JP3551911B2 - ブラシレスｄｃモータ制御方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、センサを用いることなく回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の機器の駆動源としてブラシレスＤＣモータが採用されているが、このブラシレスＤＣモータに対しては、電圧利用率の向上（過変調）による運転範囲拡大と高効率化、制御性向上、低騒音化が要求されているとともに、回転子の回転位置を検出するためのセンサを不要とすることによる信頼性向上とコストダウン、およびセンサレス制御を行う場合にはその緻密化が要求されている。
【０００３】
そして、このような要求を満足させるためのブラシレスＤＣモータ制御方法として、
（１）「ＩＰＭモータのセンサレス制御」、モータ技術シンポジウムＢ−５、１９９９／３に示すように、誘起電圧を外乱として考える外乱オブザーバを用いたセンサレスベクトル制御が提案されている。このセンサレスベクトル制御は、外乱オブザーバ、および過変調を伴わない電流制御を用いる制御方法である。
【０００４】
また、（２）ブラシレスＤＣモータの固定子巻線に通電する期間を１２０°に設定することによってモータの無通電相の誘起電圧を観測し、モータ誘起電圧から回転子回転位置を検出するとともに、電圧位相制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００５】
さらに、（３）制御ブラシレスＤＣモータのＹ結線された固定子巻線の中性点の電位を検出し、中性点電位から回転子回転位置を検出するとともに、電圧制御もしくは電流制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）の方法を採用した場合には、電流制御を用いている関係上、電圧利用率を上げることができないので、モータ巻線を少なくして誘起電圧を下げることが必要になり、ひいては効率が低下してしまうという不都合がある。
【０００７】
（２）の方法を採用した場合には、無通電相における誘起電圧を観測する関係上、通電幅を拡大することができず、電圧利用率を上げることができないという不都合がある。また、電圧位相の制御範囲が小さく、ＩＰＭ（埋込磁石構造の回転子を有するブラシレスＤＣモータ）を効率よく運転することができないという不都合もある。さらに、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００８】
（３）の方法を採用した場合には、誘起電圧を観測する場合のような不都合は発生しないが、モータ構造、モータ特性により制御性が大きく変化し、運転することができないモータが存在する可能性があるという不都合がある。また、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００９】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、モータ特性の影響を殆ど受けることなく、電圧利用率の向上、騒音低減、効率向上、制御の緻密化を達成することができるブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１１】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１３】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法は、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御する方法である。
【００１４】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行う方法である。
【００１５】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用する方法である。
【００１６】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用する方法である。
【００１７】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用する方法である。
【００１８】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とする波形設定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００１９】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定する印加電圧決定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００２１】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するものである。
【００２２】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するものである。
【００２３】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するものである。
【００２４】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するものである。
【００２５】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するものである。
【００２６】
【作用】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２７】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２９】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するのであるから、請求項１または請求項２の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００３０】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うのであるから、請求項１から請求項３の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００３１】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項１から請求項６の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００３４】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、波形設定手段によって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とすることができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３５】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３６】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