JP3775553B2 - ブラシレスdcモータの制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータにより駆動されるブラシレスDCモータの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5にこの種の従来例を示す。
同図において、18は直流電源、19,20は直流電圧二分割用の電解コンデンサ、21はトランジスタとダイオードを逆並列に接続した半導体スイッチ4組(Ta〜Td)からなるインバータ主回路、22はこのインバータ主回路21および電解コンデンサ19,20から給電されるブラシレスDCモータである。
また、制御部23においては、モータの周波数または回転数指令F*に対して、モータを回転させるための半導体スイッチへのスイッチング信号の作成等が行なわれる。
【0003】
図6に高速運転時のスイッチングパターン例を、図7に低速運転時のスイッチングパターン例を示す。
図6においては1パルス形の120°通電型形を基本としているが、モータのトルクリプルを低減するために、区間T1,T4(第1の60°区間,第4の60°区間とも言う)は半導体スイッチTa,TdおよびTb,Tcを75%のオンデューティ(on duty)でパルス幅変調(PWM)を実施している例である。この運転領域でモータの回転数を上げるためには、直流電源18の電圧値を上げることで行なう(PAM制御の実施)。
【0004】
また、図7では、120°全区間でPWMを実施しているが、図6と同じくモータのトルクリプルを低減するため、区間T1とT4は他の区間(T2,T3,T5,T6)よりもPWMのオンデューティを低減して半導体スイッチTa,TdおよびTb,Tcのスイッチングを行なう。この時、通常区間T1とT4のオンデューティ比率をXとした場合、区間T2,T3,T5,T6のオンデューティ比率Yは、例えば、
Y=2X−0.5 ただし、0.5≦X≦0.75
と設定する。この運転領域でモータの回転数を上げるためには、PWMのオンデューティを大きくすれば良い(PWM制御の実施)。
【0005】
図8および図9に、モータの回転数とPWMのオンデューティおよび直流電源電圧値との関係を示す。
図8のように、或る回転数N1までは直流電源電圧18の電圧値一定のもと、PWMのオンデューティを大きくすることで回転数を上げ、それ以上では、図9に示すように、直流電源電圧値を大きくすることで回転数を上げるようにしている。この時モータのトルクリプルを低減するために、上記の通り、区間T1,T4と他の区間とでPWMのオンデューティの値を異ならせている。
【0006】
図10に低速運転領域(回転数がN1以下)での制御ブロック図例を示す。同図において、速度指令値(F*)1を2種類のV/F回路(周波数指令に対し或る比例関係で電圧指令に変換する回路:電圧/周波数変換回路)12,13に入力する。V1/F回路12は区間T2,T3,T5,T6用であり、V2/F回路13は区間T1,T4用である。コンパレータ8,9は回路12,13の出力信号(電圧指令値)を三角波信号10と比較し、半導体スイッチのPWMのオンデューティを決定する。また、スイッチ11は、図5に示すインバータ21の出力電圧(U,V,W)を、磁極位置検出回路5に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間T2,T3,T5,T6と区間T1,T4の場合の切り換えを、その都度行なっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図7のように全区間PWMを行なう回転数領域(回転数がN1以下)では、PWMによる半導体スイッチのスイッチングによって、スイッチング損失の発生や、モータに流れる電流の高調波成分によってモータの渦電流損が増加し、システム効率が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題はスイッチング損失,モータの渦電流損を低減することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、4組の半導体スイッチを2相ブリッジ接続した2相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および2相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスDCモータ(単に、モータという)を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値(速度対出力電圧比率)を或る一定の比率となるようにPWM制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数1周期における第1と第4の各60度区間と、それ以外の60度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第1のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第1の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを第2の速度対出力電圧比率でPWM制御し、
さらに、前記第1のモータ回転速度から第2のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第3の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを100%のデューティでオン,オフ制御することを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、4組の半導体スイッチを2相ブリッジ接続した2相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および2相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスDCモータ(単に、モータという)を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値(速度対出力電圧比率)を或る一定の比率となるようにPWM制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数1周期における第1と第4の各60度区間と、それ以外の60度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第1のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第1の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては、前記第1の速度対出力電圧比率でPWM制御したときのPWMのオン,オフのデューティ比率をXとするとき、PWMのオン,オフのデューティ比率が Y=2X−0.5となるような第2の速度対出力電圧比率でPWM制御し、
さらに、前記第1のモータ回転速度から第2のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第3の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを100%のデューティでオン,オフ制御することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
ここでは、速度指令値1を3種類のV/F回路2,3および4に入力する。V3/F回路2は区間T2,T3,T5,T6用であり、V4/F回路3およびV4/F回路3よりV/Fの比率(速度対出力電圧比率)を大きくしたV5/F回路は区間T1,T4用である。スイッチ7はモータの位置検出回路5を経て速度検出回路6で求めた値に応じて、或る設定速度(N2)以下の場合はV4/F回路3を、N2以上の場合はV5/F回路4を選択するように、切り換える。
