KR20030022023A - 모터 제어장치 - Google Patents

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KR20030022023A
KR20030022023A KR1020020050702A KR20020050702A KR20030022023A KR 20030022023 A KR20030022023 A KR 20030022023A KR 1020020050702 A KR1020020050702 A KR 1020020050702A KR 20020050702 A KR20020050702 A KR 20020050702A KR 20030022023 A KR20030022023 A KR 20030022023A
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

회전속도 혹은 부하(負荷) 토크(torque)라는 운전 조건에 의해서, 최적 통전 위상이 동적으로 변화되는 릴럭턴스(reluctance) 토크를 활용한 모터에 대하여, 어떠한 운전 상황에 있어서도 실시간으로 최적 통전 위상을 탐색해서 최고 효율 운전 혹은 최대 토크 운전을 저 비용으로 실현하는 모터 제어장치를 제공한다. 모터의 회전속도와 회전속도 설정값과의 비교 결과에 근거하고, 최대 효율 제어모드(mode) 및 최대 토크 제어모드의 2개의 제어모드를 절환하는 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호에 따라서, 통전 위상 설정수단(14)은 소정 시간마다 모터 효율 혹은 출력 토크가 최대가 되도록 통전 위상의 설정을 실행한다. 설정된 통전 위상 설정값과 회전자 위상 검출수단에 의해서 검출된 회전자 위상에 기초하여, 통전 분배수단이 모터에 대한 통전 타이밍을 결정한다.

Description

모터 제어장치{MOTOR CONTROL DEVICE}
본 발명은 모터 제어장치에 관한 것이며, 특히, 전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터, 혹은 릴럭턴스 토크와 영구 자석의 자속(磁束) 및 전기자 전류에 따라 발생하는 자기(磁氣) 토크를 병용해서 이용하는 모터를 이용한, 모터 제어장치에 관한 것이다.
전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크와, 영구 자석의 자속 및 전기자 전류에 따라 발생하는 자기 토크를 병용해서 이용하는 종류의 브러시 없는 모터로서는 영구 자석을 로터 내부에 매입한 매입형 자석 구조의 모터(이하, IPM(Interior Permanent Magnet) 모터라고 칭함)가 일반적으로 이용되고 있다.
이 IPM 모터에 있어서의 토크 발생 원리에 대해서는 예를 들면, 문헌 「릴럭턴스 토크 응용 전동기의 현상과 동향(일본국 전기학회 논문지D, 119권10호, 평성11년)」등에 상세히 나타나 있다.
도 15는 IPM 모터에 있어서의 전기자 코일에 전류를 흘리는 타이밍, 즉 통전 위상과, 발생 토크의 관계의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 자기 토크 TM은 진행 통전 위상 β가 0°일 때에 최대로 되고, 그 파형은 위상 0°일 때의 값을 피크(peak)로 하는 cosβ로 나타낸다. 또한, 릴럭턴스 토크 TR은 진행 통전 위상 β가 45°일 때에 최대로 되고, 그 파형은 위상 45°일 때의 값을 피크로 하는 sin2β로 나타낸다. 여기에서, 모터의 출력 토크 T는 자기 토크 TM과 릴럭턴스 토크 TR의 가산 값이 되며, 식(1)과 같이 나타낸다.
위 식에 있어서, np는 극대수, ∧0은 영구 자석에 의한 전기자 자속 쇄교수(鎖交數), I는 전기자 전류, Ld, Lq는 전기자 코일의 d축 및 q축 인덕턴스이다. 또한, 식(1)에 있어서, 제1항은 자기 토크 TM을 제2항은 릴럭턴스 토크 TR을 나타내고 있다.
여기에서, 식(1)으로부터도 명확한 바와 같이, 전기자 전류의 증감에 따르는 자기 토크 TM및 릴럭턴스 토크 TR의 변화는 같은 비율로는 되지 않는다. 그 때문에, 출력 토크 T가 최대가 되는 진행 통전 위상 β는 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건에 의해서 변화된다. 즉, 효율이 최대로 되는 통전 위상 β는 운전 조건에 의해서 동적으로 변화된다.
또한, 도 15에 있어서의 마이너스 토크 영역과 같이, 출력 토크가 극단적으로 낮아지고 마는 통전 위상의 범위가 존재하기 때문에, 통전 위상에 의해서는 모터의 탈조(脫調)나 극단적인 효율의 저하가 발생하고 만다.
이러한 IPM 모터에 있어서, 그 효율을 향상시키기 위한 제어 방법으로서, 예를 들면, 도 16에 나타내는 일본국 특개2000-209886호 공보에 기재한 모터 제어장치가 제안되어 있다. 도 16에 있어서, 주(主) 회로는 교류 전원(161)과, 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 AC-DC 변환기(162)와, 스위칭 소자를 직렬로 2개 접속한 것을 3조(組) 병렬로 접속하여 이루어지고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터(2)와, 인버터(2)에 의해 변환된 교류 전력에 의해 구동되는 IPM 모터(163)로서 구성되어 있다.
한편, 제어 회로에서는 주 회로에 부착된 CT 및 전원전류 검출수단(164)에 의해 검출되는 전원전류와, 전원전류의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과, 전원전류의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과의 비교가 실행되어, 비교 결과에 근거하여, 소정 시간마다, IPM모터(163)에 있어서의 효율이 최대가 되도록 새로운 통전 위상 설정값을 설정하는 통전 위상 설정수단(165)과, 모터의 회전자 위상을 검출하는 회전자 위상 검출수단(11)과, 통전 위상 설정수단(165)에서 새롭게 설정된 통전 위상 설정값과 회전자 위상 검출수단(11)에서 검출된 회전자 위상에 기초하여, 인버터(2)의 스위칭 소자에 대한 게이트 신호를 출력하는 통전 분배수단(15)으로 구성되어 있다.
상기의 예에서는 차차, 전원전류가 최소가 되도록 최적 통전 위상을 탐색해서 최고 효율 운전을 실현하는 것이지만, 이 외의 예로서, 일본국 특개평08-803797호 공보에 기재한 모터 제어장치와 같이, 비교 연산을 실행하지 않고 테이블 참조 방식으로써 전원전류가 최소가 되도록 최적 통전 위상을 설정하는 방법도 제안되어 있다.
그러나, 상기 종래의 구성에서는 최고 효율 운전을 달성하기 위해서는 전원전류의 검출이 필요 불가결하고, 전원전류 검출기 및 전원전류 검출수단이라는 회로 구성 요소의 부품 수가 증가함으로써, 비용이 상승할 뿐만 아니라, 전원전류의검출에 의한 지연 시간의 증가 혹은 회로 부품 공차에 의한 편차에 따른 검출 오차 등의 악영향을 억제하기 위한 별도의 수단이 필요하게 되고, 그에 따라, 더욱 구성 요소의 부품 수가 증가 혹은 연산량의 증가가 발생하고 만다는 과제를 가지고 있었다.
또한, 상기 종래의 구성에서는 교류 전원을 전제로 하고 있기 때문에, 예를 들면 전기 자동차 등의 배터리 구동의 모터 제어장치에서는 실현 불가능하기 때문에, 범용성이 결여된다는 과제를 가지고 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하는 것이며, 회전속도 혹은 부하 토크라는 운전 조건에 의해, 최적 통전 위상이 동적으로 변화되는 릴럭턴스 토크를 활용한 모터에 대하여, 어떠한 운전 상황에 있어서도 실시간으로 최적 통전 위상을 탐색해서 최고 효율 운전 혹은 최대 토크 운전을 저비용으로 실현하는 모터 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예를 나타내는 모터 제어장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 모터 제어장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 모터 제어장치의 블록도.
도 4는 본 발명에 관한 제어모드 안정 절환 방법의 하나의 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 관한 통전폭 변경 방법의 하나의 실시예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 관한 통전폭 안정 변경 방법의 하나의 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 관한 통전폭 변경 방법의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 관한 통전폭 유지 수단의 하나의 실시예를 나타내는 표.
도 9는 본 발명에 관한 통전폭 선형 보간 방법의 하나의 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 동일 실시예에 있어서의 통전폭 선형 보간 방법의 확대도.
도 11은 본 발명에 관한 통전폭 변경 동작을 나타내는 흐름도.
도 12는 어떤 운전 조건에 있어서의 통전 위상 설정값에 대한 보정 통전율의 특성을 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명에 관한 통전 위상 설정 동작의 하나의 실시예를 나타내는 흐름도.
도 14는 본 발명에 관한 통전 위상 설정 동작의 다른 실시예를 나타내는 흐름도.
도 15는 종래의 IPM 모터에 있어서의 통전 위상과 발생 토크 관계의 하나의 예를 나타내는 도면.
