JP4476049B2 - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧回路と、該昇圧回路の出力電圧を交流に変換してブラシレスモータに供給するインバータとを具えたブラシレスモータの制御装置に関するものである。

従来、ブラシレスモータの最大回転数を増大させるべく、昇圧回路を具えて昇圧制御を行なうと共にモータに発生する磁束を減少させる弱め界磁制御を行なうモータ制御装置が知られている(例えば、特許文献１参照)。
この種のモータ制御装置は、図１２に示す如く、先ず、昇圧制御及び弱め界磁制御を行なうことなくＰＷＭ制御を行なう第１制御動作を実行し、その後、モータの回転数が所定の回転数に達した時点で、昇圧制御を行なう第２制御動作を開始する。更に、昇圧回路の昇圧比が上限値に達した時点で、昇圧制御及び弱め界磁制御を行なう第３制御動作を開始する。
この様に、昇圧制御及び弱め界磁制御を行なうことによって、モータの最大回転数を増大させることが出来る。
特開２００３−１９９３８２号公報

しかしながら、出願人の研究によれば、上記従来のモータ制御装置においては、昇圧回路の温度上昇が大きくなる場合があることが判明した。
そこで本発明の目的は、昇圧回路の温度上昇が大きくなることを防止することが出来るブラシレスモータの制御装置を提供することである。

出願人は、昇圧回路の温度上昇が大きくなる原因を次のように究明した。
図１３は、モータの駆動時に生じる損失の大きさの変化を表わしている。図示の如く、モータに発生するトルクが大きい高トルク時及び該トルクが小さい低トルク時の何れにおいても、損失は、モータの回転数が小さいときには緩やかに増大し、モータの回転数が増大すると急激に増大しているが、高トルク時には、低トルク時に比べて小さな回転数で損失が急激に増大している。
従来のモータ制御装置においては、昇圧比の上限値は、低トルク時に損失が急激に増大することとなる時点での大きな値に設定されているため、低トルク時には、損失が急激に増大する時点で弱め磁束制御が開始されて昇圧回路の温度上昇が小さな値に抑えられるものの、高トルク時には、損失が急激に増大した後に弱め磁束制御が開始されることとなって昇圧回路の温度上昇が大きくなる。

本発明に係るブラシレスモータの制御装置は、直流の入力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の出力電圧を交流に変換してブラシレスモータに供給するインバータと、昇圧回路の昇圧比及びインバータの動作を制御する制御回路とを具え、該制御回路は、昇圧回路の昇圧比を１よりも大きな値に設定する昇圧制御動作を開始した後、ブラシレスモータから発生する磁束を減少させるための動作をインバータに実行させる磁束制御動作を開始するものである。そして、その特徴的構成において、該制御回路は、ブラシレスモータに発生するトルクの大きさに応じて、磁束制御動作を開始する時点を変化させる。

上記本発明に係るブラシレスモータの制御装置においては、ブラシレスモータに発生するトルクが大きい程、モータの回転数が小さい時点で磁束制御動作が開始される。これによって、高トルク時に、昇圧回路での損失の増大を抑えて、昇圧回路の温度上昇が大きくなることを防止することが出来る。

第１の具体的構成において、前記制御回路は、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値を導出し、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧がその上限値を超えた時点で磁束制御動作を開始する。該制御回路は、
外部から供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作を実行する昇圧制御手段と、
ブラシレスモータに対する印加電圧の大きさと、外部から供給されるモータ印加電圧制限値とを比較し、その比較結果に基づいて磁束制御動作を開始する磁束制御手段と、
昇圧指令値を前記昇圧制御手段に供給すると共に、モータ印加電圧制限値を前記磁束制御手段に供給する値供給手段
とを具え、該値供給手段は、
モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値と昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値との関係が規定されている第１関係規定手段と、
第１関係規定手段に規定されている関係に従って、モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値を導出する手段と、
昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が導出された上限値以下である場合には、該目標値を昇圧指令値として昇圧制御手段に供給する一方、該目標値が導出された上限値を上回る場合には、該上限値を昇圧指令値として昇圧制御手段に供給する手段と、
昇圧指令値とモータ印加電圧制限値の関係が規定されている第２関係規定手段と、
第２関係規定手段に規定されている関係に従って、昇圧制御手段に供給する昇圧指令値からモータ印加電圧制限値を導出して、磁束制御手段に供給する手段
とを具えている。

