JP5641660B2 - ブラシレスモータの制御方法及び制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御方法に関する。

ブラシレスモータは、通常、相巻線の励起を制御するコントローラを有している。コントローラは、モータの速度に応答して、励起の位相及び／又は長さを調整する。この目的のために、コントローラは、異なるモータ速度に対する異なる制御値を含むルックアップテーブルを記憶している。制御値は、励起の位相及び／又は長さを定めるのに使用される。

ルックアップテーブルによって記憶されている制御値は、公称モータのための制御値である。更に、定格負荷の下で作動するとき、制御値は、公称モータの速度が上閾値を超えないように及び／又は下閾値よりも低下しないように選択される。

しかしながら、大量生産されるモータでは、モータの公差及び／又はモータが作動する負荷の公差により、モータの実際の速度が上閾値を超えるとき及び／又は下閾値よりも小さいときがある。

第１の側面において、本発明は、ブラシレスモータを制御する方法を提供する。この方法は、複数の速度の各々の制御値を含むルックアップテーブルを記憶する段階と、速度調整制御値を定期的に得る段階と、モータの相巻線を励起させる段階と、を有し、速度調整制御値は、励起の位相及び長さの一方を定めるのに使用され、速度調整制御値を得る段階は、モータの速度を測定する段階と、測定された速度が閾値よりも大きいとき又は低いとき、速度調整された変数を予め定められた定数だけ増大又は減少させる段階と、測定された速度を用いて、制御値をルックアップテーブルから選択する段階と、速度調整変数を用いて、選択された制御値を調整して、速度調整制御値を得る段階と、を有する。

従って、モータの速度は、ルックアップテーブルから選択された制御値を調整することで制御される。速度調整制御値は、励起の位相又は長さを定めるのに使用され、かくして、モータに供給される電力に影響を及ぼす。従って、制御値は、モータの速度が下閾値よりも小さいときに電力を増大させ、モータの速度が上閾値を超えるときに電力を減少させるように調整される。従って、本方法は、モータが閾値よりも大きい又は小さい速度で長期間にわたって作動しないことを確保するのに使用される。

測定された速度が閾値よりも大きいとき又は小さいときに速度調整変数を増大させ又は減少させることは、測定された速度が閾値よりも大きいときに速度調整変数を増大させ、測定された速度が閾値よりも小さいときに速度調整変数を減少させることを意味するように理解すべきでない。そうではなく、上記用語は、速度調整変数を増大させても減少させてもよく、且つ、それが、測定された速度が閾値よりも大きいとき又は小さいときに起こることを意味するように理解すべきである。

本方法は、速度調整制御値を定期的に得る段階を有し、これは、モータの速度を測定する段階と、速度が閾値よりも大きいとき又は低いときには常に、速度調整変数を増大又は減少させる段階を有する。その結果、本方法は、電力及び／又は負荷の公差が比較的大きいモータの速度を制御することが可能である。

本方法はコンピュータで簡単に実行でき、必要メモリは比較的小さい。従って、本方法は、比較的簡単で安価なコントローラを用いて実行することができる。また、本方法は、他のルーチンに悪影響を及ぼすことなしに実行できる。

選択された値を調整する段階は、速度調整変数を、選択された制御値に足し算し又は選択された制御値から引き算する段階を有する。加算及び減算は、コンピュータによって簡単に実行できる。従って、本方法は、比較的簡単で安価なコントローラを用いて実行することができる。

本方法は、測定速度が上閾値よりも大きいとき及び下閾値よりも小さいときの一方において、速度調整変数を予め定められた定数だけ増大又は減少させる段階を有する。次に、測定速度が上閾値よりも大きいとき及び下閾値よりも小さいときの他方において、速度調整変数をゼロにセットする。制御値の調整は、速度が上閾値を超えるとき又は下閾値よりも小さいときに始まる。調整が始まると、制御値の調整は、速度が上閾値を超えるまで又は下閾値よりも小さくなるまで続く。速度調整変数は、ルックアップテーブルから選択された制御期間を減少又は増大させるように作用し、より少ない電力又はより多い電力が各電気半サイクルにわたってモータに供給される。これにより、モータの速度又はモータの加速度が小さくなり又は大きくなる。従って、本方法は、モータが長期間にわたって上閾値よりも大きい速度又は下閾値よりも小さい速度で作動しないことを確保するのに使用される。

