JP7388087B2 - 制御装置及びブラシレスモータ - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、前記制御部は、前記初期の位置合わせが終了した後、前記回転子の位置を当該初期の位置合わせを行う前の位置に戻すことを特徴とする請求項1に記載の制御装置である。
請求項3に記載の発明は、ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部を備え、前記制御部は、前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に対応して設けられ、当該各相に電圧、電流を供給する複数のハーフブリッジ回路の各々を構成するハイサイドスイッチング素子とロウサイドスイッチング素子のいずれもがオフに設定されるデッドタイムの影響を抑制して、当該ブラシレスモータを制御し、前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を、前記回転制御における電圧と異なるように補正した電圧とする制御装置である。
請求項4に記載の発明は、前記ブラシレスモータの前記回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部を備え、前記制御部は、前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とにずれがある場合、当該ずれに対応させて電気角度を補正することを特徴とする請求項3に記載の制御装置である。
請求項5に記載の発明は、前記制御部は、前記界磁固定制御によって前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲以下又は予め定められた範囲未満になるとd軸電流を減少させ、当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲を超えるとd軸電流を増加させることを特徴とする請求項4に記載の制御装置である。
請求項6に記載の発明は、前記ブラシレスモータの前記回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部を備え、前記制御部は、前記界磁固定制御によって前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲以下又は予め定められた範囲未満になるとd軸電流を減少させ、当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲を超えるとd軸電流を増加させることを特徴とする請求項3に記載の制御装置である。
請求項7に記載の発明は、ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部を備え、前記制御部は、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を補正した目標電圧により、当該各相に電圧、電流を供給する複数のハーフブリッジ回路の各々を構成するハイサイドスイッチング素子とロウサイドスイッチング素子のいずれもがオフに設定されるデッドタイムの影響を抑制して、当該ブラシレスモータを制御し、前記目標電圧の波形を、電圧0Vを境界として切り離し、+側及び-側にずらすように補正した電圧の波形を用いる制御装置である。
請求項8に記載の発明は、ブラシレスモータの回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部と、前記ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた前記回転子の回転速度が予め定められた回転速度以下又は予め定められた回転速度未満のときに、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を、予め定められた回転速度より大きい又は回転速度以上のときに印加する電圧と異なるように補正した目標電圧として、当該ブラシレスモータを制御する制御装置である。
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置と、回転子と、前記制御装置により制御された電圧、電流が印加される複数の相に対応して、前記回転子の周囲に配置される複数のコイルとを備えるブラシレスモータである。
請求項2に記載の発明によれば、位置を戻さない場合に比べ、回転子が停止した位置から再開できる。
請求項3に記載の発明によれば、電圧を補正しない場合に比べて、ブラシレスモータの初期の位置合わせにおける誤差の発生を抑制できる。
請求項4に記載の発明によれば、電気角度を補正しない場合に比べて、回転子の位置制御の精度が向上する。
請求項5、6に記載の発明によれば、回転子の位置精度を維持して、消費電力が抑制できる。
請求項7に記載の発明によれば、デッドタイムの影響が抑制できる。
請求項8に記載の発明によれば、回転速度に依存せず補正する場合に比べ、制御装置の演算に対する負荷が小さくできる。
請求項9に記載の発明によれば、デッドタイムの影響を抑制したブラシレスモータが提供できる。
ブラシレスモータは、永久磁石を回転子(ロータとも呼ばれる。)とし、回転子の周囲に配置された複数のコイルを固定子(ステータとも呼ばれる。)として、各コイルに流す電流を変化させることで回転磁界を発生させ、回転子を回転させるモータである。なお、ブラシレスモータは、固定子の周囲に回転子を配置した構成であってもよい。ここでは、ブラシレスモータは、回転子の周囲に固定子が配置されているとして説明する。
図1は、第1の実施の形態が適用されるブラシレスモータ1の全体構成の一例を示す図である。
