JP2002058281A - Ｄｃブラシレスモータの運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの脱調を即時に検知し、これによる問
題の発生を未然に防止することができる運転制御装置を
提供する。 【解決手段】 回転検出センサを有さないＤＣブラシレ
スモータＭに電力スイッチング回路１１により駆動電力
を供給する運転制御装置において、ＤＣブラシレスモー
タの運転状態が脱調状態で有ることを検知する脱調検知
手段１５を備えた。この脱調検知手段は、ＤＣブラスレ
スモータに接続した例えばポンプ等の送水量又は送水圧
の変化を検出する手段とすることができる。また、脱調
検知は、モータの回転速度の変化、又は力率の変化から
行うようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣブラシレスモ
ータの運転制御装置に係り、特にポンプ・ファン等の流
体機械を駆動するＤＣブラシレスモータの脱調の検知手
段を備えた運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣブラシレスモータは、起動トルクが
高く、又高効率であるためポンプ等の流体機械の駆動装
置として広く用いられている。ＤＣブラシレスモータに
おいては、ホール素子等のロータ回転位置を検出するセ
ンサ付きのものと、ホール素子等のセンサを用いること
なく固定子に配設された巻線に誘起される電圧等からロ
ータ回転位置を検出する、回転検出センサを用いない
（いわゆるセンサレス）のものとがある。このようなセ
ンサレスのＤＣブラシレスモータは、温度特性等に問題
がある半導体センサを使わないで済み、且つ配線も簡素
化できることから、ポンプやファン等の流体機械の駆動
用に広く普及している。

【０００３】ところが、回転検出センサを有さないＤＣ
ブラシレスモータを駆動している際に、急激な負荷変動
により、ＤＣブラシレスモータが脱調を起こす場合があ
る。このＤＣブラシレスモータの脱調は、負荷変動以外
にもセンシング回路の誤差及び演算誤差の原因で起こる
場合もある。ＤＣブラシレスモータが一旦脱調すると、
正常回転ができなくなるので、ＤＣブラシレスモータは
そのまま停止する。しかしながら、ＤＣブラシレスモー
タに駆動電力を供給するインバータ装置等の電力スイッ
チング回路からは出力が出放しになる。即ち、低い回転
速度に対応した出力が出放しになる。

【０００４】ＤＣブラシレスモータに駆動電力を供給す
る電力スイッチング回路側では、ＤＣブラシレスモータ
が脱調状態となっても、特に過大電流が流れるわけでな
く、電力スイッチング回路をトリップさせる原因には至
らず、運転がそのまま継続される。そして、ＤＣブラシ
レスモータに接続したポンプ等の流体機械が処理するプ
ロセス量の処理状況、即ち送水水量や送水水圧を監視し
ている場合には、これらの異常から監視員等がＤＣブラ
シレスモータの異常を探り当てることができるかも知れ
ない。しかしながら、異常を検知した監視員等がＤＣブ
ラシレスモータの再起動等の手段を講ずる迄は、ＤＣブ
ラシレスモータの停止によるポンプ等の処理不能状態が
継続する。また、ＤＣブラシレスモータに接続されたポ
ンプ等の処理状況を監視していない場合には、モータに
接続したポンプ等がＤＣブラシレスモータの脱調により
停まってしまっても、これにより特に警報が出力されな
いので、この状態を長時間放置せざるを得なくなる。

【０００５】ＤＣブラシレスモータが脱調して停止し、
電力スイッチング回路から継続して駆動電力が供給され
ると、その駆動電力はＤＣブラシレスモータ内において
熱となり、そのような状況が長時間続くとＤＣブラシレ
スモータの損傷に至る場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、ＤＣブラシレスモータの脱調
を即時に検知し、これによる問題の発生を未然に防止す
ることができる運転制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転検出セン
サを有さないＤＣブラシレスモータに電力スイッチング
回路により駆動電力を供給する運転制御装置において、
前記ＤＣブラシレスモータの運転状態が脱調状態で有る
ことを検知する脱調検知手段を備えたことを特徴とする
ＤＣブラシレスモータの運転制御装置である。

【０００８】前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシレス
モータに接続した流体機械が処理するプロセス量の変化
を検知する手段であることを特徴とする。

【０００９】又、前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシ
レスモータの回転速度推定値の変化を検知する手段であ
ることを特徴とする。

【００１０】又、前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシ
レスモータの運転状態の力率を演算して、その変化を検
知する手段であることを特徴とする。

