JP3576509B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関わり、特に、最大効率に追従してブラシレスモータを駆動するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモータ、特に永久磁石をロータ内部に埋め込んだ磁石埋め込み型ブラシレスモータ（以下ＩＰＭモータと呼ぶ）を高効率駆動する制御方法において、一般的には最大トルク制御が行われていた。このようなＩＰＭモータにおける最大トルク制御の事例としては、例えば、特開２０００―２６２０８９公報に開示された制御方法があった。この公報に開示された制御方法では、ＩＰＭモータを駆動する場合、リラクタンストルクを利用した最大トルク制御を行うことによって、トルク／電流の最大化を図り、銅損を最小限に抑えて、高効率駆動を実現しようとしていた。
【０００３】
以下、図１１を用いて従来のＩＰＭモータの最大トルク制御について説明する。図１１は、従来のＩＰＭモータのモータ制御方法の構成を示すブロック図である。
図１１に示すように、モータ３の電流と電圧は、それぞれモータ電流検出部４とモータ電圧検出部２２により検出され、無効電力演算部３２に入力される。無効電力演算部３２においては、モータ３に入力されている無効電力が演算される。
最大トルク制御の条件式は下記式（１）となる（電気学会研究会資料「リング磁石埋込形ＰＭモータの諸特性」ＲＭ−９５−１５参照）。
【０００４】
【０００５】
式（１）において、Ψｍは埋め込み磁石が作る鎖交磁束であり、鎖交磁束によって生じる誘起電圧の方向をｑ軸、このｑ軸に直交して回転方向に９０°位相の進んだ軸をｄ軸とすると、Ｌｄ，Ｌｑはそれぞれｄ軸及びｑ軸のインダクタンス、Ｉｄ，Ｉｑはそれぞれモータ電流Ｉｓのｄ軸成分及びｑ軸成分を表している。
【０００６】
ロータの位置を検出するための位置検出センサがない場合には、ｄ軸モータ電流Ｉｄとｑ軸モータ電流Ｉｑを直接求めることができないので、無効電力を使った式に展開する。
【０００７】
【０００８】
式（２）において、Ｖｓは印加電圧、Ｉｒは無効電流、ｋは係数である。式（２）の右辺が最大トルク制御の条件を加えた無効電力の目標値であり、左辺は無効電力の実際値を示している。
【０００９】
図１１において、周波数設定部６で設定された周波数は、加減速演算部３０を通して変換部３１に送られ、角速度に変換される。無効電力目標値演算部３３では、式（２）の右辺の演算を行い、無効電力目標値が算出される。
一方、無効電力演算部３２においては、式（２）の左辺の演算を行い、モータ印加電圧Ｖｓとモータ無効電流Ｉｒから無効電力の実際値が算出される。無効電力目標値演算部３３と無効電力演算部３２の各出力は調整部３４へ送られ、調整部３４において無効電力の目標値と実際値との誤差を検出して増幅する。この誤差増幅結果は、加減速演算部３０の出力をＶ／ｆ変換部７で電圧変換した結果に加算されて、モータ印加電圧が決定される。ＰＷＭ変換部３５では、決定されたモータ印加電圧に基づきパルス幅変調してインバータ回路２のスイッチ素子を駆動制御する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のモータ制御装置では、最大トルク制御を行うことによりトルク／電流の最大化を図り、銅損を最小限に抑えて高効率駆動制御を行おうとしていた。そこで、最大トルクを与える無効電力条件の目標値を演算によって算出し、モータ印加電圧とモータ電流から求められる無効電力の実際値との比較により、誤差電圧を求めて、出力電圧制御を行っていた。
【００１１】
しかしながら、モータ制御における効率は出力に対する損失の割合、即ち入力に対する出力の比であるが、従来のモータ制御装置においては、損失条件のうち鉄損を無視して銅損のみに着目しているため、実際の最大効率点でのモータ制御を行っていなかった。
本発明の目的は、常に最大効率を追従して最大効率点で確実に制御できるモータ制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであり、本発明に係るモータ制御装置は、
直流電源の直流電圧を交流電圧に変換してブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記周波数設定部から出力された周波数を電圧に変換するＶ／ｆ変換部と、
前記周波数設定部に設定された回転周波数を回転位相に変換して波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
位相差の指令値を出力する位相差指令部と、
前記位相差指令部と前記位相差演算部との出力から誤差電圧を演算する誤差電圧演算部と、
前記波形生成部、前記誤差電圧演算部、及び前記Ｖ／ｆ変換部の出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御するための出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位相差指令部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、出力電圧やモータ電流等から誘起電圧や鉄損電流を演算で求め、損失と出力及び入力を算出し、出力と入力から効率を求めている。そして、前回の効率の値と今回の効率の値を比較して、その比較結果に基づきモータ印加電圧と誘起電圧の位相指令値を変更するように制御して、常に最大効率点に追従して駆動して、モータを安定して高効率駆動を行う。
【００１３】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、
前記誘起電圧演算部が、前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差と前記モータ電流と前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するよう制御しているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１４】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力によって座標変換する出力電圧演算部と、を有し、
前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、
前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成しているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１５】
さらに、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有する。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１６】
他の観点の発明のモータ制御装置は、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して位置検出センサを直結したブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記位置検出センサの出力から前記ブラシレスモータのロータ位置信号に変換するロータ位置検出部と、
前記ロータ位置検出部の出力から前記ブラシレスモータの回転周波数を求める回転周波数検出部と、
位置検出センサの位置位相から回転周波数と負荷状態によって位相を補償する位置位相補償部と、
前記位置位相補償部の出力から回転位相に変換し波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
前記周波数設定部の出力と前記回転周波数検出部の出力の誤差を求め、増幅する誤差周波数演算部と、
前記誤差周波数演算部と前記波形生成部との出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御する出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差周波数演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記出力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位置位相補償部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、モータに直結された位置検出センサからの信号による位置検出の位相を回転周波数と電流及び効率演算結果に基づき変更するよう制御しているため、機械的な位相に基づき常に最大効率点に追従して駆動でき、より安定して高効率駆動が可能となる。
【００１７】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、
前記誘起電圧演算部が、前記誤差周波数演算部の出力と、前記入力電流と、前記力率角と、前記位相差と、前記モータ電流と、前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差周波数演算部の出力電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているため、機械的な位相に基づきより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００１８】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力から座標変換する出力電圧演算部と、を有し、
前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、
前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成しているため、機械的な位相に基づきより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００１９】
さらに、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有する。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成しているため、機械的な位相に基づき、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るモータ制御装置の好適な実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。
【００２１】
《実施の形態１》
