JP5218818B2 - Dcブラシレスモータの並列駆動回路 - Google Patents
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Description
図9は上記従来技術の全体構成を示しており、並列接続された2台のDCブラシレスモータMA,MBを1台の電力変換器によって駆動する場合のものである。
なお、直流電流設定回路80の動作時には、直流電流設定回路80からの指令により速度設定回路50の出力がゼロに保持されるようになっている。
この従来技術は上記の点に着目し、始動時の一定時間はモータMA,MBのステータコイルCU,CV,CWに直流電流を流してロータ位置を同期させ、その後、所定速度まで加速するようにしたものである。
図10において、時刻t1において運転指令40が入力されると、直流電流設定回路80はこの時刻t1から時刻t2までの一定時間、直流電流設定値を速度制御回路60に出力し、スイッチング信号発生回路70を介してモータMA,MBの各ステータコイルCU,CV,CWに直流電流を流す。これにより、前述した如く各ロータ12の永久磁石が各ステータコイルCU,CV,CWに引き寄せられ、各モータMA,MBのステータ11とロータ12との位置関係が等しくなって同期した状態となる。この間、速度設定回路50の出力はゼロに保持されている。
これにより、両モータMA,MBを同期させた状態で加速することができるので、騒音の発生を未然に防止することができるものである。
しかしながら、モータを駆動していなくても、外部からの風力や水圧等によってモータがフリーランしていることがある。このような場合、上記従来技術では複数台のモータのロータ位置を揃えることが困難である。また、モータがフリーランしている状態でステータコイルに直流電流を流すと、ステータコイルに発生している逆起電力の位相と合わずに大きな電流が流れ、モータから大きな騒音が発生するという問題があった。
しかし、図11(b)に示すように、時刻t1より前にフリーランしているモータの速度が高い場合には、時刻t1〜t2の間にステータコイルに流した直流電流によってモータ内には固定磁界が形成されるが、ロータの回転速度が高く、しかもロータ自身及びその負荷による慣性があるため、ロータは固定磁界に引き付けられる位置を過ぎて固定磁界に対し反発する位置まで回ってしまい、いつまでも停止することなく速度の上下が繰り返されることになる。
このような場合にはモータを速やかに始動することができず、ステータコイルに大きな電流が流れたり、発生する騒音も大きくなる等の問題があった。
各ロータ位置検出信号の誤差検出手段と、各ロータの回転速度検出手段と、各ロータの回転方向検出手段と、前記誤差検出手段、回転速度検出手段及び回転方向検出手段の出力信号が入力される判別手段と、この判別手段の出力信号により前記各モータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記判別手段の出力信号により必要に応じて前記電力変換器から前記各モータのステータコイルに直流電流を流す直流電流通流手段と、を備え、
前記電力変換器により前記モータを始動する前に、前記誤差検出手段、回転速度検出手段及び回転方向検出手段の出力信号に基づいて、前記判別手段が、フリーラン状態にある全てのモータの回転速度が規定速度より高い場合には全てのモータが同期したことを判別し、フリーラン状態にある少なくとも1台のモータの回転速度が規定速度より低い場合には全てのモータのステータコイルに前記直流通流手段により直流電流を通流させて全てのモータが同期したことを判別し、
これらの同期判別の後に、前記速度制御手段及びスイッチング信号発生手段を介して前記電力変換器により全てのモータを始動するものである。
また、本発明の並列駆動回路は、複数台のモータ以外には、単一の電力変換器とそのコントローラのみによって構成することができるため、比較的簡単な構成で安価に提供することが可能である。
まず、本発明の原理は次の通りである。
図9に示したように、2台のDCブラシレスモータMA,MBのステータコイルCU,CV,CWの各端子を互いに接続した場合、これらのモータMA,MBが例えば風力によってフリーランしている状況としては、以下のものが考えられる。
2台のモータMA,MBが強風によって回転している。この場合、2台ともモータ内部のロータ(永久磁石)の回転により発電しており、その発生電力による電流が2台のモータ間で環流し、2台のモータは同期して回転している。
1台のモータが強風によって回転し、他の1台のモータには余り風が当たらないでいる。この場合、強風により回転しているモータは発電するが、余り風が当たらない方のモータは発電量が少ない。従って、強風により回転しているモータの発電電力が他方のモータによって消費されることになる。
余り風が当たらない方のモータは、ステータコイルに電流を流せば簡単に回るため、結局、2台のモータは、同期して回転可能である。
