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発明の名称 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8−23695
公開日 平成8年(1996)1月23日
出願番号 特願平6−177600
出願日 平成6年(1994)7月6日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大原 拓也
発明者 山本 裕幸
要約 目的
モータの制御方法において、モータの回転数や負荷によらず適切な通電切り替えタイミングを得、また安価に済ませる。

構成
ブラシレスモータ1をPWM制御方式で回転制御する際、前記ブラシレスモータの複数の電機子巻線の通電を同ブラシレスモータの回転子の位置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法において、前記電機子巻線の端子電圧を波形整形回路10で波形整形し、この波形整形した信号の誘起電圧波形と基準電圧とを比較回路11で比較して交点の電圧を検出し、先の交点の電圧のタイミングの位置信号を制御回路12に入力しており、この制御回路12は位置信号をもとにしてブラシレスモータ1の回転数を算出し、かつPWM制御のためのチョッピングのオン、オフ比によりブラシレスモータの負荷状態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて上記基準電圧の値を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタイミングを得る。
特許請求の範囲
【請求項1】 モータを回転制御する際、前記モータの複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法において、前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻を検出し、先の時刻のタイミングをもとにして前記電機子巻線の通電切り替えタイミングを得る際、前記モータの回転数や前記負荷に応じて前記基準電圧を可変するようにしたことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項2】 ブラシレスモータをPWM制御方式で回転制御する際、前記ブラシレスモータの複数の電機子巻線の通電を同ブラシレスモータの回転子の位置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法において、前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻を検出し、先の時刻のタイミングの位置信号をマイクロコンピュータに入力しており、該マイクロコンピュータは前記位置信号をもとにして前記ブラシレスモータの回転数を算出し、かつ前記PWM制御のためのチョッピングのオン、オフ比により前記ブラシレスモータの負荷状態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて前記基準電圧を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタイミングを得るようにしたことを特徴とするモータの制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は空気調和機等に用いられるモータ(例えばセンサレス直流ブラシレスモータ)の回転子の位置検出技術に係り、特に詳しくはモータを最大効率で運転可能とするモータの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】このセンサレスDCブラシレスモータ(以下ブラシレスモータと記す)を回転制御するには、例えば三相のブラシレスモータの場合図4に示す制御装置を必要とする。
【0003】図4において、この制御装置は、ブラシレスモータ1の複数の電機子巻線に直流電源Vccをスイッチングして印加する駆動部2と、ブラシレスモータ1の端子電圧(図5(a),(b),(c)に示す;120度位相の異なる電圧;誘起電圧)U,V,Wと所定基準電圧とを比較して仮想中性点(図5に示すa)を検出する位置検出回路3と、これら検出された仮想中性点aを所定位相遅れ(例えばπ/6位相遅れ)とした位置検出タイミングを得、この位置検出に基づいて各電機子巻線の通電切り替えタイミングを得て駆動信号を出力し、また駆動部2の少なくとも一方のアームのスイッチング素子(下アームスイッチング素子)を駆動する駆動信号を回転数に応じてチョピングする制御回路(マイクロコンピュータ)4とを備えている。
【0004】なお、位置検出回路3においては、ブラシレスモータ1に印加するための直流電圧Vccの1/2を基準電圧とし、入力端子電圧U,V,Wの誘起電圧波形とその基準電圧Vcc/2とを比較して仮想中性点aの位置信号を出力する。
【0005】上記構成の制御装置において、制御回路4はブラシレスモータ1の起動時に駆動部2のスイッチング素子を所定にオン、オフする駆動信号を出力して同ブラシレスモータ1の各電機子巻線の通電を切り替え、ブラシレスモータ1を所定時間同期運転とする。