図１は実施の形態１の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、モータ３の電流は、モータ電流検出部４により検出され、インバータ制御部５の力率角演算部９と入力電流演算部１４に入力されるよう構成されている。インバータ制御部５では誘起電圧から損失を算出して、効率が常に最大となるよう出力指令を生成する。インバータ制御部５の出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動して、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータを駆動制御するよう構成されている。
【００２２】
次に、実施の形態１のモータ制御装置におけるインバータ制御装置での演算処理について説明する。
モータ電流検出部４からのモータ電流を示す出力は、力率角演算部９に入力される。また、周波数設定部６の設定周波数を示す出力は、波形生成部８を介して力率角演算部９に入力される。このように各信号が入力された力率角演算部９において、力率角φが算出される。具体的には、次のようにして算出される。例えば、Ｕ相電流ｉｕは、検出される瞬時電流で表現すると下記式（３）のように示される。
【００２３】
ｉｕ＝√（２）×Ｉｓ×ｓｉｎ（θ−φ） ・・・・・ （３）
【００２４】
式（３）より、瞬時無効電流Ｉｒ及び瞬時有効電流Ｉａは下記式（４）及び式（５）により求められる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
ただし、式（４）及び式（５）において、Ｋは定数である。
この結果、瞬時力率角φは下記式（６）により求めることができる。
【００２８】
φ＝−ｔａｎ−１（Ｉｒ／Ｉａ） ・・・・・ （６）
【００２９】
図２は、突極型ブラシレスモータのベクトル図を示す。さらに、図３にはこのベクトル図の１相あたりの等価回路を示す。図２と図３において、Ｘｑ、Ｘｄはｑ軸リラクタンス、ｄ軸リラクタンスであり、非突極型のブラシレスモータの場合には、Ｘｑ＝Ｘｄの特殊な場合として考えればよい。
式（６）により求めた力率角φは、無効分電流Ｉｒ、有効分電流Ｉａが瞬時値であるため瞬時における力率角を表している。また、定常状態では、印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓの位相差が力率角になる。従って、式（６）で求める力率角φと、図２のベクトル図に記載の印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓの位相差φは、同一である。
【００３０】
誘起電圧Ｖｏは、図２のベクトル図と図３の等価回路からわかるように、ブラシレスモータの磁石によって誘起される電圧Ｅｏと、次式（７）に示すリラクタンスによる磁束で発生する誘起電圧との合成電圧となる。
【００３１】
【００３２】
式（７）において、Ｉｄ、Ｉｑは図３の等価回路に示す出力を発生させる出力電流Ｉｏのｄ軸成分及びｑ軸成分の電流である。
【００３３】
図３において、鉄損等価抵抗Ｒｇがなければ、印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏの位相が合っているとき、モータ電流Ｉｓと出力電流Ｉｏは等しく、最小値をとる。このとき、モータ３は最も良い効率で運転できる。実際には鉄損等価抵抗Ｒｇが存在するため、最大効率となる印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏとの位相は一致しない。そこで、最大効率となる位相関係を知るためには、出力電流Ｉｏの位相と、誘起電圧Ｖｏの位相を検知する必要がある。
鉄損電流Ｉｇの位相は、図３の等価回路から、誘起電圧Ｖｏの位相と同じであることがわかる。印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏとの位相差αは次式（８）から求めることができる。ここで、位相差αは、図２の矢印の方向に取るものとする。
【００３４】
【００３５】
図１に示したインバータ制御部５において、位相差αは力率角演算部９の出力と、印加電圧Ｖｓから位相差演算部１０で求めるよう構成されている。力率角演算部９では、力率角φだけでなく、無効分電流Ｉｒや有効分電流Ｉａがすでに算出されているので、これらを利用する。式（８）におけるモータ巻線抵抗Ｒや定数Ｋは、位相差演算部１０において予め設定されている。
【００３６】
モータ３に印加される電圧は、基本的な電圧と負荷などに応じた誤差電圧との加算からなっている。基本的な電圧は、周波数設定部６で設定された周波数からＶ／ｆ変換部７において適切な電圧に変換される。負荷などよる印加電圧の過不足分に相当する誤差電圧は、位相差指令部１１の出力と位相差演算部１０の出力が比較されて、誤算電圧増幅器１２において増幅されて生成される。Ｖ／ｆ変換部７の出力と誤差電圧増幅部１２の出力が加算されて、実際にモータ３に印加される電圧の大きさが決定される。周波数設定部６の出力は波形生成部８に入力され、設定周波数に応じた周期の正弦波基準波形が生成される。Ｖ／ｆ変換部７と誤差電圧増幅部１２から得られた印加電圧の大きさを示す信号と、波形生成部８から得られた正弦波基準波形を示す信号は、出力指令演算部１３に入力される。出力指令演算部１３では３相正弦波の印加電圧が生成され、インバータ回路２へ出力される。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動して、直流電源１の直流電圧を所望の３相交流電圧に変換し、モータ３を駆動制御する。
【００３７】
誘起電圧Ｖｏは、図２のベクトル図から次式（９）で求められる。
【００３８】
Ｖｏ＝Ｖｓ×ｃｏｓα−Ｒ×Ｉｓ×ｃｏｓ（φ−α） ・・・・・ （９）
【００３９】
実施の形態１におけるモータ制御装置において、図１に示すように、誘起電圧演算部１５は、式（９）に基づいて印加電圧Ｖｓ、モータ電流Ｉｓ、力率角φ、及び位相差αから誘起電圧Ｖｏを算出する。モータ電流検出部４により算出される電流は３相交流（または２相分）であるので、モータ制御のためには瞬時実効値に変換しておく必要がある。このため、入力電流演算部１４では、モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力からモータ電流瞬時実効値である入力電流が算出される。つまり、モータ電流Ｉｓの実効値と入力電流は等価であるが制御系においてはこの２つを区別している。
【００４０】
具体的には、入力電流演算部１４では、力率角演算部９と同様に無効分電流Ｉａと有効分電流Ｉｒからモータ電流Ｉｓが求められる。即ち、入力電流演算部１４では下記式（１０）の演算が行われる。
【００４１】
Ｉｓ２＝（Ｉａ２＋Ｉｒ２）／Ｋ２ ・・・・・ （１０）
【００４２】
実施の形態１においては、入力電流演算部１４においてモータ電流Ｉｓを求めるよう構成したが、もちろんモータ電流Ｉｓを力率角演算部９から直接求めたり、あるいは、３相モータ電流から直接求めることもできる。すなわち、下記式（１１）から算出することも可能である。
【００４３】
【００４４】
誘起電圧Ｖｏは、図３の等価回路からもわかるように、鉄損等価抵抗Ｒｇの両端電圧であるので、鉄損電流Ｉｇは鉄損電流演算部１６で設定された鉄損等価抵抗Ｒｇと誘起電圧Ｖｏから求められる。
入力電流Ｉｓは出力電流Ｉｏと鉄損電流Ｉｇのベクトル合成になるので、図２のベクトル図を基に次式（１２）で求められる。
【００４５】
【００４６】
図１の出力電流演算部１７において、式（１２）に基づいて、出力電流Ｉｏは入力電流（モータ電流Ｉｓ）と鉄損電流Ｉｇと力率角φと位相差αから求められる。
【００４７】
一方、入力電流Ｉｓと出力電流Ｉｏとの位相γは下記式（１３）により求められる。
【００４８】
【００４９】
出力電力Ｐｏは下記式（１４）により表される。
【００５０】
Ｐｏ＝Ｖｏ×Ｉｏ×ｃｏｓ（φ−α＋γ） ・・・・・ （１４）
【００５１】
この出力電力Ｐｏは、式（１３）と式（１４）により求められ、出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと誘起電圧Ｖｏと力率角φと位相差αから出力演算部１８において算出される。
【００５２】
入力電力Ｐｉは図３の等価回路から出力と回路損失により求めることができる。入力電力Ｐｉは下記式（１５）により表される。
【００５３】
【００５４】
式（１５）に示すように、入力電力Ｐｉは、予め設定された鉄損抵抗Ｒｇとモータ巻線抵抗Ｒを用いて、すでに演算で得られた出力電力Ｐｏから入力演算部１９で求められる。
効率演算比較部２０は、算出された出力電力と入力電力から効率を計算し、前回の効率の値と今回の効率の値とを比較して、その比較結果を示す信号を出力するように構成されている。この効率演算比較部２０は、最大効率点の探索機能を有している。
【００５５】
効率演算比較部２０の出力は、位相差指令部１１にフィードバックされて位相差指令値を変更する。このように位相差指令値が変更されて、実施の形態１のモータ制御装置は効率が最大になるようにモータ３を駆動制御する。
上記のように、実施の形態１のモータ制御装置においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御するよう構成されているため、モータ３を安定して高効率で駆動することができる。
なお、実施の形態１では、メインのフィードバックループを位相差指令と位相差演算結果の誤差を増幅するように構成しているが、無効電流指令と無効電流演算結果の誤差増幅かあるいは、力率角指令と力率演算結果の誤差増幅であっても同様の効果を得られる。
【００５６】
《実施の形態２》
次に、本発明に係る実施の形態２のモータ制御装置について図４を用いて説明する。
図４は実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図４において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態２において前述の実施の形態１と異なる点は、インバータ制御部５Ａにおいて補正電圧部２１が設けられている点である。
【００５７】
実施の形態２において、補正電圧部２１はインバータ回路２のスイッチング素子におけるスイッチング動作において、スイッチング素子の上下短絡を防止するためのデッドタイムによって生じる電圧降下分を補正している。すなわち、出力指令演算部１３の出力よりも、実際にインバータ回路２で出力される電圧はデッドタイム電圧降下分を引いた電圧になる。このデッドタイム電圧降下はモータ電流の向きによって変わるので、誘起電圧演算部１５Ａでは、モータ電流検出部４の出力から極性を判定して、補正電圧部２１からの出力を用いて電圧降下分の補正を行っている。
上記のように、実施の形態２においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御し、電圧降下分の補正を行っているので、モータ３を安定して高精度で高効率で駆動することができる。
【００５８】
《実施の形態３》
次に、本発明に係る実施の形態３のモータ制御装置について図５を用いて説明する。