ブラシレスモータを流れるモータ電流は、該モータに発生するトルクが増大するにつれて増大し、モータ電流とトルクとの間には比例関係が成立する。又、昇圧回路の温度は、モータ電流が増大するにつれて増大し、昇圧回路の温度とモータ電流との間には相関関係があるため、昇圧回路の温度とトルクとの間には相関関係がある。
そこで、上記具体的構成においては、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ或いはモータ電流の大きさに応じた値、例えば昇圧回路の温度から、トルクの大きさに応じた、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値が導出される。
そして、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が該上限値以下である場合には、該目標値が昇圧指令値として昇圧制御手段に供給されると共に、該指令値に応じたモータ印加電圧制限値が導出されて磁束制御手段に供給される。これに対し、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が前記上限値を上回っている場合には、該上限値が昇圧指令値として昇圧制御手段に供給されると共に、該指令値に応じたモータ印加電圧制限値が導出されて磁束制御手段に供給される。
昇圧制御手段では、上述の如く供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作が実行される。ここで、昇圧指令値は、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が増大するにつれて増大し、該目標値が前記上限値に達した後、一定となる。従って、昇圧回路の出力電圧は、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧が前記上限値に達するまで徐々に増大し、その後、一定となる。
一方、磁束制御手段では、モータ印加電圧の大きさと上述の如く供給されるモータ印加電圧制限値とが比較され、その比較結果に基づいて磁束制御動作が開始される。ここで、上述の如く、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値はトルクの大きさに応じた値であり、昇圧比或いは昇圧回路の目標値が該上限値を上回っている場合には、該上限値に応じたモータ印加電圧制限値が磁束制御手段に供給されるので、磁束制御動作が開始される時点はトルクの大きさによって異なることになる。

第２の具体的構成において、前記制御回路は、昇圧制御と磁束制御の割合を変えることが可能であって、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から、昇圧制御と磁束制御の割合を決めることとなる係数を導出し、導出された係数に応じて昇圧制御動作及び磁束制御動作を実行する。該制御回路は、
外部から供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作を実行する昇圧制御手段と、
ブラシレスモータに対する印加電圧の大きさと、外部から供給されるモータ印加電圧制限値とを比較し、その比較結果に基づいて磁束制御動作を開始すると共に、該モータ印加電圧制限値に基づいて磁束制御動作を実行する磁束制御手段と、
昇圧指令値を前記昇圧制御手段に供給すると共に、モータ印加電圧制限値を前記磁束制御手段に供給する値供給手段
とを具え、該値供給手段は、
モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値と前記係数との関係が規定されている第１関係規定手段と、
第１関係規定手段に規定されている関係に従って、モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から前記係数を導出する手段と、
昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値に対し導出された係数を用いた演算処理を施して昇圧指令値を算出する手段と、
算出された昇圧指令値を昇圧制御手段に供給する手段と、
昇圧指令値とモータ印加電圧制限値の関係が規定されている第２関係規定手段と、
第２関係規定手段に規定されている関係に従って、前記算出された昇圧指令値からモータ印加電圧制限値を導出して、磁束制御手段に供給する手段
とを具えている。

上記具体的構成においては、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ、或いはモータ電流の大きさに応じた値、例えば昇圧回路の温度から、トルクの大きさに応じた係数が導出される。
そして、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値に対し前記導出された係数を用いた演算処理が施されて昇圧指令値が算出され、該指令値が昇圧制御手段に供給されると共に、該指令値に応じたモータ印加電圧制限値が導出されて磁束制御手段に供給される。
昇圧制御手段では、上述の如く供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作が実行される。ここで、昇圧指令値は、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が増大するにつれて増大する。従って、昇圧回路の出力電圧は徐々に増大することになる。
一方、磁束制御手段では、モータ印加電圧の大きさと上述の如く供給されるモータ印加電圧制限値とが比較され、その比較結果に基づいて磁束制御動作が開始される。ここで、昇圧指令値は、上述の如く、トルクの大きさに応じた係数を用いた演算処理の実行によって得られる値であり、該昇圧指令値に応じたモータ印加電圧制限値が磁束制御手段に供給されるので、磁束制御動作が開始される時点はトルクの大きさによって異なることになる。その後、モータ印加電圧制限値に基づいて磁束制御動作が実行される。
上述の如く、トルクの大きさに応じた係数を用いた演算処理の実行によって得られる昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作が実行されると共に、該昇圧指令値に応じたモータ印加電圧制限値に基づいて磁束制御動作が実行される。これによって、昇圧制御と磁束制御の割合がトルクの大きさに応じて変化することになる。

具体的には、前記制御回路は、モータ電流の磁束方向成分の大きさを検出する電流検出手段を具え、前記磁束制御手段は、
値供給手段から供給されるモータ印加電圧制限値からモータ電流の磁束方向成分の大きさの目標値を表わす目標電流値を導出する手段と、
電流検出手段によって検出された電流値と導出された目標電流値とに基づき制御信号を作成してインバータに供給する手段
とを具えている。

上記具体的構成を有するモータ制御装置は、ブラシレスモータに発生する磁束の方向とは逆方向に電流を流すことによって該磁束を減少させる弱め磁束制御を行なうものであって、磁束制御手段は、電流検出手段によって検出された電流値とモータ印加電圧制限値から導出された目標電流値とに基づいて制御信号を作成する。これによって、モータ電流の磁束方向成分を目標電流値に追従させるための制御信号が作成されて、モータ電流の磁束方向成分の大きさが制御される。

