KR20000068244A - 동기모터구동방법, 압축기구동방법 및 이들의 장치 및 부러시레스 디씨모터 구동장치 - Google Patents

동기모터구동방법, 압축기구동방법 및 이들의 장치 및 부러시레스 디씨모터 구동장치 Download PDF

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KR20000068244A
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야마이히로유끼
기따노노부끼
상가요시히또
고사까마나부
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이노우에 노리유끼
다이킨 고교 가부시키가이샤
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

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Abstract

주기성 토크변동을 갖는 부하에 대해 인버터(5)로 제어되는 동기모터(6)에 의해 1 회전중 속도변동을 억제하는 토크제어를 행할 경우에 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩해야 하는 인버터(5)를 억제하는 인버터제어수단(8)(10)을 포함하는 구성을 채용함으로써 주기성의 맥동부하를 최대효율상태에서 실용적인 구성으로 저속진동을 저감하기 위한 토크제어를 실현한다.

Description

동기모터구동방법, 압축기구동방법 및 이들의 장치 및 부러시레스 디씨모터 구동장치{SYNCHRONOUS MOTOR DRIVING METHOD. COMPRESSOR DRIVING METHOD, DEVICE FOR THE METHODS, AND BRUSHLESS DC MOTOR DRIVING DEVICE}
종래부터, 1실린더압축기의 1회전중의 회전속도변동에 따라 진동을 인버터·모터의 입력전압 또는 입력전류를 제어함으로써 저감하는 토크제어기술이 알려져있다(특공평 6-42789호 공보참조).
또, 구동원으로서는 위치검출기구를 미리 갖기 위해 AC 모터에 비해 토크제어가 용이한 브러쉬레스 DC 모터가 오로지 사용되고 있다.
그 중에서도 회전자의 영구자석을 표면에 장착하는 표면자석구조의 브러쉬레스 DC 모터는 토크제어를 행할 경우, 모터토크발생에 기여하지 않는 d 측전류를 0으로 하는 제어, 즉 전류위상을 모터속도기전압의 위상과 동상 (전류위상=0)이 되도록 제어하는 방법이 효율 저하가 없는 구동방법으로써 알려져 있고, 제어가 간편한 것으로 잘 사용되고 있다.
한편, 회전자의 영구자석을 내부에 매립시키는 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터는 두 개의 발생토크, 즉 자석토크와 릴럭턴스토크를 동시에 출력할 수 있고, 부하토크에 대응해서 2개의 토크배분을 적정화하며, 최소전류로 최대토크를 발생시킬 수 있게 제어(이하, 최대토크제어라고 칭함)함으로써 표면자석구조의 브러쉬레스 DC 모터에 비해 더욱 고효율적으로 운전할 수 있는 특징을 가지며, 최근에 들어서 특히 성에너지(省Energe)성이 요구되는 공기조화기등에 적용되는 추세이다.
또, 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터의 최대토크제어방법은 「매립자석구조 PM 모터에 적용한 제어법」 , 모리모토타(森本他), 전기학회반도체 전력변환연구회자료SPC-92-5에 나타나 있고, 모터의 전기적정수에 의해 정해지는 관계식에 기초해서 dq축전류를 제어하면 좋다는 것이 알려져 있다.
그러나, 상기 최대토크제어법을 토크제어와 조합시킬 경우, 이하에 나타낸 문제점이 발생한다.
(1) 모터온도, 자기포화에 의해 모델오차가 발생하고 끊임없이 최대토크조건이 만족되는 것은 아니다. 그리고, 모터의 모델오차에 따른 문제(구체적으로는 온도상승에 따른 권선저항, 속도기전력정수의 변화, 자기포화에 의해 dq축 각각의 인덕턴스값의 변화와 속도기전력정수의 변화)를 해결하기 위해서는 이들 온도, 자기포화에 의한 각종 파라미터의 변화를 실제로 측정하고, 연산에 가미될 필요가 있으며, 실용상은 현저히 곤란하다.
(2) 진동에 영향이 적은 고차성분까지 제거하는 토크제어와의 조합에서는 필요이상의 전력이 소비되어 고효율적인 운전이 불가능하다.
(3) 토크제어에 의해 피크전류가 증가하고, 인버터전류의 한계를 넘어 최대토크제어의 동작포인트에서 벗어날 필요가 발생하여 효율저하를 초래한다.
본 발명은 동기모터 구동방법, 압축기 구동방법 및 이들 장치 및 브러쉬레스 DC 모터구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인버터를 이용해서 브러쉬레스 DC모터등의 동기모터를 구동하는 동기모터구동방법 및 그 장치, 및 이와 같이 구동되는 동기모터에 의해 압축기를 구동하는 방법 및 그 장치, 및 인버터를 이용해서 브러쉬레스모터를 구동하는 브러쉬레스 DC모터 구동장치에 관한 것이다.
도 1은 회전자위치각과 토크와의 관계, 토크와 dq 축전류와의 관계, 및 회전자위치각과 dq 축전류와의 관계를 나타낸 도이다.
도 2는 표면자석구조의 브러쉬레스 DC모터에 있어서, 전류위상을 0 rad으로 설정한 조건하에서의 전압진폭과 위상의 변동분의 시뮬레이션결과, 및 부하토크의 기본파를 나타낸 도이다.
도 3은 도 1의 dq 축전류를 얻기 위한 모터3상 전류의 위상과 진폭, 및 부하토크의기본파를 나타낸 도이다.
도 4는 도 1의 dq 축전류를 얻기 위한 모터3상 인가전압의 위상과 진폭을 나타낸도이다.
도 5는 본 발명의 동기모터구동장치의 하나의 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 도 5의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 동기모터구동장치의 다른 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
도 8은 도 7의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트다.
도 9는 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
도 10은 도 9의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트다.
도 11은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
도 12는 도 11의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트다.
도 13은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
도14는 도 13의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트다.
도 15는 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
도 16은 1실린더압축기의 압축토크와 회전각과의 관계를 나타낸 도이다.
도 17은 압축토크의 주파수분포를 나타낸 도이다.
도 18은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
도 19는 도 18의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트다.
도 20은 토크의 기본파의 10%정도의 3차조파성분이 토크파형에 중첩되도록 전류파형의 3차조파를 조정한 경우에 있어서, 토크, 전류진폭, 전류위상의 변화를 나타낸 도이다.
도 21은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 전기회로도이다.
도 22은 도 21의 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 23은 도 21에 대응하는 제어모델을 나타낸 도이다.
도 24는 도 22의 인터럽트처리(Interrupt) 1을 설명하는 플로우차트다.
도 25는 도 22의 인터럽트처리 2를 설명하는 플로우차트다.
도 26은 도 22의 인터럽트처리 3을 설명하는 플로우차트다.
도 27은 도 21, 도 22에 나타낸 동기모터구동장치의 각부의 신호파형을 나타낸 도이다.
도 28은 최대토크제어의 사고에 기초해서 전압위상과 진폭을 관련해서 제어시켜 실기를 운전한 경우에 있어서 선전압진폭, 전압위상, 상전류, 인버터 DC 전류의 변화를 나타낸 도이다.
도 29는 최대토크제어의 사고에 기초해서 전압위상과 진폭을 관련해서 제어시키지않고 실기를 운전한 경우에 있어서 선전압진폭, 전압위상, 상전류, 인버터DC 전류의 변화를 나타낸 도이다.
도 30은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 31은 도 30의 인터럽트처리 1을 설명하는 플로우차트이다.
도 32는 도 21, 도 30에 나타낸 동기모터구동장치의 각부의 신호파형을 나타낸 도이다.
도 33은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시형태의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 34는 보상위상량지령을 얻기 위한 처리를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 35는 적분신호레벨과 위상변동분진폭과의 관계를 나타낸 도이다.
도 36은 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 하나의 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 37은 도 36의 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명한 플로우차트이다.
도 38은 도 36의 인터럽트처리 2의 처리내용을 상세히 설명한 플로우차트이다.
도 39는 도 36의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 각부의 신호파형, 처리내용을 나타낸 도이다.
도 40은 적분신호레벨과 인버터전압위상과의 관계를 나타낸 도이다.
도 41은 도 36의 브러쉬레스 DC 모터구동장치를 적용한 경우에 있어서 적분신호, 모터속도, 보상전압패턴, 보상위상패턴을 나타낸 도이다.
도 42은 인버터전압위상을 변화시키지 않은 경우에 있어서 적분신호, 모터속도, 보상전압패턴을 나타낸 도이다.
도 43는 본 발명의 브러쉬레스 DC모터구동장치의 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 44는 도 43의 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이다.
도 45는 도 43의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 각부의 신호파형, 처리내용을 나타낸 도이다.
도 46은 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 47은 도 46의 인터럽트처리 1의 처리내용의 일부를 상세히 설명하는 플로우차트이다.
도 48는 도 46의 인터럽트처리 1의 처리내용의 나머지부를 상세히 설명하는 플로우차트이다.
도 49는 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 50은 도 49의 인터럽트처리 1의 처리내용의 일부를 상세히 설명하는 플로우차트이다.
도 51은 도 49의 인터럽트처리1의 처리내용의 나머지부를 상세히 설명하는 플로우차트이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 주기성 맥동부하를 최대효율상태로 하고 또한 실용적인 구성으로 저속진동을 저감시키기 위한 토크제어를 실현할 수 있는 동기모터구동방법, 압축기구동방법 및 이들 장치 및 운전범위를 확대할 수 있는 동시에 효율을 높이는 것이 가능한 브러쉬레스 DC 모터구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 구성 및 작용]
청구항1의 동기모터구동방법은, 주기성 토크진동을 갖는 부하에 대해, 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중의 속도변동을 제어하는 토크 제어를 행할 경우에, 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩하는 방법이다.
청구항 2의 동기모터구동방법은, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 방법이다.
청구항 3의 동기모터 구동방법은, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는 방법이다.
청구항 4의 동기모터구동방법은, 토크제어부의 출력에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하고 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 방법이다.
청구항 5의 동기모터구동방법은, 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는 방법이다.
청구항 6의 동기모터구동방법은 상기 변동량으로서, 부하토크파형의 기본파및 저차조파에 대역을 제한하는 것을 채용하는 방법이다.
청구항 7의 동기모터구동방법은 상기 변동량으로써, 부하토크파형의 기본파에 대역을 제한하는 것을 채용하는 방법이다.
청구항 8의 동기모터구동방법은 상기 진폭의 변동량에 대해 부하토크파형의 3차조파를 중첩하는 방법이다.
청구항 9의 동기모터구동방법은 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 또한 다른쪽의 단부가 서로 접속되는 저항에 의해 얻어지는 제1중성점전압과, 동기모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시켜 얻어지는 제2중성점전압과의 차를 적분하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 방법을 포함하는 것이다.
청구항 10의 압축기구동방법은 청구항 l에서 청구항 9의 어느 한 항에 기재된 동기모터구동방법에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하는 방법이다.
청구항 11의 동기모터구동장치는 주기성 토크변동을 갖는 부하에 대해 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중의 속도변동을 억제하는 토크제어를 행할 경우에 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩해야하는 인버터를 제어하는 인버터제어수단을 포함한다.
청구항 12의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써 토크제어부의 출력에의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여서 위상의 변동량을 제어하는 것을 채용하는 것이다.
청구항 13의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여서 진폭의 변동량을 제어하는 것을 채용하는 것이다.
청구항 14의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써 토크제어부의 출력에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하고 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 것을 채용하는 것이다.
청구항 15의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는 것을 채용한 것이다.
청구항 16의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써, 부하토크파형의 기본파 및 저차조파에 대역을 제한하는 것을 상기 변동량으로 하는 것을 채용한 것이다.
청구항 17의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써 부하토크파형의 기본파에 대역을 제한하는 것을 상기 변동량으로 하는 것을 채용한 것이다.
청구항 18의 동기모터구동장치는 인버터제어수단으로써 상기 진폭의 변동량에 대해 3차조파를 중첩하는 것을 채용한 것이다.
청구항 19의 동기모터구동장치는 제1중성점전압을 얻어야 하는 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 한쪽의 단부가 서로 접속된 동기모터의 각상의 고정자권선과, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분하는 적분수단과, 적분신호에 기초하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단과를 아울러 포함하는 것이다.
청구항 20의 압축기구동장치는 청구항 11 에서 청구항 19중 어느 한 항에 기재된 동기모터구동장치에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하는 것이다.
청구항 21의 브러쉬레스 DC 모터구동장치는 제1중성점전압을 얻어야 하는 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 또는 다른쪽의 단부가 서로 접속되는 저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 브러쉬레스 DC 모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시키고 있으며, 제1중성점전압파 제2중성점전압과의 차를 적분하는 적분수단과 적분신호에 기초하여 브러쉬레스 DC 모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단과, 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여 부하토크의 위상에 대해 진행시킨 변동전압을 평균치전압지령에 중첩하여 브러쉬레스 DC 모터로 인가시키도륵 제어하는 인버터제어수단과, 적분신호의 파고치의 변동을 억제하는 파고치변동억제수단을 포함하고 있다.
청구항 22의 브러쉬레스 DC 모터구동장치는 파고치변동제어수단으로써 인버터주기를 분할하는 분할수단과, 각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정하는 판정수단과, 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 늦추고 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 진행시키는 인버터전압위상제어수단과를 포함한 것을 채용한 것이다.
청구항 23의 브러쉬레스 DC 모터구동장치는 제1중성점전압을 얻어야 하는 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 브러쉬레스 DC 모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시키며, 제1중성점전압과 제2중성점전압의 차를 적분하는 적분수단과, 적분신호에 기초하여 브러쉬레스 DC모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단과, 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여 부하토크의 위상에 대해 빠르게 변동위상을 평균치위상지령에 중첩시켜 브러쉬레스 DC모터에 인가하도록 제어하는 인버터제어수단과, 적분신호의 파고치의 변동을 억제하는 파고치변동억제수단을 포함하고 있다.
청구항 24의 브러쉬레스 DC 모터구동창치는 파고치변동제어수단으로써 인버터주기를 분할하는 분할수단과, 각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정하는 판정수단과, 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 크게하고, 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 작게하는 인버터전압진폭제어수단을 포함한 것을 채용한 것이다.