モータの速度を上閾値と下閾値との間に拘束することが望ましい。従って、本方法は、測定された速度が上閾値よりも大きいときに予め定められた第１の定数だけ速度調整変数を増大又は減少させる段階と、測定された速度が下閾値よりも小さいときに予め定められた第２の定数だけ速度調整変数を増大又は減少させる段階とを有する。予め定められた異なる定数を使用するのがよい。変形例では、予め定められた第１の定数及び予め定められた第２の定数は１つであり且つ同じであってもよい。この例では、本方法は、測定速度が上閾値よりも大きいとき、速度調整変数を増大させる段階及び減少させる段階の一方の段階を有し、測定速度が下閾値よりも小さいとき、速度調整変数を増大させる段階及び減少させる段階の他方の段階を有する。

本方法は、測定速度が上閾値よりも小さく且つ下閾値よりも大きいとき、速度調整変数を変更しない段階を有する。結果的に、一定負荷の下で作動するとき、モータの速度は２つの閾値の間の値に拘束される。

本方法は、交流電源を整流して整流電圧を提供する段階と、整流電圧を用いて、相巻線を励起させる段階と、交流電圧の各ゼロ交差に応答して、速度調整制御値をうる段階とを有する。この場合、速度調整値が、専用のタイマを必要とすることなしに規則的な間隔で更新されるという利点を有する。加えて、速度調整制御値は、交流電圧のサイクルと同期して更新されるのがよい。その結果、交流電圧を供給する電源から供給される電流の波形は、一般的には、より安定である。

第２の側面では、本発明は、ブラシレスモータのための制御システムであって、上述した任意の方法を実行する制御システムを提供する。

第３の側面では、本発明は、モータ組立体であって、ブラシレスモータと、上述した制御システムを有するモータ組立体を提供する。

本発明によるモータシステムのブロック図である。 モータシステムの概略図である。 モータシステムのコントローラから送出される制御信号に応答するインバータの可能な状態の詳細である。 モータの最大速度を制御する方法の流れ図である。 図４の方法を実行するときの速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴ及び位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥの挙動を示す図である。 モータの最小速度を制御する方法の流れ図である。 モータ速度を上閾値と下閾値との間に拘束する方法の流れ図である。

本発明を容易に理解するために、添付図面を参照して、本発明の実施形態を、例示として説明する。

図１及び図２のモータシステム１は、交流電源２によって電力が供給され、ブラシレスモータ３と、制御システム４を有している。

モータ３は、ステータ６に対して回転する永久磁石ロータ５を有し、ステータ６は、単相の相巻線７を有している。

制御システム４は、整流器８と、直流リンクフィルタ９と、インバータ１０と、ゲート駆動モジュール１１と、電流センサ１２と、ロータ位置センサ１３と、ゼロ交差検出器１４と、コントローラ１５を有している。

整流器８は、４つのダイオードＤ１−Ｄ４の全波ブリッジを有し、それにより、交流電源２の出力を整流して、直流電圧を供給する。

直流リンクフィルタ９は、コンデンサＣ１を有し、コンデンサＣ１は、インバータ１０のスイッチングによって生じる比較的高い周波数のリップルを平滑化する。必要であれば、直流リンクフィルタ９は、整流された直流電圧を基本周波数で更に平滑化してもよい。

インバータ１０は、直流リンク電圧を相巻線７に接続する４つのパワースイッチＱ１−Ｑ４の全波ブリッジを有している。パワースイッチＱ１−Ｑ４の各々は、フリーホイールダイオードを含んでいる。

ゲート駆動モジュール１１は、コントローラ１５から受信した制御信号に応答して、スイッチＱ１−Ｑ４を開閉する。

電流センサ１２は、インバータ１０の負レールに配置された検知抵抗器Ｒ１を有している。従って、電流センサ１２の両側にかかる電圧は、相巻線７が交流電源２に接続されたときの相巻線７の電流の測定値を示す。電流センサ１２の両側にかかる電圧は、電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥとして、コントローラ１５に出力される。

ロータ位置センサ１３は、デジタル信号ＨＡＬＬを出力するホール効果センサを有し、デジタル信号ＨＡＬＬは、ロータ位置センサ１３を通過する磁束の方向に応じて、論理ＨＩＧＨ又は論理ＬＯＷである。ロータ位置センサ１３をロータ５に隣接して配置することによって、ＨＡＬＬ信号は、ロータ５の角度方向位置の測定値を供給する。詳細には、ＨＡＬＬ信号の各エッジは、ロータ５の極性の変化を示す。永久磁石ロータ５は、それが回転するとき、相巻線７に逆起電力を生じさせる。その結果、ＨＡＬＬ信号の各エッジは、相巻線７内の逆起電力の極性の変化を更に表わす。