本発明に係るブラシレスモータの制御装置によれば、昇圧回路の温度上昇が大きくなることを防止することが出来る。

以下、本発明の実施の形態につき、４つの実施例に基づいて具体的に説明する。
第１実施例
本実施例のブラシレスモータの制御装置は、昇圧制御を行なうことが可能であると共に、モータに発生する磁束の方向とは逆の方向に電流を流すことによって該磁束を減少させる弱め磁束制御を行なうことが可能である。そして、該制御装置は、モータの駆動時には、先ず、昇圧制御及び弱め磁束制御を行なうことなくＰＷＭ制御を行なう第１制御動作を実行し、その後、昇圧制御を行なう第２制御動作を実行し、更に、昇圧制御及び弱め磁束制御を行なう第３制御動作を実行する。

本実施例のブラシレスモータの制御装置は、図１に示す如く、直流電源(１)からの電圧を昇圧する昇圧回路(２)と、昇圧回路(２)の出力電圧を交流電圧に変換してブラシレスモータ(４)に供給するインバータ(３)と、昇圧回路(２)及びインバータ(３)の動作を制御する制御回路(５)と、該制御回路(５)からのＰＷＭ信号に基づいてインバータ(３)を駆動するドライブ回路(６)とを具えている。昇圧回路(２)は、スイッチング素子、コンデンサ、抵抗及びダイオードから構成されており、前記制御回路(５)によってスイッチング素子がオン／オフ制御される。又、インバータ(３)は、６つのスイッチング素子と、これらのスイッチング素子にそれぞれ接続された６つのダイオードとから構成されており、前記制御回路(５)によって、これら６つのスイッチング素子がオン／オフ制御される。

ブラシレスモータ(４)には、その回転軸を中心とする円周上に、ホール素子からなる位置センサ(40)が１２０度の位相差で３箇所に配備されており、これら３つの位置センサ(40)(40)(40)から得られる３つの位置信号(Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ)は、前記制御回路(５)の位置・速度検出部(51)に供給される。各位置信号は、図３(ａ)に示す如く、３６０度を１周期としてハイとローに切り替わる矩形波であって、３つの位置信号は互いに１２０度の位相差を有している。
又、ブラシレスモータ(４)は、固定子にｕ相巻線、ｖ相巻線及びｗ相巻線を巻き付けて構成されており、該モータ(４)には、ｕ相巻線及びｖ相巻線をそれぞれ流れる電流を検出する電流センサ(41)(41)が設けられている。これら２つの電流センサ(41)(41)から得られる２つの電流値ｉｕ、ｉｖは、前記制御回路(５)の電流検出部(52)に供給される。
位置・速度検出部(51)では、３つの位置信号(Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ)に基づいてモータの回転数ωが検出され、その検出結果が、速度制御部(53)、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)及びＰＷＭ制御部(56)に供給される。又、位置・速度検出部(51)では、３つの位置信号(Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ)と前記回転数ωとに基づいてモータの回転角度θが検出され、その検出結果が、電流検出部(52)及びＰＷＭ制御部(56)に供給される。
電流検出部(52)では、２つの電流値ｉｕ、ｉｖと前記回転角度θとに基づいてモータに流れるモータ電流の磁束方向成分、即ちｄ軸方向成分ｉｄと、該磁束方向に直交する方向の成分、即ちｑ軸方向成分ｉｑとが算出され、それらの算出結果が、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)及びＰＷＭ制御部(56)に供給される。

速度制御部(53)では、前記回転数ωと目標回転数ω^＊とに基づいて、下記数１から、モータ電流のｑ軸方向成分の目標値ｉｑ^＊が算出され、回転数ωが目標回転数ω^＊に一致するようにＰＩ制御される。
(数１)
ｉｑ^＊＝(ｋ_ｓｐ＋ｋ_ｓｉ／ｓ)(ω^＊−ω)
ｋ_ｓｐ、ｋ_ｓｉ：定数
ｓ：ラプラス演算子
上述の如く算出された目標ｑ軸方向電流ｉｑ^＊は、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)及びＰＷＭ制御部(56)に供給される。

昇圧・弱め磁束指令生成部(54)は、位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転数ωが所定の閾値以下である場合には、昇圧比の指令値αとして“１”の値を昇圧制御部(57)に供給すると共に、モータに対する印加電圧の制限値Ｖomとして所定値Ｖom_０を弱め磁束制御部(55)に供給する。

その後、位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転数ωが所定の閾値を超えると、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)は、該モータ回転数ωに基づいて下記数２から昇圧比の目標値α^＊を算出する動作を開始する。尚、モータ回転数ωと昇圧比の目標値α^＊の関係を表わすテーブルを格納しておき、該テーブルを参照して、モータ回転数ωから昇圧比の目標値α^＊を導出する構成を採用することも可能である。
(数２)
α^＊＝ｋ・ω／ω_０
ｋ：定数
ω_０：昇圧比が１であるときのモータ回転数の最大値