청구항 1의 동기모터구동방법이라면, 주기성의 토크변동을 갖는 부하에 대해 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중 속도변동을 억제하는 토크제어를 행할경우에 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩하는 것이기 때문에 주기성의 맥동부하를 최대효율상태(또는, 보다 고효율인 상태)로 또한 실용적인 구성으로 저속진동을 저감시키기 위한 토크제어를 실현하는 것이 가능하다. 이를 보다 상세히 설명한다.
부하토크가 1회전중에서 맥동하는 주기성의 부하의 경우에 상기 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터의 최대토크제어방법의 사고방법을 적용하여 보면, 도 3에나타낸 것과 같이 전류진폭 및 전류위상을 1회전중에서 변동시키면 좋다는 것을 알수 있다. 즉, 상기 최대토크제어방법의 모델에 입각한 복잡한 연산을 간단한 파형제어량으로 치환할 수가 있음을 알 수 있다. 따라서 도 3에 나타낸 전류진폭과 전류위상의 각각의 직류분 및 변동분을 운전조건마다 적정하게 보정함으로써 정확히 최대토크제어를 실현할 수가 있다. 물론 전류진폭 및 전류위상을 1회전중에서 변동시키는 대신, 도 2 또는 도 4에 나타낸 것과 같이, 전압진폭 및 전압위상을 1회전중에서 변동시키도록 하여도 좋다.
청구항 2의 동기모터구동방법이라면 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하기 때문에 청구항 1과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 3의 동기모터구동방법이라면 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하기 때문에 청구항 1과 같은 작용을 달성할 수 있다.
청구항 4의 동기모터구동방법이라면 토크제어부의 출력에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하고 효율과 관련이 있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 것이므로 상기 최대토크제어방법으로는 고려되지 않았던 철손을 포함하는 제어를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 청구항 1과 같은 작용을 달성하는 것이 가능하다.
이점에 관해서 상기 최대토크제어방법의 사고방법만으로는 모터전류최소는 동손최소를 넘지않는다. 또,「브러쉬레스 DC 모터의 성에너지 고효율운전법」, 모리모토타, 전학론D, vol, 112-3, pp. 285(평4-3)에서 최대효율제어의 사고방법을 나타내고 있지만, 철손을 정수로 하고 있기 때문에 상술한 최대토크제어의 문제점(1)과 같은 모델오차의 문제가 같은 형태로 존재하고 있다. 따라서 청구항 4의 방법을 채용함으로써, 철손을 포함한 제어를 실현하는 것이 가능하다.
청구항 5의 동기모터구동방법이라면 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하기 때문에 상기 최대토크제어방법에서는 고려되지 않았던 철손을 포함한 제어를 실현할 수 있을 뿐만 아니라 청구항 1과 같은 작용을 달성할 수 있다.
청구항 6의 동기모터구동방법이라면 상기 변동량으로써 부하토크파형의 기본파 및 저차조파에 대역을 제한하는 것을 채용하는 것이기 때문에 청구항 1에서 청구항 5중 어느 한 항과 같은 형태의 작용을 달성할 수 있다. 이것을 더욱 상세히 설명한다.
부하토크파형의 조파성분중, 진동에 기여도가 큰 성분{예를들어 맥동부하로 되는 1실린더압축기에 대해서는 1 차조파 + 2 차조파 : 고차인 토크변동성분에 대해서는 플라이휠효과(관성모멘트의 작용)이 주파수와 함께 높아지기 때문에 회전변동 및 이것에 의한 진동에 영향이 적음}만으로 전류진폭 및 전류위상의 변동분의 대역에 제한하는 것이 용이하게 행해진다. 이것에 의해 불필요한 전력소비를 없앨수가 있고 보다 고효율적인 운전이 가능하게 된다. 물론 전류 대신에 전압을 채용해도 좋다.
청구항 7의 동기모터구동방법이라면, 상기 변동량으로써, 부하토크파형의 기본파로 대역을 제한하는 것을 채용하기 때문에 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 하나와 같은 형태의 작용을 달성할 수 있다. 또 불필요한 전력소비를 없앨 수 있으며 보다 고효율적인 운전이 가능하게 된다.
청구항 8의 동기모터구동방법이라면, 상기 진폭의 변동량에 대해 부하토크파형의 3차조파를 중첩하기 때문에 피크전류의 억제를 간편하게 행할 수가 있고 인버터전류한계의 제약을 완화시킬 수 있으며 보다 넓은 부하토크범위로 최적의 동작포인트로의 운전이 가능하게 되는 외에 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 하나와 같은 작용을 달성할 수가 있다.
그리고 3차조파성분의 중첩에 의한 진동에의 영향은 관성모멘트의 작용에 의해 거의 없다.
청구항 9의 동기모터구동방법이라면, 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 또한 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항에 의해 얻어지는 제1중성점전압과, 동기모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시켜 얻어진 제2중성점전압과의 차를 적분하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출하기 때문에 자극위치검출을 위하여 홀 소차(hole 소자), 엔코더등을 설치할 필요가 없어지는 동시에 청구항 1에서 청구항 8의 어느 한 항과 같은 작용을 달성할 수 있다.
청구항 10의 압축기구동방법에 의하면, 청구항 1에서 청구항 9의 어느 한 항에 기재된 동기모터구동방법에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하기 때문에 성에너지 및 저 코스트화를 실현할 수가 있다.
청구항 11의 동기모터구동장치이라면 주기성의 토크변동을 갖는 부하에 대해 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중의 속도변동을 억제하는 토크제어를 행할 경우에 인버터제어수단에 의해 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩해야 하는 인버터를 제어할 수가 있다. 따라서 주기성 맥동부하를 최대효율상태(또는 보다 고효율인 상태)로, 또한 실용적인 구성으로 저속변동을 저감하기 위한 토크제어를 실현할 수 있다.
청구항 12의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여서 위상의 변동량을 제어하는 것을 채용하고 있기 때문에 청구항 11과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 13의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여서 진폭의 변동량을 제어하는 것을 채용하고 있기 때문에 청구항 11과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 14의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써, 토크제어부의 출력에 기초하여서 진폭의 변동량을 제어하고 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 것을 채용하고 있기 때문에 상기 최대토크제어방법에서는 고려되지 않았던 철손을 포함한 제어를 실현할 수 있는 동시에 청구항 11과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 15의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는 것을 채용하고 있기 때문에 상기 최대토크제어방법에서는 고려되지 않았던 철손을 포함한 제어를 실현할 수 있는 동시에 청구항 11과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 16의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써 부하토크파형의 기본파 및 저차조파에 대역을 제한하는 것을 상기 변동량으로 하는 것을 채용하고 있기 때문에 청구항 11 내지 청구항 15중 어느 한 항과 같은 작용을 달성할 수 있다. 또 불필요한 전력소비를 없앨 수 있고 보다 고효율적인 운전이 가능하게 된다.
청구항 17의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써 부하토크파형의 기본파에 대역을 제어하는 것을 상기 변동량으로 하는 것을 채용하고 있기 때문에 청구항 11 에서 청구항 15중 어느 한 항과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
또 불필요한 전력소비를 없앨 수 있으며 보다 고효율적인 운전이 가능하게 된다.
청구항 18의 동기모터구동장치이라면, 인버터제어수단으로써 상기 진폭의 변동량에 대해 부하토크파형의 3차조파를 중첩하는 것을 채용하고 있기 때문에 피크전류의 제어를 간편히 행할 수가 있고 인버터전류한계의 제약을 완화시킬 수 있으며 보다 넓은 부하토크범위에서 최적인 동작포인트로의 운전이 가능하게 되는 동시에 청구항 11 에서 청구항 15중 어느 한 항과 같은 작용을 달성할 수 있다. 그리고 3차조파 성분의 중첩에 의해 진동에의 영향은 관성모멘트의 작용에 의해 거의 없다.
청구항 19의 동기모터구동장치이라면, 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항에 의해 제1중성점전압을 얻고, 한쪽의 단부가 서로 접속된 동기모터의 각상의 고정자권선에 의해 제2중성점전압을 얻으며, 적분수단에 의해 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분하고, 자극위치검출수단에 의해 적분신호에 기초하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출할수가 있다. 따라서 자극위치검출을 위해 홀소자, 엔코더등을 설치할 필요가 없는 동시에 청구항 11 에서 청구항 18중 어느 한 항과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 20의 압축기구동장치에 의하면, 청구항 11 에서 청구항 19중 어느한항에 기재된 동기모터구동장치에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하기 때문에 성에너지 및 저코스트화를 실현할 수가 있다.
이를 더욱 상세히 설명한다.
동기모터의 3상/dq 좌표변환을 (1) 식과 같이 놓으면, 동기모터의 전압방정식은 (2) 식과 같이 되고, 그 발생토크는 dq 축전류에 의해 (3) 식과 같이 주어진다. 여기서 d 축은 영구자석이 발생하는 자속의 방향을 나타낸 축이고, q 축은 d 축과 전기적으로 90。벗어난 축이다.
이때 동기모터에 인가되는 전압은, (1) 식의 변환에 의해 (4) 식이 되고, 동기모터인가전압은 (2) 식, (4) 식에 의해 연산될 수 있다.
여기서, p 는 극대수, R 은 권선저항, Lq, Ld 는 dq 좌표계로 변환한 자기인덕턴스, Ke 는 속도기전압정수이다. 또, θ는 전기각으로 한다.
여기서 표면자석구조의 동기모터에 대해서는 Lq = Ld 가 되기 때문에 (3) 식보다 d 축전류가 토크에 관여하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서 모터전류를 극소, 즉 고효율인 토크제어를 행하기 위해서는 d 축전류를 0 으로 제어하면 좋고, (5) 식에 있어서 이 조건을 적용하면, 희망하는 전류위상은 0 (고정)인 것을 알 수 있다. 단지 최대토크제어시의 전류위상은 고정이 되고 전압위상에 대해서는 도 2에 나타낸 것과 같이 변화시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.
여기서 도 2는 표면자석구조의 브러쉬레스 DC 모터(기기정수 : p = 2, Ld = Lq = 5 [mH], Ke = 0.11[V·s/rad], R = 0.5[Ω], 전원주파수 : ω = 2π·30 [rad/s])의 경우에 토크제어를 효율적으로 행하기 위해 전류위상을 0 rad으로 설정한 조건하에서의 전압진폭과 위상의 변동분의 시뮬레이션결과를 나타내고 있고 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터에 비해 인덕턴스가 작기 때문에 위상변동분이 작게된다. 이 때문에 전압의 진폭과 위상과를 함께 변동시킬 수가 있는 토크제어시의 효율개선효과는 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터에 비해 작다. 단지 표면자석구조의 브러쉬레스 DC 모터를 채용하고 전압의 진폭과 위상과를 함께 변동시킴으로써 토크제어시의 효율개선효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 문헌. 「매립자석구조 PM 모터에 적용한 제어법」에 의하면 동기모터의 매립자석구조의 동기모터의 최대토크 (모터전류를 최소로 한다) 조건은 (6)식의 dq 축전류로 부여된다. 이때의 발생토크는 (3) 식, (6) 식에 의해 (7)식이 된다.
즉, 전류를 극소로 하는 토크제어를 행할 경우에는 토크의 크기에 따라 dq축전류의 배분을 적정조정할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또, 동기모터의 일종인 릴럭턴스모터(릴럭턴스모터만으로 구동하는 모터)에 대해서는 (6)식의 속도기전압정수 Ke 를 0으로 함으로써 전류위상 = 45。 가 최대토크 제어조건인 것을 알 수 있다. 릴럭턴스모터에서는 릴럭턴스토크를 얻기 위해 인덕턴스 L 을 크게 하는 설계가 일반적으로 행해지기 때문에 전압위상변동분을 크게 설정할 필요가 있고, 전압의 진폭과 위상을 함께 변동시킴으로서 토크제어시에 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터와 같은 효율개선효과가 있다
여기서 1회전중에 부하토크가 맥동하는 부하, 예를 들어 압축기를 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터 (기기정수 : p = 2, Ld = 8.7 [mH], Lq = 22.8 [mH], Ke = 0.11[V·s/rad], R = 0.5[Ω], 전원주파수 : ω = 2π·30[rad/s])로 구동하는 경우에 대해서 (6) 식,(7) 식에 기초하여 생각해보면 dq 축전류를 도 1과 같이 회전자의 회전위치(자극위치)에 따라서 변동시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.
그리고 얻어진 도 1의 dq 축전류를 (5)식에 의해 실전류의 진폭과 위상으로 각각 변환시키면 도 3과 같이 되고 모터전류가 극소의 상태에서 맥동부하에 일치된 모터토크를 발생시키기 위해서는 전류진폭과 전류위상의 양자를 변동시키면 좋은 것을 알 수 있다. 이러한 지식에 기초하면 전류진폭과 전류위상의 각각의 변동분의 크기와 위상을 조정하는 간편한 제어에 의해 모터전류가 극소상태의 토크제어를 실현할 수 있고 많은 모델정수를 이용한 복잡한 연산이 불필요하게 되며 온도상승 및 자기포화에 의한 영향을 고려하기 위해 각 조건하에서 많은 모델정수의 공수(工數)도 불필요하게 된다.
그리고 이때 필요한 인가전압에 대해서 (2) 식과 (4) 식에 의해 구해보면, 도 4와 같이 되고 모터전류와 마찬가지로 인가전압의 진폭과 위상을 부하토크의 맥동에 동기하여 변동시키면 좋을 것을 알 수 있다.
그리고 도 3, 도 4에 있어서 파선은 파형의 평균치를 나타내고 있다.
청구항 21의 브러쉬레스 DC 모터구동장치이라면, 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속된 저항의 다른쪽의 단자를 서로 접속하여 제1중성점전압을 얻을 수 있는 동시에, 브러쉬레스 DC모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시켜 제2중성점 전압을 얻으며, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분수단에 의해 적분하고, 적분신호에 기초하여 자극위치검출수단에 의해 브러쉬레스 DC 모터의 회전자의 자극위치를 검출하며, 인버터제어수단에 의해 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여 부하토크의 위상에 대해 진행시킨 변동전압을 평균치전압지령으로 중첩시켜 브러쉬레스 DC 모터로 인가시키도록 제어한다. 그리고 이 처리를 행하고 있는 사이에 파고치변동억제수단에 의해 적분신호의 파고치의 변동을 억제한다.
