JP2009291071A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータのトルク脈動を確実に抑制することができ、これにより圧縮機の振動や騒音を確実に低減することが可能なモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１０に流れる電流からトルク電流成分Ｉｑを検出し、そのトルク電流成分Ｉｑに応じてブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対する補正量を決定し、その補正量に応じて駆動信号のパルス幅変調を調整する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、パルス幅変調した駆動信号により圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動制御装置に関する。

空気調和機に使用される圧縮機の駆動源として、ブラシレスＤＣモータがある。このブラシレスＤＣモータは、空調負荷に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）される駆動信号により、駆動される。すなわち、パルス状のオン，オフ信号が駆動信号としてスイッチング回路（インバータともいう）に供給され、そのオン，オフ信号のオン期間が長いほど（オン，オフデューティが大きい）、スイッチング回路の出力が増加してブラシレスＤＣモータの回転数が増大する。

このブラシレスＤＣモータには、空調負荷の変動などに伴い、トルクに脈動が生じる。このトルク脈動は、圧縮機の振動や騒音となって現われる。

そこで、ブラシレスＤＣモータの駆動周波数に応じて駆動信号のオン，オフデューティを制御することにより、トルク脈動を補正して圧縮機の振動や騒音を低減するようにしたものがある（例えば特許文献１）。
特開２００１−１１９９８１号公報

上記のように、ブラシレスＤＣモータの駆動周波数に応じて駆動信号のオン，オフデューティを制御するだけでは、トルク脈動を確実に抑制することが困難である。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、ブラシレスＤＣモータのトルク脈動を確実に抑制することができ、これにより圧縮機の振動や騒音を確実に低減することが可能なモータ駆動制御装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明のモータ駆動制御装置、パルス幅変調した駆動信号により圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動するものであって、ブラシレスＤＣモータに流れる電流を検知する検知手段と、この検知手段の検知結果からブラシレスＤＣモータのトルク脈動に対応するトルク電流成分を検出する検出手段と、この検出されたトルク電流成分に応じてブラシレスＤＣモータのトルクに対する補正量を決定する決定手段と、この決定された補正量に応じて上記駆動信号のパルス幅変調を調整する調整手段と、を備えている。

この発明によれば、ブラシレスＤＣモータに流れる電流からトルク電流成分を検出し、そのトルク電流成分に応じてブラシレスＤＣモータのトルクに対する補正量を決定し、その補正量に応じて駆動信号のパルス幅変調を調整することにより、ブラシレスＤＣモータのトルク脈動を確実に抑制することができ、これにより圧縮機の振動や騒音を確実に低減することが可能なモータ駆動制御装置を提供できる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１に、ダイオードブリッジ２および平滑用コンデンサ３からなる整流回路４が接続されている。この整流回路４の出力端に、スイッチング回路５が接続されている。

スイッチング回路５は、上流側スイッチング素子と下流側スイッチング素子との直列回路を三相分備えたもので、Ｕ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｕ+，Ｔｕ-が設けられ、Ｖ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｖ+，Ｔｖ-が設けられ、Ｗ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｗ+，Ｔｗ-が設けられている。なお、逆起電力防止用のダンパダイオードＤが、上記各トランジスタに並列に接続されている。

このスイッチング回路１２のトランジスタＴｕ+，Ｔｕ-の相互接続点、トランジスタＴｖ+，Ｔｖ-の相互接続点、およびトランジスタＴｗ+，Ｔｗ-の相互接続点に、ブラシレスＤＣモータ１０におけるステータ１１の各相巻線が接続されている。ブラシレスＤＣモータ１０は、各相巻線が装着されたステータおよび永久磁石が装着されたロータ１２からなる永久磁石型同期モータである。このロータ１２が、圧縮機２０の駆動軸に連結されている。なお、ブラシレスＤＣモータ１０は、圧縮機２０の密閉ケースに収容されている。圧縮機２０は、２つのシリンダ２１，２２を有している。このシリンダ２１，２２のうち、一方のシリンダ２２については、冷媒の吐出側と吸込側との間に接続されたバイパス管路が接続されている。このバイパス管路の開閉用として四方弁２３が設けられ、その開閉により、圧縮機２０の１シリンダ運転と２シリンダ運転が切換わる。

スイッチング回路５の各トランジスタが、駆動部６から供給される駆動信号によって所定のシーケンスでオン，オフされることにより、各相巻線に順次に電流が流れ、その各相巻線から発せられる磁界とロータ１２の永久磁石が発する磁界との相互作用により、ロータ１２が回転する。

