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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8−168287
公開日 平成8年(1996)6月25日
出願番号 特願平6−331533
出願日 平成6年(1994)12月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大原 拓也
発明者 尾原 義之
要約 目的
モータの制御方法において、モータの負荷状態に応じてモータトルクを可変し、回転むらを軽減し、これによりモータの振動や騒音を抑える。

構成
ブラシレスモータ1を回転制御する際、同ブラシレスモータ1の負荷状態に応じてトルク制御を行なうモータの制御方法であって、そのトルク制御のための基本トルクパターンを基本トルクパターンROM10aに記憶している制御回路10は、速度指令部4bからの速度指令によりブラシレスモータ1をPWM制御し、かつ回転が安定したときに、制御(演算)部10bでそのPWM制御のためのオン、オフ比および位置検出回路3からの位置検出信号をもとして算出した現回転数によりブラシレスモータ1の負荷状態を検出するとともに、この検出負荷状態に応じて基本トルクパターンを最適なトルクパターンに変更するためのゲインを算出し、このゲインを基本トルクパターンに乗じて新たなトルクパターンを得、このトルクパターンにより上記PWM制御のためのオン、オフ比を補正してブラシレスモータ1のトルク制御を行なう。
特許請求の範囲
【請求項1】 モータを回転制御する際、同モータの負荷に応じてトルク制御を行うモータの制御方法であって、前記モータをトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、前記モータの負荷状態を検出するとともに、該負荷状態に応じて前記基本トルクパターンのゲインを可変した新たなトルクパターンを得、該得られた新たなトルクパターンをもとにして前記モータをトルク制御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】 空気調和機の圧縮機のモータとしてのブラシレスモータをPWM制御で回転制御する際、同ブラシレスモータの負荷に応じてトルク制御を行うモータの制御方法であって、前記ブラシレスモータをトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、前記ブラシレスモータの負荷状態を前記PWM制御のための現オン、オフ比および現回転数をもとにして判断し、該判断結果による負荷状態に応じて前記基本トルクパターンのゲインを可変した新たなトルクパターンを得、該得られた新たなトルクパターンをもとにして前記PWM制御のためのオン、オフ比を可変して前記ブラシレスモータをトルク制御す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の圧縮機(コンプレッサ)等に用いるモータ、例えばセンサレス直流ブラシレスモータ(以下ブラシレスモータと記す)の回転制御技術に係り、特に詳しくはトクル変動を抑え、振動や回転むらの軽減を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】このモータを圧縮機等のモータとして利用する場合、例えば図4に示す制御装置が必要である。図4において、この制御装置は、直流電源Vccをスイッチングしてブラシレスモータ1に印加するインバータ部2と、ブラシレスモータ1がセンサレスである場合同ブラシレスモータ1の電機子巻線の端子電圧(誘起電圧)に基づいて回転子1aの位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出回路3と、その位置検出信号に基づいてブラシレスモータ1の電機子巻線の通電を切り替えるための駆動信号を出力するとともに、同駆動信号のうちの所定駆動信号をチョッピングするためにデューティ出力信号を出力する制御回路(マイクロコンピュータ)4とを備えている。
【0003】インバータ部2は、上アームのスイッチング素子U,V,Wおよび下アームのスイッチング素子X,Y,Zをブリッジ接続した駆動回路2aと、制御回路4からのPWM信号により下アームのスイッチング素子X,Y,Zを駆動する駆動信号のオン区間をチョッピングするチョッピング部2bと、このチョッピングされた駆動信号を含む駆動信号により駆動回路2aの各スイッチング素子U,V,W,X,Y,Zを駆動するドライバ部2cとを備えている。