도 16은 종래예의 모터 제어장치를 나타내는 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 직류 전원 2 : 인버터
3 : 모터 11 : 회전자 위치 검출수단
12 : 속도 오차 연산기 13 : 제어모드 절환수단
14 : 통전 위상 설정수단 15 : 통전 분배수단
21 : 통전율 보정 연산부 22 : 보정 통전율 오차 연산기
31 : 등가 모터 출력 연산기 32 : 등가 모터 출력 오차 연산기
161 : 교류 전원 162 : AC-DC 변환기
163 : IPM 모터 164 : 전원전류 검출수단
165 : 통전 위상 설정수단
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 모터 제어장치는 적어도 전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터의 제어장치로서, 회전자의 회전 위상을 검출하는 회전자 위상 검출수단과, 상기 회전자 위상 검출수단으로 검출된 회전 위상으로부터 얻어지는 상기 모터의 회전출력에 관한 값과, 미리 설정된 회전출력에 관한 기준값을 비교하는 비교 수단과, 상기 비교 수단에 의한 비교 결과에 근거하여, 제어모드를 바꾸어 설정하는 제어모드 절환수단과, 상기 제어모드 절환수단에 의해 절환 설정된 제어모드에 근거해서 소정 시간마다 통전 위상값을 설정하는 통전 위상 설정수단과, 상기 회전자 위상 검출수단으로써 검출된 회전 위상과 상기 통전 위상 설정수단에서 설정된 통전 위상값으로부터, 상기 모터에 있어서의 각각의 구동 소자마다 통전 신호를 분배하는 통전 분배수단을 갖는다.
상기 비교 수단에 의해, 상기 모터의 회전출력에 관한 값이 상기 설정된 기준값 이하라고 판정되었을 경우는 상기 제어모드 절환수단은 최대 효율 제어모드를 선택해서 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 모터 효율이 최대로 되는 통전 위상을 설정하고, 상기 비교 수단에 의해, 상기 모터의 회전출력에 관한 값이 상기 설정된 기준값 보다도 크다고 판정되었을 경우는 상기 제어모드 절환수단은 최대 토크 제어모드를 선택해서 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 출력 토크가 최대로 되는 통전 위상을 설정한다.
상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 모터의 회전속도이며, 상기 미리 설정된 기준값은 회전속도 설정 기준값이라도 좋다.
상기의 구성에 의해서, 저속 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 고속 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하고, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있으며, 모든 속도 영역에서 매우 우수한 속도 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전율과 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 최대값에 의해 일의적(一義的)으로 인도되는 보정 통전율이며, 상기 미리 설정된 기준값은 보정 통전율 설정 기준값이라도 좋다.
상기의 구성에 의해서, 경부하(輕負荷) 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 중부하(重負荷) 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하고, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있어, 모든 부하 영역에서 매우 우수한 토크 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 보정 통전율과 상기 모터의 회전속도에 의해 일의적으로 인도되는 등가(等價) 모터 출력이며, 상기 미리 설정된 기준값은 등가 모터 출력 설정 기준값이라도 좋다.
상기의 구성에 의해서, 저출력 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 고출력 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하고, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있어, 모든 부하 영역에서 매우 우수한 속도·토크 제어가 실현될 뿐만 아니라, 등가 모터 출력을 연산에 의해 도출하고 있기 때문에, 전기 자동차 등에서 필요로 되는 고정밀도의 정(定) 출력 제어가 실현 가능하다.
또한, 상기 제어모드 절환수단은 상기 제어모드의 절환 전후에 히스테리시스를 구비함으로써, 제어모드의 절환을 안정적으로 실행하는 수단을 가질 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 제어모드의 절환에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하게 되고, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 상기 최대 효율 제어모드에서는 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭을 기본 통전폭으로 설정하고, 상기 최대 토크 제어모드에서는 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서, 상기 통전폭을 변경하는 통전폭 변경 수단을 가질 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 고속 영역 혹은 중부하 영역에 있어서의 구형파(矩形波) 통전 시(時)의 위치 센서 없는 제어의 신뢰성 향상을 도모하는 것이 가능하게 되며, 기본 통전폭으로 고정할 경우에 비해서 더욱 고속 영역 혹은 중부하 영역까지 위치 센서 없는 제어가 실현 가능하다.
또한, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 통전폭의 변경의 전후에서 히스테리시스를 구비함으로써, 통전폭의 변경을 안정적으로 실행하는 수단을 가질 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 통전폭의 변경에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하게 되어, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상기 통전폭의 하한값의 범위 내에 있어서 상기 통전폭을 변경할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 통전폭의 설정값은 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 하한값의 범위 내에 상시(常時) 설정되기 때문에, 예를 들면 회전속도가 대폭 변경했을 경우라도, 모터의 탈조나 대폭적인 효율 저하를 방지하는 것이 가능하게 되어, 더욱 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 대하여, 상기 모터의 통전폭 설정값을 출력하는 통전폭 유지 수단을 또한 갖추며, 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 상기 통전폭 유지 수단으로부터 해당하는 통전폭을 판독할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 통전폭 설정값을 출력하는 데이터 테이블을 구비함으로써, 통전폭 변경에 따르는 연산 시간을 대폭 단축하는 것이 가능하게 되며, 통전폭 변경에 따르는 연산이 불필요하기 때문에, 연산 오차를 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 대하여, 상기 모터의 통전폭의 변화 특성을 규정하는 값을 유지한 통전폭 설정값 유지 수단과, 상기 통전폭 설정값 유지 수단에 유지된 값에 근거해서 통전폭을 선형 보간하는 통전폭 선형 보간 수단을 또한 가지며, 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 상기 통전폭 설정값 유지 수단으로부터 해당하는 값을 판독하고, 상기 통전폭 선형 보간 수단에 의해 선형 보간할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 데이터 테이블 상에 통전폭 설정값이 없을 경우에 있어서도, 데이터 테이블 상의 값으로부터 선형 보간을 함으로써, 보다 고정밀도로 통전폭의 설정을 실행할 수 있으며, 게다가 대폭적인 연산이 수반되지 않기 때문에, 연산 장치의 부하 증대에 의한 비용 상승을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 최대 효율 제어모드에서는 상기 보정통전율이 최소가 되도록 상기 보정 통전율의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과, 상기 보정 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 비교하고, 비교 결과에 근거하여, 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시켜서 새로운 통전 위상 설정값을 설정하여, 상기 최대 토크 제어모드에서는 상기 보정 통전율의 현재의 값과 상기 보정 통전율의 기준값을 비교하고, 상기 보정 통전율의 현재의 값이 상기 보정 통전율의 기준값 이상이면 상기 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증가시킬 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 최대 효율 제어모드에서는 보정 통전율이 최소가 되도록 보정 통전율의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과, 보정 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 비교하고, 비교 결과에 근거하여, 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시켜서 새로운 통전 위상 설정값을 설정하고 있기 때문에, 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건이 변동할 경우에도, 차차, 최적인 통전 위상을 탐색하여 설정하고, 상시 모터 효율을 최대로 하는 것이 가능하다. 또한, 최대 토크 제어모드에서는 보정 통전율의 현재의 값과 보정 통전율의 기준값을 비교하여, 보정 통전율의 현재의 값이 보정 통전율의 기준값 이상이면 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증가시키기 때문에, 상시 출력 토크를 최대로 하는 것이 가능하다. 따라서, 어떠한 운전 상황에 있어서도 항상 최적인 통전 위상 설정을 실행할 수 있으며, 모터 효율 또는 출력 토크가 매우 우수한 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 보정 통전율의 과거의 값과 현재의값과의 차이 분에 의해, 상기 통전 위상 변화량을 보상할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 통전 위상 설정값을 증감시키는 단위량으로 되는 통전 위상 변화량이, 보정 통전율의 과거의 값과 현재의 값의 변화의 비율에 기초하여 선형 보상되므로, 통전 위상 설정값을 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건에 의해 변동하는 최적 통전 위상으로 고속으로 설정하는 것이 가능함과 동시에, 통전 위상 설정값이 최적 통전 위상에 수속(收束)된 후의 위상 변동도 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값 이하의 경우에 있어서만 상기 통전 위상을 변경하고, 상기 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값 보다 클 경우에 있어서는 미리 상기 모터의 회전속도에 따라서 설정된 통전 위상을 출력할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값 이하의 경우에 있어서만 통전 위상을 변경하고, 그 이외의 경우에 있어서는 미리 모터의 회전속도에 따라서 설정된 통전 위상을 출력하기 때문에, 모터의 회전속도가 대폭 변경했을 경우에 있어서도, 통전 위상 설정값이, 그 회전속도에 있어서 어느 정도 적합한 통전 위상으로 설정하는 것이 가능하게 되어, 모터의 탈조나 극단적인 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 통전 위상의 변경의 전후에서 히스테리시스를 구비한 통전 위상 변경 수단을 갖출 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 통전 위상의 변경에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하게 되어, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상기 통전 위상의 상한값과 하한값의 범위 내에 있어서 상기 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시킬 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 통전 위상 설정값은 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상한값과 하한값의 범위 내에 있어서 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시키기 때문에, 모터의 회전속도가 대폭 변경했을 경우에 있어서도, 최적 통전 위상의 탐색 처리에 있어서, 모터의 탈조나 극단적인 효율의 저하를 방지하는 것이 가능하게 되며, 위치 센서 없는 제어에 있어서의 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 대하여, 모터 효율의 최대치 혹은 모터 토크의 최대치를 구현할 수 있는 위상을 유지한 통전 위상 유지 수단을 또한 갖추며, 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 따라서, 상기 통전 위상 유지 수단으로부터 해당하는 통전 위상 설정값을 상기 모터 효율 혹은 상기 모터 토크를 거의 최대로 하는 위상으로서 판독할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 보정 통전율 혹은 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 따라서 통전 위상 설정값을 출력하는 데이터 테이블을 구비함으로써, 통전 위상의 설정에 따르는 연산 시간을 대폭적으로 단축하는 것이 가능하게 되고, 통전 위상의 설정에 따르는 연산이 불필요하기 때문에, 연산 오차를 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 대하여, 모터 효율의 최대치 혹은 모터 토크의 최대치를 얻을 수 있는 위상의 변화 특성을 규정하는 값을 보유한 통전 위상 설정값 유지 수단과, 상기 통전 위상 설정값 유지 수단에 보유한 값에 근거해서 통전 위상을 선형 보간하는 통전 위상 선형 보간 수단을 또한 갖추며, 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 따라서, 상기 통전 위상 설정값 유지 수단으로부터 해당하는 값을 판독하고, 상기 통전 위상 선형 보간 수단에 의해 선형 보간하고, 상기 모터 효율 혹은 상기 모터 토크를 최대로 하는 위상으로서 설정할 수도 있다.
