JP2008295249A

JP2008295249A - 無刷子電動機の駆動装置

Info

Publication number: JP2008295249A
Application number: JP2007139912A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kishi; 繁岸
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】従来、同期電動機として運転する起動パターンを予め試験して、起動パターンを求めておく必要があった。本発明は、起動条件を予め試験して起動パターンを設定する、および、起動パターンの記憶装置を具備することなく円滑な起動が可能な無刷子電動機の駆動装置を提供する。
【解決手段】必要最大トルクを発生する電流が流れるように逆起電力と電流と巻線抵抗による電圧降下を合算した電圧を無刷子電動機の印加電圧とし、印加電圧と逆起電力が等しくなり電流が流れなくなる回転速度まで回転速度を略直線で増大させることにより達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は無刷子電動機の駆動装置に係り、特に固定子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出信号を得る無刷子電動機の駆動装置に関する。

無刷子電動機の固定子巻線の端子電圧に含まれる逆起電力から回転子位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は、停止状態から起動する場合には逆起電力が発生していないため位置検出信号を得ることができない。このため、固定子巻線に強制的に通電して同期電動機として運転して、逆起電力が充分な大きさになるまで回転速度を上げた後、逆起電力から回転子位置を検出して運転を行う。

固定子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出を行う無刷子電動機の駆動装置の例として公開特許公報２００１−１０３７８５号がある。

特開２００１−１０３７８５号公報

上記従来技術における無刷子電動機の駆動装置は、同期電動機として運転する起動パターンを決定する具体的な方法についての記述がなく、膨大な組合せのある起動条件を予め試験して起動パターンを求めておく必要があった。

上記の課題は、必要最大トルクを発生する電流が流れるように逆起電力と電流と巻線抵抗による電圧降下を合算した電圧を無刷子電動機の印加電圧とし、印加電圧と逆起電力が等しくなり電流が流れなくなる回転速度まで回転速度を略直線で増大させることにより達成される。

本発明を適用することにより、膨大な組合せのある起動条件を予め試験して起動パターンを設定する、および、起動パターンの記憶装置を具備することなく円滑な起動が可能な無刷子電動機の駆動装置を提供することが可能となる。

図１は本発明による実施例の全体構成図である。１は交流電源、２は整流用のダイオード、３は平滑用のコンデンサ、４はブリッジインバータ、６は電流検出回路、７は電流制限回路、８は位置検出回路、９は起動信号発生回路、10は切換回路、11は回転速度測定回路、12は回転速度司令回路、13は回転速度比較回路、14は電圧制御回路、15はゲート制御回路、16は変調回路であり、以上で無刷子電動機の駆動装置を構成している。５は無刷子電動機である。

無刷子電動機の固定子巻線の端子電圧に含まれる逆起電力から回転子位置を検出する、所謂、センサーレス１２０°通電方式による位置検出運転について説明する。無刷子電動機は固定子巻線に逆起電力が発生するのは回転子が回転している場合だけであるので、回転子が停止してる場合においては固定子巻線に発生する逆起電力から回転子位置を検出することはできない。従来より無刷子電動機をセンサーレス１２０°通電方式で起動する場合、同期電動機として運転を開始する同期運転起動方式を採用している。同期運転は起動信号発生回路９からの信号で固定子巻線の通電相を切り換え、徐々に回転速度を上昇させる。逆起電力が充分な大きさになるまで回転速度を上げた後、切換回路10により逆起電力から回転子位置を検出して運転を行う位置検出運転に切り換える。位置検出回路８は非通電巻線の逆起電力を用いて回転子の磁極位置を検出する。非通電巻線の逆起電力と中性点電位を比較してクロスする位置を基準位置として、基準位置から予め設定された固定子巻線の通電相切り換えまでの転流遅延角度に相当する時間経過後に固定子巻線の通電相切り換えを行う位置検出信号を発生する。

図２はデジタル位置検出方式の動作原理を示したものである。１２０°通電方式は位置検出回路８により非通電巻線の逆起電力を用いて位置検出する。デジタル位置検出は非通電巻線の逆起電力と中性点電位を直接比較した位置検出信号で、次の自分の相の転流をさせる点が特徴である。図２のようにＶ＋→Ｗ−通電時はｕ相電圧で位置検出して、マイコンのタイマで予め設定された電気角、例えば、電気角３０°遅延させてＷ−→ｕ−転流をさせる。Ｖ相とＷ相の情報は必要ない。このようにして、非通電巻線の逆起電力を用いて位置検出して運転する。

無刷子電動機の固定子巻線の端子電圧に含まれる逆起電力から回転子位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は、停止状態から起動する場合には逆起電力が発生していないため位置検出信号を得ることができない。このため、。従来より無刷子電動機を１２０°通電方式で起動する場合、同期モータとして運転を開始する同期運転起動方式を採用している。同期運転とは同期テーブルを用いて徐々に回転速度を上昇させる方式である。

