(57)【要約】      （修正有）【課題】超高速回転域においても、マイクロコントローラへの負荷増大なく、弱め界磁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】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圧指令を生成する速度制御部２と、電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３と、磁極位置信号から分配信号を生成する分配信号生成部４と、第１分配信号とＰＷＭ信号からゲート信号を生成するゲート信号生成部５と、ゲート信号を増幅して前記ブラシレスＤＣモータ７を駆動するインバータ６とを備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、分配信号生成部は、磁極位置信号を組替えて第１磁極位置信号を生成する組替部８と、速度信号に応じて第１磁極位置信号を遅らせて第２磁極位置信号を生成するタイミング制御部９と、第２磁極位置信号を論理処理をして分配信号を生成する合成部１０とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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圧指令を生成する速度制御部と、前記電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記磁極位置信号から分配信号を生成する分配信号生成部と、前記第１分配信号と前記ＰＷＭ信号からゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記ゲート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を備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、
前記分配信号生成部は、磁極位置信号を組替えて第１磁極位置信号を生成する組替え部と、速度信号に応じて前記第１磁極位置信号を遅らせて第２磁極位置信号を生成するタイミング制御部と、前記第２磁極位置信号を論理処理をして分配信号を生成する合成部とを備えることを特徴とするブラシレスＤＣモータ制御装置。
【請求項２】
前記タイミング制御部は、複数のＤ型フリップフリップを備え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。
【請求項３】
前記クロックの周波数はマイクロコントローラで設定することを特徴とする請求項２記載のブラシレスＤＣモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを１２０度通電にて超高速回転領域まで速度制御を行うブラシレスＤＣモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のブラシレスＤＣモータの３相分配回路を用いて速度制御を行う制御には、特許文献１があり、超低速回転領域から超高速回転領域まで速度制御が可能にしたことを開示している。特許文献１に開示された従来技術を図６に示す。図６において、点線で囲まれた部分１０１は、永久磁石同期電動機であり、１０２は８極に着磁された永久磁石、１０３、１０４、１０５は各々Ａ、Ｂ、Ｃ相の電機子コイルである。１０６は６１２極に着磁された回転数検出用の永久磁石、１０７は磁気抵抗素子を使用した検出器で、１０６と１０７により周波数発電機ＦＧ１０８が構成されている。１１６は周波数発電機ＦＧ１０８からの信号と、発振器１１８による信号を選択するためのマルチプレクサである。ＳＷをＯＮすると、周波数発電機ＦＧ１０８の出力がＳＷをＯＦＦにすると発振器１１８の信号が選択される。１１７は分周回路、１２３、１２７は分配回路である。１３６は励磁回路で永久磁石同期電動機のコイルを励磁する。動作は周波数発電機ＦＧ１０８の交流信号を波形整形回路１０９により矩形波に変換し、分周回路１１７によりパルスを得て、パルスにより分配回路１２３を動作させて、１２０°位相が異る信号Ａ+ ，Ｂ+ ，Ｃ+ を得、分配回路１２７により当該信号が各々１８０°遅れた信号Ａ- ,Ｂ- ，Ｃ- を得る。Ａ+ ，Ｂ+ ，Ｃ+ ，Ａ- ，Ｂ- ，Ｃ- により励磁回路１３６を動作させ、当該励磁回路１３６から電機子コイル１０３，１０４，１０５に順次電流を供給し、永久磁石１０２との相互作用により運転を継続するというものである。
また、特許文献２に開示された従来技術を図７に示す。図７において、２０１は電源、２０２はインバータ、２０２ａはインバータ主回路、２０２ｂはゲートドライブ回路、２０３はブラシレスＤＣモータ、２０３ａはステータコイル、２０３ｂは永久磁石のロータ、２０３ｃはファン、２０４は位置センサ、２０５は回転数算出部、２０６は回転数制御演算部２０７は電圧位相進角設定部、２０８は回転子電気角算出部、２０９はモータ電圧位相設定部である。動作はモータ電流が最小になるように電圧位相進み角を設定するものである。