図５は実施の形態３のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図５において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態３において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３への印加電圧を検出するモータ電圧検出部２２が設けられている点と、インバータ制御部５Ｂにおいて出力電圧演算部２３が設けられている点である。
【００５９】
実施の形態３において、インバータ制御部５Ｂの出力電圧演算部２３は、インバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。即ち、モータ電圧検出部２２で得られたＰＷＭ波形をフィルタリングして得られた３相電圧信号ｖｕ、ｖｖ、ｖｗは式（１１）と同様にして、下記式（１６）で変換される。
【００６０】
【００６１】
Ｋは定数であるので、式（１６）より実際の印加電圧Ｖｓを求めることができる。
実施の形態３において、Ｖ／ｆ変換部７と誤差電圧増幅部１２から得られた印加電圧の大きさを示す信号と、波形生成部８から得られた正弦波基準波形を示す信号が出力指令演算部１３に入力されて、出力指令演算部１３においてインバータ回路２へ入力される３相正弦波の印加電圧が生成される。前述の実施の形態１においては、出力指令演算部１３への入力が誘起電圧演算部１５と位相差演算部１０に入力されるよう構成されていたが、実施の形態３においては、出力電圧演算部２３の出力が誘起電圧演算部１５と位相差演算部１０に入力されるよう構成されている。
【００６２】
上記のように構成することにより、実施の形態３のモータ制御装置においては、モータ３への印加電圧を直接的に検知しているため、高精度の印加電圧を得ることができる。これにより、実施の形態３のモータ制御装置は、検知された印加電圧を基に誘起電圧演算部１５において誘起電圧を算出できるため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御ができる。
【００６３】
《実施の形態４》
次に、本発明に係る実施の形態４のモータ制御装置について図６を用いて説明する。
図６は実施の形態４のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図６において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態４において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３への印加電圧を検出するモータ電圧検出部２２が設けられている点と、インバータ制御部５Ｃにおいて誘起電圧検出部２４が設けられている点である。
【００６４】
実施の形態４において、インバータ制御部５Ｃの誘起電圧検出部２４は、モータ電圧検出部２２と入力電流演算部１４と波形生成部８からの出力が入力され、誘起電圧Ｖｏを直接的に算出するよう構成されている。算出された誘起電圧Ｖｏは、出力演算部１８に入力され前述の実施の形態１と同様に演算処理される。
誘起電圧検出部２４は、インバータ回路２の出力電圧である印加電圧Ｖｓを取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。そして、誘起電圧検出部２４は、印加電圧Ｖｓからモータ巻線抵抗Ｒによる電圧降下分を差し引き誘起電圧Ｖｏを算出する。この演算は、求められた印加電圧Ｖｓと入力電流演算部１４の出力であるモータ電流実行値Ｉｓを用いて、瞬時値で次式（１７）で表せられる。
【００６５】
Ｖｏ＝Ｖｓ−Ｒ×Ｉｓ ・・・・・ （１７）
【００６６】
上記のように、実施の形態４の誘起電圧検出部２４において式（１７）により誘起電圧Ｖｏを直接求めることができる。したがって、実施の形態４のモータ制御装置においては、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御ができる。
【００６７】
《実施の形態５》
次に、本発明に係る実施の形態５のモータ制御装置について図７を用いて説明する。
図７は実施の形態５のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図７において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態５において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３のロータの位置を検出する位置検出センサ２５が設けられている点と、この位置検出センサ２５からの出力をインバータ制御部５Ｄにおいて処理できるよう構成されている点である。
【００６８】
実施の形態５のモータ制御装置において、モータ３には位置検出センサ２５が設けられており、ロータの位置を機械的に検出できるよう構成されている。位置検出センサ２５の出力は、インバータ制御部５Ｄのロータ位置検出部２６に入力され、３相のコミュテーション信号に変換される。このコミュテーション信号は、波形生成部８の基準正弦波の位相作成とインバータ回路２の相選択に使用される。
コミュテーション信号の周期を計測することにより、ロータの回転周波数を検出することができるため、ロータ位置検出部２６からの出力であるコミュテーション信号は、回転周波数検出部２７に入力されて、モータ３の回転周波数が検出される。
【００６９】
回転周波数検出部２７において検出された回転周波数は、周波数設定部６で設定された周波数と差分処理され、周波数誤差演算部２８でこの周波数誤差が増幅される。このように算出された周波数誤差信号は出力指令演算部１３に入力され、フィードバックされるよう構成されている。
【００７０】
実施の形態５のモータ制御装置においては、位置位相補償部２９が設けられている。ロータ位置検出部２６の出力から基準となる正弦波位相を作成するが、ロータ位置検出部２６から得られる信号は機械的にロータと固定された位置関係を示すので、図２に示したベクトル図の誘起電圧Ｖｏが回転周波数や入力電流の値によって変化しても位相関係を適切に制御できないという問題がある。
即ち、ロータ位置検出部２６で得られる基準となる位相は、図２のベクトル図では、例えば磁石による誘起電圧Ｅｏの位相との関係が固定される。説明を簡単にするために、基準となる位相は磁石による誘起電圧Ｅｏの位相に一致しているとする。式（７）からリラクタンスによる誘起電圧は、モータ定数であるインダクタンスと回転周波数と電流の積からなるので、磁石とリラクタンスによる合成された誘起電圧Ｖｏの位相は、磁石による誘起電圧Ｅｏの位相に対して回転周波数と電流によって変化する。この結果、モータ印加電圧も磁石による誘起電圧Ｅｏに対して回転周波数と電流によって変化するので、モータ印加電圧の位相は、ロータ位置検出部２６から得られる基準位相を補償する必要がある。
そこで、位置位相補償部２９では回転周波数と入力電流と効率演算比較部２０の出力によって、ロータ位置検出部２６からの出力における位相を最適な位相となるよう補償している。位置位相補償部２９の出力は波形生成部８に入力され、波形生成部８で設定周波数に応じた周期の正弦波基準波形が生成される。
【００７１】
モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力は、力率角演算部９に入力されて、力率角φが算出される。次に、位相差演算部１０は力率角演算部９の出力と印加電圧Ｖｓから位相差αを算出する。この位相差αの演算において、モータ巻線抵抗Ｒや定数Ｋは位相差演算部１０において予め設定されている。
波形生成部８の出力と周波数誤差演算部２８の出力は出力指令演算部１３に入力され、この出力指令演算部１３では３相正弦波の印加電圧が形成される。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動し、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ３を駆動制御する。
【００７２】
誘起電圧Ｖｏは、印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓと力率角φ及び位相差αから誘起電圧演算部１５において求められる。モータ電流検出部４から得られる電流は３相交流（または２相分）であるので、モータ制御においては瞬時実効値に変換しておく必要がある。このため、モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力からモータ電流瞬時実効値である入力電流Ｉｓが、入力電流演算部１４で求められる。
鉄損電流Ｉｇは鉄損電流演算部１６で設定された鉄損等価抵抗Ｒｇと誘起電圧Ｖｏから求められる。出力電流Ｉｏは、出力電流演算部１７で入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと力率角φと位相差αから求められる。出力演算部１８において、出力電力Ｐｏは、前述の式（１３）と式（１４）により、出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと誘起電圧Ｖｏと力率角φと位相差αから求められる。
【００７３】
入力電力Ｐｉは、出力電力Ｐｏと回路損失とにより求めることができるので、予め設定された鉄損抵抗Ｒｇとモータ巻線抵抗Ｒを用いて、すでに演算で得られた各出力から入力演算部１９において求められる。効率演算比較部２０では、出力電力Ｐｏと入力電力Ｐｉから効率を計算して、前回の効率の値と今回の効率の値とを比較してその比較結果に応じた信号を出力するように構成されており、最大効率点の探索機能を有している。効率演算比較部２０の出力は、位置位相補償部２９にフィードバックされて位相を変更して、効率が最大になるように制御される。
上記のように構成された実施の形態５のモータ制御装置においては、機械的な位相に基づき自動的に常に最大効率点を追従しながら位相差指令値を制御するので、モータ３をより安定して高効率で駆動制御することができる。
【００７４】
《実施の形態６》
次に、本発明に係る実施の形態６のモータ制御装置について図８を用いて説明する。
図８は実施の形態６のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図８において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態６のモータ制御装置は、前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置に実施の形態２で説明した補正電圧部２１を設けた装置である。したがって、実施の形態６における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７５】
実施の形態６のモータ制御装置において、モータ３に位置検出センサ２５が設けられており、インバータ制御部５Ｅには補正電圧部２１が設けられている。
電圧補正部２１は、前述の実施の形態２において説明したように、インバータ回路２のスイッチング素子の上下短絡を防止するためのデッドタイムによって生じる電圧降下分を補正している。このデッドタイム電圧降下はモータ電流の向きによって変わるので、誘起電圧演算部１５では、モータ電流検出部４の出力から極性を判定して、電圧降下分の補正を行っている。