따라서 적분신호에 모터주기와 일치하는 비트현상이 발생한다고 하는 불편함을 대폭 억제하고 자극위치검출신호를 안정화시켜 브러쉬레스 DC 모터의 운전범위를 확대할 수가 있다. 또 브러쉬레스 DC 모터의 효율을 높일 수가 있다.
청구항 22의 브러쉬레스 DC 모터구동장치이라면, 적분신호의 파고치의 변동을 억제해야 하는 분할수단에 의해 인버터주기를 분할하여 판정수단에 의해 각각의 분할주기 마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정한다. 그리고 인버터전압위상제어수단에 의해 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 늦추고 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 빠르게 한다. 따라서 청구항 21과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
청구항 23의 브러쉬레스 DC 모터구동장치이라면, 인버터의 각상의 츨력단자에 한쪽의 단부가 접속된 저항의 다른쪽의 단자를 서로 접속시켜 제1중성점전압을 얻는 동시에 브러쉬레스 DC 모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시켜 제2중성점전압을 얻으며, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분수단에 의해 적분하고, 적분신호에 기초하여 자극위치검출수단에 의해 브러쉬레스 DC모터의 회전자의 자극위치를 검출하며, 인버터제어수단에 의해 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여 부하토크의 위상에 대해 진행시킨 변동위상을 평균치위상지령에 중첩시켜 브러쉬레스 DC 모터에 인가하도록 제어한다.
그리고 이 처리를 행하고 있는 사이에 파고치변동억제수단에 의해 적분신호의 파고치의 변동을 억제한다.
따라서 적분신호에 모터주기와 일치하는 비트현상이 발생한다고 하는 불편함을 큰폭으로 억제하고 자극위치검출신호를 안정화시켜 브러쉬레스 DC 모터의 운전범위를 확대할 수가 있다. 또 브러쉬레스 DC 모터의 효율을 높일 수 있다.
청구항 24의 브러쉬레스 DC 모터구동장치이라면, 적분신호의 파고치의 변동을 억제해야할 분할수단에 의해 인버터주기를 분할하고 판정수단에 의해 각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정한다.
그리고 인버터전압진폭제어수단에 의해, 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 크게 하고, 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 작게 한다.
따라서 청구항 23과 같은 작용을 달성할 수가 있다.
이하 첨부도면에 의해 본 발명의 실시태양을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 동기모터구동장치의 일실시태양을 나타낸 블록도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령 ω*와 모터속도 ω와의 편차를 산출하는 속도편차산출부(1)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산(예를들어 PI연산)을행하여 전류진폭의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(2)와, 전류진폭의 평균치지령과 후술하는 토크제어부(10)에서 출력되는 회전위치마다의 전류진폭의 변동분을가산하여 전류진폭지령을 출력하는 전류진폭지령출력부(3)와 이 전류진폭지령과 후술하는 전류위상지령출력부(11)에서 출력되는 전류위상지령과를 입력으로 하여, 예를 들면 (8)식에 기초해서 3상교류 지령을 출력하는 3상교류연산부(4)와, 이 3상교류지령을 입력으로 하는 전류형인버터(5)와, 전류형인버터(5)의 출력이 공급되는 동기모터(6)와 동기모터(6)와 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각θ을 출력하는 회전자위치검출부(7)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(9)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고회전위치마다의 전류진폭의 변동분을 출력하는 토크제어부(10)와, 회전위치마다의전류진폭의 변동분을 입력으로 하여 위상제어연산(예를들면, 소정의 계수를 승산하는 동시에 위상시프트연산을 행함)을 행하여 전류위상의 변동분지령을 산출하여 출력하는 위상제어부(8)와, 종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균위상지령β*와변동분지령과를 가산하여 전류위상지령을 산출하여 출력하는 전류위상지령출력부(11)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(7)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량에서 위치연산하는 회로 등이 예시될 수 있다.
또, 이 실시태양 및 이하의 실시태양에 있어서, 동기모터(6)로서는 표면자석구조의 브러쉬레스 DC 모터, 매립자석구조의 브러쉬레스 DC 모터, 릴럭턴스모터등이 예시될 수 있다.
도 6은 도 5의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령 ω*의 차를 PI(비례·적분)연산함으로서 평균전류진폭지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도변동량에서 전류진폭의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 평균전류진폭지령과 전류진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻으며, 기억하고, 스탭 SP6에 있어서 전류진폭의 변동분을 계수배하고, 시프트하여 전류위상의 변동분을 얻으며(여기서 계수, 시프트량을 예를 들면 경험적으로 정해진다.), 스탭 SP7에 있어서 외부에서의 평균위상지령 β*와 전류위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻고, 기억하여, 스탭 SP8에 있어서 기억한 전류진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하고, 스탭 SP9에 있어서 각각의 상전류를 구하고 전류형인버터에 공급하여 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전류진폭지령과 전류진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고 외부에서의 평균위상지령β*과 전류위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻음으로써 효율의 향상을 달성할 수 있다. 그 결과 주기성의 맥동부하를 최대효율상태에서 토크제어하고 진동을 저감시킬 수 있다.
도 7은 이 발명의 동기모터구동장치의 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
이 동기모터구동장치는 전류형인버터(5)로 대신하여 3상교류지령과 후술하는권선전류검출부(5c)에서 출력되는 권선전류검출치의 편차를 산출하는 전류편차산출부(5d)와, 산출된 편차를 입력으로 하여 전류제어를 행해 전류지령을 전압지령으로변환시키는 전류제어부(5a)와, 변환된 전압지령을 입력으로 하는 전압형인버터(5b)와, 후술하는 동기모터(6)의 권선전류를 검출하는 권선전류검출부(5c)를 채용한 점이 도 5의 동기모터구동장치와 다른 점이고, 그 밖에 구성부분은 도 5의 동기모터구동장치와 같다. 그리고 도 7에 있어서 전류제어부(5a), 전압형인버터(5b), 권선전류검출부(5c) 및 전류편차산출부(5d)로 전류제어형인버터를 구성하고 있다.
도 8은 도 7의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령ω*의 차를 PI(비례·적분)연산함으로서 평균전류진폭지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도변동량에서 전류진폭의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 평균전류진폭지령과 전류진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻으며, 기억하여 스탭 SP6에 있어서 전류진폭의 변동분을 계수배하고, 시프트하여 전류위상의 변동분을 얻으며(여기서 계수, 시프트량은 예를들면 경험적으로 정해진다.), 스탭 SP7에 있어서 외부에서의 평균위상지령β*와 전류위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻고, 기억하며 스탭 SP8에 있어서 기억한 전류진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하여, 스탭 SP9에 있어서 각상전류를 구하고 전류형인버터에 공급하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전류진폭지령과 전류진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고 외부에서의 평균위상지령β*과 전류위상의 변동분을가산하여 위상지령을 얻음으로써 효율의 향상을 달성할 수 있다. 그 결과 주기성의맥동부하를 최대효율상태에서 토크제어하고 진동을 저감시킬 수 있다.
또 도 7의 동기모터구동장치는 주회로구성이 전류형인버터와 비교하여 간이한 전압형인버터를 채용하고 있기 때문에 전체로서 구성을 간단하게 할 수있다.
도 9는 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령ω*과 모터속도 ω의 편차를 산출하는 속도편차산출부(21)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산(예를들어 PI연산)을 행하여 전압진폭의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(22)와, 전압진폭의 평균치지령과 후술하는 토크제어부(30)에서 출력되는 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을가산하여 전압진폭지령을 출력하는 전압진폭지령출력부(23)와 이 전압진폭지령과 후술하는 전압위상지령출력부(31)에서 출력되는 전압위상지령을 입력으로 하여 예를 들면 (9)식에 기초해서 3상교류지령을 출력하는 3상교류연상부(24)와, 이 3상교류지령을 입력으로 하는 전압형인버터(25)와, 전압형인버터(25)의 출력이 공급되는 동기모터(6)와 동기모터(6)의 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각θ을 출력하는회전자위치검출부(27)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(29)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 출력하는 토크제어부(30)와, 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 입력으로 하여 위상제어연산(예를 들면, 소정의 계수를승산하는 동시에 위상시프트연산을 행함)을 행하여 전압위상의 변동분지령을 산출하여 출력하는 위상제어부(28)와, 종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균위상지령α*와 변동분지령을 가산하여 전류위상지령을 산출하여 출력하는 전류위상지령출력부(31)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(27)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량(所量)에서 위치연산하는 회로 등이 예시될 수 있다.
도 10은 도 9의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령ω*의 차를 PI(비례·적분)연산함으로서 평균전압진폭지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도변동량에서 전압진폭의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 평균전압진폭지령과 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻어, 기억하고 스탭 SP6에 있어서 전압진폭의 변동분을 계수배하고, 시프트하여 전압위상의 변동분을 얻으며(여기서 계수, 시프트량은 예를 들면 경험적으로 정해진다.), 스탭 SP7에 있어서 외부에서의 평균위상지령α*와 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻어, 기억하고, 스탭 SP8에 있어서 기억한 전압진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하여, 스탭 SP9에 있어서 각상전압을 구하고 전압형인버터에 공급하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전압진폭지령과 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고 외부에서의 평균위상지령α*과 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻음으로써 효율의 향상을 달성할 수 있다. 그 결과 주기성의맥동부하를 최대효율상태로 토크제어하고 진동을 저감시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령ω*와 모터속도 ω의 편차를 산출하는 속도편차산출부(41)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산(예를들어 PI연산)을행하여 전압위상의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(42)와, 전압위상의 평균치지령과 후술하는 토크제어부(50)에서 출력되는 회전위치마다의 전압위상의 변동분을 가산하여 전압위상지령을 출력하는 전압위상지령출력부(43)와 이 전압위상지령과 후술하는 전압진폭지령출력부(31)에서 출력되는 전압진폭지령을 입력으로 하여 예를 들면 (9) 식에 기초해서 3상교류지령을 출력하는 3상교류연산부(44)와, 이 3상교류지령을 입력으로 하는 전압형인버터(45)와, 전압형인버터(45)의 출력이 공급되는 동기모터(6)와 동기모터(6)의 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각θ을 출력하는 회전자위치검출부(47)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(49)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고 회전위치마다의 전압위상의 변동분을 출력하는 토크제어부(50)와, 회전위치마다의 전압위상의 변동분을 입력으로 하여 진폭제어연산 (예를들면, 소정의 계수를 승산하는 동시에 위상시프트연산을 행함)을 행하여 전압진폭의 변동분지령을 산출하여 출력하는 위상제어부(48)와, 종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균진폭지령V⒨*와 변동분지령을 가산하여 전압진폭지령을 산출하여 출력하는 전압진폭지령출력부(51)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(47)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량에서 위치연산하는 회로등이 예시될 수 있다.
도 12은 도 11의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령ω*의 차를 PI(비례·적분) 연산함으로서 평균전압위상지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도변동량에서 전압위상의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 평균전압위상지령과 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻어, 기억하고, 스탭 SP6에 있어서 전압위상의 변동분을 계수배하고, 시프트하여 전압진폭의 변동분을 얻으며(여기서 계수, 시프트량은 예를 들면 경험적으로 정해진다.), 스탭 SP7에 있어서 외부에서의 평균진폭지령Vm*와 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻어, 기억하고, 스탭 SP8에 있어서 기억한 전압진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하며,스탭 SP9에 있어서 각상전압을 구하고 전압형인버터에 공급하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전압위상지령과 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고, 외부에서의 평균진폭지령Vm*과 전압진폭의 변동분을가산하여 진폭지령을 얻음으로써 효율의 향상을 달성할 수 있다. 그 결과 주기성의맥동부하를 최대효율상태에서 토크제어하여 진동을 저감시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령ω*와 모터속도 ω의 편차를 산출하는 속도편차산출부(61)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산 (예를들어 PI연산)을행하여 전압진폭의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(62)와, 전압진폭의 평균치지령과 후술하는 토크제어부(70)에서 출력되는 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을가산하여 전압진폭지령을 출력하는 전압진폭지령출력부(63)와 이 전압진폭지령과 후술하는 전압위상지령출력부(71)에서 출력되는 전압위상지령을 입력으로 하여 예를들면 (9)식에 기초해서 3상교류지령을 출력하는 3상교류연산부(64)와, 이 3상 교류지령을 입력으로 하는 전압형인버터(65)와, 전압형인버터(65)의 출력이 공급되는동기모터(6)와 동기모터(6)의 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각θ을 출력하는회전자위치검출부(67)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(69)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 출력하는 토크제어부(70)와, 후술하는 인버터입력전류검출부(72)에 의해 검출된 인버터입력전류를 입력으로 하여 위상제어연산을 행하고 전압위상의 변동분지령을 산출하여 출력하는 위상제어부(68)와,종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균위상지령α*와 변동분지령을 가산하여 전압위상지령을 산출하여 출력하는 전압위상지령출력부(71)와, 상용전원(73)에서 전압형인버터(65)에 공급되는 인버터입력전류(효율에 관련 있는 검출량의 일종)를 검출하는 인버터입력전류검출부(72)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(67)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량에서 위치연산하는 회로등이 예시될 수 있다.
또, 권선전류검출부 및 전류제어부를 추가하여 전류제어를 행하는 것이 가능해지는 동시에 전압형인버터 대신에 전류형인버터를 채용할 수가 있다.
