JP3586593B2 - Motor control device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ制御装置に関し、特に磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータを効率的に駆動することが可能なモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題が社会的話題となり省エネルギー化が重要な関心となっている。特に、モータ分野においては、省エネルギーの観点から、小型・高効率化・高出力のモータが切望されている。
【０００３】
従来のモータの代表として誘電モータや磁石をロータ表面に装着したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ等があり、双方とも量産性に優れている。
【０００４】
これに対し、従来と異なる構造のモータが開発されている。このうち、効率をさらに高めるために永久磁石をロータ内部に埋込んで、フレミングトルクに加えてリラクタンストルクを利用するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータが注目されている。
【０００５】
図１６は、このようなＩＰＭモータの構造の一例を示す図である。図１６に示されるＩＰＭモータは、高透磁率材の鉄芯または積層珪素鋼板で構成されているロータコア１３１の内部に永久磁石１３２を埋込んでロータを構成している。図１６に示されるＩＰＭモータは、４極モータであって、４個（図１６は、／２断面を示している）の永久磁石１３２が円周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互になるように配設されている。
【０００６】
なお、図１６において、記号１３４はコイルが巻かれる部分を、記号１３５はステータを、記号１３６はティースを示している。このように構成することにより、永久磁石１３２の中心とロータコア１３１の中心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のインダクタンスＬｄと、ｄ軸に対して電気角で９０度回転した方向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑとに差が生じ、永久磁石１３２によるフレミングトルクＴｍに加えてリラクタンストルクＴｒが発生することになる。
【０００７】
これらの関係については、「リラクタンストルクを要した回転機」（松井信行他、Ｔ．ＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１４−Ｄ，Ｎｏ９，１９９４）において解析がなされている（以下、参考文献１と称す）。参考文献１によれば、フレミングトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとの関係は、式（１）を満たす。
【０００８】

なお、式（１）において、Ｐｎは極対数を、ψａは鎖交磁束、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンスを、Ｌｑはｑ軸方向のインダクタンスを、ｉｄは、ｄ軸方向の電流を、ｉｑはｑ軸方向の電流を、βは電流位相を、ｉａは電流ベクトルの大きさをそれぞれ表わしている。
【０００９】
電流位相βを変化させた場合のフレミングトルクＴｍ、リラクタンストルクＴｒおよび総合トルクＴｔの変化を、図１７を用いて説明する。図１７に示されるように、フレミングトルクＴｍは、電流位相βが９０度の時点で最大値を示し、９０度を離れるとともに小さくなり、１８０度で０となる。これに対し、リラクタンストルクＴｒは、電流位相βが１３５度の時点で最大値を示す。したがって、リラクタンストルクＴｒとフレミングトルクＴｍとを足し合せた総合トルクＴｔは、それぞれのトルク比により変わるが、電流位相βは１１５度付近で最大値を示す。したがって、リラクタンストルクＴｒを有効に利用するＩＰＭモータは、フレミングトルクＴｍのみを用いて動作するＳＰＭモータよりも、同一電流において高トルクの出力が可能となる。
【００１０】
ところで、モータのトルクの大きさを決定する要因として、モータ駆動制御方法が重要となる。従来の電流駆動方法としては、１２０度矩形波駆動が一般的である。この１２０度矩形波駆動方法とは、モータコイルの３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）中の２相に対し電流を通電し、１２０度ごとに電流をつなぎ合せて直流となるようにインバータを制御する方法である。１２０度矩形波駆動においては、各々の相についてみれば通電休止期間があり、当該通電休止期間にロータ磁石の回転によりステータコイルに発生する誘起電圧を検出してロータ回転を制御している。上述したリラクタンストルクＴｒを利用するＩＰＭモータにおいては、トルクを最大にするために通電タイミングが重要となる。したがって、ＩＰＭモータに対しては、１２０度矩形波駆動を行ない通電休止期間に誘起電圧を検出してロータ位相を算出している。
【００１１】
これに対し、モータ効率を向上させるモータ駆動制御方法として、通電幅を電気角で１８０度に設定した１８０度正弦波駆動方式がある。「ブラシレスＤＣモータ駆動制御方法およびその装置および電気機器（国際公開番号ＷＯ９５−２７３２８）」は、永久磁石を内部に埋込んだモータに対し、通電幅を電気角１８０度に設定し、モータコイルの第１中心点電位と当該コイルに電気的に並列となるグリッジ回路による第２中心点電位との差に基づいて磁極位置を検出する手法を具備している（参考文献２と称す。）。
【００１２】
ここで、参考文献２に記載さているブラシレスＤＣモータ制御装置について、図１８を用いて説明する。図１８は、参考文献２に記載されるモータ制御装置の構成を概略的に表わす図である。図１８においては、直流電源２１１の端子間に３対のスイッチングトランジスタ２１２ｕ、２１２ｖ、２１２ｗをそれぞれ直列接続してインバータを構成し、各対のスイッチングトランジスタ同士の接続線電圧をブラシレスＤＣモータのＹ結線された各相の固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１３ｗにそれぞれ印加している。そして、各対のスイッチングトランジスタ同士の接続点電圧をＹ結線された抵抗２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗにもそれぞれ印加している。さらに、中性点２１３ｄの電圧が抵抗２１５ａを介して増幅器２１５の反転入力端子に供給され、Ｙ結線された抵抗の中性点電圧２１４ｄの電圧が増幅器２１５の非反転入力端子に供給されている。そして、増幅器２１５の出力端子と反転入力端子との間に抵抗２１５ｂを接続することにより、差動増幅器として動作させるようにしている。ここで固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１３ｗの中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０は、インバータ出力波形とモータ誘起電圧波形に含まれる３ｎ次調波成分（ｎは整数）との和になる。一方、接続点電圧がＹ結線された抵抗２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗの中性点２１４ｄの電圧は、インバータ出力波形のみで決定される。したがって中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０と中性点２１４ｄの電圧との差を得ることにより、モータ誘起電圧波形に含まれる３ｎ次調波成分を取出すことができる。以上により、磁極位置センサを用いることなく、モータ誘起電圧波形を検出、すなわちロータ位置を検出することができるため１８０度駆動方式が実現される。
【００１３】
また、「電気車用制御装置（特開平１０−３４１５９４号公報）」では、磁極位置検出器または回転パルス検出器に異常があった場合に、必要に応じて１２０度駆動方式または１８０度駆動方式が選択される構成が開示されている（参考文献３と称す）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、参考文献２による構成では、モータコイル結線の中心点を与える抵抗結線２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗには差動増幅器等の外部回路を設けることにより、１８０度正弦波通電状態でロータ位置検出を可能とする。
【００１５】
ところが、同期モータにおいて、１２０度矩形波駆動方式と１８０度正弦波駆動方式とで効率を比較すると、モータの状態（出力や回転数等）によって１８０度正弦波駆動方式より１２０度矩形波駆動方式の方が効率が高くなる場合があり、１８０度正弦波駆動方式のみで駆動するのは必ずしも効率面から最適とは言えない。
【００１６】
また、参考文献３は、異常事態、たとえば、磁極位置検出を持たない電気車用制御装置において回転パルス検出手段に異常を生じた場合や、磁極位置検出器を備えた電気車用制御装置において、磁極位置検出器と回転パルス検出手段との双方に異常が生じた場合に対処することを目的として構成されたものであり、効率の観点からは最適な構成とは言えない。
【００１７】
すなわち、異常が生じた場合に１２０度駆動方式を行なうのは、電動機を停止させることなく運転を継続するためであり、そのときの制御方法は、磁極位置推定手段によって推定された磁極位置推定位置に基づくものである。したがって、効率面については何ら対処するものではない。
【００１８】
それゆえ、この発明の目的は、同期モータを効率的に駆動させることが可能なモータ制御装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るモータ制御装置は、同期モータを制御するモータ制御装置であって、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、複数の駆動手段は、少なくとも、同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、同期モータのモータ効率に応じて、複数の駆動手段のうち１つを選択する駆動制御手段をさらに備える。
【００２０】
したがって、第１発明に係るモータ制御装置によれば、複数の通電駆動手段を備え、これらのうちの１つを選択的に動作させることにより、モータ効率の観点から最適な駆動、より具体的には最高効率で駆動させることが可能となる。
【００２１】
第２発明に係るモータ制御装置は、第１発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状態に対して前記モータ効率が所望の効率になるように、１２０度通電駆動手段または１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する。
【００２２】
したがって、第２発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力等）に応じて、１８０度通電駆動方式または１２０度通電駆動方式のうち最適な駆動方式を選択することができる。したがって、より具体的には、最高効率で駆動させることが可能となる。
【００２３】
第３発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆動のそれぞれについて、同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ回転数に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００２４】
したがって、第３発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ回転数に対して最適な駆動方式を選択することができる。
【００２５】
第４発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクとに基づき、同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆動のそれぞれについて、同期モータに関するモータ出力とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ出力に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００２６】
したがって、第４発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ出力に対して最適な駆動方式を選択することができる。
【００２７】
第５発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、モータコイルを含み、モータコイル端子に流れるモータ電流と同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を検出する位相差検出手段と、所望の位相差情報を格納する格納部と、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とをさらに備え、１８０度通電駆動手段は、検出される位相差情報と所望の位相差情報との差に応じて動作が制御され、１２０度通電駆動手段は、検出される誘起電圧に応じて動作が制御される。
【００２８】
したがって、第５発明に係るモータ制御装置によれば、誘起電圧の検出により１２０度通電駆動を、位相差情報により１８０度通電駆動を制御することができるため、特別な位置検出器を用いずに、最適な駆動を実現することが可能となる。
【００２９】
第６発明に係るモータ制御装置は、第１または第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出されたモータ回転数と所望のモータ回転数との差に基づき、複数の通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対する回転速度の設定を調整する手段をさらに備える。
【００３０】
したがって、第６発明に係るモータ制御装置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御を行なうことが可能となる。
【００３１】
第７発明に係るモータ制御装置は、第３または第４発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、外部指令に基づき、対応する通電駆動手段を指定する指令手段をさらに備え、選択手段は、指令手段の制御に基づき、１８０度通電駆動手段または１２０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する。
【００３２】
したがって、第７発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。たとえば、夜間等において騒音低減が必要な場合には、効率に係わらず低騒音駆動となる１８０度通電駆動方式を強制的に選択することで、騒音低減を優先させることが可能となる。
【００３３】
第８発明に係るモータ制御装置は、第１または第２発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである。
【００３４】
したがって、第８発明に係るモータ制御装置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭモータを効率面で最適な駆動方式により駆動させることが可能となる。
【００３５】
第９発明に係るモータ制御装置は、同期モータを制御するモータ制御装置であって、同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、同期モータのモータ効率に応じて、通電対応駆動手段を制御する駆動制御手段とを備える。
【００３６】
したがって、第９発明に係るモータ制御装置によれば、モータ効率の観点から、最適な通電幅、より具体的には最高効率で駆動させることが可能となる。
【００３７】
第１０発明に係るモータ制御装置は、第９発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状態に対してモータ効率が所望の効率になる通電幅を選択し、通電幅対応駆動手段は、駆動制御手段により選択された通電幅に基づき、設定を変更する。
【００３８】
したがって、第１０発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力等）に応じて、最適な通電幅を選択することができる。したがって、より具体的には、最高効率で駆動させることが可能となる。
【００３９】
第１１発明に係るモータ制御装置は、第１０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数情報を出力し、駆動制御手段は、回転数情報に基づき、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、任意に設定される通電幅のそれぞれについて、同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ回転数に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００４０】
したがって、第１１発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ回転数に対して、最適な通電幅を選択することができる。
【００４１】
第１２発明に係るモータ制御装置は、第１０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数情報を出力し、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、算出されるモータ回転数と前記算出されるトルクとに基づき、同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、任意に設定される通電幅のそれぞれについて、同期モータに関するモータ出力とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ出力に対して所望のモータ効率を達成するように前記選択を実行する選択手段とを含む。
【００４２】
したがって、第１２発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ出力に対して、最適な通電幅を選択することができる。
【００４３】
第１３発明に係るモータ制御装置は、第９または第１０発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出されたモータ回転数と所望のモータ回転数との誤差に基づき、通電幅対応駆動手段での設定を調整する手段をさらに備える。
【００４４】
したがって、第１３発明に係るモータ制御装置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度を補正するフィードバック制御を行なうことが可能となる。
【００４５】
第１４発明に係るモータ制御装置は、第１１または第１２発明に係るモータ制御装置であって、外部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段をさらに備え、選択手段は、指令手段の制御に基づき、対応する通電幅を選択する。
【００４６】
したがって、第１４発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。
【００４７】
第１５発明に係るモータ制御装置は、第９または第１０発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである。
【００４８】
したがって、第１５発明に係るモータ制御装置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭモータを効率面で最適な駆動方式により駆動させることが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００５０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置について、図１を用いて説明する。図１に示すモータ制御装置は、フレミングトルクとリラクタンストルクとを併用して高トルク化を図るＩＰＭモータ（同期モータ１）を駆動するための、インバータ回路２、ＡＣ電源４、ＡＣ電源４を直流に変換してインバータ回路２に直流電流を供給するＡＣ／ＤＣコンバータ回路３、および制御部５を備える。
【００５１】
制御部５は、同期モータ１を１２０度通電駆動するための１２０度通電駆動部６、同期モータ１を１８０度通電駆動するための１８０度通電駆動部７、同期モータ１の回転数を検出または算出する回転数算出部８、回転数算出部８の出力する回転数と後述する回転数−効率テーブルに記憶されている情報とにより最適な効率となる駆動方式を選択する駆動方式選択部９と、同期モータ１の各駆動方式における回転数と効率との対応関係を示すテーブルが予め記憶されている回転数−効率テーブル部１０、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７の出力する通電電圧に基づきインバータ回路２の各駆動素子にＰＷＭ波形を出力するＰＷＭ作成／各相分配部１１、および目標とする回転数（目標回転数）を格納する目標回転数格納部１２を含む。
