JP4689905B2 - ブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッドカー、燃料電池車などの電気を動力源とする電気自動車に搭載される空調装置のコンプレッサ等に使用されているブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、環境汚染を低減するためにガソリンエンジンを用いた自動車に代わる乗り物として電気自動車やハイブリッドカー及び燃料電池車などの電気を動力源とする電気自動車の開発が進められている。この種の電気自動車には、圧縮機(コンプレッサ)を駆動するためのブラシレスモータを使用した空調装置が一般的に使用され、このブラシレスモータにはインバータ装置から出力される3相交流によって駆動電力が供給されている。
【0003】
この種のブラシレスモータの駆動制御装置としては、例えば、特開2001−103785号公報や、特開2001−119984号公報、特開2001−78485号公報などに開示されている駆動制御装置が知られている。
【0004】
また、インバータ装置は、バッテリー等の直流電源から直流電流の供給を受け、複数の半導体スイッチング素子のオン・オフ状態を相切り換えに対応して切り換え制御することにより、3相交流と同様の出力を生成してモーターに供給する。このとき、オン状態に設定する半導体スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え時間を周知のPWM(Pulse Width Modulation)制御によって操作することにより、モータへの供給電力を変化させてモータの回転数を調節することができ、これにより温度調整を行うことができる。
【0005】
PWM制御を行うブラシレスモータの駆動制御装置の一例を図8に示す。この駆動制御装置では、トランジスタからなる6個のスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zからなる半導体スイッチング素子群92と、フィルタ回路94、制御部95、記憶部96、電圧検出部97とから構成されるインバータ装置からなり、フィルタ回路94を介してモータ93の回転位置を検出し、この検出結果に基づいてスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zをスイッチング駆動し、直流電源91から出力される直流を3相交流に変換してモータ93に供給している。
【0006】
また、図9のタイミングチャートに示すように、下相側のスイッチング素子92X,92Y,92Zのオン・オフ切り換えをPWM制御することによりモータ93への供給電力を変化させてモータ93の回転数を調節している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zをオン・オフ切り換えするときに、図8に示す浮遊インダクタンスL1,L2の影響により、オン・オフ切り換えの後にオフ状態であるスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zのエミッタ−コレクタ間に、過度現象による跳ね上がりの電圧(以下、過度電圧と称する)が発生する。この過度電圧の極大値は、モータ93に流れる電流が大きいとき、スイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zの切り換えスピードが速い場合に大きくなる。このため、過度電圧はスイッチング素子92U,92V,92W,92X,92Y,92Zを選定する際の耐圧に影響を与える。
【0008】
即ち、図10に示すように上相側のスイッチング素子92U,92V,92Wの相切り換え時にオフ状態のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に発生する第1の過度電圧V1と、下相側のスイッチング素子92X,92Y,92ZのPWM制御によるオン・オフ切り換え時にオフ状態のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に発生する第2の過度電圧V2とが存在する。また、周知のようにこれらの過度電圧V1,V2は定常時よりも高い電圧となる。
【0009】
また、PWM制御のデューティー比を変えると、図11に示すように、第1の過度電圧V1と第2の過度電圧V2の発生タイミングがずれて、これらの電圧波形が重なり、これらの過度電圧V1,V2が合成されてさらに大きな極大値を有する過度電圧V3を生ずることがある。このような過度電圧V3が生ずることにより、以下の(1)〜(4)の問題点があった。
【0010】
(1) 過度電圧がスイッチング素子の最大許容電圧Vmaxを越えるとスイッチング素子が破壊されることがある。
【0011】
(2) スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧Vmaxの高いスイッチング素子を選定するとコストの増大を招く。
【0012】
(3) 過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズが大きくなり、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことがある。
【0013】
(4) 過度電圧を抑えるために更に大掛かりな過度電圧吸収回路が必要になり、コストの増大と装置の大型化を招く。
【0014】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、スイッチング素子のオン・オフ切り換え時に生ずる過度電圧の悪影響を低コストで低減できるブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項1では、直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、所定周期(T)の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するとともに、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置を用いて前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をPWM制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御方法において、相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したPMW制御パルス信号を生成し、該PWM制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記一方の側のスイッチング素子へ出力するブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【0016】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらすので、前記スイッチング素子の入出力端子間には前記第1の過度電圧と第2の過度電圧のうちの最大電圧よりも高い電圧を生ずることがない。