上記のように構成された実施の形態６のモータ制御装置においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御し、電圧降下分の補正を行っているので、モータ３を安定して高精度で高効率で駆動制御することができる。
【００７６】
《実施の形態７》
次に、本発明に係る実施の形態７のモータ制御装置について図９を用いて説明する。
図９は実施の形態７のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図９において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態７のモータ制御装置は、前述の図５に示した実施の形態３のモータ制御装置と前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置とを組み合わせた装置であり、実施の形態３で説明した出力電圧演算部２３と実施の形態５で説明した位置検出センサ２５を設けた装置である。したがって、実施の形態７における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７７】
実施の形態７のモータ制御装置において、インバータ制御部５Ｆの出力電圧演算部２３はインバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。波形生成部８の出力は、力率角演算部９、出力指令演算部１３、入力電流演算部１４、出力電圧演算部２３に入力されている。出力指令演算部１３は、波形生成部８の出力と周波数誤差演算部２８の出力が入力され、３相正弦波の印加電圧を形成する。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動し、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ３を駆動制御する。
上記のように構成された実施の形態７のモータ制御装置においては、モータ３への印加電圧を高精度で算出できるとともに、この算出された電圧を基に誘起電圧演算部１５で誘起電圧Ｖｏを算出するよう構成されているため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御することができる。
【００７８】
《実施の形態８》
次に、本発明に係る実施の形態８のモータ制御装置について図１０を用いて説明する。
図１０は実施の形態８のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１０において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態８のモータ制御装置は、前述の図６に示した実施の形態４のモータ制御装置と前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置とを組み合わせた装置であり、実施の形態４で説明した誘起電圧検出部２４と実施の形態５で説明した位置検出センサ２５を設けた装置である。したがって、実施の形態８における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７９】
実施の形態８のモータ制御装置において、誘起電圧検出部２４は、インバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換され、モータ巻線抵抗Ｒによる電圧降下分を差し引くよう構成されている。
上記のように構成された実施の形態８のモータ制御装置においては、誘起電圧を直接求めることができるため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上、実施の形態について詳細に説明したところから明らかなように、本発明のモータ制御装置は次の効果を有する。
本発明のモータ制御装置においては、鉄損を求めて損失と出力及び入力を算出し、算出された出力と入力から効率を求めて、前回値と今回値とを比較し、その比較結果に基づきモータ印加電圧と誘起電圧の位相指令値を変更するよう制御しているので、モータを常に最大効率点に追従して駆動することができ、安定して高効率駆動が可能となるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
【００８１】
本発明のモータ制御装置においては、インバータ回路の出力電圧を検出して誘起電圧を演算により算出するよう構成されているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、インバータ回路の出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成されているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、モータに直結された位置検出センサからの信号から得られた位置検出の位相を回転周波数と電流及び効率演算結果に基づき変更するよう制御しているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【００８２】
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成されているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【００８３】
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成されているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の突極型ブラシレスにおけるモータ印加電圧とモータ電流と誘起電圧及びそれらの位相差を示すベクトル図である。
【図３】図１のブラシレスモータの１相あたりの等価回路である。
【図４】本発明に係る実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る実施の形態３のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る実施の形態４のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る実施の形態５のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る実施の形態６のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施の形態７のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態８のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ モータ
４ モータ電流検出部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ インバータ制御部
６ 周波数設定部
７ Ｖ／ｆ変換部
８ 波形生成部
９ 力率角演算部
１０ 位相差演算部
１１ 位相差指令部
１２ 誤差電圧演算部
１３ 出力指令演算部
１４ 入力電流演算部
１５，１５Ａ 誘起電圧演算部
１６ 鉄損電流演算部
１７ 出力電流演算部
１８ 出力演算部
１９ 入力演算部
２０ 効率演算比較部
２１ 補正電圧部
２２ モータ電圧検出部
２３ 出力電圧演算部
２４ 誘起電圧検出部
２５ 位置検出センサ
２６ ロータ位置検出部
２７ 回転周波数検出部
２８ 誤差周波数演算部
２９ 位置位相補償部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関わり、特に、最大効率に追従してブラシレスモータを駆動するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモータ、特に永久磁石をロータ内部に埋め込んだ磁石埋め込み型ブラシレスモータ（以下ＩＰＭモータと呼ぶ）を高効率駆動する制御方法において、一般的には最大トルク制御が行われていた。このようなＩＰＭモータにおける最大トルク制御の事例としては、例えば、特開２０００―２６２０８９公報に開示された制御方法があった。この公報に開示された制御方法では、ＩＰＭモータを駆動する場合、リラクタンストルクを利用した最大トルク制御を行うことによって、トルク／電流の最大化を図り、銅損を最小限に抑えて、高効率駆動を実現しようとしていた。
【０００３】
以下、図１１を用いて従来のＩＰＭモータの最大トルク制御について説明する。図１１は、従来のＩＰＭモータのモータ制御方法の構成を示すブロック図である。
図１１に示すように、モータ３の電流と電圧は、それぞれモータ電流検出部４とモータ電圧検出部２２により検出され、無効電力演算部３２に入力される。無効電力演算部３２においては、モータ３に入力されている無効電力が演算される。
最大トルク制御の条件式は下記式（１）となる（電気学会研究会資料「リング磁石埋込形ＰＭモータの諸特性」ＲＭ−９５−１５参照）。
【０００４】
式（１）において、Ψｍは埋め込み磁石が作る鎖交磁束であり、鎖交磁束によって生じる誘起電圧の方向をｑ軸、このｑ軸に直交して回転方向に９０°位相の進んだ軸をｄ軸とすると、Ｌｄ，Ｌｑはそれぞれｄ軸及びｑ軸のインダクタンス、Ｉｄ，Ｉｑはそれぞれモータ電流Ｉｓのｄ軸成分及びｑ軸成分を表している。
【０００６】
ロータの位置を検出するための位置検出センサがない場合には、ｄ軸モータ電流Ｉｄとｑ軸モータ電流Ｉｑを直接求めることができないので、無効電力を使った式に展開する。
【０００７】
式（２）において、Ｖｓは印加電圧、Ｉｒは無効電流、ｋは係数である。式（２）の右辺が最大トルク制御の条件を加えた無効電力の目標値であり、左辺は無効電力の実際値を示している。
【０００９】
図１１において、周波数設定部６で設定された周波数は、加減速演算部３０を通して変換部３１に送られ、角速度に変換される。無効電力目標値演算部３３では、式（２）の右辺の演算を行い、無効電力目標値が算出される。
一方、無効電力演算部３２においては、式（２）の左辺の演算を行い、モータ印加電圧Ｖｓとモータ無効電流Ｉｒから無効電力の実際値が算出される。無効電力目標値演算部３３と無効電力演算部３２の各出力は調整部３４へ送られ、調整部３４において無効電力の目標値と実際値との誤差を検出して増幅する。この誤差増幅結果は、加減速演算部３０の出力をＶ／ｆ変換部７で電圧変換した結果に加算されて、モータ印加電圧が決定される。ＰＷＭ変換部３５では、決定されたモータ印加電圧に基づきパルス幅変調してインバータ回路２のスイッチ素子を駆動制御する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のモータ制御装置では、最大トルク制御を行うことによりトルク／電流の最大化を図り、銅損を最小限に抑えて高効率駆動制御を行おうとしていた。そこで、最大トルクを与える無効電力条件の目標値を演算によって算出し、モータ印加電圧とモータ電流から求められる無効電力の実際値との比較により、誤差電圧を求めて、出力電圧制御を行っていた。