ゼロ交差検出器１４は、デジタル信号Ｚ＿ＣＲＯＳＳを出力する１対のクランプダイオードＤ５、Ｄ６を有し、デジタル信号Ｚ＿ＣＲＯＳＳは、交流電源２の電圧が正であるとき、論理ＨＩＧＨであり、交流電源２の電圧が負のとき、論理ＬＯＷである。かくして、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号の各エッジは、交流電源２の電圧のゼロ交差を表わす。

コントローラ１５は、モータシステム１の作動を制御する役割を果たす。コントローラ１５は、入力信号ＨＡＬＬ、Ｉ＿ＳＥＮＳＥ及びＺ＿ＣＲＯＳＳに応答して、３つの制御信号ＤＩＲ１、ＤＩＲ２、及びＦＷ＃を発生させて出力する。制御信号は、ゲート駆動モジュール１１に出力され、ゲート駆動モジュール１１は、制御信号に応答して、インバータ１０のスイッチＱ１−Ｑ４を開閉する。

ＤＩＲ１及びＤＩＲ２は、インバータ１０を流れる電流、かくして、相巻線７を流れる電流の方向を制御する。ＤＩＲ１が論理ＨＩＧＨにプルされ、ＤＩＲ２が論理ＬＯＷにプルされるとき、ゲート駆動モジュール１１は、スイッチＱ１、Ｑ４を閉じ且つスイッチＱ２、Ｑ３を開き、かくして、相巻線７の中を左から右に流れる電流を生じさせる。これとは逆に、ＤＩＲ２が論理ＨＩＧＨにプルされ、ＤＩＲ１が論理ＬＯＷにプルされるとき、ゲート駆動モジュール１１は、スイッチＱ２、Ｑ３を閉じ且つスイッチＱ１、Ｑ４を開き、かくして、相巻線７の中を右から左に流れる電流を生じさせる。従って、相巻線７の電流は、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を反転させることによって整流される。ＤＩＲ１及びＤＩＲ２が両方とも論理ＬＯＷにプルされるとき、ゲート駆動モジュール１１は、全てのスイッチＱ１−Ｑ４を開く。

ＦＷ＃は、相巻線７を電源２から切離して、相巻線７の電流を、それがインバータ１０のＬＯＷ側ループを周るようにフリーホイールさせるのに使用される。従って、論理ＬＯＷにプルされたＦＷ＃信号に応答して、ゲート駆動モジュール１１は、論理ＨＩＧＨのスイッチＱ１、Ｑ３を開く。次に、電流は、インバータ１０のＬＯＷ側ループの周りをＤＩＲ１及びＤＩＲ２によって定められた方向にフリーホイールする。

図３は、コントローラ１５の制御信号に応答したスイッチＱ１−Ｑ４の可能な状態を要約している。以下、用語「セット」及び「クリア」をそれぞれ、信号が論理ＨＩＧＨ及び論理ＬＯＷにプルされたことを指示するのに使用する。

コントローラ１５は、ロータ５の速度に応じて、２つのモードのうちの一方で作動する。予め定められた閾値よりも小さい速度では、コントローラ１５は、加速モードで作動する。閾値と同じ速度又はそれよりも大きい速度では、コントローラ１５は、定常モードで作動する。ロータ５の速度は、ＨＡＬＬ信号の２つの連続するエッジの間の期間Ｔ＿ＨＡＬＬで決められる。この期間を、以下、ＨＡＬＬ期間と呼ぶ。

〔加速モード〕
速度閾値よりも小さい速度では、コントローラ１５は、相巻線７を、ＨＡＬＬ信号のエッジと同期するように整流させる。各ＨＡＬＬ信号は、相巻線７内の逆起電力の極性の変化を表わす。結果的に、コントローラ１５は、逆起電力のゼロ交差と同期して、相巻線７を整流させる。

整流は、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を反転させること（即ち、ＤＩＲ１をクリアし且つＤＩＲ２をセットすること、又は、ＤＩＲ２をクリアし且つＤＩＲ１のセットすること）を含み、それにより、相巻線７の電流方向を反転させる。整流の時点で、相巻線７をフリーホイールさせているのがよい。従って、コントローラ１５は、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２の反転に加えて、ＦＷ＃をセットし、それにより、インバータ１０が駆動状態に戻ることを確保する。

