JP2007089322A - Controller for brushless dc motors and ventilator blower - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、換気扇やレンジフード等のブラシレスDCモータ、携帯基地局等の機器冷却に使用される熱交換型冷却機のブラシレスDCモータの制御装置に係り、位置センサーを用いることなくセンサレス制御によりモータ電流の転流タイミングを好適に制御することに関するものである。 The present invention relates to a brushless DC motor such as a ventilation fan or a range hood, and a brushless DC motor control device of a heat exchange type cooler used for cooling equipment such as a mobile base station. The motor is controlled by sensorless control without using a position sensor. The present invention relates to suitably controlling the current commutation timing.
従来、この種の換気送風装置、例えば熱交換型冷却機は、発熱体収納箱内の空気を取込んだ後、熱交換素子内を通過させて熱交換させ、再び発熱体収納箱内に戻し循環させる内気風路と、外気を取込み、熱交換素子内を通過させて熱交換させた後、再び外気に排出する外気風路を有しこれら両風路は仕切板にて独立しており、それぞれの風路内には、それぞれの空気を搬送する送風機が設置されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of ventilation blower, for example, a heat exchange type cooler, takes in the air in the heating element storage box, passes through the heat exchange element, exchanges heat, and returns to the heating element storage box again. The internal air path to be circulated and the outside air are taken in through the heat exchange element, passed through the heat exchange element, and then exhausted to the outside air. In each of the air passages, one in which a blower for conveying each air is installed is known (for example, see Patent Document 1).
通常このような構成の熱交換型冷却機は、携帯基地局等の冷却に使用され、携帯基地局本体側から、熱交換型冷却機に直流の低圧電源が供給され、ブラシレスDCモータを搭載した送風機等を駆動している。 Usually, the heat exchange type cooler having such a configuration is used for cooling mobile base stations and the like, and a DC low voltage power source is supplied to the heat exchange type cooler from the mobile base station body side, and a brushless DC motor is mounted. A blower or the like is driven.
以下、その熱交換型冷却機の動作について、図17を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the heat exchange type cooler will be described with reference to FIG.
図に示すように、発熱体収納箱101内の熱せられた空気(以下、これを内気と称する)は熱交換型冷却機102の内気吸込口103より、室内側ブラシレスDCモータ104を搭載した室内側送風機105によって吸込まれ、熱交換素子106を通過したのち、内気吐出口107より発熱体収納箱101内に戻る循環風路を循環している。一方、室外側ブラシレスDCモータ108を搭載した室外側送風機109によって、外気吸込口110より吸込まれた外気は、熱交換素子106を通過したのち、外気吹出口111より、外気に再度排出されている。内気風路と外気風路は仕切板112によって両風路が独立するよう略気密状態に仕切られ、また内気風路と外気風路の交点には外気と内気の顕熱を交換する熱交換素子106が配置されている。上記構成により、熱交換型冷却機102は、低温外気を取り入れ、発熱体収納箱101内部の暖かい空気との間で熱交換素子106にて熱交換をおこない、暖かくなった外気は排気し、冷たくなった空気を箱内に給気する。
As shown in the drawing, the heated air in the heating element storage box 101 (hereinafter referred to as “inside air”) is a chamber in which the indoor
また、室内側ブラシレスDCモータ104および室外側ブラシレスDCモータ108は、通常ホール素子等の磁極センサーを内蔵したブラシレスDCモータを使用し、そのブラシレスDCモータを駆動する制御装置113は、基地局を設置する場所の低温外気や粉塵の影響を受けないように、熱交換型冷却機102の内気風路内に設置され、外気にさらされる室外側ブラシレスDCモータ108とは、長い中継の動力リード線114とセンサー信号リード線115とで接続されていた。制御装置113には、発熱体収納箱101内等に設置された低圧の直流電源116より、駆動電力が供給されている。
The indoor
ブラシレスDCモータのセンサレス制御は、モータ駆動中の固定子巻線に誘起される誘起電圧と界磁との相関に着目して、誘起電圧に基づいてモータの転流タイミングを決定する制御方式や直流電源からインバータ回路に供給される電流値の時間に対する変化率に基づいて回転子の磁極位置を推定することによって、モータの転流タイミングを決定するセンサレス制御方式が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Sensorless control of a brushless DC motor is a control method that determines the commutation timing of the motor based on the induced voltage, focusing on the correlation between the induced voltage induced in the stator winding during motor driving and the field. A sensorless control method is known that determines the commutation timing of the motor by estimating the magnetic pole position of the rotor based on the rate of change of the current value supplied from the power source to the inverter circuit with respect to time (for example, Patent Documents). 2).
