JP2007267576A

JP2007267576A - ブラシレスｄｃモータ制御装置

Info

Publication number: JP2007267576A
Application number: JP2006093245A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kawada; 康利河田; Katsuhiko Matsuura; 勝彦松浦; Yasuzumi Tabata; 保積田畠
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】ブラシレＤＣスモータの磁極位置検出器の配置ずれが大きい場合でも短時間で補正し、最適位相で速度制御を行うことができるブラシレスＤＣモータ制御装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータの磁極位置信号から速度信号を生成する速度信号生成部１と、速度指令と速度信号から電流指令を生成する速度制御部２と、電流指令と電流信号から電圧指令を生成する電圧指令生成部３と、電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部４と、ＰＷＭ信号を増幅して前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ５と、インバータの直流母線電流を検出して前記電流信号を生成する電流検出部６とを備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、電流信号を所定の周期で積算し積算電流値を生成する電流信号積算部７と、積算電流値が最小になるように前記電流指令の位相を補正する位相補正部８とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの磁極位置検出器の位相ずれを補正するブラシレスＤＣモータ制御装置に関する。

従来のブラシレスＤＣモータの位相補正は、特許文献１に開示されているように、予め、磁極位置検出信号位相に対する、モータ回転速度とモータ負荷電流の関係から得られた出力電流位相の遅れ量を用い、運転中のモータ回転速度およびモータ負荷電流から相当する位相補正量を用いて位相補正を行っている。また、特許文献に開示されているように、ブラシレスモータ運転中のモータ負荷電流を同期検波により検出し、周期的に微小量の位相補正を行い、各位相補正量毎での同期検波された電流値比較により最適位相の補正を行っているものもある。
図３は特許文献１に開示された従来例のブロック図である。このブラシレスＤＣモータ装置は、交流電源７０１からの出力電圧を電圧形インバータ７０２に印加し、電圧形インバータ７０２からの出力電圧をブラシレスＤＣモータ７０３に印加している。そして、このモータ装置は、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータと言う）７０３の端子間電圧を入力としてモータ７０３の回転子の位置を検出する位置検出回路７０４と、電圧形インバータ７０２の入力電流を検出するカレントトランス７０５と、カレントトランス７０５から出力される電流検出信号を入力として上記入力電流の実効値を検出する実効値検出回路７０６と、位置検出回路７０４から出力される位置検出信号および実効値検出回路７０６から出力される実効値検出信号を入力としてスイッチング指令を生成し、上記電圧形インバータ７０２に供給する制御回路７０７とを有している。上記制御回路７０７は、位置検出回路７０４から出力される位置検出信号を入力としてモータ逆起電圧の位相を算出するとともに、位置検出信号の周期を算出し、この周期に応答してモータ７０３の回転速度を算出し、算出された周期、および回転速度に応答して、モータ逆起電圧の位相に対するインバータ出力電圧の位相を、該当する条件下における最大効率でモータを動作させることができる所定の位相になるように設定し、この位相を実現できるスイッチング指令を生成して電圧形インバータ７０２に供給するというものである。
図４は特許文献２に開示された従来例の構成図である。図４に示すように、ブラシレスモータ１０４に流れる電流（モータ電流）を検出するためのシャント抵抗１１０と、モータ電流を検出するとともに、この検出電流を検波（例えば同期検波）する電流検出回路１１１と、位置補正部１１２ａの補正量を判断部１１２ｂで周期的に微少量変調する一方、上記検波した電流により補正量を変える方向を判断し、この判断した方向に補正量を微少量変えて同補正量をモータ電流が最小となる最適な値に導いて収束させる制御回路１１２とを備えている。位置補正部１１２ａは位置補正の機能を有し、通電タイミング生成部１１２ｃは通電タイミング生成の機能を有している。原理的には、回転子の位置検出の補正量を周期的に微少量変調するとモータ電流が多少遅れて変化する。モータ電流は、補正量の微少量変調分だけなく、モータ特性、負荷状態およびモータ回路の情報も含んでいて、モータ電流の変化量を検波すれば、モータ特性および負荷状態等を含んだ変調量を復調することになる。制御回路１１２は、補正量を周期的に微少量変調する一方、モータ電流を同期検波し、フィルタ処理を行い、演算結果の大小関係により位置補正部１１２ａの補正量を変える方向を判断し、モータ電流が最小となるように補正量をその判断方向に微少量変える。制御回路１１２は、補正量が最適領域に収束するまでこの処理を繰り返すため、モータ特性、負荷状態およびモータ回路等による影響も吸収した最適な補正量が得られることになる。この補正量を用いることにより通電切り替えタイミングが最適なものとなり、モータ電流が最小となるというものである。
特許第３６４３５９７号公報特開２０００−２０９８８８号公報