도 14는 도 13의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치 θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령ω*의 차를 PI(비례·적분)연산함으로서 평균전압진폭지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도 변동량에서 전압진폭의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 평균전압진폭지령과 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻어, 기억하고 스탭 SP6에 있어서 인버터입력전류의 크기에 따라서(인버터입력전류를 극소화하여야 한다) 전압위상의 변동분을 제어연산하고, 스탭 SP7에 있어서 외부에서의 평균위상지령α*와 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻어, 기억하고 스탭 SP8에 있어서 기억한 전압진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하며, 스탭 SP9에 있어서 각상전압을 구하고 전압형인버터에 공급하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전압진폭지령과 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고, 인버터입력전류의 크기에 따라서(인버터입력전류를 극소화 해야한다)전압위상의 변동분을 연산하여 외부에서의 평균진폭지령Vm*과 가산하여 위상지령을 얻음으로써 철손을 고려한 제어를 행하여 효율의 향상을 달성할수 있다. 그 결과 주기성의 맥동부하를 최대효율상태에서 토크제어하고 진동을 저감시킬 수 있다.
그리고 인버터입력전류의 크기에 따라서 전압위상의 변동분을 제어연산하는 대신에 전압검출을 추가하여 인버터입력전력을 연산하고 인버터입력전력이 극소가 되도록 제어를 행해도 좋다.
도 15은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령ω*와 모터속도 ω의 편차를 산출하는 속도편차산출부(81)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산 (예를들어 PI연산)을 행하여 전압위상의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(82)와, 전압위상의 평균치지령과 후술하는 토크제어부(90)에서 출력되는 회전위치마다의 전압위상의 변동분을 가산하여 전압위상지령을 출력하는 전압위상지령출력부(83)와 이 전압위상지령과 후술하는 전압진폭지령출력부(91)에서 출력되는 전압진폭지령을 입력으로 하여 예를들면 (9)식에 기초해서 3상교류지령을 출력하는 3상교류연산부(84)와, 이 3상교류지령을 입력으로 하는 전압형인버터(85)와, 전압형인버터(85)의 출력이 공급되는동기모터(6)와 동기모터(6)의 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각θ을 출력하는회전자위치검출부(87)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(89)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고 회전위치마다의 전압위상의 변동분을 출력하는 토크제어부(90)와, 후술하는인버터입력전류검출부(92)에 의해 검출된 인버터입력전류를 입력으로 하여 진폭제어연산을 행하여 전압진폭의 변동분지령을 산출하여 출력하는 진폭제어부(88)와,종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균진폭지령α*와 변동분지령을 가산하여 전압진폭지령을 산출하여 출력하는 전압진폭지령출력부(91)와, 상용전원(93)에서전압형인버터(85)에 공급되는 인버터입력전류(효율에 관련 있는 검출량의 일종)를검출하는 인버터입력전류검출부(92)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(87)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량에서 위치연산하는 회로등이 예시될 수 있다.
또, 권선전류검출부 및 전류제어부를 추가하여 전류제어를 행하는 것이 가능해지는 동시에 전압형인버터에 대신하여 전류형인버터를 채용할 수가 있다. 그리고 인버터입력전류의 크기에 따라서 전압위상의 변동분을 제어연산하는 대신에 전압검출을 추가하여 인버터입력전력을 연산하고, 인버터입력전력이 극소로 되도록 제어를 행해도 좋다.
도 16은 1실린더압축기의 회전각에 대응하는 부하토크의 변동을 나타낸 도,도 17은 그 부하토크의 주파수분포를 나타낸 도이다.
이들 도에서 나타낸 것과 같이 실제의 맥동부하에는 많은 주파수성분을 포함하고 이것을 완전히 보상하여 진동의 요인이 되는 속도변동을 억제하는 것 같은 토크제어를 행하면 모터전류의 실효치 및 피크치가 증대되어 버리는 문제가 있다.
여기서 동기모터 및 부하의 관성모멘트에 의한 플라이휠 효과에 의해 고주파의 토크맥동성분에 대해서는 속도변동이 작게되기 때문에 진동에 그다지 기여하지않게 된다. 따라서 토크제어에 의해 보상하는 맥동토크의 주파수를 기본파와 저차조파로만 함으로써 진동에 거의 기여하지 않는 토크맥동에 대응하기 위해 불필요한전류를 없앨 수 있으며, 상기 동기모터구동장치, 동기모터구동방법과 조합시킴으로써 더욱 효율이 좋은 동기모터의 제어를 실현할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면상기 동기모터구동장치에 포함된 토크제어부에 필터링기능을 갖게 하는 것만으로 간단히 대처할 수가 있다.
또 압축기를 공기조화기에 조합하는 경우, 열교환기와 압축기를 접속하는 배관 형상의 연구, 고무다리에 의한 지지 등에 의해 실외기광체(室外機筐)에 전달하는 진동을 흡수하는 연구가 행해지기 때문에 토크제어에 의해 보상하는 맥동토크의 주파수를 기본파에만 한정시켜도 실용상 크게 문제되지 않고, 그리고 효율이 좋은 제어가 가능하다. 물론 공기조화기 이외의 장치, 예를들면 냉장고등에 적용하는 경우에도 마찬가지다.
도 18은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블록도이다.
이 동기모터구동장치는 속도지령ω*와 모터속도 ω의 편차를 산출하는 속도 편차산출부(101)와 산출된 편차를 입력으로 하여 소정의 연산(예를들어 PI연산)을 행하여 전압진폭의 평균치지령을 출력하는 속도제어부(102)와, 전압진폭의 평균치지령과 후술하는 전압진폭변동분출력부(113)에서 출력되는 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 가산하여 전압진폭지령을 출력하는 전압진폭지령출력부(103)와 이전압진폭지령과 후술하는 전압위상지령출력부(111)에서 출력되는 전압위상지령을 입력으로 하여, 예를들면 (9)식에 기초해서 3상교류지령을 출력하는 3상교류연산부 (104)와, 이 3상 교류지령을 입력으로 하는 전압형인버터(105)와, 전압형인버터 (105)의 출력이 공급되는 동기모터(6)와, 동기모터(6)의 회전자의 자극위치를 검출하여 위치각 θ을 출력하는 회전자위치검출부(107)와 위치각θ을 입력으로 하여 모터속도ω를 산출하여 출력하는 속도연산부(109)와, 모터속도ω 및 위치각θ을 입력으로 하여 토크제어연산을 행하고 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 출력하는 토크제어부(110)와, 전압진폭변동분출력부(113)에서 출력되는 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 입력으로 하여 위상제어연산(예를들면, 소정의 계수를 승산하는 동시에 위상시프트연산을 행함)을 행하여 전압위상의 변동분지령을 산출하여 출력하는 위상제어부(108)와, 종래 공지된 것과 같이 하여 얻어지는 평균위상지령α*와 변동분지령을 가산하여 전압위상지령을 산출하여 출력하는 전압위상지령출력부 (111)와, 위치각θ을 입력으로 하여 3차조파를 발생하는 3차조파발생부(112)와, 토크제어부(110)에서 출력되는 전압진폭의 변동분과 3차조파를 가산하여 회전위치마다의 전압진폭의 변동분을 출력하는 전압진폭변동분출력부(113)를 갖고 있다.
그리고, 회전자위치검출부(107)로서는 엔코더등의 회전위치센서와 그 출력카운터회로, 모터단자전압을 필터링하는 위치검출회로, 모터의 전기적 소량에서 위치연산하는 회로등이 예시될 수 있다.
도 19는 도 18의 동기모터구동장치의 작용을 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 회전자위치(위치각)θ를 입력하고, 스탭 SP2에 있어서 회전자위치θ에서 회전속도(모터속도)ω를 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 실속도ω와속도지령ω*의 차를 PI(비례·적분)연산함으로서 평균전압진폭지령을 얻으며, 스탭 SP4에 있어서 실속도ω 및 회전자위치θ를 입력으로 하는 토크제어연산을 행하여 실속도변동량에서 전압진폭의 변동분을 얻고, 스탭 SP5에 있어서 피크를 저감하는위상의 3차조파성분을 전압진폭의 변동분에 가산하여 새로운 전압진폭의 변동분을 산출하고, 스탭 SP6에 있어서 평균전압진폭지령과 새로운 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻어, 기억하고, 스탭 SP7에 있어서 새로운 전압진폭의 변동분을 계수배하고 시프트하여 전압위상의 변동분을 얻고(여기서 계수, 시프트량은 예를들어 경험적으로 정한다.), 스탭 SP8에 있어서 외부에서 평균위상지령α*과 전압위상의 변동분을 가산하여 위상지령을 얻어 기억하고, 스탭 SP9에 있어서 기억한 전압진폭 및 위상지령을 3상교류연산부에 공급하여, 스탭 SP10에 있어서 각상전압을 구하고 전압형인버터에 공급하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
따라서, 평균전압진폭지령과 전압진폭의 변동분을 가산하여 진폭지령을 얻음으로써 진동저감을 달성하고, 외부에서의 평균위상지령β*과 전압위상의 변동분을가산하여 위상지령을 얻음으로써 효율의 향상을 달성할 수 있다. 그 결과 주기성의맥동부하를 최대효율상태로 토크제어하고 진동을 저감시킬 수 있다.
또, 권선전류검출부 및 전류제어부를 추가하여 전류제어를 행할 수가 있다.그리고 도 18, 도 19의 실시태양에 있어서는 전압지령에 3차조파성분을 중첩하도록하고 있지만 전류지령에 3차조파성분을 중첩하도록 해도 좋고, 이 경우는 전압형인버터의 권선전류검출부 및 전류제어부를 추가하여 전류제어를 행하는 전류제어형인버터 또는 전류형인버터를 사용한다. 그리고 어떠한 경우에도 3차조파성분을 어느정도 중첩해야 하는가는 동기모터구동시스템의 사양에 의해 결정된다.
도 20은 토크의 기본파의 10%정도의 3차조파성분이 토크파형에 중첩되도록 전류파형의 3차조파를 중첩한 경우에 있어서 토크파형{도 20 중 (A)참조}, 전류진폭파형{도 20 중 (B)참조}, 전류위상파형{도 20 중 (C)참조}를 나타낸 도이다. 그리고 어느 도면에 있어서도 a가 3차조파중첩후의 파형, b가 3차조파중첩전의 파형, c가 평균치를 각각 나타내고 있다.
도면에서 나타낸 것과 같이, 3차조파를 중첩함으로써 전류진폭의 피크 (모터전류의 피크)를 억제할 수가 있고, 이것에 의해서 인버터소자의 전류용량제한에 의해 생기는 동작점을 벗어난 운전이 필요 없게 되며, 도 5 내지 도 15의 동기모터구동장치, 동기모터구동방법의 제어를 보다 광범위하게 실현할 수가 있다.
이와 같이 3차조파를 중첩하는 제어를 행할 경우에는 3차조파가 부하토크에포함되지 않는다든지 진폭이나 위상관계가 다른 경우에 속도변동을 증가시키게 되는 경우도 있지만, 기본파에 비해 주파수가 높기 때문에 플라이휠의 효과가 크게되는 것, 짜넣을 때에 방진대책이 세워지고 있는 것 등을 고려하면 실용상 문제는 되지 않고 상기의 이점이 있기 때문에 동기모터구동장치, 동기모터구동방법에 적용하는 것이 바람직하다.
도 21은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양을 나타낸 블럭도이다.
이 동기모터구동장치는 직류전원(120)의 양단자 사이에 2개의 스위칭트랜지스터의 직렬접속회로를 3개 서로 병렬접속시켜 전압형인버터(121)를 구성하고 있다. 그리고 각 스위칭트랜지스터와 병렬로 보호용 다이오드를 접속하고 있다. 그리고 각 직렬접속회로의 중점에 Y접속된 3개의 저항 122u, 122v, 122w를 접속하고 있는 동시에 동기모터(6)의 Y접속된 고정자권선 6u, 6v, 6w를 접속하고 있다. 그리고 6a가 회전자를 나타내고 있다. 그리고 저항 122u, 122v, 122w의 중점에 있어서 얻어지는 제1중성점전압VN을 오피앰프(123a)의 반전입력단자에 공급하고 고정자권선 6u, 6v, 6w의 중점에 있어서 얻어지는 제2중성점전압Vm을 저항(123b)을 거쳐 오피앰프(123a)의 반전입력단자에 공곱되고 있다. 그리고 오피앰프(123a)의 반전입력단자와 출력단자의 사이에 저항(123c)을 접속하고 있다. 따라서 오피앰프(123a)의 출력단자에 있어서, 제1중성점전압VN과 제2중성점전압VM의 차에 대응하는 차전압VNM이 얻어진다. 이 차전압 VNM을 저항(124a)와 콘덴서(124b)를 직렬접속시켜 되는 적분회로에 공급하고, 저항(124a)와 콘덴서(124b)의 중점에 있어서 얻어지는 적분신호 ∫VN0dt를 오피앰프(125)의 비반전입력단자에 공급하며, 오피앰프(125)의 반전입력단자를 그라운드와 접속시킴으로써 제로크로스 콤퍼레이터를 구성하고 제로크로스 콤퍼레이터에서 출력신호를 위치신호(자극위치검출신호)로 하여 마이크로프로세서(126)에 공급하고 있다. 또, 상기 적분신호 ∫VN0dt를 적분신호레벨검출회로 (127)에 공급하며 적분신호레벨검출회로(127)에서 검출신호를 마이크로프로세서 (126)에 공급하고 있다. 마이크로프로세서(126)에는 속도지령 및 속도변동지령도 공급되고 인버터(121)를 제어하기 위한 신호를 베이스구동회로(128)를 거쳐 출력한다.
도 22는 마이크로프로세서(126)의 구성을 나타낸 블록도이다.
