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発明の名称 ブラシレスモータの制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−19283
公開日 平成8年(1996)1月19日
出願番号 特願平6−168900
出願日 平成6年(1994)6月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大原 拓也
発明者 前野 淳
要約 目的
ブラシレスモータの制御方法において、同ブラシレスモータの回転数を目標回転数とする時間を短縮し、かつ回転数のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑えて目標回転数を保つ。

構成
ブラシレスモータ3の回転数を目標回転数とするブラシレスモータの制御方法であって、ブラシレスモータ3の内部に設置された複数のホール素子5による位置検出信号を制御回路10に入力しており、この制御回路10は入力位置検出信号をもとにしてブラシレスモータ3の回転数を検出するとともに、この検出回転数(現回転数)が目標回転数を含む所定回転数範囲内にあるか否かを判断し、現回転数が所定回転数範囲内にあるときにはブラシレスモータ3の複数の固定子巻線に印加する電圧の変化率をその所定回転数範囲外のときよりも小さくる。
特許請求の範囲
【請求項1】 ブラシレスモータの複数の固定子巻線に印加する電圧を可変して同ブラシレスモータの回転数を目標回転数に制御するブラシレスモータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの回転数を検出するとともに、該検出回転数が前記目標回転数を含む所定回転数範囲内であるか否かを判断し、前記検出回転数が前記所定回転数範囲内では前記ブラシレスモータに印加する単位時間当りの電圧の変化率(dV/dt)を前記所定回転数範囲外のときよりも小さくするようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は直流ブラシレスモータ(以下ブラシレスモータと記す)の回転数制御技術に係り、特に詳しくはブラシレスモータの回転数を速やかに目標回転数とするブラシレスモータの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】このブラシレスモータを例えば空気調和機等に用いるモータとして利用する場合、例えば図5に示す制御装置が必要である。
【0003】図5において、この制御装置は、商用の交流電源1を直流電源に変換するため整流回路2aおよび平滑用コンデンサ2bで構成した電源回路2と、この変換された直流電源を交流に変換してブラシレスモータ3に印加する駆動回路4と、ブラシレスモータ3の回転子3aの位置を検出し、位置検出信号を出力するための位置検出手段(ブラシレスモータ3の内部に設置されたホール素子)5と、その位置検出信号のタイミングをもとにして駆動回路4の複数のスイッチング素子(トランジスタ)U,V,W,X,Y,Zを所定にオン、オフ制御するための駆動信号U1,V1,W1,X1,Y1,Z1を出力する制御回路(マイクロコンピュータ)6と、この駆動信号により各トランジスタU,V,W,X,Y,Zを駆動するドライブ回路7とを備えている。
【0004】ブラシレスモータ3の駆動方法を図6を参照して具体的に説明すると、各ホール素子5はブラシレスモータ3の回転子3aの位置に応じた位置検出信号を出力する(図6(a)ないし(c)に示す)。制御回路6はその位置検出信号を入力し、同位置検出信号に基づいて駆動信号U1,V1,W1,X1,Y1,Z1(図6(d)ないし(i)に示す)を出力する。
【0005】また、駆動回路4の上アームを構成するトランジスタU,V,Wについては単にオン、オフし(図6(d)ないし(f)に示す)、下アームを構成するトランジスタX、Y、Zについてはオン、オフするだけでなく、そのオン部分をチョッピングする(図6(g)ないし(i))。
【0006】これにより、駆動回路4は入力直流電圧を、チョッピングした交流電圧R,S,T(図6(j)ないし(l)に示す)とし、この交流電圧R,S,Tをブラシレスモータ3の複数固定子巻線に印加する。このようにして、回転子3aの位置検出信号をもとにして各固定子巻線の通電を切り替え、同ブラシレスモータ3を回転制御する。
【0007】また、制御回路6は位置検出信号の立ち上がり、または立ち下がりの間の時間を計測し、ブラシレスモータ3の回転数を算出する。そして、算出した回転数と目標回転数とを比較し、出力する駆動信号U1,V1,W1,X1,Y1,Z1のうち、図6(g)ないし(i)に示す駆動信号X1,Y1,Z1のチョッピングのオン割合を上記比較結果に応じて可変する。
