JP4050489B2 - モータの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を装着されたロータにより構成されているブラシレスモータ等の同期モータを位置センサレスで駆動制御するモータ制御方法およびその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモータ（以下、モータと称する）のロータ位置を検出する位置センサを用いずにモータを駆動制御するセンサレス運転においては、通電休止期間を設け通電角を１８０度未満とした間欠通電駆動が一般的に行われている。この間欠通電駆動方式では、モータコイルヘの通電を行う際に、一定期間の通電休止期間の間にモータの回転によってモータコイルに発生する誘起電圧をモータコイル端子から検出し、この誘起電圧からモータヘの通電タイミングを決定する。このような間欠通電駆動方式としては、通電角を１２０度としたいわゆる１２０度通電駆動が一般的である。
【０００３】
他の駆動方式として、通電休止期間を設けずにモータを駆動する、正弦波通電をはじめとするいわゆる１８０度通電駆動がある。１８０度通電駆動方式では、二相のモータコイル中性点と前記二相コイルと並列に抵抗を接続し、この中性点と抵抗中性点との電圧を比較することでモータ誘起電圧を検出して、これからモータヘの通電タイミングを決定して駆動する、あるいはモータ電流を高速演算することでモータ位置を検出して通電タイミングを決定して駆動する、あるいはモータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて通電タイミングを決定して駆動する。
【０００４】
一般的に、１２０度通電駆動方式に比べて１８０度通電駆動方式は、駆動波形が滑らかなことから、トルク変動、回転変動が少ない駆動方式であると言われている。
【０００５】
また、これら両駆動方式を切換えて、モータを駆動制御する方法が、特開平１０−３４１５９４号公報に開示されている。これは、１８０度通電駆動をエンコーダなどの回転パルス発生手段の出力に基づいて行い、この回転パルス発生手段からの出力パルスが検出できないときには１２０度通電駆動に切換えるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２つの駆動方式を切換えるモータの制御方法においては、駆動方式切換え時の回転数の変動や通電切換えの信頼性が考慮されていない。例えば、駆動方式の切換えによりモータの出力が変化し、ひいては回転数変動が生じて、騒音、振動が発生する。また、センサレス運転において、駆動切換え時の過渡状態では誘起電圧の変動によってロータ位置検出精度が悪化し、通電タイミングが不安定になり、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、異なる駆動方式を併用する場合において、モータの回転数の安定化と駆動方式切換え時の信頼性向上を図ることができるモータの制御方法および制御装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、負荷を駆動するモータに対して、１８０度通電駆動する１８０度通電駆動方式および通電休止期間を設け通電角を１８０度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択して、モータを駆動制御する制御方法であって、一方の駆動方式から他方の駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため一方の駆動方式における切換え時の駆動信号を補正して、他方の駆動方式における駆動信号とするものである。
【０００９】
すなわち、間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換えるときは、モータの回転数を上げるように間欠通電駆動方式における駆動信号を補正する。このとき、補正せずにそのまま切換えると、モータの回転数が下がりすぎ、回転が安定するまで時間がかかるが、このように補正することによって、切換えた直後のモータの回転数の低下が小さくなり、すばやく目標回転数に達し、安定した回転駆動を行える。また、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるときは、モータの回転数を下げるように１８０度通電駆動方式における駆動信号を補正する。
【００１０】
駆動信号の補正の具体的な方法として、間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換えるとき、間欠通電駆動方式における切換え時のＰＷＭデューティを補正して、１８０度通電駆動方式における１８０度通電の変調率とする。補正は、ＰＷＭデューティに１以上の所定値を乗算して、この値を１８０度通電の変調率とする。また、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、１８０度通電駆動方式における切換え時の１８０度通電の変調率を補正して、間欠通電駆動方式におけるＰＷＭデューティとする。補正は、１８０度通電の変調率に１以下の所定値を乗算して、この値をＰＷＭデューティとする。
【００１１】
所定値は、一意に限定されるものに限らず、変更可能なものであってもよい。例えば、間欠通電駆動の通電角に応じて変更する、切換え時のモータの回転数に応じて変更する、モータを駆動するインバータ回路の切換え時のＤＣ電圧に応じて変更する、交流電源から供給される切換え時のＡＣ電圧に応じて変更する。