이 마이크로프로세서(126)는 위치신호를 받는 것에 의한 인터럽트처리1에 의해 스톱, 리셋트, 재스타트를 행하는 주기측정타이머(131)와, 주기측정타이머(131)가 스톱된 때의 타이머 값을 입력으로 하여 위치신호의 주기를 연산하는 위치신호주기연산부(132)와, 위치신호주기연산부(132)에서 출력되는 위치신호의 주기를 입력으로 하여 속도연산을 행하고 현재의 속도를 산출하여 출력하는 속도연산부(133)과, 외부에서 주어지는 속도지령과 속도연산부(133)에서 출력되는 현재의 속도의 차를 산출하여 속도변동으로 하여 출력하는 편차연산부(134)와, 편차연산부(134)에서 출력되는 속도변동 및 외부에서 주어지는 속도변동지령을 입력으로 하여 전환신호를 산출하여 출력하는 전환신호연산부(135)와, 편차연산부(134)에서 출력되는 속도변동 및 전환신호연산부(135)에서 출력되는 전환신호를 입력으로 하여 1차성분보상모델을 연산하여 출력하는 1차성분보상모델연산부(136)와, 편차연산부(134)에서 출력되는 속도변동을 입력으로 하여 PI연산을 행하고, 연산결과를 출력하는 PI연산부(137)와, 1차성분보상모델연산부(136)에서 출력되는 1차성분보상모델 및 PI연산부(137)에서 출력되는 연산결과를 가산하여 전압지령으로서 출력하는 가산기(138)와, 위치신호주기연산부(132)에서 출력되는 위치신호의 주기 및 후술하는 가산기 (147)에서 주어지는 위상량지령을 입력으로 하여 타이머값을 연산하여 출력하는 타이머값연산부(139)와, 타이머값연산부(139)에서 출력되는 타이머값이 셋트되고, 위치신호를 받는것에 의한 인터럽트처리1에 의해 스타트되고 셋트된 타이머값의 계시가 행해짐으로써 카운터오버신호를 출력하는 위상보정타이머(140)와, 타이머값연산부(139)에서 출력되는 타이머값이 셋트되고, 위상보정타이머(140)에서 출력되는 카운터오버신호에 의해 인터럽트처리2에 의해 스타트되며 셋트된 타이머값의 계시가 행해짐으로서 카운터오버신호를 출력하는 통전폭제어타이머(141)와, 위상보정타이머(140)에서 출력되는 카운터오버신호에 의해 인터럽트처리2 또는 통전폭제어타이머(141)에서 출력되는 카운터오버신호에 의해 인터럽트처리3에 의해 메모리(143)에서 전압패턴을 읽어내어 출력하는 인버터모드선택부(142)와, 가산기(138)에서 출력되는 전압지령 및 인버터모드선택부(142)에서 출력되는 전압패턴을 입력으로 하여 펄스폭변조를 행하고 스위치신호를 출력하는 PWM부(144)와, 1차성분보상모델연산부 (136)에서 출력되는 1차성분보상모델을 시프트시키는 지연처리부(145)와, 지연처리부(145)에서 출력되는 시프트된 1차성분보상모델에 대해 소정의 계수를 승산하여보상위상량지령을 출력하는 계수기(146)와, 계수기(146)에서 출력되는 보상위상량지령과 외부에서 부여되는 평균위상량지령을 가산하여 위상량지령을 출력하는 가산 기(147)를 갖고 있다.
상기 1차성분보상모델연산부(136)는 1차성분 이외에 대해서 게인이 0의 보상을 행하는 것이다. 따라서 1차성분보상모델연산부(136)의 입력에 속도변동을 사용하여도 하등 문제가 없다. 즉, 속도지령은 정상시에는 일정(직류)하고, 또 1차성분보상모델연산부(136)는 직류(또는 신호모델의 출력신호와 주파수가 다른 신호)가입력되어도, 그 출력은 0 이 된다. 다시 말하면 1차성분보상모델연산부(136)의 입력으로 하여 속도변동(=모터속도-속도지령)을 사용해도 1차성분보상모델연산부 (136)의 출력은 모터속도만으로 결정된다. 따라서 제어성능에는 영향이 없게 된다.
도 23은 도 21의 동기모터구동장치에 의해 구동되는 동기모터로 압축기를 구동하는 시스템의 제어모델을 나타낸 개략도이다.
이 제어모델은 속도지령과 동기모터(6)의 회전속도의 차를 산출하는 감산부 (201)와, 감산부(201)에서 출력되는 차를 입력으로 하여 비례제어 및 적분제어(PI제어)를 행하여 비례제어결과 및 적분제어결과를 출력하는 PI제어부(202)와, 감산부(201)에서 출력되는 차를 입력으로 하여 N회전(N은 자연수)의 속도변동의 평균크기Δω를 연산하는 속도변동평균치연산부(203)와 속도변동평균치연산부(203)에서 출력되는 속도변동의 평균크기Δω를 입력으로 하여 0 또는 1을 출력하는 전환부 (204)와, 동기모터(6)의 회전속도와 전환부(204)에서의 출력을 승산하여 승산결과를 출력하는 승산부(205)와, 승산부(205)에서 출력되는 승산결과를 입력으로 하여 1차성분보상을 행하고 보상치를 출력하는 가변구조1차성분보상부(206)와, 비례제어결과, 적분제어결과 및 보상치를 가산하여 전압지령을 출력하는 가산부(207)와, 가산부(207)에서 출력되는 전압지령을 입력으로 하여 이것을 보상하는 증폭기(207')와 증폭기(207')에서 출력되는 출력전압과, 모터속도기전압중 토크분전류발생에 관여하는 부분 Eτ와의 차를 산출하여 출력하는 감산부(208)와, 감산부(208)에서 출력되는 차를 입력으로 하여 전류를 출력하는 모터의 전압·전류전달계수(모터권선의저항, 인덕턴스로 결정되는 1차지연요소)(209)와 모터의 전압·전류전달계수(209)에서 출력되는 전류와, 회전자위치에 따른 전류파형(위상/진폭)을 직접제어하고 있지 않은 것에 따라 토크오차성분을 등가적으로 나타내는 전류iτ의 차를 산출하여 출력하는 감산부(210)와, 감산부(210)에서 출력되는 차를 입력으로 하여 모터토크를 출력하는 모터의 전류·토크전달계수(211)와, 모터의 전류·토크전달계수(211)에서 출력되는 모터토크와 압축기부하토크를 감산하여 압축기축토크를 출력하는 감산부(212)와 감산부(212)에서 출력되는 압축기축토크를 입력으로 하고 속도를 출력하는 모터의 토크·속도전달계수(213)를 갖고 있다. 그리고 연산부(208), 전압·전류전달계수(209), 감산부(210), 전류·토크전달계수(211), 감산부(212) 및 토크·속도전달계수(213)로 동기모터(6)를 구성하고 있다.
도 24에서 도 26은 마이크로프로세서(126)의 처리를 설명하는 플로우차트이다. 그리고 도 24가 인터럽트처리 1를 도 25가 인터럽트처리 2를 도 26이 인터럽트처리 3을 각각 설명하고 있다.
도 24의 플로우차트의 처리는 위치신호가 받아들여질 때마다 행해진다.
스탭 SP1에 있어서 위상량지령으로부터 위상보정타이머(140)의 값을 연산하고, 스탭2에 있어서 위상보정타이머(140)에 위상보정타이머값을 셋트하고, 스탭 SP3에 있어서 위상보정타이머(140)를 스타트시켜, 스탭 SP4에 있어서 주기측정타이머(131)를 스톱시키고, 스탭 SP5에 있어서 주기측정타이머(131)의 값을 읽어내며, 스탭 SP6에 있어서 주기측정타이머(131)값을 리셋트하며, 다음의 주기측정을 위하여 주기측정타이머(131)를 스타트시킨다. 그리고, 스탭 SP7에 있어서 위치신호의주기를 연산하고, 스탭 SP8에 있어서 위치신호의 주기의 연산결과로부터 모터회전속도를 연산하며, 스탭 SP9에 있어서 모터회전속도 및 속도지령에 기초하여서 속도변동을 연산하고, 스탭 SP10에 있어서, 속도변동에 대해 PI연산을 행하여 평균전압진폭지령을 연산하고, 스텝 SP11에 있어서, 속도변동크기의 평균치를 연산하여 얻어진 평균치에 기초하여 전환신호를 출력하며, 스탭 SP12에 있어서 속도변동과 전환신호에 기초하여서 보상전압진폭을 연산하고, 스탭 SP13에 있어서 평균전압진폭으로 보상전압진폭을 가산하며, 스탭 SP14에 있어서, 지연처리를 행하고{예를들면,보상전압진폭을 기억하고, M샘플(M은 정수)전의 보상전압진폭을 읽어냄}, 스텝 SP15에 있어서 계수기(係數器)(146)에서 소정의 계수를 승산함으로써 보상위상을 산출하며, 스텝 SP16에 있어서 보상위상을 평균위상지령에 가산하고, 다음회의 위상지령으로서 기억하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 25의 플로우차트의 처리는 위상보정타이머(140)에서 카운트오버신호가 출력되는 때마다 행해진다.
스텝 SP1에 있어서 인버터모드를 1스텝 진행시키고 스텝 SP2에 있어서 진행된 인버터모드에 대응하는 전압패턴을 출력하며, 스텝 SP3에 있어서 통전폭지령으로부터 통전폭제어타이머(141)의 타이머값을 연산하고, 스텝 SP4에 있어서 통전폭제어타이머(141)에 타이머값{=(통전각-120)deg분의 타이머값}을 셋트시키며, 스텝 SP5에 있어서 통전폭제어타이머(141)를 스타트시키고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 26의 플로우차트 처리는 통전폭제어타이머(141)에서 카운터오버신호가 출력되는 때마다 행해진다.
스텝 SP1에 있어서 인버터모드를 1스텝 진행시키며 스탭 SP2에 있어서 진행된 인버터모드에 대응하는 전압패턴을 출력시키고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 27은 도 21 및 도 22에 나타낸 동기모터구동장치의 각부의 신호파형을 나타낸 도이다.
동기모터(6)에 의해 압축기를 구동하고 있는 경우에 도 27중 (A)에 나타낸것과 같이 차전압 VNM이 얻어지고, 도 27중 (B)에 나타낸 것과 같이 적분신호 ∫ VNOdt가 얻어지며 도 27중 (C)에 나타낸 것과 같이 위치신호가 얻어진다.
이 위치신호에 기초하여 인터럽트처리 1에 의해 도 27중 (D)에 나타낸 것과같이 위상보정타이머(140)가 스타트한다{도 27중(D)에 나타낸 화살표의 기점을 참조}. 그리고 도 27중(M)에 나타낸 위상량지령에 기초하여 셋트되는 타이머값이 제어되는 위상보정타이머(140)에서 카운트오버신호가 출력될 때 {도 27중(D)에 나타낸 화살표의 종점을 참조}마다, 도 27중 (E)에 나타낸 것과 같이 통전폭제어타이머 (141)이 스타트한다{도 27중(E)에 나타낸 화살표의 기점을 참조}.
위상보정타이머(140)에서 카운트오버신호가 출력될 때{도 27중(D)에 나타낸화살표의 종점을 참조}마다 및 통전폭제어타이머(141)에서 카운트오버신호가 출력될 때마다{도 27중(E)에 나타낸 화살표의 종점을 참조}, 도 27중 (N)에 나타낸 것과 같이 인버터모드가 1스탭씩 진행되고, 도 27중 (F)에서 도 27중 (K)에 나타낸 것과 같이 인버터회로(121)의 스위칭트랜지스터 121u1, 121u2, 121v1, 121v2, 121w1, 121w2의 온/오프상태가 인버터모드에 대응해서 전환된다. 또, 도 27중 (L)에 나타낸 것과 같이 인버터출력전압에 기초하여 각 스위칭트랜지스터는 PWM부 (144)에서 쵸퍼제어되고 있다. 그리고 도 27중(L)에 나타낸 파선이 PI연산부(137)의 출력(평균전압)이고, 도 27중(L)에 나타낸 실선이 1차성분보상모델연산부(136)의 출력(보상전압)이다.
그리고 위상제어는 타이머처리의 관계에서 1샘플 지연되는 제어계로 되어 있다.
도 28은 최대토크제어의 사고에 기초하여 전압위상과 전압진폭을 관련지어 제어시켜 압축기를 구동한 경우의 선전압진폭파형{도 28중 (A)참조}, 전압위상파형 {도 28중 (B)참조}, 상전류파형{도 28중 (C)참조} 및 인버터 DC전류파형{도 28중 (D)참조}를 나타낸 도이고, 도 29는 최대토크제어의 사고에 기초하여 전압위상과 전압진폭을 관련시키는 일이 없이 제어하여 압축기를 구동시킨 경우의 선전압진폭파형{도 29중(A)참조}, 전압위상파형{도 29중(B)참조}, 상전류파형{도 29중(C)참조} 및 인버터 DC전류파형{도 29중(D)참조}를 나타낸 도이다. 그리고 운전조건은 저압 : 5kg/cm2, 고압 : 13kg/cm2, 회전수 : 20rps이다.
도 28과 도 29를 비교하면, 도 28은 모터권선전류의 피크치가 작고, 전압형인버터에 흘러드는 DC 전류도 작은 것을 알게된다.
다시 말해서 보다 효율좋은 운전이 가능하게 되는 것을 알 수 있다.