そして、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)は、昇圧比の目標値α^＊が後述の如く導出される上限値αmを超えているか否かを判断し、昇圧比の目標値α^＊が上限値αm以下である場合には、該目標値α^＊を昇圧指令値αとして昇圧制御部(57)に供給する。又、該昇圧指令値αに基づいて、下記数３からモータ印加電圧の制限値Ｖomを算出し、該制限値Ｖomを弱め磁束制御部(55)に供給する。
(数３)
Ｖom＝α・Ｖom_０
Ｖom_０：昇圧比が１であるときのモータ印加電圧の制限値

これに対し、昇圧比の目標値α^＊が上限値αmを超えている場合には、昇圧指令値として該上限値αmを昇圧制御部(57)に供給する。又、該上限値αmを昇圧指令値αとして、上記数３からモータ印加電圧の制限値Ｖomを算出し、該制限値Ｖomを弱め磁束制御部(55)に供給する。

上述の上限値αmは、後述の如く導出される。
モータ電流のｑ軸方向成分ｉｑは、モータに発生するトルクの大きさが増大するにつれて増大し、ｑ軸方向電流ｉｑとトルクとの間には比例関係が成立する。そこで、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)には、ｑ軸方向電流と昇圧比の上限値の図４に示す関係を表わすテーブルが格納されており、該テーブルを参照して、電流検出部(52)から供給されるｑ軸方向電流ｉｑから昇圧比の上限値αmが導出される。ｑ軸方向電流と昇圧比の上限値は、図示の如くｑ軸方向電流ｉｑが増大するにつれて昇圧比の上限値αmは減小する関係を有しており、モータに発生するトルクが大きい程、小さな上限値αmが導出されることになる。
尚、モータ電流のｑ軸方向成分ｉｑと昇圧比の上限値αmの比例関係を表わす関数式を格納しておき、該関数式を用いて昇圧比の上限値αmを算出する構成を採用することも可能である。

図１の昇圧制御部(57)では、昇圧・弱め磁束指令生成部(54)から供給される昇圧指令値αに基づき昇圧回路(２)のスイッチング素子に対するスイッチング信号が作成されて昇圧回路(２)に供給される。これによって、昇圧回路(２)の出力電圧は、図５に示す如く、モータの回転数ωが前記所定の閾値を超えるまでは、昇圧比が“１”に設定されて一定となり、モータの回転数ωが前記所定の閾値を超えると、該回転数ωが増大するにつれて昇圧比が徐々に大きな値に設定されて徐々に増大する。その後、昇圧比が上限値に達すると、昇圧回路(２)の出力電圧は一定となる。ここで、昇圧比の上限値は、上述の如くモータに発生するトルクが大きい程、小さな値に設定されるので、図示の如く、高トルク時における昇圧回路(２)の出力電圧は、低トルク時に比べて小さな回転数で一定値となる。

図１の弱め磁束制御部(55)では、モータ印加電圧の振幅値Ｖa(＝√(Ｖｄ^＊２＋Ｖｑ^＊２))が昇圧・弱め磁束指令生成部(54)から供給される制限値Ｖomを下回るか否かが判断され、モータ印加電圧の振幅値Ｖaが該制限値Ｖomを下回る場合には、モータ電流のｄ軸方向成分の目標値ｉｄ^＊として、モータに発生するトルクが最大となる後述の値がＰＷＭ制御部(56)に供給される。
即ち、巻線のインダクタンスのｄ軸方向成分Ｌｄとｑ軸方向成分Ｌｑが同じ値である場合には、目標ｄ軸方向電流ｉｄ^＊として“０”の値がＰＷＭ制御部(56)に供給される。
一方、巻線のインダクタンスのｄ軸方向成分Ｌｄとｑ軸方向成分Ｌｑが異なる値である場合には、下記数４から、目標ｄ軸方向電流ｉｄ^＊が算出されてＰＷＭ制御部(56)に供給される。
(数４)
ｉｄ^＊＝{φa／２・(Ｌｑ−Ｌｄ)}−√{φa^２／４・(Ｌｑ−Ｌｄ)^２＋ｉｑ^２}
φa：巻線の鎖交磁束数

これに対し、前記振幅値Ｖaが前記制限値Ｖom以上である場合には、下記数５から、目標ｄ軸方向電流ｉｄ^＊が算出されてＰＷＭ制御部(56)に供給される。
(数５)
ｉｄ^＊＝[−φa＋√{(Ｖom／ω)^２−(Ｌｑ・ｉｑ)^２}]／Ｌｄ
φa：巻線の鎖交磁束数