【0006】所定時間経過後、同期運転から位置検出による運転に切り替えるが、このとき制御回路4は位置検出回路3からの3つの信号によりブラシレスモータ1の回転子の位置を検出する。そして、その位置検出に基づいて駆動部2のトランジスタを所定にオン、オフ駆動して各電機子巻線の通電を切り替え、ブラシレスモータ1を回転制御する。
【0007】また、その位置検出をもとにして回転数を算出するとともに、この算出回転数と目標回転数とを比較し、この比較結果に応じて下アームのスイッチング素子を駆動する駆動信号のチョッピング比(オン、オフ比)を可変し、ブラシレスモータ1を目標回転数に回転制御する(いわゆるPWM制御方式)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記モータの制御方法においては、各仮想中性点aを基準にして電機子巻線の通電切り替えタイミングを得ているが、ブラシレスモータ1の回転数や負荷により端子電圧の誘起電圧波形が異なり(図5(a)ないし(c)に示す)、結果仮想中性点aの検出タイミングが異なり(位相角が異なり)、ブラシレスモータを最大効率で運転することができなくなるという問題点がある。
【0009】すなわち、基準電圧がVcc/2と一定であるため、例えば図5(a)に示す場合には位相角が20度に、同図(c)に示す場合には位相角が40度になり、本来の位相角30度と異なり、通電切り替えタイミングが不適当なものになってしまうからである。
【0010】また、その位相角が異なることにより、通電切り替えタイミングまでの時間算出に際して、調整を必要とし、この調整を含めた算出時間が長くなり、例えば図5(a)に示す場合高速演算可能な高価なマイクロコンピュータを用いないと、位相角30度の通電切り替えタイミングに間に合わないこともある。
【0011】この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的はモータの回転数や負荷によらず適切な通電切り替えタイミングを得ることができ、ひいてはモータを最大効率で運転することができ、また安価に済ませることができるようにしたモータの制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、この発明はモータを回転制御する際、前記モータの複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法において、前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻を検出し、先の時刻のタイミングをもとにして前記電機子巻線の通電切り替えタイミングを得る際、前記モータの回転数や前記負荷に応じて前記基準電圧を可変するようにしたことを要旨とする。
【0013】また、前記モータとしてブラシレスモータを用い、前記電機子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して同端子電圧の誘起電圧波形と基準電圧との交点の電圧の時刻を検出し、先の時刻のタイミングの位置信号をマイクロコンピュータに入力しており、該マイクロコンピュータは前記位置信号をもとにして前記ブラシレスモータの回転数を算出し、かつ前記PWM制御のためのチョッピングのオン、オフ比により前記ブラシレスモータの負荷状態を検出し、前記回転数や負荷状態に応じて前記基準電圧を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタイミングを得るものである。
【0014】
【作用】上記手段としたので、上記モータ(ブラシレスモータを含む)の回転数や負荷状態により、モータの電機子巻線の端子電圧の誘起電圧波形が異なると、この誘起電圧波形と比較する基準電圧が可変される。
【0015】この基準電圧の可変により、誘起電圧波形と基準電圧との交点である位置信号が不適当なものとならず、この先の交点から所定位相角遅れのタイミングが常に最適ものとなり、つまり通電切り替えタイミングとして運転効率を最大とするものが得られる。
【0016】また、上記マイクロコンピュータにて位置信号から1周期の時間が算出され、かつ位置信号のエッジからその所定位相角(30度等)遅れのタイミング(通電切り替えタイミング)が算出される。このとき、上述したように、位置信号のタイミングが何等の調整を必要とせず、位相角30度分の時間が確保される。つまり、マイクロコンピュータとしては演算速度が高速でない安価ものを用いることができる。
【0017】
【実施例】この発明のモータの制御方法は、例えば三相のブラシレスモータの電機子巻線の端子電圧(誘起電圧)と基準電圧とを比較する際、図2に示すようにモータの回転数や負荷に応じて基準電圧Ethを可変すれば、位置信号の検出タイミングを変えることができ、つまり最適な通電切り替えタイミングとして必要な位置信号のエッジから所定位相角遅れタイミングを得ることができることに着目したものである。