、印加電圧決定手段によって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定することができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３７】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３９】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するのであるから、請求項９の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００４０】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するのであるから、請求項８から請求項１０の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００４１】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４２】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４３】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項８から請求項１３の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００４５】
図１はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【００４６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置は、交流電源１を入力として直流電力を得るコンバータ２と、この直流電力を入力として交流電力を得てブラシレスＤＣモータ４に供給するインバータ３と、ブラシレスＤＣモータ４に供給されるモータ電流を検出する電流検出部５ａと、ブラシレスＤＣモータ４の端子における電圧を検出する電圧検出手段５ｂと、モータモデルが設定されているとともに、モータ電流および電圧を入力として所定の演算を行い、回転子の回転速度（以下、単に速度と称する）および回転子の回転位置｛以下、ロータ位置（θ）と称する｝を推定する位置・速度推定部６と、推定された速度および外部から与えられる速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する速度制御部７と、推定されたロータ位置（＾θ）を入力として任意の調波成分に対応する波形信号を発生する波形発生部８と、電流指令と波形信号とを加算する加算部９と、加算部９による加算結果、モータ電流、およびロータ位置（＾θ）を入力として電流制御演算を行って電圧指令を出力し、インバータ３に供給する電流制御部１０とを有している。
【００４７】
図２は前記位置・速度推定部６の構成の一例を示すブロック図である。
【００４８】
この位置・速度推定部６は、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電圧を入力としてγδ変換（数１参照）を行ってγδ電圧ベクトルを出力する３相→γδ変換部６１と、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電流を入力としてγδ変換を行ってγδ電流ベクトルを出力する３相→γδ変換部６２と、γδ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを出力するモータ逆モデル部６３と、モータ逆モデル部６３から出力される電圧ベクトルと３相→γδ変換部６１から出力される電圧ベクトルとの差を算出する差算出部６４と、差算出部６４から出力される差を入力とするフィルタ６５と、フィルタからの出力を入力としてロータ位置（θ）の推定を行う位置推定部６６と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部６７とを有している。
【００４９】
【数１】
【００５０】
この場合には、回転座標モータモデルを用いてロータ位置（θ）を推定することができる。
【００５１】
なお、この図、および以下の図において、αβ座標は２相直交固定座標、γδ座標は＾θ回転座標、θは電気角、＾ωは推定電気角速度、ｖ３は三相電圧、ｉ３は三相電流、ｖγδはγδ軸電圧、ｉγδはγδ軸電流、εγδはγδ軸誘起電圧、α１、β１はフィルタ伝達関数の極、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒは電機子抵抗、φは電機子鎖交磁束、ｋθはフィードバックゲイン、ｓは微分演算子、｜｜・｜｜は２乗和の平方根、ｓｉｇｎ（ｘ）はｘが正なら＋、負なら−を返す関数、Δはモータモデルと実モータとの誤差、￣はセンサ値、＾は推定値をそれぞれ示し、数２のように与えられる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
図３は前記波形発生部８の構成の一例を示すブロック図である。
【００５４】
この波形発生部８は、１／Ｎ次調波、・・・、１／２次調波、０次調波、１次調波、２次調波、・・・、ｎ次調波の振幅、位相を記憶している１／Ｎ次調波記憶部、・・・、１／２次調波記憶部、０次調波記憶部、１次調波記憶部、２次調波記憶部、・・・、ｎ次調波記憶部を有しているとともに、ロータ位置（θ）がこれらの記憶部に供給されることにより各記憶部から読み出される振幅を加算する加算部を有しており、全ての記憶部からの読み出し値を加算した結果を波形信号として出力する。
【００５５】
上記の構成のブラシレスＤＣモータ制御装置の作用は次のとおりである。
【００５６】
モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６に供給することによってロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００５７】
そして、推定された速度を速度制御部７に供給することにより電流指令を得ることができる。
【００５８】
また、ロータ位置（＾θ）を波形発生部８に供給することにより、任意の調波成分を表す波形信号を発生する。
【００５９】
このようにして得られた電流指令と波形信号とを加算して電流制御部１０に供給するとともに、モータ電流およびロータ位置（＾θ）をも電流制御部１０に供給して電圧指令を得てインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００６０】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００６１】
なお、この実施態様においては、電圧を直接検出するようにしているが、インバータ３を駆動するためのＰＷＭパターンなどから推定するようにしてもよい。
【００６２】
図４は位置・速度推定部６の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６３】
この位置・速度推定部６が図２の位置・速度推定部６と大きく異なる点は、回転座標モータモデルに代えて固定座標モータモデルを採用した点である。
【００６４】