コントローラ１５は、電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥを監視し、相巻線７の電流が過電流閾値を超えたときに常にＦＷ＃をクリアすることによって、相巻線７をフリーホイールさせる。フリーホイールは、フリーホイール期間Ｔ＿ＦＷの間継続し、その間、相巻線７の電流は、過電流閾値よりも小さいレベルまで低下する。コントローラ１５は、フリーホイール期間の終わりに、ＦＷ＃をセットし、それにより、相巻線７を励起させる。結果的に、コントローラ１５は、相巻線７を各電気半サイクルにわたって順次励起してフリーホイールさせる。

〔定常モード〕
速度閾値と同じ速度又はそれよりも大きい速度では、コントローラ１５は、整流を各ＨＡＬＬエッジに対して先進させてもよいし、同期させてもよいし、後退させてもよい。相巻線７を特定のＨＡＬＬエッジに対して整流させるために、コントローラ１５は、前のＨＡＬＬエッジに応答して作動する。整流期間Ｔ＿ＣＯＭを得るために、コントローラ１５は、前のＨＡＬＬエッジに応答して、ＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＨＡＬＬから位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥを引き算する。
［数１］
Ｔ＿ＣＯＭ＝Ｔ＿ＨＡＬＬ−Ｔ＿ＰＨＡＳＥ

次に、前のＨＡＬＬエッジの後、コントローラ１５は、相巻線７を整流期間Ｔ＿ＣＯＭで整流させる。結果的に、コントローラ１５は、相巻線７を次のＨＡＬＬエッジに対して、位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥだけ整流させる。位相期間が正のとき、整流は、ＨＡＬＬエッジの前に起こる（先進整流）。位相期間がゼロのとき、整流は、ＨＡＬＬエッジのところで起こる（同期整流）。位相期間が負のとき、整流は、ＨＡＬＬエッジの後に起こる（後退整流）。

先進整流は、比較的大きいロータ速度に採用され、後退整流は、比較的小さいロータ速度に採用される。ロータ５の速度が大きくなるにつれて、ＨＡＬＬ期間は減少し、かくして、相巻線インダクタンスと関連した時定数（Ｌ／Ｒ）は、ますます重要になる。加えて、相巻線７に誘導される逆起電力が増大し、相電流が上昇する速度に影響を及ぼす。従って、相巻線７に電流を供給すること、従って、電力を供給することが、ますます困難になる。相巻線７を、ＨＡＬＬエッジの前に、従って、逆起電力のゼロ交差の前に整流させることによって、供給電圧を、逆起電力によって上昇させる。結果として、相巻線７の中を流れる電流の方向が、速やかに反転する。加えて、相電流が逆起電力を導くようにさせ、それにより、電流上昇の低速度を補償するのを助ける。このことは、次いで、負のトルクを短期間発生させるけれども、通常、この負のトルクは、引続く正のトルクのゲインによって補償されるものよりも大きい。低速で作動するとき、所望の電流を相巻線７に供給するために、整流を先進させることは必要ない。更に、最適な効率は、典型的には、整流を後退させることによって達成される。

加速モードと同様、整流は、整流期間Ｔ＿ＣＯＭの終わりに、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を反転させてＦＷ＃をセットすることによって達成される。次に、コントローラ１５は、電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥを監視して、相巻線７の電流が過電流閾値を超えるときに常に相巻線７をフリーホイールさせる。フリーホイールさせることを、フリーホイール期間Ｔ＿ＦＷにわたって継続し、その後、コントローラ１５は、相巻線７を再び励起させる。結果的に、加速モードと同様、コントローラ１５は、相巻線７を順次励起させてフリーホイールさせる。

加速モードで作動するとき、コントローラ１５は、相巻線７を各電気半サイクルの全体にわたって順次励起させてフリーホイールさせる。これとは対照的に、定常モードで作動するとき、コントローラ１５は、相巻線７を、典型的には各電気半サイクルの一部だけを占める通電期間Ｔ＿ＣＤにわたって順次励起させてフリーホイールさせる。コントローラ１５は、通電期間の終わりに、ＦＷ＃をクリアすることによって、相巻線をフリーホイールさせる。次に、フリーホイールを、コントローラ１５が相巻線７を整流させる時間まで不確定に継続する。従って、位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥは、励起の位相（即ち、相巻線７をロータ５の角度位置に対して励起させる角度）を定め、通電期間Ｔ＿ＣＤは、励起の長さ（即ち、相巻線７を励起させる合計角度）を定める。