【0008】具体的には、例えば算出した回転数が目標回転数より低い場合は、制御回路6は出力駆動信号X1,Y1,Z1のチョッピングのオン割合を増加させ、ブラシレスモータ3の印加電圧を高くし、結果同ブラシレスモータ3の回転数を高くできる。
【0009】逆に、算出した回転数が目標回転数より高い場合は、制御回路6は出力駆動信号X1,Y1,Z1のチョッピングのオン割合を減少させ、ブラシレスモータ3の印加電圧を低くし、結果同ブラシレスモータ3の回転数を低くできる。
【0010】例えば、図7および図8に示すように、ブラシレスモータ3の目標回転数をNAからNB(>NA)へ変更する場合、あるいは目標回転数をNBからNC(<NB)へ変更する場合について説明する。
【0011】まず、制御回路6は所定時間(t0)毎に位置検出信号の立ち上がり、あるいは立ち下がり間の時間を計測し、この計測結果に基づいてブラシレスモータ3の現回転数を算出する。
【0012】そして、現回転数と目標回転数とを比較し、現回転数が目標回転数より低い場合、出力駆動信号X1,Y1,Z1のチョッピングのオン割合を増加させ、ブラシレスモータ3の印加電圧Vsを所定値V0だけ上昇させる(図7(b)に示す)。また、現回転数が目標回転数より高い場合、出力駆動信号X1,Y1,Z1のチョッピングのオン割合を減少させ、ブラシレスモータ3の印加電圧Vsを所定値V0だけ下降させる(図8(b)に示す)。
【0013】上記動作を繰り返すことにより、ブラシレスモータ3の印加電圧Vsが所定時間(t0)毎に所定値V0づつ上昇、下降し、図7および図8に示すようにブラシレスモータ3の回転数を任意の目標回転数NB(あるいはNC)に制御することができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ブラシレスモータの制御方法にあっては、図7および図8に示すように、ブラシレスモータ3の印加電圧を一定時間(t0)毎に一定値(例えばV0)だけ上昇、あるいは下降させ、つまり印加電圧Vsの変化率(dV/dt)を一定としている。
【0015】そのために、図7に示すように、ブラシレスモータ3の現回転数がNAである場合、ブラシレスモータ3の回転数NAを目標回転数NBに上昇させるためにはt1時からt3時まで14×t0かかり、しかも現回転数NAと目標回転数NBとの差が大きいほど、その回転数の上昇時間が長くなる。
【0016】また、図8に示すように、ブラシレスモータ3の現回転数がNBである場合、ブラシレスモータ3の回転数NBを目標回転数NCに下降させるためにはt4時からt6時まで11×t0かかり、同様に現回転数NBと目標回転数NCとの差が大きいほど、その回転数の下降時間が長くなる。
【0017】一方、図7に示すように、回転数NAから目標回転数NBに上昇させる場合、ブラシレスモータ3の回転数がt2時で一旦目標回転数NBに達しているにもかかわらず、それ以後のt3時まで回転数が目標回転数NB付近で変動することから、一定の目標回転数NBになるまでに時間がかかる。
【0018】同様のことが、回転数NBから目標回転数NCに下降させる場合にも言える。この場合、図8に示すように、ブラシレスモータ3の回転数が時間t5で一旦目標回転数NCに達しているもかかわらず、それ以後の時間t6まで回転数が目標回転数NC付近で変動することから、目標回転数NCとなるまでに時間がかかる。
【0019】また、ブラシレスモータ3の回転数が目標回転数になっているときに、例えば負荷の変動等によりその回転数が変動した場合、上述した回転数制御が再び開始されることから、再度目標回転数とするまで時間がかかる。
【0020】この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的はブラシレスモータの回転数を目標回転数とする際、その回転数の上昇時間および下降時間を短くし、つまり現回転数を速やかに目標回転数とすることができ、かつ回転数のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、回転数を同目標回転数で変動なしに一定に保つことができ、また負荷の変動等により回転数が変わった場合であっても、速やかに目標回転数として一定に保つことができるようにしたブラシレスモータの制御方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、この発明のブラシレスモータの制御方法は、ブラシレスモータの複数の固定子巻線に印加する電圧を可変して同ブラシレスモータの回転数を目標回転数に制御するブラシレスモータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの回転数を検出し、該検出回転数が前記目標回転数を含む所定回転数範囲内であるか否かを判断し、上記検出回転数(現回転数)が前記所定回転数範囲内では、前記変化率(dV/dt)を前記所定回転数範囲外のときよりも小さくするようにしている。