【0017】
また、請求項2では、請求項1に記載のブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第2の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点が前記第1の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点から所定時間以上離れるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらすブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【0018】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第1の過度電圧の最大電圧を示す第1番目の極大値の発生時点と前記第2の過度電圧の最大電圧を示す第1番目の極大値の発生時点とが所定時間離れるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングがずらされて、前記第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低く維持される。
【0019】
また、請求項3では、請求項1に記載のブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第1の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点よりも所定時間前の所定時間幅の時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにPWM制御を行うブラシレスモータの駆動制御方法を提案する。
【0020】
該ブラシレスモータの駆動制御方法によれば、前記第1の過度電圧の最大電圧となる第1番目の極大値の発生時点よりも前の前記時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにPWM制御が行われ、前記第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低く維持される。
【0021】
また、請求項4では、直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置とを備え、該インバータ装置から前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をPWM制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御装置において、所定周期(T)の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したPMW制御パルス信号を生成し、該PWM制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する手段を設けたブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【0022】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、前記第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えが行われるので、前記スイッチング素子の入出力端子間には前記第1の過度電圧と第2の過度電圧のうちの最大電圧よりも高い電圧を生ずることがない。
【0023】
また、請求項5では、請求項4に記載のブラシレスモータの駆動制御装置において、前記駆動制御部は、所定周期(T)の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、前記モータの回転位置検出結果に基づいて相切り換えタイミングを判定して、相切り換え時には前記検出タイミングから一定時間(Tcst)経過したときに、前記相切り換えのために前記上相側及び下相側スイッチング素子のそれぞれにおいて通電対象相のスイッチング素子を選択する相切り換え手段と、前記上相側及び下相側のうちの他方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみをオン状態に設定するオン設定手段と、前記相切り換えのために前記他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときから該切り換えによってオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときからオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記一方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみに対して、前記検出タイミングから時間{Tcst−(T2−T3)−T4}を経過した時点から所定時間(T5)の時間帯をオン・オフ状態の非切り換え期間として、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記スイッチング素子へPWM制御パルス信号を出力するPWM制御手段とを備え、前記時間帯(T5)の時間幅は、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるように設定されているブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【0024】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、前記相切り換えのために前記他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における最大電圧となる第1番目の極大値と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における最大電圧となる第1番目の極大値とが一致するタイミングを含む時間帯(T5)の間は、前記PWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えが行われないので、前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧は、常に前記スイッチング素子の最大許容電圧よりも低い値に維持される。
