(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、４組の半導体スイッチを２相ブリッジ接続した２相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および２相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスＤＣモータ（単に、モータという）を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値（速度対出力電圧比率）を或る一定の比率となるようにＰＷＭ制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数１周期における第１と第４の各６０度区間と、それ以外の６０度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第１のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを第２の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、
さらに、前記第１のモータ回転速度から第２のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第３の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを１００％のデューティでオン，オフ制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御方法。
【請求項２】
直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、４組の半導体スイッチを２相ブリッジ接続した２相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および２相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスＤＣモータ（単に、モータという）を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値（速度対出力電圧比率）を或る一定の比率となるようにＰＷＭ制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数１周期における第１と第４の各６０度区間と、それ以外の６０度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第１のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては、前記第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御したときのＰＷＭのオン，オフのデューティ比率をＸとするとき、ＰＷＭのオン，オフのデューティ比率が  Ｙ＝２Ｘ−０．５となるような第２の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、
さらに、前記第１のモータ回転速度から第２のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第３の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを１００％のデューティでオン，オフ制御することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５にこの種の従来例を示す。
同図において、１８は直流電源、１９，２０は直流電圧二分割用の電解コンデンサ、２１はトランジスタとダイオードを逆並列に接続した半導体スイッチ４組（Ｔａ〜Ｔｄ）からなるインバータ主回路、２２はこのインバータ主回路２１および電解コンデンサ１９，２０から給電されるブラシレスＤＣモータである。
また、制御部２３においては、モータの周波数または回転数指令Ｆ*に対して、モータを回転させるための半導体スイッチへのスイッチング信号の作成等が行なわれる。
【０００３】
図６に高速運転時のスイッチングパターン例を、図７に低速運転時のスイッチングパターン例を示す。
図６においては１パルス形の１２０°通電型形を基本としているが、モータのトルクリプルを低減するために、区間Ｔ１，Ｔ４（第１の６０°区間，第４の６０°区間とも言う）は半導体スイッチＴａ，ＴｄおよびＴｂ，Ｔｃを７５％のオンデューティ（ｏｎ  ｄｕｔｙ）でパルス幅変調（ＰＷＭ）を実施している例である。この運転領域でモータの回転数を上げるためには、直流電源１８の電圧値を上げることで行なう（ＰＡＭ制御の実施）。
【０００４】
また、図７では、１２０°全区間でＰＷＭを実施しているが、図６と同じくモータのトルクリプルを低減するため、区間Ｔ１とＴ４は他の区間（Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６）よりもＰＷＭのオンデューティを低減して半導体スイッチＴａ，ＴｄおよびＴｂ，Ｔｃのスイッチングを行なう。この時、通常区間Ｔ１とＴ４のオンデューティ比率をＸとした場合、区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６のオンデューティ比率Ｙは、例えば、
Ｙ＝２Ｘ−０．５  ただし、０．５≦Ｘ≦０．７５
と設定する。この運転領域でモータの回転数を上げるためには、ＰＷＭのオンデューティを大きくすれば良い（ＰＷＭ制御の実施）。
【０００５】
図８および図９に、モータの回転数とＰＷＭのオンデューティおよび直流電源電圧値との関係を示す。
図８のように、或る回転数Ｎ１までは直流電源電圧１８の電圧値一定のもと、ＰＷＭのオンデューティを大きくすることで回転数を上げ、それ以上では、図９に示すように、直流電源電圧値を大きくすることで回転数を上げるようにしている。この時モータのトルクリプルを低減するために、上記の通り、区間Ｔ１，Ｔ４と他の区間とでＰＷＭのオンデューティの値を異ならせている。
【０００６】
図１０に低速運転領域（回転数がＮ１以下）での制御ブロック図例を示す。同図において、速度指令値（Ｆ*）１を２種類のＶ／Ｆ回路（周波数指令に対し或る比例関係で電圧指令に変換する回路：電圧／周波数変換回路）１２，１３に入力する。Ｖ１／Ｆ回路１２は区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６用であり、Ｖ２／Ｆ回路１３は区間Ｔ１，Ｔ４用である。コンパレータ８，９は回路１２，１３の出力信号（電圧指令値）を三角波信号１０と比較し、半導体スイッチのＰＷＭのオンデューティを決定する。また、スイッチ１１は、図５に示すインバータ２１の出力電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を、磁極位置検出回路５に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６と区間Ｔ１，Ｔ４の場合の切り換えを、その都度行なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７のように全区間ＰＷＭを行なう回転数領域（回転数がＮ１以下）では、ＰＷＭによる半導体スイッチのスイッチングによって、スイッチング損失の発生や、モータに流れる電流の高調波成分によってモータの渦電流損が増加し、システム効率が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題はスイッチング損失，モータの渦電流損を低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、４組の半導体スイッチを２相ブリッジ接続した２相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および２相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスＤＣモータ（単に、モータという）を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値（速度対出力電圧比率）を或る一定の比率となるようにＰＷＭ制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数１周期における第１と第４の各６０度区間と、それ以外の６０度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第１のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを第２の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、
