特開 2024-73699 モータ制御装置、モータ駆動装置、モータシステム、及び電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024073699

(43)【公開日】2024-05-30

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータ駆動装置、モータシステム、及び電気機器

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/08 20160101AFI20240523BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

H02P6/08

H02M7/48 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184539

(22)【出願日】2022-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉光 佑典

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 基也

(72)【発明者】

【氏名】井上 泰伸

(72)【発明者】

【氏名】橋本 明

(72)【発明者】

【氏名】平田 茂

【テーマコード（参考）】

5H560

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H560AA02

5H560BB04

5H560BB12

5H560DA02

5H560DA13

5H560DC12

5H560EB01

5H560EC07

5H560UA10

5H560XA08

5H560XA12

5H770BA01

5H770BA05

5H770DA03

5H770EA01

5H770EA21

5H770EA27

5H770HA03W

5H770HA07Z

(57)【要約】

【課題】３相変調制御方式における各相の駆動信号をアナログ回路で容易に実現することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置（１０）は、入力電圧を受け取り、前記入力電圧に応じた波高値を有し且つ基準電位以上であるアナログ電圧を生成するように構成された生成部（１）と、前記生成部から出力される前記アナログ電圧に基づくＰＷＭ電圧を生成するように構成された変調部（２）と、前記ＰＷＭ電圧の所定期間においてデューティを反転させるように構成された反転部（３）と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を受け取り、前記入力電圧に応じた波高値を有し且つ基準電位以上であるアナログ電圧を生成するように構成された生成部と、
前記生成部から出力される前記アナログ電圧に基づくＰＷＭ電圧を生成するように構成された変調部と、
前記ＰＷＭ電圧の所定期間においてデューティを反転させるように構成された反転部と、
を備える、モータ制御装置。

【請求項2】

前記変調部は、前記アナログ電圧と三角波電圧とを比較して前記ＰＷＭ電圧を生成するように構成され、
前記基準電位は、前記三角波電圧の最小値より大きい、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記基準電位は、前記三角波電圧の中点電位と等しい、請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記反転部は、モータのロータ位置に基づき前記所定期間を設定するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記生成部は、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を備える、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記生成部が前記２相変調制御モードで動作するときに、前記反転部は反転動作を停止する状態である、請求項５に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

前記生成部は、モータの回転速度又は前記入力電圧に応じて、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を切り替えるように構成されている、請求項５に記載のモータ制御装置。

【請求項8】

直流電圧を交流電圧に変換するように構成されたインバータ部と、
前記インバータ部をスイッチング制御するように構成された請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を備える、モータ駆動装置。

【請求項9】

モータと、
前記モータを駆動するように構成された請求項８に記載のモータ駆動装置と、
を備える、モータシステム。

【請求項10】

請求項９に記載のモータシステムを備える、電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示されている発明は、モータ制御装置、モータ駆動装置、モータシステム、及び電気機器に関する。

【背景技術】

【0002】

三相ブラシレスモータの制御方式として、２相変調制御方式及び３相変調制御方式がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

２相変調制御方式は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のうち２相に対応するスイッチング素子をスイッチング制御する方式である。２相変調制御方式では、図１に示す各相の駆動信号Ｓ１ｕ、Ｓ１ｖ、及びＳ１ｗが用いられる。各相の駆動信号Ｓ１ｕ、Ｓ１ｖ、及びＳ１ｗは、入力電圧Ｖｉｎに応じた波高値を有し且つ第１基準電位ＲＰ１（例えば０［Ｖ］）以上である信号である。

【0004】

３相変調制御方式は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相全てに対応するスイッチング素子をスイッチング制御する方式である。３相変調制御方式では、図２に示す各相の駆動信号Ｓ２ｕ、Ｓ２ｖ、及びＳ２ｗが用いられる。各相の駆動信号Ｓ２ｕ、Ｓ２ｖ、及びＳ２ｗは、入力電圧Ｖｉｎに応じた波高値を有し且つ第１基準電位ＲＰ１より大きい第２基準電位ＲＰ２以上である第１区間と第２基準電位ＲＰ２以下である第２区間とを周期的に繰り返す信号である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１８４４２６号公報（段落００３６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

３相変調制御方式における各相の駆動信号Ｓ２ｕ、Ｓ２ｖ、及びＳ２ｗの第２区間をアナログ回路で実現することが困難であった。そのため、従来、３相変調制御方式における各相の駆動信号Ｓ２ｕ、Ｓ２ｖ、及びＳ２ｗの第２区間は、マイクロコンピュータ及びロジック回路を用いて実現されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るモータ制御装置は、入力電圧を受け取り、前記入力電圧に応じた波高値を有し且つ基準電位以上であるアナログ電圧を生成するように構成された生成部と、前記生成部から出力される前記アナログ電圧に基づくＰＷＭ電圧を生成するように構成された変調部と、前記ＰＷＭ電圧の所定期間においてデューティを反転させるように構成された反転部と、を備える。