【0004】制御回路4は、入力位置検出信号をもとにして駆動回路2aの各スイッチング素子を駆動してブラシレスモータ1の電機子巻線の通電を切り替えるための駆動信号を発生する駆動信号発生部4aと、ブラシレスモータ1の回転速度の指令を出す速度指令部4bと、入力位置検出信号により回転速度(回転数)を検出するとともに、その速度指令および検出回転速度に基づいて上記チョッピングのオン、オフ比の制御信号を出力する制御部4Cと、この制御信号により下アームスイッチング素子X,Y,Zの駆動信号をチョッピングするためのPWM信号を出力PWM信号発生部4dとを備えている。
【0005】上記構成の制御装置によると、ブラシレスモータ1の回転数を位置検出信号に基づいて算出し、この算出回転数が目標回転数と異なっているときには速度指令のPWMオン時間(および指令PWMオフ時間)を変え、つまPWM信号のオン、オフ比(PWM制御のためのオン、オフ比)を可変し、同ブラシレスモータ1の回転数を目標回転数に調整することができる。
【0006】ところで、上記制御装置におけるトルク制御においては、例えば1回転中において回転むらが生じる場合、その回転むらを相殺するようなトルクを発生するパターンを用いてモータトルクを可変し、その回転むらを軽減する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モータの制御方法において、1つのトルクパターンではブラシレスモータ1の負荷が変動する場合適切なトルク制御ができない。そこで、複数のトルクパターンを有すればよいが、ブラシレスモータ1の負荷変動に対応するためには極めて多数のパターンが必要であり、この多数のトルクパターンを記憶する大容量のメモリや電流検出回路等のハードウェア回路が必要であり、コストアップになるという問題点がある。
【0008】また、例えばブラシレスモータ1を空気調和機のコンプレッサのモータとして用いた場合、つまり1回転中において冷媒の吸入、圧縮および排出の一連の動作が行われる場合、モータトルクが印加電圧に対して一定のトルクを発生するのに対し、負荷に対応して回転数(速度)が変動し、この回転数(速度)の変動により振動や騒音が発生するという問題点がある。
【0009】上記振動は特にコンプレッサを停止せずに出力を下げた場合に大きくなり、しかもその振動により空気調和機の配管にストレスがかかり、配管の劣下を著しく促進するという問題点がある。また、上記振動や騒音により、夏期の寝苦しい夜における冷房運転時には睡眠を妨げることにもなる。
【0010】この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は基本トルクパターンによりブラシレスモータの負荷状態に応じたトルク制御を可能とすることができ、これにより回転むらの低減を図ることができ、ひいては振動や騒音を抑えることができ、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。
【0011】
【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、同モータの負荷に応じてトルク制御を行うモータの制御方法であって、前記モータをトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、前記モータの負荷状態を検出するとともに、該負荷状態に応じて前記基本トルクパターンのゲインを可変した新たなトルクパターンを得、該得られた新たなトルクパターンをもとにして前記モータをトルク制御するようにしたことを要旨とする。
【0012】また、この発明のモータの制御方法によれば、前記モータをブラシレスモータとして空気調和機の圧縮機(コンプレッサ)に用い、前記ブラシレスモータの負荷状態を同ブラシレスモータをPWM制御のための現オン、オフ比および現回転数をもとにして判断し、該判断結果による負荷状態に応じて前記基本トルクパターンのゲインを可変した新たなトルクパターンを得るようにしたもである。
【0013】
【作用】上記手段としたので、上記モータの回転制御において回転が安定したとき、モータの負荷状態が検出され、例えばモータの回転制御がPWM制御方式である場合、PWM制御のための現オン、オフ比および現回転数をもとにしてその負荷状態が判断される。