【００１１】総じて本発明によれば、ＤＣブラシレスモ
ータの脱調状態を即時に検知することができるので、警
報を発することにより直ちに監視員等にＤＣブラシレス
モータの停止を通報することができる。これにより、Ｄ
Ｃブラシレスモータに接続したポンプ等の負荷機械の停
止に伴う諸問題の発生、或いはＤＣブラシレスモータ自
体の停止に伴う焼損等の問題の発生を未然に防止するこ
とができる。それ故、ＤＣブラシレスモータの安全且つ
確実な運転を担保することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１乃至図４を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施形態のＤＣブ
ラシレスモータの運転制御装置を示す。ここで、ホール
素子等のロータの回転位置検出センサを有さないＤＣブ
ラシレスモータＭが用いられている。ＤＣブラシレスモ
ータＭは、起動トルクが高く、又高効率であるためポン
プやファン等の流体機械の駆動装置として広く用いられ
ていることは上述した通りである。この実施形態におい
ては、ＤＣブラシレスモータＭはポンプＰに接続され、
配管１３を介して水を圧送する。ポンプモータとして使
用されているＤＣブラシレスモータＭは、インバータ装
置等の電力スイッチング回路１１からパルス幅変調され
た駆動電力の供給を受け、これにより回転し、その軸出
力をポンプＰに伝達する。制御装置１２は、マイクロコ
ンピュータ等を用いて、ポンプモータの発停制御、速度
制御、各種警報の発令等の制御を行う制御装置である。

【００１４】このシステムにおいては、ポンプＰに接続
された配管１３を備え、その配管中の水量及び水圧等を
センサ１４により検出し、この信号を制御装置１２に伝
達している。そして、配管１３におけるポンプの吐出圧
力、又は水量をセンサ１４で検出して、吐出圧力一定運
転、或いは流量一定運転等の運転制御を行うことができ
る。また、図示はしないがポンプ及びモータには温度検
出センサを備え、過度に昇温するとポンプモータの運転
を停止し、その保護が図られる。同様に電力スイッチン
グ回路１１の出力部には電流センサを備え、過大電流が
流れると制御装置１２がこれを検知し、ＤＣブラシレス
モータＭへの電力スイッチング回路１１からの駆動電力
の供給を停止する。

【００１５】この装置おいては、ＤＣブラシレスモータ
の脱調検知手段としてポンプＰが処理するプロセス量の
状態変化検知手段１５を備えている。プロセス量の状態
変化検知手段とは、例えばこの場合にはポンプＰが圧送
する配管１３中の水圧及び水量等の変化を検知する手段
である。即ち、ＤＣブラシレスモータＭの脱調によりポ
ンプＰが停止すると、正常運転時の水圧及び水量が大幅
に低減する。従って、ＤＣブラシレスモータＭに接続さ
れたポンプＰが処理する水圧及び水量等のプロセス量の
変化を検知することで、ＤＣブラシレスモータＭの脱調
を検知することができる。

【００１６】ポンプＰが正常に動作している時に、急激
な負荷変動等により、ＤＣブラシレスモータＭが脱調し
て停止してしまう場合がある。このような場合には正常
動作時の水圧又は水量に対して、脱調時には急激に水圧
又は水量が低減するので、この変化を検出することで、
ＤＣブラシレスモータＭの脱調を検知することができ
る。脱調が検知装置１５により検知されたら、この情報
は制御装置１２に伝達され、警報を発令して監視所等に
情報を伝達する。これにより、監視員等は即時的に脱調
を知ることができ、現場に出向いて必要な処置を取るこ
とができる。

【００１７】次にこの脱調検知の具体的な動作例につい
て説明する。まず、ポンプＰの起動前にセンサ１４の水
圧及び水量等の出力信号を検知装置１５で受信し、これ
によりポンプＰの起動前のプロセス情報として記憶す
る。そして、制御装置１２がポンプの起動指令を出力
し、電力スイッチング回路１１がＤＣブラシレスモータ
Ｍに駆動電力を供給し、所定の速度まで上昇させる。こ
の間に、検知装置１５はセンサ１４の出力信号を繰り返
し検知して記憶すると共に順次比較判定する。そして、
ポンプの起動前の水圧又は水量と、ポンプＰの起動後に
おける水圧又は水量の変化を比較する。この結果、ＤＣ
ブラシレスモータＭに駆動電力を投入したにも関わら
ず、配管１３を流れる水量又は水圧に変化がない場合に
は、ポンプＰが仕事をしていなかったことになり、ＤＣ
ブラシレスモータＭが脱調したと判定する。

【００１８】図２は、本発明の第２の実施形態の脱調検
知手段を示し、ＤＣブラシレスモータの回転速度の異常
変化から脱調を検知する。回転検出センサを有さない
（いわゆるセンサレス）ＤＣブラシレスモータにおいて
は、回転速度推定手段１６を備え、常に固定子巻線の誘
起電圧等の位置情報からロータの回転速度の推定を行っ
ている。この回転速度推定手段１６によれば、正常回転
時には十分に正確な回転速度を推定できることが確認さ
れている。