【0025】
また、請求項6では、請求項4に記載のブラシレスモータの駆動制御装置において、前記ブラシレスモータは3相の巻線を有する3相モータであるブラシレスモータの駆動制御装置を提案する。
【0026】
該ブラシレスモータの駆動制御装置によれば、3相のブラシレスモータの駆動制御が行われる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【0028】
図1は、本発明の一実施形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図である。図において、1は電動圧縮機、2はインバータ装置、3は直流電源である。
【0029】
電動圧縮機1は、圧縮機11と、3つの相巻線を有する3相ブラシレスモータ(以下、単にモータと称する)12から構成されている。
【0030】
インバータ装置2は、スイッチング素子群21と、平滑用のコンデンサ22、駆動制御部23、電圧検出部24とから構成され、スイッチング素子群21はNPNトランジスタからなる6個の半導体スイッチング素子(以下、スイッチング素子と称する)21U,21V,21W,21X,21Y,21Zによって構成され、このスイッチング素子群21によって直流電源3から出力される直流電力が3相交流電力に変換されてモータ12に供給される。
【0031】
上相側のスイッチング素子21U,21V,21Wは、コレクタが直流電源3の正極に接続され、それぞれのエミッタがモータ12の3つの相端子(U相、V相、W相)に1対1に対応して接続されている。さらに、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのベースは後述する第1制御部233に接続され、第1制御部233からベースに入力される駆動信号によってスイッチング素子21U,21V,21Wのそれぞれがオン・オフ切り換え駆動される。
【0032】
下相側のスイッチング素子21X,21Y,21Zは、それぞれのコレクタがモータ12の3つの相端子(U相、V相、W相)に1対1に対応して接続され、エミッタが直流電源3の負極に接続されている。さらに、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのベースは後述する第2制御部234に接続され、第2制御部234からベースに入力される駆動信号によってスイッチング素子21X,21Y,21Zのそれぞれがオン・オフ切り換え駆動される。
【0033】
尚、6個のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zにおいて、前記入出力端子間とはコレクタ−エミッタ間を意味し、コレクタとエミッタが入出力端子となる。また、これらのスイッチング素子としてFETを用いることも可能であり、この場合ドレインとソースが入出力端子となる。
【0034】
駆動制御部23は、演算部231と、記憶部232、第1制御部233、第2制御部234、モータ位置検出部235とを含んでいる。尚、駆動制御部23は周知のCPUを含むと共にソフトウエアとハードウエアとが混在した集積回路であるため、前述した演算部231、記憶部232、第1制御部233、第2制御部234、モータ位置検出部235のそれぞれは機能的に表現したブロックである。ここで、演算部231は前記相切り換え手段とPWM制御手段の一部に対応し、第1制御部233は前記オン設定手段に対応し、第2制御部234は前記PWM制御手段の一部に対応し、モータ位置検出部235は前記モータ位置検出手段に対応している。
【0035】
演算部231は、図示せぬ主装置から入力する回転数設定信号31と電圧検出部24から入力する検出結果、及びモータ位置検出部235の検出結果に基づいて、第1制御部233と第2制御部234に相切り換え指示信号32を出力すると共に第2制御部234に対してPWMデューティ指示信号33を出力する。本実施形態では、演算部231は、周期Tのクロック信号に同期してモータ位置検出部235から入力する位置信号34を入力して演算処理を行い、位置信号34を入力してから時間Tcst経過したときに前記相切り換え指示信号32とPWMデューティ指示信号33を出力する。
【0036】
記憶部232は、駆動制御部23を動作させるプログラムを記憶すると共に演算処理等に必要なRAMを備えている。
【0037】
第1制御部233は、演算部231から入力する相切り換え指示信号32に基づいて上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのそれぞれをオン・オフ切り換え駆動する駆動信号を出力する。本実施形態では、3相モータ12の駆動制御を行うため、相切り換えに対応して順番にスイッチング素子21U,21V,21Wのうちの1つがオン状態に設定される。相切り換えは、上下相を合わせれば電気角で60度毎に行われる。上相だけに限れば電気角で120度となる。
【0038】
第2制御部234は、演算部231から入力する相切り換え指示信号32とPWMデューティ指示信号33に基づいて下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのそれぞれをオン・オフ切り換え駆動する駆動信号を出力する。本実施形態では、3相モータ12の駆動制御を行うため、相切り換えに対応して順番にスイッチング素子21X,21Y,21Zのうちの1つがオン状態に設定されると共に、オン状態に設定されたスイッチング素子に対してPWMデューティ指示信号33に対応するデューティー比のパルス信号を周期Tのクロック信号に同期して出力する。上記と同様に、相切り換えは、上下相を合わせれば電気角で60度毎に行われ、上相だけに限れば電気角で120度となる。
【0039】