상기의 구성에 의해서, 데이터 테이블 상에 통전 위상 설정값이 없을 경우에 있어서도, 데이터 테이블 상의 값으로부터 선형 보간을 함으로써, 보다 고정밀도로 통전 위상의 설정을 실행할 수 있고, 게다가 대폭적인 연산을 수반하지 않기 때문에, 연산 장치의 부하 증대에 의한 비용 상승을 방지하는 것이 가능하다.
이하 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.
(제1실시형태)
본 발명에 관련되는 모터 제어장치의 하나의 실시예의 시스템 구성을 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 주 회로는 직류 전원(1)과, 스위칭 소자를 직렬로 2개 접속한 것을 3조 병렬로 접속해서 이루어지고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터(2)와, 인버터(2)에 의해 변환된 교류 전력에 의해 구동되는 모터(3)로서 구성되어 있다.
한편, 제어 회로에서는 회전자 위상 검출수단(11)으로부터 검출되는 회전자 위상에 의해 도출되는 모터의 회전속도 ω와 미리 설정된 회전속도 설정값 ωR과의 속도 오차를 연산하는 속도 오차 연산기(12)와, 속도 오차의 정부(正負) 판별에 근거하여, 최대 효율 제어모드 및 최대 토크 제어모드의 2개의 제어모드를 절환하는 제어모드 절환수단(13)과, 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호에 따라서 소정 시간마다 모터 효율 혹은 출력 토크가 최대가 되도록 통전 위상 설정값을 설정하는 통전 위상 설정수단(14)과, 통전 위상 설정수단(14)에 의해 설정되는 통전 위상 설정값과 회전자 위상 검출수단(11)으로부터 검출되는 회전자 위상 θ에 기초하여, 인버터(2)의 스위칭 소자에 대한 게이트 신호를 출력하는 통전 분배수단(15)으로서 구성되어 있다.
구체적으로는 속도 오차 Δω는 모터의 회전속도 ω와 회전속도 설정값 ωR로부터 식(2)와 같이 나타낸다.
또한, 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호 ε는 속도 오차 Δω로부터 식(3)과 같이 나타낸다.
여기에서, 속도 오차 Δω가 정(正)일 때, 즉, 모터의 회전속도 ω가 회전속도 설정값 ωR보다도 작아지는 저속 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 Low로 되어 최대 효율 제어모드로 절환되고, 반대로 속도 오차 Δω가 부(負)일 때, 즉, 모터의 회전속도 ω가 회전속도 설정값 ωR보다도 커지는 고속 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 High가 되어 최대 토크 제어모드로 절환된다.
또한, 통전 위상 설정수단(14)에서는 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호 ε에 근거하여, 모터에 공급하는 인가 전압의 통전율에 의해서, 다음과 같이 통전 위상 설정값의 최적화를 도모한다.
우선, 제어모드 절환 레벨이 Low인 경우(Δω가 정)에 대해서 설명한다. 이 경우, 최대 효율 제어모드로 절환되기 때문에, 모터 효율이 최대가 되는 통전 위상의 설정을 실행한다. 그래서, 통전율의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 δlast, βlast로 하고, 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 δnow, βnow로 하면, 통전율 오차 Δδ과 통전 위상 설정값 오차 Δβ는 각각 식(4)과 같이 나타낸다.
또한, 통전율 오차 Δδ과 통전 위상 설정값 오차 Δβ를 이용하면, 통전 위상 설정값 β는 식(5)과 같이 설정된다.
여기에서, βδ는 통전 위상 변동량이다. 예를 들면, 통전 위상 설정값 β를 통전 위상 변동량 βδ만큼 증가시켰을 경우에 대해서 생각하면, 통전율 δ가 증가했을 때는 통전 위상 설정값 β가 최적의 통전 위상으로부터 벗어나기 때문에, 다음의 통전 위상 설정값 β를 감소시키도록 동작시키고, 반대로 통전율 δ가 감소했을 때는 통전 위상 설정값 β가 최적의 통전 위상에 근접하고 있기 때문에, 다음의 통전 위상 설정값 β를 더욱 증가시키도록 동작시킴으로써, 통전 위상 설정값의 최적화를 도모하는 것이 가능하다.
이어서, 제어모드 절환 레벨이 High인 경우(Δω가 부)에 대해서 설명한다. 이 경우, 최대 토크 제어모드로 절환되기 때문에, 출력 토크가 최대가 되는 통전 위상의 설정을 실행한다. 그래서, 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 δnow, βnow로 하고, 통전율 설정값을 δs로 하면, 통전율 오차 Δδs는식(6)과 같이 나타낸다.
또한, 통전 위상 설정값 β는 식(7)과 같이 나타낸다.
여기에서, 먼저번과 마찬가지로 βδ는 통전 위상 변동량이다. 예를 들면, 통전율 δ가 통전율 설정값 δs보다도 커졌을 경우는 전압 포화에 의해 출력 토크가 한계점에 도달하는 것을 피하기 위해서, 다음의 통전 위상 설정값 β를 더욱 증가시키도록 약(弱) 계자 제어로서 동작시킴으로써, 출력 토크의 한계점을 보다 크게 하는 것이 가능하다. 반대로, 통전율 δ가 통전율 설정값 δs보다도 작아졌을 경우는 전회(前回)의 통전 위상의 설정을 계속하면 좋다.
이상으로부터, 저속 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 고속 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실시간으로 실행하는 것이 가능하게 되어, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있으며, 모든 속도영역에서 매우 우수한 속도 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기의 설명에서는 회전속도 설정값 ωR을 1개로 설정하고 있지만, 반드시 1개일 필요는 없으며, 몇개의 회전수 설정값을 설정하여, 각각의 영역에 있어서 최대 효율 제어모드 혹은 최대 토크 제어모드를 절환하도록 해도 좋다.
(제2실시형태)
본 발명에 관한 모터 제어장치의 제2실시예의 시스템 구성을 도 2에 나타낸다. 도 1에 나타내는 모터 제어장치와 동일한 구성 요소는 동일 부호로써 나타내고 있으며, 그 설명은 중복되므로 생략하고, 여기에서는 상이한 부분에 대해서만 설명한다.
도 2에 있어서, 제어모드 절환수단(13)은 모터에 공급하는 인가 전압의 통전율을 인가 전압의 최대치에 의해 보정 연산을 실행하는 통전율 보정 연산부(21)의 출력 신호인 보정 통전율 σ와 미리 설정된 보정 통전율 설정값 σR의 보정 통전율 오차 Δσ를 보정 통전율 오차 연산기(22)에 의해 연산하고, 보정 통전율 오차의 정부 판별에 근거하여, 최대 효율 제어모드 및 최대 토크 제어모드의 2개의 제어모드를 절환하는 것이다.
구체적으로는 보정 통전율 σ는 통전율 δ와 인가 전압의 최대치 Vdc로부터 식(8)과 같이 나타낸다.
