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発明の名称 ブラシレスモータの制御方法およびその装置
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8−191587
公開日 平成8年(1996)7月23日
出願番号 特願平7−17505
出願日 平成7年(1995)1月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】大原 拓也
発明者 小川 善朗 / 深田 章義 / 山本 裕幸 / 尾原 義之
要約 目的
ブラシレスモータの制御方法およびその装置において、ブラシレスモータの回転の円滑化を図り、振動や騒音等を抑える。

構成
直流電源をインバータ部2でチョッピングしてブラシレスモータ1の電機子巻線に印加し、回転子1aの位置検出に基づいて同電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータ1を回転制御するブラシレスモータの制御方法およびその装置であって、ブラシレスモータ1の回転子1aの位置の検出信号を入力した制御部6は、同回転子1aの1周期(1回転)を複数の区間に分け、各区間毎にインバータ部2を駆動する制御信号のPWMオン時間を負荷トルクの変動に対応するROM6aのデータで補正する。負荷トルクが大きい区間ほど、ブラシレスモータ1の電機子巻線の印加電圧を大きくしてブラシレスモータ1のトルクを大きくし、逆に負荷トルクが小さい区間ほど、その印加電圧を小さくしてブラシレスモータ1のトルクを小さくする。
特許請求の範囲
【請求項1】 ブラシレスモータの回転子の位置を検出するとともに、該検出した位置の信号(位置検出信号)に基づいて同ブラシレスモータの複数の電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータの回転子を回転制御する際、前記回転子の1周期(1回転)を分割した複数区間の各区間毎に負荷トルクの変動パターンに合わせて前記各電機子巻線の印加電圧を補正し、前記各電機子巻線の印加電圧を調整可能としたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項2】 直流電源をインバータ手段でチョッピングしてブラシレスモータに印加し、同ブラシレスモータの回転子の位置検出(位置検出信号)に基づいて同ブラシレスモータの複数の電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータを回転制御するブラシレスモータの制御方法であって、前記位置検出信号に基づいて前記回転子の1周期(1回転)を分割した複数区間の各区間毎に、前記回転子の1周期(1回転)の間において前記インバータ手段を駆動する制御信号のチョピング周期の指令PWMオン時間(および指令PWMオフ時間)を負荷トルクの変動パターンに合わせて可変するためのデータを記憶している記憶手段を有しており、前記各区間毎に前記記憶手段のデータにより前記チョッピング周期の指令PWMオン時間を前記負荷トルクの変動に合わせて補正し、前記各電機子巻線の印加電圧を調整可能としたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項3】 直流電源をインバータ手段でチョッピングしてブラシレスモータに印加し、同ブラシレスモータの回転子の位置検出(位置検出信号)に基づいて同ブラシレスモータの複数の電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータを回転制御するブラシレスモータの制御装置において、前記位置検出信号に基づいて前記回転子の1周期(1回転)を分割した複数区間の各区間毎に、前記回転子の1周期(1回転)の間において少なくとも前記インバータ手段を駆動する制御信号のうちの所定制御信号のチョピング周期の指令PWMオン時間(および指令PWMオフ時間)を負荷トルクの変動パターンに合わせて可変するためのデータを記憶している記憶手段と、前記各区間毎に前記記憶手段のデータにより前記指令PWMオン時間を前記負荷トルクの変動に合わせて補正し、該補正した制御信号を含む制御信号により前記インバータ手段を駆動する制御手段とを備え、前記各電機子巻線の印加電圧を調整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装置。