2台のモータMA,MBとも余り風が当たらず、非常に遅く回っていたり、止まったりしている。この場合は、2台のモータMA,MBの発電量が小さいので、両モータ間を流れる電流も少なく、同期していない。従って、前述した図11(a)や図10の場合と同様に考えることができ、ステータコイルに直流電流を流してやるとモータMA,MBは簡単に同期する。
本発明は、この点に着目し、複数台のモータがフリーランしている場合の各ロータ位置検出信号から、ロータ位置の誤差や回転速度、回転方向を検出し、速度が十分に速い時には、同期状態を確認してから始動するようにし、回転速度が低く、ロータ位置も揃っていない場合にはステータコイルに直流電流を流し、その後、同期が確認されたら通常の方法によりモータを始動するものである。
図1において、各モータMA,MBに対応するロータ位置検出回路21,22から出力されたロータ位置検出信号(ホール素子HU,HV,HWの出力信号と実質的に等しい)は、信号選択回路30に入力されているほか、位置信号誤差検出回路101、速度検出回路102、回転方向検出回路103にも入力されている。
なお、図2は、信号選択回路30が、各モータMA,MBのロータ位置検出信号に応じて選択した(切り替えた)ロータ位置検出信号を、U相,V相,W相に対する制御信号として出力する動作を示すタイミングチャートである。
図3は、上記特開2004−173361号公報に記載された技術により、各モータMA,MBのロータ位置検出信号の論理和(図におけるOR回路出力)を制御信号に用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。
これらの検出回路101,102,103の出力信号は判別回路104に入力されており、その出力信号は速度設定回路50、速度制御回路60、直流電流設定回路80に入力されている。なお、運転指令40は、速度設定回路50及び判別回路104に入力されている。
図4において、モータMA側,モータMB側のそれぞれについて、ロータ位置検出信号からロータの位置及び速度を検出する(ステップS1,S9)。ここで、ロータ位置検出信号は図1の信号選択回路30に入力されて前述した制御信号の生成に用いられると共に、位置信号誤差検出回路101に入力されて両ロータの位置信号誤差の検出にも用いられる。同時に、ロータ位置検出信号は速度検出回路102によりモータMA,MBの回転速度の検出に用いられ、回転方向検出回路103により回転方向の検出にも用いられる。
ステップS2,S10の判断結果が何れも「YES」の場合は、前述した状況1のように、例えば2台のモータMA,MBが強風によって継続的に回転している状態と考えられるので、図4のステップS3に移行する。
この同期判断は、前述したステップS11により直流電流を流した場合も同様である(ステップS12)。
なお、ステップS3の判断結果が「NO」の場合は、ステップS1からの処理を繰り返し、ステップS12の判断結果が「NO」の場合は、ステップS11の処理を繰り返す。
モータMA,MBが何れも正転している場合には、速度制御回路60を介して所定の速度パターンに従い正転状態のまま加速する(ステップS8)。
また、モータMA,MBが何れも逆転している場合には、ロータ位置検出信号に基づいて逆転運転を行うように速度制御回路60を制御する(ステップS5)。また、その際、速度設定回路50により設定された減速パターンに従って減速していく(ステップS6)。
その後、前述した正転加速処理(ステップS8)を経て、定常運転に移行する(ステップS15)。
同期してからTc秒を経過した場合には、直流電流を流した後の位相(時刻)から正転加速するように速度制御回路60を制御し(ステップS14)、その後、定常運転に移行する(ステップS15)。
まず、図5は2台のモータMA,MBが共にフリーランしている場合である。この例では、運転指令40が時刻t1に発生する以前から、モータMA,MBが規定速度Va以上の同一速度で逆転している。また、ロータ位置検出信号の誤差も規定値以内である。
そして、時刻t3において速度がゼロになった後は、前述したステップS8による正転加速運転に切り替わる。
この例では、2台のモータMA,MBが例えば強風によって同期しながら回転しているので、ステータコイルCU,CV,CWへの直流電流の通流は不要である。
この場合、モータMAのみが規定速度Vaより低い速度で回転しており、時刻t1以前から位置誤差検出信号が周期的に出力されている。時刻t2から、速度制御回路60を介してステップS11によりモータMA,MBのステータコイルCU,CV,CWに直流電流が通流されると、フリーランしていたモータMAも停止し、ステータの磁束によってモータMAのロータが引き寄せられ、時刻t5においてモータMA,MBのロータ位置が一致することになる。この状態で判別回路104によりモータMA,MBの同期が判断され、ステップS13,S14により、時刻t5から時間Tcを経過した時刻t3以後、モータMA,MBの正転加速運転が開始されるものである。
この場合、時刻t2から直流電流を通流した以降の動作はほぼ図7と同様であり、時刻t3からモータMA,MBの正転加速運転が開始される。