【0014】例えば、ある回転数に対してPWMのデューティ比のオン時間を基準とし、この基準における負荷を基準負荷とする。すると、同じ回転数に対してデューティ比のオン時間が大きいときには負荷状態が基準負荷より大きいと判断され、またその同じ回転数に対してデューティ比のオン時間が小さいときには負荷状態が基準負荷より小さいと判断される。
【0015】また、ブラシレスモータの安定回転時の負荷状態(平均負荷状態)が検出され、この平均負荷状態に応じて基本トルクパターンに乗じる係数値が算出され、この算出係数値が基本トルクパターンに乗じて新たなトルクパターンが作成される。つまり、トルクパターンのゲインを変えた最適なトルクパターンが作成される。
【0016】このように、1つのトルクパターンを用意しておくだけ、負荷状態に対応する最適なトルクパターンを得ることができ、このトルクパターンによりトルク制御が行われることから、モータの回転むらや振動が小さくされる。
【0017】ところで、モータトルクは印加電圧に対して一定のトルクを発生するため、例えば空気調和機のコンプレッサの場合モータの1回転中における冷媒の吸入、圧縮および排出の一連の動作(コンプレッサ負荷)により回転むらが生じる。
【0018】しかし、上記1つの基本トルクパターンにより1回転中における回転むらを相殺するトルクパターンが得られることから、振動や騒音が抑えられる。
【0019】
【実施例】この発明のモータの制御方法は、例えばPWM制御方式の場合モータ(ブラシレスモータ)を回転制御するためのPWM制御のオン、オフ比および現回転数の情報により負荷状態の判断が可能であることに着目し、モータをトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、ブラシレスモータの負荷状態を検出するとともに、この検出負荷状態に応じて基本トルクパターンを最適なトルクパターンに変更するためのゲインを算出し、このゲインを基本トルクパターンに乗じてその負荷による回転むら等を相殺するに最適なトルクパターンを得る。
【0020】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。
【0021】図1において、この制御装置は、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をトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、ブラシレスモータ1の負荷状態を検出するとともに、この検出負荷状態に応じて基本トルクパターンのゲインを可変し、この可変されたトルクパターンを用いてトルク制御を行う制御回路(マイクロコンピュータ)10を備えている。
【0022】制御回路10は、上記基本トルクパターンを記憶している基本トルクパターン10aと、速度指令部4bからの速度指令によりブラシレスモータ1をPWM制御するためのオン、オフ比の制御信号を出力する一方、そのPWM制御のためのオン、オフ比および位置検出回路3からの位置検出信号により算出された現回転数によりブラシレスモータ1の安定回転時の負荷状態(平均負荷状態)を検出し、この負荷状態に応じて基本トルクパターンを最適なトルクパターンに変更するためのゲイン(係数値)を算出し、この算出ゲインを基本トルクパターンに乗じて新たなトルクパターンを得、この得られたトルクパターンにより上記オン、オフ比を補正した制御信号を出力する制御(演算)部10bとを備えている。
【0023】次に、上記構成のブラシレスモータの制御装置の動作を図2および図3のフローチャート図を参照して詳細に説明すると、まずブラシレスモータ1の回転子1aの位置検出信号に基づいて同ブラシレスモータ1の複数の電機子巻線の通電を切り替え、かつ速度指令にしがって所定オン、オフ比のPWM信号を発生して駆動回路2aの下アームスイッチング素子X,Y,Zの駆動信号をチョッピングし、ブラシレスモータ1の回転数を目標回転数にするものとする。
【0024】この位置検出による運転時において、制御回路10はブラシレスモータ1の負荷状態を検出し(ステップST1)、この負荷状態に応じて基本トルクパターンを最適なトルクパターンに変更するためにゲインを決定する(ステップST2)。
【0025】この決定ゲインを基本トルクパターンに乗じて新たなトルクパターンを算出し(ステップST3)、この算出トルクパターンを用いてブラシレスモータ1のトルク制御を行う(ステップST4)。
【0026】具体的に説明すると、例えばブラシレスモータ1の回転が安定したときにはトルクパターンの変更指令を出し(ステップST10)、入力位置検出信号のエッジ(立ち上がり、立ち下がり)間を計測してブラシレスモータ1の1回転に要する時間(回転速度;回転数)を算出し(ステップST11)、さらにブラシレスモータ1を現に回転制御しているチョッピングデータ(PWM信号のオン、オフ比)を取得する(ステップST12)。