【0022】
【作用】上記手段としたので、上記ブラシレスモータの回転数を検出し、その検出回転数(現回転数)が目標回転数を含む所定回転数範囲内に入っているか否かを判断する。
【0023】現回転数がその所定回転数範囲外のときには、ブラシレスモータの固定子巻線に印加される電圧の変化率(dV/dt)を現回転数が所定回転数範囲のときに比べ大きく増加(あるいは減少)されるため、ブラシレスモータの回転数が急峻に上昇(あるいは下降)し、これによりブラシレスモータの回転数が速やかに目標回転数に近くされる。
【0024】そして、現回転数が上記所定回転数範囲内に入ったときには、ブラシレスモータの固定子巻線に印加される電圧の変化率(dV/dt)を現回転数が所定回転数範囲外のときに比べ小さく増加(あるいは減少)されるため、ブラシレスモータの回転数が緩やかに上昇(あるいは下降)し、これによりブラシレスモータの回転数が速やかに目標回転数に達し、かつ目標回転数に保たれる。
【0025】
【実施例】この発明のブラシレスモータの制御方法は、ブラシレスモータの複数の固定子巻線に印加する電圧を可変してブラシレスモータの回転数を目標回転数とするに際し、同ブラシレスモータの回転数を検出するとともに、この検出した回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲内に入っているか否かを判断し、現回転数が所定回転数範囲内の場合、つまり検出回転数(現回転数)が目標回転数に近づいた場合、回転数の上昇割合あるいは下降割合を所定回転数範囲外に比べ小さくすることにより、現回転数が目標回転数を越えることもなく、スムーズに目標回転数とする一方、現回転数が上記所定回転数範囲外の場合、回転数の上昇割合あるいは下降割合を所定回転数範囲内に比べ大きくする。
【0026】そのため、このブラシレスモータの制御装置は図1に示す構成になっている。なお、図中、図5と同一部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【0027】図1において、この制御装置は、図5に示す制御回路6の機能の他に、現に検出されている回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲内に入ったときにはブラシレスモータ3に印加する電圧Vsの変化率(dV/dt)をその所定回転数範囲外の場合より小さくするための駆動信号を出力する制御回路(マイクロコンピュータ)10を備えている。
【0028】次に、上記構成の制御装置に適用されるブラシレスモータの制御方法の作用を図2のフローチャート図と、図3および図4のグラフ図とを参照して詳しく説明する。
【0029】まず、制御回路10は所定時間t0毎に図2に示すフローチャートを実行し、例えば現回転数が図3のt10時でNA(=目標回転数)であるが、t11時で目標回転数がNBに変わったものとする。
【0030】すると、t11時ではまだ所定時間(t0)経過していないため、図2に示すフローチャートに入らず、したがってブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsはt10時のままであり、ブラシレスモータ3の回転数は変化しない。
【0031】所定時間(t0)の経過したt12時では、当該フローチャートを実行し、位置検出信号の立ち上がり、または立ち下がりの間の時間を計測し、この計測時間に基づいてブラシレスモータ3の現回転数を算出し(ステップST1)、この算出回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲A内に入っているか否かを判断する(ステップST2)。
【0032】現回転数NA<目標回転数NBであり、かつ所定回転数範囲A外のため、ステップST3に進み、現回転数が目標回転数より小さいか否かを判断する。すなわち、ブラシレスモータ3の回転数を上昇させるか、下降させるかを判断する。
【0033】図3に示す場合(NA<NB)、回転数を上昇させる必要があるためにステップST4に進み、ブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsを所定値(3×V0)だけ増加させる。すなわち、現回転数と目標回転数NBとの差が大きいことから、その印加電圧Vsの変化率(dV/dt)を現回転数が所定回転数範囲A内に比べ大きくし、ブラシレスモータ3の回転数を大きく上昇させる。なお、その印加電圧の変化率(dV/dt)の増加は、駆動信号のオン部分(図6(g)ないし(i)に示す)においてオン、オフ比のオン割合を増加させて行う。このときの電圧の変化率は3V0/t0である。