여기에서, Vdc_now및 Vdc_last는 각각의 인가 전압의 최대치의 현재의 값과 과거의 값이며, K1은 비례 정수, P는 미분 연산자, KP1, KI1은 각각 비례 이득 및 적분 이득이다. 전원 전압이 급격하게 변동할 경우에 대응하기 위해서, 식(8)과 같이, 인가 전압의 최대치의 현재의 값과 과거의 값과의 차를 PI보상하고 있다.
또한, 보정 통전율 오차 Δσ는 보정 통전율 σ와 보정 통전율 설정값 σR로부터 식(9)과 같이 나타낸다.
또한, 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호 ε은 보정 통전율 오차 Δσ로부터 식(10)과 같이 나타낸다.
여기에서, 보정 통전율 오차 Δσ가 정(正)일 때, 즉, 보정 통전율 σ가 보정 통전율 설정값 σR보다도 작아지는 경부하 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 Low가 되어 최대 효율 제어모드로 절환되고, 반대로 보정 통전율 오차 Δσ가 부(負)일 때, 즉, 보정 통전율 σ가 보정 통전율 설정값 σR보다도 커지는 중부하 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 High가 되어 최대 토크 제어모드로 절환된다. 또한, 통전 위상 설정수단(14)의 구체적 방법에 대해서는 제1실시형태의 방법을 이용하면좋다.
이상에 의해서, 경부하 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 중부하 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실시간으로 실행하는 것이 가능하게 되며, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있고, 모든 부하 영역에서 매우 우수한 토크 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상기의 설명에서는 보정 통전율 설정값 σR을 1개로 설정하고 있지만, 반드시 1개일 필요는 없으며, 몇개의 보정 통전율 설정값을 설정하고, 각각의 영역에 있어서 최대 효율 제어모드 혹은 최대 토크 제어모드를 절환하도록 해도 좋다.
또한, 식(8)의 보정 통전율의 보정 연산에서는 PI보상을 실행하고 있지만, 전원 전압이 급격하게 변동하지 않을 경우에는 반드시 PI보상을 실행할 필요는 없다.
(제3실시형태)
본 발명에 관한 모터 제어장치의 제3실시예의 시스템 구성을 도 3에 나타낸다. 도 1에 나타내는 모터 제어장치와 동일한 구성 요소는 동일 부호로써 나타내고 있어, 그 설명은 중복되므로 생략하고, 여기에서는 상이한 부분에 대해서만 설명한다.
도 3에 있어서, 모터에 공급하는 인가 전압의 통전율을 인가 전압의 최대치에 의해 보정 연산을 통전율 보정 연산부(21)에서 실행하고, 보정 통전율 σ와 모터의 회전속도 ω와의 적화(積和) 연산을 행하는 등가 모터 출력 연산기(31)의 출력 신호인 등가 모터 출력 Po와 미리 설정된 등가 모터 출력 설정값 PoR과의 등가 모터 출력 오차 ΔPo를 등가 모터 출력 오차 연산기(32)로 연산하고, 제어모드 절환수단(13)은 등가 모터 출력 오차 ΔPo의 정부(正負) 판별에 근거하여, 최대 효율 제어모드 및 최대 토크 제어모드의 2개의 제어모드를 절환하는 것이다. 구체적인 방법은 아래와 같다.
우선, 통전율 보정 연산부(21)의 구체적 방법은 제2실시형태의 방법을 이용하면 좋다.
이어서, 등가 모터 출력 Po는 보정 통전율 σ와 모터의 회전속도 ω로부터 식(11)과 같이 나타낸다.
여기에서, ωnow및 ωlast는 각각의 모터의 회전속도의 현재의 값과 과거의 값이며, K2는 비례 정수, P는 미분 연산자, KP2, KI2는 각각 비례 이득 및 적분 이득이다. 모터의 회전속도가 급격하게 변동할 경우에 대응하기 위해서, 식(11)과 같이, 모터의 회전속도의 현재의 값과 과거의 값과의 차를 PI보상하고 있다.
또한, 등가 모터 출력 오차 ΔPo는 등가 모터 출력 Po와 등가 모터 출력 설정값 PoR로부터 식(12)과 같이 나타낸다.
또한, 제어모드 절환수단(13)의 출력 신호 ε은 등가 모터 출력 오차 ΔPo로부터 식(13)과 같이 나타낸다.
여기에서, 등가 모터 출력 오차 ΔPo가 정(正)일 때, 즉, 등가 모터 출력 Po가 등가 모터 출력 설정값 PoR보다도 작아지는 저출력 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 Low가 되어 최대 효율 제어모드로 절환되고, 반대로 등가 모터 출력 설정값 ΔPo가 부(負)일 때, 즉, 등가 모터 출력 Po가 등가 모터 출력 설정값 PoR보다도 커지는 고출력 영역에서는 제어모드 절환 레벨이 High가 되어 최대 토크 제어모드로 절환된다.
또한, 통전 위상 설정수단(14)의 구체적 방법에 대해서는 제1실시형태의 방법을 이용하면 좋다.
이상에 있어서, 저출력 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 고출력 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실시간으로 실행하는 것이 가능하게 되며, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있고, 모든부하 영역에서 매우 우수한 속도·토크 제어가 실현될 수 있을 뿐만 아니라, 등가 모터 출력을 연산에 의해 도출하고 있기 때문에, 전기 자동차 등에서 필요로 되는 고정밀도의 정(定) 출력 제어가 실현 가능하다.
또한, 상기의 설명에서는 등가 모터 출력 설정값 PoR을 1개로 설정하고 있지만, 반드시 1개일 필요는 없으며, 몇개의 등가 모터 출력 설정값을 설정하고, 각각의 영역에 있어서 최대 효율 제어모드 혹은 최대 토크 제어모드를 절환하도록 해도 좋다.
또한, 식(11)의 등가 모터 출력의 적화 연산에서는 PI보상을 실행하고 있지만, 모터의 회전속도가 급격하게 변동하지 않을 경우에는 반드시 PI보상을 실행할 필요는 없다.
(제4실시형태)
도 4는 본 발명에 관한 제어모드 안정 절환수단의 하나의 실시예이며, 제1실시형태의 모터 제어장치에 있어서 회전속도 설정값이 1개만 설정되었을 경우의 제어모드 안정 절환수단이다.
회전속도 설정값 ωR을 경계로 ωS의 변동폭을 갖는 히스테리시스 특성을 부여한 것이며, 회전속도 설정값 ωR부근의 속도 변동에 대하여 안정적으로 제어모드의 절환을 실행하는 것이 가능하다.
여기에서, 변동폭 ωS를 적절히 선택하면, 제어모드의 절환에 따르는 모터 효율의 저하 혹은 출력 토크의 저하를 최소로 억제하는 것이 가능하다. 또한, 도 4의 히스테리시스 특성에 있어서, 제어모드의 절환이 급격하지만, 이것에 경사를 부여해서 제어모드의 절환을 완만하게 함으로써, 더욱 제어 안정성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 설명에서는 회전속도 설정값 ωR을 1개로 설정하고 있지만, 반드시 1개일 필요는 없으며, 몇개의 회전수 설정값을 설정하여, 각각 히스테리시스 특성을 부여해도 좋다. 또한, 상기의 설명에서는 회전속도 설정값에 대하여 히스테리시스 특성을 부여하고 있지만, 전술한 보정 통전율 설정값 σR또는 등가 모터 출력 설정값 PoR에 대하여도 각각 변동폭을 가지게 하여 히스테리시스 특성을 부여해도 좋다.
(제5실시형태)
도 5는 본 발명에 관한 통전 분배수단(15)의 통전폭에 있어서, 보정 통전율 설정값 σR에 대하여 변동폭을 부여해서 통전폭을 변경하는 방법을 나타내는 하나의 실시예이며, 제1실시형태의 모터 제어장치에 있어서, 회전속도 설정값의 ωR이 1개만 설정되었을 경우의, 제어모드를 안정적으로 절환하는 제어모드 절환 방법을 나타낸다.
모터 회전속도가 회전속도 설정값 ωR이하에서는 통전폭을 기본값으로 설정하고, 회전속도 설정값 ωR이상에서는 모터 속도에 반비례하도록 통전폭의 설정을 실행함으로써, 예를 들면, 비(非) 통전 구간을 갖는 구형파 통전 시의 위치 센서없는 운전을 실행할 때에, 고속 영역 혹은 중부하 영역에 있어서 인버터(2)에 있어서의 환류 다이오드를 흐르는 전류의 환류 기간이 증가해도, 신뢰성을 손상하는 일없이 위치 센서 없는 운전이 가능하다.