【００１１】
しかしながら、モータ制御における効率は出力に対する損失の割合、即ち入力に対する出力の比であるが、従来のモータ制御装置においては、損失条件のうち鉄損を無視して銅損のみに着目しているため、実際の最大効率点でのモータ制御を行っていなかった。
本発明の目的は、常に最大効率を追従して最大効率点で確実に制御できるモータ制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであり、本発明に係るモータ制御装置は、
直流電源の直流電圧を交流電圧に変換してブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記周波数設定部から出力された周波数を電圧に変換するＶ／ｆ変換部と、
前記周波数設定部に設定された回転周波数を回転位相に変換して波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
位相差の指令値を出力する位相差指令部と、
前記位相差指令部と前記位相差演算部との出力から誤差電圧を演算する誤差電圧演算部と、
前記波形生成部、前記誤差電圧演算部、及び前記Ｖ／ｆ変換部の出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御するための出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位相差指令部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、出力電圧やモータ電流等から誘起電圧や鉄損電流を演算で求め、損失と出力及び入力を算出し、出力と入力から効率を求めている。そして、前回の効率の値と今回の効率の値を比較して、その比較結果に基づきモータ印加電圧と誘起電圧の位相指令値を変更するように制御して、常に最大効率点に追従して駆動して、モータを安定して高効率駆動を行う。
【００１３】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、
前記誘起電圧演算部が、前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差と前記モータ電流と前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するよう制御しているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１４】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力によって座標変換する出力電圧演算部と、を有し、
前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、
前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成しているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１５】
さらに、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有する。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めているため、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータを安定して高効率で駆動できる。
【００１６】
他の観点の発明のモータ制御装置は、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して位置検出センサを直結したブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記位置検出センサの出力から前記ブラシレスモータのロータ位置信号に変換するロータ位置検出部と、
前記ロータ位置検出部の出力から前記ブラシレスモータの回転周波数を求める回転周波数検出部と、
位置検出センサの位置位相から回転周波数と負荷状態によって位相を補償する位置位相補償部と、
前記位置位相補償部の出力から回転位相に変換し波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
前記周波数設定部の出力と前記回転周波数検出部の出力の誤差を求め、増幅する誤差周波数演算部と、
前記誤差周波数演算部と前記波形生成部との出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御する出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差周波数演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記出力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位置位相補償部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、モータに直結された位置検出センサからの信号による位置検出の位相を回転周波数と電流及び効率演算結果に基づき変更するよう制御しているため、機械的な位相に基づき常に最大効率点に追従して駆動でき、より安定して高効率駆動が可能となる。
【００１７】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、
前記誘起電圧演算部が、前記誤差周波数演算部の出力と、前記入力電流と、前記力率角と、前記位相差と、前記モータ電流と、前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差周波数演算部の出力電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているため、機械的な位相に基づきより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００１８】
また、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力から座標変換する出力電圧演算部と、を有し、
前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、
前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成した。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成しているため、機械的な位相に基づきより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００１９】
さらに、本発明のモータ制御装置において、前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、
前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有する。このように構成することにより、本発明のモータ制御装置においては、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成しているため、機械的な位相に基づき、より高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率で駆動できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るモータ制御装置の好適な実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。
【００２１】
《実施の形態１》
図１は実施の形態１の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、モータ３の電流は、モータ電流検出部４により検出され、インバータ制御部５の力率角演算部９と入力電流演算部１４に入力されるよう構成されている。インバータ制御部５では誘起電圧から損失を算出して、効率が常に最大となるよう出力指令を生成する。インバータ制御部５の出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動して、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータを駆動制御するよう構成されている。
【００２２】
次に、実施の形態１のモータ制御装置におけるインバータ制御装置での演算処理について説明する。
モータ電流検出部４からのモータ電流を示す出力は、力率角演算部９に入力される。また、周波数設定部６の設定周波数を示す出力は、波形生成部８を介して力率角演算部９に入力される。このように各信号が入力された力率角演算部９において、力率角φが算出される。具体的には、次のようにして算出される。例えば、Ｕ相電流ｉｕは、検出される瞬時電流で表現すると下記式（３）のように示される。
【００２３】
ｉｕ＝√（２）×Ｉｓ×ｓｉｎ（θ−φ） ・・・・・ （３）
【００２４】
式（３）より、瞬時無効電流Ｉｒ及び瞬時有効電流Ｉａは下記式（４）及び式（５）により求められる。
【００２５】
ただし、式（４）及び式（５）において、Ｋは定数である。
この結果、瞬時力率角φは下記式（６）により求めることができる。
【００２８】
φ＝−ｔａｎ−１（Ｉｒ／Ｉａ） ・・・・・ （６）
【００２９】
図２は、突極型ブラシレスモータのベクトル図を示す。さらに、図３にはこのベクトル図の１相あたりの等価回路を示す。図２と図３において、Ｘｑ、Ｘｄはｑ軸リラクタンス、ｄ軸リラクタンスであり、非突極型のブラシレスモータの場合には、Ｘｑ＝Ｘｄの特殊な場合として考えればよい。
式（６）により求めた力率角φは、無効分電流Ｉｒ、有効分電流Ｉａが瞬時値であるため瞬時における力率角を表している。また、定常状態では、印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓの位相差が力率角になる。従って、式（６）で求める力率角φと、図２のベクトル図に記載の印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓの位相差φは、同一である。
【００３０】
誘起電圧Ｖｏは、図２のベクトル図と図３の等価回路からわかるように、ブラシレスモータの磁石によって誘起される電圧Ｅｏと、次式（７）に示すリラクタンスによる磁束で発生する誘起電圧との合成電圧となる。
【００３１】
式（７）において、Ｉｄ、Ｉｑは図３の等価回路に示す出力を発生させる出力電流Ｉｏのｄ軸成分及びｑ軸成分の電流である。
【００３３】