以下、そのブラシレスDCモータの制御装置の動作について、図18を参照しながら説明する。 The operation of the brushless DC motor control device will be described below with reference to FIG.
図18に示すように、インバータ回路117は3相インバータブリッジの構成であり、Q1、Q2、Q3はそれぞれU、V、W相の上アームスイッチング素子であり、同様にQ4、Q5、Q6はそれぞれU、V、W相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6を接続する。ブラシレスDCモータ118は回転子119と固定子120から構成され、固定子120には電気角で120度の位相差を持つように固定子巻線L1、L2、L3が配置される。直流電源116とスイッチング素子の間には、図示するように直流電源116の出力電流を検出する電流検出抵抗121を配置する。電流検出抵抗121の端子間電圧をマイクロコンピュータ122に内蔵されているA/D変換器123に入力する。演算器124はA/D変換器123でデジタル化した電流値を参照してモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、U+、V+、W+、U−、V−、W−を出力する。ドライブ回路125は演算器124から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6をそれぞれ120度毎に通電して駆動されている。
As shown in FIG. 18, the
直流電源116から出力される電流の時間に対する変化率の極性を検出し、この極性が変化した時刻に基づいて回転子の磁極位置を推定し、該検出信号に基づいて極性の反転時刻を計測し、該時刻から回転子の磁極位置の推定を行い、転流タイミングを得るものである。
このような従来の構成では、磁気センサーを搭載する場合は、室外側ブラシレスDCモータの内蔵する磁気センサーと制御装置を長い中継リード線で接続するため、センサー信号の中継リード線がノイズの影響を受け易く、誤動作しやすくなるとともに、磁気センサーの使用温度範囲による設置場所の温度条件の制約があり、また、熱交換型冷却機内の配線作業も複雑で手間がかかり、高コストの冷却機になるという課題があり、また、センサレス駆動のブラシレスDCモータの場合は、電流値が極小、すなわち誘起電圧が最大となるところと等しいとして、磁極位置を推定して転流タイミングを決定しているため、外乱等により急激な負荷変動があった場合、誘起電圧との位相差が大きくなり、電流値が極小となる点がみいだせない状況に陥り、磁極位置を正確に把握することが困難となるため、脱調を引き起こし、モータ停止する可能性が大きくなるという課題があった。 In such a conventional configuration, when a magnetic sensor is mounted, the magnetic sensor built in the outdoor brushless DC motor and the control device are connected by a long relay lead, so the relay lead of the sensor signal is affected by noise. It is easy to receive and malfunction, and there are restrictions on the temperature conditions of the installation location depending on the operating temperature range of the magnetic sensor, and the wiring work in the heat exchange type cooler is complicated and laborious, and it becomes a high cost cooler In the case of a brushless DC motor with sensorless driving, the commutation timing is determined by estimating the magnetic pole position on the assumption that the current value is the minimum, that is, where the induced voltage is the maximum. When there is a sudden load fluctuation due to disturbance, etc., the phase difference from the induced voltage becomes large, and the point where the current value becomes minimum cannot be found. Ri, it becomes difficult to accurately grasp the pole position, causing step-out, there is a problem that the possibility of the motor stop increases.
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、ノイズの影響を排除し、外乱等により負荷変動が大きい場合においても、脱調することなく、信頼性が高く、高効率なブラシレスDCモータの制御装置を実現することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, eliminates the influence of noise, and is highly reliable and highly efficient brushless DC without stepping out even when the load fluctuation is large due to disturbance or the like. The object is to realize a motor control device.
本発明のブラシレスDCモータの制御装置は、上記目的を達成するために、直流電源からインバータ回路に供給される電流値の変化率に基づいてあらかじめ記憶されたブラシレスDCモータの固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相を推定し、推定した位相があらかじめ定められた目標位相に追従するように転流タイミングを決定するブラシレスDCモータの制御装置としたものである。 In order to achieve the above object, the brushless DC motor control device of the present invention is induced in the stator winding of the brushless DC motor stored in advance based on the rate of change of the current value supplied from the DC power supply to the inverter circuit. A control device for a brushless DC motor that estimates the phase of a voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage and determines the commutation timing so that the estimated phase follows a predetermined target phase It is.