도 30은 이 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시양태의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고 마이크로프로세서 이외의 구성은 도21과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이 마이크로프로세서는 위치신호를 받음으로써 인터럽트처리 1에 의해 스톱,리셋트, 재스타트를 행하는 주기측정타이머(151)와, 주기측정타이머(151)가 스톱된때의 타이머값을 입력으로 하여 위치신호의 주기를 연산하는 위치신호주기연산부 (152)와, 위치신호주기연산부(152)에서 출력되는 위치신호의 주기를 입력으로 하여 속도연산을 행하고 현재의 속도를 산출하여 출력하는 속도연산부(153)과, 외부에서 주어지는 속도지령과 속도연산부(153)에서 출력되는 현재의 속도를 입력으로 하여 속도제어를 행하고 평균전압지령을 출력하는 속도제어부(154)와 속도연산부(153)에서 출력되는 현재의 속도를 입력으로 하여 보상위상계수를 발생시키는 보상위상계수발생부(155)와 속도연산부(153)에서 출력되는 현재의 속도를 입력으로 하여 보상전압계수를 발생시키는 보상전압계수발생부(161)와 위치신호를 받음으로써 인터럽트처리 1에 의해 동작하는 보상위상패턴모드선택부(156), 보상전압패턴모드선택부 (165), 외부에서 주어지는 평균위상량지령, 보상위상계수발생부(155)에서 출력되는 보상위상계수, 및 보상위상패터모드선택부(156)에 의해 선택되는 보상위상패턴을 승산하여 보상위상량지령을 출력하는 승산기(157)와, 외부에서 주어지는 평균위상량지령과 승산기(157)에서 출력되는 보상위상량지령을 가산하여 위상량지령을 출력하는 가산기(158)와 위치신호주기연산부(152)에서 출력되는 위치신호의 주기 및 가산기(158)에서 출력되는 위상량지령을 입력으로 하여 타이머값을 연산하여 출력하는 타이머값연산부(159)와 타이머값연산부(159)에서 출력되는 타이머값이 세트되고, 위치신호를 받음으로써 인터럽트처리 1에 의해 스타트되며, 셋트된 타이머값의 계시가 행해지는 것에 의해 카운터오버신호를 출력하는 위상보정타이머(160)와, 타이머값연산부(159)에서 출력되는 타이머값이 셋트되고, 위상보정타이머(160)에서 출력되는 카운터오버신호에 의해 인터럽트처리 2에 의해 스타트되며, 셋트된 타이머값의 계시가 행해지는 것에 의해 카운터오버신호를 출력하는 통전폭제어타이머 (168)와, 위상보정타이머(160)에서 출력되는 카운터오버신호에 의한 인터럽트처리 2, 통전폭제어타이머(168)에서 출력되는 카운터오버신호에 의한 인터럽트처리3에 의해 메모리(163)에서 전압패턴을 읽어내어 출력하는 인버터모드선택부(162)와, 속도제어부(154)에서 출력되는 평균전압지령, 보상전압계수발생부(161)에서 출력되는 보상전압계수, 및 보상전압패턴모드 선택부(165)에 의해 선택되는 보상전압패턴을 승산하여 보상전압지령을 출력하는 승산기(166)와, 속도제어부(154)에서 출력되는 평균전압지령과 승산기(166)에서 출력되는 보상전압지령을 가산하여 전압지령을 출력하는 가산기(167)와, 가산기(167)에서 출력되는 전압지령 및 인버터모드선택부 (162)에서 출력되는 전압패턴을 입력으로 하여 펄스폭변조를 행하고 스위치신호를 출력하는 PWN 부(164)를 갖고 있다.
도 31은 도 30의 마이크로프로세서의 처리를 설명하는 플로우차트이다. 그리고 도 31은 인터럽트처리 1을 나타내고 있다. 또 인터럽트처리 2, 인터럽트처리 3은 각각 도 25, 도 26에 나타내는 플로우차트와 같기 때문에 도시를 생략하고 있다.
도 31의 풀로우차트의 처리는 위치신호가 받아들여지는 때마다 행해진다.
스탭 SP1에 있어서 주기측정타이머(151)를 스톱시키고, 스탭 SP2에 있어서 주기측정타이머(151)의 값을 읽어내고, 스탭 SP3에 있어서 주기측정타이머(151)의값을 리셋트시켜 다음의 주기측정을 위해 주기측정타이머(151)를 스타트시킨다. 그리고 스탭 SP4에 있어서 위치신호의 주기를 연산하고, 스탭 SP5에 있어서 위치신호의 주기의 연산결과에 의해 모터의 현재속도를 연산하며, 스탭 SP6에 있어서 보상위상패턴모드에 기초하여 보상위상패턴을 읽고, 스탭 SP7에 있어서 보상위상패턴모드를 1스탭 진행시키며, 스탭 SP8에 있어서 현재속도에 기초하여 보상위상계수를 읽고, 스탭 SP9에 있어서 평균위상량지령의 계수배를 보상위상패턴에 승산하여 보상위상량지령을 연산하며, 스탭 SP10에 있어서 평균위상량지령에 보상위상량지령을 가산하여 위상량지령을 연산하고 스탭 SP11에 있어서 위상량지령에 의해 위상보정타이머(160)의 타이머값을 연산하고, 스탭 SP12에 있어서 위상보정타이머(160)에 보정타이머값을 셋트시키고, 스탭 SP13에 있어서 위상보정타이머(160)을 스타트시켜, 스탭 SP14에 있어서 속도지령 및 현재속도에 기초하여 속도제어를 행하고, 평균전압지령을 연산하며, 스탭 SP15에 있어서 보상전압패턴모드에 기초하여 보상전압패턴을 읽고, 스탭 SP16에 있어서 보상전압패턴모드를 1스탭 진행시키며, 스탭 SP17에 있어서 현재속도에 기초하여 보상전압계수를 읽고, 스탭 SP18에 있어서 평균전압지령의 계수배를 보상전압패턴에 승산하고 보상전압지령을 연산하며, 스탭 SP19에 있어서 평균전압지령에 보상전압지령을 가산하여 전압지령을 출력하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
이 동기모터구동장치는 진동을 저감시키도록 전압진폭변동분을 효율을 높이기 위해 위상변동분을 각각 패턴화시켜 두고 읽어내는 구성으로 한 것이다. 따라서 부하토크파형이 거의 변하지 않는 것 같은 맥동부하를 구동하는 경우에 제어연산을 간단히 할 수가 있어 바람직하다.
도 32는 도 21 및 도 30에 나타낸 동기모터구동장치의 각부의 신호파형을 나타낸 도면이다.
동기모터(6)에 의해 압축기를 구동시키는 경우에, 도 32중(A)에 나타낸 것처럼 차전압 VNM이 얻어지고, 도 32중(B)에 나타낸 것처럼 적분신호 ∫VNOdt가 얻어지며, 도 32중(C)에 나타낸 것처럼 위치신호가 얻어진다.
이 위치신호에 기초하여 인터럽트처리1에 의해 도 32중 (D)에 나타낸 것처럼위상보정타이머(160)가 스타트한다{도 32중 (D)에 나타낸 화살표의 기점을 참조}.그리고 도 32중 (M)에 나타낸 위상량지령에 기초하여 셋트되는 타이머값이 제어되는 위상보정타이머(160)에서 카운트오버신호가 출력될 때마다{도 32중 (D)에 나타낸 화살표의 종점을 참조}, 도 32중 (E)에 나타낸 것과 같이 통전폭제어타이머 (169)이 스타트한다{도 32중 (E)에 나타낸 화살표의 기점을 참조}.
위상보정타이머(160)에서 카운트오버신호가 출력될 때마다{도 32중 (D)에 나타낸 화살표의 종점을 참조} 및 통전폭제어타이머(169)에서 카운트오버신호가 출력될 때마다{도 32중(E)에 나타낸 화살표의 종점을 참조}, 도 32중(N)에 나타낸 것과 같이 인버터모드가 1스탭씩 진행되고, 도 32중(F)에서 도 32중(K)에 나타낸 것과 같이 인버터회로(121)의 스위칭트랜지스터 121u1, 121u2, 121v1, 121v2, 121w1, 121w2의 온/오프상태가 인버터모드에 대응해서 전환된다. 또, 도 32중(L)에 나타낸 것과 같이 인버터출력전압에 기초하여 각 스위칭트랜지스터는 PWM부(164)에서 쵸퍼 제어되고 있다. 그리고 도 32중(L)에 나타내고 있는 파선이 속도제어부(154)의 출력(평균전압)이고, 도 32중(L)에 나타내고 있는 실선이 승산기(166)의 출력(보상전압)이다.
그리고 위상제어는 타이머처리의 관계에서 1샘플 지연되는 제어계로 되어 있다.
도 33은 본 발명의 동기모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다.
이 동기모터구동장치가 도 30의 동기모터구동장치와 다른 점은 보상위상계수발생부(155) 대신 적분신호레벨검출회로(127)(도 21참조)에서 출력되는 적분신호레벨검출신호 및 보상위상패턴모드선택부(156)에서 출력되는 보상위상패턴을 입력으로 하여 보상위상계수를 얻어 출력하는 보상위상계수발생부(168)를 채용한 점, 보상위상패턴모드선택부(156)에서 출력되는 보상위상패턴과, 보상위상계수발생부 (168)에서 출력되는 보상위상계수를 승산기(158)에 의해 승산시켜 보상위상량지령을 얻어 출력하도록 한 점이다.
도 34는 보상위상량지령을 얻기 위한 처리를 설명하는 플로우차트이다.
스탭 SP1에 있어서 보상위상패턴모드를 읽고, 스탭 SP2에 있어서 보상위상패턴모드에 기초하여 보상위상패턴(예를들면 sinθn)을 읽으며, 스탭 SP3에 있어서적분신호레벨검출신호와 소정치를 비교하여 적분신호레벨검출신호가 큰 지 작은 지의 여부를 판정한다.
그리고 적분신호레벨검출신호가 크다고 판정된 경우에는 스탭 SP4에 있어서보상위상계수 K를 δsinθn만 증가시키고, 역으로 적분신호레벨검출신호가 작다고판정된 경우에는 스탭 SP5에 있어서 보상위상계수 K를 δsinθn만 감소시킨다. 단지 δ는 경험적으로 정해진 정수이다.
스탭 SP4 또는 스탭 SP5의 처리를 행한 후 스탭 SP6에 있어서 보상위상패턴을 계수배하여 보상위상량지령(=K×sinθn)을 산출하고 그대로 일련의 처리를 종료한다.
따라서 적분신호레벨검출신호가 소정치가 되도록 위상변동분의 패턴을 차례로 수정하여 효율 좋은 제어를 확실히 행할 수가 있다.
이를 더욱 상세히 설명한다.
도 35는 적분신호레벨과 위상변동분의 진폭의 관계를 나타낸 도이다.
그리고 도 35중에 나타낸 파선은 효율이 최대로 되는 적분신호레벨이다.
따라서 보상위상패턴 sinθn의 극성이 마이너스인 경우(위상변동분이 진행보상기간)에 있어서는,
(1)적분신호레벨검출신호가 소정값보다 큰 경우, 계수 K를 작게 하고 보상위상량을 작게 한다(위상변동분이 진행보상기간에 있기 때문에 위상진행량을 작게하는 것과 등가). 이 결과 적분신호레벨은 작게된다.
(2)적분신호레벨검출신호가 소정값 보다 작은 경우, 계수 K를 크게 하고 보상위상량을 크게 한다(위상변동분이 진행보상기간에 있기 때문에 위상진행량을 크게하는 것과 등가). 이 결과 적분신호레벨은 크게된다.
역으로 보상위상패턴 sinθn의 극성이 플러스인 경우(위상변동분이 지연보상기간)에 있어서는,
(1)적분신호레벨검출신호가 소정값보다 큰 경우, 계수 K를 크게 하고 보상위상량을 크게 한다(위상변동분이 지연보상기간에 있기 때문에 위상진행량을 크게 하는 것과 등가). 이 결과 적분신호레벨은 작게된다.
(2)적분신호레벨검출신호가 소정값 보다 작은 경우, 계수 K를 작게 하고 보상위상량을 작게 한다(위상변동분이 지연보상기간에 있기 때문에 위상진행량을 작게하는 것과 등가). 이 결과 적분신호레벨은 크게된다.
이런 결과 효율이 좋은 제어를 확실히 행할 수가 있다.
도 36은 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 하나의 실시태양의 요부인마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고 마이크로프로세서 이외의 부분의 구성은 도 21의 구성과 같기 때문에 상세한 설명을 생략한다. 단지 동기모터로서 브러쉬레스 DC모터를 채용하고 있다. 또 이 브러쉬레스 DC 모터구동장치는전압진폭에 의해 속도제어를 행하는 것이다.
위치검출기에서 출력되는 자극위치검출신호는 마이크로프로세서의 외부인터럽트단자에 공급된다. 마이크로프로세서에 있어서는 외부인터럽트단자에 공급된 자극위치검출신호에 의해 위상보정타이머(18a), 주기측정타이머(18b), 보상전압패턴모드선택부(19g'')에 대하는 인터럽트처리, 보상위상패턴모드선택부(19m)에 대하는인터럽트처리(도 36중 인터럽트처리 1을 참조)를 행한다. 여기서 위상보정타이머 (18a)은 후술하는 타이머값연산부(19a)에 의해 타이머값이 설정된다. 주기측정타이머(18b)는 자극위치검출신호의 주기를 측정해서 타이머값을 얻고, 이 타이머값을 중앙처리장치(씨피유(CPU))(19)에 포함시키는 위치신호주기연산부(19b)에 공급한다. 이 위치신호주기연산부(19b)는 주기측정타이머(18b)에서 타이머값을 받고, 고정자권선 13u, 13v, 13w의 전압패턴의 주기를 연산하여 주기를 나타내는 위치신호주기신호를 출력한다. 위상보정타이머(18a)는 카운터오버신호를 중앙처리장치(씨피유(CPU))(19)에 포함시키는 인버터모드선택부(19c)에 공급하고, 인터럽트처리(도 36중, 인터럽트처리 2를 참조)를 행한다. 인버터모드선택부(19c)는 메모리(18c)에서 해당하는 전압패턴을 읽어내어 출력한다. 보상전압패턴모드선택부(19g'')는 메모리(18c)에서 해당하는 보상전압패턴을 읽어내어 출력한다. 보상위상패턴모드선택부(19m)는 메모리(18c)에서 해당하는 보상위상패턴을 읽어내어 출력한다. 중앙처리장치(씨피유(CPU))(19)에 있어서는 위치신호주기연산부(19b)에 의해 타이머값에 기초하여 연산을 행하여 위치신호주기신호를 출력하고, 타이머값연산부(19a) 및 속도연산부(19e)에 공급한다. 속도연산부(19e)는 위치신호주기연산부(19b)에서 위치신호주기신호에 기초하여 현재의 속도를 산출하고, 속도제어부(19f)에 공급한다. 속도제어부(19f)에는 속도지령도 공급되어 있어, 속도지령 및 속도연산부(19e)에서 현재속도에 기초하여 평균전압지령을 출력한다. 상기 보상위상패턴모드선택부(19m)에서 출력되는 보상위상패턴과 평균위상량지령이 가산기(19n)에 공급되고, 양자의 합이 위상량지령으로서 타이머값연산부(19a)에 공급된다. 타이머값연산부(19a)는 위상량지령 및 위치신호주기연산부(19b)에서 위치신호주기신호에 기초하여 위상보정타이머(18a)에 설정되어야하는 타이머값을 산출한다. 상기 평균전압지령과 보상 전압패턴모드선택부(19g")에서 출력되는 보상전압패턴이 가산기(19h)에 공급되고,양자의 합을 전압지령으로서 출력한다. 그리고 상기 인버터모드선택부(19c)에서 출력되는 전압패턴과 가산기(19h)에서 출력되는 전압지령이 PWM(펄스폭변조)부(18d)에 공급되며, 3상분의 전압지령을 출력한다. 이 전압지령은 베이스구동회로(20)에 공급되어 베이스구동회로(20)가 인버터의 스위치트랜지스터 121u1, 121u2, 121v1, 121v2, 1221w1, 121w2 각각의 베이스단자에 공급되어야 하는 제어신호를 출력한다.