【特許文献１】特開平０５-０８３９８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のブラシレスＤＣモータ制御装置は、３相分配回路を用い超高速回転領域まで速度制御が可能としたが、位相制御を行う手段がないため、超高速回転領域ではモータコイルへ流れる電流の位相が遅れ分を補うことができないのため、電流位相の遅れが影響される回転速度領域が速度制御範囲の限界となるといった問題があった。また、３相分配回路を用いずマイクロコントローラでの速度制御を用いてブラシレスＤＣモータの速度制御を行うような場合は、位相制御（弱め界磁制御）を施すことにより、電流位相の遅れに対する位相補正を行うこと可能となるが、超高速回転領域においては、位相補正の処理を頻繁に行う必要があり、マイクロコントローラの負荷増大により処理の限界となる、つまりマイクロコントローラの処理能力が速度制御範囲の上限を決めてしまうような問題もあった。
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、マイクロコントローラへの処理負担を増大することなく、超高速回転領域でのモータ電流位相の遅れに対する位相制御（弱め界磁制御）を行う手段を有し、ブラシレスＤＣモータの速度制御範囲の拡大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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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圧指令を生成する速度制御部と、前記電圧指令からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記磁極位置信号から分配信号を生成する分配信号生成部と、前記分配信号と前記ＰＷＭ信号からゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記ゲート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を備えたブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記分配信号生成部は、磁極位置信号を組替えて第１磁極位置信号を生成する組替え部と、速度信号に応じて前記第１磁極位置信号を遅らせて第２磁極位置信号を生成するタイミング制御部と、前記第２磁極位置信号を論理処理をして分配信号を生成する合成部とを備える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に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記タタイミング制御部は、複数のＤ型フリップフリップを備え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２に記載のブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記クロックの周波数はマイクロコントローラで設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、ブラシレスＤＣモータを３相分配ロジック回路を用い、１２０度通電方式にて速度制御する場合に、速度制御を行うマイクロコントローラへの処理負荷を増大させることなく、超高速回転領域での電流位相の遅れに対する位相制御（弱め界磁制御）を行うことができ、速度制御範囲を拡大したブラシレスＤＣモータ制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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、本発明によるブラシレスＤＣモータ制御装置の構成図である。図１において、１は速度信号生成部、２は速度制御部、３はＰＷＭ信号生成部、４は分配信号生成部、５はゲート信号生成部、６はインバータ、７はブラシレスＤＣモータ、８は組替え部、９はタイミング制御部、１０は合成部である。また、１１はクロック生成部、１３は設定部、１４はマイクロコントローラである。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、トルク指令を電流指令に変換し、さらに電流指令、モータ定数、速度信号から電圧指令を生成する。ＰＷＭ信号生成部３は電圧指令からＰＷＭ信号を生成する。分配信号生成部４は、組替え部８とタイミング制御部９と合成部１０からなり、組替え部８は第１磁極位置信号Ｕ１に＊Ｖ（Ｖの反転）を、Ｖ１に＊Ｗを、Ｗ１に＊Ｕを組替えて位相を６０°進めたものにする。タイミング制御部９は、複数のＤ型フリップフロップからなる。マイクロコントローラ１４は、制御時間ごとにあらかじめ設定されたモータの回転速度ごとの位相進み角に応じてクロック生成部１１のクロック周波数を更新する。タイミング制御部９のＤ型フリップフロップは磁極位置信号Ｕ１、Ｖ１，Ｗ１から位相の遅れた第２磁極位置信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２を生成する。合成部１０は第２磁極位置信号から１２０度通電波形の分配信号ＵＰ、ＶＰ，ＷＰ、ＵＮ，ＶＮ、ＷＮを生成する。