この手段により、インバータ回路に流れる電流を検出して位相を推定することができ、確実な位置検出が可能となり、センサレス駆動ができるブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 By this means, the current flowing through the inverter circuit can be detected and the phase can be estimated, and the position can be reliably detected, and a control device for a brushless DC motor capable of sensorless driving can be obtained.
また、他の手段は、位置検出手段を転流周期のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比を電流変化率として算出し、電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相との相関曲線をあらかじめ記憶したものである。 Further, the other means calculates the ratio of the current values at the first and second timings of the commutation cycle determined as the current change rate, and applies the position detection means to the current change rate and the stator winding. The correlation curve with the phase with the voltage is stored in advance.
これにより、相関曲線をあらかじめ記憶することにより、複雑な演算を必要とせずに位相の検出ができ、安価なマイコンを使用することが可能となり、低価格のブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 Thus, by storing the correlation curve in advance, the phase can be detected without requiring a complicated calculation, and an inexpensive microcomputer can be used, and a low-cost brushless DC motor control device can be obtained.
また、他の手段は、転流タイミングから転流周期の4分の1の時間が経過した時刻における第1の電流値と、転流タイミングから転流周期の4分の3の時間が経過した時刻における第2の電流値を求め、第1の電流値に対する第2の電流値の比を電流変化率として算出するものである。 The other means is that the first current value at the time when one-fourth of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing, and three-fourths of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing. The second current value at the time is obtained, and the ratio of the second current value to the first current value is calculated as the current change rate.
これにより、転流周期内における位相の推定において、電流変化が比較的大きく変化する位置で電流値をサンプリングすることが可能となり、より大きな電流変化率を得ることができ、位相の推定精度を向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの駆動装置が得られる。 This makes it possible to sample the current value at a position where the current change changes relatively greatly in the phase estimation within the commutation cycle, and obtain a larger current change rate, improving the phase estimation accuracy. A highly reliable brushless DC motor drive device can be obtained.
また、他の手段は、電流変化率を機械角で1回転の期間記憶して、1回転の電流変化率の平均値を求め、1回転の電流変化率の平均値から位相を推定できるようにしたものである。 Further, the other means stores the current change rate in a mechanical angle for one rotation period to obtain an average value of the current change rate of one rotation so that the phase can be estimated from the average value of the current change rate of one rotation. It is a thing.
これにより、スイッチング素子のばらつきや、回転子の磁石のばらつき、負荷のアンバランスによるばらつき等による、電流のばらつきの影響を軽減でき、位相の推定精度を向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの駆動装置が得られる。 As a result, it is possible to reduce the effects of current variations due to variations in switching elements, rotor magnets, load imbalance, etc., and drive highly reliable brushless DC motors that can improve phase estimation accuracy. A device is obtained.
また、他の手段は、電流変化率を機械角で1回転の期間記憶して、1回転の電流変化率の平均値を求め、最新の電流変化率と1回転前の電流変化率を比較し、その差があらかじめ定められた値よりも小さいときは、1回転の電流変化率の平均値から位相を推定し、一方、あらかじめ定められた値よりも大きいときは、最新の電流変化率から位相を推定できるようにしたものである。 Another means is to store the current change rate for one rotation at a mechanical angle, obtain an average value of the current change rate for one rotation, and compare the latest current change rate with the current change rate before one rotation. When the difference is smaller than a predetermined value, the phase is estimated from the average value of the current change rate of one rotation, while when larger than the predetermined value, the phase is calculated from the latest current change rate. Can be estimated.
これにより、負荷変動の大きさを検出することができ、負荷変動に応じてより正確な電流検出率が得られ、位相の推定精度を向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the magnitude of the load fluctuation can be detected, a more accurate current detection rate can be obtained according to the load fluctuation, and a highly reliable brushless DC motor control device that can improve the phase estimation accuracy is obtained. .