この位置・速度推定部６は、３相電圧を入力としてαβ電圧ベクトルを出力する３相→２相変換部７１と、３相電流を入力としてαβ電流ベクトルを出力する３相→２相変換部７２と、αβ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを得て３相→２相変換部７１から出力される電圧ベクトルとの差を算出し、積分した後に、αβ電流ベクトルおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づく処理結果との差を算出するモータ逆モデル部７３と、モータ逆モデル部７３からの出力に対してｔａｎ−１処理を行ってロータ位置（＾θ）を出力するロータ位置算出部７４と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部７５とを有している。
【００６５】
この場合にも図２の位置・速度推定部６と同様にロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００６６】
図５は波形発生部８の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６７】
この波形発生部８においては、ロータ位置（θ）に応じた振幅を記憶する波形メモリを設けているので、図３の場合と比較して構成を簡単化することができる。
【００６８】
ここで、波形メモリに記憶される波形は、例えば、図６に示すように、ロータ位置（θ）が０〜２πに範囲に対応する振幅の変化波形である。
【００６９】
ただし、波形メモリに記憶される波形の長さは必要とされる調波に応じて設定される。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。また、メモリ容量を低減するために、対称性から推定できる最小長さの波形のみを記憶すればよい。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。
【００７０】
図７はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【００７１】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、速度制御部７に代えて、推定速度、ロータ位置（＾θ）、および速度指令を入力として速度制御演算を行って電圧指令を出力する速度制御部７’を採用した点、および電流制御部１０を省略した点のみである。
【００７２】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合には、モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６によってロータ位置（＾θ）および速度を推定する。
【００７３】
そして、推定されたロータ位置（＾θ）、速度、および速度指令に基づいて電圧指令を算出する。
【００７４】
一方、ロータ位置（＾θ）に基づいて波形信号を発生し、電圧指令と加算して電圧指令を補正し、インバータ３に供給してインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００７５】
この場合において、電圧波形が正弦波であっても、モータの特性や負荷の影響を受けて電流波形は非正弦波になる。しかし、位置・速度推定部６において、モータ逆モデルおよびフィルタを用いてロータ位置（＾θ）の推定を行っているので、ロータ位置の推定精度を高めることができる。
【００７６】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００７７】
図８はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００７８】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、電流制御部１０から出力される電圧指令を電圧リミッタ１１を介してインバータ３に供給する点のみである。
【００７９】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合の作用は次のとおりである。
【００８０】
電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越えていない場合には、電圧指令がそのままインバータ３に供給されるので、図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【００８１】
逆に、電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越える場合には、単相分のみを示す図９に示すように、電圧指令が電圧限界でクリップされ｛図９中（Ａ）参照｝、矩形波に近づくので、インバータ出力電圧も矩形波に近づく｛図９中（Ｃ）参照｝。この結果、同じ出力限界電圧であっても基本波成分を大きくすることができ｛図９中（Ｂ）参照｝、ブラシレスＤＣモータ４の運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００８２】
これは、図１０に示すように、電圧指令が電圧限界以下である場合｛図１０中（Ａ）参照｝における基本波成分｛図１０中（Ｂ）参照｝と比較することにより簡単に理解することができる。
【００８３】
また、電圧リミッタを用いない場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ａ）参照｝、電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ｂ）参照｝、および電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示す実測結果｛図１１中（Ｃ）参照｝を比較しても、電圧リミッタを用いることにより運転範囲を高速側に拡大できることが分かる。
【００８４】
なお、インバータ出力電圧波形を矩形波に近づける方法としては、電圧リミッタを用いて電圧指令をクリップする代わりに、電圧指令を電圧限界に漸近させる特性を持たせるようにすることが可能であるほか、基本波のピークを下げるように３次調波を加えるようにすることが可能である。
【００８５】
図１２はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００８６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図８のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、出力電圧指令の増加に対する基本波成分の増加割合が一定となるように電圧指令を補正する電圧補正部１２をさらに含む点のみである。
【００８７】
この電圧補正部１２は、例えば電圧指令に対して補正係数を乗算するものである。
【００８８】
さらに説明する。
【００８９】
図１３は、出力波形が基本波のみ、単相の場合の電圧補正係数を示す図である。なお、横軸は、電圧指令（ｐ−ｐ）／インバータ入力電圧である。
【００９０】
この値は指令電圧の基本波と電圧リミット後の基本波を計算し、その比をプロットすることにより得られたものであり、３相の場合にも容易に算出することができる。
【００９１】
したがって、電圧補正部１２に、この電圧補正係数を表す式、テーブルなどを持たせておき、電圧指令に応じて電圧補正係数を選択させればよい。
【００９２】