スイッチング回路５と各相巻線との間の通電路に生じる電圧が、ロータ１２の回転位置検出用として制御部７に供給される。また、スイッチング回路５における各相の直列回路に、ブラシレスＤＣモータ１０に流れる電流を検知する検知手段として、それぞれ電流検知器３０が設けられている。これら電流検知器３０の出力が、制御部７に供給される。

制御部７は、主制御部であるＣＰＵ、データ記憶用のメモリ、外部機器とのデータ送受用のインタフェース（Ｉ／Ｆ）を有するとともに、上記回転位置検出用の電圧および電流検知器３０の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有している。ｋの制御部７に、上記四方弁２３を駆動するためのリレー８が接続されている。

制御部７のＣＰＵは、主要な機能として次の（１）〜（４）を備えている。
（１）スイッチング回路５の各トランジスタを、空調負荷に応じたパルス幅変調（オン，オフデューティ）の駆動信号によりオン，オフ駆動する手段。
（２）電流検知器３０の検知結果から、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動に対応するトルク電流成分（トルク分電流ともいう）Ｉｑを検出する検出手段。
（３）上記検出されたトルク電流成分に応じて、ブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対する補正量を決定する決定手段。
（４）上記決定された補正量に応じて、スイッチング回路５に対する駆動信号の上記パルス幅変調（オン，オフデューティ）を調整する調整手段。

つぎに、上記の構成の作用を図２のタイムチャートを参照しながら説明する。
スイッチング回路５の各トランジスタは、ブラシレスＤＣモータ１０の１回転において２周期（通電周期）のオン，オフ動作を繰り返す。このオン，オフ動作によってブラシレスＤＣモータ１０の各相巻線に電流Ｉｍが流れる。このモータ電流Ｉｍは、空調負荷に応じたブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動に伴い、図示のようにレベルが変動する。

モータ電流Ｉｍは電流検知器３０によって検知されており、その検知結果に応じたＣＰＵの演算により、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動に対応するトルク電流成分Ｉｑが検出され、かつそのトルク電流成分Ｉｑの平均値が求められる。そして、トルク電流成分Ｉｑの平均値に応じて、ブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対する補正量（以下、トルク補正量という）が決定される。このトルク補正量は、トランジスタの２つの通電周期を基準にして正側のトルク補正量と負側のトルク補正量とに分かれ、正側のトルク補正量はトルク電流成分Ｉｑが上昇している期間に対応し、負側のトルク補正量はトルク電流成分Ｉｑが減少している期間に対応する。

空調負荷とトルク電流成分Ｉｑの平均値との間には、図３に示すように、空調負荷が大きいほどトルク電流成分Ｉｑの平均値が大きくなるという比例関係がある。また、トルク電流成分Ｉｑの平均値とトルク補正量の幅Ｘとの間には、図４に示すように、トルク電流成分Ｉｑの平均値が大きいほどトルク補正量の補正幅Ｘが大きくなるという比例関係がある。

トルク補正量が決定されると、そのトルク補正量に応じて、スイッチング回路５に対する駆動信号のパルス幅変調（オン，オフデューティ）が調整される。具体的には、トルク補正量が正側に大きいほど、トランジスタのオン期間が増大方向に補正されて、その増大分だけオフ期間が縮小される。つまり、オン，オフデューティが増大方向に調節される。また、トルク補正量が負側に大きいほど、トランジスタのオン期間が縮小方向に補正されて、その縮小分だけオフ期間が増大される。つまり、オン，オフデューティが減少方向に調節される。

このように、モータ電流Ｉｍからトルク電流成分Ｉｑを検出し、そのトルク電流成分Ｉｑに応じてブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対するトルク補正量を決定し、そのトルク補正量に応じて駆動信号のパルス幅変調をフィードバック的に調整することにより、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動を確実に抑制することができる。これにより、圧縮機の振動や騒音を確実に低減することができる。

［２］第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動の振幅が、空調負荷だけでなく、ブラシレスＤＣモータ１０の駆動周波数Ｆによっても異なる点に着目している。

すなわち、モータ電流Ｉｍからトルク電流成分Ｉｑが検出され、そのトルク電流成分Ｉｑに応じてブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対するトルク補正量が決定され、そのトルク補正量に対してブラシレスＤＣモータ１０の駆動周波数Ｆ（スイッチング回路５の出力周波数；圧縮機の運転周波数ともいう）に応じた補正係数αが乗算される。

たとえば、図５に示すように、ブラシレスＤＣモータ１０の駆動周波数Ｆが３０Ｈｚの場合は補正係数α＝“１．５”が選択され、駆動周波数Ｆが４０Ｈｚの場合は補正係数α＝“１．０”が選択される。

そして、補正係数αが乗算されたトルク補正量に応じて、駆動信号のパルス幅変調が調整される。
このように、駆動信号のパルス幅変調の調整に駆動周波数Ｆを加味することにより、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動に対する抑制効果が向上する。