ブラシレスモータ1は、モータ10と、エンコーダ20と、モータ制御装置30とを備える。モータ10は、回転子と、固定子と、回転軸とを備える。回転軸は、回転子に固定され回転子と共に回転する。回転軸には負荷2が取り付けられている。負荷2は、例えばギヤ、カム及びローラ等の機械要素であり、回転軸とともに回転して動力を伝達する。エンコーダ20は、回転子の回転方向及び回転量を表す回転信号を出力する装置である。
モータ10は、回転子11と、固定子12と、回転軸14とを備える。回転子11には、回転軸14が固定されている。回転子11は、1組の磁極(N極及びS極)を有する永久磁石である。固定子12は、3つのコイル13(それぞれを区別する場合は、コイル13u、13v、13wと表記する。)を備える。各コイル13は、回転軸14から各コイル13に向かう方向が互いに120°ずつずれる位置に配置されている。各コイル13の巻線は、一端部が後述するモータドライバ部(後述する図5のモータドライバ部311)に接続され、他端部が互いに接続されている。
次に、第1の実施の形態における回転子11の初期の位置合わせについて説明する。
ブラシレスモータ1の備えるエンコーダ20は、回転信号(A相、B相)をモータ制御装置30に供給する。回転信号(A相、B相)から、モータ10の回転軸14の回転方向及び回転速度が分かる。しかし、前述したように、電源投入時には、モータ10における回転子11の位置は分からない。このため、電源投入時に、モータ制御装置30は、モータ10の回転を制御するために、回転子11の位置と制御のための電気角度とを合わせる。これが、初期の位置合わせである。
なお、ゼロクロス付近とは、ゼロクロスとなる電気角度に対して、例えば±10°未満をいう。
第1の実施の形態では、U相、V相、W相の電流のいずれかゼロクロス付近となる電気角度を避けて指令電気角度を設定して、初期の位置合わせを行った。第2の実施の形態では、指令電気角度としてU相、V相、W相の電流のいずれかが絶対値において最大となる電気角度を指令電気角度として設定して、初期の位置合わせを行う(後述する図10(a)参照)。他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
第2の実施の形態では、指令電気角度を設定し、その電気角度に回転子11を界磁固定した。第3の実施の形態では、初期の位置合わせにおける回転子11の回転量を少なくする。他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
そして、上記における60°は、回転子11が1組の磁極を有し、固定子12が3個であって、モータ10が3相で駆動された場合である。他の構成の場合には、構成に合わせて値を設定すればよい。60°は、回転情報の回転量における予め定められた量の一例である。
第1の実施の形態から第3の実施の形態では、界磁固定制御による回転子11の初期の位置合わせにおいて、ハイサイドスイッチング素子(pチャネルFET41)とロウサイドスイッチング素子(nチャネルFET42)との同時オンを防止するデッドタイムの影響を抑制した。第4の実施の形態では、図8における座標変換部316とPWM変換部317との間に、デッドタイム補正部318を設けて、座標変換部316が出力する各相の電圧波形(Vu、Vv、Vw)を補正してPWM変換部317に供給することで、回転制御及び界磁固定制御におけるデッドタイムの影響を抑制する。
時刻bにおいて、指令速度が一定値に設定されると、目標q軸電流を減らして、過剰回転が指令速度に到達しやすくなるように制御される。
時刻cにおいて、位置誤差が“0”となり、回転子11は、指令速度で回転する。そして、目標q軸電流は、回転子11が指令速度での回転を維持するように、一定の値に維持される。
時刻fにおいて、再び指令速度が、徐々に大きくなるように設定されると、時刻aでと同様に、回転子11の回転が開始される。時刻fから時刻kまでは、時刻aから時刻fまでと同様であるので、説明を省略する。
以上説明したように、指令速度によって、回転子11の回転が制御される。ここでは、時刻aから時刻bまでに示すように、目標q軸電流は、回転子11の位置誤差により調整され、回転子11の回転速度が指令速度に速やかに収束するように制御されている。なお、回転子11の回転速度が指令速度に収束する時間が長くなるが、目標q軸電流を一定の値としてもよい。
第4の実施の形態においては、デッドタイム補正部318は、座標変換部316から供給された目標電圧(Vu、Vv、Vw)を補正電圧(Vu′、Vv′、Vw′)に常に補正して、PWM変換部317に供給した。第5の実施の形態では、デッドタイム補正部318は、モータSTOP信号が供給された場合にのみ、座標変換部316から供給された目標電圧(Vu、Vv、Vw)を補正電圧(Vu′、Vv′、Vw′)に補正して、PWM変換部317に供給する。
第5の実施の形態においては、モータSTOP信号が供給された場合にのみ、デッドタイム補正部318は、座標変換部316から供給された目標電圧(Vu、Vv、Vw)を補正電圧(Vu′、Vv′、Vw′)に補正して、PWM変換部317に供給した。第6の実施の形態では、モータ10の回転速度が予め定められた速度以下になった場合にのみ、デッドタイム補正部318は、座標変換部316から供給された電圧(Vu、Vv、Vw)を電圧(Vu′、Vv′、Vw′)に補正して、PWM変換部317に供給する。
第4の実施の形態では、回転子11は、停止状態において予め設定された電気角度φeの位置に固定されるとした。しかし、負荷2などの影響により、停止した位置が設定された電気角度φeの位置と異なる場合がある。第7の実施の形態では、回転子11が停止した位置が、電気角度φeの位置と異なる場合に、電気角度を補正する。
第5の実施の形態から第7の実施の形態では、回転子11の停止状態において、d軸電流を流し続けた。しかし、回転子11の停止状態が維持されれば、d軸電流を流し続けることを要しない。第8の実施の形態では、回転子11が停止状態になった後に、d軸電流を低減する。
Claims (9)
- ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部と、
前記ブラシレスモータの前記回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部と、を備え、
前記制御部は、
前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に対応して設けられ、当該各相に電圧、電流を供給する複数のハーフブリッジ回路の各々を構成するハイサイドスイッチング素子とロウサイドスイッチング素子のいずれもがオフに設定されるデッドタイムの影響を抑制して、当該ブラシレスモータを制御し、
前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記回転子の位置とベクトル制御における電気角度との初期の位置合わせを行うときに、当該ブラシレスモータに印加する前記複数の相のいずれかが絶対値において最大の電圧となる電気角度を設定し、前記取得部が取得した前記回転情報から、当該回転子の位置に対応する電気角度を算定して、当該ブラシレスモータを制御し、
設定した前記電気角度により前記回転子が回転した際に、前記取得部から取得される前記回転情報の回転量が予め定められた量以上になる場合、当該回転子の回転方向と逆の方向において最も近い電気角度であって、前記複数の相のいずれかが絶対値において最大の電圧となる電気角度を新たに設定して、初期の位置合わせを行う
制御装置。 - 前記制御部は、
前記初期の位置合わせが終了した後、前記回転子の位置を当該初期の位置合わせを行う前の位置に戻す
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に対応して設けられ、当該各相に電圧、電流を供給する複数のハーフブリッジ回路の各々を構成するハイサイドスイッチング素子とロウサイドスイッチング素子のいずれもがオフに設定されるデッドタイムの影響を抑制して、当該ブラシレスモータを制御し、
前記界磁固定制御において、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を、前記回転制御における電圧と異なるように補正した電圧とする
制御装置。 - 前記ブラシレスモータの前記回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部を備え、
前記制御部は、
前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とにずれがある場合、当該ずれに対応させて電気角度を補正する
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。 - 前記制御部は、
前記界磁固定制御によって前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲以下又は予め定められた範囲未満になるとd軸電流を減少させ、当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲を超えるとd軸電流を増加させる
ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。 - 前記ブラシレスモータの前記回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部を備え、
前記制御部は、
前記界磁固定制御によって前記回転子が停止したとき、前記取得部が取得した前記回転情報から得られた当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲以下又は予め定められた範囲未満になるとd軸電流を減少させ、当該回転子の位置と指令された電気角度とのずれが予め定められた範囲を超えるとd軸電流を増加させる
ことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。 - ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を補正した目標電圧により、当該各相に電圧、電流を供給する複数のハーフブリッジ回路の各々を構成するハイサイドスイッチング素子とロウサイドスイッチング素子のいずれもがオフに設定されるデッドタイムの影響を抑制して、当該ブラシレスモータを制御し、
前記目標電圧の波形を、電圧0Vを境界として切り離し、+側及び-側にずらすように補正した電圧の波形を用いる
制御装置。 - ブラシレスモータの回転子の回転量及び回転方向を示す回転情報を取得する取得部と、
前記ブラシレスモータの複数の相の各相に印加する電圧、電流を、回転子の回転を制御するときにはq軸電流を主とした回転制御で行い、停止の指令信号を受信したときにはd軸電流を主とした界磁固定制御で行うベクトル制御により制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記取得部が取得した前記回転情報から得られた前記回転子の回転速度が予め定められた回転速度以下又は予め定められた回転速度未満のときに、前記ブラシレスモータの前記複数の相の各相に印加する電圧を、予め定められた回転速度より大きい又は回転速度以上のときに印加する電圧と異なるように補正した目標電圧として、当該ブラシレスモータを制御する
制御装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置と、
回転子と、
前記制御装置により制御された電圧、電流が印加される複数の相に対応して、前記回転子の周囲に配置される複数のコイルと
を備えるブラシレスモータ。
Priority Applications (3)
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