コントローラ１５は、ＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＨＡＬＬ等によって定められるロータ５の速度の変化に応答して、位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥ及び通電期間Ｔ＿ＣＤを調整する。この目的のために、コントローラ１５は、複数のロータ速度の各々に対する位相期間及び通電期間を含むルックアップテーブルを記憶している。ルックアップテーブルは、各速度点において特定の出力を達成する値を記憶している。

コントローラ１５は、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号の各エッジに応答して、位相期間及び通電期間を更新する。コントローラ１５は、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号のエッジに応答して、ＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＨＡＬＬを用いて、ルックアップテーブルのインデックスを参照し、位相期間及び通電期間を選択する。コントローラ１５は、変形例として、位相期間及び通電期間を、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号の各エッジに応答して更新する代わりに、別の時点で更新してもよい。例えば、コントローラ１５は、位相期間及び通電期間を、ＨＡＬＬ信号のｎ番目のエッジごとに応答して更新してもよいし、一定期間の経過後に更新してもよい。しかしながら、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号のエッジに応答して更新することは、位相期間及び通電期間が、専用のカウンタ又はタイマを必要とすることなしに規則的な間隔で更新されるという利点を有している。加えて、位相期間及び通電期間は、電源２の交流電圧のサイクルと同期して更新される。その結果、電源２から供給される電流の波形は、一般的には、より安定である。特に、電流波形内の高調波の大きさは、一般的には、より小さい。

〔速度制御〕
上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超える速度は、モータ３の早期故障を生じさせることがある。従って、ルックアップテーブルは、最小負荷ＬＯＡＤ＿ＭＩＮのもとで作動するときに公称モータを上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度で駆動する制御値を記憶する。前に注目したように、ルックアップテーブルは、各速度点において特定の出力を達成する制御値を記憶している。従って、ルックアップテーブルは、最小負荷ＬＯＡＤ＿ＭＩＮを上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度で駆動する出力を発生させる制御値を記憶している。

モータシステム１の公差が、モータ３を駆動する速度に影響を及ぼすという問題がある。前に注目したように、ルックアップテーブルは、最小負荷ＬＯＡＤ＿ＭＩＮを上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度で駆動する出力を発生させる制御値を記憶している。しかしながら、ルックアップテーブルが記憶している値は、公称モータのための値である。他方、大量生産されるモータは、必然的に、種々の構成要素の物理的特性及び寸法に関連した公差を有し、かかる公差は、例えば、ロータ５の磁気強度、ロータ５とステータ６の間の隙間の寸法等である。結果的に、同じルックアップテーブルを大量生産されたモータに使用すると、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度で作動するときのモータ３の出力の公差が生じる。従って、例えば、ルックアップテーブルは、公称モータが１００ｋｒｐｍの速度で作動するときに出力１５００Ｗを生じさせる位相期間及び通電期間を記憶している。しかしながら、大量生産されるモータが１００ｋｒｐｍの速度で作動するときの実出力は、１５００±５０Ｗである。モータ３を高出力で駆動すると、モータ３は、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度を超える速度まで加速されることになる。

同様に、モータシステム１が作動するのに必要とされる最小負荷の公差は、モータ３の最大速度に影響を及ぼす。この場合も、ルックアップテーブルは、負荷ＬＯＡＤ＿ＭＩＮを上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度で駆動する制御値を記憶している。実際の最小負荷が負荷ＬＯＡＤ＿ＭＩＮよりも小さければ、このときも、モータ３は、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度を超える速度まで加速されることになる。

モータ３が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度を超える速度で長期間にわたって作動することを防止するために、コントローラ１５は、ロータの回転速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲの最大速度を超えたときに常にモータ３の出力を低減する速度制御スキームを採用する。出力の低減は、ルックアップテーブルから選択される複数の制御値（例えば、位相期間及び／又は通電期間）の一方又は両方を調整することによって達成される。ここでは説明の目的のために、コントローラ１５は、位相期間だけを調整する。しかしながら、その代わりに又はそれに加えて、コントローラ１５は、通電期間を調整してもよい。

コントローラ１５は、ルックアップテーブルのインデックスを参照し、Ｚ＿ＣＲＯＳＳ信号の各エッジに応答して、通電期間Ｔ＿ＣＤを選択する。次いで、位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥを得るために、コントローラ１５は、速度制御ルーチンを実行する。速度制御ルーチンを図４に示す。最初、コントローラ１５は、例えばＨＡＬＬ期間によって定義されるロータ５の速度を、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲと比較する。ロータ速度が、上閾値よりも大きければ、コントローラ１５は、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを予め定められた定数ＤＥＬＴＡだけ増大させる。そうでなければ、コントローラ１５は、ロータ５の速度を下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲと比較する。ロータ速度が、下閾値よりも小さければ、コントローラ１５は、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴをゼロにセットする。ロータ速度が上閾値以下で且つ下閾値以上であれば、コントローラ１５は、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴをそのままにして変更しない。次いで、コントローラ１５は、ロータ速度を用いて、位相期間をルックアップテーブルから選択し、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴの値を、選択した位相期間から引き算する。最終結果は、速度調整変数によって調整された位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥである。