【００１２】
間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換えるとき、切換え時の間欠通電駆動の通電モードとモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて、１８０度通電駆動を開始するときの通電位相を決定する。切換え時に通電位相を調整することにより、正確な通電位相で安定した移行をでき、駆動方式の切換えを確実に行うことができる。
【００１３】
１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、切換え時のモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて切換え時点での１８０度通電駆動の通電位相を決定する。そして、切換え時の１８０度通電駆動の通電位相に応じて間欠通電駆動を開始するときの通電モードを決定する。このように、通電位相、通電モードを決定することにより、切換え時に位相情報が引き継がれ、安定に移行することができ、切換え制御の信頼性の向上となる。
【００１４】
モータの負荷状態は、切換え時のモータの回転数におけるＰＷＭデューティと前記回転数での基準ＰＷＭデューティとの差、あるいは切換え時のモータの回転数における変調率と前記回転数での基準変調率との差に基づいて推定する、モータを駆動するインバータ回路に供給されるＤＣ電流に基づいて推定する、モータを駆動するインバータ回路に供給されるＤＣ電流およびＤＣ電圧から算出した消費電力に基づいて推定する、交流電源から供給されるＡＣ電流に基づいて推定する、交流電源から供給されるＡＣ電流およびＡＣ電圧から算出した消費電力に基づいて推定する、モータに流れるモータ電流に基づいて推定する、といったようにいずれかの推定方法によって判断される。そのため、負荷トルク検出器等の新たなセンサを不要にでき、低コスト化を図れる。
【００１５】
そして、駆動方式の切換え後、所定時間だけ駆動方式の切換えを禁止するものとする。これによって、頻繁に駆動方式が切換えられることを防止できるので、制御装置の負荷を軽減でき、インバータ回路、モータ等へのストレスを低減できる。
【００１６】
駆動方式の切換え後、所定時間だけモータの加減速を禁止するものとする。したがって、切換え後の制御が安定するまでの時間を確保できるので、スムーズに加減速制御を再開することができる。
【００１７】
切換え後のモータの回転数が切換え前の回転数よりも減少して、目標回転数に達しないとき、目標回転数を低く変更するものとする。具体的には、切換え直後の回転数が切換え直前の回転数に比べて減少し、目標回転数と大きな偏差が生じた場合、目標回転数を切換え後の低い回転数に合わせる。間欠通電駆動方式の最高回転数は１８０度通電駆動方式の最高回転数よりも低いので、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えたとき、モータの回転数が低下してしまうことがあり、制御が不安定となるおそれがある。そこで、このような危険性がある場合、上記のように目標回転数を低く変更することにより、切換え前後での回転数の偏差を小さくでき、制御の安定化を図れる。
【００１８】
駆動方式の切換え時、ＰＷＭキャリア周波数を変更するものとする。これによって、切換えられた駆動方式に適したＰＷＭキャリア周波数で駆動信号を出力でき、モータの回転が安定して、高効率、低騒音で駆動できる。
【００１９】
この場合、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるときには、間欠通電駆動のＰＷＭキャリア周波数を１８０度通電駆動のＰＷＭキャリア周波数より低く設定するものとする。これによって、モータのロータ位置をセンサレスで位置検出する場合、確実な位置検出を行うことができる。
【００２０】
モータに発生する誘起電圧を検出して、駆動方式を切換えた後に、前記誘起電圧を検出できないとき、モータへの通電を停止するものとする。誘起電圧を検出できないと、ロータ位置がわからず、適切な駆動制御ができなくなる。このとき、モータへの通電を停止することにより、インバータ回路に過電流が流れてしまうことを防いで、回路部品を保護することができる。
【００２１】
上記の制御方法を実行するための制御装置としては、負荷を駆動するモータに対して１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、通電休止期間を設け通電角を１８０度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動手段と、モータの状態あるいは外部指令に応じて１８０度通電駆動方式および間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択する選択手段と、一方の駆動方式から他方の駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため一方の駆動方式における切換え時の駆動信号を補正して、他方の駆動方式における駆動信号とする補正手段とを備えたものである。
【００２２】