【0008】

本開示に係るモータ駆動装置は、直流電圧を交流電圧に変換するように構成されたインバータ部と、前記インバータ部をスイッチング制御するように構成された上記モータ制御装置と、を備える。

【0009】

本開示のモータシステムは、モータと、前記モータを駆動するように構成された上記モータ駆動装置と、を備える。

【0010】

本開示の電気機器は、上記モータシステムを備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、３相変調制御方式における各相の駆動信号をアナログ回路で容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、２相変調制御方式における各相の駆動信号を示す図である。

【図2】図２は、３相変調制御方式における各相の駆動信号を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係るモータシステムの概略構成を示す図である。

【図4】図４は、２相変調制御モードにおいて、生成部によって生成されるアナログ電圧及び変調部によって生成される三角波電圧の波形を示す図である。

【図5】図５は、３相変調制御モードにおいて、生成部によって生成されるアナログ電圧及び変調部によって生成される三角波電圧の波形を示す図である。

【図6】図６は、空気調和機の一構成例を示す外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜モータシステム＞
図３は、実施形態に係るモータシステムの概略構成を示す図である。図３に示すモータシステムＳＹＳ１は、生成部１と、変調部２と、反転部３と、インバータ部４と、モータ５と、を備える。

【0014】

モータ制御装置１０は、生成部１と、変調部２と、反転部３と、を備える。モータ制御装置１０は、インバータ部４をスイッチング制御する。モータ駆動装置２０は、モータ制御装置１０と、インバータ部４と、を備える。モータ駆動装置２０は、モータ５を駆動する。

【0015】

生成部１は、入力電圧Ｖｉｎを受け取る。入力電圧Ｖｉｎは直流のアナログ電圧である。入力電圧Ｖｉｎは、例えば外部の制御装置から生成部１に供給される。

【0016】

生成部１は、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を備える。生成部１は、モータ５の回転速度又は入力電圧Ｖｉｎに応じて、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を切り替える。

【0017】

生成部１は、２相変調制御モードで動作する場合、入力電圧Ｖｉｎに応じた波高値を有し且つ第１基準電位ＲＰ１（例えば０［Ｖ］）以上であるアナログ電圧Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、及びＡ１ｗ（図４参照）を生成する。本実施形態では、アナログ電圧Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、及びＡ１ｗの波高値は入力電圧Ｖｉｎと等しいが、これは一例である。アナログ電圧Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、及びＡ１ｗの波高値は入力電圧Ｖｉｎに対して演算処理を行って得られる値であってもよい。

【0018】

生成部１は、３相変調制御モードで動作する場合、入力電圧Ｖｉｎに応じた波高値を有し且つ第１基準電位ＲＰ１より大きい第２基準電位ＲＰ２以上であるアナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗ（図５参照）を生成する。本実施形態では、アナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗの波高値は入力電圧Ｖｉｎの１／２であるが、これは一例である。アナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗの波高値は入力電圧Ｖｉｎと等しくてもよく、アナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗの波高値は入力電圧Ｖｉｎに対して１／２を乗算する演算処理以外の演算処理を行って得られる値であってもよい。

【0019】

変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、生成部１から出力されるアナログ電圧Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、及びＡ１ｗに基づくＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧を生成する。具体的には、変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、三角波電圧Ｔ１（図４参照）を生成する。

【0020】

なお、三角波電圧とは、一定の傾きで増加する増加区間と、一定の傾きで減少する減少区間と、を周期的に繰り返す電圧である。増加区間の傾きの絶対値と、減少区間の傾きの絶対値とは、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。三角波電圧は、増加区間の傾きの絶対値及び減少区間の傾きの絶対値にいずれか一方が無限大である所謂鋸歯電圧であってもよい。

【0021】

そして、変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ１ｕと三角波電圧Ｔ１とを比較してＵ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ１ｕが三角波電圧Ｔ１より大きいときにＵ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ１ｕが三角波電圧Ｔ１より小さいときにＵ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。同様に、変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ１ｖと三角波電圧Ｔ１とを比較してＶ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ１ｖが三角波電圧Ｔ１より大きいときにＶ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ１ｖが三角波電圧Ｔ１より小さいときにＶ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。同様に、変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ１ｗと三角波電圧Ｔ１とを比較してＷ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ１ｗが三角波電圧Ｔ１より大きいときにＷ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ１ｗが三角波電圧Ｔ１より小さいときにＷ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。

【0022】

三角波電圧Ｔ１の最小値は、第１基準電位ＲＰ１と等しい。

【0023】

変調部２は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、生成部１から出力されるアナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗに基づくＰＷＭ電圧を生成する。具体的には、、変調部２は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、三角波電圧Ｔ２（図５参照）を生成する。