図２に示すＰＷＭ制御部(56)の電流制御部(561)では、電流検出部(52)から供給されるｄ軸方向電流ｉｄと弱め磁束制御部(55)から供給される目標ｄ軸方向電流ｉｄ^＊と位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転速度ωとに基づいて、下記数６から、モータ印加電圧のｄ軸方向成分の目標値Ｖｄ^＊が算出されると共に、電流検出部(52)から供給されるｑ軸方向電流ｉｑと速度制御部(53)から供給される目標ｑ軸方向電流ｉｑ^＊と位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転速度ωとに基づいて、下記数７から、モータ印加電圧のｑ軸方向成分の目標値Ｖｑ^＊が算出される。

(数６)
Ｖｄ^＊＝(ｋ_ｐ＋ｋ_ｉ／ｓ)・(ｉｄ^＊−ｉｄ)−ω・Ｌｑ・ｉｑ
ｋ_ｐ、ｋ_ｉ：定数
ｓ：ラプラス演算子
(数７)
Ｖｑ^＊＝(ｋ_ｐ＋ｋ_ｉ／ｓ)・(ｉｑ^＊−ｉｑ)＋ω・(Ｌｄ・ｉｄ＋φa)
φa：巻線の鎖交磁束数
ｋ_ｐ、ｋ_ｉ：定数
ｓ：ラプラス演算子

上述の如く算出された目標ｄ軸方向電圧Ｖｄ^＊、及び目標ｑ軸方向電圧Ｖｑ^＊は、座標変換部(562)に供給され、座標変換部(562)では、これらの電圧のそれぞれに対し、位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転角度θを用いた座標変換処理を施すことによって、ブラシレスモータのｕ相についての電圧指令信号Ｖｕ^＊、ｖ相についての電圧指令信号Ｖｖ^＊、及びｗ相についての電圧指令信号Ｖｗ^＊が作成され、これら３相の電圧指令信号は、ＰＷＭ信号作成部(563)に供給される。
ＰＷＭ信号作成部(563)では、図３(ｂ)に示す如く、ｕ相の電圧指令信号Ｖｕ^＊と所定の搬送波(三角波)とが比較され、該比較結果に基づいて、同図(ｃ)に示すｕ相の駆動信号(ＰＷＭ信号)が作成される。同様にして、ｖ相の電圧指令信号Ｖｖ^＊と所定の搬送波とが比較されてｖ相の駆動信号が作成され、ｗ相の電圧指令信号Ｖｗ^＊と所定の搬送波とが比較されてｗ相の駆動信号が作成される。

この様にして作成されたｕ相、ｖ相、ｗ相のＰＷＭ信号は、図１に示すドライブ回路(６)に供給され、該ドライブ回路(６)では、これらのＰＷＭ信号に基づきインバータ(３)に対するドライブ信号が作成されてインバータ(３)に供給され、インバータ(３)が制御される。この結果、ブラシレスモータ(４)が駆動されることになる。

本実施例のモータ制御装置においては、上述の如く、モータに発生するトルクの大きさに応じた昇圧上限値αmが導出され、昇圧比の目標値α^＊が該上限値αｍを超えている場合には、該上限値αmから上記数３を用いてモータ印加電圧の制限値Ｖomが算出される。従って、該制限値Ｖomは、トルクの大きさに応じた値となり、弱め磁束制御部(55)にてモータ印加電圧の振幅値Ｖaがモータ印加電圧の制限値Ｖom以上であると判断されて弱め磁束制御が開始される時点が、トルクの大きさに応じて変化することになる。即ち、高トルク時には、低トルク時に比べて小さな昇圧上限値αmが算出されて、小さな制限値Ｖomが算出される。従って、弱め磁束制御部(55)にてモータ印加電圧の振幅値Ｖaがモータ印加電圧の制限値Ｖom以上であると判断される時点が早くなり、低トルク時よりも低い回転数で弱め磁束制御が開始されることになる。

図６は、本実施例のモータ制御装置において制御動作が第１制御動作と第２制御動作と第３制御動作との間で切り替わるタイミングを表わしている。尚、図中の破線は、仮に制御動作を第２制御動作から第３制御動作に切り換えなかった場合の損失の変化を表わしている。
高トルク時には、昇圧比の上限値αmが低トルク時に比べて小さな値に設定されるので、図示の如く、低トルク時よりも小さな回転数で第２制御動作から第３制御動作に制御動作が切り替わることになる。

本実施例のモータ制御装置においては、上述の如く、高トルク時には、低トルク時よりも小さな回転数で第３制御動作を開始することによって、昇圧回路での損失の増大を抑えて昇圧回路の温度上昇を抑制することが出来る。一方、低トルク時には、弱め磁束制御による損失の増大を抑えてモータの温度上昇を抑制することが出来る。

尚、上記実施例においては、モータ回転数ωから昇圧比の指令値αを算出しているが、モータ回転数ωが高くなるにつれてモータ印加電圧は高くなり、モータ回転数ωとモータ印加電圧との間には相関関係があるため、モータ印加電圧から昇圧比の指令値αを算出することも可能である。