특히, 인덕턴스 값이 큰 모터에 대해서는 더욱 환류 기간이 증가하기 때문에, 상당히 유효한 수단이 될 수 있다. 또한, 이 때 통전폭의 하한값에 도달했을 경우는 통전폭을 고정시키고, 통전폭이 지나치게 좁아지는 것을 방지함으로써, 모터가 토크 부족이 되어서 탈조하는 것을 방지할 수 있다.
이상에 의해서, 고속 영역 혹은 중부하 영역에 있어서의 구형파 통전 시의 위치 센서 없는 제어의 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 되며, 기본 통전폭으로 고정할 경우에 비해서 더욱 고속 영역 혹은 중부하 영역까지 위치 센서 없는 제어가 실현 가능하다.
또한, 상기의 설명에서는 모터 속도에 대하여 반비례하도록 통전폭의 설정을 실행하고 있지만, 전술한 보정 통전율에 대하여 반비례하도록 통전폭의 설정을 실행해도 좋다.
또한, 도 6은 본 발명에 관한 상기 통전폭을 안정적으로 변경하는 방법의 하나의 실시예를 나타내는 도면이며, 도 5에 나타내는 통전폭 변경 방법에 있어서, 계단 형상으로 통전폭의 설정을 실행하는 것이며, 모터 속도가 급변했을 경우에 통전폭이 급변하는 것을 방지함으로써, 모터의 속도 변동 혹은 탈조 등의 불안정 요소를 제거할 수 있고, 이에 따라, 제어 안정성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
또한, 히스테리시스 특성을 부여하는 것이라도 동등한 효과를 얻을 수 있다.또한, 도 7은 본 발명에 관한 통전폭 변경 방법의 다른 실시예를 나타내며, 도 5의 모터 속도 ω에 반비례하는 통전폭의 설정을 실행하는 통전폭 변경 방법에 대하여, 또한 보정 통전율 σ에 대하여 반비례하는 통전폭의 설정도 병행하여 실행하는 것이다.
모터 속도의 현재의 값 ωnow및 보정 통전율의 현재의 값 σnow를 판독하고, 각각의 모터 속도-통전폭 특성 및 보정 통전율-통전폭 특성으로부터 해당하는 통전폭의 설정값 Wω및 Wσ를 판독한다. 그래서, 새로운 통전폭의 설정값 Wnow는 Wω및 Wσ에 의해 식(14)과 같이 나타낸다.
즉, 모터 속도-통전폭 특성으로부터 얻어진 Wω과 보정 통전율-통전폭 특성으로부터 얻어진 Wσ의 평균치를 새로운 통전폭의 설정값으로 하는 것이다.
이상에 의해서, 모터 속도 및 부하 토크에 상응해서 최적인 통전폭의 설정을 실행하는 것이 가능하다. 또한, 상기의 설명에서는 Wω및 Wσ의 무게를 1대1로 하여서 평균치를 구하고 있지만, 반드시 1대1로 평균치를 구할 필요는 없고, 운전 상황에 따라서 한쪽의 설정을 우선시키기 때문에, 어느 쪽에 무게를 두어 평균치를 구해도 좋다.
(제6실시형태)
도 8은 본 발명에 관한 통전폭을 유지하는 방법의 하나의 실시예를 나타내는 것이며, 미리 실험 등에 의해 모터 속도 ω 및 보정 통전율 σ에 대하여, 최적의 통전폭을 측정해 두고, 이 측정 결과를 테이블로 하여서 모터 제어장치의 기억부(도시하지 않음)에 보관 유지하는 것이다. 단, 이 경우에는 모터 속도 및 보정 통전율에 따라서 해당하는 최적의 통전폭 설정값을 테이블로부터 판독하게 된다.
여기에서, 운전 조건에 의해 테이블 상에 통전폭 설정값이 없는 경우, 예를 들면, 도 8에 있어서 모터 속도가 600rpm으로서 보정 통전율이 13％일 때에는 W11과 같이 가장 운전 조건이 가까울 때의 통전폭 설정값을 이용한다. 또한, 데이터 테이블을 상세히 유지하면, 모터 효율 및 출력 토크의 저하를 방지하는 것이 가능하게 된다는 것은 말할 것도 없다.
또한, 도 9는 본 발명에 관한 통전폭 선형 보간 수단의 하나의 실시예이며, 각각의 점(点)은 도 8의 통전폭 유지 수단에 있어서의 테이블 상의 값을 플롯(plot)한 것이다. 여기에서, 도 9와 같이 모터 속도마다 각각의 점을 연결함으로써, 테이블 상에 모터 속도의 데이터가 존재하면, 모든 보정 통전율에 대하여, 선형 보상을 실행함으로써 통전폭의 설정을 실행하는 것이 가능하다.
그러나, 도 9에 있어서 (ωnow, σnow)의 점 Wnow와 같이 테이블 상에 모터 속도의 데이터가 존재하지 않을 경우는 상기의 선형 보간이 불가능하게 되어 다른 방법이 필요하다. 그래서, 전술한 (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개의 점으로부터 선형 보간을 실행하는 방법에 대하여 도 10을 이용해서 설명한다. 도 9의 통전폭 선형 보간 방법을 나타내는 확대도를 도 10에 나타낸다. 도 10에 있어서 ①∼④의 각각의 점이 (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸고 있다.
우선, ①-②를 연결하는 직선상에서 σnow의 점(3000rpm, σnow)과, ③-④를 연결하는 직선상에서 σnow의 점(4000rpm, σnow)을 선형 보간에 의해 구한다. 이어서,
(3000rpm, σnow)의 점의 통전폭 설정값 W1-2와 (4000rpm, σnow)의 점의 통전폭 설정값 W3-4로부터 (ωnow, σnow)의 점의 통전폭 설정값 Wnow을 선형 보간에 의해 구하는 것이다.
여기에서, 전술한 W1-2, W3-4및 Wnow는 ①∼④의 각각의 점을 이용하면 아래와 같이 나타낸다.
① : W3000rpm,40%(ω3000rpm, σ40%), ② : W3000rpm,50%(ω3000rpm, σ50%)
③ : W4000rpm,40%(ω3000rpm, σ40%), ④ : W4000rpm,50%(ω4000rpm, σ50%)
일반적으로는 식(15)∼식(17)에 있어서, 상기의 ①∼④의 각각의 점을 다음과 같이 치환해서 선형 보간을 실행하면 된다.
① : Wm,n(ωm, σn), ② : Wm,n+1(ωm, σn+1)
③ : Wm+1,n(ωm+1, σn), ④ : Wm+1,n+1(ωm+1, σn+1)
또한, 상기의 통전폭 선형 보간 동작에 있어서 일련의 처리의 흐름을 도 11의 흐름도를 참조하여, 이하에서 설명을 행한다.
우선, 스텝 Sl에서는 모터 속도 및 보정 통전율의 현재의 값의 ωnow, σnow을 각각 판독하고, 스텝 S2에 있어서 모터 회전속도의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산 Δωn=ωnow-ωlast를 실행한다. 스텝 S3에 있어서 속도 변동의 크기를 판단, 즉, │Δωn│의 값이 소정값 α 이내인가(│Δωn│≤α을 만족하는가)의 여부의 판단이 실행된다. 속도 변동이 소정값 α보다 크면(S3에 있어서 NO), 후술하는 스텝 Sl0 이후의 처리를 실행한다. 속도 변동이 소정값 α이내이면(S3에 있어서 YES), 스텝 S4 및 S5에 있어서 전술한 (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개 점 ①∼④가 존재하는가의 여부에 대한 판단을 실행한다.
(ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개 점이 존재하지 않을 경우(S4 또는 S5에 있어서 NO), 후술하는 스텝 S9 이후의 처리를 실행한다. (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개 점이 존재할 경우(S4에 있어서 YES, 또는 S5에 있어서 YES), 스텝 S6에 있어서 (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개 점을 테이블로부터 판독하고, 스텝 S7에 있어서 식(15), (16)에 나타내는 W1-2과 W3-4를 구하는 연산을 실행하여, 스텝 S8에 있어서 W1-2과 W3-4의 값을 이용해서 식(17)에 나타내는 바와 같이, (ωnow, σnow)의 점의 통전폭을 선형 보간한다.
스텝 S9에서는 스텝 S4 또는 S5에서 NO, 즉 (ωnow, σnow)의 점을 둘러싸는 4개 점이 존재하지 않을 경우만 통전폭 W를 하한값 Wlower로 설정한다. 또한, 스텝 Sl0은 스텝 S3에 있어서 NO, 즉 속도 변동이 소정값 α보다 큰 경우만 통전폭을 초기값 Wini로 설정한다. 스텝 Sll에서는 ωlast에는 ωnow의 값을 Wnow에는 W의 값을 각각 기억시켜서 １회째의 처리를 종료한다. 그리고, 이상과 같은 처리가 반복된다.
이상에 의해서, 테이블 상에 데이터를 보관 유지하지 않을 경우에 있어서도, 모든 운전 조건에 대하여 최적의 통전폭 설정을 실행하는 것이 가능하다.