【0034】また、上記動作t13時、t14時つまり回転数Nb,Ncの場合においても、所定回転数範囲A外のため、t13時およびt14時では各固定子巻線の印加電圧Vsが所定値(3×V0)だけ増加される。このときの電圧の変化率は3V0/t0である。
【0035】一方、現回転数Ndが目標回転数NBを含む所定回転数範囲A内に入っている場合、ステップST2からST5に進み、現回転数が目標回転数NBであるか否かを判断する。現回転数が目標回転数NBに達していない場合、ステップST5からST6に進み、現回転数が目標回転数NBより小さいか否かを判断し、ブラシレスモータ3の回転数を上昇させるか、下降させるかを判断する。
【0036】現回転数Ndは現回転数Nd<目標回転数NBであり、回転数を上昇させる必要があるためにステップST7に進み、ブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsを所定値(V0)だけ増加する。すなわち、目標回転数NBが現回転数より大きいことから、その印加電圧Vsを増加し、ブラシレスモータ3の回転数を少し上昇させる。このときの電圧の変化率はV0/t0である。
【0037】また、上記動作は回転数Neの場合においても行われる。つまり、t16時でも各固定子巻線の印加電圧Vsは所定値(V0)だけ増加する。このときの電圧の変化率もV0/t0である。t17時になると、現回転数NB=目標回転数NBとなり、固定子巻線に印加する電圧は可変しない。
【0038】上記ステップST1ないしST7の動作が一定時間(t0)毎に繰り返されることより、現回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲A外の場合にはブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsが所定回転数範囲A内に比べ大きく増加されることにより、回転数が急峻に上昇される。また、現回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲A内の場合にはその印加電圧Vsが所定回転数範囲A外に比べ小さく増加されることにより、回転数が緩やかに上昇される。そして、現回転数が目標回転数NBに達しているときにはブラシレスモータ3の印加電圧Vsを可変せず一定のままとなる。
【0039】上記動作によると、ブラシレスモータ3の回転数が目標回転数NBに達するまでの時間は、図3(b)から明らかなように、5×t0となるため、従来と比較して上昇時間が短くなる。また、現回転数が目標回転数NB付近に達したときには、回転数の上昇割合が小さくなることから、目標回転数NBを越えることもなく、つまり回転数のオーバーシュートが抑えられる。
【0040】一方、図4に示すように、ブラシレスモータ3の目標回転数NBからNCとする場合、上記回転数の上昇制御と同様に一定時間(t0)毎に図2に示すフローチャートを実行して現回転数を目標回転数とする。例えば、ブラシレスモータ3の回転数が図4のt20時で目標回転数がNCに変わるものとする。なお、t20時ではまだ所定時間(t0)経過していないため、図2に示すフローチャートに入らず、ブラシレスモータ3の回転数は変化しない。
【0041】所定時間(t0)の経過したt21時では、当該フローチャートを実行し、位置検出信号の立ち上がり、または立ち下がりの間の時間を計測し、この計測時間に基づいてブラシレスモータ3の現回転数を算出し(ステップST1)、この算出回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲A内に入っているか否かを判断する(ステップST2)。
【0042】現回転数NA<目標回転数NBであり、かつ所定回転数範囲A外のため、ステップST3に進み、現回転数が目標回転数より小さいか否かを判断する。すなわち、ブラシレスモータ3の回転数を上昇させるか、下降させるかを判断する。
【0043】図4に示す場合(NB>NC)、回転数を下降させる必要があるためにステップST8に進み、ブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsを所定値(3×V0)だけ減少させる。すなわち、現回転数NBと目標回転数NCとの差が大きいことから、その印加電圧Vsの変化率(dV/dt)を現回転数が所定回転数範囲A内に比べて大きくし、ブラシレスモータ3の回転数を大きく下降させる。なお、その印加電圧の変化率(dV/dt)の増加は、駆動信号のオン部分(図6(g)ないし(i)に示す)においてオン、オフ比のオン割合を減少させて行う。このときの電圧の変化率は3V0/t0である。
【0044】また、上記動作はt22時においても、現回転数Nfが所定回転数範囲A外であるため、各固定子巻線の印加電圧Vsが所定値(3×V0)だけ減少される。