【請求項4】 直流電源をインバータ手段でチョッピングしてブラシレスモータに印加して同ブラシレスモータを回転制御する際、前記ブラシレスモータの回転子の位置の検出信号(位置検出信号)を入力したマイクロコンピュータは前記ブラシレスモータの複数の電機子巻線への通電を切り替えるため前記インバータ手段を駆動する制御信号を出力するブラシレスモータの制御装置において、前記マイクロコンピュータは前記位置検出信号に基づいて前記回転子の1周期(1回転)を分割した複数区間の各区間毎に、前記回転子の1周期(1回転)の間において少なくとも前記インバータ手段を駆動する制御信号のうちの所定制御信号のチョッピング周期の指令PWMオン時間(および指令PWMオフ時間)を負荷トルクの変動パターンに合わせて可変するためのデータを記憶している記憶手段を内部に有し、前記各区間毎に前記記憶手段のデータにより前記指令PWMオン時間を前記負荷トルクの変動に合わせて補正し、該補正した制御信号を含む制御信号により前記インバータ手段を駆動し、前記回転子の1回転中における前記各電機子巻線の印加電圧を調整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装置。
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等に用いる無整流子電動機(以下、ブラシレスモータと記す)の回転制御技術に係り、さらに詳しく言えば、1回転中における負荷トルクの変動にかかわらず、回転を円滑にするブラシレスモータの制御方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ブラシレス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とされている。同図において、この制御装置は、直流電源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U,V,Wに基づいて回転子1aの位置を検出して位置検出信号Ub,Vb,Wbを出力する位置検出部3と、その位置検出信号Ub,Vb,Wbに基づいてブラシレスモータ1を回転制御する制御信号を出力するとともに、同制御信号のうちの所定制御信号をチョッピングするチョッピング信号を出力する制御部4と、このチョッピング信号により制御信号(例えばHレベル)をチョッピングし、かつインバータ部2のスイッチング素子Ua,Va,Wa,Xa,Ya,Zaを駆動するドライバ部5とを備えている。
【0003】上記ブラシレスモータ1の制御装置においては、回転子1aの位置検出信号Ub,Vb,Wbに基づいて同ブラシレスモータ1の複数の電機子巻線への通電を切り替え、かつ同印加電圧を可変して同ブラシレスモータの回転子を所定回転数で回転制御する。
【0004】また、ブラシレスモータ1の各電機子巻線に印加する電圧は制御部4からのチョッピング信号のオン、オフ比(指令PWMオン時間および指令PWMオフ時間)によっても変化し、つまりPWM制御方式におけるブラシレスモータ1の回転数はその指令PWMオン時間(および指令PWMオフ時間)によっても可変する。
【0005】したがって、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、指令PWMオン時間(および指令PWMオフ時間)を変え、つまりチョッピング信号のオン、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】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ブラシレスモータ1を空気調和機の圧縮機モータとして利用した場合、例えば図5に示すように、圧縮機の負荷トルクが周期的に変動するため、ブラシレスモータ1の1回転中における回転が円滑とならず、ひいては周期的な振動や騒音等が発生したり、空気調和機の配管等に悪影響を与えるという問題点がある。
【0007】これは、圧縮機が冷媒を吸入し、圧縮して吐出する構造になっており、この吸入、圧縮および吐出の1サイクル中における圧縮時には負荷トルクが最も大きく、圧縮した冷媒を吐出した瞬間にはその負荷トルクが最も小さくなるのに対し、ブラシレスモータ1のトルクが直線的であることによる。
【0008】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の円滑化を図ることができ、ひいては振動や騒音の発生を抑え、かつ空気調和機の配管等に悪影響を抑えることができるようにしたブラシレスモータの制御方法およびその装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、この発明においては、ブラシレスモータの回転子の位置を検出するとともに、該検出した位置の信号(位置検出信号)に基づいて同ブラシレスモータの複数の電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータの回転子を回転制御する際、前記回転子の1周期(1回転)を分割した複数区間の各区間毎に負荷トルクの変動パターンに合わせて前記各電機子巻線の印加電圧を補正し、前記各電機子巻線の印加電圧を調整可能としたことを特徴としている。