(제7실시형태)
본 발명에 관한 통전 위상 설정수단(14)의 실시예를 제시하고, 구체적인 통전 위상의 설정 방법에 대해서 설명한다.
도 12는 어떤 운전 조건에 있어서의 통전 위상 설정값 β에 대한 보정 통전율 σ의 특성을 나타내는 그래프이다. 도 12의 특성 1의 그래프에 있어서, 최소의 보정 통전율 σmin이 되는 통전 위상 βs1이 최적 통전 위상이며, 통전 위상을 βs1으로 설정함으로써, 모터 입력이 최소, 즉 모터 효율이 최대가 된다.
또한, 도 12에 있어서 가로축의 통전 위상 설정값은 오른쪽으로 갈수록 진행 위상으로 되고 있다. 본 실시형태에 있어서의 통전 위상 설정수단은 최대 효율 제어모드에 있어서는 이 보정 통전율이 최소로 되는 통전 위상 βs1로 자동적으로 제어하는 것이다. 또한, 최대 토크 제어모드에 있어서는 보정 통전율의 현재의 값과 미리 설정된 보정 통전율의 기준값을 비교하여, 보정 통전율의 현재의 값이 보정 통전율의 기준값 이상이면 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 자동적으로 증가시키는 것이다.
이하에서, 도 13을 참조하여, 통전 위상 설정수단(14)에 있어서의 통전 위상의 설정 방법에 대해서 설명한다.
도 13은 본 발명에 관한 통전 위상 설정수단에 있어서의 일련의 처리의 흐름을 나타낸 흐름도이다. 우선, 스텝 S21에 있어서 소정 시간이 경과하고 있는 것인가가 판단된다. 소정 시간이 경과하지 않고 있으면(S21에 있어서, NO), 소정 시간이 경과할 때까지 후술하는 처리가 정지된다. 스텝 S22에 있어서 모터 회전속도의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산 Δωn=ωnow-ωlast를 실행한다. 스텝 S23에 있어서 속도 변동의 크기를 판단, 즉, │Δωn│의 값이 소정값 α 이내인가(│Δωn│≤α를 만족하는가)의 여부의 판단이 실행된다.
속도 변동이 소정값 α보다 크면(S23에 있어서 NO), 후술하는 스텝 S32 이후의 처리를 실행한다. 속도 변동이 소정값 α 이내면(S23에 있어서 YES), 스텝 S24에 있어서 보정 통전율의 현재의 값 σnow을 판독하고, 스텝 S25에 있어서 제어모드의 절환이 실행된다. 제어모드 절환 레벨이 High라면(S25에 있어서, NO), 최대 토크 제어모드로 절환되며, 스텝 S27에 있어서 식(18)으로 나타내는 보정 통전율의 현재의 값과 미리 설정된 보정 통전율의 기준값과의 차이 분 연산이 실행되어, 스텝 S28에 있어서 상기 보정 통전율의 차이 분 Δσs의 정부(正負) 판별이 실행된다.
여기서 σnow는 보정 통전율의 현재의 값, σs는 미리 설정된 보정 통전율의 기준값이다. Δσs가 부(負)이면(S28에 있어서, NO), 후술하는 스텝 S32 이후의 처리를 실행하고, Δσs가 정(正)이면(S28에 있어서, YES), 후술하는 스텝 S31 이후의 처리를 실행한다.
또한, 스텝 S25에 있어서 제어모드 절환 레벨이 Low이면(S25에 있어서, YES), 최대 효율 제어모드로 절환되고, 스텝 S26에 있어서 식(19)으로 나타내는 보정 통전율의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산 및 통전 위상 설정값의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산이 실행되어, 스텝 S29에 있어서 Δσ 및 Δβ의 정부(正負) 판별이 실행된다.
여기서 σnow및 σlast는 각각 보정 통전율의 현재의 값 및 과거의 값이며, βnow및 βlast는 각각 통전 위상 설정값의 현재의 값 및 과거의 값이다. Δσn×Δβn가 부(負)이면(S29에 있어서, NO), 후술하는 스텝 S31 이후의 처리를 실행하고, Δσn×Δβn이 정(正)이면(S29에 있어서, YES), 스텝 S30에 있어서 통전 위상 설정값의 현재의 값으로부터 통전 위상 변화량 βδ만큼 감소시킨다.
한편, 스텝 S29에서 NO, 즉 최대 효율 제어모드에 있어서 Δσn×Δβn이 부(負), 또는 스텝 S28에서 YES, 즉 최대 토크 제어모드에 있어서 Δσs가 정(正)인경우에만, 스텝 S31에서는 통전 위상 설정값의 현재의 값으로부터 통전 위상 변화량 βδ만큼 증가시킨다. 또한, 스텝 S32에서는 스텝 S23 또는 S28에 있어서 NO, 즉 속도 변동이 소정값 α보다 큰 경우 또는 최대 토크 제어모드에 있어서 Δσs가 부(負)인 경우만, 통전 위상 설정값을 초기값 βini로 설정한다. 스텝 S33에서는 ωlast에는 ωnow의 값을 σlast에는 σnow의 값을 βlast에는 βnow의 값을 βnow에는 β의 값을 각각 기억시켜서 １회째의 처리를 종료한다. 그리고, 이상과 같은 처리가 소정 시간마다 반복된다.
이어서, 이상과 같은 최대 효율 제어모드에 있어서의 처리를 도 12에 있어서의 특성 1의 그래프에 근거해서 구체적으로 설명한다.
우선, 초기 위상이 β1이었을 경우, 혹은 속도 변동이 소정값 α보다 큰 경우에 βini가 되었을 경우에 대해서 생각한다. 그리고, 이 초기 위상으로부터 통전 위상 변화량 βδ만큼 통전 위상을 진행시켜서 β2로 했다고 한다. 또한, 통전 위상 설정값의 대소 관계는 β1<β2이며, 보정 통전율의 대소 관계는 σ2<σ1이다. 이 때, Δσn×Δβn은 부(負)이기 때문에, 스텝 S29 및 S31의 처리에 의해, 통전 위상을 더욱 βδ만큼 진행하여 β3으로 한다. 그 후, 도 13으로 설명한 바와 같이, 상기와 마찬가지의 처리를 반복함으로써, 통전 위상은 βs1에 수속(收束)된다.
또한, 도 13으로 설명한 처리를 반복하면, 통전 위상은 βs1이 수속한 후, 도 12의 특성 1의 그래프에 있어서, 통전 위상은 βs1을 중심으로 한 β3∼β4의 사이에서 변동하게 되지만, βδ를 적절한 값으로 선택함으로써, 변동에 따르는 모터 효율 및 출력 토크의 저하를 최소한으로 하는 것이 가능하다.
또한, 도 12에 있어서, 모터의 회전속도 혹은 출력 토크의 운전 조건이 변경되고, 모터의 동작 특성이 특성 1의 그래프로부터 특성 2의 그래프로 변경되었을 경우에는 우선 통전 위상 설정값을 초기값 βini2로 설정하고, 상기의 처리를 반복함으로써, 최적 위상 βs2에로 자동적으로 제어하는 것이 가능하다.
이상에 의해서, 어떠한 운전 상황에 있어서도 항상 최적인 통전 위상 설정을 실행할 수 있고, 모터 효율 또는 출력 토크가 매우 우수한 모터 구동계를 실현할 수 있다.
또한, 도 14는 본 발명에 관한 통전 위상 설정수단(14)에 있어서의 일련의 처리의 흐름을 나타내는 제2의 흐름도이다. 우선, 스텝 S41에 있어서 소정 시간이 경과하고 있는 것인가를 판단한다. 소정 시간이 경과하지 않고 있으면(S41에 있어서, NO), 소정 시간이 경과할 때까지 후술하는 처리가 정지된다. 스텝 S42에 있어서 모터 속도의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산을 실행한다.
스텝 S43에 있어서 속도 변동의 크기의 판단, 즉, │Δωn│의 값이 소정값 α 이내인가(│Δωn│≤α를 만족하는가) 여부의 판단이 실행된다. 속도 변동이 소정값 α보다 크면(S43에 있어서 NO), 후술하는 스텝 S53 이후의 처리를 실행한다. 속도 변동이 소정값 α 이내이면(S43에 있어서 YES), 스텝 S44에 있어서 보정 통전율의 현재의 값을 판독하고, 스텝 S45에 있어서 식(20)으로 나타내는 통전 위상 변화량의 보정 연산을 실행한다.
여기에서, βδ및 βδ0은 통전 위상 변화량의 현재의 값 및 과거의 값이며, σnow및 σlast는 보정 통전율의 현재의 값 및 과거의 값이다. 또한, δ는 0으로 나눔을 방지하기 위한 미소량이다. 이어서, 스텝 S46에 있어서 제어모드의 절환이 실행된다.