図３は本発明による同期テーブルの説明図である。無刷子電動機は停止状態においては逆起電力が発生していないため、固定子巻線に通常の電圧を印加すると過大な電流が流れてしまう。このため、同期運転開始時において、電圧制御回路14はブリッジインバータ４の電流容量の許容値、無刷子電動機５の減磁開始電流、振動等を考慮した電流値に電流を抑制する電圧制御を行う。時刻が進むにしたがって、回転速度が上昇する。無刷子電動機は回転子が回転をすると逆起電力が発生する。このため、印加電圧が一定であると固定子巻線を流れる電流が減少する。この結果、同期運転中の負荷トルクに見合ったモータトルクを発生することが出来ずに脱調停止してしまう。このため、運転開始ｔ０から位置検出を許可するｔ２の期間は、逆起電力によって固定子巻線を流れる電流が減少しないように電圧制御回路14が動作する。

位置検出を許可するｔ２における固定子巻線を流れる電流が発生するモータトルクが負荷トルクより小さいと、位置検出運転に切り替える前に脱調停止してしまう。上記の同期運転開始時における電圧制御回路14の電圧制御は、この点を考慮した値になる。
時刻ｔ２以降は、電圧制御回路14は一定の電圧制御を行う。時刻が進むにしたがって回転速度はさらに上昇し、逆起電力も増大する。この結果、固定子巻線を流れる電流は減少し、負荷トルクに見合ったモータトルクを発生するために回転子の位相が印加電圧に近づいてくる。そして、位相が合ったときに切換回路10が動作して同期運転から位置検出運転に切り替える。電圧一定制御で回転速度を上昇させるだけであり、特別な実験等で予め求める項目はない。

時刻ｔ２以降は電圧制御回路14は一定の電圧制御を行うため、時刻が進むにしたがって回転速度はさらに上昇し、逆起電力も増大して印加電圧では固定子巻線に電流が流れなくなる。この段階に至っても位置検出運転に切り替えることができなければ、何らかの不具合により起動でいないものと判断して、運転を停止する。これが、時刻ｔ３である。

以上のように、本発明による無刷子電動機の駆動装置は無刷子電動機の回転速度、印加電圧、逆起電力、固定子巻線を流れる電流および印加電圧と逆起電力の位相等の基本的な項目によるものであるため、膨大な組合せのある起動条件を予め試験して起動パターンを求めておく必要がない。

また、回転速度司令回路12は回転速度司令を発生し、回転速度測定回路11の測定結果と回転速度比較回路が比較して、電圧制御回路14および変調回路16が作用して所定の回転速度を実現する。電流検出回路６、電流制限回路７は起動の異常時の過大電流を検出制御するものであり、これらは従来技術による無刷子電動機の駆動装置と同様である。

本発明による無刷子電動機の駆動装置の全体構成図。デジタル位置検出方式の動作原理説明図。本発明による同期テーブルの説明図。

符号の説明

１…交流電源、２…整流用のダイオード、３…平滑用のコンデンサ、４…ブリッジインバータ、５…無刷子電動機、６…電流検出回路、７…電流制限回路、８…位置検出回路、９…起動信号発生回路、10…切換回路、11…回転速度測定回路、12…回転速度司令回路、13…回転速度比較回路、14…電圧制御回路、15…ゲート制御回路、16…変調回路。

Claims

永久磁石を有する回転子と三相巻線からなる固定子巻線を有した無刷子電動機の固定子巻線の端子電圧に含まれる逆起電力から回転子磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置で、起動時は固定子巻線に強制的に通電して同期電動機として運転して、逆起電力が充分な大きさになるまで徐々に通電期間を短くして回転速度を上げ、逆起電力が充分な大きさになった後は、逆起電力と中性点電圧とを比較してクロスする位置を基準位置として、基準位置から固定子巻線の通電相切り換えまでの転流遅延角度を設定して、基準位置から転流遅延角度に相当する時間経過後に固定子巻線の通電相切り換えを行う無刷子電動機の駆動装置において、
位置検出回路が動作可能となる大きさの逆起電力が発生する回転速度、あるいは、それより所定の値だけ高い回転速度である第１の回転速度以降において逆起電力と中性点電圧とを比較する位置検出を許可し、第１の回転速度あるいは、それより所定の値だけ高い回転速度である第２の回転速度において必要最大トルクを発生する電流が流れるように、第２の回転速度における逆起電力と電流と巻線抵抗による電圧降下を合算した電圧を無刷子電動機の印加電圧とし、該印加電圧と逆起電力が等しくなり電流が流れなくなる回転速度、あるいは、それより所定の値だけ高い回転速度である第３の回転速度を同期運転の上限回転速度とすることを特徴とする無刷子電動機の駆動装置。
通電開始から第３の回転速度までの期間において回転速度を略直線で増大させることを特徴とする請求項１記載の無刷子電動機の駆動装置。
通電開始から第２の回転速度までの期間において印加電圧を漸増させることを特徴とする請求項１記載の無刷子電動機の駆動装置。
第３の回転速度において位置検出運転に切り替えしなかった場合に、運転を停止することを特徴とする請求項１記載の無刷子電動機の駆動装置。