図８のブラシレスＤＣモータ制御装置では、電圧リミッタ１１によってクリップされることにより電圧指令に対して基本波成分が削減される｛図１４中（Ａ）（Ｂ）参照｝。なお、図１４中（Ｃ）が電圧指令を、図１４中（Ｄ）が出力電圧を、それぞれ示している。
【００９３】
しかし、この実施態様では、図１５中（Ａ）（Ｂ）に示すように電圧補正部１２によって電圧指令を補正するので、図１５中（Ｃ）に示すように出力電圧の基本波を電圧指令の基本波と等しくすることができ、ひいては、出力電圧の基本波成分をリニアに増加させることができ、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。なお、図１５中（Ｄ）が出力電圧を示している。
【００９４】
上記の各実施態様においては、磁束、誘起電圧などの回転による電圧、電流へのリアクションを検出してロータ位置を推定するのであるから、モータ停止時にはロータ位置を推定することができない。しかし、圧縮機は極低速領域での運転が必要でないから、上記の特性と良好にマッチする。したがって、ブラシレスＤＣモータによって圧縮機を駆動する場合に上記の各実施態様を採用することが好ましく、各実施態様の持つ不都合が顕在化することを未然に防止することができる。
【００９５】
また、任意の調波成分を電流、電圧波形に重畳することで、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【００９７】
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００９９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１００】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０１】
請求項５の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０２】
請求項６の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【０１０４】
請求項８の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０５】
請求項９の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０７】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１０８】
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０９】
請求項１２の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１０】
請求項１３の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１１】
請求項１４の発明は、請求項８から請求項１３の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】位置・速度推定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】波形発生部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】位置・速度推定部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図５】波形発生部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図６】波形メモリに記憶される波形の一例を示す図である。
【図７】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【図８】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図９】電圧指令のクリップによる基本波成分の増加を説明する図である。
【図１０】基本波成分の増加を行わない場合の出力限界を説明する図である。
【図１１】電圧指令のクリップによる運転範囲の拡大を説明する図である。
【図１２】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図１３】電圧補正係数の一例を示す図である。
【図１４】電圧指令のクリップによる電圧指令に対する基本波成分の減少を説明する図である。
【図１５】補正後の電圧指令とインバータ出力電圧との関係を説明する図である。
【符号の説明】
３ インバータ ４ ブラシレスＤＣモータ
６ 位置・速度推定部 ７、７’ 速度制御部
８ 波形発生部 ９ 加算部
１１ 電圧リミッタ １２ 電圧補正部
【発明の属する技術分野】
この発明はブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、センサを用いることなく回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の機器の駆動源としてブラシレスＤＣモータが採用されているが、このブラシレスＤＣモータに対しては、電圧利用率の向上（過変調）による運転範囲拡大と高効率化、制御性向上、低騒音化が要求されているとともに、回転子の回転位置を検出するためのセンサを不要とすることによる信頼性向上とコストダウン、およびセンサレス制御を行う場合にはその緻密化が要求されている。
【０００３】
そして、このような要求を満足させるためのブラシレスＤＣモータ制御方法として、
（１）「ＩＰＭモータのセンサレス制御」、モータ技術シンポジウムＢ−５、１９９９／３に示すように、誘起電圧を外乱として考える外乱オブザーバを用いたセンサレスベクトル制御が提案されている。このセンサレスベクトル制御は、外乱オブザーバ、および過変調を伴わない電流制御を用いる制御方法である。
【０００４】
また、（２）ブラシレスＤＣモータの固定子巻線に通電する期間を１２０°に設定することによってモータの無通電相の誘起電圧を観測し、モータ誘起電圧から回転子回転位置を検出するとともに、電圧位相制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００５】
さらに、（３）制御ブラシレスＤＣモータのＹ結線された固定子巻線の中性点の電位を検出し、中性点電位から回転子回転位置を検出するとともに、電圧制御もしくは電流制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）の方法を採用した場合には、電流制御を用いている関係上、電圧利用率を上げることができないので、モータ巻線を少なくして誘起電圧を下げることが必要になり、ひいては効率が低下してしまうという不都合がある。
【０００７】
（２）の方法を採用した場合には、無通電相における誘起電圧を観測する関係上、通電幅を拡大することができず、電圧利用率を上げることができないという不都合がある。また、電圧位相の制御範囲が小さく、ＩＰＭ（埋込磁石構造の回転子を有するブラシレスＤＣモータ）を効率よく運転することができないという不都合もある。さらに、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００８】