【００５２】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜１２をソフト的に処理する。これらの処理に関連するプログラム内容は、工場出荷時にＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリに記憶させてもよいし、またフラッシュＲＯＭ等の書換え可能なメモリに記憶したならばプログラム内容を随時、更新・修正等することが可能となる。なお、これに限定されず、制御部５を同様の処理を行なうようハード的に構成してもよい。
【００５３】
まず、ＡＣ電源４から供給されるＡＣ電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ回路２を構成するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トランジスタＴｒ等の駆動素子のそれぞれは、ＰＷＭ作成／各相分配部１１の出力するＰＷＭ波形により所望のデューティでスイッチングされる。これにより、同期モータ１であるＩＰＭモータの各相Ｕ、Ｖ、Ｗへ電圧が印加されることによりモータが駆動される。
【００５４】
１２０度通電駆動部６によると、モータコイルへの印加電圧が１２０度期間にわたって通電される。１２０度通電駆動における通電波形を示したのが図２である。図２において、横軸はコイル通電電気角を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。ここで、駆動対象となるモータのステータコイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相で構成されているとし、記号２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗのそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧波形を示している。
【００５５】
図２に示されるように、Ｕ相に注目すると、１２０度期間は矩形波通電をしており、残りの６０度期間は通電休止期間２６Ｕとなる。これに対し、Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相に対して１２０度または２４０度の位相差をもって矩形波通電をしている。Ｖ相、Ｗ相はそれぞれ、６０度期間の通電休止期間２６Ｖ、２６Ｗを有している。
【００５６】
図１を参照して、１８０度通電駆動部７によると、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわたって通電される。この１８０度通電駆動における通電波形を示したのが図３である。図３において、横軸はコイル通電電気角を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。駆動対象であるモータのステータコイルは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相で構成されているとする。記号３１、３２、３３のそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧波形を示している。
【００５７】
図３に示されるように、１８０度通電駆動方式においては、各相は正弦波形通電をしており、たとえばＵ相コイルを基準とすると、他のＶ相、Ｗ相に対する通電波形は、Ｕ相に対する通電波形と１２０度または２４０度の位相差を有している。
【００５８】
図１を参照して、回転数算出部８は、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７から同期モータ１の回転数に関する情報を受ける。当該回転数情報は、誘起電圧から算出する方法や、センサ等の回転検出器を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる方法等が開示されており、いずれの方法を用いてもよい。
【００５９】
駆動方式選択部９は、回転数算出部８から出力される回転数情報と回転数−効率テーブル部１０に記憶されている各駆動方式による回転数と効率との関係を示すテーブルとにより、回転数に応じて最高効率となる駆動方式を選択する。より具体的には、駆動方式選択部９により、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７のいずれか一方が選択される。
【００６０】
駆動方式選択部９により選択された通電駆動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを出力する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、電圧データにより、ＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバータ回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００６１】
目標回転数格納部１２は、回転数算出部８から出力される現行のモータの回転数情報と目標回転数とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に対し適正な回転数となるように（適正な速度となるように）誤差補正データを出力する。
【００６２】
以上のように構成したモータ制御装置で駆動する同期モータ１について以下に示す実験を行なった。まず実験対象となる２種類のＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）について、図４および図５を用いて説明する。図４は、実験対象とするＩＰＭモータ（Ａ）のロータ断面図である。図４において、記号ａ１、ａ２は、ロータ内部に埋込まれ中心側に凸状となる永久磁石を、ａ３は、高透磁率材または積層珪素鋼板で構成されたロータをそれぞれ示している。さらに、記号ａ４は、永久磁石とロータ中心とを結ぶ方向の軸（ｄ軸と称す）、記号ａ５は、当該ｄ軸より電気角で９０度回転した方向の軸（ｑ軸と称す）をそれぞれ示している。
【００６３】
図５は、実験対象となるＩＰＭモータ（Ｂ）のロータ断面図である。図５において記号ｂ１は、ロータ内部に埋め込まれた永久磁石を、記号ｂ２は積層珪素鋼板で構成されたロータをそれぞれ示している。また、記号ｂ３は、永久磁石とロータ中心とを結ぶ方向の軸（ｄ軸）、記号ｂ４は、当該ｄ軸より電気角で９０度回転した方向の軸（ｑ軸）をそれぞれ示している。
【００６４】
ＩＰＭモータにおいては、上述した式（１）により、フレミングトルクは鎖交磁束すなわち磁石による磁界強度に比例し、リラクタンストルクはｄ軸とｑ軸とのインダクタンスの差に比例する。たとえば、ＩＰＭモータ（Ａ）では、磁石ａ１、ａ２によりフレミングトルクが発生し、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄとｑ軸方向のインダクタンスＬｑとの差によりリラクタンストルクが発生する。
【００６５】
ＩＰＭモータ（Ａ）では、ｄ軸方向の磁束が透磁率が空気とほぼ同じ永久磁石部分を２回通過するため、磁気抵抗が大きくなり、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄは小さくなる。一方、ｑ軸方向の磁束は、永久磁石間の高透磁率材部を通過するため磁気抵抗が小さくなるため、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑは大きくなる。したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）では、インダクタンスＬｄとＬｑとの差が大きくなる。
【００６６】
一方、ＩＰＭモータ（Ｂ）では、磁石ｂ１によるフレミングトルクはＩＰＭモータ（Ａ）と同程度であるが、ｄ軸方向とｑ軸方向との磁気抵抗の差が小さい。したがって、インダクタンスＬｄとＬｑとの差が小さいため、リラクタンストルクはＩＰＭモータ（Ａ）に比べて小さくなる。したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）を比較した場合、ＩＰＭモータ（Ａ）の方がリラクタンストルクをより利用して動作しているといえる。
【００６７】
図６は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図６において、Ｙ軸５１は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸５０は、モータ回転数と負荷トルクとの積であるモータ出力の無次元比をそれぞれ示している。なお、負荷トルクはほぼ一定であるため、モータ回転数の無次元比をＸ軸５０にとってもよい。ここで、総合効率とは、モータ部分のモータ効率と回路部分の回路効率との積で表わされる効率を意味する。図６において記号５２、５３は、１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度通電駆動時の効率特性をそれぞれ示している。
【００６８】
図６に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）においては、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高い。ところが、さらにモータ出力または回転数が上昇するに従い、両方式とも効率は上昇するが、その上昇効率は異なり、あるモータ出力または回転数で、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式の効率とが逆転する。
【００６９】
図７は、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図７において、Ｙ軸６０は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸６１は、モータ回転数の無次元比を表わす。また記号６２、６３は、１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度通電駆動時の効率特性をそれぞれ示している。
【００７０】
図７に示されるように、ＩＰＭモータ（Ｂ）においても、ＩＰＭモータ（Ａ）の場合と同様にモータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高い。また、モータ出力または回転数が上昇するに従い、両方式とも効率は上昇するが、その上昇率が異なり、あるモータ出力または回転数で１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とで効率は逆転する。
【００７１】
続いて、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とでの効率について説明を行なう。モータの総合効率は、次式（２）で表わされる。
【００７２】
（綜合効率）＝（モータ出力）／（（モータ入力電力）＋（モータ損失＋回路損失））…（２）
式（２）におけるモータ損失について説明する。図８は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対するモータ効率特性についての実験結果を示す図である。図８において、Ｙ軸７１は、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とのモータ効率差の無次元比を、Ｘ軸７０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示している。記号７２、７３は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ効率差特性をそれぞれ示している。
【００７３】
図８に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）において、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高いが、モータ出力または回転数が上昇するに従い１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式の効率との差がなくなる。
【００７４】
モータ損失は、銅損と鉄損と機械損とに分類できる。銅損に対しては、１２０度通電駆動方式より１８０度通電駆動方式の方が大きなトルクが発生できるため、同一負荷に対しては１８０度通電駆動方式の方が消費電流が小さく、１８０度通電駆動方式の方が有利である。鉄損の１つである渦電流損については、磁束密度、板厚、周波数の二乗に比例し、電気抵抗率に反比例する。したがって、同一モータであれば回転数が大きくなるほど、言い換えれば周波数が大きくなるほど渦電流損は大きくなる。したがって、低速域では、モータ損失は銅損が支配的であるため１８０度通電駆動方式が優位となるが、高速域では渦電流損が支配的となり、両者の効率の差がなくなる。
【００７５】
次に、回路損失について説明する。図９は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対する回路効率特性についての実験結果を示す図である。図９において、Ｙ軸８１は、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式との回路効率差の無次元比を、Ｘ軸８０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示している。また記号８２、８３はそれぞれ、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ効率差特性を示している。ここで、回路効率差とは、式（３）を意味する。
【００７６】
回路効率差＝１８０度通電駆動方式の回路効率−１２０度通電駆動方式の回路効率…（３）
図９に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）において、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高いが、モータ出力または回転数が上昇するに従い、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式と効率では差がなくなり、両者の関係が逆転するポイントも存在する。
【００７７】
回路損失は、主に回路の銅損と回路のスイッチング損失（以下、ＳＷ損失と記す）とからなるが、回路の損失については、モータ単体の場合と同様な傾向にある。一方、インバータ回路２のトランジスタのＳＷ損失も回転数に比例し大きくなるが、当該ＳＷ損失を１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とで比較すると、通電期間が多い１８０度通電駆動方式の方が大きくなる。このため、回路損失も低速域では銅損が支配的なため、１８０度通電駆動方式の方が回路損失に対し優位にあるが、高速域に達するとＳＷ損失が大きくなり、当該優位性がなくなるばかりか、ある時点で１２０度通電駆動方式の回路効率と１８０度通電駆動方式の回路効率とが逆転する場合もある。
【００７８】
したがって、モータ損失と回路損失とを考慮した総合効率は、低速域では１８０度通電駆動方式が優位であるが、高速域では１２０度通電駆動方式が優位となる傾向にある。
【００７９】
本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置においては、このような結果に基づき、対応するモータの各駆動方式におけるモータ回転数と効率との対応関係についてテーブルを作成し、回転数−効率テーブル部１０に記憶させておく。次に、同期モータ１が回転を開始した後、回転数算出部８によりセンサ等のいずれかの方法で回転数を検出し、駆動方式選択部９に送出する。ここで、回転数−効率テーブル部１０には、各回転数に対する最適な駆動方法の情報が格納されており、駆動方式選択部９において現行速度に対する最適駆動方式が選択される。
【００８０】
同期モータ１として、上述したＩＰＭモータ（Ａ）を用いた場合について説明する。上述したＩＰＭモータ（Ａ）を用いた場合、たとえば初期の低速領域では１８０度駆動方式が選択される。
【００８１】
さらに速度を上げる命令が、図示しないシステムコントローラから目標回転数格納部１２に伝達されると、目標回転数格納部１２では、検出した回転数と目標回転数とを比較し、誤差信号を出力する。これにより、１８０度通電駆動部７から適当な電圧データがＰＷＭ作成／各相分配部１１に伝送され、インバータ回路２を介して同期モータ１に印加される。この結果、回転数が上昇する。
【００８２】
速度がある程度上昇し、効率が１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とで逆転する近傍の回転数まで到達すると、駆動方式選択部９により、効率が高い１２０度通電駆動が選択される。
【００８３】
効率が１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とで逆転する近傍の回転数（以下、交差回転数Ｎｃと記す）において制御を行なう必要がある場合、あるいは逆に制御したい回転数において１８０度通電駆動時の効率と１２０度通電駆動時の効率とが逆転するモータ特性を有する場合、回転数のわずかな変化によって最大効率が得られる駆動方式が変化することになる。この場合に、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを忠実に切換えると、駆動方式が頻繁に切換えられることにより制御部（マイコン）が過負荷になるとともに、インバータ回路２、同期モータ１等へのストレスが増加し、寿命短縮の要因となる場合がある。
【００８４】
したがって、このような現象を回避するために、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを切替える回転数にヒステリシス特性を持たせる手法が挙げられる。たとえば、交差回転数Ｎｃを超えて低回転数から高回転数に制御する場合には、式（４）とし、交差回転数Ｎｃを超えて高回転数から低回転数に制御する場合には、式（５）とする。
【００８５】
切替回転数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ１ …（４）
切替回数数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ２ …（５）
式（４）、（５）において、△Ｎ１、△Ｎ２は、ヒステリシスを示す。このようにして、ヒステリシス△Ｎ１および△Ｎ２を設定することにより、当該ヒステリシス範囲において回転数が変化しても駆動方式を変化させないようにする。これにより、制御部（マイコン）の負荷を低減させるとともに、インバータ回路２、同期モータ１等のハードウェアを酷使することなく、これらのハードウェアの寿命増大および信頼性向上を図ることが可能となる。
【００８６】
なお、上記ヒステリシス範囲△Ｎ１および△Ｎ２の値は、回転数の変動値およびそのときの効率の変動量とを考慮して予め決定しておいてもよいし、あるいは制御内容（初期回転数、目標回転数等の情報）に応じて演算により随時算出したものを用いるようにしてもよい。また、ヒステリシス範囲△Ｎ１と△Ｎ２とは、同じ値であっても、異なった値であってもよい。
【００８７】
なお、上述した例では、逆転する速度点は１点であったが、複数あっても何ら問題はない。また、ここでは１２０度通電駆動をＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）駆動しているが、ＰＡＭ（ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス振幅変調）駆動等の別の駆動でも高率特性を求めることにより同様の効果が得られる。
【００８８】
このように、現行のモータの回転数を検出し、目標となる回転数となるように目標回転数指令を発生して速度補正を行なうフィードバック制御と、現在の回転数情報をもとに最適な駆動方式を選択する選択制御とを行なうことにより、同期モータ１を回転数に応じて最適な（最高効率となる）駆動方式で駆動することが可能となる。
【００８９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２におけるモータ制御について図１０を用いて説明する。図４において、制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、後述するモータ出力算出部１４から出力されるモータ出力とモータ出力−効率テーブル部２０に記憶されるモータ出力と効率との関係を示すテーブルとに基づき、最適な効率となる駆動方式を選択する駆動方式選択部９、同期モータ１の各駆動方式におけるモータ出力と効率との関係を示すテーブルが予め記憶されているモータ出力−効率テーブル部２０、ＰＷＭ作成／分相配部１１、目標回転数格納部１２、ＩＰＭモータである同期モータ１の負荷トルク情報を算出する負荷トルク算出部１３、および回転数情報と負荷トルク情報とからモータ出力を算出するモータ出力算出部１４を備える。
【００９０】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜２０の処理をソフト的に行なう。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうよう制御部５をハード的に構成してもよい。
【００９１】
まず、ＡＣ電源から供給されるＡＣ電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ回路２のＩＧＢＴ、トランジスタＴｒなどの各駆動素子は、制御部５のＰＷＭ作成／各相分配部１１での制御により所望のデューティでスイッチングされる。同期モータ１の各相は、インバータ回路２を介してＤＣ電圧を受ける。これにより同期モータ１が駆動される。