図３において、鉄損等価抵抗Ｒｇがなければ、印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏの位相が合っているとき、モータ電流Ｉｓと出力電流Ｉｏは等しく、最小値をとる。このとき、モータ３は最も良い効率で運転できる。実際には鉄損等価抵抗Ｒｇが存在するため、最大効率となる印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏとの位相は一致しない。そこで、最大効率となる位相関係を知るためには、出力電流Ｉｏの位相と、誘起電圧Ｖｏの位相を検知する必要がある。
鉄損電流Ｉｇの位相は、図３の等価回路から、誘起電圧Ｖｏの位相と同じであることがわかる。印加電圧Ｖｓと誘起電圧Ｖｏとの位相差αは次式（８）から求めることができる。ここで、位相差αは、図２の矢印の方向に取るものとする。
【００３４】
図１に示したインバータ制御部５において、位相差αは力率角演算部９の出力と、印加電圧Ｖｓから位相差演算部１０で求めるよう構成されている。力率角演算部９では、力率角φだけでなく、無効分電流Ｉｒや有効分電流Ｉａがすでに算出されているので、これらを利用する。式（８）におけるモータ巻線抵抗Ｒや定数Ｋは、位相差演算部１０において予め設定されている。
【００３６】
モータ３に印加される電圧は、基本的な電圧と負荷などに応じた誤差電圧との加算からなっている。基本的な電圧は、周波数設定部６で設定された周波数からＶ／ｆ変換部７において適切な電圧に変換される。負荷などよる印加電圧の過不足分に相当する誤差電圧は、位相差指令部１１の出力と位相差演算部１０の出力が比較されて、誤算電圧増幅器１２において増幅されて生成される。Ｖ／ｆ変換部７の出力と誤差電圧増幅部１２の出力が加算されて、実際にモータ３に印加される電圧の大きさが決定される。周波数設定部６の出力は波形生成部８に入力され、設定周波数に応じた周期の正弦波基準波形が生成される。Ｖ／ｆ変換部７と誤差電圧増幅部１２から得られた印加電圧の大きさを示す信号と、波形生成部８から得られた正弦波基準波形を示す信号は、出力指令演算部１３に入力される。出力指令演算部１３では３相正弦波の印加電圧が生成され、インバータ回路２へ出力される。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動して、直流電源１の直流電圧を所望の３相交流電圧に変換し、モータ３を駆動制御する。
【００３７】
誘起電圧Ｖｏは、図２のベクトル図から次式（９）で求められる。
【００３８】
Ｖｏ＝Ｖｓ×ｃｏｓα−Ｒ×Ｉｓ×ｃｏｓ（φ−α） ・・・・・ （９）
【００３９】
実施の形態１におけるモータ制御装置において、図１に示すように、誘起電圧演算部１５は、式（９）に基づいて印加電圧Ｖｓ、モータ電流Ｉｓ、力率角φ、及び位相差αから誘起電圧Ｖｏを算出する。モータ電流検出部４により算出される電流は３相交流（または２相分）であるので、モータ制御のためには瞬時実効値に変換しておく必要がある。このため、入力電流演算部１４では、モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力からモータ電流瞬時実効値である入力電流が算出される。つまり、モータ電流Ｉｓの実効値と入力電流は等価であるが制御系においてはこの２つを区別している。
【００４０】
具体的には、入力電流演算部１４では、力率角演算部９と同様に無効分電流Ｉａと有効分電流Ｉｒからモータ電流Ｉｓが求められる。即ち、入力電流演算部１４では下記式（１０）の演算が行われる。
【００４１】
Ｉｓ２＝（Ｉａ２＋Ｉｒ２）／Ｋ２ ・・・・・ （１０）
【００４２】
実施の形態１においては、入力電流演算部１４においてモータ電流Ｉｓを求めるよう構成したが、もちろんモータ電流Ｉｓを力率角演算部９から直接求めたり、あるいは、３相モータ電流から直接求めることもできる。すなわち、下記式（１１）から算出することも可能である。
【００４３】
誘起電圧Ｖｏは、図３の等価回路からもわかるように、鉄損等価抵抗Ｒｇの両端電圧であるので、鉄損電流Ｉｇは鉄損電流演算部１６で設定された鉄損等価抵抗Ｒｇと誘起電圧Ｖｏから求められる。
入力電流Ｉｓは出力電流Ｉｏと鉄損電流Ｉｇのベクトル合成になるので、図２のベクトル図を基に次式（１２）で求められる。
【００４５】
図１の出力電流演算部１７において、式（１２）に基づいて、出力電流Ｉｏは入力電流（モータ電流Ｉｓ）と鉄損電流Ｉｇと力率角φと位相差αから求められる。
【００４７】
一方、入力電流Ｉｓと出力電流Ｉｏとの位相γは下記式（１３）により求められる。
【００４８】
出力電力Ｐｏは下記式（１４）により表される。
【００５０】
Ｐｏ＝Ｖｏ×Ｉｏ×ｃｏｓ（φ−α＋γ） ・・・・・ （１４）
【００５１】
この出力電力Ｐｏは、式（１３）と式（１４）により求められ、出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと誘起電圧Ｖｏと力率角φと位相差αから出力演算部１８において算出される。
【００５２】
入力電力Ｐｉは図３の等価回路から出力と回路損失により求めることができる。入力電力Ｐｉは下記式（１５）により表される。
【００５３】
式（１５）に示すように、入力電力Ｐｉは、予め設定された鉄損抵抗Ｒｇとモータ巻線抵抗Ｒを用いて、すでに演算で得られた出力電力Ｐｏから入力演算部１９で求められる。
効率演算比較部２０は、算出された出力電力と入力電力から効率を計算し、前回の効率の値と今回の効率の値とを比較して、その比較結果を示す信号を出力するように構成されている。この効率演算比較部２０は、最大効率点の探索機能を有している。
【００５５】
効率演算比較部２０の出力は、位相差指令部１１にフィードバックされて位相差指令値を変更する。このように位相差指令値が変更されて、実施の形態１のモータ制御装置は効率が最大になるようにモータ３を駆動制御する。
上記のように、実施の形態１のモータ制御装置においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御するよう構成されているため、モータ３を安定して高効率で駆動することができる。
なお、実施の形態１では、メインのフィードバックループを位相差指令と位相差演算結果の誤差を増幅するように構成しているが、無効電流指令と無効電流演算結果の誤差増幅かあるいは、力率角指令と力率演算結果の誤差増幅であっても同様の効果を得られる。
【００５６】
《実施の形態２》
次に、本発明に係る実施の形態２のモータ制御装置について図４を用いて説明する。
図４は実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図４において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態２において前述の実施の形態１と異なる点は、インバータ制御部５Ａにおいて補正電圧部２１が設けられている点である。
【００５７】
実施の形態２において、補正電圧部２１はインバータ回路２のスイッチング素子におけるスイッチング動作において、スイッチング素子の上下短絡を防止するためのデッドタイムによって生じる電圧降下分を補正している。すなわち、出力指令演算部１３の出力よりも、実際にインバータ回路２で出力される電圧はデッドタイム電圧降下分を引いた電圧になる。このデッドタイム電圧降下はモータ電流の向きによって変わるので、誘起電圧演算部１５Ａでは、モータ電流検出部４の出力から極性を判定して、補正電圧部２１からの出力を用いて電圧降下分の補正を行っている。
上記のように、実施の形態２においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御し、電圧降下分の補正を行っているので、モータ３を安定して高精度で高効率で駆動することができる。
【００５８】
《実施の形態３》
次に、本発明に係る実施の形態３のモータ制御装置について図５を用いて説明する。
図５は実施の形態３のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図５において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態３において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３への印加電圧を検出するモータ電圧検出部２２が設けられている点と、インバータ制御部５Ｂにおいて出力電圧演算部２３が設けられている点である。
【００５９】
実施の形態３において、インバータ制御部５Ｂの出力電圧演算部２３は、インバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。即ち、モータ電圧検出部２２で得られたＰＷＭ波形をフィルタリングして得られた３相電圧信号ｖｕ、ｖｖ、ｖｗは式（１１）と同様にして、下記式（１６）で変換される。
【００６０】
Ｋは定数であるので、式（１６）より実際の印加電圧Ｖｓを求めることができる。
実施の形態３において、Ｖ／ｆ変換部７と誤差電圧増幅部１２から得られた印加電圧の大きさを示す信号と、波形生成部８から得られた正弦波基準波形を示す信号が出力指令演算部１３に入力されて、出力指令演算部１３においてインバータ回路２へ入力される３相正弦波の印加電圧が生成される。前述の実施の形態１においては、出力指令演算部１３への入力が誘起電圧演算部１５と位相差演算部１０に入力されるよう構成されていたが、実施の形態３においては、出力電圧演算部２３の出力が誘起電圧演算部１５と位相差演算部１０に入力されるよう構成されている。
【００６２】
上記のように構成することにより、実施の形態３のモータ制御装置においては、モータ３への印加電圧を直接的に検知しているため、高精度の印加電圧を得ることができる。これにより、実施の形態３のモータ制御装置は、検知された印加電圧を基に誘起電圧演算部１５において誘起電圧を算出できるため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御ができる。
【００６３】
《実施の形態４》
次に、本発明に係る実施の形態４のモータ制御装置について図６を用いて説明する。
図６は実施の形態４のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図６において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態４において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３への印加電圧を検出するモータ電圧検出部２２が設けられている点と、インバータ制御部５Ｃにおいて誘起電圧検出部２４が設けられている点である。
【００６４】
実施の形態４において、インバータ制御部５Ｃの誘起電圧検出部２４は、モータ電圧検出部２２と入力電流演算部１４と波形生成部８からの出力が入力され、誘起電圧Ｖｏを直接的に算出するよう構成されている。算出された誘起電圧Ｖｏは、出力演算部１８に入力され前述の実施の形態１と同様に演算処理される。