【0024】

そして、変調部２は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ２ｕと三角波電圧Ｔ２とを比較してＵ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ２ｕが三角波電圧Ｔ２より大きいときにＵ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ２ｕが三角波電圧Ｔ２より小さいときにＵ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。同様に、変調部２は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ２ｖと三角波電圧Ｔ２とを比較してＶ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ２ｖが三角波電圧Ｔ２より大きいときにＶ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ２ｖが三角波電圧Ｔ２より小さいときにＶ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。同様に、変調部２は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、アナログ電圧Ａ２ｗと三角波電圧Ｔ２とを比較してＷ相のＰＷＭ電圧を生成する。アナログ電圧Ａ２ｗが三角波電圧Ｔ２より大きいときにＷ相のＰＷＭ電圧はＨＩＧＨレベルになり、アナログ電圧Ａ２ｗが三角波電圧Ｔ２より小さいときにＷ相のＰＷＭ電圧はＬＯＷレベルになる。

【0025】

三角波電圧Ｔ２の最小値は、第２基準電位ＲＰ２より小さい。すなわち、第２基準電位ＲＰ２は、三角波電圧Ｔ２の最小値より大きい。より具体的には、第２基準電位ＲＰ２は、三角波電圧Ｔ２の中点電位と等しい。三角波電圧Ｔ２の中点電位の値は、三角波電圧Ｔ２の最大値と最小値との加算値を２で除算した値である。

【0026】

反転部３は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、反転動作を停止する状態である。したがって、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、変調部２から出力される各相のＰＷＭ電圧は反転部３をスルーしてインバータ部４に供給され、インバータ部４は、変調部２から出力される各相のＰＷＭ電圧によってスイッチング制御される。

【0027】

反転部３は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、変調部２から出力される各相のＰＷＭ電圧の所定期間Ｐ１（図５参照）においてデューティを反転させる。デューティの反転とは、ＰＷＭ電圧のＨＩＧＨレベル区間とＬＯＷレベル区間とを入れ替えることを意味している。デューティの反転は、ロジック回路のＮＯＴゲートによって容易に実施することができる。

【0028】

反転部３は、モータ５のロータ位置に基づき各相のＰＷＭ電圧それぞれに関して上記の所定期間Ｐ１を設定する。ロータ位置の検出方式は、ホールセンサによる検出、シャント電流による検出、逆起電圧による検出など、どのような方式でもよい。なお、シャント電流は、各相電流でもよく、全相まとめた電流でもよい。

【0029】

インバータ部４は、生成部１が２相変調制御モードで動作する場合、変調部２から出力される各相のＰＷＭ電圧によってスイッチング制御され、直流電圧を三相交流電圧に変換する。

【0030】

インバータ部４は、生成部１が３相変調制御モードで動作する場合、反転部３による反転処理が施された後の各相のＰＷＭ電圧によってスイッチング制御され、直流電圧を三相交流電圧に変換する。

【0031】

モータ５は、インバータ部４から出力される三相交流電圧によって駆動する。モータ５は、三相ブラシレスモータであり、例えばＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

【0032】

上記構成のモータ制御装置１０によれば、３相変調制御方式における各相の駆動信号（アナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗ）をアナログ回路で容易に実現することができる。

【0033】

また、上記構成のモータ制御装置１０によれば、３相変調制御モードにおいて、入力電圧Ｖｉｎの変化に対してアナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗの各波高値を連続的に変化させることができる。一方、３相変調制御モードにおいて、従来技術のようにマイクロコンピュータ及びロジック回路を用いて各相の駆動信号が生成される場合、入力電圧Ｖｉｎの変化に対して各相の駆動信号の各波高値は離散的に変化する。したがって、上記構成のモータ制御装置１０は、従来技術と比較して制御の正確性に優れる。

【0034】

また、上記構成のモータ制御装置１０によれば、２相変調制御モードにおける各相の駆動信号（アナログ電圧Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、及びＡ１ｗ）を生成する回路部分と、３相変調制御モードにおける各相の駆動信号（アナログ電圧Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、及びＡ２ｗ）を生成する回路部分と、の大半を生成部１において共用することができる。これにより、モータ制御装置１０の実装面積の小型化を図ることができる。

【0035】

＜モータシステムの適用例＞
図６は、空気調和機の一構成例を示す外観図である。本構成例の空気調和機Ｙは、室内機Ｙ１と、室外機Ｙ２と、これらを連結する配管Ｙ３と、を有する。なお、室内機Ｙ１は、主として、蒸発器及び室内ファンを内蔵しており、室外機Ｙ２は、主として、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び室外ファンを内蔵している。