特許文献１に開示されている従来の位相補正では、予め、磁極位置検出信号位相に対する、モータ回転速度とモータ負荷電流の関係から得られた出力電流位相の遅れ量を用い、運転中のモータ回転速度およびモータ負荷電流から相当する位相補正量を用いて位相補正を行っているため、磁極位置検出信号位相に対するモータの回転速度とモータ負荷電流条件による出力電流位相遅れ量の関係を予め得る必要があり、モータ回転速度とモータ負荷電流に対する出力電流位相の遅れ量が予め得られない場合には適用できないという問題がある。

また、磁極位置検出器付きブラシレスＤＣモータの場合で磁極位置検出器の配置ずれ等による磁極位置検出信号の位相ずれが大きい場合、前記磁極位置検出信号位相に対する出力電流位相の遅れ量を予め得ている場合でも基準となる磁極位置検出信号の位相ずれが原因となり最適位相での制御とならないといった問題がある。

また、特許文献２に開示されているように、モータ電流を同期検波により検出し、周期的に微小量の位相補正を行う場合、位相補正を周期的に微小量単位にて行うため、最適位相補正までに時間を要してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ブラシレＤＣスモータの磁極位置検出器の配置ずれが大きい場合でも短時間で補正し、最適位相で速度制御を行うことができるブラシレスＤＣモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ブラシレスＤＣモータの磁極位置信号から速度信号を生成する速度信号生成部と、速度指令と前記速度信号から電流指令を生成する速度制御部と、前記電流指令と電流信号から電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号を増幅して前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータと、前記インバータの直流母線電流を検出して前記電流信号を生成する電流検出部とを備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記電流信号を所定の周期で積算し積算電流値を生成する電流信号積算部と、前記積算電流値が最小になるように前記電流指令の位相を補正する位相補正部と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記位相補正部は、補正位相を前記積算電流値が減少する方向に微小量ずつ変化させ、減少から増加に転じる前の補正位相を最適位相とすることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記速度制御部と前記速度信号生成部と前記電圧指令生成部はマイクロコントローラのソフトウエアであることを特徴とするものである。

本発明によるとホールＩＣ等の磁極位置検出器付きブラシレスＤＣモータ（１４）の前記磁極位置検出器の検出する磁極位置検出信号（１５）に基づいて、出力電流位相を制御し、速度制御を行う前記ブラシレスＤＣモータ制御装置に適用することにより、前記ブラシレスＤＣモータ（１４）の磁極位置検出器の配置ずれ等による磁極位置検出信号（１５）の位相ずれを補正することができ、磁極位置検出信号（１５）の位相ずれによる出力電流位相ずれを最小限にとどめ、出力電流位相のずれが原因となる出力電流の不平衡等の発生を抑え、短時間に最適位相で速度制御ができるブラシレスＤＣモータ制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は速度信号生成部、２は速度制御部、３は電圧指令生成部、４はＰＷＭ信号生成部、５はインバータ、６は電流検出部、７は電流信号積算部、８は位相補正部、９はコンデンサ、１０は電流検出抵抗、１１は直流電源、１２はブラシレスＤＣモータ、１３は磁極位置検出器、２０はマイクロコントローラである。速度信号生成部１は磁極位置信号から速度信号を生成する。速度制御部２は速度指令と速度信号の偏差をＰＩＤ処理をしてトルク指令を生成し、さらにトルク指令から電流指令の振幅を演算する。速度制御部２は、さらに磁極信号を補間して正弦波信号を生成し、電流指令振幅とあわせて電流指令を生成する。電圧指令生成部３は、電流指令と電流信号から電圧指令を生成する。ＰＷＭ信号生成部４は電圧指令からＰＷＭ信号を生成する。インバータ５はＰＷＭ信号を電力増幅して、ブラシレスＤＣモータを駆動する。このなかで速度信号生成部１、速度制御部２、電圧指令生成部３、ＰＷＭ信号生成部４、電流信号積算部７、位相補正部８はマイクロコントローラ２０によって実現される。

図２は、本発明の位相補正を実施するためのフローチャートである。図２において、ステップＳ１では、位相補正が完了したかどうかを確認し、位相補正が完了している場合にはステップＳ１５に進み、完了していない場合はステップＳ２に進む。次にステップＳ２では、モータの回転速度が所定の回転速度に到達しているかどうかを確認する。到達していればステップＳ１５に進み、到達していなければステップＳ３に進む。次にステップＳ３は位相補正を開始するステップで、ステップＳ４で回転速度指令が変更されているかどうかを確認する。変更されていれば、ステップＳ１にもどり、変更されていない場合はステップＳ５に進む。次にステップＳ５で電流検出値を積算する。ステップＳ６は補正する方向を切替える必要あるかどうか判断するステップで、切替える必要がある場合はステップＳ７に進み、必要が無い場合はステップＳ８に進む。次にステップＳ７では負荷周期時間を経過しているかどうかを確認する。経過している場合はステップＳ９に進み、経過していない場合はステップＳ１５に進む。ステップＳ８では規定時間を経過しているかどうかを確認する。経過していればステップＳ９に進み、経過していなければステップＳ１５に進む。ステップＳ９では現在の電流積算値と前回の電流積算値を比較する。電流積算値が前回よりも大きい場合はステップＳ１１へ、小さい場合はステップＳ１２に進む。ステップＳ１１は位相補正方向を切替えるステップで、ステップＳ１３で前回切替え点であるかを確認する。前回切替え点であればステップＳ１４に進み、切替え点でなければステップＳ１５に進む。ステップＳ１４では位相補正完了フラグを立て位相補正処理完了となる。ステップＳ１２では位相補正量を加算し、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、位相補正量を磁極位置位相検出信号に加算する。