他の構成および作用効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動の振幅が、空調負荷だけでなく、圧縮機２０が１シリンダ運転であるか２シリンダ運転であるかによっても異なる点に着目している。具体的には、圧縮機２０がシリンダ２１，２２の２シリンダ運転の場合、脈動の回数が１シリンダ運転の場合の２倍となってしまうが、シリンダ２１，２２が互いに半回転（π）の位相差で動作してお互いの領域が相殺されるため、シリンダ２１の１シリンダ運転の場合よりも、トルク脈動の振幅が小さくなる。

すなわち、モータ電流Ｉｍからトルク電流成分Ｉｑが検出され、そのトルク電流成分Ｉｑに応じてブラシレスＤＣモータ１０のトルクに対するトルク補正量が決定され、そのトルク補正量に対し、圧縮機２０が１シリンダ運転であれば補正係数として例えば“１”が乗算され、圧縮機２０が２シリンダ運転であれば補正係数として例えば“０．５”が乗算される。

そして、補正係数が乗算されたトルク補正量に応じて、駆動信号のパルス幅変調が調整される。
このように、駆動信号のパルス幅変調の調整にシリンダ運転数を加味することにより、ブラシレスＤＣモータ１０のトルク脈動に対する抑制効果が向上する。

しかも、図６に示すように、２シリンダ運転から１シリンダ運転への切換えに際しては、補正係数を２シリンダ運転用の“０．５”から１シリンダ運転用の“１”へとすぐに切換えることはせず、切換えに一定時間ｔの遅れを確保している。１シリンダ運転から２シリンダ運転への切換えに際しても、補正係数の切換えに同じく一定時間ｔの遅れが確保される。

２シリンダ運転と１シリンダ運転の切換えはそもそも空調負荷の変動などに伴って実施されるものであり、その空調負荷の変動に際し、補正係数の切換えに一定時間ｔの遅れが確保されることで、ブラシレスＤＣモータ１０のトルクの安定化が図れる。
他の構成および作用効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態では、ブラシレスＤＣモータ１０の１シリンダ運転および２シリンダ運転がそれぞれ正常に行われているか否かが、制御部７のＣＰＵにより判定される。

すなわち、ブラシレスＤＣモータ１０が１シリンダ運転しているとき、ブラシレスＤＣモータ１０のロータ１２の機械角（回転角度）が１シリンダ運転に対応するか否かが判定される。この判定結果が肯定であれば、１シリンダ運転が正常であるとの判断の下に、そのまま１シリンダ運転が継続される。

ロータ１２の機械角（回転角度）が１シリンダ運転に対応していない場合は、１シリンダ運転が異常であるとの判断の下に、ブラシレスＤＣモータ１０が再起動される。

ブラシレスＤＣモータ１０が２シリンダ運転しているとき、図２に示しているようにトルク電流成分の最大値と最小値との差ΔＩｑが検出され、その差ΔＩｑが設定値たとえば０．９Ａ未満と小さければ、２シリンダ運転が正常であるとの判断の下に、そのまま２シリンダ運転が継続される。

差ΔＩｑが０．９Ａ以上と大きい場合は、２シリンダ運転が異常であるとの判断の下に、ブラシレスＤＣモータ１０が再起動される。
他の構成および作用効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の各実施形態の構成を示すブロック図。 各実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。 各実施形態における空調負荷とトルク電流成分Ｉｑの平均値との関係を示す図。 各実施形態におけるトルク電流成分Ｉｑの平均値とトルク補正量の幅Ｘとの関係を示す図。 第２の実施形態における駆動周波数Ｆと補正係数αとの関係を示す図。 第３の実施形態における１シリンダ運転と２シリンダ運転の切換えに伴う補正係数の変化を示す図。 第４の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

１…商用交流電源、４…整流回路、５…スイッチング回路、６…駆動部、７…制御部、１０…ブラシレスＤＣモータ、１１…ステータ、１２…ロータ、２０…圧縮機、２１，２２…シリンダ、２３…四方弁

Claims (2)

1. パルス幅変調した駆動信号により圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動制御装置において、
   前記ブラシレスＤＣモータに流れる電流を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検知結果から前記ブラシレスＤＣモータのトルク脈動に対応するトルク電流成分を検出する検出手段と、
   前記検出されたトルク電流成分に応じて前記ブラシレスＤＣモータのトルクに対する補正量を決定する決定手段と、
   前記決定された補正量に応じて前記駆動信号のパルス幅変調を調整する調整手段と、
   を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記決定手段で決定された補正量を前記ブラシレスＤＣモータの駆動周波数に応じて補正する制御手段、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。

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