補正手段は、間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換えるとき、間欠通電駆動方式における切換え時のＰＷＭデューティに１以上の所定値を乗算した値を１８０度通電駆動方式における１８０度通電の変調率とし、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、１８０度通電駆動方式における切換え時の１８０度通電の変調率に１以下の所定値を乗算した値を間欠通電駆動方式におけるＰＷＭデューティとする。
【００２３】
さらに、駆動方式の切換え後、所定時間だけ駆動方式の切換えを禁止する手段、 駆動方式の切換え後、所定時間だけモータの加減速を禁止する手段、駆動方式の切換え後、モータに発生する誘起電圧を検出できないとき、モータへの通電を停止する手段を備えている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態のモータの制御装置を図１に示す。図１において、交流電源１から商用電源の交流電圧がリアクタ２を介して整流回路３に与えられる。リアクタ２は、平滑回路４での力率低下を改善するための力率改善回路として挿入されている。整流回路３は、交流電圧を直流電圧に整流し、平滑回路４によって直流電圧のリップル分が平滑化される。なお、ここでは、全波整流回路になっているが、倍電圧整流回路であってもよい。また、近年行われている可変電源供給方法である、いわゆるＰＡＭ方式としてもよい。
【００２５】
整流された直流電圧はインバータ回路５に与えられる。インバータ回路５は、６個の半導体スイッチング素子である駆動素子が３相ブリッジ状に結線されており、インバータ回路５からの駆動電圧は３相ブラシレスモータ６に出力される。
【００２６】
７はモータ６を駆動制御する制御回路であり、一般にマイコンやＤＳＰが用いられる。８はモータ６を通電角１８０度未満とし通電休止期間を設けた間欠通電駆動するために、通電タイミングの設定、駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値の設定などの制御を行う間欠通電駆動部、９はモータ６を１８０度通電駆動するために、通電タイミングの設定、駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値の設定などの制御を行う１８０度通電駆動部、１０は駆動方式を決定する駆動方式選択部、１１はインバータ回路５の各駆動素子を駆動するためのＰＷＭ信号を駆動素子ごとに作成し出力するＰＷＭ作成／各相分配部、１２は駆動方式切換え時のＰＷＭデューティあるいは変調率を算出する回転数制御ＰＷＭデューティ／変調率演算部である。
【００２７】
駆動方式選択部１０では、モータ６を間欠通電駆動するか、あるいは１８０度通電駆動するかをモータ６の状態あるいは外部指示によって駆動方式を選択する。モータ６の状態とは、回転数、効率、負荷状態、外乱状態などである。例えば、低速では間欠通電駆動、高速では１８０度通電駆動とする、あるいは軽負荷では間欠通電駆動、高負荷では１８０度通電駆動としてもよい。また、１８０度通電駆動の継続が困難となるような外乱発生時に、間欠通電駆動に切換えるようにしてもよい。さらに、操作者が、外部スイッチにより駆動方式を切換えることもできる。例えば、夜間に運転するとき低騒音化を重視して、１８０度通電駆動を行いたい場合に切換える。
【００２８】
なお、効率の向上、トルク変動、振動、騒音の抑制のためには、１８０度通電駆動として、駆動波形の滑らかな変化が実現できる正弦波状にすることが望ましい。また、間欠通電駆動の駆動波形としては、通電角を１８０度未満として駆動波形中に通電休止期間を設けて、その間に発生する誘起電圧を検出できれば、いかなる駆動波形でも構わない。例えば１２０度通電駆動とすれば、完全２相通電であり、矩形波通電が可能であるので、各相に供給する駆動波形を作成しやすいという利点がある。
【００２９】
各駆動方式における駆動波形を示す。図２は間欠通電駆動の一例である矩形波１２０度通電の駆動波形、図３は１８０度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形である。なお、図２、３は、インバータ回路５の駆動素子を駆動する信号（ＰＷＭ作成／各相分配部１１の出力）をコイル端子ごとにアナログ値として示した波形図であり、実際の通電期間中の駆動波形は数〜数十ｋＨｚでＰＷＭチョッピングされ、目標回転数になるようにＰＷＭ駆動信号のデューティが変更される。デューティの変更によって、モータ６に印加される電圧または電流が変更され、回転数およびトルクの制御が行われる。
【００３０】
このときのモータ６の回転数制御の手順を図４に示す。間欠通電駆動の一例である１２０度通電駆動を選択した場合、制御回路７は、ステップ１（図示ではＳ１と略称する）において、目標回転数Ｎ１で回転させるための指令信号が与えられると、Ｓ２において、回転数制御ＰＷＭデューティを設定する。制御回路７は、設定された回転数制御ＰＷＭデューティでインバータ回路５を駆動する。Ｓ３でそのときのモータ６の実働回転数Ｎが検出される。Ｓ４で実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１と一致しているか否かが判別される。
【００３１】