（３）の方法を採用した場合には、誘起電圧を観測する場合のような不都合は発生しないが、モータ構造、モータ特性により制御性が大きく変化し、運転することができないモータが存在する可能性があるという不都合がある。また、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００９】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、モータ特性の影響を殆ど受けることなく、電圧利用率の向上、騒音低減、効率向上、制御の緻密化を達成することができるブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１１】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１３】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法は、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御する方法である。
【００１４】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行う方法である。
【００１５】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用する方法である。
【００１６】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用する方法である。
【００１７】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用する方法である。
【００１８】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とする波形設定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００１９】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定する印加電圧決定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００２１】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するものである。
【００２２】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するものである。
【００２３】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するものである。
【００２４】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するものである。
【００２５】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するものである。
【００２６】
【作用】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２７】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２９】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するのであるから、請求項１または請求項２の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００３０】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うのであるから、請求項１から請求項３の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００３１】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項１から請求項６の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００３４】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、波形設定手段によって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とすることができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３５】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３６】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、印加電圧決定手段によって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定することができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３７】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３９】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するのであるから、請求項９の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００４０】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するのであるから、請求項８から請求項１０の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００４１】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４２】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４３】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項８から請求項１３の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００４５】
図１はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【００４６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置は、交流電源１を入力として直流電力を得るコンバータ２と、この直流電力を入力として交流電力を得てブラシレスＤＣモータ４に供給するインバータ３と、ブラシレスＤＣモータ４に供給されるモータ電流を検出する電流検出部５ａと、ブラシレスＤＣモータ４の端子における電圧を検出する電圧検出手段５ｂと、モータモデルが設定されているとともに、モータ電流および電圧を入力として所定の演算を行い、回転子の回転速度（以下、単に速度と称する）および回転子の回転位置｛以下、ロータ位置（θ）と称する｝を推定する位置・速度推定部６と、推定された速度および外部から与えられる速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する速度制御部７と、推定されたロータ位置（＾θ）を入力として任意の調波成分に対応する波形信号を発生する波形発生部８と、電流指令と波形信号とを加算する加算部９と、加算部９による加算結果、モータ電流、およびロータ位置（＾θ）を入力として電流制御演算を行って電圧指令を出力し、インバータ３に供給する電流制御部１０とを有している。