誘起電圧検出部２４は、インバータ回路２の出力電圧である印加電圧Ｖｓを取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。そして、誘起電圧検出部２４は、印加電圧Ｖｓからモータ巻線抵抗Ｒによる電圧降下分を差し引き誘起電圧Ｖｏを算出する。この演算は、求められた印加電圧Ｖｓと入力電流演算部１４の出力であるモータ電流実行値Ｉｓを用いて、瞬時値で次式（１７）で表せられる。
【００６５】
Ｖｏ＝Ｖｓ−Ｒ×Ｉｓ ・・・・・ （１７）
【００６６】
上記のように、実施の形態４の誘起電圧検出部２４において式（１７）により誘起電圧Ｖｏを直接求めることができる。したがって、実施の形態４のモータ制御装置においては、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御ができる。
【００６７】
《実施の形態５》
次に、本発明に係る実施の形態５のモータ制御装置について図７を用いて説明する。
図７は実施の形態５のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図７において、前述の実施の形態１と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態５において前述の実施の形態１と異なる点は、モータ３のロータの位置を検出する位置検出センサ２５が設けられている点と、この位置検出センサ２５からの出力をインバータ制御部５Ｄにおいて処理できるよう構成されている点である。
【００６８】
実施の形態５のモータ制御装置において、モータ３には位置検出センサ２５が設けられており、ロータの位置を機械的に検出できるよう構成されている。位置検出センサ２５の出力は、インバータ制御部５Ｄのロータ位置検出部２６に入力され、３相のコミュテーション信号に変換される。このコミュテーション信号は、波形生成部８の基準正弦波の位相作成とインバータ回路２の相選択に使用される。
コミュテーション信号の周期を計測することにより、ロータの回転周波数を検出することができるため、ロータ位置検出部２６からの出力であるコミュテーション信号は、回転周波数検出部２７に入力されて、モータ３の回転周波数が検出される。
【００６９】
回転周波数検出部２７において検出された回転周波数は、周波数設定部６で設定された周波数と差分処理され、周波数誤差演算部２８でこの周波数誤差が増幅される。このように算出された周波数誤差信号は出力指令演算部１３に入力され、フィードバックされるよう構成されている。
【００７０】
実施の形態５のモータ制御装置においては、位置位相補償部２９が設けられている。ロータ位置検出部２６の出力から基準となる正弦波位相を作成するが、ロータ位置検出部２６から得られる信号は機械的にロータと固定された位置関係を示すので、図２に示したベクトル図の誘起電圧Ｖｏが回転周波数や入力電流の値によって変化しても位相関係を適切に制御できないという問題がある。
即ち、ロータ位置検出部２６で得られる基準となる位相は、図２のベクトル図では、例えば磁石による誘起電圧Ｅｏの位相との関係が固定される。説明を簡単にするために、基準となる位相は磁石による誘起電圧Ｅｏの位相に一致しているとする。式（７）からリラクタンスによる誘起電圧は、モータ定数であるインダクタンスと回転周波数と電流の積からなるので、磁石とリラクタンスによる合成された誘起電圧Ｖｏの位相は、磁石による誘起電圧Ｅｏの位相に対して回転周波数と電流によって変化する。この結果、モータ印加電圧も磁石による誘起電圧Ｅｏに対して回転周波数と電流によって変化するので、モータ印加電圧の位相は、ロータ位置検出部２６から得られる基準位相を補償する必要がある。
そこで、位置位相補償部２９では回転周波数と入力電流と効率演算比較部２０の出力によって、ロータ位置検出部２６からの出力における位相を最適な位相となるよう補償している。位置位相補償部２９の出力は波形生成部８に入力され、波形生成部８で設定周波数に応じた周期の正弦波基準波形が生成される。
【００７１】
モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力は、力率角演算部９に入力されて、力率角φが算出される。次に、位相差演算部１０は力率角演算部９の出力と印加電圧Ｖｓから位相差αを算出する。この位相差αの演算において、モータ巻線抵抗Ｒや定数Ｋは位相差演算部１０において予め設定されている。
波形生成部８の出力と周波数誤差演算部２８の出力は出力指令演算部１３に入力され、この出力指令演算部１３では３相正弦波の印加電圧が形成される。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動し、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ３を駆動制御する。
【００７２】
誘起電圧Ｖｏは、印加電圧Ｖｓとモータ電流Ｉｓと力率角φ及び位相差αから誘起電圧演算部１５において求められる。モータ電流検出部４から得られる電流は３相交流（または２相分）であるので、モータ制御においては瞬時実効値に変換しておく必要がある。このため、モータ電流検出部４の出力と波形生成部８の出力からモータ電流瞬時実効値である入力電流Ｉｓが、入力電流演算部１４で求められる。
鉄損電流Ｉｇは鉄損電流演算部１６で設定された鉄損等価抵抗Ｒｇと誘起電圧Ｖｏから求められる。出力電流Ｉｏは、出力電流演算部１７で入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと力率角φと位相差αから求められる。出力演算部１８において、出力電力Ｐｏは、前述の式（１３）と式（１４）により、出力電流Ｉｏと入力電流Ｉｓと鉄損電流Ｉｇと誘起電圧Ｖｏと力率角φと位相差αから求められる。
【００７３】
入力電力Ｐｉは、出力電力Ｐｏと回路損失とにより求めることができるので、予め設定された鉄損抵抗Ｒｇとモータ巻線抵抗Ｒを用いて、すでに演算で得られた各出力から入力演算部１９において求められる。効率演算比較部２０では、出力電力Ｐｏと入力電力Ｐｉから効率を計算して、前回の効率の値と今回の効率の値とを比較してその比較結果に応じた信号を出力するように構成されており、最大効率点の探索機能を有している。効率演算比較部２０の出力は、位置位相補償部２９にフィードバックされて位相を変更して、効率が最大になるように制御される。
上記のように構成された実施の形態５のモータ制御装置においては、機械的な位相に基づき自動的に常に最大効率点を追従しながら位相差指令値を制御するので、モータ３をより安定して高効率で駆動制御することができる。
【００７４】
《実施の形態６》
次に、本発明に係る実施の形態６のモータ制御装置について図８を用いて説明する。
図８は実施の形態６のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図８において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態６のモータ制御装置は、前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置に実施の形態２で説明した補正電圧部２１を設けた装置である。したがって、実施の形態６における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７５】
実施の形態６のモータ制御装置において、モータ３に位置検出センサ２５が設けられており、インバータ制御部５Ｅには補正電圧部２１が設けられている。
電圧補正部２１は、前述の実施の形態２において説明したように、インバータ回路２のスイッチング素子の上下短絡を防止するためのデッドタイムによって生じる電圧降下分を補正している。このデッドタイム電圧降下はモータ電流の向きによって変わるので、誘起電圧演算部１５では、モータ電流検出部４の出力から極性を判定して、電圧降下分の補正を行っている。
上記のように構成された実施の形態６のモータ制御装置においては、自動的に常に最大効率点に追従しながら位相差指令値を制御し、電圧降下分の補正を行っているので、モータ３を安定して高精度で高効率で駆動制御することができる。
【００７６】
《実施の形態７》
次に、本発明に係る実施の形態７のモータ制御装置について図９を用いて説明する。
図９は実施の形態７のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図９において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態７のモータ制御装置は、前述の図５に示した実施の形態３のモータ制御装置と前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置とを組み合わせた装置であり、実施の形態３で説明した出力電圧演算部２３と実施の形態５で説明した位置検出センサ２５を設けた装置である。したがって、実施の形態７における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７７】
実施の形態７のモータ制御装置において、インバータ制御部５Ｆの出力電圧演算部２３はインバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換される。波形生成部８の出力は、力率角演算部９、出力指令演算部１３、入力電流演算部１４、出力電圧演算部２３に入力されている。出力指令演算部１３は、波形生成部８の出力と周波数誤差演算部２８の出力が入力され、３相正弦波の印加電圧を形成する。出力指令演算部１３の出力はインバータ回路２を駆動し、直流電源１の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータ３を駆動制御する。
上記のように構成された実施の形態７のモータ制御装置においては、モータ３への印加電圧を高精度で算出できるとともに、この算出された電圧を基に誘起電圧演算部１５で誘起電圧Ｖｏを算出するよう構成されているため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御することができる。
【００７８】
《実施の形態８》
次に、本発明に係る実施の形態８のモータ制御装置について図１０を用いて説明する。
図１０は実施の形態８のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１０において、前述の各実施の形態における要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付しその説明は省略する。実施の形態８のモータ制御装置は、前述の図６に示した実施の形態４のモータ制御装置と前述の図７に示した実施の形態５のモータ制御装置とを組み合わせた装置であり、実施の形態４で説明した誘起電圧検出部２４と実施の形態５で説明した位置検出センサ２５を設けた装置である。したがって、実施の形態８における各要素の機能及び動作の説明は、前述の各実施の形態における説明と重複するため、省略する。
【００７９】