一致していなければ、Ｓ５で現在の実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも少ないかあるいは多いかが比較される。実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも多ければ、Ｓ６で回転数制御ＰＷＭデューティが減少され、逆に実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも少なければ、Ｓ７で回転数制御ＰＷＭデューティが増大される。この動作を繰り返すことによって、回転数制御ＰＷＭデューティが調整され、モータ６の実働回転数を目標回転数に応じて制御する回転数制御が行われる。
【００３２】
図５に１２０通電駆動を選択した場合のＵ相上アームのインバータ駆動信号を示す。１２０度通電駆動では、通電区間全域にわたって回転数制御ＰＷＭデューティと等しいＰＷＭデューティが出力される。その他の区間は、休止期間となる。
【００３３】
１８０度通電駆動を選択した場合のモータ６の回転数制御の手順を図６に示す。制御回路７は、Ｓ８において、目標回転数Ｎ１で回転させるための指令信号が与えられると、ステップＳ９において、回転数制御変調率を設定する。制御回路７は、設定された回転数制御変調率でインバータ回路５を駆動する。Ｓ１０でそのときのモータ６の実働回転数Ｎが検出される。Ｓ１１で実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１と一致しているか否かが判別される。
【００３４】
一致していなければ、Ｓ１２で現在の実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも少ないかあるいは多いかが比較される。実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも多ければ、Ｓ１３で回転数制御変調率が減少され、逆に実働回転数Ｎが目標回転数Ｎ１よりも少なければ、Ｓ１４で回転数制御変調率が増大される。この動作を繰り返すことによって、回転数制御変調率が調整され、モータ６の実働回転数を目標回転数に応じて制御する回転数制御が行われる。
【００３５】
図７に１８０度通電駆動を選択した場合のＵ相上アームのインバータ駆動信号を示す。１８０度通電駆動では、通電位相に応じてモータ電流波形が正弦波状となるように、回転数制御変調率を用いて演算されたＰＷＭデューティが出力される。
【００３６】
ここで、駆動方式を間欠通電駆動の一例である１２０度通電駆動から１８０度通電駆動へ切換るとき、間欠駆動における回転数制御ＰＷＭデューティをそのまま１８０度通電駆動の回転数制御変調率とする方法が考えられる。なお、ＰＷＭデューティと変調率とは同次元である。
【００３７】
しかしながら、この方法では、回転数やモータトルクなどの現在のモータ６の状態とインバータ出力との間にアンバランスが起こり、図８中、破線で示すように、駆動方式切換え時に回転数変動が発生し、実働回転数と目標回転数が一致するまでに時間がかかる場合がある。また、回転数変動が大きいと、位置検出精度が悪化し、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【００３８】
そこで、間欠通電駆動から１８０度通電駆動への切換え時には、間欠通電駆動の回転数制御ＰＷＭデューティをそのまま１８０度通電の回転数制御変調率とするのではなく、回転数制御ＰＷＭデューティ／変調率演算部１２において、間欠通電駆動部８から出力された間欠通電駆動のＰＷＭデューティに所定値αを乗算した値を算出して、このように補正した値を１８０度通電駆動の変調率として１８０度通電駆動部９に出力する。１８０度通電駆動部９では、この変調率に基づいて通電タイミングに応じた通電電圧を生成し、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に出力する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、駆動素子ごとにＰＷＭ信号を作成し、インバータ回路５に出力して、モータ６が回転駆動される。
【００３９】
図８中、実線で示すように、補正を行わない場合に比べて切換え後の回転数が上がり、回転数変動が小さくなり、安定した駆動方式の切換えが可能となる。なお、所定値αは、駆動方式切換え時の回転数変動が小さくなるように、実験やシミュレーションにより予め設定された値とされる。
【００４０】
次に、１８０度通電駆動から間欠通電駆動の一例である１２０度通電駆動に切換えるとき、１８０度通電駆動の回転数制御変調率をそのまま間欠通電駆動の回転数制御ＰＷＭデューティとする方法が考えられる。しかしながら、この方法でも、回転数やモータトルクなどの現在のモータの状態とインバータ出力との間にアンバランスが起こり、図９中、破線で示すように回転数変動が発生し、実働回転数と目標回転数が一致するまでに時間がかかる場合がある。また、回転数変動が大きいと、位置検出精度が悪化し、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【００４１】
そこで、１８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時には、１８０度通電駆動の回転数制御変調率をそのまま間欠駆動の回転数制御ＰＷＭデューティとするのではなく、回転数制御ＰＷＭデューティ／変調率演算部１２において、１８０度通電駆動の変調率に所定値βを乗算した値を算出して、このように補正した値を間欠通電駆動のＰＷＭデューティとして出力する。このＰＷＭデューティに基づき制御回路７から出力された駆動信号により、モータ６が回転駆動される。
【００４２】