【００４７】
図２は前記位置・速度推定部６の構成の一例を示すブロック図である。
【００４８】
この位置・速度推定部６は、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電圧を入力としてγδ変換（数１参照）を行ってγδ電圧ベクトルを出力する３相→γδ変換部６１と、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電流を入力としてγδ変換を行ってγδ電流ベクトルを出力する３相→γδ変換部６２と、γδ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを出力するモータ逆モデル部６３と、モータ逆モデル部６３から出力される電圧ベクトルと３相→γδ変換部６１から出力される電圧ベクトルとの差を算出する差算出部６４と、差算出部６４から出力される差を入力とするフィルタ６５と、フィルタからの出力を入力としてロータ位置（θ）の推定を行う位置推定部６６と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部６７とを有している。
【００４９】
【数１】
この場合には、回転座標モータモデルを用いてロータ位置（θ）を推定することができる。
【００５１】
なお、この図、および以下の図において、αβ座標は２相直交固定座標、γδ座標は＾θ回転座標、θは電気角、＾ωは推定電気角速度、ｖ３は三相電圧、ｉ３は三相電流、ｖγδはγδ軸電圧、ｉγδはγδ軸電流、εγδはγδ軸誘起電圧、α１、β１はフィルタ伝達関数の極、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒは電機子抵抗、φは電機子鎖交磁束、ｋθはフィードバックゲイン、ｓは微分演算子、｜｜・｜｜は２乗和の平方根、ｓｉｇｎ（ｘ）はｘが正なら＋、負なら−を返す関数、Δはモータモデルと実モータとの誤差、￣はセンサ値、＾は推定値をそれぞれ示し、数２のように与えられる。
【００５２】
【数２】
図３は前記波形発生部８の構成の一例を示すブロック図である。
【００５４】
この波形発生部８は、１／Ｎ次調波、・・・、１／２次調波、０次調波、１次調波、２次調波、・・・、ｎ次調波の振幅、位相を記憶している１／Ｎ次調波記憶部、・・・、１／２次調波記憶部、０次調波記憶部、１次調波記憶部、２次調波記憶部、・・・、ｎ次調波記憶部を有しているとともに、ロータ位置（θ）がこれらの記憶部に供給されることにより各記憶部から読み出される振幅を加算する加算部を有しており、全ての記憶部からの読み出し値を加算した結果を波形信号として出力する。
【００５５】
上記の構成のブラシレスＤＣモータ制御装置の作用は次のとおりである。
【００５６】
モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６に供給することによってロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００５７】
そして、推定された速度を速度制御部７に供給することにより電流指令を得ることができる。
【００５８】
また、ロータ位置（＾θ）を波形発生部８に供給することにより、任意の調波成分を表す波形信号を発生する。
【００５９】
このようにして得られた電流指令と波形信号とを加算して電流制御部１０に供給するとともに、モータ電流およびロータ位置（＾θ）をも電流制御部１０に供給して電圧指令を得てインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００６０】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００６１】
なお、この実施態様においては、電圧を直接検出するようにしているが、インバータ３を駆動するためのＰＷＭパターンなどから推定するようにしてもよい。
【００６２】
図４は位置・速度推定部６の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６３】
この位置・速度推定部６が図２の位置・速度推定部６と大きく異なる点は、回転座標モータモデルに代えて固定座標モータモデルを採用した点である。
【００６４】
この位置・速度推定部６は、３相電圧を入力としてαβ電圧ベクトルを出力する３相→２相変換部７１と、３相電流を入力としてαβ電流ベクトルを出力する３相→２相変換部７２と、αβ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを得て３相→２相変換部７１から出力される電圧ベクトルとの差を算出し、積分した後に、αβ電流ベクトルおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づく処理結果との差を算出するモータ逆モデル部７３と、モータ逆モデル部７３からの出力に対してｔａｎ−１処理を行ってロータ位置（＾θ）を出力するロータ位置算出部７４と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部７５とを有している。
【００６５】
この場合にも図２の位置・速度推定部６と同様にロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００６６】
図５は波形発生部８の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６７】
この波形発生部８においては、ロータ位置（θ）に応じた振幅を記憶する波形メモリを設けているので、図３の場合と比較して構成を簡単化することができる。
【００６８】
ここで、波形メモリに記憶される波形は、例えば、図６に示すように、ロータ位置（θ）が０〜２πに範囲に対応する振幅の変化波形である。
【００６９】
ただし、波形メモリに記憶される波形の長さは必要とされる調波に応じて設定される。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。また、メモリ容量を低減するために、対称性から推定できる最小長さの波形のみを記憶すればよい。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。
【００７０】
図７はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【００７１】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、速度制御部７に代えて、推定速度、ロータ位置（＾θ）、および速度指令を入力として速度制御演算を行って電圧指令を出力する速度制御部７’を採用した点、および電流制御部１０を省略した点のみである。
【００７２】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合には、モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６によってロータ位置（＾θ）および速度を推定する。
【００７３】
そして、推定されたロータ位置（＾θ）、速度、および速度指令に基づいて電圧指令を算出する。