このため、図4に示したフローチャートの中で、逆転減速運転(ステップS6)は方形波PWM制御、正転加速(ステップS8,S14)及び定常運転(ステップS15)は正弦波PWM制御とする方法が実用上好ましい。
勿論、利害得失を考慮して、インバータの制御の全領域について方形波PWM制御のみ、または正弦波PWM制御のみを行っても良い。
また、上述の実施形態では2台のDCブラシレスモータを並列駆動する場合について説明したが、3台以上のDCブラシレスモータを並列駆動する場合にも同様に適用可能であることは言うまでもない。
12:ロータ
21,22:ロータ位置検出回路
30:信号選択回路
40:運転指令
50:速度設定回路
60:速度制御回路
70:スイッチング信号発生回路
80:直流電流設定回路
101:位置信号誤差検出回路
102:速度検出回路
103:回転方向検出回路
104:判別回路
E:直流電源
T1〜T6:半導体スイッチング素子
U,V,W:交流出力端子
MA,MB:DCブラスレスモータ
CU,CV,CW:ステータコイル
HU,HV,HW:ホール素子
Claims (6)
- 互いに並列接続された複数台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子からなる単一の電力変換器により駆動する並列駆動回路であって、各モータのロータ位置をそれぞれ検出するロータ位置検出手段と、この検出手段から出力されるロータ位置検出信号から選択した信号を制御信号として出力する信号選択手段と、前記制御信号を用いて前記スイッチング素子に対するスイッチング信号を作成するスイッチング信号発生手段と、を有するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各ロータ位置検出信号の誤差検出手段と、各ロータの回転速度検出手段と、各ロータの回転方向検出手段と、前記誤差検出手段、回転速度検出手段及び回転方向検出手段の出力信号が入力される判別手段と、この判別手段の出力信号により前記各モータの回転速度を制御する速度制御手段と、前記判別手段の出力信号により必要に応じて前記電力変換器から前記各モータのステータコイルに直流電流を流す直流電流通流手段と、を備え、
前記電力変換器により前記モータを始動する前に、前記誤差検出手段、回転速度検出手段及び回転方向検出手段の出力信号に基づいて、前記判別手段が、フリーラン状態にある全てのモータの回転速度が規定速度より高い場合には全てのモータが同期したことを判別し、フリーラン状態にある少なくとも1台のモータの回転速度が規定速度より低い場合には全てのモータのステータコイルに前記直流通流手段により直流電流を通流させて全てのモータが同期したことを判別し、
これらの同期判別の後に、前記速度制御手段及びスイッチング信号発生手段を介して前記電力変換器により全てのモータを始動することを特徴としたDCブラシレスモータの並列駆動回路。
- 請求項1に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記信号選択手段は、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、各ロータ位置検出信号を各モータ間で切り替え、その切替後のロータ位置検出信号を制御信号としてスイッチング信号発生手段に出力することを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 請求項1に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記信号選択手段は、
各モータのロータ位置検出信号の論理和または論理積の信号を制御信号としてスイッチング信号発生手段に出力することを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 請求項1,2または3に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記電力変換器の制御の全領域について方形波PWM制御を行うことを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 請求項1,2または3に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記電力変換器の制御の全領域について正弦波PWM制御を行うことを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 請求項1,2または3に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各モータの逆転時における前記電力変換器の制御を方形波PWM制御とし、各モータの正転時における前記電力変換器の制御を正弦波PWM制御としたことを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。
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