【００９２】
負荷トルク算出部１３は、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７から負荷トルクに関する情報を受け、負荷トルク情報を出力する。当該負荷トルク情報は、トルク検出器から検出する方法、またはコイル電流とトルクとの関係を予め記憶させ、さらに電流検出器等でコイル負荷電流を検出しトルクを算出する方法等のいずれの方法を用いてもよい。
【００９３】
モータ出力算出部１４は、回転数算出部８の出力する回転数情報と負荷トルク算出部１３の出力する負荷トルク情報とからモータ出力を算出する。この算出されたモータ出力と、モータ出力−効率テーブル部２０に記憶されている情報とにより、現行の回転数に応じて最高効率となる駆動方式が選択される。
【００９４】
駆動方式選択部９により選択された通電駆動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧データによりＰＷＭ信号のデューティ比を決定するとともに、インバータ回路２を構成する各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００９５】
なお、目標回転数格納部１２は上述したように、回転数算出部８から受ける現在の回転数情報と目標回転数とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に適正な速度となるように誤差補正データを送る。
【００９６】
このように、現行の回転数を検出し、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御と、現行の回転数および負荷トルク情報をもとに適切な駆動方式を選択する選択制御とを行なうように制御部を構成（またはアルゴリズムを構成）することにより、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することが可能となる。
【００９７】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置について、図１１を用いて説明する。図１１に示される制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１、目標回転数格納部１２、モータコイル端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の中で特定相に流れるモータ電流を検出して電流位相情報を生成する電流検出部１７、電流検出部１７の出力する電流位相情報と１８０度通電駆動部７から出力される電圧位相情報とから位相差情報を検出する電圧／電流位相差検出部１５、目標となる位相差（目標位相差）を格納する位相差格納部１６、演算器３０、およびモータコイル端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部１８を備える。
【００９８】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜１８をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５構成してもよい。なお、電流検出部１７は、コイルとホール素子とで構成されたいわゆる電流センサや、カレントトランス等が挙げられる。
【００９９】
１２０度通電駆動部６は、モータコイル４内の印加電圧が１２０度期間にわたって通電されるために用いる。この際の電流通電波形については、図２で説明したとおりである。１２０度通電駆動方式においてコイルが通電されない通電休止期間２６Ｕ、２６Ｖ、２６Ｗでは、ロータに装着された磁石による誘起電圧を誘起電圧検出部１８において検出する。１２０度通電駆動部６は、この誘起電圧検出部１８から出力される情報を得てロータの位相を検出する。
【０１００】
電圧／電流位相差検出部１５では、特定相（図１１においては、Ｗ相）に流れるモータ電流を検出する電流検出部１７から得られる電流位相情報と１８０度通電駆動部７から出力される電圧位相情報とを基準として、電圧に対する電流の位相差を算出する。
【０１０１】
演算器３０は、電圧／電流位相差検出部１５の出力する位相差と位相差格納部１６に格納される目標位相差との誤差を算出する。
【０１０２】
１８０度通電駆動部７は、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわたって通電されるために用いるものであり、この際の通電波形は図３で説明したとおりである。１８０度通電駆動部７は、演算器３０から、適正な速度となるような誤差補正データを受ける。
【０１０３】
目標回転数格納部１２は、回転数算出部８から現行の回転数情報を得た後、目標回転数と比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に対し適正な速度となるように誤差補正データを送る。
【０１０４】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御と、現行の回転数情報をもとに適正な駆動方式を選択する制御とを行なうように制御部を構成することにより、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することが可能となる。
【０１０５】
さらに、誘起電圧により１２０度通電駆動部６を、位相差情報により１８０度通電駆動部７を制御することにより、特別な位置検出器を用いずに、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することができる。
【０１０６】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４によるモータ制御装置について、図１２を用いて説明する。図１２に示される制御部５は、通電幅対応駆動部２１、回転数算出部８、通電幅選択部１９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１および目標回転数格納部１２を備える。
【０１０７】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５を構成してもよい。
【０１０８】
通電幅対応駆動部２１は、ある１相のモータコイルへの印加電圧の期間を１２０度から１８０度まで任意に設定する。他の相の供給される駆動電圧波形は、当該ある相に対して、１２０度または２４０度の位相差を有する。
【０１０９】
回転数算出部８は、通電幅対応駆動部２１から回転数に関する回転数情報に基づき、同期モータ１の回転数を検出または算出する。当該回転数情報は、誘起電圧から算出する方法、またはセンサ等の回転検出器を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる方法等があり、いずれの方法であってもよい。
【０１１０】
回転数−効率テーブル部１０は、各通電幅の駆動方式での同期モータ１に関する回転数と効率との対応関係を示すテーブルが予め記憶されている。通電幅選択部１９は、回転数算出部８から出力される回転数と回転数−効率テーブル部１０に記憶されている回転数と効率との関係を示す情報とにより、現行の回転数に応じて最高効率となる通電幅を選択する。
【０１１１】
通電幅選択部１９により通電幅が選択されると、通電幅対応駆動部２１は、当該選択された通電幅に対応する電圧データをＰＷＭ作成／各相分配部１１に送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧データによりＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバータ回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【０１１２】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正を行なうフィードバック制御と、現行の回転数情報をもとに最適な通電幅の駆動方式を選択する選択制御とを行なうように構成することにより、同期モータ１を最適な通電幅の駆動方式で駆動することが可能となる。
【０１１３】
なお、負荷トルク算出部１３とモータ出力算出部１４とをさらに備え、回転数−効率テーブル部１０に代わってモータ出力−効率テーブル部２０を配置し、モータ出力部１４の出力を、通電幅選択部１９に出力するように構成することも可能である。この場合、同期モータ１は、モータ出力に応じて、最適な通電幅で駆動されることになる。
【０１１４】
［実施の形態５］
本発明の実施の形態５によるモータ制御装置について図１３を用いて説明する。図１３に示される制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１、目標回転数格納部１２、および駆動方式指令部２２を備える。
【０１１５】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５を構成してもよい。
【０１１６】
駆動方式指令部２２は、本発明の実施の形態５に特有のものであり、駆動方式選択部９における動作を制御する。より詳細に説明すると、駆動方式選択部９は、回転数算出部８からの出力に加えて駆動方式指令部２２からの割込信号に基づき、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とのいずれか一方を選択する。
【０１１７】
たとえば、騒音低減のために１８０度通電駆動方式を強制的に実施させる必要がある場合には、現在の駆動方式に関わらず１８０度通電駆動を行なうことを示す割込信号を駆動方式選択部９に対して出力する。このとき、現在の駆動方式が１８０度通電駆動方式であれば現状を維持し、１２０度通電駆動方式である場合には、１８０度通電駆動方式に切換わる。
【０１１８】
また、駆動方式指令部２２は、上記割込信号により強制駆動を解除するために、割込み解除のための信号を出力する。これにより、駆動方式選択部９は、回転数算出部８の出力に基づき駆動方式を選択することができる。
【０１１９】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度を補正するフィードバック制御と、現行の回転数をもとに最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータ１を最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。
【０１２０】
なお、図１４は、本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図１４に示す制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、モータ出力−効率テーブル部２０、ＰＷＭ作成／分相配部１１、目標回転数格納部１２、負荷トルク算出部１３、モータ出力算出部１４、および駆動方式指令部２２を備える。
【０１２１】
図１４に示すように構成することより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ出力に応じて最適な駆動方式を選択し、または外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能となる。
【０１２２】
なおこれに限らず、図１１の構成に対しても、駆動方式選択部９に対して駆動方式指令部２２を設けることにより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な駆動方式を選択し、または外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能となる。
【０１２３】
さらに、図１５は、本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図１５においては、通電幅選択部１９に対して駆動指令部２３を配置する。駆動指令部２３は、外部指令を受けて、対応する通電幅を強制的に設定するための割込信号を出力し、または割込みを解除するための割込解除信号を出力する。これにより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な通電幅を選択し、または外部指令により通電幅を任意に選択することが可能となる。
【０１２４】
なお、上述した実施の形態すべてにおいて１８０度強制駆動の場合を示したが、これに限らず、１２０度強制駆動の場合にあっても同様の手順により駆動方式を強制的に設定することが可能である。
【０１２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置によれば、同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、当該同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを少なくとも含む複数の通電駆動手段を備え、当該同期モータの効率に応じて駆動方式を選択することにより、同期モータを最高効率で駆動することが可能となる。
【０１２７】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、当該モータの回転数に対する効率を記憶した記憶部と、現行のモータ回転数と記憶部に記憶される情報とを比較して駆動方式を選択する駆動方式選択部とを備えることにより、同期モータの回転数に対して最適な駆動方式を選択することが可能となる。これにより全速度（回転数）領域にわたり最高効率でモータ駆動を実現することが可能となる。
【０１２８】
また本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、モータのトルクを算出する負荷トルク算出部と、モータ回転数と負荷トルクとによりモータ出力を算出するモータ出力算出部と、当該モータ出力に対する効率を記憶した記憶部と、算出されたモータ出力と記憶部に記憶される情報とに基づき駆動方式を選択する駆動方式選択部とで構成することにより、同期モータのモータ出力に対して最適な駆動方式を選択することが可能となる。これにより、全モータ出力域にわたり最高効率でモータを駆動させることが可能となる。
【０１２９】
また、本発明に係るモータ制御によれば、モータコイル端子に流れるモータ電流を検出する電流検出部と、電流位相情報と電圧位相情報とを比較して位相差情報として検出する電流／電圧位相差検出部と、目標位相差を格納する位相差格納部と、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部とを備え、位相差の誤差により１８０度通電駆動部を制御し、検出された誘起電圧により１２０度通電駆動部を制御することにより、特別な位相検出器を用いず各駆動方式における適切なモータの駆動が実現される。
【０１３０】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、同期モータをモータ回転数またはモータ出力に応じて最高効率となる通電幅で駆動することにより、さらに高効率でモータを駆動することが可能となる。
【０１３１】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、モータの状態によりモータを駆動する駆動方式を選択する駆動方式選択部と、当該駆動方式選択部に対し直接指令可能な駆動方式司令部とを備えることにより、駆動方式を任意に変更することが可能となる。たとえば、夜間等において騒音低減の必要な場合には、効率特性に関わらず低騒音駆動となる１８０度通電駆動方式を強制的に選択することで、騒音低減を第１に優先させるといったことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２】１２０度通電駆動方式について説明するための図である。
【図３】１８０度通電駆動方式について説明するための図である。
【図４】ＩＰＭモータ（Ａ）の構造を説明するための断面図である。
【図５】ＩＰＭモータ（Ｂ）の構造を説明するための断面図である。
【図６】ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力に対する効率特性を測定した実験の結果を示す図である。
【図７】ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力に対する効率特性を測定した実験の結果を示す図である。
【図８】ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対するモータ効率特性についての実験結果を示す図である。
【図９】ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対する回路効率特性についての実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図１６】ＩＰＭモータの構造の一例を示す図である。
【図１７】ＩＰＭモータにおけるトルクの変化を説明するための図である。
【図１８】参考文献２に記載されたモータ制御装置の構成を概略的に表わす図である。
【符号の説明】
１ ＩＰＭモータ、２ インバータ回路、３ コンバータ回路、４ ＡＣ電源、５ 制御部、６ １２０度通電駆動部、７ １８０度通電駆動部、８ 回転数算出部、９ 駆動方式選択部、１０ 回転数−効率テーブル部、１１ ＰＷＭ作成／各相分配部、１２ 目標回転数格納部、１３ 負荷トルク算出部、１４ モータ出力算出部、１７ 電流検出部、１８ 誘起電圧検出部、１９ 通電幅選択部、２０ モータ出力−効率テーブル部、２１ 通電幅対応駆動部、２２ 駆動方式指令部、２３ 駆動指令部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device capable of efficiently driving a synchronous motor including a rotor on which a magnet is mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, environmental issues have become a social topic and energy saving has become an important concern. In particular, in the field of motors, small-sized, high-efficiency, high-output motors have been desired from the viewpoint of energy saving.
[0003]
Typical examples of the conventional motor include a dielectric motor and an SPM (Surface Permanent Magnet) motor in which a magnet is mounted on a rotor surface, and both are excellent in mass productivity.
[0004]
On the other hand, a motor having a structure different from the conventional one has been developed. Among them, an IPM (Interior Permanent Magnet) motor that uses a reluctance torque in addition to a framing torque by embedding a permanent magnet inside the rotor to further increase the efficiency has attracted attention.
[0005]
FIG. 16 is a diagram showing an example of the structure of such an IPM motor. The IPM motor shown in FIG. 16 has a rotor in which a permanent magnet 132 is embedded inside a rotor core 131 made of an iron core made of a high magnetic permeability material or a laminated silicon steel plate. The IPM motor shown in FIG. 16 is a four-pole motor, in which four permanent magnets 132 (FIG. 16 shows a / 2 cross section) alternate with north and south poles along the circumferential direction. It is arranged to become.
[0006]
In FIG. 16, reference numeral 134 denotes a portion where a coil is wound, reference numeral 135 denotes a stator, and reference numeral 136 denotes a tooth. With this configuration, the inductance Ld in the d-axis direction which is a direction connecting the center of the permanent magnet 132 and the center of the rotor core 131, and the q-axis direction which is a direction rotated by 90 electrical degrees with respect to the d axis. And a reluctance torque Tr is generated in addition to the framing torque Tm by the permanent magnet 132.