図９中、実線で示すように、補正を行わない場合に比べて切換え後の回転数が下がり、回転数変動が小さくなり、安定した駆動方式の切換えが可能となる。なお、所定値βは、駆動方式切換え時の回転数変動が小さくなるように、実験やシミュレーションにより予め設定された値とされる。
【００４３】
所定値α、βについて、αは１以上、βは１以下とされる。また、所定値α、βは、一定値とする代わりにモータ６の状態に応じた値にしてもよい。これによって、きめ細かい駆動制御を行うことができ、回転数変動をより小さくでき、さらなる回転数の安定化を図れる。すなわち、間欠通電駆動の通電角、切換え時のモータ６の回転数、インバータ回路５に供給される切換え時のＤＣ電圧、交流電源１から供給される切換え時のＡＣ電圧のいずれかに応じた値とする。
【００４４】
例えば、図１０に示すように、予め間欠通電駆動の通電角に応じて設定した各所定値α、βを制御回路７のＲＯＭデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、間欠通電駆動部８から間欠通電駆動の通電角を検出して、その通電角に対応する所定値α、βを読み出す。
【００４５】
図１１に示すように、予めモータ６の回転数に応じて設定した各所定値α、βを制御回路７のＲＯＭデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、公知の回転数検出手段によりモータ６の回転数を検出して、その回転数に対応する所定値α、βを読み出す。
【００４６】
また、図１２に示すように、インバータ回路５のＤＣ電圧を検出するＤＣ電圧検出手段１３を設け、制御回路７にＤＣ電圧を入力するようにしておく。そして、図１３に示すように、予めＤＣ電圧に応じた各所定値α、βを制御回路７のＲＯＭデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、制御回路７は、ＤＣ電圧検出手段１３から入力されたＤＣ電圧に基づいて、このＤＣ電圧に対応する所定値α、βを読み出す。
【００４７】
また、図１４に示すように、インバータ回路５の前段の整流回路３に印加されるＡＣ電圧を検出するＡＣ電圧検出手段１４を設け、制御回路７にＡＣ電圧を入力するようにしておく。そして、図１５に示すように、予めＡＣ電圧に応じた各所定値α、βを制御回路７のＲＯＭデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、制御回路７は、ＡＣ電圧検出手段１４から入力されたＡＣ電圧に基づいて、このＡＣ電圧に対応する所定値α、βを読み出す。
【００４８】
上記の実施形態において、さらに回転の安定性と制御の信頼性を高める制御方法について、以下に説明する。間欠通電駆動は、検出された位置から所定角度回転した後に通電モードを０，１，・・・，５，０・・・と順番に切換える方式である。図１６に１２０度通電駆動における通電モードの一例を示す。
【００４９】
そして、間欠通電駆動から１８０度通電駆動への切換え時に、切換え時点の通電モードから現在の通電位相を算出して、１８０度通電駆動する。例えば、１２０度通電駆動における通電モード１から通電モード２への切換タイミングにおいて、１２０度通電駆動の通電モード１から１８０度通電駆動の正弦波波形に切換えるとすると、位相角は１２０度であり、この位相角１２０度を用いて正弦波データを設定することになる。しかし、この値をそのまま用いるのではなく、回転数に応じて位相角を調整することによって、回転数変動をより小さくできる。例えば、低回転数域においては５度加算して１２５度、高回転数域においては５度減算して１１５度とする。このように、モータ６の回転数に応じて駆動切換え時の通電位相を決定すると、モータ６の回転数が安定し、駆動方式切換えの信頼性が向上する。
【００５０】
このときの１２０度通電駆動から１８０度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を図１７に示す。駆動方式切換え時には、切換え時点の１２０度通電駆動の通電モードと回転数に応じて１８０度通電駆動を開始する通電位相を決定することにより、１２０度通電駆動から位相情報を引き継ぎ、正確な通電位相で安定に移行することがわかる。また、回転数に応じて１８０度通電駆動を開始する通電位相を調整する代わりに、モータ６の負荷状態に応じて通電位相を調整してもよい。
【００５１】
さらに、１８０度通電駆動から１２０度通電駆動への切換え時には、切換え時点の１８０度通電駆動の通電位相に応じて、切換え後の１２０度通電駆動の通電モードを決定する。逆にいえば、駆動方式切換え後の１２０度通電駆動の通電モードに応じて、切換えを行う１８０度通電駆動の通電位相を決定する。
【００５２】
例えば、駆動方式切換え後の１２０度通電駆動は、通電モード１から開始するとした場合、切換え時点の１８０度通電駆動の通電位相は、６０度から１２０度の期間であればよいが、低回転数域においては９０度、高回転数域においては８０度といったように回転数に応じて決定する。これによって、駆動方式切換えの信頼性が向上する。
【００５３】
このときの１８０度通電駆動から１２０度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を図１８に示す。駆動方式切換え時には、モータ６の回転数に応じて、切換えを行う１８０度通電駆動の通電位相を決定することにより、１８０度通電駆動から位相情報を引き継ぎ、正確な通電位相で安定に移行することがわかる。また、回転数に応じて駆動方式の切換えを行う１８０度通電駆動の通電位相を決定する代わりに、モータ６の負荷状態に応じて決定してもよい。