제어모드 절환 레벨이 High라면(S46에 있어서, NO), 최대 토크 제어모드로 절환되고, 스텝 S47에 있어서 보정 통전율의 현재의 값과 미리 설정된 보정 통전율의 기준값과의 차이 분 연산이 실행되어, 스텝 S49에 있어서 보정 통전율의 차이 분 Δσs의 정부(正負) 판별이 실행된다. Δσs가 부(負)이면(S49에 있어서, NO), 후술하는 스텝 S53 이후의 처리를 실행하고, Δσs가 정(正)이면(S49에 있어서, YES), 후술하는 스텝 S52 이후의 처리를 실행한다.
또한, 스텝 S46에 있어서 제어모드 절환 레벨이 Low이면(S46에 있어서,YES), 최대 효율 제어모드로 절환되고, 스텝 S48에 있어서 보정 통전율의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산 및 통전 위상 설정값의 현재의 값과 과거의 값과의 차이 분 연산이 실행되어, 스텝 S50에 있어서 Δσn×Δβn의 정부 판별이 실행된다. Δσn×Δβn이 부(負)이면(S50에 있어서, NO), 후술하는 스텝 S52 이후의 처리를 실행하고, Δσn×Δβn이 정(正)이면 (S50에 있어서, YES), 스텝 S51에 있어서 통전 위상 설정값의 현재의 값으로부터 통전 위상 변동량 βδ만큼 감소시켜, 후술하는 S55의 처리를 실행한다.
스텝 S52에서는 스텝 S50에서 NO 또는 스텝 S49에서 YES, 즉, 최대 효율 제어모드에 있어서 Δσn×Δβn이 부(負), 또는 최대 토크 제어모드에 있어서 Δσs가 정(正)인 경우에만, 통전 위상 설정값의 현재의 값으로부터 통전 위상 변동량 βδ만큼 증가시켜, 후술하는 스텝 S55의 처리를 실행한다. 또한, 스텝 S53은 스텝 S43 또는 S49에 있어서 NO, 즉, 속도 변동이 소정값 α보다 큰 경우 또는 최대 토크 제어모드에 있어서 Δσs가 부(負)인 경우만, 통전 위상 설정값을 초기값 βini으로 설정하고, 스텝 S54에 있어서 새롭게 통전 위상 설정값의 상한값 βupper및 하한값 βlower를 판독한 후, 후술하는 스텝 S57의 처리를 실행한다.
이어서, 스텝 S55에서는 통전 위상 설정값이 상한값 βupper및 하한값 βlower의 범위 내에 있는 것인가가 판단된다. 스텝 S55에 있어서 통전 위상 설정값이 상한값 βupper및 하한값 βlower의 범위 내에 있으면(S55에 있어서, YES), 후술하는 스텝 S57 이후의 처리를 실행하고, 통전 위상 설정값이 상한값 βupper및 하한값 βlower의 범위 내에 없으면(S55에 있어서, NO), 스텝 S56에 있어서 통전 위상 설정값을 상한값 βupper혹은 하한값 βlower로 설정한다. 스텝 S57에서는 ωlast에는 ωnow의 값을 σlast에는 σnow의 값을 βlast에는 βnow의 값을 βnow에는 β의 값을 βδ0에는 βδ의 값을 각각 기억시켜서 １회째의 처리를 종료한다. 그리고, 이상과 같은 처리가 소정 시간마다 반복된다.
이상에 의해서, 통전 위상 설정값을 증감시키는 단위량으로 되는 통전 위상 변화량이, 보정 통전율의 과거의 값과 현재의 값의 변화의 비율에 기초하여 선형 보상되므로, 도 13의 통전 위상 설정수단에 비해서, 통전 위상 설정값을 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건에 의해서 변동하는 최적 통전 위상으로 고속으로 설정하는 것이 가능하다.
청구항 1 및 2에 기재한 발명에 따르면, 저속 영역에서는 모터 효율이 최대가 되고, 고속 영역에서는 출력 토크가 각각 최대가 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하게 되며, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있고, 모든 속도 영역에서 매우 우수한 속도 제어를 실현할 수 있으며, 또한, 저속 영역에서는 상시 모터 효율이 최대가 되기 때문에, 소비 전력량의 삭감을 도모할수 있어, 에너지 절약을 실현할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 3에 기재한 발명에 따르면, 경부하 영역에서는 모터 효율이 최대로 되고, 중부하 영역에서는 출력 토크가 각각 최대로 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하게 되어, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있고, 모든 부하 영역에서 매우 우수한 토크 제어를 실현할 수 있으며, 또한, 경부하 영역에서는 상시 모터 효율이 최대가 되기 때문에, 소비 전력량의 삭감을 도모할 수 있어, 에너지 절약을 실현할 수 있다는 효과를 나타낸다.
청구항 4에 기재한 발명에 따르면, 저출력 영역에서는 모터 효율이 최대로 되고, 고출력 영역에서는 출력 토크가 각각 최대로 되는 통전 위상 설정을 실행하는 것이 가능하며, 각각의 제어모드에서 통전 위상의 최적화를 도모할 수 있고, 모든 부하 영역에서 매우 우수한 속도·토크 제어가 실현될 뿐만 아니라, 등가 모터 출력을 연산에 의해 도출하고 있기 때문에, 전기 자동차 등에서 필요로 되는 고정밀도의 정(定) 출력 제어가 실현 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 5에 기재한 발명에 따르면, 제어모드의 절환에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하며, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있고, 더욱 고정밀도의 속도-토크 제어가 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 6에 기재한 발명에 따르면, 고속 영역 혹은 중부하 영역에 있어서의 구형파 통전 시의 위치 센서 없는 제어의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있으며, 기본 통전폭으로 고정할 경우에 비해서 더욱 고속 영역 혹은 중부하 영역까지 위치 센서 없는 제어가 실현 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 7에 기재한 발명에 따르면, 통전폭의 변경에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하며, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있고, 위치 센서 없는 제어에 있어서의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 8에 기재한 발명에 따르면, 통전폭의 설정값은 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 하한값의 범위 내에 상시 설정되기 때문에, 예를 들면 회전속도가 대폭 변경했을 경우라도, 모터의 탈조나 대폭적인 효율 저하를 방지하는 것이 가능하며, 더욱 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있다는 효과를 나타낸다.
청구항 9에 기재한 발명에 따르면, 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 통전폭 설정값을 출력하는 데이터 테이블을 구비함으로써, 통전폭 변경에 따르는 연산 시간을 대폭적으로 단축하는 것이 가능하게 되며, 통전폭 변경에 따르는 연산이 불필요하기 때문에, 연산 오차를 감소시킬 수 있고, 더욱이 연산의 증가에 따르는 회로 구성의 복잡화 또는 연산 장치의 용량 증대에 의한 비용 상승을 방지하는 것이 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 10에 기재한 발명에 따르면, 데이터 테이블 상에 통전폭 설정값이 없을 경우에 있어서도, 데이터 테이블 상의 값으로부터 선형 보간을 함으로써, 보다 고정밀도로 통전폭의 설정을 실행할 수 있으며, 게다가 대폭적인 연산을 수반하지 않기 때문에, 연산 장치의 부하 증대에 의한 비용 상승을 방지하고, 동등한 비용을 유지할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 11에 기재한 발명에 따르면, 최대 효율 제어모드에서는 보정 통전율이 최소가 되도록 보정 통전율의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과, 보정 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 비교하고, 비교 결과에 근거하여, 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시켜서 새로운 통전 위상 설정값을 설정하고 있기 때문에, 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건이 변동될 경우에도, 차차, 최적의 통전 위상을 탐색해서 설정하고, 상시 모터 효율을 최대로 하는 것이 가능하다. 또한, 최대 토크 제어모드에서는 보정 통전율의 현재의 값과 보정 통전율의 기준값을 비교하여, 보정 통전율의 현재의 값이 보정 통전율의 기준값 이상이면 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증가시키기 때문에, 상시 출력 토크를 최대로 하는 것이 가능하다. 따라서, 어떠한 운전 상황에 있어서도 항상 최적의 통전 위상 설정을 실행할 수 있고, 모터 효율 또는 출력 토크가 매우 우수한 모터 구동계를 실현할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 12에 기재한 발명에 따르면, 통전 위상 설정값을 증감시키는 단위량으로 되는 통전 위상 변화량이, 보정 통전율의 과거의 값과 현재의 값의 변화의 비율에 기초하여 선형 보상되므로, 통전 위상 설정값을 모터의 회전속도 혹은 부하 토크 등의 운전 조건에 의해 변동하는 최적 통전 위상으로 고속으로 설정하는 것이 가능하게 되어, 통전 위상 설정에 따르는 연산 시간의 단축을 도모할 수 있고, 더욱이 통전 위상 설정값이 최적 통전 위상으로 수속된 후의 위상 변동도 억제하는 것이 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 13에 기재한 발명에 따르면, 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값 이하의 경우에 있어서만 통전 위상을 변경하고, 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값보다 클 경우에 있어서는 미리 모터의 회전속도에 상응하게 설정된 통전 위상을 출력하기 때문에, 모터의 회전속도가 대폭 변경했을 경우에 있어서도, 통전 위상 설정값이, 그 회전속도에 있어서 어느 정도 적합한 통전 위상으로 설정하는 것이 가능하며, 모터의 탈조나 극단적인 효율의 저하를 방지할 수 있고, 모터 구동계에 있어서의 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 14에 기재한 발명에 따르면, 통전 위상의 변경에 따르는 제어 안정성의 확보 및 소음·진동의 저감이 가능하며, 보다 안정된 모터 구동계를 실현할 수 있고, 전원 전압·전류의 변동을 억제하는 것이 가능하다는 효과를 나타낸다.