【0036】

本構成例の空気調和機Ｙは、例えば上述したモータシステムＳＹＳ１を２つ備える。２つの上述したモータシステムＳＹＳ１の一方は、室内ファンのインペラを回転させるファンモータとして用いられる。また、２つの上述したモータシステムＳＹＳ１の他方は、室外ファンのインペラを回転させるファンモータとして用いられる。

【0037】

空気調和機Ｙの冷房運転時には、まず、室外機Ｙ２の圧縮機で冷媒を圧縮して高温高圧の気体とした後、室外機Ｙ２の凝縮器で放熱して冷媒を液化させる。その際、放熱を促すために室外ファンを回して凝縮器に風が当てられるので、室外機Ｙ２からは熱風が吹き出す。次に、液化された冷媒を室外機Ｙ２の膨張弁で減圧して低温低圧の液体とした後、配管Ｙ３を介して室内機Ｙ１に送り、室内機Ｙ１の蒸発器で気化させる。その際、蒸発器は冷媒の気化熱によって低温となるので、室内ファンを回して蒸発器に風を当てることにより、室内機Ｙ１から室内に向けて冷風が送り出される。気化された冷媒は、再び配管Ｙ３を介して室外機Ｙ２に送られた後、上記と同様の熱交換処理が繰り返される。

【0038】

なお、空気調和機Ｙの暖房運転時には、冷媒の循環方向が逆となり、室内機Ｙ１の蒸発器と室外機Ｙ２の凝縮器の役割が入れ替わるものの、基本的には上記と同様の熱交換処理が行われる。

【0039】

上述したモータシステムＳＹＳ１は、空気調和機以外の電気機器に搭載されてもよい。空気調和機以外の電気機器としては、例えば、給湯ポンプ、食洗器、洗濯機などを挙げることができる。

【0040】

＜その他＞
本開示の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。これまでに説明してきた各種の実施形態は、矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、あくまでも、本開示の実施形態の例であって、本開示ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。

【0041】

例えば、上述したモータシステムＳＹＳ１の生成部１は、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を備える構成であったが、生成部１は２相変調制御モードを備えない構成であってもよい。

【0042】

＜付記＞
上述の実施形態にて具体的構成例が示された本開示について付記を設ける。

【0043】

本開示のモータ制御装置（１０）は、入力電圧を受け取り、前記入力電圧に応じた波高値を有し且つ基準電位以上であるアナログ電圧を生成するように構成された生成部（１）と、前記生成部から出力される前記アナログ電圧に基づくＰＷＭ電圧を生成するように構成された変調部（２）と、前記ＰＷＭ電圧の所定期間においてデューティを反転させるように構成された反転部（３）と、を備える構成（第１の構成）である。

【0044】

上記第１の構成のモータ制御装置において、前記変調部は、前記アナログ電圧と三角波電圧とを比較して前記ＰＷＭ電圧を生成するように構成され、前記基準電位は、前記三角波電圧の最小値より大きい構成（第２の構成）であってもよい。

【0045】

上記第２の構成のモータ制御装置において、前記基準電位は、前記三角波電圧の中点電位と等しい構成（第３の構成）であってもよい。

【0046】

上記第１～第３いずれかの構成のモータ制御装置において、前記反転部は、モータのロータ位置に基づき前記所定期間を設定するように構成されている構成（第４の構成）であってもよい。

【0047】

上記第１～第４いずれかの構成のモータ制御装置において、前記生成部は、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を備える構成（第５の構成）であってもよい。

【0048】

上記第５の構成のモータ制御装置において、前記生成部が前記２相変調制御モードで動作するときに、前記反転部は反転動作を停止する状態である構成（第６の構成）であってもよい。

【0049】

上記第５又は第６の構成のモータ制御装置において、前記生成部は、モータの回転速度又は前記入力電圧に応じて、２相変調制御モードと、３相変調制御モードと、を切り替えるように構成されている構成（第７の構成）であってもよい。

【0050】

本開示のモータ駆動装置（２０）は、直流電圧を交流電圧に変換するように構成されたインバータ部（４）と、前記インバータ部をスイッチング制御するように構成された上記第１～第７いずれかの構成のモータ制御装置と、を備える構成（第８の構成）である。

【0051】

本開示のモータシステム（ＳＹＳ１）は、モータ（５）と、前記モータを駆動するように構成された上記第８の構成のモータ駆動装置と、を備える構成（第９の構成）である。

【0052】

本開示の電気機器（Ｙ）は、上記第９の構成のモータシステムを備える構成（第１０の構成）である。

【符号の説明】

【0053】

１ 生成部
２ 変調部
３ 反転部
４ インバータ部
５ モータ
１０ モータ制御装置
２０ モータ駆動装置
ＳＹＳ１ モータシステム
Ｙ 空気調和機
Ｙ１ 室内機
Ｙ２ 室外機
Ｙ３ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】