[0007]
These relationships are analyzed in “Rotating machine requiring reluctance torque” (Matsui Nobuyuki et al., T. EE Japan, Vol. 114-D, No. 9, 1994) (hereinafter referred to as Reference Document 1). . According to Reference Document 1, the relationship between the Fleming torque Tm and the reluctance torque Tr satisfies Expression (1).
[0008]

In equation (1), Pn is the number of pole pairs, ψa is the flux linkage, Ld is the inductance in the d-axis direction, Lq is the inductance in the q-axis direction, id is the current in the d-axis direction, and iq is the current in the d-axis direction. The current in the q-axis direction, β represents the current phase, and ia represents the magnitude of the current vector.
[0009]
The changes in the fleming torque Tm, the reluctance torque Tr, and the total torque Tt when the current phase β is changed will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 17, the framing torque Tm shows a maximum value when the current phase β is 90 degrees, decreases as the current phase β leaves 90 degrees, and becomes 0 at 180 degrees. On the other hand, the reluctance torque Tr shows the maximum value when the current phase β is 135 degrees. Therefore, the total torque Tt obtained by adding the reluctance torque Tr and the fleming torque Tm changes depending on the respective torque ratios, but the current phase β shows a maximum value near 115 degrees. Therefore, the IPM motor that effectively uses the reluctance torque Tr can output a higher torque at the same current than the SPM motor that operates using only the framing torque Tm.
[0010]
Incidentally, a motor drive control method is important as a factor for determining the magnitude of the motor torque. As a conventional current driving method, 120-degree rectangular wave driving is generally used. This 120-degree rectangular wave driving method is a method in which a current is supplied to two phases of three phases (U, V, W) of a motor coil, and the current is connected every 120 degrees to control an inverter so as to be a direct current. How to In the 120-degree rectangular wave drive, there is an energization suspension period for each phase, and during the energization suspension period, an induced voltage generated in a stator coil due to rotation of a rotor magnet is detected to control rotor rotation. In the above-described IPM motor using the reluctance torque Tr, the energization timing is important to maximize the torque. Therefore, for the IPM motor, the rotor phase is calculated by detecting the induced voltage during the power-supply suspension period by performing the 120-degree rectangular wave drive.
[0011]
On the other hand, as a motor drive control method for improving the motor efficiency, there is a 180-degree sine-wave drive method in which the conduction width is set to 180 degrees in electrical angle. The “brushless DC motor drive control method, its device, and electric equipment (International Publication No. WO95-27328)” set the energization width to an electric angle of 180 degrees for a motor having a permanent magnet embedded therein, There is provided a method of detecting a magnetic pole position based on a difference between a first center point potential and a second center point potential by a glitch circuit that is electrically parallel to the coil (referred to as Reference 2).
[0012]
Here, a brushless DC motor control device described in Reference Document 2 will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a configuration of a motor control device described in Reference 2. In FIG. 18, three pairs of switching transistors 212u, 212v, and 212w are connected in series between terminals of a DC power supply 211 to form an inverter, and the connection voltage between the switching transistors in each pair is connected to the Y connection of the brushless DC motor. To the stator windings 213u, 213v, and 213w of the respective phases. The connection point voltage between the switching transistors of each pair is also applied to the resistors 214u, 214v, 214w connected in a Y-connection, respectively. Further, the voltage of the neutral point 213d is supplied to the inverting input terminal of the amplifier 215 via the resistor 215a, and the voltage of the neutral point voltage 214d of the Y-connected resistor is supplied to the non-inverting input terminal of the amplifier 215. . By connecting a resistor 215b between the output terminal and the inverting input terminal of the amplifier 215, the amplifier 215 operates as a differential amplifier. Here, the voltage En0 at the neutral point 213d of the stator windings 213u, 213v, 213w is the sum of the inverter output waveform and the third harmonic component (n is an integer) included in the motor induced voltage waveform. On the other hand, the voltage at the neutral point 214d of the resistors 214u, 214v, 214w where the connection point voltage is Y-connected is determined only by the inverter output waveform. Therefore, by obtaining the difference between the voltage En0 at the neutral point 213d and the voltage at the neutral point 214d, it is possible to extract the third harmonic component included in the motor induced voltage waveform. As described above, the motor-induced voltage waveform can be detected without using the magnetic pole position sensor, that is, the rotor position can be detected, thereby realizing the 180-degree drive method.
[0013]
In the "electric vehicle control device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-341594)", if there is an abnormality in the magnetic pole position detector or the rotation pulse detector, a 120-degree drive system or a 180-degree drive system is used as necessary. Is disclosed (referred to as Reference 3).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the configuration according to Reference 2, by providing an external circuit such as a differential amplifier in the resistance connections 214u, 214v, and 214w that provide the center point of the motor coil connection, the rotor position can be detected in a 180-degree sine wave energized state. Is possible.
[0015]
However, in the synchronous motor, when the efficiency is compared between the 120-degree rectangular wave drive system and the 180-degree sine wave drive system, the 120-degree square wave drive system is different from the 180-degree sine wave drive system depending on the state of the motor (output, rotation speed, etc.). In some cases, the efficiency may be higher, and driving only with the 180-degree sine wave driving method is not necessarily optimal in terms of efficiency.
[0016]
Reference 3 describes an abnormal situation, for example, when an abnormality occurs in the rotation pulse detecting means in an electric vehicle control device having no magnetic pole position detection, or in an electric vehicle control device including a magnetic pole position detector. The configuration is intended to cope with a case where both the magnetic pole position detector and the rotation pulse detecting means have an abnormality, and cannot be said to be an optimal configuration from the viewpoint of efficiency.
[0017]
That is, the reason why the 120-degree drive method is performed when an abnormality occurs is to continue the operation without stopping the electric motor. At that time, the control method is the magnetic pole position estimation position estimated by the magnetic pole position estimation means. It is based on. Therefore, no action is taken on efficiency.
[0018]
Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device capable of efficiently driving a synchronous motor.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A motor control device according to a first aspect of the present invention is a motor control device for controlling a synchronous motor, comprising a plurality of energizing drive units for energizing and driving the synchronous motor. Drive control means including a 180-degree energization driving means for energizing the synchronous motor and a 120-degree energization driving means for energizing the synchronous motor for 120 degrees, and selecting one of the plurality of driving means according to the motor efficiency of the synchronous motor. Means are further provided.
[0020]
Therefore, the motor control device according to the first aspect of the present invention includes a plurality of energization driving units, and selectively operates one of the plurality of energization driving units. Can be driven at the highest efficiency.
[0021]
A motor control device according to a second invention is the motor control device according to the first invention, wherein the drive control means detects a state of the synchronous motor, and the motor efficiency is desired with respect to the detected state of the synchronous motor. Either the 120-degree energization driving means or the 180-degree energization driving means is selected so as to achieve the efficiency described above.
[0022]
Therefore, according to the motor control device according to the second invention, the most suitable drive system is selected from the 180-degree conduction drive system or the 120-degree conduction drive system in accordance with the current motor state (rotation speed, motor output, etc.). be able to. Therefore, more specifically, it is possible to drive at the highest efficiency.