【００５４】
モータ６の負荷の大きさは、▲１▼回転数制御ＰＷＭデューティの増加量、すなわちある回転数における回転数制御ＰＷＭデューティの値と基準負荷時の同回転数における回転数制御ＰＷＭデューティの値との差、▲２▼回転数制御変調率の増加量、すなわちある回転数における回転数制御変調率の値と基準負荷時の同回転数における回転数制御変調率の値との差、▲３▼ＤＣ電流、▲４▼ＡＣ電流、▲５▼モータ電流、▲６▼消費電力のいずれかから推定することが可能である。
【００５５】
そこで、負荷状態推定手段として、▲１▼ＰＷＭデューティの増加量を算出する手段、▲２▼変調率の増加量を算出する手段、▲３▼インバータ回路５に供給されるＤＣ電流を検出する手段、▲４▼交流電源１から供給されるＡＣ電流を検出する手段、▲５▼モータコイルに流れる電流を検出する手段、▲６▼インバータ回路５に供給されるＤＣ電流およびＤＣ電圧を検出して、これらから消費電力を算出する手段のうちのいずれかを用いればよい。
【００５６】
同じく他の制御方法を説明する。駆動方式の切換えが頻繁に発生すると、制御回路７にかかる負荷が大きくなり、インバータ回路５、モータ６等へのストレスも過大となる。そこで、制御回路７は、駆動方式の切換え後、所定時間は駆動方式の切換えを禁止する手段を有する。
【００５７】
これにより、一度駆動方式を切換えると、所定時間はその駆動方式が維持され、所定時間経過後に再び駆動方式の切換えが可能となる。したがって、頻繁な駆動方式の切換えを抑制でき、制御回路７の過負荷を防ぐとともに、インバータ回路５、モータ６等にかかるストレスが低減され、寿命の延長、信頼性向上を図ることができる。
【００５８】
また、目標回転数に向けて加速あるいは減速している過渡状態において駆動方式の切換えを行い、切換え後も加速あるいは減速を続けると、制御の安定性が悪くなる場合がある。そこで、制御回路７は、駆動方式の切換え後、所定時間はモータ６の加減速を禁止する手段を有する。
【００５９】
駆動方式の切換え後、モータ６は所定時間だけ切換え時の回転数で駆動され、所定時間経過後に加減速される。このように、切換え後の制御が安定するのを待って、加速あるいは減速を再開することにより、制御回路７への負荷が減り、制御の信頼性向上を図ることができる。
【００６０】
同じく他の制御方法を説明する。間欠通電駆動は、通電禁止期間があるため、通電禁止期間のない１８０度通電駆動に比ベモータ６ヘの最大入力は小さくなり、最高回転数も１８０度通電駆動に比べ低くなる。そのため、間欠通電駆動の最高回転数以上の回転数で１８０度通電駆動から間欠通電駆動へ切換えを行った場合、切換え後の実働回転数は間欠通電駆動の最高回転数まで低下してしまい、目標回転数との齟齬が大きくなってしまう。そこで、制御回路７は、１８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時において、切換え後のモータ６の回転数が切換え前の回転数より低下して、目標回転数に達しないとき、目標回転数を低く変更する手段を有する。
【００６１】
１８０度通電駆動から間欠通電駆動へ切換えた直後のモータ６の実働回転数が切換え直前の実働回転数に比べ減少し、目標回転数と所定値以上の偏差が生じた場合、一旦目標回転数を間欠通電駆動移行後の実働回転数に変更する。これによって、目標回転数と実働回転数の齟齬がなくなり、回転数の変動が速やかに収まって、制御が安定する。なお、切換え後のモータ６の実働回転数の低下が所定値より小さいときには、目標回転数の変更は行わない。
【００６２】
また、モータ６の効率や騒音などを考慮した場合、１８０度通電駆動において最適なＰＷＭキャリア周波数と間欠通電駆動において最適なＰＷＭキャリア周波数とは異なる場合がある。そこで、制御回路７は、駆動方式の切換え時に、ＰＷＭキャリア周波数も合わせて変更する手段を有する。これにより、どちらの駆動方式を選択した場合でも、切換え後の駆動方式に応じた最適なキャリア周波数となり、高効率、低騒音でモータ６を駆動することができる。
【００６３】
ここで、上記のモータ６が駆動する負荷としては、空気調和機、冷蔵庫等の圧縮機である。このようなモータ６は、誘導モータとは異なり、同期モータであるため、ロータ位置を正確に検出して、その位置状態に応じてインバータ回路５から駆動電圧波形信号を出力する必要がある。しかし、圧縮機内部は高温高圧であり、センサを内蔵できないため、磁石ロータが回転することでモータコイルに発生する誘起電圧を検出することにより、ロータ位置を検出するセンサレスの位置検出回路が利用されている。
【００６４】
このセンサレスの位置検出回路には、大きく分けてアナログ方式とデジタル方式の２つの方式がある。アナログ方式では、モータ端子電圧波形を入力する位置検出入力部にコンデンサと抵抗とからなるアナログフィルタ回路が挿入され、正弦波状に波形整形してコンパレータに入力し、仮想中性点電位と比較し、位置検出信号を生成している。このフィルタ回路のため、検出された電圧波形は、実際の誘起電圧波形とは９０度位相がずれている。
【００６５】
デジタル方式では、モータ６の誘起電圧波形をＰＷＭスイッチングしたパルス状の波形のままコンパレータに入力し、ＤＣ電圧の１／２の基準電圧と比較して、位置検出信号を生成する。
【００６６】