【００７４】
一方、ロータ位置（＾θ）に基づいて波形信号を発生し、電圧指令と加算して電圧指令を補正し、インバータ３に供給してインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００７５】
この場合において、電圧波形が正弦波であっても、モータの特性や負荷の影響を受けて電流波形は非正弦波になる。しかし、位置・速度推定部６において、モータ逆モデルおよびフィルタを用いてロータ位置（＾θ）の推定を行っているので、ロータ位置の推定精度を高めることができる。
【００７６】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００７７】
図８はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００７８】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、電流制御部１０から出力される電圧指令を電圧リミッタ１１を介してインバータ３に供給する点のみである。
【００７９】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合の作用は次のとおりである。
【００８０】
電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越えていない場合には、電圧指令がそのままインバータ３に供給されるので、図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【００８１】
逆に、電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越える場合には、単相分のみを示す図９に示すように、電圧指令が電圧限界でクリップされ｛図９中（Ａ）参照｝、矩形波に近づくので、インバータ出力電圧も矩形波に近づく｛図９中（Ｃ）参照｝。この結果、同じ出力限界電圧であっても基本波成分を大きくすることができ｛図９中（Ｂ）参照｝、ブラシレスＤＣモータ４の運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００８２】
これは、図１０に示すように、電圧指令が電圧限界以下である場合｛図１０中（Ａ）参照｝における基本波成分｛図１０中（Ｂ）参照｝と比較することにより簡単に理解することができる。
【００８３】
また、電圧リミッタを用いない場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ａ）参照｝、電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ｂ）参照｝、および電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示す実測結果｛図１１中（Ｃ）参照｝を比較しても、電圧リミッタを用いることにより運転範囲を高速側に拡大できることが分かる。
【００８４】
なお、インバータ出力電圧波形を矩形波に近づける方法としては、電圧リミッタを用いて電圧指令をクリップする代わりに、電圧指令を電圧限界に漸近させる特性を持たせるようにすることが可能であるほか、基本波のピークを下げるように３次調波を加えるようにすることが可能である。
【００８５】
図１２はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００８６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図８のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、出力電圧指令の増加に対する基本波成分の増加割合が一定となるように電圧指令を補正する電圧補正部１２をさらに含む点のみである。
【００８７】
この電圧補正部１２は、例えば電圧指令に対して補正係数を乗算するものである。
【００８８】
さらに説明する。
【００８９】
図１３は、出力波形が基本波のみ、単相の場合の電圧補正係数を示す図である。なお、横軸は、電圧指令（ｐ−ｐ）／インバータ入力電圧である。
【００９０】
この値は指令電圧の基本波と電圧リミット後の基本波を計算し、その比をプロットすることにより得られたものであり、３相の場合にも容易に算出することができる。
【００９１】
したがって、電圧補正部１２に、この電圧補正係数を表す式、テーブルなどを持たせておき、電圧指令に応じて電圧補正係数を選択させればよい。
【００９２】
図８のブラシレスＤＣモータ制御装置では、電圧リミッタ１１によってクリップされることにより電圧指令に対して基本波成分が削減される｛図１４中（Ａ）（Ｂ）参照｝。なお、図１４中（Ｃ）が電圧指令を、図１４中（Ｄ）が出力電圧を、それぞれ示している。
【００９３】
しかし、この実施態様では、図１５中（Ａ）（Ｂ）に示すように電圧補正部１２によって電圧指令を補正するので、図１５中（Ｃ）に示すように出力電圧の基本波を電圧指令の基本波と等しくすることができ、ひいては、出力電圧の基本波成分をリニアに増加させることができ、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。なお、図１５中（Ｄ）が出力電圧を示している。
【００９４】
上記の各実施態様においては、磁束、誘起電圧などの回転による電圧、電流へのリアクションを検出してロータ位置を推定するのであるから、モータ停止時にはロータ位置を推定することができない。しかし、圧縮機は極低速領域での運転が必要でないから、上記の特性と良好にマッチする。したがって、ブラシレスＤＣモータによって圧縮機を駆動する場合に上記の各実施態様を採用することが好ましく、各実施態様の持つ不都合が顕在化することを未然に防止することができる。
【００９５】
また、任意の調波成分を電流、電圧波形に重畳することで、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【００９７】
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００９９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１００】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０１】
請求項５の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０２】
請求項６の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【０１０４】
請求項８の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０５】
請求項９の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０７】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１０８】
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０９】
請求項１２の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１０】