[0023]
The motor control device according to a third aspect of the present invention is the motor control device according to the second aspect of the present invention, wherein the drive control means includes: a motor rotation number calculating means for calculating a motor rotation number of the synchronous motor; For each of the energized drives, storage means for storing the correspondence between the motor speed and the motor efficiency for the synchronous motor, and based on the information stored in the storage means, the desired motor efficiency for the calculated motor speed is calculated. Selection means for performing the selection to achieve.
[0024]
Therefore, according to the motor control device of the third aspect, it is possible to select an optimal driving method for the current motor rotation speed.
[0025]
A motor control device according to a fourth invention is the motor control device according to the second invention, wherein the drive control means calculates the motor rotation speed of the synchronous motor, and calculates the torque of the synchronous motor. Torque calculating means, motor output calculating means for calculating the motor output of the synchronous motor based on the calculated motor rotation speed and the calculated torque, and a synchronous motor for each of the 180-degree energizing drive and the 120-degree energizing drive. Means for storing the correspondence between the motor output and the motor efficiency with respect to the motor output, and selecting means for executing selection so as to achieve a desired motor efficiency with respect to the calculated motor output based on information stored in the storage means. And
[0026]
Therefore, according to the motor control device according to the fourth aspect of the invention, it is possible to select an optimal driving method for the current motor output.
[0027]
A motor control device according to a fifth aspect of the present invention is the motor control device according to the second aspect, wherein the synchronous motor includes a motor coil, and a difference between a motor current flowing through a motor coil terminal and a drive voltage supplied to the synchronous motor. Phase difference detecting means for detecting phase difference information, a storage unit for storing desired phase difference information, and an induced voltage detecting means for detecting an induced voltage generated at a motor coil terminal, further comprising a 180-degree conduction driving means, The operation is controlled according to the difference between the detected phase difference information and the desired phase difference information, and the operation of the 120-degree conduction driving unit is controlled according to the detected induced voltage.
[0028]
Therefore, according to the motor control device according to the fifth aspect of the invention, the 120-degree conduction drive can be controlled by detecting the induced voltage, and the 180-degree conduction drive can be controlled by the phase difference information, so that a special position detector is not used. , Optimal driving can be realized.
[0029]
A motor control device according to a sixth aspect is the motor control device according to the first or second aspect, wherein the drive control means stores a desired motor speed, and calculates the calculated motor speed and the desired motor speed. The apparatus further includes means for adjusting the setting of the rotation speed for the motor in each of the plurality of energization driving means based on the difference from the number.
[0030]
Therefore, according to the motor control device of the sixth aspect, it is possible to perform feedback control for detecting the current rotational speed and correcting the speed in accordance with the set target rotational speed command.
[0031]
The motor control device according to a seventh invention is the motor control device according to the third or fourth invention, wherein the drive control means further includes command means for designating a corresponding energization drive means based on an external command. The means selects one of the 180-degree energization driving means and the 120-degree energization driving means based on the control of the instruction means.
[0032]
Therefore, according to the motor control device of the seventh aspect, by having the control of selecting the optimal drive system based on the current motor state and the function of arbitrarily selecting the drive system by an external command, , The synchronous motor can be driven with optimal efficiency or with any driving method. For example, when noise reduction is required at night or the like, noise reduction can be prioritized by forcibly selecting a 180-degree energization drive system that performs low-noise drive regardless of efficiency.
[0033]
A motor control device according to an eighth aspect of the present invention is the motor control device according to the first or second aspect, wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted.
[0034]
Therefore, according to the motor control device of the eighth aspect, it is possible to drive the IPM motor capable of generating a high torque by a driving method that is optimal in terms of efficiency.
[0035]
A motor control device according to a ninth aspect of the present invention is a motor control device for controlling a synchronous motor, comprising: an energization width corresponding driving means for arbitrarily setting an energization width of the synchronous motor; Drive control means for controlling the drive means.
[0036]
Therefore, according to the motor control device according to the ninth aspect, it is possible to drive the motor with the optimum energization width, more specifically, with the highest efficiency from the viewpoint of motor efficiency.
[0037]
The motor control device according to a tenth aspect of the present invention is the motor control device according to the ninth aspect, wherein the drive control means detects a state of the synchronous motor, and the motor efficiency is in a desired state with respect to the detected synchronous motor state. The power supply width corresponding to the efficiency is selected, and the drive means corresponding to the power supply width changes the setting based on the power supply width selected by the drive control means.
[0038]
Therefore, according to the motor control device of the tenth aspect, it is possible to select an optimum energization width according to the current motor state (the number of revolutions, the motor output, etc.). Therefore, more specifically, it is possible to drive at the highest efficiency.
[0039]
The motor control device according to an eleventh aspect of the present invention is the motor control device according to the tenth aspect of the present invention, wherein the energization width corresponding driving means outputs the rotation speed information of the synchronous motor in accordance with the set energization width. Is a motor rotation number calculating means for calculating the motor rotation number of the synchronous motor based on the rotation number information, and stores the correspondence between the motor rotation number and the motor efficiency of the synchronous motor for each of the arbitrarily set energization widths. And a selection unit for executing selection based on information stored in the storage unit so as to achieve a desired motor efficiency with respect to the calculated motor rotation speed.
[0040]
Therefore, according to the motor control device of the eleventh aspect, it is possible to select an optimum power supply width for the current motor rotation speed.
[0041]
A motor control device according to a twelfth invention is the motor control device according to the tenth invention, wherein the energization width corresponding driving means outputs rotation speed information of the synchronous motor in accordance with the set energization width, A motor rotation speed calculating means for calculating the motor rotation speed of the synchronous motor, a torque calculation means for calculating the torque of the synchronous motor, and a motor for the synchronous motor based on the calculated motor rotation speed and the calculated torque. Motor output calculation means for calculating the output, for each of the arbitrarily set energization width, storage means for storing the correspondence between the motor output and motor efficiency for the synchronous motor, based on information stored in the storage means, Selecting means for executing the selection so as to achieve a desired motor efficiency with respect to the calculated motor output.
[0042]
Therefore, according to the motor control device of the twelfth aspect, it is possible to select an optimum power supply width for the current motor output.
[0043]
A motor control device according to a thirteenth invention is the motor control device according to the ninth or tenth invention, wherein the drive control means stores a desired motor rotation speed, and calculates a calculated motor rotation speed and a desired motor rotation speed. There is further provided a means for adjusting the setting of the energization width corresponding driving means based on the error with the number.
[0044]
Therefore, according to the motor control device of the thirteenth aspect, it is possible to perform feedback control for detecting the current rotational speed and correcting the speed based on the set target rotational speed command.
[0045]
The motor control device according to a fourteenth invention is the motor control device according to the eleventh or twelfth invention, further comprising command means for designating a corresponding energization width based on an external command, wherein the selection means includes Based on the control, a corresponding energization width is selected.
[0046]
Therefore, according to the motor control device of the fourteenth aspect, by having the control of selecting the optimal driving method based on the current motor state and the function of arbitrarily selecting the driving method by an external command, , The synchronous motor can be driven with optimal efficiency or with any driving method.
[0047]
A motor control device according to a fifteenth invention is the motor control device according to the ninth or tenth invention, wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted.
[0048]
Therefore, according to the motor control device of the fifteenth aspect, it is possible to drive the IPM motor capable of generating a high torque by a driving method that is optimal in terms of efficiency.
[0049]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
[0050]
[Embodiment 1]
The motor control device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The motor control device shown in FIG. 1 uses an inverter circuit 2, an AC power supply 4, and an AC power supply 4 for driving an IPM motor (synchronous motor 1) for increasing the torque by using both the framing torque and the reluctance torque. And an AC / DC converter circuit 3 for supplying a DC current to the inverter circuit 2 after conversion to a control signal.
[0051]
The control unit 5 detects a rotation speed of the synchronous motor 1 by rotating the synchronous motor 1 by a 120-degree conduction drive unit 6 for driving the synchronous motor 1 by 120 degrees, a 180-degree conduction drive unit 7 by performing a 180-degree conduction drive of the synchronous motor 1, A rotation speed calculation unit 8 to be calculated, a drive system selection unit 9 for selecting a drive system with an optimum efficiency based on the rotation speed output from the rotation speed calculation unit 8 and information stored in a rotation speed-efficiency table described later; The rotation speed-efficiency table unit 10 in which a table indicating the correspondence between the rotation speed and the efficiency in each driving method of the synchronous motor 1 is stored in advance, and is output from the 120-degree conduction driving unit 6 or the 180-degree conduction driving unit 7. PWM generation / phase distribution unit 11 that outputs a PWM waveform to each drive element of inverter circuit 2 based on the energized voltage, and target rotation speed storage unit 1 that stores a target rotation speed (target rotation speed) Including the.
[0052]
The control unit 5 is configured by a microcomputer. At this time, the components 6 to 12 described above are processed by software. The program contents related to these processes may be stored in a memory such as a ROM (Read Only Memory) at the time of shipment from the factory, or may be updated at any time if stored in a rewritable memory such as a flash ROM.・ It is possible to make corrections. However, the present invention is not limited to this, and the control unit 5 may be configured in hardware so as to perform the same processing.
[0053]
First, the AC voltage supplied from the AC power supply 4 is converted into a DC voltage by the AC / DC converter circuit 3 to become a DC voltage, which is applied to the inverter circuit 2. Driving elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a transistor Tr that constitute the inverter circuit 2 are switched at a desired duty according to a PWM waveform output from the PWM generation / phase distribution unit 11. Thereby, the motor is driven by applying a voltage to each phase U, V, W of the IPM motor, which is the synchronous motor 1.
[0054]
According to the 120-degree energization drive unit 6, the voltage applied to the motor coil is energized for a 120-degree period. FIG. 2 shows an energization waveform in the 120-degree energization drive. In FIG. 2, the horizontal axis represents the coil conduction electrical angle, and the vertical axis represents the voltage. Here, it is assumed that the stator coil of the motor to be driven is composed of three phases U, V, and W, and symbols 25U, 25V, and 25W are U-phase, V-phase, and W-phase conduction voltage waveforms, respectively. Is shown.
[0055]
As shown in FIG. 2, focusing on the U phase, rectangular wave energization is performed during the 120-degree period, and the energization suspension period 26U is performed during the remaining 60-degree period. On the other hand, the V phase and the W phase are energized by a rectangular wave with a phase difference of 120 degrees or 240 degrees with respect to the U phase. The V-phase and the W-phase have a power supply suspension period 26V and 26W of a 60-degree period, respectively.
[0056]
Referring to FIG. 1, according to the 180-degree energization drive unit 7, the voltage applied to the motor coil is energized for a 180-degree period. FIG. 3 shows an energization waveform in the 180-degree energization drive. In FIG. 3, the horizontal axis represents the coil conduction electrical angle, and the vertical axis represents the voltage. It is assumed that the stator coil of the motor to be driven has three phases of U phase, V phase and W phase. Each of the symbols 31, 32, and 33 indicates a U-phase, V-phase, and W-phase energization voltage waveform.
[0057]
As shown in FIG. 3, in the 180-degree energization drive system, each phase is energized with a sinusoidal waveform. For example, when a U-phase coil is used as a reference, the energization waveform for the other V-phase and W-phase is U-phase. Has a phase difference of 120 degrees or 240 degrees with respect to the conduction waveform with respect to.
[0058]
Referring to FIG. 1, rotation speed calculation unit 8 receives information on the rotation speed of synchronous motor 1 from 120-degree conduction driving unit 6 or 180-degree conduction driving unit 7. A method of calculating the rotation speed information from the induced voltage, a method of using a rotation detector such as a sensor, a method of using an external center point detection circuit, and the like are disclosed, and any method may be used.
[0059]
The driving method selection unit 9 performs rotation based on the rotation speed information output from the rotation speed calculation unit 8 and a table indicating the relationship between the rotation speed and the efficiency of each driving method stored in the rotation speed-efficiency table unit 10. Select the driving method that provides the highest efficiency according to the number. More specifically, either one of the 120-degree conduction drive unit 6 and the 180-degree conduction drive unit 7 is selected by the drive method selection unit 9.