【0027】続いて、その算出現回転数および取得オン、オフ比の情報によりブラシレスモータ1の安定回転時の負荷状態を検出する。すなわち、ブラシレスモータ1の回転数および現PWMのデューティ比によって検出された現負荷が既知負荷(基準負荷)よりどの程度変化しているかを求める。なお、基準負荷は例えばある回転数に対してPWMのデューティ比のオン時間を基準としたときの負荷である。
【0028】そして、その検出負荷状態に応じて基本トルクパターンを最適なトルクパターンに変更するためのゲイン(係数値)を得るための関数演算を行い、いわゆる基本トルクパターンを負荷変動を相殺するに必要な最適なトルクパターンに変更するためのゲインを演算する(ステップST13)。
【0029】続いて、基本トルクパターンROM10aから基本トルクパターンを読み出すとともに、上記得られたゲインをその基本トルクパターンに乗じて新たなトクルパターンを作成する(ステップST14)。
【0030】続いて、上記作成された新たなトルクパターンに基づいてPWM信号のオン、オフ比を補正した制御信号をPWM信号発生部4dに出力し、このPWM信号発生部4dはその制御信号に基づいたPWM信号(オン、オフ比を補正したPWM信号)を出力する。
【0031】そのPWM信号によりチョッピング回路2bは駆動回路2aの下アームスイッチング素子X,Y,Zの駆動信号のオン部分をチョッピングするため、ブラシレスモータ1の各電機子巻線の印加電圧が変えられ、つまりブラシレモータ1のモータトルクが可変される。しかも、このトルク制御に用いたトルクパターンがブラシレスモータ1のトクルを負荷状態に対応した最適なものであり、この最適なトルクパターンのより負荷によるブラシレスモータ1の回転むら(1回転中における回転むら)を相殺することができ、ひいては回転むらが軽減され、これにより振動が軽減される。
【0032】また、基本トルクパターンを1つ用意すればよいことから、トルクパターン用のメモリ(ROM)の容量が小さくて済み、上記負荷検出方法を適用すれば新たなハードウェア回路(電流検出回路等)を必要とせずに、ソフトウェア処理で対処することができることから、安価に済ませることができる。
【0033】ところで、上記ブラシレスモータ1を空気調和機のコンプレッサのモータに用いた場合、モータトルクは印加電圧に対して一定のトルクを発生するため、空気調和機のコンプレッサの1回転中における冷媒の吸入、圧縮および排出の一連の動作(コンプレッサ負荷)により回転速度が変動し、振動が発生する。
【0034】しかしながら、この発明よれば、空気調和機の室外機における振動や騒音を軽減することができ、また振動が抑えられることから、配管ストレスによる配管の劣下を著しく低減することができ、ひいては配管を短くして小型化を図ることができ、さらに振動や騒音が抑えられることから、夏期の寝苦しい夜における冷房運転時には睡眠を妨げることもない。
【0035】
【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、モータをトルク制御するための基本トルクパターンを1つ有し、ブラシレスモータの負荷状態を検出するとともに、この検出負荷状態に応じて基本トルクパターンを変更するためのゲインを算出し、このゲインを基本トルクパターンに乗じて新たなトルクパターンを得るようにしたので、トルクパターンとしては1つで済むことから、トルクパターン用のメモリ(ROM)の容量が小さくて済み、またブラシレスモータの負荷状態に合わせてモータトルクを変えることができるため、負荷状態による回転むらを低減することができ、これにより振動や騒音の軽減を図ることができる。
【0036】また、モータをブラシレスモータとして空気調和機のコンプレッサに用いた場合であっても、1回転中における回転むらを相殺するに最適なトルクパターンを得ることができるため、振動や騒音が抑えられ、つまり空気調和機の振動や騒音を抑えることができ、また振動が抑えられることから、配管ストレスによる配管の劣下を著しく抑えることができ、ひいては配管を短くして小型化を図ることができ、さらに振動や騒音が抑えられることから、夏期の寝苦しい夜における冷房運転時には睡眠を妨げることもないという効果がある。




 

 


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