図中２１は位相補正処理完了確認ステップであり、前回までに位相補正処理が完了しているかを判断し、以降の位相補正量処理の有無を判定するステップである。２２は前記直流母線電流の積算値比較を精度良く行うように、直流母線電流の積算処理適用条件を前記ブラシレスＤＣモータが定常運転であることとし、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が指令回転速度に対し到達しているかを判定するステップであり、ブラシレスＤＣモータの回転速度の状況により位相補正の開始を判断している。２３は位相補正を開始後、位相補正処理が完了する前に運転停止等で指令回転速度が変更となった場合、前記位相補正処理適用条件２２とするため、再度位相補正の開始を行うよう回転速度指令を監視するステップであり、２４は前記直流母線電流検出部６にて検出した直流母線電流値を積算する、直流母線電流積算処理ステップであり、２５は位相補正に要する時間の短縮を図るため、位相補正開始から１回以上の位相補正方向切替え有無を確認し、位相補正方向切替え無しの場合、最適位相補正量の近傍でないと判断し、直流母線電流の積算周期を予め得た負荷周期よりも短い一定周期を選択、位相補正方向切替え有りの場合、最適位相補正量の近傍であると判断し、前記直流母線電流の積算周期を予め得た負荷周期に選択する、直流母線電流積算周期選択ステップであり、２６は、前記直流母線電流積算処理ステップ２４での直流母線電流積算値を前回位相補正量での直流母線電流積算値と大小比較し、今回の直流母線電流の積算値が小さい場合、位相補正量を微小量加算、今回の直流母線電流積算値が大きい場合、位相補正方向の切替える、位相補正方向判定ステップであり、２７は位相補正方向切替え判定ステップ２６にて位相方向切替えを判定された場合に、前回位相補正方向を切替えた位相であるかを確認し、同じであればその位相が最適位相であると判定する位相補正完了判定ステップである。
以降、前記ブラシレスＤＣモータの速度制御において、位相補正の目的が前記ブラシレスＤＣモータに搭載されている磁極位置検出器の配置ずれ補正であることから、前記ブラシレスＤＣモータとブラシレスＤＣモータ制御装置の組み合せが変更されたと判定されるまでは、位相補正完了判定ステップ２７にて決定された位相補正量を適用することができる。

本発明が特開２０００−２０９８８８と異なる部分は、比較する電流のサンプリング方法として、同期検波したモータ電流としているが、本発明では、負荷周期または、一定時間での直流母線電流の積算値であることと、位相補正に要する時間の短縮するために、最適位相近傍と判定される位相補正量までは、予め得た負荷周期よりも短い周期にて直流母線電流積算処理を実施し、最適位相近傍と判定された位相補正量以降、予め得た負荷周期で直流母線電流積算処理を行っている部分である。

磁極位置検出器付きブラシレスＤＣモータの磁極位置検出器の配置ずれ量を補正できるため、ホールＩＣ等の磁極位置検出器付きブラシレスＤＣモータの磁極位置検出器の取付け時の位置決め補助装置に適用することができる。

本発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の構成図本発明の位相補正を実施するためのフローチャート図従来例のブロック図従来例のブロック図

符号の説明

１速度信号生成部
２速度制御部
３電圧指令生成部
４ＰＷＭ信号生成部
５インバータ
６電流検出部
７電流信号積算部
８位相補正部
９コンデンサ
１０電流検出抵抗
１１直流電源
１２モータ
１３磁極検出器
２０マイクロコントローラ
２１位相補正処理完了確認ステップ
２２位相補正開始判定ステップ
２３回転速度指令監視ステップ
２４直流母線電流積算処理ステップ
２５直流母線電流積算周期選択ステップ
２６位相補正方向判定ステップ
２７位相補正完了判定ステップ

Claims

ブラシレスＤＣモータの磁極位置信号から速度信号を生成する速度信号生成部と、速度指令と前記速度信号から電流指令を生成する速度制御部と、前記電流指令と電流信号から電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号を増幅して前記ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータと、前記インバータの直流母線電流を検出して前記電流信号を生成する電流検出部とを備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、
前記電流信号を所定の周期で積算し積算電流値を生成する電流信号積算部と、
前記積算電流値が最小になるように前記電流指令の位相を補正する位相補正部と、
を備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御装置。
前記位相補正部は、補正位相を前記積算電流値が減少する方向に微小量ずつ変化させ、減少から増加に転じる前の補正位相を最適位相とすることを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
前記速度制御部と前記速度信号生成部と前記電圧指令生成部はマイクロコントローラのソフトウエアであることを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。