【0011】
コンパレータ8は回路2,コンパレータ9は回路3,4の各出力信号(電圧指令値)を三角波信号10と比較し、半導体スイッチのPWMのオンデューティを決定する。また、スイッチ11は、図10と同じくインバータ21の出力電圧(U,V,W)を、磁極位置検出回路5に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間T2,T3,T5,T6と区間T1,T4の場合の切り換えを行なう。
図1のようにした場合の、回転数とPWMのオンデューティとの関係は図2(a)のようになる。図2(b)は直流電源電圧と回転数の関係説明図で、従来と同様である。
【0012】
図3はこの発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
速度指令値1を3種類のV/F回路12,13および14に入力するのは、図1の場合と同様である。V1/F回路12は区間T2,T3,T5,T6用であり、従来方式のものと同一V/F比率(速度対出力電圧比率)である。V2/F回路13とこれよりV/F比率を大きくしたV6/F回路14は区間T1,T4用である。モータの位置検出回路5を経て速度検出回路6で求めた値に応じて、或る設定速度(N3)以下の場合はV2/F回路13を、N3以上の場合はV6/F回路14を選択するように、スイッチ15にて切り換える。なお、V2/F回路13も従来方式のものと同一V/F比率としている。
【0013】
スイッチ16は、或る設定速度(N3)以下の場合はV1/F回路12を、N3以上の場合は回路17に切り換えられ、PWMのオンデューティが100%となるような信号が出力される。コンパレータ8,9はV/F回路の出力信号(電圧指令値)と三角波信号10とを比較し、半導体スイッチのPWMのオンデューティを決定する。また、スイッチ11は、磁極位置検出回路5に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間T2,T3,T5,T6と区間T1,T4の場合の切り換えを行なうのは、図1の場合と同様である。
図3のようにした場合の、回転数とPWMのオンデューティとの関係は図4(a)のようになる。この場合、回路13,14を切り換える点(N3)では、オンデューティを不連続に設定する必要がある(x2からx1,x3から1)。なお、図4(b)は従来と同様の、直流電源電圧と回転数の関係説明図である。
【0014】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、従来方式に比べてオンデューティが100%となる領域(図2ではN2以上)が広がり、回転数N2〜N1の領域でスイッチング損失の低減やモータの渦電流損が低減するため、システムの効率化が図れる。
また、請求項2の発明によれば、請求項1の発明と同じく回転数N3〜N1の領域でシステムの効率化が図れるだけでなく、N3以下では従来と同様のV/F比率で運転されるため、モータのトルクリプルが低減するという利点ももたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1の動作説明図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態を示すブロック図である。
【図4】図2の動作説明図である。
【図5】従来のシステム構成例を示すブロック図である。
【図6】第1のスイッチパターン例を示す波形図である。
【図7】第2のスイッチパターン例を示す波形図である。
【図8】オンデューティと回転数の関係説明図である。
【図9】直流電源電圧と回転数の関係説明図である。
【図10】従来の制御回路例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…速度指令、2,3,4,12,13,14…V/F回路、5…位置検出回路、6…速度検出回路、7,11,15,16…スイッチ、8,9…コンパレータ、10…三角波信号、17…信号発生回路。
Claims (2)
- 直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、4組の半導体スイッチを2相ブリッジ接続した2相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および2相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスDCモータ(単に、モータという)を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値(速度対出力電圧比率)を或る一定の比率となるようにPWM制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数1周期における第1と第4の各60度区間と、それ以外の60度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第1のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第1の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを第2の速度対出力電圧比率でPWM制御し、
さらに、前記第1のモータ回転速度から第2のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第3の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを100%のデューティでオン,オフ制御することを特徴とするブラシレスDCモータの制御方法。 - 直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、4組の半導体スイッチを2相ブリッジ接続した2相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および2相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスDCモータ(単に、モータという)を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値(速度対出力電圧比率)を或る一定の比率となるようにPWM制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数1周期における第1と第4の各60度区間と、それ以外の60度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第1のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第1の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては、前記第1の速度対出力電圧比率でPWM制御したときのPWMのオン,オフのデューティ比率をXとするとき、PWMのオン,オフのデューティ比率が Y=2X−0.5となるような第2の速度対出力電圧比率でPWM制御し、
さらに、前記第1のモータ回転速度から第2のモータ回転速度までは、前記第1と第4の各60度区間においては半導体スイッチを第3の速度対出力電圧比率でPWM制御し、それ以外の60度区間においては半導体スイッチを100%のデューティでオン,オフ制御することを特徴とするブラシレスDCモータの制御方法。
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