이상의 설명에 있어서, 중앙처리장치(CPU)(19)에 포함되는 각 구성부는 해당하는 기능을 달성하기 위한 기능부분을 구성부로서 표시하고 있고, 중앙처리장치 (CPU)(19)의 내부에 이들의 구성부가 명확히 인식될 수 있는 상태로 존재하고 있는것은 아니다.
다음에 도 39에 나타낸 파형도롤 참조하여 도 36의 브러쉬레스 DC모터구동장치의 동작을 설명한다.
주기적인 레벨이 반전하는 위치신호가 도 39중(A)에 나타낸 것처럼 출력된다. 그리고 위치신호의 입상, 입하의 타이밍으로 인터럽트처리 1가 행해지고 보상전압패턴모드가 도 39중 (C)에 나타낸 것처렴 변화하여도 39중 (B)에 나타낸 보상압력패턴이 출력되는 동시에 보상위상패턴모드가 도 39중 (E)에 나타낸 것처럼 변화하여 도 39중 (D)에 나타낸 보상위상패턴이 출력된다. 이 보상위상패턴은 도 42에 나타낸 것처럼 적분신호의 파고값의 변동을 저감시키도록 설정되어 있다.
그리고 보상위상패턴과 평균위상량지령의 합이 위상량지령으로서 타이머값연산부(19a)에 공급되어 타이머값연산부(19a)에서 출력에 의해 위상보정타이머(18a)의 타이머값이 설정되어 있기 때문에 도 39중 (F)에 나타낸 것처럼 타이머값이 증감한다. 이 위상보정타이머(18a)는 타이머값연산부(19a)에 의해 타이머값이 설정되어 있기 때문에 설정된 타이머값만 계시동작을 행한 시점에서 카운트오버한다{도 39중(F)의 화살표 종점을 참조}. 그리고 위상보정타이머(18a)의 카운트오버가 발생하는 때마다 인터럽트처리 2가 행해지고 인버터모드선택부(19c)가 인버터모드를 1스탭 진행시킨다. 즉, 인버터모드가 "2" "3" "4" … "0" "1" "2"…의 순으로 선택된다. 그리고 인터럽트처리2에 의해 인버터모드를 1스탭 진행시킴으로써 각 인버터모드에 대응해서 스위칭트랜지스터 121u1, 121u2, 121v1, 121v2, 121w1, 121w2의 온/오프상태가 도 39중 (G)∼(L)에 나타낸 것처럼 제어된다.
또, 적분신호레벨과 인버터전압위상은 도 40에 나타낸 것처럼 인버터전압위상을 진행함으로써 적분신호의 레벨이 크게되고 인버터전압위상을 지연시킴으로써적분신호의 레벨이 작게되는 관계를 갖고 있기 때문에, 도 36의 장치에 기초하여 처리를 행함으로써 도 42에 나타낸 것처럼 적분신호의 비트현상을 큰 폭으로 저감시킬 수가 있고 나아가서는 위치신호(적분신호)를 안정화시켜 토크제어시의 브러쉬레스 DC모터의 운전범위를 확대할 수가 있다. 도 42는 보상위상패턴에 기초하여 타이머값의 설정을 행하지 않는 경우에 있어서 적분신호, 모터속도, 보상전압패턴을나타낸 도이고, 적분신호에 상당히 큰 비트현상이 생기게 된다. 그리고 도 41은 적분신호, 모터속도, 보상전압패턴, 보상위상패턴을 나타내고 있다.
따라서 도 41와 도 42를 비교하는 것에 의해 적분신호의 비트현상을 큰 폭으로 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 41의 경우가 도 42의 경우보다 높은 모터효율을 달성할 수 있다.
적분신호의 비트현상이 큰 경우에는 예를 들면, 적분신호의 레벨이 너무 작게되어 제로크로스의 검출이 불가능하게 되고, 위치신호가 검출될 수 없게 되어버리는 문제점이 있고, 디바이스의 포화에 의해 정상적인 적분동작을 행할 수가 없게되어 정확한 위치검출을 행할 수가 없게되어 버리는 문제점이 발생하며, 이들에 기인하여 브러쉬레스 DC모터가 실속(失速)하여 버리는 가능성이 있지만 도 36의 브러쉬레스 DC모터구동장치를 채용하면, 이와 같은 문제점의 발생을 미연에 방지할 수가 있다. 이 결과 토크제어량을 크게 할 수가 있기 때문에 진동억제효과를 크게 할수가 있고 또 모터 효율을 높일 수가 있다.
도 37은 상기 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이고, 위치검출기의 자극위치검출신호(상기 여자전환신호에 상당한다)의 입상엣지,입하엣지의 각각에서 외부인터럽트요구가 받아들여진다. 그리고 스탭 SP1에 있어서 외부에서의 평균위상량(평균위상보정각)지령 및 보상위상패턴모드선택부(19m)에 의해 선택된 보상위상패턴의 합에 기초하여서 위상량지령을 연산하고, 스탭 SP2에 있어서 위상량지령에 기초하여 위상보정타이머의 값을 연산하고, 스탭 SP3에 있어서 위상보정타이머(18a)에 보정타이머값을 셋트하고, 스탭 SP4에 있어서 위상보정타이머(18a)를 스타트시킨다. 그리고 스탭 SP5에 있어서 전회의 인터럽트처리1에서 스타트한 주기측정타이머(18b)를 스톱시켜, 스탭 SP6에 있어서 주기측정타이머값을 읽는다(기억한다). 단지 이 스탭 SP5, SP6의 처리는 위치신호의 엣지의 주기를 검출하기 위한 처리이기 때문에 주기측정타이머값을 읽은 후, 스탭 SP7에 있어서 차회의 주기측정을 위해 주기측정타이머(18b)는 즉시 리셋트되어 스타트된다.
그리고 스탭 SP8에 있어서 기억된 위치신호주기의 연산(예를 들면 전기각 1°마다 카운트수의 산출)을 행하고, 스탭 SP9에 있어서 위치신호주기연산결과에 기초하여 브러쉬레스 DC모터(13)의 현재의 회전속도를 연산하고, 스탭 SP10에 있어서 속도지령에 기초하여 속도제어를 행하여 평균전압지령을 연산하며, 스탭 SP11에 있어서 평균전압지령에 보상전압패턴을 가산하여 출력하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 38은 상기 인터럽트처리 2의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이고, 인터럽트처리 1에서 스타트한 위상보정타이머(18a)가 카운트오버하는 것에 의해 인터럽트처리 2가 받아들여진다. 스탭 SP1에 있어서 미리 메모리(18c)에 설정되어 있는 인버터모드를 1스탭 진행시키고, 스탭 SP2에 있어서 진행된 인버터모드에대응하는 전압패턴을 출력하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 43은 본 발명의 브러쉬레스 DC모터구동장치의 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고 마이크로프로세서 이외의 부분의 구성은 도 21의 구성과 같기 때문에 상세한 설명을 생략한다. 또 이 브러쉬레스 DC모터구동장치는 전압위상에 의해 속도제어를 행하는 것이다.
이 브러쉬레스 DC모터구동장치가 도 36의 브러쉬레스 DC모터구동장치와 다른점은 속도제어부(19f) 대신하여 속도연산부(19e)에서 출력되는 현재속도 및 외부에서 주어지는 속도지령을 입력으로 하여 평균위상량지령을 출력하는 속도제어부 (19f')를 채용한 점, 보상위상패턴모드선택부(19m)에서 출력되는 보상위상패턴 및 평균위상량지령을 가산기(19n)에 공급하여 위상량지령을 얻어 타이머값연산부(19a)에 공급하는 점, 및 외부에서 주어지는 평균전압지령 및 보상전압패턴모드선택부 (19g'')에서 출력되는 보상전압패턴을 가산기(19h)에 공급하여 전압지령을 얻어 PWM부(18d)에 공급되는 점들이다.
다음에 도 45에 나타낸 파형도를 참조하여 도 43의 브러쉬레스 DC모터구동장치의 동작을 설명한다.
주기적으로 레벨이 반전하는 위치신호가 도 45중 (A)에 나타낸 것처럼 출력된다. 그리고 위치신호의 입상, 입하의 타이밍에서 인터럽트처리 1가 행해지고 보상전압패턴모드가 도 45중 (E)에 나타낸 것처럼 변화하여 도 45중 (D)에 나타낸 보상압력패턴이 출력되는 동시에 보상위상패턴모드가 도 45중 (C)에 나타낸 것처럼 변화하여 도 45중 (B)에 나타낸 보상위상패턴이 출력된다.
그리고 보상위상패턴과 속도제어부(19f')에서 출력되는 평균위상량지령의 합이 위상량지령으로서 타이머값연산부(19a)에 공급되어 타이머값연산부(19a)에서 출력에 의해 위상보정타이머(18a)의 타이머값이 설정되어 있기 때문에 도 45중 (F)에 나타낸 것처럼 타이머값이 증감한다. 이 위상보정타이머(18a)는 타이머값연산부 (19a)에 의해 타이머값이 설정되어 있기 때문에 설정된 타이머값만 계시동작을 행한 시점에서 카운트오버한다{도 45중(F)의 화살표 종점을 참조}. 그리고 위상보정타이머(18a)의 카운트오버가 발생하는 때마다 인터럽트처리 2가 행해지고 인버터모드선택부(19c)가 인버터모드를 1스탭 진행시킨다. 즉, 인버터모드가 "2" "3" "4" … "0" "1" "2"…의 순으로 선택된다. 그리고 인터럽트처리 2에 의해 인버터모드를 1스탭 진행시킴으로써 각 인버터모드에 대응해서 스위칭트랜지스터 121u1, 121u2, 121v1, 121v2, 121w1, 121w2의 온/오프상태가 도 45중 (G)∼(L)에 나타낸 것처럼 제어된다.
따라서 도 36의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 경우와 같이 적분신호의 비트현상을 큰 폭으로 저감시킬 수가 있고 나아가서는 위치신호(적분신호)를 안정화시켜 토크제어시의 브러쉬레스 DC모터의 운전범위를 확대할 수가 있다.
도 44은 상기 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이고, 위치검출기의 자극위치검출신호(상기 여자전환신호에 상당한다)의 입상엣지, 입하엣지의 각각에서 외부인터럽트 요구가 받아들여진다. 그리고 스탭 SP1에 있어서 주기측정타이머(18b)를 스톱시키고, 스탭 SP2에 있어서 주기측정타이머값을 읽는다. 단지 이 스탭 SP1, SP2의 처리는 위치신호의 엣지의 주기를 검출하기 위한 처리이기 때문에 주기측정타이머값을 읽은 후 스탭 SP3에 있어서 다음의 주기측정을 위해 주기측정타이머(18b)는 즉시 리셋트되어 스타트된다. 그리고 스탭 SP4에 있어서 기억된 위치신호주기의 연산(예를들면 전기각 1°마다 카운트수의 산출)을 행하고, 스탭 SP5에 있어서 위치신호주기연산결과에 기초하여 브러쉬레스 DC모터의 현재의 회전속도를 연산하고, 스탭 SP6에 있어서 속도지령에 기초하여 속도제어를 행하여 평균위상량지령을 연산하며, 스탭 SP7에 있어서 평균위상량지령에 보상위상패턴을 가산하여 위상량지령을 얻으며, 스탭 SP8에 있어서 위상량지령에 기초하여 위상보정타이머(18a)에 세트해야하는 타이머값을 연산하고, 스탭 SP9에 있어서 입상보정타이머(18a)에 연산한 타이머값을 세트하며, 스탭 SP10에 있어서 위상보정타이머(18a)를 스타트시켜, 스탭 SP11에 있어서 평균전압지령에 보상전압패턴을 가산하여 전압지령을 출력하며 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 43의 인터럽트처리 2의 처리내용은 도 38의 플로우차트의 처리와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
도 46은 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인 마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 36의 브러쉬레스 DC모터구동장치를 보다 상세히 나타낸 것이다.
그리고 마이크로프로세서 이외의 부분의 구성은 도 21의 구성과 같기 때문에상세한 설명은 생략한다. 또 이 브러쉬레스 DC모터 구동장치는 전압진폭에 의해 속도제어를 행하는 것이다.
이 브러쉬레스 DC모터구동장치가 도 36의 브러쉬레스 DC 모터구동장치와 다른점은 속도연산부(19e)에서 현재속도에 기초하여 미리 정해져 있는 보상전압계수 (0∼1의 값)을 출력하는 보상전압계수발생부(19i')와, 속도연산부(19e)에서 현재속도에 기초하여 미리 정해져있는 보상위상계수(0∼1의 값)을 출력하는 보상위상계수발생부(19p)를 갖고 있는 점, 속도제어부(19f)에서 출력되는 평균전압지령과, 보상전압계수발생부(19i')에서 출력되는 보상전압계수와, 보상전압패턴모드선택부 (19g'')에서 출력되는 보상전압패턴을 입력으로 하여, 보상전압패턴을 출력하는 승산기(19i)를 더 갖는 점, 외부에서 주어지는 평균위상량지령과, 보상위상계수발생부(19p)에서 출력되는 보상위상계수와, 보상위상패턴모드선택부(19m)에서 출력되는 보상위상패턴을 입력으로 하여, 보상위상패턴을 출력하는 승산기(19q)를 갖는 점, 속도제어부(19f)에서 출력되는 평균전압지령과 승산기(19j)에서 출력되는 보상전압패턴이 가산기(19h)에 공급되고, 양자의 합을 전압지령으로서 출력하는 점, 및 외부에서 주어지는 평균위상량지령과 승산기(19q)에서 출력되는 보상위상패턴이 가산기(19n)에 공급되어 양자의 합을 위상량지령으로서 출력하는 점들이다.