【0010】
【作用】上記手段としたので、直流電源をインバータ手段でスイッチングしてブラシレスモータの電機子巻線に印加し、同ブラシレスモータをPWM制御方式で回転制御する際、インバータ手段を駆動する制御信号を所定周期のチョッピング信号でチョッピングするが、回転子の1周期(1回転)を分割した各区間毎にその周期のPWMオン時間(およびPWMオフ時間)が負荷トルクの変動に応じて可変される。
【0011】これにより、ブラシレスモータの電機子巻線の印加電圧が1回転中で負荷トルクの変動パターンに応じて調整され、その負荷トルクの変動パターンに応じてブラシレスモータのトルクが変えられる。
【0012】例えば、負荷トルクが大きい区間ではブラシレスモータのトルクが大きくされ、逆に負荷トルクが小さい区間ではブラシレスモータのトルクが小さくされる。したがって、負荷トルクの変動にかからわず、ブラシレスモータの回転が円滑になり、振動や騒音等が抑えられ、空気調和機の配管等に悪影響を与えることもない。
【0013】
【実施例】この発明のブラシレスモータの制御方法およびその装置は、ブラシレスモータの回転子の位置の検出信号に基づいて同回転子の1周期(1回転)を複数の区間に分け、各区間毎にブラシレスモータの電機子巻線に印加する電圧を補正し、つまり電機子巻線の印加電圧を負荷トルクの変動に合わせて補正する。この補正では、負荷トルクが大きい区間ほど印加電圧を大きくしてブラシレスモータのトルクを大きくし、逆に負荷トルクが小さい区間ほど印加電圧を小さくしてブラシレスモータのトルクを小さくする。
【0014】そのため、この発明のブラシレスモータの制御装置は図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。
【0015】図1において、この制御装置は、ブラシレスモータ1の回転子1aの1周期(1回転)を所定数(例えば12)に分割した区間毎に負荷トルクの変動に応じたデータ(少なくとも指令PWMオン時間の補正データ)を記憶しているROM(記憶手段)6aを有し、位置検出部3からの位置検出信号Ub,Vb,Wbに基づいて回転子1aの1回転を12に分割し、この分割した各区間毎にROM(記憶手段)6aのデータを読み出して現指令PWMオン時間(および現指令PWMオフ時間)を補正、設定し、この補正、設定したPWMオン時間(およびPWMオフ時間)によるチョッピング信号をドライバ部5に出力する制御部(マイクロコンピュータ)6を備えている。なお、制御部6は図4に示す制御部4の各機能を有している。
【0016】次に、上記構成のブラシレスモータの制御装置の動作、制御方法を図2のフローチャート図および図3のタイムチャート図を参照して詳しく説明する。
【0017】まず、制御部6は例えば三相のブラシレスモータ1を同期運転とした後、従来同様に回転子1aの位置検出信号Ub,Vb,Wbに基づいてブラシレスモータ1を目標回転数に回転制御する。なお、回転子1aの位置はブラシレスモータ1内部に設けたホール素子を用いて検出するようにしてもよい。
【0018】このとき、ブラシレスモータ1の1回転中を位置検出信号Ub,Vb,Wbに基づいて12分割し(回転角で30度毎に分割し)、この分割した区間m(1ないし12)を判別する(ステップST1)。例えば、位置検出信号Ub,Vb,Wbの立ち上がりおよび立ち下がりをもとにして回転角30度毎のタイミングを得る。
【0019】続いて、判別した区間mに応じたROM6aのデータTtmを読み出す(ステップST2)。なお。ROM6aの内容は、例えば回転子1aの1回転中における負荷トルクの変動パターンが図3(a)に示すように周期的である場合、各区間mのデータTtmはその周期的な負荷トルクの変動に対応した値のものであり、しかも負荷トルクの大きい区間mではデータTtmが正の値であり、負荷トルクの小さい区間mではデータTtmが負の値になっている。
【0020】続いて、インバータ部2のスイッチング素子Ua,Va,Wa,Xa,Ya,Zaを所定にオン、オフする制御信号のうち、例えばスイッチング素子Ua,Va,Waの制御信号のHレベルをチョッピングするチョッピング信号の指令PWMオン時間Tons(および指令PWMオフ時間)を上記ROM6aから読み出したデータTtmで補正する。