位相期間の調整は、ロータ速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超えたときにのみ始まる。位相期間の調整は、それがいったん始まると、ロータ速度が下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲよりも小さくなるまで続く。速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴは、ルックアップテーブルから選択された位相期間を短くするように作用する。結果として、より小さい電流、かくして、より小さい電力が、各電気半サイクルにわたってモータ３に供給される。より小さい電力しかモータ３に供給されないので、ロータ５の速度又はロータ５の加速度は、減少する。コントローラ１５は、例えばＺ＿ＣＲＯＳＳ信号の各エッジに応答して、位相期間を定期的に更新する。各更新の間、ロータ速度が上閾値を超え続けていれば、速度調整変数は増大される。結果として、モータ３に供給される電力は、更に減少する。他方、ロータ速度が上閾値よりも小さく且つ下閾値よりも大きいならば、速度調整変数はそのままであり、変更されない。結果として、ロータ５は、上閾値又はそれよりも僅かに小さい値のところで一定速度で速やかに安定する。最終的に、ロータ速度が（例えば、負荷の上昇に応答して）下閾値よりも小さいとき、位相期間は、ルックアップテーブルから選択された位相期間に戻り、すなわち、位相期間は調整されない。

図５を参照して、速度制御スキームの作動を例示的に以下に説明する。この例において、ルックアップテーブルは、９４ｋｒｐｍ以上のロータ速度に対して、位相期間９０μｓを記憶している。上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲは、１００ｋｒｐｍであり、下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲは、９５ｋｒｐｍであり、予め定められた定数ＤＥＬＴＡは、０．２５μｓである。ロータの初期速度は、９４ｋｒｐｍである。ロータの初期速度が下閾値９５ｋｒｐｍよりも小さいので、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴは、ゼロにセットされ、かくして、ルックアップテーブルから選択された位相期間は調整されない。ｔ＝２０ｍｓにおいて、ロータ速度は９６ｋｒｐｍであり、下閾値９５ｋｒｐｍを超えている。ロータ速度が上閾値１００ｋｒｐｍ以下であり且つ下閾値９５ｋｒｐｍ以上であるので、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴは変更されず、従って、ゼロのままである。ｔ＝１４０ｍｓにおいて、ロータ速度は１０１ｋｒｐｍに上昇し、上閾値１００ｋｒｐｍを超える。従って、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを、０．２５μｓだけ増大させる。結果的に、位相期間Ｔ＿ＰＡＳＤＥは、８９．７５μｓに減少する。ｔ＝１６０ｍｓにおいて、ロータ速度は、位相期間の減少にも関わらず、１０１ｋｒｐｍであり続ける。ロータ速度が上閾値１００ｋｒｐｍを超え続けているので、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを０．２５μｓだけ再び増大させる。従って、コントローラによって採用されている位相期間Ｔ＿ＰＡＳＤＥは、８９．５μｓである。ｔ＝１８０ｍｓにおいて、ロータ速度は、１００ｋｒｐｍに低下する。ロータ速度が上閾値１００ｋｒｐｍ以下であり且つ下閾値９５ｋｒｐｍ以上であるので、速度調整変数、かくして位相期間は変更されない。ｔ＝３００ｍｓにおいて、ロータ速度は、９４ｋｒｐｍに低下する。ロータ速度が下閾値９５ｋｒｐｍよりも小さいので、速度調整変数は、ゼロにセットされ、かくして、位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥは９０μｓに戻る。

速度制御スキームは、モータ３の速度が長期間にわたって上閾値を超えないことを確保する簡単なコンピュータ方法を提供する。結果的に、コントローラ１５が他のルーチンの実行に悪影響を及ぼすことなしに、速度制御ルーチンを実行することができる。更に、速度制御スキームが必要とするメモリは比較的小さい。特に、下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲ、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲ、予め定められた定数ＤＥＬＴＡ、及び速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを記憶する４つのレジスタだけを必要とするに過ぎない。ロータ速度が上閾値を超えるときは常に、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを段階的に増大させることによって、速度制御スキームは、出力及び／又は最小負荷の公差が比較的大きいモータの最大速度を制限することが可能である。