ところが、間欠通電駆動のようにＰＷＭ波形がオフするとき、オフ時は誘起電圧波形が現れないため、オン時のみ誘起電圧波形から位置を検出できるように制御回路７内部のマイコンで処理している。この生成された位置検出信号に基づいて、実際のＰＷＭ波形を出力するタイミングを決定し、進角（弱め界磁）制御を行っている。進角制御により、高効率運転と高回転数域の拡大を図れる。しかも、フィルタ回路がないため、検出精度が高く、位相遅れもなく、進角（弱め界磁）制御も容易になる。さらに、誘起電圧が小さい低速時でも位置検出が可能となり、起動時に低回転数から運転が可能となる。これにより起動電流を低減でき、過電流によるインバータ回路５のトランジスタの破損を防止でき、信頼性向上も図れる。
【００６７】
アナログ方式に比ベデジタル方式では優れている点が多いが、デジタル方式には、ＰＷＭ波形のオン時しか位置検出ができないという短所がある。また、ＰＷＭ波形のオン時間は、ＰＷＭデューティが同じでもキャリア周波数が変われば変化し、キャリア周波数が低いほど長くなる。
【００６８】
そこで、信号の伝達遅延時間、マイコンでの位置検出処理時間などを考慮して位置検出が可能なＰＷＭ波形の最小オン時間を確保するように、制御回路７は、１８０度通電駆動のＰＷＭキャリア周波数に比べ間欠通電駆動のＰＷＭキャリア周波数を低く設定する手段を有する。
【００６９】
切換え後の駆動方式に応じてＰＷＭキャリア周波数は変更されるが、特に１８０度通電駆動から間欠通電駆動に駆動方式を切換えるときには、間欠通電駆動のキャリア周波数は低く設定される。すると、ＰＷＭ波形のオン時間が長くなり、位置検出可能な時間が長くなる。したがって、デジタル方式の位置検出回路を用いた場合に、位置検出の信頼性を確保することができる。
【００７０】
また、間欠通電駆動方式では、モータコイルに発生する誘起電圧を検出することにより通電相の切換えを行っており、１８０度通電駆動から間欠通電駆動へ切換える場合、切換え後、ある程度の時間が経過しても誘起電圧が検出できないとき、間欠通電駆動の通電モードに対するロータ位置が大きくずれていると考えられる。最悪の場合、モータ６がロックし、インバータ回路５の駆動素子に過大電流が流れ、駆動素子を破壊してしまう可能性がある。そこで、制御回路７は、通電方式の切換え後、所定時間経過しても誘起電圧を検出できない場合、モータ６ヘの通電を停止する手段を有する。
【００７１】
誘起電圧を検出できないと、位置検出ができず、モータ６の正常な駆動制御ができなくなる。このような場合、モータ６への通電が停止されることにより、インバータ回路５に過大電流が流れることはなくなり、トランジスタ等の駆動素子の損傷を防止でき、駆動制御の信頼性を向上させることができる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。上記したそれぞれの制御方法は、単独で用いてもよく、あるいは任意の制御方法を組み合わせて実施することにより、さらなる制御性能の向上を図ってもよい。また、間欠通電駆動方式として、１２０度以外の通電角による通電駆動も採用して、複数の間欠通電駆動方式と１８０度通電駆動方式との間で駆動方式の切換えを行うようにしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、間欠通電駆動と１８０度通電駆動との間で駆動方式の切換えを行うとき、インバータ回路に出力する駆動信号であるＰＷＭデューティあるいは変調率を調整することにより、モータ出力の変動が小さく抑えられ、モータ回転の安定化および切換え制御の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態のモータ制御装置の構成図
【図２】 間欠通電駆動の駆動波形を示す図
【図３】 １８０度通電駆動の駆動波形を示す図
【図４】 間欠通電駆動の回転数制御を示すフローチャート
【図５】 間欠通電駆動のＵ相上アームのインバータ駆動信号を示す図
【図６】 １８０度通電駆動の回転数制御を示すフローチャート
【図７】 １８０度通電駆動のＵ相上アームのインバータ駆動信号を示す図
【図８】 間欠通電駆動から１８０度通電駆動への切換え時の回転数変動の様子を示した図
【図９】 １８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時の回転数変動の様子を示した図
【図１０】 通電角に対するＰＷＭデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図１１】 回転数に対するＰＷＭデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図１２】 他の形態のモータ制御装置の構成図
【図１３】 ＤＣ電圧に対するＰＷＭデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図１４】 他の形態のモータ制御装置の構成図
【図１５】 ＡＣ電圧に対するＰＷＭデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図１６】 １２０度通電駆動の通電モードを示す図
【図１７】 間欠通電駆動から１８０度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を示す図
【図１８】 １８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時のモータ電流淡形を示す図
【符号の説明】
１ 交流電源
２ リアクタ