[0060]
The energization driving unit (120-degree energization driving unit 6 or 180-degree energization driving unit 7) selected by the driving method selection unit 9 outputs voltage data to the PWM generation / phase distribution unit 11. The PWM generation / phase distribution unit 11 determines the duty of the PWM signal based on the voltage data, distributes the PWM signal to each driving element included in the inverter circuit 2, and outputs a command signal for switching each driving element.
[0061]
The target rotation speed storage unit 12 compares the current rotation speed information of the motor output from the rotation speed calculation unit 8 with the target rotation speed to calculate an error, and calculates the 120-degree conduction driving unit 6 or the 180-degree conduction driving unit. The error correction data is output so that the number of rotations becomes an appropriate number (for an appropriate speed).
[0062]
The following experiment was performed on the synchronous motor 1 driven by the motor control device configured as described above. First, two types of IPM motors (A) and (B) to be tested will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor of the IPM motor (A) to be tested. In FIG. 4, symbols a1 and a2 represent permanent magnets embedded in the rotor and convex toward the center, and a3 represents a rotor made of a high magnetic permeability material or a laminated silicon steel sheet. Further, the symbol a4 is an axis (referred to as d-axis) in the direction connecting the permanent magnet and the center of the rotor, and the symbol a5 is an axis (referred to as q-axis) in a direction rotated by 90 electrical degrees from the d-axis. Is shown.
[0063]
FIG. 5 is a sectional view of the rotor of the IPM motor (B) to be tested. In FIG. 5, a symbol b1 indicates a permanent magnet embedded inside the rotor, and a symbol b2 indicates a rotor made of a laminated silicon steel sheet. Symbol b3 indicates an axis (d-axis) in the direction connecting the permanent magnet and the center of the rotor, and symbol b4 indicates an axis (q-axis) in a direction rotated by 90 electrical degrees from the d-axis.
[0064]
In the IPM motor, according to the above equation (1), the Fleming torque is proportional to the linkage magnetic flux, that is, the magnetic field strength of the magnet, and the reluctance torque is proportional to the difference between the inductances of the d-axis and the q-axis. For example, in the IPM motor (A), the magnets a1 and a2 generate framing torque, and a reluctance torque is generated due to a difference between the inductance Ld in the d-axis direction and the inductance Lq in the q-axis direction.
[0065]
In the IPM motor (A), the magnetic flux in the d-axis direction passes twice through the permanent magnet portion having substantially the same magnetic permeability as air, so that the magnetic resistance increases and the inductance Ld in the d-axis direction decreases. On the other hand, the magnetic flux in the q-axis direction passes through the high-permeability material portion between the permanent magnets, so that the magnetic resistance is reduced. Therefore, the inductance Lq in the q-axis direction is increased. Therefore, in the IPM motor (A), the difference between the inductances Ld and Lq increases.
[0066]
On the other hand, in the IPM motor (B), the framing torque by the magnet b1 is almost the same as that of the IPM motor (A), but the difference in magnetic resistance between the d-axis direction and the q-axis direction is small. Therefore, since the difference between the inductances Ld and Lq is small, the reluctance torque is smaller than that of the IPM motor (A). Therefore, when comparing the IPM motors (A) and (B), it can be said that the IPM motor (A) operates using the reluctance torque more.
[0067]
FIG. 6 is a diagram showing experimental results obtained by examining the efficiency characteristics of the IPM motor (A) with respect to the motor output. 6, the Y-axis 51 indicates the dimensionless ratio of the total efficiency, and the X-axis 50 indicates the dimensionless ratio of the motor output, which is the product of the motor speed and the load torque. Since the load torque is substantially constant, the dimensionless ratio of the motor speed may be used for the X axis 50. Here, the total efficiency means an efficiency expressed by a product of the motor efficiency of the motor part and the circuit efficiency of the circuit part. In FIG. 6, symbols 52 and 53 indicate efficiency characteristics at the time of 180-degree conduction driving and efficiency characteristics at the time of 120-degree conduction driving, respectively.
[0068]
As shown in FIG. 6, in the IPM motor (A), in the region where the motor output or the number of revolutions is low, the efficiency of the 180-degree conduction driving system is higher than that of the 120-degree conduction driving system. However, as the motor output or rotation speed further increases, the efficiency of both types increases, but the increase efficiency is different. At a certain motor output or rotation speed, the efficiency of the 120-degree conduction driving method and the efficiency of the 180-degree conduction driving method are different. Efficiency is reversed.
[0069]
FIG. 7 is a diagram showing experimental results obtained by examining the efficiency characteristics of the IPM motor (B) with respect to the motor output. In FIG. 7, the Y-axis 60 represents the dimensionless ratio of the total efficiency, and the X-axis 61 represents the dimensionless ratio of the motor speed. Symbols 62 and 63 indicate efficiency characteristics at the time of 180-degree conduction driving and efficiency characteristics at the time of 120-degree conduction driving, respectively.
[0070]
As shown in FIG. 7, also in the IPM motor (B), in the region where the motor output or the number of revolutions is low, as in the case of the IPM motor (A), the 180-degree energization drive system is more effective than the 120-degree energization drive system. But high efficiency. In addition, as the motor output or the rotation speed increases, the efficiency of both types increases, but the rate of increase differs, and the efficiency reverses between the 120-degree conduction driving system and the 180-degree conduction driving system at a certain motor output or rotation speed. I do.
[0071]
Next, the efficiency of the 120-degree conduction driving system and the efficiency of the 180-degree conduction driving system will be described. The overall efficiency of the motor is expressed by the following equation (2).
[0072]
(Total efficiency) = (Motor output) / ((Motor input power) + (Motor loss + Circuit loss)) ... (2)
The motor loss in equation (2) will be described. FIG. 8 is a diagram showing experimental results on motor efficiency characteristics with respect to the motor output of the IPM motors (A) and (B). In FIG. 8, a Y-axis 71 shows a dimensionless ratio of a motor efficiency difference between the 120-degree conduction driving system and a 180-degree conduction driving system, and an X-axis 70 shows a dimensionless ratio of the motor rotation speed. Symbols 72 and 73 indicate a motor efficiency difference characteristic of the IPM motor (A) and a motor efficiency difference characteristic of the IPM motor (B), respectively.
[0073]
As shown in FIG. 8, in the IPM motors (A) and (B), in the region where the motor output or the number of revolutions is low, the efficiency of the 180-degree conduction driving system is higher than that of the 120-degree conduction driving system. As the output or the rotation speed increases, the difference between the efficiency of the 120-degree conduction driving system and the efficiency of the 180-degree conduction driving system disappears.
[0074]
Motor loss can be classified into copper loss, iron loss, and mechanical loss. With respect to copper loss, the 180-degree conduction driving method can generate a larger torque than the 120-degree conduction driving method. The driving method is more advantageous. Eddy current loss, which is one of the iron losses, is proportional to the square of the magnetic flux density, plate thickness, and frequency, and inversely proportional to the electrical resistivity. Therefore, the eddy current loss increases as the rotation speed increases, in other words, as the frequency increases, for the same motor. Therefore, in the low speed region, the copper loss is dominant in the motor loss, so the 180-degree conduction drive method is dominant. However, in the high speed region, the eddy current loss is dominant, and the difference between the two efficiencies is eliminated.
[0075]
Next, the circuit loss will be described. FIG. 9 is a diagram showing experimental results on circuit efficiency characteristics with respect to the motor output of the IPM motors (A) and (B). In FIG. 9, a Y-axis 81 indicates a dimensionless ratio of a difference in circuit efficiency between the 120-degree conduction driving system and the 180-degree conduction driving system, and an X-axis 80 indicates a dimensionless ratio of the motor rotation speed. Symbols 82 and 83 indicate a motor efficiency difference characteristic of the IPM motor (A) and a motor efficiency difference characteristic of the IPM motor (B), respectively. Here, the difference in circuit efficiency means Expression (3).
[0076]
Circuit efficiency difference = Circuit efficiency of 180-degree conduction drive method-Circuit efficiency of 120-degree conduction drive method ... (3)
As shown in FIG. 9, in the IPM motors (A) and (B), in the region where the motor output or the number of revolutions is low, the efficiency of the 180-degree conduction driving system is higher than that of the 120-degree conduction driving system. As the output or the rotational speed increases, there is no difference between the efficiency of the 120-degree conduction driving system and the efficiency of the 180-degree conduction driving system, and there is a point where the relationship between the two is reversed.
[0077]
The circuit loss mainly consists of copper loss of the circuit and switching loss of the circuit (hereinafter, referred to as SW loss). The circuit loss tends to be similar to that of the motor alone. On the other hand, the SW loss of the transistor of the inverter circuit 2 also increases in proportion to the rotation speed. However, comparing the SW loss between the 120-degree conduction driving method and the 180-degree conduction driving method, Is larger. For this reason, the circuit loss is dominated by copper loss in the low-speed region, and the 180-degree conduction drive method is superior to the circuit loss, but the SW loss increases when the high-speed region is reached, and the advantage is lost. In addition, the circuit efficiency of the 120-degree conduction driving system and the circuit efficiency of the 180-degree conduction driving system may be reversed at a certain point in time.
[0078]
Therefore, the overall efficiency in consideration of the motor loss and the circuit loss tends to be superior in the low-speed region to the 180-degree conduction driving system, but to be superior in the high-speed region to the 120-degree conduction driving system.
[0079]
In the motor control device according to the first embodiment of the present invention, based on such a result, a table is created for the correspondence between the motor rotation speed and the efficiency in each driving method of the corresponding motor, and the rotation speed-efficiency table section 10 is stored. Next, after the synchronous motor 1 starts rotating, the rotational speed calculating unit 8 detects the rotational speed by any method such as a sensor or the like, and sends it to the drive method selecting unit 9. Here, information on the optimal driving method for each rotational speed is stored in the rotational speed-efficiency table section 10, and the optimal driving method for the current speed is selected by the driving method selecting section 9.
[0080]
A case where the above-described IPM motor (A) is used as the synchronous motor 1 will be described. When the above-described IPM motor (A) is used, for example, in an initial low-speed region, a 180-degree driving method is selected.
[0081]
When a command to further increase the speed is transmitted from a system controller (not shown) to the target rotation speed storage unit 12, the target rotation speed storage unit 12 compares the detected rotation speed with the target rotation speed and outputs an error signal. . As a result, appropriate voltage data is transmitted from the 180-degree conduction drive unit 7 to the PWM generation / phase distribution unit 11 and applied to the synchronous motor 1 via the inverter circuit 2. As a result, the rotation speed increases.
[0082]
When the speed is increased to some extent and the efficiency reaches a rotational speed near the point where the efficiency reverses between the 180-degree conduction drive and the 120-degree conduction drive, the drive system selection unit 9 selects the 120-degree conduction drive with high efficiency.
[0083]
When it is necessary to perform control at a rotational speed (hereinafter, referred to as a cross rotational speed Nc) in the vicinity where the efficiency reverses between the 180-degree conductive drive and the 120-degree conductive drive, or conversely, the 180-degree conductive drive is performed at the desired rotational speed. In the case where the motor has a motor characteristic in which the efficiency at the time of rotation and the efficiency at the time of 120-degree energization driving are reversed, a drive method that can obtain the maximum efficiency changes due to a slight change in the number of revolutions. In this case, if the 180-degree energization drive and the 120-degree energization drive are faithfully switched, the drive system is frequently switched, so that the control unit (microcomputer) is overloaded, and the inverter circuit 2, the synchronous motor 1, etc. Stress increases, which may be a factor in shortening the service life.
[0084]
Therefore, in order to avoid such a phenomenon, there is a method of giving a hysteresis characteristic to the rotation speed at which the 180-degree energization drive and the 120-degree energization drive are switched. For example, when controlling from a low rotation speed to a high rotation speed exceeding the crossover rotation speed Nc, Equation (4) is used. When controlling from a high rotation speed to a low rotation speed exceeding the crossover rotation speed Nc, Equation (5) is used.
[0085]
Switching speed = crossover speed Nc + △ N1 (4)
Number of times of switching = crossover speed Nc + △ N2 (5)
In equations (4) and (5), ΔN1 and ΔN2 indicate hysteresis. By setting the hysteresis △ N1 and △ N2 in this manner, the driving method is not changed even if the rotational speed changes in the hysteresis range. As a result, the load on the control unit (microcomputer) can be reduced, and the life of the hardware such as the inverter circuit 2 and the synchronous motor 1 can be increased and the reliability thereof can be improved without overworking the hardware. .