【0045】一方、現回転数Ngが目標回転数NCを含む所定回転数範囲A内の場合、ステップST2からST5に進み、現回転数Ngが目標回転数NCであるか否かを判断する。現回転数Ngが目標回転数NCに達していない場合、ステップST5からST6に進み、現回転数Ngが目標回転数NCより小さいか否かを判断する。すなわち、ブラシレスモータ3の回転数を上昇させるか、下降させるかを判断する。
【0046】現回転数Ngは現回転数Ng>目標回転数NCであるため、回転数を下降させる必要があるためにステップST9に進み、ブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsを所定値(V0)だけ減少する。すなわち、現回転数が目標回転数NCより大きいことから、その印加電圧Vsを減少し、ブラシレスモータ3の回転数を下降させる。
【0047】また、上記動作はt24時の現回転数Nhにおいても各固定子巻線の印加電圧Vsを所定値(V0)だけ増加する。このときの電圧の変化率はV0/t0である。
【0048】t25時になると、現回転数NC=目標回転数NCとなり、固定子巻線に印加電圧は可変しない。
【0049】上記ステップST1ないしST9の動作が一定時間(t0)毎に繰り返し行われることにより、現回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲A外の場合にはブラシレスモータ3の各固定子巻線の印加電圧Vsが所定回転数範囲A内に比べて大きく減少され、つまり回転数が急峻に下降され、現回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲内の場合にはその印加電圧Vsが所定回転数範囲A外に比べて小さく減少され、つまり回転数が緩やかに下降される。
【0050】そして、現回転数が目標回転数NCに達したときにはブラシレスモータ3の印加電圧Vsを可変せず一定にする。
【0051】上記動作によると、ブラシレスモータ3の回転数が目標回転数NCに達するまでの時間は、図4(b)から明らかなように、4×t0となるため、従来と比較して下降時間が短くなる。また、現回転数が目標回転数NC付近に達したときには、回転数の下降割合が小さくなることから、目標回転数NCを越えることもなく、つまり回転数のアンダーシュートが抑えられる。
【0052】このように、上記ブラシレスモータ3の回転数を目標回転数とするに際し、例えば回転数制御当初はブラシレスモータ3の印加電圧の変化率(dV/dt)が大きくされ、当該回転数を速やかに目標回転数に近づけ、現回転数が目標回転数に近づくと、その印加電圧の変化率(dV/dt)が小さくされる。
【0053】したがって、現回転数を目標回転数とする場合、ブラシレスモータ3の回転数を短時間で目標回転数にすることができ、また目標回転数に対する回転数の変化曲線がオーバーシュートやアンダーシュートとならずに済み、つまり回転数が目標回転数となっても変動せずに一定になるという効果がある。
【0054】また、上記ブラシレスモータ3を例えば空気調和機のモータとして用いた場合、負荷の変動により同ブラシレスモータ3の回転数が変動した場合、上記制御方法の実行によって回転数を速やかに目標回転数に復帰させることができる。
【0055】また、この例ではdtを一定(t0)としてdVを可変し、電圧の変化率dV/dtを可変したが、この方法に限らず、電圧の変化率を可変できる方法であればよく、例えばdVを一定としてdtを可変してもよく、あるいはdVおよびdtをそれぞれ可変するようにしてもよい。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のブラシレスモータの制御方法によれば、ブラシレスモータの回転数を目標回転数とするに際し、同ブラシレスモータの回転数を検出するとともに、この検出回転数が目標回転数を含む所定回転数範囲内にあるか否かを判断し、この判断結果に応じてブラシレスモータの複数固定子巻線の印加電圧の変化率を可変するようにしたので、目標回転数に達するまでのブラシレスモータの回転数の上昇時間あるいは下降時間を短縮することができ、またブラシレスモータの負荷が変動し、同ブラシレスモータの回転数が変動した場合にも当該制御方法が適用されるため、同回転数を速やかに目標回転数に復帰させることができる。
【0057】また、現回転数が目標回転数に近づくほど、上記印加電圧の変化率を小さくすることにより、回転数のオーバーシュートやアンダーシュートを抑えることができ、回転数が目標回転数となった後、同回転数が変動せずに一定になるという効果がある。




 

 


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