モータ位置検出部235は、前記周期Tのクロック信号に同期して、モータ12への3相入力端子から逆起電圧を検出し、モータ12の回転位置を表す位置信号34を演算部231に対して出力する。
【0040】
電圧検出部24は、モータ12の相電流値を電圧値として検出し、この検出結果を演算部231に対して出力する。
【0041】
図2は、PWM制御方式による駆動制御信号のタイミングチャートである。駆動制御部23によって行われるPWM制御によってモータ12の回転速度が変化される。
【0042】
図2に示す駆動制御パターンは下層側のスイッチング素子21X,21Y,21ZをPWMチョッピングする場合の一例である。これらのスイッチング素子21X,21Y,21Zをオン・オフ切り換えするときに、従来例と同様の浮遊インダクタンスL1,L2の影響によりスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのエミッタ−コレクタ間に、過度現象による跳ね上がりの電圧(過度電圧)が発生する。この過度電圧はモータ12に流れる電流が大きいとき、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの切り換えスピードが速い場合に大きくなる。このため、過度電圧はスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを選定する際の耐圧に影響を与える。
【0043】
また、過度電圧が大きくなるとインバータ装置2から発生するノイズが大きくなる。通常は、直流電源3の両極間に接続されたコンデンサ22等の過度電圧吸収回路を付加することで、この過度電圧をある程度抑えることができる。
【0044】
また、上記のインバータ装置2では、モータ駆動用のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを流れる電流が最大定格電流を越えると、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの多量の発熱や破壊等が生じてしまう。このため、安全性を考慮して、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを流れる電流、即ちモータ12の相電流が、半導体スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大定格電流を越えた状態でモータ12を駆動しないように、モータ12の相電流値が予め設定した閾値以上になるとモータ12の駆動を停止させている。
【0045】
一方、従来例で説明した第1過度電圧V1と第2過度電圧V2が重なって、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Vmaxを超える電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生しないようにするために、本実施形態では以下に説明する制御を行っている。
【0046】
即ち、本実施形態では、駆動制御部23は周期Tのクロック信号に同期して位置信号34を入力すると共にPWMパルス信号を出力している。図3に示すように上記クロック信号に同期して下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン(ON)状態からオフ(OFF)状態になり、周期Tの途中から周期Tの終わりまでの間の時間T1の間にスイッチング素子21X,21Y,21Zはオン状態になる。PWMデューティ比が増加されると、スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態になる時間T1が増加される。図3において(a)はPWMデューティ比が小さいときの状態を表し、(b)はPWMデューティ比が大きいときの状態を表している。
【0047】
また、本実施形態では、図4に示すように、PWM制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zをオン状態からオフ状態に切り換えたときから時間Tcst経過したときに、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行っている。この時間Tcstは演算処理に要する時間である。
【0048】
さらに、図4に示す時間T2,T3を予め実測して、これらに基づいて駆動制御部23の制御プログラムが作成されている。ここで、時間T2はPWM制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換えられたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第2過度電圧V2における第1番目の極大値Pbが生ずるまでの時間である。また、時間T3は上相側スイッチング素子21U,21V,21Wが相切り換えされたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第1過度電圧V1における第1番目の極大値Paが生ずるまでの時間である。
【0049】
これらの時間T2,T3を実測することによって、図5に示すように、第1過度電圧V1の第1極大値Paと第2過度電圧V2の第1極大値Pbが重なりあって更に高い電圧となる極大値Pcが発生するときのタイミングが明確になる。即ち、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングよりも時間T6(=T2−T3)前に下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ切り換えを行ったときに極大値Pcが発生することがわかる。このタイミングはPWM周期Tの始まりA0から時間(Tcst−T6)経過したときである。
【0050】
従って、本実施形態では、PWM周期Tの始まりA0から時間(Tcst−T6)経過した時点(一致点A3)を中心として前後T4の時間帯(時間幅T5(=2×T4))すなわちPWM周期Tの始まりA0から時間(Tcst−T6−T4)が経過した時点を開始点A1とすると共にPWM周期Tの始まりA0から時間(Tcst−T6+T4)が経過した時点を終了点A2とする時間帯をPWM制御における非切り換え期間Tncに設定し、この非切り換え期間Tnc内には下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ状態の切り換えを行わないようにPWM制御を行っている。
【0051】