又、モータ電流のｑ軸方向成分ｉｑは、下記数８によって表わされる。
(数８)
ｉｑ＝η・Ｖｄｃ・Ｉｄｃ／ω・Ｋｔ
η：モータ効率
Ｖｄｃ：電源電圧
Ｉｄｃ：電源電流
Ｋｔ：トルク定数
電源電圧Ｖｄｃ及びトルク定数Ｋｔは既知であるので、モータ効率ηとして代表値、或いはテーブルを参照して導出した値を採用すれば、電源電流Ｉｄｃ及びモータ回転数ωから昇圧比の上限値αmを導出することが可能である。又、電源電圧Ｖｄｃ及び電源電流Ｉｄｃに代えて、昇圧回路の出力電圧及び出力電流を採用することも可能である。

第２実施例
第１実施例のモータ制御装置は、モータ電流のｑ軸方向成分ｉｑから昇圧比の上限値αmを導出するものであるのに対し、本実施例のモータ制御装置は、図７に示す如く昇圧回路(２)に温度センサ(21)を設けて、該温度センサ(21)から得られる昇圧回路温度ｔから昇圧比の上限値αmを導出するものである。
本実施例の制御回路(50)の構成及び動作は、昇圧・弱め磁束指令生成部(58)を除いて、図１に示す第１実施例の制御回路(５)と同一であるので、それらの説明は省略する。

昇圧回路の温度は、モータ電流が増大するにつれて増大する。又、上述の如く、モータ電流は、モータに発生するトルクの大きさが増大するにつれて増大する。従って、昇圧回路の温度はトルクの大きさが増大するにつれて増大し、昇圧回路の温度とトルクとの間には相関関係がある。そこで、上記昇圧・弱め磁束指令生成部(58)には、昇圧回路の温度と昇圧比の上限値の図８に示す関係を表わすテーブルが格納されており、該テーブルを参照して、温度センサ(21)から得られる温度ｔから昇圧比の上限値αmが導出される。図示の如く昇圧回路の温度ｔが上昇するにつれて昇圧比の上限値αmは減小しており、モータに発生するトルクが大きい程、小さな上限値αmが導出されることになる。

第３実施例
第１実施例のモータ制御装置は、昇圧比の上限値αmを可変とすることによって弱め磁束制御の開始時点を変化させるものであるのに対し、本実施例のモータ制御装置は、昇圧制御と弱め磁束制御の割合を変化させるものであって、その構成及び動作は、制御回路の昇圧・弱め磁束指令生成部を除いて、図１に示す第１実施例と同一である。

本実施例の昇圧・弱め磁束指令生成部は、第１実施例と同様に、位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転数ωが所定の閾値以下である場合には、昇圧比の指令値αとして“１”の値を昇圧制御部(57)に供給すると共に、モータ印加電圧の制限値Ｖomとして所定値Ｖom_０を弱め磁束制御部(55)に供給する。

その後、位置・速度検出部(51)から供給されるモータ回転数ωが所定の閾値を超えると、該モータ回転数ωに基づいて上記数２から昇圧比の目標値α^＊を算出する動作を開始する。
そして、上述の如く算出した目標値α^＊と後述の如く導出される調整係数Ｋとに基づいて、下記数９から昇圧比の指令値αを算出する。
(数９)
α＝Ｋ・α^＊

更に、前記指令値αに基づいて上記数３からモータ印加電圧の制限値Ｖomを算出し、前記指令値αを昇圧制御部(57)に供給すると共に、該制限値Ｖomを弱め磁束制御部(55)に供給する。

上述の調整係数Ｋは、後述の如く導出される。
昇圧・弱め磁束指令生成部には、モータ電流のｑ軸方向成分と調整係数の図９に示す関係を表わすテーブルが格納されており、該テーブルを参照して、電流検出部(52)から供給されるｑ軸方向電流ｉｑから調整係数Ｋが導出される。図示の如くｑ軸方向電流ｉｑが増大するにつれて調整係数Ｋは減小しており、モータに発生するトルクが大きい程、小さな調整係数Ｋが導出されることになる。

昇圧制御部(57)では、昇圧・弱め磁束指令生成部から供給される昇圧指令値αに基づき昇圧回路(２)のスイッチング素子に対するスイッチング信号が作成されて昇圧回路(２)に供給される。これによって、昇圧回路(２)の出力電圧は、図１０に示す如く、モータの回転数ωが前記所定の閾値を超えるまでは、昇圧比が“１”に設定されて一定値となり、モータ回転数ωが前記所定の閾値を超えると、該回転数ωが増大するにつれて昇圧比が徐々に大きな値に設定されて徐々に増大する。ここで、調整係数Ｋは、上述の如くモータに発生するトルクが大きい程、小さな値に設定されるので、該トルクが大きい程、小さな昇圧指令値αが算出されることとなり、図示の如く、高トルク時における昇圧回路(２)の出力電圧は、低トルク時に比べて低くなる。