速度制御スキームによって提供される変形例の解決法は、公差スタックを考慮したルックアップテーブルを採用する。この場合、ルックアップテーブルは、公差限度におけるモータの速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超えないように公称モータを低い出力で駆動する値を記憶する。この解決法を用いる難点は、多くのモータが低出力で駆動され、かくして、モータ３の潜在能力が完全に実現されないことである。他方、速度制御スキームは、モータ３の出力を最大化すると同時に、モータの最大速度を制限することが可能である。

更なる解決法は、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超える速度における制御値によって出力の著しい低下を生じさせるルックアップテーブルを採用する。例えば、ルックアップテーブルは、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲよりも小さい速度に対して、位相期間９０μｓを記憶し、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲよりも大きい速度に対して、位相期間８０μｓを記憶する。この解決法の難点は、モータ３の速度が振動することである。特に、ロータ速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超えるとき、位相期間は、９０μｓから８０μｓに減少する。位相期間のこの比較的大きい減少により、モータ３の出力、かくして、速度の比較的大きく且つ突然の低下を生じさせる。モータ３の速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲよりも低下したとき、位相期間は、８０μｓから９０μｓに増大する。結果として、出力が突然増大し、モータ３を、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲを超える速度まで加速させ、この時点で、位相期間は、８０μｓに再び減少する。従って、モータ３の速度は、上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲのあたりで振動する。対照的に、上記速度制御スキームをコントローラ１５によって実行すると、位相期間を、例えばロータ速度が上閾値よりも低下する時間まで、予め定められた定数ＤＥＬＴＡによって定められる小さい量だけ減少させる。従って、位相期間は、各モータに特有な量だけ減少する。いったん速度が上閾値よりも低下すると、位相期間に更なる調整は行われず、かくして、モータ３の速度は、上閾値のところで又はそれよりも僅かに小さいところで速やかに安定する。図５に示す表は、速度制御スキームを採用するときにモータ３の速度が振動することを暗示している。しかしながら、この特定の表は、速度制御の間に起こる様々な状況を例示するために、簡単に編集されている。実際には、負荷が一定である間、モータ３の速度は、上閾値のところで又はそれよりも僅かに小さいところで速やかに安定する。

上述した速度制御スキームは、モータ３の最大速度を制限するのに使用されるのがよい。変形例では、速度制御スキームは、モータ３の最小速度を制限するのに使用されてもよい。図６に示すように、コントローラ１５は、ロータ速度が下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲよりも小さいときは常に、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを増大させる。ロータ速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲよりも大きいときは常に、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴは、ゼロにセットされる。ロータ速度が上閾値以下で下閾値以上であるとき、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴはそのままであり、変更されない。次いで、コントローラ１５は、ルックアップテーブルのインデックスを参照し、ロータ速度を用いて、位相期間を選択し、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴの値を、選択された位相期間に追加する。最終結果は、同様に速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴによって再び調整された位相期間Ｔ＿ＰＨＡＳＥである。しかしながら、今回は、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴは、ルックアップテーブルから選択された位相期間を増大させるように作用する。その結果、大きい電流、従って、大きい電力が、モータ３に供給されるので、ロータ５の速度又はロータ５の加速度は大きくなる。

図７に示すように、速度制御スキームは、モータ３の最小速度及び最大速度の両方を制限するのに使用されてもよい。この例では、コントローラ１５は、ロータ速度が上閾値ＳＰＥＥＤ＿ＵＰＰＥＲよりも大きいときは常に、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを増大させ、ロータ速度が下閾値ＳＰＥＥＤ＿ＬＯＷＥＲよりも小さいときは常に、速度調整変数を減少させる。ロータ速度が上閾値以下で且つ下閾値以上であるとき、コントローラ１５は、速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴをそのままにし、変更しない。次に、コントローラ１５は、ルックアップテーブルのインデックスを参照し、ロータ速度を用いて、位相期間を選択し、選択された位相期間から速度調整変数ＳＰＥＥＤ＿ＡＤＪＵＳＴを引き算する。最終結果において、ロータ速度が上閾値よりも大きいときには常に、位相期間を減少させ、ロータ速度が下閾値よりも小さいときには常に、位相期間を増大させる。その結果、モータ５の速度は、上閾値と下閾値の間に拘束される。

