交流
電力を供給するインバータ装置において、インバータ通
電角を１２０゜以上１８０゜未満に設定する通電角制御
手段を備えることを特徴としたインバータ装置。
【請求項２】インバータ通電角を１４０゜以上１６０゜
未満に設定することを特徴とした請求項１記載のインバ
ータ装置。
【請求項３】等幅ＰＷＭ制御を行うことを特徴とした請
求項１記載のインバータ装置。
【請求項４】ブラシレスＤＣモータの運転周波数に応
じ、インバータ通電角を設定することを特徴とした請求
項１記載のインバータ装置。
【請求項５】ブラシレスＤＣモータの運転負荷に応じ、
インバータ通電角を設定することを特徴とした請求項１
記載のインバータ装置。
【請求項６】ブラシレスＤＣモータの誘起電圧に対する
インバータ通電角の位相を補正する制御手段を持つこと
を特徴とした請求項１記載のインバータ装置。