【0018】そのため、この発明のモータの制御方法が適用される制御装置は例えば図1に示す構成をしている。なお、図中、図4と同一部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【0019】図1において、この制御装置は、例えば三相のブラシレスモータ1の3つの電機子巻線の端子電圧(120度位相の異なる電圧;誘起電圧)U,V,Wを入力して波形整形する波形整形回路10と、これらの端子電圧U,V,Wの誘起電圧と所定基準電圧Ethとを比較して各相の位置信号を検出する比較回路11と、図4に示す制御回路4の機能の他に、ブラシレスモータ1の回転数や負荷により上記所定基準電圧Ethの値を設定し、この設定基準電圧Ethの値をディジタル出力する制御回路(マイクロコンピュータ)12と、この制御回路12からのディジタルデータをアナログに変換して上記比較回路11で用いる所定基準電圧Ethを得るD/A変換回路13とを備えている。なお、制御回路12がD/A変換機能を内蔵している場合にはそのD/A変換回路13を省いくことも可能である。
【0020】波形整形回路10は、フィルタ、サンプリング・ホールドおよびマルチ・バイブレータ等の回路からなり、例えば通電切り替え時のスパイク電圧波形やPWM制御のチョッピング波形を除去した誘起電圧波形を含む信号を出力する。
【0021】制御回路12は、比較回路11からの信号により1周期(1回転)の時間T1を検出する回転周期検出部12aと、このこの検出タイミング(仮想中性点aのタイミング)をもとにしてブラシレスモータ1の通電切り替えタイミング(所定位相角(30度、90度)遅れのタイミング)を発生する通電切替タイミング発生部12bと、その1回転の時間T1による現回転数と当該目標回転数との差に応じてPWM制御の現チョッピングのオン、オフ比を可変するPWM制御部12Cと、その通電切り替えタイミングで駆動部2のスイッチング素子をオン、オフするための駆動信号を発生する駆動信号発生部12dと、この駆動信号発生部12dからの駆動信号のうち、例えば駆動部2の下アームスイッチング素子を駆動する駆動信号のオン部分をPWM制御部12cからのPWM制御信号でチョッピングして出力する速度制御部12eと、その1回転の時間T1による現回転数やPWM制御のチョッピングのオン、オフによる負荷状態に応じて上記比較回路11で用いて基準電圧Ethを設定する比較電圧発生部12fとを備えいる。なお、図1に示す制御回路11はアルゴリズム的なものである。
【0022】次に、上記構成のモータの制御装置が適用される回転子位置検出方法の作用を図2および図3のタイムチャート図を参照して詳しく説明する。
【0023】まず、ブラシレスモータ1の起動時において、制御回路12は従来同様にブラシレスモータ1を同期運転とするために駆動信号を出力して駆動部2の複数のスイッチング素子を所定にオン、オフし、直流電源Vccをスイッチングしてブラシレスモータ1の各電機子巻線に印加し、同各電機子巻線の通電を順次切り替える。
【0024】上記同期運転を所定時間行った後、制御回路12はブラシレスモータ1の回転子の位置検出に基づいて直流電源Vccをスイッチングして各電機子巻線に印加し、同各電機子の通電を順次切り替える。
【0025】上記位置検出による運転に切り替えるに際し、波形整形回路10にはブラシレスモータ1の各電機子巻線の端子電圧U,V,Wが入力しており、この波形整形回路10は図3(a),(c)および(d)に示す位置信号を出力する。
【0026】比較回路11はその波形信号とD/A変換された電圧とを比較し、誘起電圧波形と基準電圧Ethとの交点である位置信号を出力する(図3(b)を参照)。
【0027】その比較結果の位置信号が制御回路12に入力しており、この制御回路12の回転周期検出部12aは位置信号の1周期の時間T1を検出する。
【0028】通電切替タイミング発生部12bは上記検出時間T1に基づいて所定位相角(30度、90度)遅れのタイミング(時間T2,T3)を算出するとともに、上記位置信号のエッジからその時間T2,T3を計測して通電切り替えタイミングを発生する。駆動信号発生部12dはその通電切り替えタイミングで駆動信号を発生する。
【0029】また、PWM制御部12cは1周期の時間T1による回転数と当該目標回転数との差に応じてPWM制御のための現チョッピングのオン、オフ比を変える。速度制御部12eはそのチョッピングにより駆動部2の下アームスイッチング素子を駆動する駆動信号のオン部分をチョッピングする。これにより、ブラシレスモータ1の印加電圧が変えられ、ブラシレスモータ1の回転数が目標回転数に保たれる。
【0030】上記回転制御時において、比較電圧発生部12fは回転周期検出部12aおよびPWM制御部12cからの情報、つまり回転数やブラシレスモータ1の負荷状態に応じて比較回路11の基準電圧Ethの値を設定する。なお、負荷状態は例えばPWM制御時には現チョッピングのオン、オフ比をもとにして判断することが可能である。上記設定される基準電圧Ethの値は回転数や負荷状態に応じて算出してもよく、またブラシレスモータ1の負荷が決っている場合予め得た基準電圧Ethの値をROMに記憶しておくようにしてもよい。