[0086]
The values of the hysteresis ranges △ N1 and △ N2 may be determined in advance in consideration of the fluctuation value of the rotation speed and the fluctuation amount of the efficiency at that time, or the control contents (initial rotation speed, Information obtained at any time in accordance with the information such as the target rotation speed) may be used. Further, the hysteresis ranges ΔN1 and ΔN2 may be the same value or different values.
[0087]
In the example described above, the speed point at which the rotation is reversed is one point, but there is no problem even if there are a plurality of speed points. In this case, the 120-degree energization drive is driven by PWM (pulse width modulation), but the same applies to another drive such as PAM (pulse amplitude modulation) to obtain the high-rate characteristics. The effect of is obtained.
[0088]
As described above, the feedback control for detecting the current rotational speed of the motor, generating the target rotational speed command to achieve the target rotational speed, and correcting the speed, and the optimal control based on the current rotational speed information are performed. By performing the selection control for selecting the driving method, it becomes possible to drive the synchronous motor 1 with an optimum (highest efficiency) driving method according to the rotation speed.
[0089]
[Embodiment 2]
The motor control according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the control unit 5 includes a 120-degree conduction drive unit 6, a 180-degree conduction drive unit 7, a rotation speed calculation unit 8, and a motor output and a motor output-efficiency table unit 20 output from a motor output calculation unit 14 described later. And a driving method selecting unit 9 for selecting a driving method having an optimum efficiency based on a table showing a relation between the motor output and the efficiency stored in the synchronous motor 1. A motor output-efficiency table unit 20 in which a table shown is stored in advance, a PWM creation / phase splitting unit 11, a target rotation speed storage unit 12, and a load torque calculation unit 13 for calculating load torque information of the synchronous motor 1 which is an IPM motor. And a motor output calculator 14 for calculating a motor output from the rotation speed information and the load torque information.
[0090]
The control unit 5 is configured by a microcomputer. At this time, the processing of each of the components 6 to 20 described above is performed by software. Note that the present invention is not limited to this, and the control unit 5 may be configured by hardware so as to perform the same processing.
[0091]
First, an AC voltage supplied from an AC power supply is converted into a DC voltage by an AC / DC converter circuit 3 to become a DC voltage, which is applied to the inverter circuit 2. Each drive element such as the IGBT and the transistor Tr of the inverter circuit 2 is switched at a desired duty by the control of the PWM generation of each control unit 5 and each phase distribution unit 11. Each phase of the synchronous motor 1 receives a DC voltage via the inverter circuit 2. Thus, the synchronous motor 1 is driven.
[0092]
The load torque calculation unit 13 receives information on load torque from the 120-degree conduction drive unit 6 or the 180-degree conduction drive unit 7 and outputs load torque information. The load torque information may be detected by a torque detector or by storing a relationship between the coil current and the torque in advance, and further detecting the coil load current with a current detector or the like to calculate the torque. May be used.
[0093]
The motor output calculator 14 calculates the motor output from the rotation speed information output from the rotation speed calculator 8 and the load torque information output from the load torque calculator 13. Based on the calculated motor output and the information stored in the motor output-efficiency table section 20, a driving method having the highest efficiency is selected according to the current rotational speed.
[0094]
The energization driving unit (120-degree energization driving unit 6 or 180-degree energization driving unit 7) selected by the driving method selection unit 9 sends voltage data to the PWM generation / phase distribution unit 11. The PWM generation / phase distribution unit 11 determines the duty ratio of the PWM signal based on the voltage data, distributes the PWM signal to each driving element included in the inverter circuit 2, and outputs a command signal for switching each driving element. I do.
[0095]
As described above, the target rotation speed storage unit 12 compares the current rotation speed information received from the rotation speed calculation unit 8 with the target rotation speed to calculate an error, and calculates the error by the 120-degree conduction driving unit 6 or the 180-degree conduction The error correction data is sent to the drive unit 7 so that the speed becomes appropriate.
[0096]
As described above, feedback control for detecting the current rotational speed and correcting the speed according to the set target rotational speed command, and selection control for selecting an appropriate driving method based on the current rotational speed and load torque information are performed. By configuring the control unit (or configuring the algorithm) to perform the operation, it becomes possible to drive the synchronous motor 1 in an optimal drive system.
[0097]
[Embodiment 3]
A motor control device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The control unit 5 shown in FIG. 11 includes a 120-degree conduction drive unit 6, a 180-degree conduction drive unit 7, a rotation speed calculation unit 8, a drive method selection unit 9, a rotation speed-efficiency table unit 10, PWM generation / phase distribution. Unit 11, a target rotation speed storage unit 12, and a current detection unit 17 that detects a motor current flowing in a specific phase among the phases of the motor coil terminals U, V, and W to generate current phase information. A voltage / current phase difference detection unit 15 for detecting phase difference information from the current phase information to be output and the voltage phase information output from the 180-degree energization drive unit 7, and a location for storing a target phase difference (target phase difference). A phase difference storage unit 16, a computing unit 30, and an induced voltage detection unit 18 that detects an induced voltage generated in each phase of the motor coil terminals U, V, and W are provided.
[0098]
The control unit 5 is configured by a microcomputer. At this time, the components 6 to 18 described above are processed by software. Note that the present invention is not limited to this, and the control unit 5 may be configured in hardware so as to perform the same processing. The current detection unit 17 includes a so-called current sensor including a coil and a Hall element, a current transformer, and the like.
[0099]
The 120-degree energization drive unit 6 is used for applying an applied voltage in the motor coil 4 over a 120-degree period. The current conduction waveform at this time is as described in FIG. In the energization suspension periods 26U, 26V, and 26W in which the coil is not energized in the 120-degree energization drive method, the induced voltage due to the magnet mounted on the rotor is detected by the induced voltage detection unit 18. The 120-degree conduction driving unit 6 obtains information output from the induced voltage detecting unit 18 and detects the phase of the rotor.
[0100]
The voltage / current phase difference detector 15 detects current phase information obtained from the current detector 17 for detecting a motor current flowing in a specific phase (W phase in FIG. 11) and a voltage output from the 180-degree conduction drive unit 7. The phase difference of the current with respect to the voltage is calculated based on the phase information.
[0101]
The calculator 30 calculates an error between the phase difference output from the voltage / current phase difference detector 15 and the target phase difference stored in the phase difference storage 16.
[0102]
The 180-degree energization drive section 7 is used for applying an applied voltage to the motor coil over a 180-degree period, and the energization waveform at this time is as described with reference to FIG. The 180-degree energization drive unit 7 receives error correction data from the arithmetic unit 30 so that the speed becomes appropriate.
[0103]
After obtaining the current rotation speed information from the rotation speed calculation unit 8, the target rotation speed storage unit 12 calculates an error by comparing with the target rotation speed, and sends the error to the 120-degree conduction driving unit 6 or the 180-degree conduction driving unit 7. The error correction data is sent so that the speed becomes appropriate.
[0104]
As described above, feedback control for detecting the current rotational speed and correcting the speed in accordance with the set target rotational speed command, and control for selecting an appropriate driving method based on the current rotational speed information are performed. By configuring the control unit, it is possible to drive the synchronous motor 1 with an optimal driving method.
[0105]
Further, the synchronous motor 1 is driven by an optimal driving method without using a special position detector by controlling the 120-degree conduction driving unit 6 by the induced voltage and the 180-degree conduction driving unit 7 by the phase difference information. be able to.
[0106]
[Embodiment 4]
Fourth Embodiment A motor control device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control unit 5 shown in FIG. 12 includes an energization width corresponding driving unit 21, a rotation speed calculation unit 8, an energization width selection unit 19, a rotation speed-efficiency table unit 10, a PWM creation / each phase distribution unit 11, and a target rotation speed storage. A unit 12 is provided.
[0107]
The control unit 5 is configured by a microcomputer. At this time, each component described above is processed in a software manner. However, the present invention is not limited to this, and the control unit 5 may be configured by hardware so as to perform the same processing.
[0108]
The energization width corresponding driving unit 21 arbitrarily sets the period of the voltage applied to a certain one-phase motor coil from 120 degrees to 180 degrees. The drive voltage waveform supplied to another phase has a phase difference of 120 degrees or 240 degrees with respect to the certain phase.
[0109]
The rotation speed calculation unit 8 detects or calculates the rotation speed of the synchronous motor 1 based on the rotation speed information about the rotation speed from the energization width corresponding drive unit 21. The rotation speed information includes a method of calculating from the induced voltage, a method of using a rotation detector such as a sensor, a method of using an external center point detection circuit, and the like, and any method may be used.
[0110]
The rotation speed-efficiency table unit 10 stores in advance a table indicating the correspondence between the rotation speed and the efficiency with respect to the synchronous motor 1 in the driving method of each energization width. The energization width selection unit 19 uses the rotation speed output from the rotation speed calculation unit 8 and the information indicating the relationship between the rotation speed and the efficiency stored in the rotation speed-efficiency table unit 10 according to the current rotation speed. And select the width of the current to maximize efficiency.
[0111]
When the energization width is selected by the energization width selection unit 19, the energization width corresponding drive unit 21 sends voltage data corresponding to the selected energization width to the PWM creation / phase distribution unit 11. The PWM generation / phase distribution unit 11 determines the duty of the PWM signal based on the voltage data, distributes the PWM signal to each driving element included in the inverter circuit 2, and outputs a command signal for switching each driving element.
[0112]
As described above, the feedback control for detecting the current rotation speed and correcting the speed in accordance with the set target rotation speed command, and the selection control for selecting the driving method of the optimum energization width based on the current rotation speed information. , It is possible to drive the synchronous motor 1 by a driving method having an optimum energization width.
[0113]
It should be noted that a load torque calculating section 13 and a motor output calculating section 14 are further provided, and a motor output-efficiency table section 20 is arranged in place of the rotation speed-efficiency table section 10, and an output of the motor output section 14 is selected as a power supply width selection. It is also possible to configure to output to the unit 19. In this case, the synchronous motor 1 is driven with an optimum energization width according to the motor output.
[0114]
[Embodiment 5]
A motor control device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control unit 5 shown in FIG. 13 includes a 120-degree conduction drive unit 6, a 180-degree conduction drive unit 7, a rotation speed calculation unit 8, a drive method selection unit 9, a rotation speed-efficiency table unit 10, PWM creation / phase distribution. A section 11, a target rotation number storage section 12, and a drive mode command section 22 are provided.
[0115]
The control unit 5 is configured by a microcomputer. At this time, each component described above is processed in a software manner. However, the present invention is not limited to this, and the control unit 5 may be configured by hardware so as to perform the same processing.
[0116]
Driving method command unit 22 is unique to the fifth embodiment of the present invention, and controls the operation of driving method selecting unit 9. More specifically, the driving method selecting unit 9 determines whether the 120-degree conduction driving method or the 180-degree conduction driving method is based on the interrupt signal from the driving method instruction unit 22 in addition to the output from the rotation speed calculation unit 8. Select one of them.
[0117]
For example, when it is necessary to forcibly execute the 180-degree energizing drive method for noise reduction, an interrupt signal indicating that the 180-degree energizing drive is to be performed irrespective of the current driving method is transmitted to the driving method selecting unit 9. Output to At this time, if the current drive system is the 180-degree conduction drive system, the current state is maintained, and if the current drive system is the 120-degree conduction drive system, the mode is switched to the 180-degree conduction drive system.
[0118]
Further, the driving method command unit 22 outputs a signal for canceling the interrupt in order to cancel the forced driving by the interrupt signal. Thereby, the driving method selection unit 9 can select a driving method based on the output of the rotation speed calculation unit 8.
[0119]
As described above, the feedback control for detecting the current rotation speed and correcting the speed by the set target rotation speed command, the control for selecting the optimum driving method based on the current rotation speed, and the external command By having a function capable of arbitrarily selecting a driving method, it becomes possible to drive the synchronous motor 1 with optimum efficiency or with an arbitrary driving method.
[0120]
FIG. 14 is a diagram illustrating another configuration example of the motor control device according to the fifth embodiment of the present invention. The control unit 5 shown in FIG. 14 includes a 120-degree conduction drive unit 6, a 180-degree conduction drive unit 7, a rotation speed calculation unit 8, a drive method selection unit 9, a motor output-efficiency table unit 20, and a PWM creation / phase distribution unit 11. , A target rotation speed storage unit 12, a load torque calculation unit 13, a motor output calculation unit 14, and a drive method command unit 22.