図７に示す実施例では、速度調整変数を、予め定められた同じ定数ＤＥＬＴＡだけ増大させて、減少させる。しかしながら、速度調整変数を、予め定められた第１の定数ＤＥＬＴＡ＿１だけ増大させ、予め定められた第２の定数ＤＥＬＴＡ＿２だけ減少させてもよいことが考えられる。このようにすれば、モータ速度全体の制御が良好になる。

不良時、コントローラ１５がモータ３の速度を制御不可能であるときがある。従って、ロータ速度及び／又は速度調整変数が特定の値を超えたりそれよりも下がったりすると、コントローラ１５は、相巻線７の励起を停止させるのがよい。例えば、図５に示す表において、ロータ速度が１０４ｋｒｐｍを超えたとき又は速度調整変数が２．０μｓを超えたとき、コントローラ１５は、励起を停止する。

上述した速度制御スキームでは、速度調整変数は、予め定められた定数だけ増大及び減少させた。更に、速度調整変数の値は、ルックアップテーブルから選択された制御値に加算され又は減算された。制御値を調整するための他の数学的手法を用いることも考えられる。例えば、ルックアップテーブルから選択された制御値に、速度調整変数を乗じてもよい。本実施例において、速度調整変数のためのデフォルト値を、ゼロではなく、１にしてもよい。従って、概略的には、コントローラ１５は、速度調整変数を用いて選択された制御値を調整すると言ってもよい。他の数学的手法を使用してもよいが、加算及び減算はコンピュータで簡単に実行できる長所がある。その結果、比較的単純で安価なコントローラ１５を使用できる。

１ モータシステム
２ 交流電源
３ モータ
４ 制御システム
５ ロータ
６ ステータ
７ 相巻線
８ 整流器
９ 直流リンクフィルタ
１０ インバータ
１１ ゲート駆動モジュール
１２ 電流センサ
１３ 位置センサ
１４ ゼロ交差検出器
１５ コントローラ

Claims (8)

1. ブラシレスモータを制御する方法であって、
   複数の速度の各々の制御値を含むルックアップテーブルを記憶する段階と、
   速度調整制御値を定期的に得る段階と、
   ブラシレスモータの相巻線を励起させる段階と、を有し、前記速度調整制御値は、励起の位相及び長さの一方を定めるのに使用され、
   前記速度調整制御値を得る前記段階は、
   ブラシレスモータの速度を測定する段階と、
   測定された前記速度が閾値よりも大きいとき又は小さいとき、速度調整変数を予め定められた定数だけ増大させ又は減少させる段階と、
   測定された前記速度を用いて、制御値を前記ルックアップテーブルから選択する段階と、
   前記速度調整変数を用いて、選択された前記制御値を調整して、前記速度調整制御値を得る段階と、を有する方法。
2. 選択された前記制御値を調整する前記段階は、前記速度調整変数を、選択された前記制御値に足し算し又は選択された前記制御値から引き算する段階を有する、請求項１に記載の方法。
3. 更に、測定された前記速度が上閾値よりも大きいとき及び下閾値よりも小さいときの一方において、前記速度調整変数を予め定められた定数だけ増大させ又は減少させる段階と、
   測定された前記速度が上閾値よりも大きいとき及び下閾値よりも小さいときの他方において、前記速度調整変数をゼロにセットする段階と、を有する請求項１又は２に記載の方法。
4. 更に、測定された前記速度が上閾値よりも大きいとき、前記速度調整変数を、予め定められた第１の定数だけ増大させ又は減少させる段階と、
   測定された前記速度が下閾値よりも小さいとき、前記速度調整変数を、予め定められた第２の定数だけ増大させ又は減少させる段階と、を有する請求項１又は２に記載の方法。
5. 予め定められた前記第１の定数及び予め定められた前記第２の定数は、１つであり且つ同じであり、
   前記方法は、測定された前記速度が前記上閾値よりも大きいとき、前記速度調整変数を増大させる段階と減少させる段階の一方の段階を有し、測定された前記速度が前記下閾値よりも小さいとき、前記速度調整変数を増大させる段階と減少させる段階の他方の段階を有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法は、測定された前記速度が前記上閾値よりも小さく且つ前記下閾値よりも大きいとき、前記速度調整変数を変更しない、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記方法は、交流電源を整流して整流電圧を提供する段階と、前記整流電圧を用いて、前記相巻線を励起させる段階と、前記交流電圧の各ゼロ交差に応答して、前記速度調整制御値を得る段階と、を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. ブラシレスモータのための制御システムであって、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実行する制御システム。

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