３ 整流回路
４ 平滑回路
５ インバータ回路
６ ３相ブラシレスモータ
７ 制御回路
８ 間欠通電駆動部
９ １８０度通電駆動部
１０ 駆動方式選択部
１ｌ ＰＷＭ作成部／各相分配部
１２ 回転数制御ＰＷＭデューティ／変調率演算部
１３ ＤＣ電圧検出手段
１４ ＡＣ電圧検出手段

Claims (18)

1. 負荷を駆動するモータに対して、１８０度通電駆動する１８０度通電駆動方式および通電休止期間を設け通電角を１８０度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択して、モータを駆動制御する制御方法であって、目標回転数を保って一方の駆動方式から他方の駆動方式に切換えるとき、間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換える場合、モータの回転数を上げるように間欠通電駆動方式における駆動信号を補正し、１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換える場合、モータの回転数を下げるように１８０度通電駆動方式における駆動信号を補正することを特徴とするモータの制御方法。
2. 負荷を駆動するモータに対して、１８０度通電駆動する１８０度通電駆動方式および通電休止期間を設け通電角を１８０度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択して、モータを駆動制御する制御方法であって、目標回転数を保って間欠通電駆動方式から１８０度通電駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため間欠通電駆動方式における切換え時のＰＷＭデューティを補正して、１８０度通電駆動方式における１８０度通電の変調率とすることを特徴とするモータの制御方法。
3. 補正は、ＰＷＭデューティに１以上の所定値を乗算した値を１８０度通電の変調率とすることを特徴とする請求項２記載のモータの制御方法。
4. 負荷を駆動するモータに対して、１８０度通電駆動する１８０度通電駆動方式および通電休止期間を設け通電角を１８０度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択して、モータを駆動制御する制御方法であって、目標回転数を保って１８０度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため１８０度通電駆動方式における切換え時の１８０度通電の変調率を補正して、間欠通電駆動方式におけるＰＷＭデューティとすることを特徴とするモータの制御方法。
5. 補正は、１８０度通電の変調率に１以下の所定値を乗算した値をＰＷＭデューティとすることを特徴とする請求項４記載のモータの制御方法。
6. 間欠通電駆動の通電角に応じて補正における所定値を変更することを特徴とする請求項３または５記載のモータの制御方法。
7. 切換え時のモータの回転数に応じて補正における所定値を変更することを特徴とする請求項３または５記載のモータの制御方法。
8. モータを駆動するインバータ回路の切換え時のＤＣ電圧に応じて補正における所定値を変更することを特徴とする請求項３または５記載のモータの制御方法。
9. 交流電源から供給される切換え時のＡＣ電圧に応じて補正における所定値を変更することを特徴とする請求項３または５記載のモータの制御方法。
10. 切換え時の間欠通電駆動の通電モードとモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて１８０度通電駆動を開始するときの通電位相を決定することを特徴とする請求項２記載のモータの制御方法。
11. 切換え時のモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて切換え時点の１８０度通電駆動の通電位相を決定することを特徴とする請求項４記載のモータの制御方法。
12. 切換え時の１８０度通電駆動の通電位相に応じて間欠通電駆動を開始するときの通電モードを決定することを特徴とする請求項４記載のモータの制御方法。
13. 駆動方式の切換え後、所定時間だけ駆動方式の切換えを禁止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータの制御方法。
14. 駆動方式の切換え後、所定時間だけモータの加減速を禁止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータの制御方法。
15. 切換え後のモータの回転数が切換え前の回転数よりも減少して、目標回転数に達しないとき、目標回転数を低く変更することを特徴とする請求項１、４または５記載のモータの制御方法。
16. 駆動方式の切換え時、ＰＷＭキャリア周波数を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータの制御方法。
17. 間欠通電駆動のＰＷＭキャリア周波数は、１８０度通電駆動のＰＷＭキャリア周波数より低く設定することを特徴とする請求項１６記載のモータの制御方法。
18. モータに発生する誘起電圧を検出して、駆動方式の切換え後、前記誘起電圧を検出できないとき、モータへの通電を停止することを特徴とする請求項１、４または５記載のモータの制御方法。

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