本発明が従来技術の特許文献１と異なる点は、分配信号生成部に組替え部、タイミング制御部、合成部を付加した点である。
図２は、分配信号生成部のタイミング制御部である、Ｄ型フリップフロップを３段接続してシフトレジスタを構成する位相シフトクロックが非同期であるため、同信号を同期化させるものであり、３段目以降のＤ型フリップフロップ段数は、マイクロコントローラ１４のクロック生成部１１から出力されるクロック周波数の制御範囲と最大位相補正量に応じて決定される。
また、分配信号生成部の組替え部は、マイクロコントローラ１４から入力される選択信号により磁極位置信号の組替えを行う。
図３は、ブラシレスＤＣモータ７の磁極位置信号をクロックで遅らせる様子を示している。
図４は、分配信号生成部の組替え部８の動作を示すタイムチャートである。組替え部８は第１磁極位置信号Ｕ１に＊Ｖ（Ｖの反転）を、Ｖ１に＊Ｗを、Ｗ１に＊Ｕを組替えて位相を６０°進めたものにする。
【実施例】
【０００７】
ブラシレスＤＣモータ７の、磁極位置検出器の配置は、１２０°通電方式の場合、通常、最適位相として、モータ誘起電圧のゼロクロス点に対し３０°遅れ位相に配置されるが、本発明の場合、駆動するブラシレスＤＣモータの最大回転速度時に予測されるの電流位相の遅れ量に対する、前記ブラシレスＤＣモータ駆動装置の出力電流進み位相補正分を予め得ておく。
【０００８】
例えば、最高回転速度時の位相補正分が最大３０°進み位相必要であるブラシレスＤＣモータの速度制御を行う場合、起動時等の低速回転領域から位相制御が不要な回転速度領域（モータ電流位相の遅れが速度制御に影響を与えない回転速度領域）においては、分配信号生成部４のタイミング制御部９への磁極位置検出信号タイミングを速度信号に応じて、位相を制御し、１２０°通電に最適な誘起電圧のゼロクロス点に対する３０°位相を維持させるために、６０°位相を遅らせて制御する。
このとき、タイミング制御部９がシフトレジスタにて構成されているためモータ停止からの起動時は、通電位相が６０°進み位相となってしまう場合が予測されるため、位相組替え・位相タイミングは、モータ停止から極低速領域までの速度制御に影響を及ぼさない回転速度域までは制御を行わず、正常起動後に磁極位置検出信号タイミング制御への切り替えを実施する。
また、位相制御が必要となる高速回転領域の場合、予め得たモータ回転速度に応じた最適位電流相となるように、タイミング制御部９への位相制御クロック周波数を制御し、最大回転速度で３０°位相を遅らせ磁極位置検出信号に対し、３０°進み位相を維持させることにより最適電流位相を得る。
【０００９】
このように、タイミング制御部９をマイクロコントローラ外部回路にて構成し、位相制御回路のタイミングを磁極位置信号の組み合せ・モータの回転速度に応じた位相補正クロック周波数で制御するような構成としているため、マイクロコントローラへの処理増大を抑えることができるため、速度制御範囲を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
位相補正量をモータ電流値も含めて補正することにより、高効率運転制御に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるブラシレスＤＣモータ制御装置の構成図
【図２】本発明タイミング制御部のＤ型フリップフロップの構成を示す図
【図３】本発明のタイミング制御部の動作を説明する図
【図４】本発明の磁極位置信号の組替部の動作を説明する図
【図５】従来例の構成を示す図
【図６】従来例の構成を示す図
【符号の説明】
【００１２】
１  速度信号生成部
２  速度制御部
３  ＰＷＭ信号生成部
４  分配信号生成部
５  ゲート信号生成部
６  インバータ
７  ブラシレスＤＣモータ
８  組替部
９  タイミング制御部
１０  合成部
１１  クロック生成部
１５  Ｄ型フリップフロップ
１３  設定部
１４  マイクロコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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