청구항 15에 기재한 발명에 따르면, 통전 위상 설정값은 모터의 회전속도 또는 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상한값과 하한값의 범위 내에 있어서 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량만큼 증감시키기 때문에, 모터의 회전속도가 대폭 변경했을 경우에 있어서도, 최적 통전 위상의 탐색 처리에 있어서, 모터의 탈조나 극단적인 효율의 저하를 방지하는 것이 가능하여, 위치 센서 없는 제어에 있어서의 신뢰성의 향상을 도모하고, 안정된 모터 구동계의 실현이 가능하다고 하는 효과를 나타낸다.
청구항 16에 기재한 발명에 따르면, 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 혹은 보정 통전율 혹은 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 따라서 통전 위상 설정값을 출력하는 데이터 테이블을 구비함으로써, 통전 위상의 설정에 수반하는 연산 시간을 대폭적으로 단축하는 것이 가능하며, 통전 위상의 설정에 따르는 연산이 불필요하기 때문에, 연산 오차를 감소시킬 수 있고, 더욱이 연산의 증가에 따르는 회로 구성의 복잡화 또는 연산 장치의 용량 증대에 의한 비용 상승을 방지하는 것이 가능하다는 효과를 나타낸다.
청구항 17에 기재한 발명에 따르면, 데이터 테이블 상에 통전 위상 설정값이 없을 경우에 있어서도, 데이터 테이블 상의 값으로부터 선형 보간을 함으로써, 보다 고정밀도로 통전 위상의 설정을 실행할 수 있고, 게다가 대폭적인 연산을 수반하지 않기 때문에, 연산 장치의 부하 증대에 의한 비용 상승을 방지하여, 동등한 비용을 유지할 수 있다는 효과를 나타낸다.

Claims (17)

  1. 적어도 전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 릴럭턴스 토크를 이용하는 모터의 제어장치로서,
    회전자의 회전 위상을 검출하는 회전자 위상 검출수단과,
    상기 회전자 위상 검출수단으로 검출된 회전 위상으로부터 얻은 상기 모터의 회전출력에 관한 값과, 미리 설정된 회전출력에 관한 기준값을 비교하는 비교 수단과,
    상기 비교 수단에 의한 비교 결과에 근거하여, 제어모드를 절환 설정하는 제어모드 절환수단과,
    상기 제어모드 절환수단에 의해 절환 설정된 제어모드에 근거해서, 소정 시간마다 통전 위상값을 설정하는 통전 위상 설정수단과,
    상기 회전자 위상 검출수단으로 검출된 회전 위상과 상기 통전 위상 설정수단으로 설정된 통전 위상값으로부터, 상기 모터에 있어서의 각각의 구동 소자마다 통전 신호를 분배하는 통전 분배수단을 갖추고,
    상기 비교 수단에 의해, 상기 모터의 회전출력에 관한 값이 상기 설정된 기준값 이하라고 판정되었을 경우는 상기 제어모드 절환수단은 최대 효율 제어모드를 선택해서 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 모터 효율이 최대로 되는 통전 위상을 설정하고, 상기 비교 수단에 의해, 상기 모터의 회전출력에 관한 값이 상기 설정된 기준값보다도 크다고 판정되었을 경우는 상기 제어모드 절환수단은 최대 토크 제어모드를 선택해서 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 출력 토크가 최대로 되는 통전 위상을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 모터의 회전속도이며, 상기 미리 설정된 기준값은 회전속도 설정 기준값인 모터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전율과 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 최대치에 의해 일의적으로 인도되는 보정 통전율이며, 상기 미리 설정된 기준값은 보정 통전율 설정 기준값인 모터 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모터의 회전출력에 관한 값은 상기 보정 통전율과 상기 모터의 회전속도에 의해 일의적으로 인도되는 등가 모터 출력이고, 상기 미리 설정된 기준값은 등가 모터 출력 설정 기준값인 모터 제어장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어모드 절환수단은 상기 제어모드의 절환의 전후에서 히스테리시스를 구비함으로써, 제어모드의 절환을 안정되게 실행하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최대 효율 제어모드에서는상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭을 기본 통전폭으로 설정하고, 상기 최대 토크 제어모드에서는 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서, 상기 통전폭을 변경하는 통전폭 변경 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 통전폭의 변경의 전후에서 히스테리시스를 구비함으로써, 통전폭의 변경을 안정되게 실행하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상기 통전폭의 하한값의 범위 내에 있어서 상기 통전폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 대하여, 상기 모터의 통전폭 설정값을 출력하는 통전폭 유지 수단을 또한 갖추고, 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 상기 통전폭 유지 수단으로부터 해당하는 통전폭을 판독하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전폭 변경 수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 대하여, 상기 모터의 통전폭의 변화 특성을 규정하는 값을 유지한 통전폭 설정값 유지 수단과, 상기 통전폭 설정값 유지 수단에 유지한 값에 근거해서 통전폭을 선형 보간하는 통전폭 선형 보간 수단을 또한 갖추고, 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 상기 통전폭 설정값 유지 수단으로부터 해당하는 값을 판독하여, 상기 통전폭 선형 보간 수단에 의해 선형 보간하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 최대 효율 제어모드에서는 상기 보정 통전율이 최소가 되도록 상기 보정 통전율의 과거의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값과, 상기 보정 통전율의 현재의 값 및 그 때의 통전 위상 설정값을 각각 비교하고, 비교 결과에 근거하여, 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량 만큼 증감시켜서 새로운 통전 위상 설정값을 설정하며, 상기 최대 토크 제어모드에서는 상기 보정 통전율의 현재의 값과 상기 보정 통전율의 기준값을 비교하고, 상기 보정 통전율의 현재의 값이 상기 보정 통전율의 기준값 이상이면 상기 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량 만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 보정 통전율의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분에 의해, 상기 통전 위상 변화량을 보상하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값 이하의 경우에 있어서만 상기 통전 위상을 변경하고, 상기 모터의 회전속도의 과거의 값과 현재의 값과의 차이 분이 어떤 소정값보다 큰 경우에 있어서는 미리 상기 모터의 회전속도에 따라서 설정된 통전 위상을 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 통전 위상의 변경의 전후에서 히스테리시스를 구비한 통전 위상 변경 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터의 회전속도 또는 상기 보정 통전율의 적어도 어느 하나에 따라서 설정되는 상기 통전 위상의 상한값과 하한값의 범위 내에 있어서 상기 통전 위상 설정값을 소정의 통전 위상 변화량 만큼 증감시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 또는 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의회전속도의 적어도 어느 하나에 대하여, 모터 효율의 최대치 혹은 모터 토크의 최대치를 구현할 수 있는 위상을 유지한 통전 위상 유지 수단을 또한 갖추고, 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 또는 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 상응해서, 상기 통전 위상 유지 수단으로부터 해당하는 통전 위상 설정값을 상기 모터 효율 혹은 상기 모터 토크를 거의 최대로 하는 위상으로서 판독하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통전 위상 설정수단은 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 또는 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 대하여, 모터 효율의 최대치 혹은 모터 토크의 최대치를 얻을 수 있는 위상의 변화 특성을 규정하는 값을 유지한 통전 위상 설정값 유지 수단과, 상기 통전 위상 설정값 유지 수단에 보유한 값에 근거해서 통전 위상을 선형 보간하는 통전 위상 선형 보간 수단을 또한 갖추고, 상기 모터에 공급하는 인가 전압의 통전폭 또는 상기 보정 통전율 혹은 상기 모터의 회전속도의 적어도 어느 하나에 따라서, 상기 통전 위상 설정값 유지 수단으로부터 해당하는 값을 판독하고, 상기 통전 위상 선형 보간 수단에 의해 선형 보간하여, 상기 모터 효율 혹은 상기 모터 토크를 최대로 하는 위상으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
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