【0021】この補正では、現チョッピング周期の指令PWMオン時間TonsにデータTtmを加算してPWMオン時間Tonを算出する一方、現チョッピング周期TcからTonを減算してPWMオフ時間Toffを算出する(ステップST3)。上記算出されたPWMオン時間Ton,PWMオフ時間Toffをチョッピング周期のデータとして設定する(ステップST4)。なお、上記PWMオン時間TonおよびPWMオフ時間Toffの算出方法は前の区間において算出するようにしてもよい。
【0022】例えば、負荷トルクが最も大きい区間3(回転角60度〜90度)および区間9(回転角240度〜270度)においては、ROM6aから読み出されたデータTtmが最も大きい正の値であることから、そのチョッピング周期のPWMオン時間Tonが最も大きくなり、PWMオフ時間Toffが最も小さくなる。これにより、インバータ部2のUa,Va,Waのチョッピングのオン時間が長くなるため、ブラシレスモータ1の電機子巻線に印加される電圧が高くなり、つまりブラシレスモータ1のトルクが大きくなる。
【0023】逆に、負荷トルクが最も小さい区間6(回転角150度〜180度)および区間12(回転角330度〜360度)においては、ROM6aから読み出されたデータTtmが最も大きい負の値であることから、そのチョッピング周期のPWMオン時間Tonが最も小さくなり、PWMオフ時間Toffが最も大きくなる。これにより、インバータ部2のUa,Va,Waのチョッピングのオン時間が短くなるため、ブラシレスモータ1の電機子巻線に印加される電圧が低くなり、つまりブラシレスモータ1のトルクが小さくなる。
【0024】なお、他の区間mについても、上述同様に負荷トルクの変動に合わせてチョッピング周期の指令PWMオン時間Tons、指令PWMオフ時間を補正し、PWMオン時間Ton、オフ時間Toffを得、この得たPWMオン時間Ton、PWMオフ時間Toffを現チョッピング周期の値として設定する。
【0025】このように、制御部6は各区間1ないし12毎にチョッピング周期のPWMオン時間Ton、PWMオフ時間Toffを負荷トルクの変動に合わせて可変し、つまり負荷トルクが大きい区間ほどブラシレスモータ1の電機子巻線の印加電圧を高くし、負荷トルクが小さい区間ほど電機子巻線の印加電圧を低くする。
【0026】したがって、1回転中における回転が円滑になり、ひいては振動や騒音等が抑えられ、例えば空気調和機の圧縮機モータとして利用した場合、冷媒の吸入、圧縮および吐出動作の1サイクル中における回転がスムーズになり、周期的な振動や騒音が抑えられるだけでなく、配管等への悪影響が抑えられる。
【0027】また、この発明のブラシレスモータの制御方法およびその装置によれば、インバータ手段を駆動する制御信号のPWMオン時間を負荷トルクの変動パターンに応じて可変するためのデータをマイクロコンピュータの記憶部に記憶し、同マイクロコンピュータによって実現していることから、ハードウェアを必要とせず、コスト面で安価であり、かつ品質の面でもよいという効果がある。
【0028】なお、上記実施例では、ブラシレスモータ1の1回転を12分割しているが、この分割数に限らなくともよい。例えば、負荷トルクが複雑に変動する場合にはより多く分割し、逆に負荷トルクが単純に変動する場合には分割数(区間数)が少なくし、各区間毎にデータをその複雑な負荷トルクの変動パターンや単純な負荷トルクの変動パターンに合わせて決定すればよい。
【0029】また、図3に示すように、負荷トルクが1回転中で繰り返される場合には、ROM6aのデータTtmを6個(例えば区間m=1〜6)として繰り返し使用するようにしてもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は直流電源をインバータ手段でチョッピングしてブラシレスモータの電機子巻線に印加し、回転子の位置検出に基づいて同電機子巻線への通電切り替えを行って同ブラシレスモータを回転制御するブラシレスモータの制御方法およびその装置であって、ブラシレスモータの回転子の位置の検出信号に基づいて同回転子の1周期(1回転)を複数の区間に分け、各区間毎にインバータ手段を駆動する制御信号のPWMオン時間を負荷トルクの変動に合わせて補正し、負荷トルクが大きい区間ほど、ブラシレスモータの電機子巻線の印加電圧を大きくし、逆に負荷トルクが小さい区間ほど、その印加電圧を小さくするようにしたので、回転の円滑化を図ることができ、例えば圧縮機モータとして用いた場合冷媒の吸入、圧縮および吐出の1サイクル中で負荷トルクが変動するが、この負荷トルクの変動にかかわらず、回転の円滑化を図ることができ、ひいては圧縮機の周期的な振動や騒音等を抑え、かつ空気調和機の配管等への悪影響を抑えることができるという有用な効果がある。




 

 


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