前述したように本実施形態では、PWM周期の始まり即ちPWM制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zをオン状態からオフ状態に切り換えるタイミングと、演算部231が位置信号34を入力するタイミングとが同じなので、上記非切り換え期間Tncを考慮してPWMデューティ比を設定するだけで、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Vmaxを超える電圧の発生を防止することができる。
【0052】
尚、非切り換え期間Tncの時間幅T5は、図4に示す第1過度電圧V1の電圧波形Wphと第2過度電圧V2の電圧波形Wchをずらす或いは極大値の発生位置(発生時点)をずらすことによって、これらの電圧波形が合成されたときの極大値が、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Vmaxよりも低くなるように設定すればよいのであり、必ずしも前記一致点A3の前後の時間を同じに設定しなくてもよい。
【0053】
次に、前述したモータ12の駆動制御処理の要部詳細を図6及び図7に示すフローチャートを参照して説明する。
【0054】
駆動制御部23は、モータ12の駆動制御処理を開始すると前記クロック信号に同期して回転数設定信号31を入力して主装置からの指示回転数N1を取得する(S1)と共に、位置信号34を入力して(S2)、この位置信号34からモータ12の実際の回転数N2を算出する(S3)。
【0055】
この後、駆動制御部23は、指示回転数N1と実際の回転数N2が等しいか否かを判定する(S4)。本実施形態ではある程度の幅を持たせて判定を行っている。
【0056】
この判定の結果、指示回転数N1と実際の回転数N2が等しいときはPWMデューティT1の変更は必要ないので後述するS11の処理に移行し、等しくないときは新たに設定する目標PWMデューティを算出する(S5)。
【0057】
次いで、駆動制御部23は、上記算出した目標PWMデューティが非切り換え期間Tnc内にあるか否かを判定する(S6)。即ち、目標PWMデューティT1において下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが図5に示した非切り換え期間Tnc内にあるか否かを判定する。
【0058】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが非切り換え期間Tnc内に無いときは上記算出した目標PWMデューティT1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのPWM制御駆動を行う(S7)。この後、後述するS11の処理に移行する。
【0059】
また、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが非切り換え期間Tnc内にあるときは、目標PWMデューティが非切り換え期間Tnc内の中央値よりも上にあるか否かを判定する(S8)。即ち、図5に示すように、目標PWMデューティT1において下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Tnc内の中央(上記の一致点A3)よりもA1側にあるか否かを判定する。
【0060】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Tnc内の中央(上記の一致点A3)よりもA1側にあるときは、PWMデューティT1を第1閾値に設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのPWM制御駆動を行う(S9)。即ち、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、図5に示す非切り換え期間Tncの開始点A1に一致するようにPWMデューティT1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのPWM制御駆動を行う。
【0061】
また、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、非切り換え期間Tnc内の中央(上記の一致点A3)よりもA1側に無いときは、PWMデューティT1を第2閾値に設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのPWM制御駆動を行う(S10)。即ち、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングが、図5に示す非切り換え期間Tncの終了点A2に一致するようにPWMデューティT1を設定して、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZのPWM制御駆動を行う。
【0062】
次に、駆動制御部23は、上記S2の処理で取得した位置信号34に基づいて、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングであるか否かを判定する(S11)。
【0063】
この判定の結果、上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行うタイミングであるときは上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えを行う(S12)。
【0064】
次いで、駆動制御部23は、上記位置信号34に基づいて、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行うタイミングであるか否かを判定する(S13)。
【0065】
この判定の結果、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行うタイミングであるときは下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zの相切り換えを行う(S14)。
【0066】
この後、駆動制御部23は、前記S1の処理に移行して、前述したS1〜S14の各処理を繰り返し行う。
【0067】