さらに、前記第１のモータ回転速度から第２のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第３の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを１００％のデューティでオン，オフ制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、直流電圧源間に、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、４組の半導体スイッチを２相ブリッジ接続した２相ブリッジ回路とを並列接続し、前記コンデンサ直列回路の直流中間電位点および２相ブリッジ回路の各交流出力点にブラシレスＤＣモータ（単に、モータという）を接続して給電し、モータの低速運転時にはモータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値（速度対出力電圧比率）を或る一定の比率となるようにＰＷＭ制御を行ない、かつ、インバータの出力周波数１周期における第１と第４の各６０度区間と、それ以外の６０度区間とでは前記モータの速度指令値に対するインバータの出力電圧指令値を互いに異なった値にして制御するに当たり、
前記モータの低速運転領域内の或る設定した第１のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては、前記第１の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御したときのＰＷＭのオン，オフのデューティ比率をＸとするとき、ＰＷＭのオン，オフのデューティ比率が  Ｙ＝２Ｘ−０．５となるような第２の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、
さらに、前記第１のモータ回転速度から第２のモータ回転速度までは、前記第１と第４の各６０度区間においては半導体スイッチを第３の速度対出力電圧比率でＰＷＭ制御し、それ以外の６０度区間においては半導体スイッチを１００％のデューティでオン，オフ制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
ここでは、速度指令値１を３種類のＶ／Ｆ回路２，３および４に入力する。Ｖ３／Ｆ回路２は区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６用であり、Ｖ４／Ｆ回路３およびＶ４／Ｆ回路３よりＶ／Ｆの比率（速度対出力電圧比率）を大きくしたＶ５／Ｆ回路は区間Ｔ１，Ｔ４用である。スイッチ７はモータの位置検出回路５を経て速度検出回路６で求めた値に応じて、或る設定速度（Ｎ２）以下の場合はＶ４／Ｆ回路３を、Ｎ２以上の場合はＶ５／Ｆ回路４を選択するように、切り換える。
【００１１】
コンパレータ８は回路２，コンパレータ９は回路３，４の各出力信号（電圧指令値）を三角波信号１０と比較し、半導体スイッチのＰＷＭのオンデューティを決定する。また、スイッチ１１は、図１０と同じくインバータ２１の出力電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を、磁極位置検出回路５に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６と区間Ｔ１，Ｔ４の場合の切り換えを行なう。
図１のようにした場合の、回転数とＰＷＭのオンデューティとの関係は図２(ａ)のようになる。図２(ｂ)は直流電源電圧と回転数の関係説明図で、従来と同様である。
【００１２】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
速度指令値１を３種類のＶ／Ｆ回路１２，１３および１４に入力するのは、図１の場合と同様である。Ｖ１／Ｆ回路１２は区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６用であり、従来方式のものと同一Ｖ／Ｆ比率（速度対出力電圧比率）である。Ｖ２／Ｆ回路１３とこれよりＶ／Ｆ比率を大きくしたＶ６／Ｆ回路１４は区間Ｔ１，Ｔ４用である。モータの位置検出回路５を経て速度検出回路６で求めた値に応じて、或る設定速度（Ｎ３）以下の場合はＶ２／Ｆ回路１３を、Ｎ３以上の場合はＶ６／Ｆ回路１４を選択するように、スイッチ１５にて切り換える。なお、Ｖ２／Ｆ回路１３も従来方式のものと同一Ｖ／Ｆ比率としている。
【００１３】
スイッチ１６は、或る設定速度（Ｎ３）以下の場合はＶ１／Ｆ回路１２を、Ｎ３以上の場合は回路１７に切り換えられ、ＰＷＭのオンデューティが１００％となるような信号が出力される。コンパレータ８，９はＶ／Ｆ回路の出力信号（電圧指令値）と三角波信号１０とを比較し、半導体スイッチのＰＷＭのオンデューティを決定する。また、スイッチ１１は、磁極位置検出回路５に入力して得られたモータの磁極位置情報をもとに、区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６と区間Ｔ１，Ｔ４の場合の切り換えを行なうのは、図１の場合と同様である。
図３のようにした場合の、回転数とＰＷＭのオンデューティとの関係は図４(ａ)のようになる。この場合、回路１３，１４を切り換える点（Ｎ３）では、オンデューティを不連続に設定する必要がある（ｘ2からｘ1，ｘ3から１）。なお、図４(ｂ)は従来と同様の、直流電源電圧と回転数の関係説明図である。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、従来方式に比べてオンデューティが１００％となる領域（図２ではＮ２以上）が広がり、回転数Ｎ２〜Ｎ１の領域でスイッチング損失の低減やモータの渦電流損が低減するため、システムの効率化が図れる。
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同じく回転数Ｎ３〜Ｎ１の領域でシステムの効率化が図れるだけでなく、Ｎ３以下では従来と同様のＶ／Ｆ比率で運転されるため、モータのトルクリプルが低減するという利点ももたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】図２の動作説明図である。
【図５】従来のシステム構成例を示すブロック図である。
【図６】第１のスイッチパターン例を示す波形図である。
【図７】第２のスイッチパターン例を示す波形図である。
【図８】オンデューティと回転数の関係説明図である。
【図９】直流電源電圧と回転数の関係説明図である。
【図１０】従来の制御回路例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…速度指令、２，３，４，１２，１３，１４…Ｖ／Ｆ回路、５…位置検出回路、６…速度検出回路、７，１１，１５，１６…スイッチ、８，９…コンパレータ、１０…三角波信号、１７…信号発生回路。
【図１】
0003775553.tif 000002
【図２】
0003775553.tif 000003
【図３】
0003775553.tif 000004
【図４】
0003775553.tif 000005
【図５】
0003775553.tif 000006
【図６】
0003775553.tif 000007
【図７】
0003775553.tif 000008
【図８】
0003775553.tif 000009
【図９】
0003775553.tif 000010
【図１０】
0003775553.tif 000011