図１の弱め磁束制御部(55)では、モータ印加電圧の振幅値Ｖaが昇圧・弱め磁束指令生成部(54)から供給される制限値Ｖomを下回る場合には、モータ電流のｄ軸方向成分の目標値ｉｄ^＊として、モータに発生するトルクが最大となる値がＰＷＭ制御部(56)に供給される。
これに対し、前記振幅値Ｖaが前記制限値Ｖom以上である場合には、上記数５から、目標ｄ軸方向電流ｉｄ^＊が算出されてＰＷＭ制御部(56)に供給される。

ＰＷＭ制御部(56)では、第１実施例と同様にして、ｕ相、ｖ相、ｗ相のＰＷＭ信号が作成されてドライブ回路(６)に供給され、該ドライブ回路(６)では、これらのＰＷＭ信号に基づきインバータ(３)に対するドライブ信号が作成されてインバータ(３)に供給され、インバータ(３)が制御される。この結果、ブラシレスモータ(４)が駆動されることになる。

本実施例のモータ制御装置においては、上述の如く、モータに発生するトルクの大きさに応じた調整係数Ｋが算出されて、昇圧比の目標値に該調整係数Ｋを乗算することによって昇圧指令値αが算出され、該昇圧指令値αから上記数３を用いてモータ印加電圧の制限値Ｖomが算出される。従って、該制限値Ｖomは、トルクの大きさに応じた値となり、弱め磁束制御部(55)にてモータ印加電圧の振幅値Ｖaがモータ印加電圧の制限値Ｖom以上であると判断されて弱め磁束制御が開始される時点がトルクの大きさに応じて変化することになる。又、昇圧制御の割合と弱め磁束制御の割合がトルクの大きさに応じて変化することになる。即ち、高トルク時には、低トルク時に比べて小さな昇圧指令値αが算出されて、小さな制限値Ｖomが算出される。従って、弱め磁束制御部(55)にてモータ印加電圧の振幅値Ｖaがモータ印加電圧の制限値Ｖom以上であると判断される時点が早くなって、低トルク時よりも小さな回転数で弱め磁束制御が開始されることになる。又、昇圧制御の割合が低トルク時よりも小さくなる。

本実施例のモータ制御装置においては、高トルク時には、低トルク時よりも小さな回転数で第３制御動作を開始すると共に昇圧制御の割合を小さくすることによって、昇圧回路での損失の増大を抑えて昇圧回路の温度上昇を抑制することが出来る。一方、低トルク時には、弱め磁束制御による損失の増大を抑えてモータの温度上昇を抑制することが出来る。

第４実施例
第３実施例のモータ制御装置は、モータ電流のｑ軸方向成分ｉｑから調整係数Ｋを導出しているが、本実施例のモータ制御装置は、昇圧回路の温度から調整係数を導出するものである。
本実施例の制御回路の構成及び動作は、昇圧・弱め磁束指令生成部を除いて、図７に示す第２実施例の制御回路(50)と同一であるので、それらの説明は省略する。

昇圧回路の温度は、モータ電流が増大するにつれて増大する。又、上述の如く、モータ電流は、モータに発生するトルクの大きさが増大するにつれて増大する。従って、昇圧回路の温度はトルクの大きさが増大するにつれて増大し、昇圧回路の温度とトルクとの間には相関関係がある。そこで、上記昇圧・弱め磁束指令生成部には、昇圧回路の温度と調整係数の図１１に示す関係を表わすテーブルが格納されており、該テーブルを参照して、温度センサ(21)から得られる温度ｔから調整係数Ｋが導出される。図示の如く昇圧回路の温度ｔが上昇するにつれて調整係数Ｋは減小しており、モータに発生するトルクが大きい程、小さな調整係数Ｋが導出されることになる。

第１実施例のモータ制御装置の全体構成を表わすブロック図である。 第１実施例の制御回路のＰＷＭ制御部の構成を表わすブロック図である。 上記制御回路において作成される各種信号の波形図である。 モータ電流と昇圧比の上限値の関係を表わすグラフである。 上記制御装置におけるモータの回転数と昇圧回路の出力電圧の関係を表わすグラフである。 モータの回転数とモータ駆動時に生じる損失の関係を表わすグラフである。 第２実施例のモータ制御装置の全体構成を表わすブロック図である。 昇圧回路の温度と昇圧比の上限値の関係を表わすグラフである。 モータ電流と調整係数の関係を表わすグラフである。 第３実施例のモータ制御装置におけるモータの回転数と昇圧回路の出力電圧の関係を表わすグラフである。 昇圧回路の温度と調整係数の関係を表わすグラフである。 従来のモータ制御装置におけるモータの回転数と昇圧回路の出力電圧の関係を表わすグラフである。 モータの回転数とモータ駆動時に生じる損失の関係を表わすグラフである。