【0031】この場合、現回転数や負荷状態に応じて基準電圧Ethを設定し、つまりブラシレスモータ1の運転効率が最大となる通電切り替えタイミングを得ることができるように基準電圧Ethの値を可変する。この設定基準電圧Ethの値がD/A変換回路13でアナログ値に変換され、このアナログ変換された基準電圧Ethが比較回路11に入力される。
【0032】これにより、例えば図2(a)ないし(c)に示すように、ブラシレスモータ1の回転数や負荷状態によって端子電圧U,V,Wの誘起電圧波形が異なっても、その基準電圧Ethを可変することにより、この基準電圧Ethと誘起電圧波形との交点から次の通電切り替えまでの角度が常に一定となる。
【0033】このようにして得られた位置信号が制御回路12に入力すると、この制御回路12の通電切替タイミング部12bは回転周期検出部12aにおける検出時間(1周期の時間)T1をもとにしてその仮想中性点aからの所定位相角遅れのタイミングの時間T1/12(T2=30度)およびT1/4(T3=90度)を算出する。
【0034】また、上述したように、通電切替タイミング部12bは比較回路11からの位置信号のエッジから算出時間T2,T3を計測して通電切り替えタイミングを発生する。したがって、通電切り替えタイミングが回転数によって異なることもなく、常に最適なタイミング(最大運転効率のタイミング)を得ることができる。
【0035】なお、上記実施例では、三相のブラシレスモータ1の3つの端子電圧U,V,Wの誘起電圧波形を用いて通電切り替えタイミングを得ているが、1つの端子電圧の誘起電圧波形を用いて各相の通電切り替えタイミングを得るも可能である。この場合、T1/12(30度)、T1/4(90度)の他に、5T1/12(150度)、7T1/12(210度)、3T1/12(290度)および11T1/12(330度)算出し、これら時間を計測して通電切り替えタイミングを発生すればよい。
【0036】このように、ブラシレスモータ1の電機子巻線の端子電圧(誘起電圧)と基準電圧Ethとを比較する際に、その基準電圧Ethをブラシレスモータ1の回転数や負荷状態に応じて可変し、その先の誘起電圧と基準電圧の交点から所定位相角遅れのタイミング(いわゆる通電切り替えタイミング)を1周期の時間をもとにして算出し、かつ位置信号のエッジからその算出時間を計測して通電タイミングを得る。
【0037】したがって、回転数や負荷状態に応じてその端子電圧の誘起電圧波形が異なることにより、誘起電圧波形と基準電圧との交点のタイミングが変わる場合、その基準電圧が可変されることから、適切な位置信号のタイミングを得ることができ、しかも通電切り替えタイミングを発生させるための時間の計測を調整することなしに、その位置信号のエッジから必要な位相角遅れの通電切り替えタイミングを得ることができ、かつ運転効率の最大とする通電切り替えタイミングを得ること可能である。
【0038】しかも、比較回路11からの位置信号のエッジからその必要な位相角までの時間の算出する際、位相角30度分の時間が確実に確保され、つまりその算出に必要な時間が短くならないことから、制御回路12のマイクロコンピュータとしては高速演算機能のものを使用せずともよく、つまり低速演算機能の安価なマイクロコンピュータを用いることができるという利点がある。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のモータの制御方法によれば、モータを回転制御する際、前記モータの複数の電機子巻線の通電を同モータの回転子の位置検出に基づいて切り替えるモータの制御方法において、モータの電機子巻線の端子電圧(誘起電圧)と基準電圧とを比較して位置信号のタイミングを得る際に、その基準電圧をモータの回転数や負荷状態に応じて可変し、その位置信号のエッジから所定位相角遅れのタイミング(いわゆる通電切り替えタイミング)を1周期の時間をもとにして算出するようにしたので、誘起電圧波形と基準電圧との交点である位置信号のタイミングが変わる場合、その基準電圧が可変されることから、適切な位置信号のタイミングを得ることができ、しかも通電切り替えタイミングを発生させるための時間の計測を調整することなしに、その位置信号のエッジから必要な位相角(例えば30度、90度等)遅れの通電切り替えタイミングを得ることができ、かつ運転効率の最大とする通電切り替えタイミングを得ることが可能である。
【0040】また、この発明によれば、上記位置信号のタイミングをマイクロコンピュータに入力しており、このマイクロコンピュータはその位置信号をもとにしてモータの回転数を算出し、かつPWM制御のためのチョッピングのオン、オフ比によりモータの負荷状態を検出し、この回転数や負荷状態に応じて上記基準電圧を可変し、前記位置信号に基づいて前記ブラシレスモータの運転効率を最大とする通電切り替えタイミングを得るようにしたので、上述同様の効果を有しており、かつ位置信号のエッジから位相角30度分の時間が確実に確保されることから、マイクロコンピュータとして低速演算機能の安価なもの用いることができ、結果コスト低下が図れるという有用な効果がある。




 

 


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