実施の形態８のモータ制御装置において、誘起電圧検出部２４は、インバータ回路２の出力電圧を取り込み、制御系にマッチングした適切な電圧に分圧したのち、ローパスフィルタで高調波成分を除去し、波形生成部８からの出力で変換され、モータ巻線抵抗Ｒによる電圧降下分を差し引くよう構成されている。
上記のように構成された実施の形態８のモータ制御装置においては、誘起電圧を直接求めることができるため、高精度の効率演算が可能となり、モータ３を安定して高効率で駆動制御することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上、実施の形態について詳細に説明したところから明らかなように、本発明のモータ制御装置は次の効果を有する。
本発明のモータ制御装置においては、鉄損を求めて損失と出力及び入力を算出し、算出された出力と入力から効率を求めて、前回値と今回値とを比較し、その比較結果に基づきモータ印加電圧と誘起電圧の位相指令値を変更するよう制御しているので、モータを常に最大効率点に追従して駆動することができ、安定して高効率駆動が可能となるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
【００８１】
本発明のモータ制御装置においては、インバータ回路の出力電圧を検出して誘起電圧を演算により算出するよう構成されているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、インバータ回路の出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成されているので、モータをより高精度に常に最大効率点に追従して駆動でき、安定して高効率駆動ができるという効果を有する。
本発明のモータ制御装置は、モータに直結された位置検出センサからの信号から得られた位置検出の位相を回転周波数と電流及び効率演算結果に基づき変更するよう制御しているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【００８２】
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、誘起電圧を求める時、実際の出力電圧に発生するデッドタイムによる電圧降下分を補償するように制御しているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧を実際に検出して誘起電圧を演算から求めるよう構成されているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【００８３】
本発明のモータ制御装置は、位置検出センサを有し、インバータの出力電圧からモータ抵抗電圧降下分を差し引いて誘起電圧を直接求めるよう構成されているので、確実な機械的位相を基準位相として負荷や回転周波数によって位相補償するので、常に安定して最大効率点に追従して駆動でき、モータをより安定して高効率駆動ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の突極型ブラシレスにおけるモータ印加電圧とモータ電流と誘起電圧及びそれらの位相差を示すベクトル図である。
【図３】図１のブラシレスモータの１相あたりの等価回路である。
【図４】本発明に係る実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る実施の形態３のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る実施の形態４のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る実施の形態５のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る実施の形態６のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施の形態７のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態８のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３ モータ
４ モータ電流検出部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ インバータ制御部
６ 周波数設定部
７ Ｖ／ｆ変換部
８ 波形生成部
９ 力率角演算部
１０ 位相差演算部
１１ 位相差指令部
１２ 誤差電圧演算部
１３ 出力指令演算部
１４ 入力電流演算部
１５，１５Ａ 誘起電圧演算部
１６ 鉄損電流演算部
１７ 出力電流演算部
１８ 出力演算部
１９ 入力演算部
２０ 効率演算比較部
２１ 補正電圧部
２２ モータ電圧検出部
２３ 出力電圧演算部
２４ 誘起電圧検出部
２５ 位置検出センサ
２６ ロータ位置検出部
２７ 回転周波数検出部
２８ 誤差周波数演算部
２９ 位置位相補償部
Claims (8)
- 直流電源の直流電圧を交流電圧に変換してブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記周波数設定部から出力された周波数を電圧に変換するＶ／ｆ変換部と、
前記周波数設定部に設定された回転周波数を回転位相に変換して波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
位相差の指令値を出力する位相差指令部と、
前記位相差指令部と前記位相差演算部との出力から誤差電圧を演算する誤差電圧演算部と、
前記波形生成部、前記誤差電圧演算部、及び前記Ｖ／ｆ変換部の出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御するための出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位相差指令部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成したことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、前記誘起電圧演算部が、前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差と前記モータ電流と前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差電圧演算部と前記Ｖ／ｆ変換部との加算電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力によって座標変換する出力電圧演算部と、を有し、前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して位置検出センサを直結したブラシレスモータに電力を供給するインバータ回路、
前記ブラシレスモータの電流を検出するモータ電流検出部、及び
前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を具備し、
前記インバータ制御部は、前記ブラシレスモータの回転周波数を設定する周波数設定部と、
前記位置検出センサの出力から前記ブラシレスモータのロータ位置信号に変換するロータ位置検出部と、
前記ロータ位置検出部の出力から前記ブラシレスモータの回転周波数を求める回転周波数検出部と、
位置検出センサの位置位相から回転周波数と負荷状態によって位相を補償する位置位相補償部と、
前記位置位相補償部の出力から回転位相に変換し波形生成する波形生成部と、
モータ印加電圧とモータ電流の力率角を求める力率角演算部と、
前記力率角演算部の出力から前記モータ印加電圧と誘起電圧との位相差を求める位相差演算部と、
前記周波数設定部の出力と前記回転周波数検出部の出力の誤差を求め、増幅する誤差周波数演算部と、
前記誤差周波数演算部と前記波形生成部との出力から前記インバータ回路への指令電圧を演算し、当該演算結果に基づいて前記インバータ回路を制御する出力指令演算部と、
前記モータ電流検出部からモータ電流の実効値を入力電流として演算で求める入力電流演算部と、
前記誤差周波数演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から誘起電圧を演算する誘起電圧演算部と、
前記誘起電圧と予め設定された鉄損抵抗から鉄損電流を求める鉄損電流演算部と、
前記鉄損電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力に寄与する出力電流を演算する出力電流演算部と、
前記誘起電圧と前記鉄損電流と前記出力電流と前記入力電流と前記力率角と前記位相差から出力を求める出力演算部と、
前記鉄損電流と前記出力電流と前記出力演算部で求められた出力から入力を求める入力演算部と、
前記出力演算部で求められた出力と前記入力演算部で求められた入力から効率を求め、前回と今回とのデータを比較し、当該比較結果に基づき前記位置位相補償部の出力を変更する効率演算比較部と、を有するよう構成したことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記インバータ制御部は、補正電圧部をさらに有し、前記誘起電圧演算部が、前記誤差周波数演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差と前記モータ電流と前記補正電圧部からの補正電圧により誘起電圧を算出するよう構成されており、前記モータ電流の向きに応じて前記誤差周波数演算部の出力電圧を前記補正電圧部の補正電圧により補正するよう構成したことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
- 前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、前記モータ電圧検出部の出力を前記波形生成部の出力から座標変換する出力電圧演算部と、を有し、前記位相差演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記力率角演算部の出力から位相差を求め、前記誘起電圧演算部で前記出力電圧演算部の出力と前記入力電流と前記力率角と前記位相差とから誘起電圧を演算するよう構成したことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
- 前記インバータ制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を検出するモータ電圧検出部と、前記モータ電圧検出部の出力と前記入力電流演算部の出力と前記波形生成部の出力から予め設定されたモータ巻線抵抗によって直接誘起電圧を求める誘起電圧検出部とをさらに有することを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
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