前述したように、本実施形態によれば、相切り換えのために上相側スイッチング素子21U,21V,21Wのオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第1過度電圧V1における最大電圧となる第1番目の極大値Paと、PWM制御によって下相側のスイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第2過度電圧V2における最大電圧となる第1番目の極大値Pbとが一致するタイミングを含む非切り換え期間Tnc(時間T5)の間は、PWM制御による下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zのオン・オフ切り換えが行われないので、オフ状態のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zのコレクタ−エミッタ間に発生する第1過度電圧V1と第2過度電圧V2との合成電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Vmaxよりも常に低い値に維持される。
【0068】
従って、過度電圧がスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの最大許容電圧Vmaxを越えないので、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zが破壊されることが無い。また、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zの破壊を回避するために最大許容電圧Vmaxの高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置2から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置2の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無い。
【0069】
尚、上記実施形態では、120度通電でブラシレスモータ12の回転数をPWM制御する場合を例として説明したが、120度通電で上下相に分けて60度毎に上相側と下相側のスイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zを交互にPWM制御する場合においても本発明を適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0070】
また、本実施形態では、下相側スイッチング素子21X,21Y,21ZをPWM制御駆動したが、下相側に代えて上相側スイッチング素子21U,21V,21WをPWM制御駆動しても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【0071】
また、本実施形態では、PWM制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態からオフ状態に切り換わるタイミングが上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えタイミングに一致することがない構成であるため、下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングに関してのみ非切り換え期間Tncを設定したPWM制御を行ったが、PWM制御によって下相側スイッチング素子21X,21Y,21Zがオン状態からオフ状態に切り換わるタイミングが上相側スイッチング素子21U,21V,21Wの相切り換えタイミングに一致する構成とした場合には、これに対して上記と同様の処理を行うことにより同じ効果を得ることができる。
【0072】
また、本実施形態では3相ブラシレスモータ12の駆動制御を行う例に関して説明したが、本発明は4相以上のモータに関しても適応可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0073】
また、本実施形態では、スイッチング素子21U,21V,21W,21X,21Y,21Zとしてトランジスタを用いたが、トランジスタ以外のスイッチング素子を用いた場合も本発明を適用可能であり、上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項1乃至請求項3に記載のブラシレスモータの駆動制御方法によれば、第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも低くなるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行っているので、スイッチング素子が破壊されることが無い。また、スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧の高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無いという非常に優れた効果を奏するものである。
【0075】
また、請求項4乃至請求項6に記載のブラシレスモータの駆動制御装置によれば、オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧と第2の過度電圧との合成電圧がスイッチング素子の最大許容電圧よりも常に低い値に維持されるので、スイッチング素子が破壊されることが無い。また、スイッチング素子の破壊を回避するために最大許容電圧の高いスイッチング素子を選定する必要がないので、コストの増大を招くことがない。また、過度電圧によってインバータ装置から発生するノイズを抑制することができるので、インバータ装置の制御回路を誤動作させたり、他の電子制御装置に悪影響を及ぼすことが無い。さらに、過度電圧を抑えるために大掛かりな過度電圧吸収回路を設ける必要が無いので、コストの増大と装置の大型化を招くことが無いという非常に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図
【図2】本発明の一実施形態における駆動制御パターンを示すタイミングチャート
【図3】本発明の一実施形態におけるPWM制御パターンを示すのタイミングチャート
【図4】本発明の一実施形態における過度電圧を説明するタイミングチャート
【図5】本発明の一実施形態におけるPWM制御の要部を説明するタイミングチャート
【図6】本発明の一実施形態におけるモータ駆動制御を説明するフローチャート
【図7】本発明の一実施形態におけるモータ駆動制御を説明するフローチャート
【図8】従来例のブラシレスモータの駆動制御装置の電気系回路を示す構成図
【図9】従来例における駆動制御パターンを示すタイミングチャート