また、他の手段は、転流タイミングから転流周期の4分の1の時間が経過した時刻毎に電流値を求め、前記4分の1に対する前記4分の3の比を第1の電流変化率とし、前記4分の2に対する前記4分の4の比を第2の電流変化率として算出し、第1の電流変化率により得られた位相が遅れ位相のときは、第1の電流変化率により得られた位相により通電タイミングを決定し、一方、進み位相のときは、第2の電流変化率により得られた位相により転流タイミングを決定するものとしたものである。 Further, the other means obtains a current value at each time when one-fourth of the commutation period has elapsed from the commutation timing, and sets the ratio of the third to the fourth to the first current. When the phase obtained by the first current change rate is a lagging phase, the ratio of the four quarters to the two quarters is calculated as the second current change rate. The energization timing is determined based on the phase obtained from the rate of change, while the commutation timing is determined based on the phase obtained from the second current rate of change in the advanced phase.
これにより、位相に応じてより正確な電流変化率を検出することができ、位相の推定精度を向上できると共に負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの駆動装置が得られる。 As a result, a more accurate current change rate can be detected in accordance with the phase, and a highly reliable brushless DC motor drive device that can improve the estimation accuracy of the phase and improve the followability to the load fluctuation can be obtained. .
また、他の手段は、前回の転流周期から目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算し、転流タイミングを決定するものとしたものである。 In addition, other means shall perform time correction according to the phase difference between the target phase and the actual phase from the previous commutation cycle, calculate the next commutation cycle, and determine the commutation timing. It is.
これにより、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, an optimal commutation timing can always be obtained for each commutation cycle with respect to load fluctuation, and a highly reliable brushless DC motor control device that can improve followability to load fluctuation is obtained.
また、他の手段は、前回の転流周期を4分割し、あらかじめ定められた4分の1の時間区間のみを目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正することにより目標位相に追従するようにしたものである。 Another means divides the previous commutation cycle into four and corrects the target phase by time-correcting only a predetermined quarter time interval according to the phase difference between the target phase and the actual phase. It is intended to follow.
これにより、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, an optimal commutation timing can always be obtained for each commutation cycle with respect to load fluctuation, and a highly reliable brushless DC motor control device that can improve followability to load fluctuation is obtained.
また、他の手段は、目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも大きいときは、前回の転流周期から目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算し、転流タイミングを決定して、一方、小さいときは、あらかじめ定められた転流周期の4分の1の時間区間のみを時間補正するものとしたものである。 Other means compares the target phase with the actual phase, and if it is larger than the predetermined phase difference, it corrects the time according to the phase difference between the target phase and the actual phase from the previous commutation cycle. The next commutation cycle is calculated and the commutation timing is determined. On the other hand, when it is small, only a quarter of the predetermined commutation cycle is corrected for time. It is.
これにより、負荷の変動の大きさを検出することが可能となり、転流タイミング毎に負荷変動に応じた最適な通電タイミングを得ることができ、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 This makes it possible to detect the magnitude of load fluctuations, obtain the optimum energization timing according to the load fluctuation at each commutation timing, and improve the followability to the load fluctuation with high reliability. A control device for the DC motor is obtained.
また、他の手段は、目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも小さいとき、転流周期の4分の1の時間区間のみを時間補正し、次回得られた位相が前回の位相と同じになることを検出した回数が、あらかじめ定められた回数以上となるときは、前回の転流周期から、目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算するものとしたものである。 Further, the other means compares the target phase with the actual phase, and when it is smaller than the predetermined phase difference, corrects only the time section of a quarter of the commutation period and corrects the phase obtained next time. If the number of times that the current phase is the same as the previous phase is greater than or equal to a predetermined number, the time is corrected according to the phase difference between the target phase and the actual phase from the previous commutation cycle. The next commutation cycle is calculated.
これにより、推定した位相が正確に検出することができるため、推定した位相が同じであるということは脱調しかかっていると判断することが可能となり、次回の転流周期の時間補正量をかえることによって脱調の発生を軽減することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the estimated phase can be accurately detected, so that it is possible to determine that the estimated phase is the same, it is possible to determine that the phase is about to step out, and the time correction amount of the next commutation cycle is changed. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device that can reduce the occurrence of step-out can be obtained.
また、他の手段は、起動時と運転時では、時間補正量を変えることにより、目標位相に追従するように転流タイミングを補正することとしたものである。 Another means is to correct the commutation timing so as to follow the target phase by changing the amount of time correction during startup and during operation.