【００１９】図３は、脱調時の回転速度推定値の変化の
状況を示す。図示するようにＤＣブラシレスモータは正
常に回転している状態から脱調状態に入る瞬間に、回転
速度推定値は一瞬大きく変化する。即ち、脱調前の正常
運転時にはＤＣブラシレスモータの軸負荷が存在するの
で、その電圧と電流はＤＣブラシレスモータの軸負荷の
要求に従って供給される。しかしながら、脱調の瞬時に
は電力スイッチング回路が同じ電圧を出力しても電流が
大幅に変化する。これにより回転速度推定値に異変が発
生したと考えられる。回転速度推定値の変化幅は、ＤＣ
ブラシレスモータの出力トルクと、ＤＣブラシレスモー
タの負荷慣性のモーメントから計算した回転速度が変化
できる範囲と比べて、かなり大きく解離した場合にＤＣ
ブラシレスモータが脱調運転したと判定する。即ち、図
３に示すように時刻ｔにおいて、正常運転時の回転速度
推定値に対して、脱調時の回転速度推定値が大幅に低減
するので、これによりＤＣブラシレスモータの脱調が検
出可能である。

【００２０】図４は、ＤＣブラシレスモータの力率の変
化から脱調を検知する手段に関する。ＤＣブラシレスモ
ータＭが正常に回転している状態では、力率はベクトル
制御法を用いた駆動方法等によれば常に最大となるよう
に制御されている。しかしながら、ＤＣブラシレスモー
タＭが一旦脱調すると、ＤＣブラシレスモータは停止
し、電力スイッチング回路１１から見た負荷側は単にＤ
Ｃブラシレスモータ固定子コイルと配線ケーブルの直列
インピーダンスのみとなる。このため、脱調状態に入る
ことで力率が極端に低下する。力率ＰＦは、電力スイッ
チング回路１１よりＤＣブラシレスモータＭに供給され
る等価的な電圧Ｖと電流Ｉ及びこれらの位相差θに基づ
いて力率演算手段１７により算定される。具体的には、
力率演算手段１７による演算は、制御装置のマイクロコ
ンピュータ等により遂行される。

【００２１】このように、電力スイッチング回路から供
給される電圧及び電流を演算することで、力率演算装置
１７により常時力率を監視することができる。例えば、
１．５ｋＷの４極ＤＣブラシレスモータの固定子巻線と
ケーブルの合成相抵抗が０．８Ωで、合成相インダクタ
ンスが１４ｍＨであると、このＤＣブラシレスモータの
脱調状態の力率は次式で表される。 ＰＦ＝cos(arctan(0.014×2πｆ/0.8)) 周波数が５０Ｈｚの場合に力率ＰＦは０．１８となり、
周波数が１００Ｈｚの場合には力率ＰＦは０．０９とな
る。従って、正常の運転状態においては無負荷運転時
（例えばポンプが締め切り運転状態にある場合）におい
ても力率ＰＦは０．４程度であるので、これにより脱調
状態を明確に識別できる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、い
わゆるセンサレスのＤＣブラシレスモータにおいて、そ
の脱調を容易に検知することができる。従って、脱調の
検知と共に警報を発令することで、ＤＣブラシレスモー
タが脱調した状態の放置に伴う種々の弊害を未然に防止
することができる。そして、係る脱調の検知手段を備え
ることで、ＤＣブラシレスモータの安全且つ確実な運転
を担保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の脱調検知手段の説明
図である。

【図２】本発明の第２の実施形態の脱調検知手段の説明
図である。

【図３】図２における脱調時の回転速度の変化例を示し
た図である。

【図４】本発明の第３の実施形態の脱調検知手段の説明
図である。

【符号の説明】

１１ 電力スイッチング回路 １２ 制御装置 １３ 配管 １４ センサ １５ プロセス量の状態変化検知手段 １６ 回転速度推定手段（装置） １７ 力率演算手段（装置）

フロントページの続き (72)発明者 戴 政 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内 Ｆターム(参考） 5H560 AA01 AA02 BB04 DA05 DA13 DB12 DC07 EB01 EB07 JJ07 JJ19 RR01 RR04 SS01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転検出センサを有さないＤＣブラシレ
   スモータに電力スイッチング回路により駆動電力を供給
   する運転制御装置において、前記ＤＣブラシレスモータ
   の運転状態が脱調状態で有ることを検知する脱調検知手
   段を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの運
   転制御装置。
2. 【請求項２】 前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシレ
   スモータに接続した流体機械が処理するプロセス量の状
   態の変化を検知する手段であることを特徴とする請求項
   １に記載のＤＣブラシレスモータの運転制御装置。
3. 【請求項３】 前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシレ
   スモータの回転速度推定値の変化を検知する手段である
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣブラシレスモー
   タの運転制御装置。
4. 【請求項４】 前記脱調検知手段は、前記ＤＣブラシレ
   スモータの運転状態の力率を演算して、その変化を検知
   する手段であることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ
   ブラシレスモータの運転制御装置。