【図10】従来例において発生する過度電圧を説明するタイミングチャート
【図11】従来例において発生する過度電圧を説明するタイミングチャート
【符号の説明】
1…電動圧縮機、2…インバータ装置、3…直流電源、11…圧縮機、12…ブラシレスモータ、21…スイッチング素子群、21U,21V,21W,21X,21Y,21Z…スイッチング素子、22…コンデンサ、23…駆動制御部、231…演算部、232…記憶部、233…第1制御部、234…第2制御部、235…モータ位置検出部、24…電圧検出部。
Claims (6)
- 直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、所定周期(T)の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するとともに、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置を用いて前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をPWM制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御方法において、
相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したPMW制御パルス信号を生成し、該PWM制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御方法。 - 前記第2の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点が前記第1の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点から所定時間以上離れるようにPWM制御によるスイッチング素子のオン・オフ切り換えタイミングをずらす
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。 - 前記第1の過度電圧の第1番目の極大値の発生時点よりも所定時間前の所定時間幅の時間帯内には前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ切り換えを行わないようにPWM制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。 - 直流電源の一方の極とブラシレスモータの複数相の巻線の各相端子との間に接続された複数の上相側スイッチング素子と、前記直流電源の他方の極と前記ブラシレスモータの各相端子との間に接続された複数の下相側スイッチング素子と、前記上相側及び下相側スイッチング素子のオン・オフ状態の切り換え制御を行う駆動制御部とを有するインバータ装置とを備え、該インバータ装置から前記ブラシレスモータに電力を供給し、前記上相側及び下相側スイッチング素子の少なくとも一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態をPWM制御により切り換えて前記ブラシレスモータの回転数制御を行いながら前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動制御装置において、
所定周期(T)の検出タイミングで前記ブラシレスモータの回転位置を検出するモータ位置検出手段と、
相切り換えのために前記検出タイミング後に前記上相側及び下相側スイッチング素子のうちの他方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときにオフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記PWM制御によって前記一方の側のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り換えたときに前記オフ状態のスイッチング素子の入出力端子間に発生する第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるタイミングをスイッチング素子のオン・オフ状態の切り換えタイミングとして設定したPMW制御パルス信号を生成し、該PWM制御パルス信号を、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記一方の側のスイッチング素子へ出力する手段を設けた
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。 - 前記駆動制御部は、
前記モータ位置検出手段によるモータの回転位置検出結果に基づいて、相切り換えタイミングを判定して、相切り換え時には前記検出タイミングから一定時間(Tcst)経過したときに、前記相切り換えのために前記上相側及び下相側スイッチング素子のそれぞれにおいて通電対象相のスイッチング素子を選択する相切り換え手段と、
前記上相側及び下相側のうちの他方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみをオン状態に設定するオン設定手段と、
前記第1の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T3)と、前記第2の過度電圧における第1番目の極大値が発生するまでの時間(T2)とに基づいて、前記一方の側の複数のスイッチング素子のなかの前記相切り換え手段によって選択された通電対象相となるスイッチング素子のみに対して、前記検出タイミングから時間{Tcst−(T2−T3)−T4}を経過した時点から所定時間(T5)の時間帯をオン・オフ状態の非切り換え期間として、前記検出タイミングに同期して前記検出タイミングの周期(T)で前記スイッチング素子へPWM制御パルス信号を出力するPWM制御手段とを備え、
前記時間帯(T5)の時間幅は、前記第1の過度電圧と前記第2の過度電圧との合成電圧が前記スイッチング素子の入出力端子間の最大許容電圧よりも低くなるように設定されている
ことを特徴とする請求項4に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。 - 前記ブラシレスモータは3相の巻線を有する3相モータである
ことを特徴とする請求項4に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
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