符号の説明

(１) 直流電源
(２) 昇圧回路
(３) インバータ
(４) ブラシレスモータ
(40) 位置センサ
(41) 電流センサ
(５) 制御回路
(51) 位置・速度検出部
(52) 電流検出部
(53) 速度制御部
(54) 昇圧・弱め磁束指令生成部
(55) 弱め磁束制御部
(56) ＰＷＭ制御部
(57) 昇圧制御部
(６) ドライブ回路

Claims (7)

1. 直流の入力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の出力電圧を交流に変換してブラシレスモータに供給するインバータと、昇圧回路の昇圧比及びインバータの動作を制御する制御回路とを具え、該制御回路は、昇圧回路の昇圧比を１よりも大きな値に設定する昇圧制御動作を第２制御動作として実行し、更に前記昇圧制御動作及びブラシレスモータから発生する磁束を減少させるための動作をインバータに実行させる弱め磁束制御動作を第３制御動作として実行するブラシレスモータの制御装置において、
   該制御回路は、ブラシレスモータに発生するトルクの大きさに応じて、前記第３制御動作の弱め磁束制御動作を開始する時点を変化させ、前記第２制御動作から前記第３制御動作に制御動作が切り替わるタイミングを制御することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
2. 前記制御回路は、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値を導出し、昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧がその上限値を超えた時点で弱め磁束制御動作を開始する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御回路は、
   外部から供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作を実行する昇圧制御手段と、
   ブラシレスモータに対する印加電圧の大きさと、外部から供給されるモータ印加電圧制限値とを比較し、その比較結果に基づいて弱め磁束制御動作を開始する磁束制御手段と、
   昇圧指令値を前記昇圧制御手段に供給すると共に、モータ印加電圧制限値を前記磁束制御手段に供給する値供給手段
   とを具え、該値供給手段は、
   モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値と昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値との関係が規定されている第１関係規定手段と、
   第１関係規定手段に規定されている関係に従って、モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の上限値を導出する手段と、
   昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値が導出された上限値以下である場合には、該目標値を昇圧指令値として昇圧制御手段に供給する一方、該目標値が導出された上限値を上回る場合には、該上限値を昇圧指令値として昇圧制御手段に供給する手段と、
   昇圧指令値とモータ印加電圧制限値の関係が規定されている第２関係規定手段と、
   第２関係規定手段に規定されている関係に従って、昇圧制御手段に供給する昇圧指令値からモータ印加電圧制限値を導出して、磁束制御手段に供給する手段
   とを具えている請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御回路は、モータ電流の磁束方向成分の大きさを検出する電流検出手段を具え、前記磁束制御手段は、
   値供給手段から供給されるモータ印加電圧制限値からモータ電流の磁束方向成分の大きさの目標値を表わす目標電流値を導出する手段と、
   電流検出手段によって検出された電流値と導出された目標電流値とに基づき制御信号を作成してインバータに供給する手段
   とを具えている請求項３に記載の制御装置。
5. 前記制御回路は、昇圧制御と磁束制御の割合を変えることが可能であって、ブラシレスモータを流れるモータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から、昇圧制御と磁束制御の割合を決めることとなる係数を導出し、導出された係数に応じて昇圧制御動作及び弱め磁束制御動作を実行する請求項１に記載の制御装置。
6. 前記制御回路は、
   外部から供給される昇圧指令値に基づいて昇圧制御動作を実行する昇圧制御手段と、
   ブラシレスモータに対する印加電圧の大きさと、外部から供給されるモータ印加電圧制限値とを比較し、その比較結果に基づいて弱め磁束制御動作を開始すると共に、該モータ印加電圧制限値に基づいて弱め磁束制御動作を実行する磁束制御手段と、
   昇圧指令値を前記昇圧制御手段に供給すると共に、モータ印加電圧制限値を前記磁束制御手段に供給する値供給手段
   とを具え、該値供給手段は、
   モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値と前記係数との関係が規定されている第１関係規定手段と、
   第１関係規定手段に規定されている関係に従って、モータ電流の大きさ或いは該モータ電流の大きさに応じた値から前記係数を導出する手段と、
   昇圧比或いは昇圧回路の出力電圧の目標値に対し導出された係数を用いた演算処理を施して昇圧指令値を算出する手段と、
   算出された昇圧指令値を昇圧制御手段に供給する手段と、
   昇圧指令値とモータ印加電圧制限値の関係が規定されている第２関係規定手段と、
   第２関係規定手段に規定されている関係に従って、前記算出された昇圧指令値からモータ印加電圧制限値を導出して、磁束制御手段に供給する手段
   とを具えている請求項５に記載の制御装置。
7. 前記制御回路は、モータ電流の磁束方向成分の大きさを検出する電流検出手段を具え、前記磁束制御手段は、
   値供給手段から供給されるモータ印加電圧制限値からモータ電流の磁束方向成分の大きさの目標値を表わす目標電流値を導出する手段と、
   電流検出手段によって検出された電流値と導出された目標電流値とに基づき制御信号を作成してインバータに供給する手段
   とを具えている請求項６に記載の制御装置。
   
   

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