[0121]
With the configuration shown in FIG. 14, the speed is corrected by the set target rotation speed command, and the optimum drive system is selected according to the current motor output, or the drive system is arbitrarily selected by an external command. It becomes possible.
[0122]
The invention is not limited to this. In the configuration of FIG. 11 as well, by providing the drive system command unit 22 to the drive system selection unit 9, the speed is corrected by the set target rotation speed command, and the current motor state It is possible to select an optimal driving method according to the above, or to arbitrarily select a driving method by an external command.
[0123]
FIG. 15 is a diagram illustrating another configuration example of the motor control device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 15, a drive command unit 23 is arranged for the energization width selection unit 19. Drive command unit 23 receives an external command and outputs an interrupt signal for forcibly setting a corresponding energization width or outputs an interrupt release signal for releasing an interrupt. As a result, the speed can be corrected by the set target rotation speed command, and the optimum power supply width can be selected according to the current motor state, or the power supply width can be arbitrarily selected by an external command.
[0124]
Note that, in all of the above-described embodiments, the case of 180-degree forced driving has been described. However, the present invention is not limited to this, and the driving method can be forcibly set by the same procedure in the case of 120-degree forced driving. It is.
[0125]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0126]
【The invention's effect】
According to the motor control device of the present invention, a plurality of energization driving units including at least a 180-degree energization driving unit that energizes and drives the synchronous motor by 180 degrees and a 120-degree energization driving unit that energizes and drives the synchronization motor by 120 degrees In addition, by selecting a driving method according to the efficiency of the synchronous motor, the synchronous motor can be driven with the highest efficiency.
[0127]
Further, according to the motor control device of the present invention, a motor rotation speed calculation unit that calculates the motor rotation speed, a storage unit that stores the efficiency with respect to the rotation speed of the motor, and a current motor rotation speed and a storage unit that store the current motor rotation speed and the storage unit By providing a driving method selection unit that selects a driving method by comparing the information with the information to be transmitted, it is possible to select an optimum driving method for the rotation speed of the synchronous motor. This makes it possible to realize motor driving with the highest efficiency over the entire speed (rotation speed) region.
[0128]
Further, according to the motor control device of the present invention, a motor rotation speed calculation unit that calculates the motor rotation speed, a load torque calculation unit that calculates the motor torque, and calculates the motor output based on the motor rotation speed and the load torque. By comprising a motor output calculation unit, a storage unit that stores the efficiency for the motor output, and a drive method selection unit that selects a drive method based on the calculated motor output and information stored in the storage unit, It is possible to select an optimal drive method for the motor output of the synchronous motor. This makes it possible to drive the motor with the highest efficiency over the entire motor output range.
[0129]
Further, according to the motor control of the present invention, a current detection unit that detects a motor current flowing through a motor coil terminal, and a current / voltage phase difference that compares current phase information and voltage phase information and detects it as phase difference information A detection unit, a phase difference storage unit for storing a target phase difference, and an induced voltage detection unit for detecting an induced voltage generated at a motor coil terminal, and controlling the 180-degree conduction drive unit based on an error in the phase difference to detect By controlling the 120-degree energization drive unit by the induced voltage thus applied, appropriate motor drive in each drive system is realized without using a special phase detector.
[0130]
Further, according to the motor control device of the present invention, it is possible to drive the motor with higher efficiency by driving the synchronous motor with the power supply width having the highest efficiency according to the motor speed or the motor output. .
[0131]
Further, according to the motor control device of the present invention, the motor control device includes a driving method selection unit that selects a driving method for driving the motor according to the state of the motor, and a driving method command unit that can directly instruct the driving method selection unit. This makes it possible to arbitrarily change the driving method. For example, when noise reduction is necessary at night or the like, it is possible to give priority to noise reduction by forcibly selecting the 180-degree energization drive system that provides low noise drive regardless of the efficiency characteristics. Becomes
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for describing a 120-degree energization driving method.
FIG. 3 is a diagram for explaining a 180-degree energization driving method.
FIG. 4 is a sectional view illustrating the structure of an IPM motor (A).
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of an IPM motor (B).
FIG. 6 is a diagram showing the results of an experiment in which the efficiency characteristics of the IPM motor (A) with respect to the motor output were measured.
FIG. 7 is a diagram showing the results of an experiment in which the efficiency characteristics of the IPM motor (B) with respect to the motor output were measured.
FIG. 8 is a diagram showing experimental results on motor efficiency characteristics with respect to motor outputs of IPM motors (A) and (B).
FIG. 9 is a diagram showing experimental results on circuit efficiency characteristics with respect to motor output of IPM motors (A) and (B).
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing another configuration example of the motor control device according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing another configuration example of the motor control device according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the structure of an IPM motor.
FIG. 17 is a diagram for explaining a change in torque in the IPM motor.
FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a configuration of a motor control device described in Reference Document 2.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 IPM motor, 2 inverter circuit, 3 converter circuit, 4 AC power supply, 5 control section, 6 120 degree conduction drive section, 7 180 degree conduction drive section, 8 rotation number calculation section, 9 drive method selection section, 10 rotation number- Efficiency table section, 11 PWM creation / phase distribution section, 12 target rotation number storage section, 13 load torque calculation section, 14 motor output calculation section, 17 current detection section, 18 induced voltage detection section, 19 conduction width selection section, 20 Motor output-efficiency table section, 21 energization width corresponding drive section, 22 drive method command section, 23 drive command section.

Claims (9)

同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、
前記複数の通電駆動手段は、
少なくとも、前記同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、前記同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ回転数と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ回転数に対して前記同期モータが所望の効率になるように、前記１２０度通電駆動手段または前記１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する駆動方式選択手段とをさらに備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。A motor control device for controlling a synchronous motor,
A plurality of energization driving means for energizing the synchronous motor,
The plurality of energization driving means,
At least, a 180-degree energizing drive unit that energizes and drives the synchronous motor by 180 degrees, and a 120-degree energizing drive unit that energizes and drives the synchronous motor by 120 degrees.
Motor rotation speed calculation means for calculating the motor rotation speed of the synchronous motor,
For each of the 180-degree energization drive and the 120-degree energization drive, storage means for storing a correspondence relationship between the motor rotation speed and the efficiency with respect to the synchronous motor,
Either the 120-degree energization driving unit or the 180-degree energization driving unit based on the information stored in the storage unit, such that the synchronous motor has a desired efficiency with respect to the calculated motor rotation speed. And a driving method selecting means for selecting
The motor control device , wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted . 同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、
前記複数の通電駆動手段は、
少なくとも、前記同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、前記同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクとに基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、
前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ出力と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ出力に対して前記同期モータが所望の効率になるように、前記１２０度通電駆動手段または前記１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する駆動方式選択手段とをさらに備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a synchronous motor,
A plurality of energization driving means for energizing the synchronous motor,
The plurality of energization driving means,
At least, a 180-degree energizing drive unit that energizes and drives the synchronous motor by 180 degrees, and a 120-degree energizing drive unit that energizes and drives the synchronous motor by 120 degrees.
Motor rotation speed calculation means for calculating the motor rotation speed of the synchronous motor,
Torque calculating means for calculating the torque of the synchronous motor;
Motor output calculation means for calculating the motor output of the synchronous motor based on the calculated motor speed and the calculated torque,
Storage means for storing, for each of the 180-degree conduction drive and the 120-degree conduction drive, the correspondence between the motor output and the efficiency with respect to the synchronous motor;
Based on the information stored in the storage unit, one of the 120-degree conduction drive unit or the 180-degree conduction drive unit is controlled so that the synchronous motor has a desired efficiency with respect to the calculated motor output. Further comprising a driving method selecting means for selecting,
The motor control device , wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted . 前記同期モータは、モータコイルを含み、
前記モータ制御装置は、
前記モータコイル端子に流れるモータ電流と前記同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を検出する位相差検出手段と、
所望の位相差情報を格納する格納部と、
前記モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とをさらに備え、
前記１８０度通電駆動手段は、前記検出される位相差情報と前記所望の位相差情報との差に応じて動作が制御され、
前記１２０度通電駆動手段は、前記検出される誘起電圧に応じて動作が制御される、請求項１または２に記載のモータ制御装置。The synchronous motor includes a motor coil,
The motor control device,
Phase difference detection means for detecting phase difference information between a motor current flowing through the motor coil terminal and a drive voltage supplied to the synchronous motor,
A storage unit for storing desired phase difference information,
Further comprising an induced voltage detecting means for detecting an induced voltage generated at the motor coil terminal,
The operation of the 180-degree conduction drive unit is controlled according to a difference between the detected phase difference information and the desired phase difference information,
3. The motor control device according to claim 1, wherein the operation of the 120-degree conduction driving unit is controlled according to the detected induced voltage. 4. 所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回転数と前記所望のモータ回転数との差に基づき、前記複数の通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対する回転速度の設定を調整する手段をさらに備える、請求項１または２に記載のモータ制御装置。Stores motor rotational speed of Nozomu Tokoro, based on the difference between the calculated motor speed and said desired motor speed, means for adjusting the setting of the rotational speed for said motor in each of the plurality of energizing the drive means The motor control device according to claim 1, further comprising: 外部指令に基づき、対応する所定の通電駆動手段を指定する指令手段をさらに備え、
前記駆動方式選択手段は、前記指令手段の制御に基づき、前記１８０度通電駆動手段または前記１２０度通電駆動手段の一方を選択する、請求項１または２に記載のモータ制御装置。Based on the external command, further comprising a command means for specifying a corresponding predetermined current driving means,
It said driving method selection means, under the control of said command means, for selecting the hand of the 180-degree conduction drive means or the 120-degree conduction drive unit, a motor control device according to claim 1 or 2. 同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ回転数と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ回転数に対して前記同期モータが所望の効率を達成するように、前記通電対応駆動手段による通電幅の設定を選択する駆動幅選択手段とを備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a synchronous motor,
Energizing width corresponding driving means for arbitrarily setting the energizing width of the synchronous motor,
Motor rotation speed calculation means for calculating the motor rotation speed of the synchronous motor,
For each of the arbitrarily set energization widths, storage means for storing a correspondence relationship between the motor rotation speed and the efficiency with respect to the synchronous motor,
Drive width selection based on the information stored in the storage means, so that the synchronous motor achieves a desired efficiency with respect to the calculated motor speed, so as to select an energization width setting by the energization corresponding drive means. Means,
The motor control device , wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted . 同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記算出されるモータ回転数と前記算出されるトルクとに基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、
前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ出力と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ出力に対して前記同期モータが所望の効率を達成するように、前記通電対応駆動手段による通電幅の設定を選択する駆動幅選択手段とを備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a synchronous motor,
Energizing width corresponding driving means for arbitrarily setting the energizing width of the synchronous motor,
Motor rotation speed calculation means for calculating the motor rotation speed of the synchronous motor,
Torque calculating means for calculating the torque of the synchronous motor;
Motor output calculation means for calculating the motor output of the synchronous motor based on the calculated motor rotation speed and the calculated torque,
For each of the arbitrarily set energization widths, storage means for storing the correspondence between the motor output and the efficiency for the synchronous motor,
Drive width selection means for selecting the setting of the current supply width by the current supply corresponding drive means so that the synchronous motor achieves a desired efficiency with respect to the calculated motor output based on the information stored in the storage means. With
The motor control device , wherein the synchronous motor is an IPM motor including a rotor on which a magnet is mounted . 所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回転数と前記所望のモータ回転数との誤差に基づき、前記通電幅対応駆動手段での前記設定を調整する手段をさらに備える、請求項６または７に記載のモータ制御装置。Stores motor rotational speed of Nozomu Tokoro, based on the error between the desired motor speed the motor speed and the calculated, further comprising means for adjusting the settings in the conducting width corresponding drive means, claim 8. The motor control device according to 6 or 7 . 外部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段をさらに備え、
前記駆動制御手段は、前記指令手段の制御に基づき、前記対応する通電幅を選択する、請求項６または７に記載のモータ制御装置。Based on the external command, further comprising a command means for specifying the corresponding conducting width,
The motor control device according to claim 6 , wherein the drive control unit selects the corresponding energization width based on the control of the command unit.

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