도 47 및 도 48은 도46의 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이고, 위치검출기의 자극위치검출신호(상기 여자전환신호에 상당하다)의 입상엣지, 입하엣지의 각각으로 외부 인터럽트요구가 받아들여진다. 그리고 스탭 SP1에 있어서 주기측정타이머(18b)를 스톱시켜, 스탭 SP2에 있어서 주기측정타이머값을 읽는다. 단지 이 스탭 SP1, SP2의 처리는 위치신호의 엣지의 주기를 검출하기 위한 처리이기 때문에 주기측정타이머값을 읽은 후 스탭 SP3에 있어서 다음의 주기측정을 위해 주기측정타이머(18b)는 즉시 리셋트되어 스타트된다. 그리고 스탭 SP4에 있어서 기억된 위치신호주기의 연산(예들들면 전기각 1°마다 카운트수의 산출)을 행하고, 스탭 SP5에 있어서 위치신호주기연산결과에 기초하여 브러쉬레스 DC모터의 현재의 회전속도를 연산하고, 스탭 SP6에 있어서 보상위상패턴모드에 기초하여 보상위상패턴을 읽고, 스탭 SP7에 있어서 보상위상패턴모드를 1스탭 진행시킨다. 그리고 스탭 SP8에 있어서 현재의 회전속도에 기초하여 보상위상계수를 읽고, 스탭 SP9에 있어서 평균위상량지령의 보상위상계수배를 보상위상패턴에 곱셈하여 보상위상을 산출하며, 스탭 SP10에 있어서 평균위상량지령에 보상위상을 가산하여 위상량지령을 산출하고, 스탭 SP11에 있어서 위상량지령에 기초하여 위상보정타이머(18a)에 셋트해야 하는 타이머값을 산출하고, 스탭 SP12에 있어서 위상보정타이머(18a)에 타이머값을 셋트시키고, 스탭 SP13에 있어서 위상보정타이머(18a)를 스타트시킨다. 스탭 SP14에 있어서 외부에서 주어지는 속도지령에 기초하여 속도제어를 행하여 평균전압지령을 산출하고, 스탭 SP15에 있어서 보상전압패턴모드에 기초하여 보상전압패턴을 읽고, 스탭 SP16에 있어서 보상전압패턴모드를 1스탭 진행시킨다. 그리고 스탭 SP17에 있어서 현재의 회전속도에 기초하여 보상전압계수를 읽으며, 스탭 SP18에 있어서 평균전압지령의 보상전압계수배를 보상전압패턴에 곱셈하여 보상전압을 산출하고, 스탭 SP19에 있어서 평균전압지령에 보상전압을 가산하여 전압지령을 산출하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 46의 인터럽트처리 2의 처리내용은 도 38의 플로우차트의 처리와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
따라서 이 브러쉬레스 DC모터구동장치를 채용한 경우에는 도 36의 브러쉬레스 DC모터구동장치와 같은 작용을 달성할 수가 있다.
그리고 이 실시태양에 있어서는 보상위상패턴모드선택부(19m)는 적분신호의비트현상을 억제할 수 있도록 보상위상패턴을 선택하도록 하고 있지만 인버터주기를 분할하고 각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정하고 판정결과에 응답하여 적분신호의 레벨이 큰 경우에 인버터전압위상을 지연시키며, 적분신호의 레벨이 작은 경우에 인버터전압위상을 진행시키도록 하여도 좋다.
도 49는 본 발명의 브라쉬레스 DC모터구동장치의 또 다른 실시태양의 요부인마이크로프로세서의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 43의 브러쉬레스 DC모터구동장치를 보다 상세히 나타낸 것이다.
그리고 마이크로프로세서 이외의 부분의 구성은 도 21의 구성과 같기 때문에상세한 설명은 생략한다. 또 이 브러쉬레스 DC모터구동장치는 위상진폭에 의해 속도제어를 행하는 것이다.
이 브러쉬레스 DC모터구동장치가 도 43의 브러쉬레스 DC모터구동장치와 다른점은 속도연산부(19e)에서 현재속도에 기초하여 미리 정해져 있는 보상전압계수 (0∼1의 값)을 출력하는 보상전압계수발생부(19i')와, 속도연산부(19e)에서의 현재속도에 기초하여 미리 정해져있는 보상위상계수(0∼1의 값)를 출력하는 보상위상계수발생부(19p)를 갖고 있는 점, 외부에서 주어지는 평균전압지령과 보상전압계수발생부(19i')에서 출력되는 보상전압계수와, 보상전압패턴모드선택부(19g'')에서 출력되는 보상전압패턴을 입력으로 하여, 보상전압패턴을 출력하는 승산기(19j)를 더 갖는 점, 속도제어부(19f)에서 출력되는 평균위상량지령과, 보상위상계수발생부 (19p)에서 출력되는 보상위상계수와, 보상위상패턴모드선택부(19m)에서 출력되는 보상위상패턴을 입력으로 하여, 보상위상패턴을 출력하는 승산기(19q)를 더 갖는점, 외부에서 주어지는 평균전압지령과 승산기(19j)에서 출력되는 보상전압패턴이 가산기(19h)에 공급되고, 양자의 화합을 전압지령으로서 출력하는 점, 및 속도제어부(19f)에서 출력되는 평균위상량지령과 승산기(19q)에서 출력되는 보상위상패턴이 가산기(19n)에 공급되어 양자의 합을 위상량지령으로서 출력하는 점들이다.
도 50 및 도 51은 도 49의 인터럽트처리 1의 처리내용을 상세히 설명하는 플로우차트이고, 위치검출기의 자극위치검출신호(상기 여자전환신호에 상당한다)의 입상엣지, 입하엣지의 각각으로 외부인터럽트요구가 받아들여진다. 그리고 스탭에 SP1에 있어서 주기측정타이머(18b)를 스톱시켜, 스탭 SP2에 있어서 주기측정타이머값을 읽는다. 단지 이 스탭 SP1, SP2의 처리는 위치신호의 엣지의 주기를 검출하기 위한 처리이기 때문에 주기측정타이머값을 읽은 후 스탭 SP3에 있어서 다음의 주기측정을 위해 주기측정타이머(18b)는 즉시 리셋트되어 스타트된다. 그리고 스탭 SP4에 있어서 기억된 위치신호주기의 연산(예를 들면 전기각 1°마다 카운트수의 산출)을 행하고, 스탭 SP5에 있어서 위치신호주기연산결과에 기초하여 브러쉬레스 DC 모터의 현재의 회전속도를 연산하고, 스탭 SP6에 있어서 외부에서 부여된 속도지령에 기초하여 속도제어를 행하여 평균위상량지령을 산출하고, 스탭 SP7에 있어서 보상위상패턴모드에 기초하여 보상위상패턴을 읽고, 스탭 SP8에 있어서 보상위상패턴모드를 1스탭 진행시킨다. 그리고 스탭 SP9에 있어서 현재의 회전속도에 기초하여 보상위상계수를 읽고, 스탭 SP10에 있어서 평균위상량지령에 보상위상계수배를 보상위상패턴에 곱셈하여 보상위상을 산출하고, 스탭 SP11에 있어서 평균위상량지령에 보상위상을 가산하여 위상량지령을 산출하며, 스탭 SP12에 있어서 위상량지령에 기초하여 위상보정타이머(18a)에 셋트시켜야 하는 타이머값을 산출시키고, 스탭 SP13에 있어서 위상보정타이머(18a)에 타이머값을 셋트시키고, 스탭 SP14에 있어서 위상보정타이머(18a)를 스타트시킨다. 스탭 SP15에 있어서 보상전압패턴모드에 기초하여 보상전압패턴을 읽고, 스탭 SP16에 있어서 보상전압패턴모드를 1스탭 진행시킨다. 그리고 스탭 SP17에 있어서 현재의 회전속도에 기초하여 보상전압계수를 읽으며, 스탭 SP18에 있어서 평균전압지령의 보상전압계수배를 보상전압패턴에 곱셈하여 보상전압을 산출하고, 스탭 SP19에 있어서 평균전압지령에 보상전압을 가산하여 전압지령을 산출하고 그대로 원래의 처리로 돌아간다.
도 49의 인터럽트처리 2의 처리내용은 도 38의 플로우차트의 처리와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
따라서 이 브러쉬레스 DC모터구동장치를 채용한 경우에는 도 43의 브러쉬레스 DC모터구동장치와 같은 작용을 달성할 수가 있다.
[발명의 효과]
본 발명은 주기성의 맥동부하를 최대효율상태로, 또한 실용적인 구성으로 저속진동을 저감하기 위해 토크제어를 실현할 수가 있고, 주기성 맥동부하를 동기모터, 브러쉬레스 DC모터로 구동하는 각종의 용도에 적용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 주기성 토크변동을 갖는 부하에 대해, 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중의 속도변동을 억제하는 토크제어를 행하는 경우에, 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩하는 것을 특징으로 하는 동기모터구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여서 위상의 변동량을 제어하는 동기모터구동방법.
  3. 제1항에 있어서, 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여서 진폭의 변동량을 제어하는 동기모터구동방법.
  4. 제1항에 있어서, 토크제어부의 출력에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하고 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는 동기모터구동방법.
  5. 제1항에 있어서, 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는 동기모터구동방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 변동량은 부하토크파형의 기본파 및 저차조파에 대역을 제한하는 동기모터구동방법.
  7. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 변동량은 부하토크파형의 기본파에 대역을 제한하는 동기모터구동방법.
  8. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 진폭의 변동량에 대해 부하토크파형의 3차조파를 중첩하는 동기모터구동방법.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 또 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항에 의해 얻어지는 제1중성점전압과, 동기모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속하여 얻어진 제2중성점전압과의 차를 적분하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 동기모터구동방법.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 기재된 동기모터구동방법에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 압축기구동방법.
  11. 주기성 토크변동을 갖는 부하에 대해 인버터로 제어되는 동기모터에 의해 1회전중의 속도변동을 억제하는 토크제어를 행하는 경우에, 전류파형 또는 전압파형의 진폭 및 위상의 양자에 대해 변동량을 중첩해야 하는 인버터를 제어하는 인버터제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기모터구동장치.
  12. 제11항에 있어서, 인버터제어수단은 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 진폭의 변동량에 기초하여서 위상의 변동량을 제어하는 동기모터구동장치.
  13. 제11항에 있어서, 인버터제어수단은 토크제어부의 출력에 의해 제어되는 위상의 변동량에 기초하여서 진폭의 변동량을 제어하는 동기모터구동장치.
  14. 제11항에 있어서, 인버터제어수단은 토크제어부의 출력에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 위상의 변동량을 제어하는동기모터구동장치.
  15. 제11항에 있어서, 인버터제어수단은 토크제어부의 출력에 기초하여 위상의 변동량을 제어하고, 효율과 관련있는 검출량에 기초하여 진폭의 변동량을 제어하는동기모터구동장치.
  16. 제11항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 인버터제어수단은 상기 변동량으로써 부하토크파형의 기본파 및 저차조파에 대역을 제한하는 것을 채용한 동기모터구동장치.
  17. 제11항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 인버터제어수단은 상기 변동량으로써 부하토크파형의 기본파에 대역을 제한하는 것을 채용한 동기모터구동장치.
  18. 제11항 내지 제15항중 어느 한 항에 있어서, 인버터제어수단은 상기 진폭의변동량에 대해 부하토크파형의 3차조파를 중첩하는 동기모터구동장치.
  19. 제11항 내지 제18항중 어느 한 항에 있어서, 제1중성점전압을 얻어야 하는인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 다른쪽의 단부가 서로 접속된저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 한쪽의 단부가 서로 접속된 동기모터의 각상의 고정자권선과, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분하는 적분수단과,적분신호에 기초하여 동기모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단을 포함하는 동기모터구동장치.
  20. 제1l항 내지 제19항중 어느 한 항에 기재된 동기모터구동장치에 의해 구동되는 동기모터에 의해 1실린더압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 압축기구동장치.
  21. 제1중성점전압을 얻어야 하는 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 브러쉬레스 DC모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시키고 있으며, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분하는 적분수단과, 적분신호에 기초하여 브러쉬레스 DC모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단과, 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여 부하토크의 위상에 대해 진행시킨 변동전압을 평균치전압지령에 중첩하여 브러쉬레스 DC모터로 인가하도록 제어하는 인버터제어수단과,적분신호의 파고치의 변동을 억제하는 파고치변동억제수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 DC모터구동장치.
  22. 제21항에 있어서, 파고치변동제어수단이 인버터주기를 분할하는 분할수단과,각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정하는 판정수단과, 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 늦추고 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압위상을 빠르게 하는 인버터전압위상제어수단을포함하고 있는 브러쉬레스 DC모터구동장치.
  23. 제1중성점전압을 얻어야 하는 인버터의 각상의 출력단자에 한쪽의 단부가 접속되고 또 다른쪽의 단부가 서로 접속된 저항과, 제2중성점전압을 얻어야 하는 브러쉬레스 DC모터의 각상의 고정자권선의 한쪽의 단부를 서로 접속시키며, 제1중성점전압과 제2중성점전압과의 차를 적분하는 적분수단과, 적분신호에 기초하여 브러쉬레스 DC모터의 회전자의 자극위치를 검출하는 자극위치검출수단과, 인버터로 부하토크의 맥동에 동기하여, 부하토크의 위상에 대해 진행시킨 변동위상을 평균치위상지령에 중첩시켜 브러쉬레스 DC모터에 인가하도록 제어하는 인버터제어수단과, 적분신호의 파고치의 변동을 억제하는 파고치변동억제수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 DC모터구동장치.
  24. 제23항에 있어서, 파고치변동제어수단이 인버터주기를 분할하는 분할수단과,각 분할주기마다 적분신호의 레벨의 대소를 판정하는 판정수단과, 적분신호의 레벨이 크다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 크게 하고, 적분신호의 레벨이 작다는 판정결과에 응답하여 인버터전압진폭을 작게 하는 인버터전압진폭 제어수단을 포함하고 있는 브러쉬레스 DC구동장치.
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