請求項１３の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１１】
請求項１４の発明は、請求項８から請求項１３の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】位置・速度推定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】波形発生部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】位置・速度推定部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図５】波形発生部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図６】波形メモリに記憶される波形の一例を示す図である。
【図７】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【図８】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図９】電圧指令のクリップによる基本波成分の増加を説明する図である。
【図１０】基本波成分の増加を行わない場合の出力限界を説明する図である。
【図１１】電圧指令のクリップによる運転範囲の拡大を説明する図である。
【図１２】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図１３】電圧補正係数の一例を示す図である。
【図１４】電圧指令のクリップによる電圧指令に対する基本波成分の減少を説明する図である。
【図１５】補正後の電圧指令とインバータ出力電圧との関係を説明する図である。
【符号の説明】
３ インバータ ４ ブラシレスＤＣモータ
６ 位置・速度推定部 ７、７’ 速度制御部
８ 波形発生部 ９ 加算部
１１ 電圧リミッタ １２ 電圧補正部
Claims (14)
- モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータ（４）を制御する方法であって、
インバータ（３）の出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータ（３）を制御する
ことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御方法。 - モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータ（４）を制御する方法であって、
回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータ（４）に重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータ（３）を制御する
ことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御方法。 - インバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御する請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
- モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行う請求項１から請求項３の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
- モータ逆モデルは回転座標モデルである請求項４に記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
- モータ逆モデルは固定座標モデルである請求項４に記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
- ブラシレスＤＣモータ（４）は圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータ（４）である請求項１から請求項６の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ制御方法。
- モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段（６）によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータ（４）を制御する装置であって、
インバータ（３）の出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とする波形設定手段（７）（８）（９）と、インバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータ（３）を制御するインバータ制御手段（１１）（１２）を
含むことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御装置。 - モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段（６）によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータ（４）を制御する装置であって、
回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータ（４）に重畳すべき電圧を決定する印加電圧決定手段（７’）（８）（９）と、インバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータ（３）を制御するインバータ制御手段（１１）（１２）を
含むことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御装置。 - 前記インバータ制御手段（１２）は、インバータ（３）の出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものである請求項８または請求項９に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
- 前記回転位置推定手段（６）は、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものである請求項８から請求項１０の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
- モータ逆モデルは回転座標モデルである請求項１１に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
- モータ逆モデルは固定座標モデルである請求項１１に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
- ブラシレスＤＣモータ（４）は圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータ（４）である請求項８から請求項１３の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
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