これにより、起動時は回転が不安定であるため、位相推定に誤差が生じやすく、起動時と運転時とで時間補正量を変えることにより、回転の不安定さや脱調を引き起こすことを軽減でき、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the rotation is unstable at start-up, so an error is likely to occur in the phase estimation.By changing the amount of time correction between start-up and operation, it is possible to reduce instability of rotation and step-out. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device that can improve the followability to load fluctuations can be obtained.
また、他の手段は、ブラシレスDCモータの制御装置を換気送風装置に搭載したものである。 Another means is that the control device for the brushless DC motor is mounted on the ventilation fan.
これにより、内気風路側に設置された制御手段との接続に使用するセンサー信号の中継リード線や磁気センサーが不要になるので、センサー信号線へのノイズによる誤動作の影響がなく、設置場所の温度条件の制約がなくなる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置とすることができるとともに、リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、低価格の熱交換型冷却機が得られる。 This eliminates the need for sensor signal relay lead wires and magnetic sensors used to connect to the control means installed on the side of the inside air path, so there is no malfunction caused by noise on the sensor signal lines, and the temperature of the installation location. It is possible to provide a highly reliable brushless DC motor control device that eliminates restrictions on conditions, eliminates the need for lead wires, and eliminates the work of connecting relay wires, thus providing a low-cost heat exchange type cooler. .
本発明によれば、軽負荷、重負荷など負荷の大きさが変化しても、負荷に応じた常に最適な位相にすることが可能となり、ノイズの影響を排除し、外乱等により負荷変動が大きい場合においても、脱調することなく、信頼性が高く、高効率なブラシレスDCモータの制御装置を提供できる。 According to the present invention, even when the load size such as a light load or a heavy load changes, it is possible to always obtain an optimum phase according to the load, to eliminate the influence of noise, and to change the load due to disturbance or the like. Even in a large case, it is possible to provide a highly reliable and highly efficient brushless DC motor control device without stepping out.
また、軽負荷、重負荷など負荷の大きさが変化しても、負荷に応じた常に最適な位相にすることが可能となり、常に高効率で運転することができるという効果のあるブラシレスDCモータの制御装置を提供できる。 In addition, even when the load size changes, such as a light load or a heavy load, it is possible to always have an optimum phase according to the load, and the brushless DC motor is effective in that it can always be operated with high efficiency. A control device can be provided.
また、外乱等により負荷変動が大きい場合においても、脱調することがないという効果のある信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置を提供できる。 In addition, a highly reliable brushless DC motor control device can be provided which has the effect of not stepping out even when the load fluctuation is large due to disturbance or the like.
本発明の請求項1記載の発明は、直流電源からインバータ回路に供給される電流値の変化率に基づいてあらかじめ記憶された前記ブラシレスDCモータの前記固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する前記固定子巻線に印加する電圧との位相を推定する位相推定手段と、前記位相推定手段によって推定した位相があらかじめ定められた目標位相に追従するように転流タイミングを決定する転流タイミング決定手段を有したものであり、インバータ回路に流れる電流を検出して位相を推定することができ、ノイズの影響を排除し、脱調することなく、確実な磁極の位置検出が可能になるブラシレスDCモータの制御装置が実現できる。
The invention according to
本発明の請求項2記載の発明は、転流周期のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングにおける電流値の比を電流変化率として算出し、電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相との相関曲線をあらかじめ記憶したものであり、相関曲線をあらかじめ記憶することにより、複雑な演算を必要とせずに位相の検出ができ、安価なマイコンを使用することが可能となり、低価格のブラシレスDCモータの制御装置が製造できるという作用を有する。 According to the second aspect of the present invention, the ratio of the current values at the first and second timings of the commutation cycle determined in advance is calculated as the current change rate and applied to the current change rate and the stator winding. The correlation curve between the voltage and the phase is stored in advance. By storing the correlation curve in advance, the phase can be detected without the need for complicated calculations, and an inexpensive microcomputer can be used. It has the effect that a control device for a low-cost brushless DC motor can be manufactured.
本発明の請求項3記載の発明は、転流タイミングから転流周期の4分の1の時間が経過した時刻における第1の電流値と、転流タイミングから転流周期の4分の3の時間が経過した時刻における第2の電流値を求め、前記第1の電流値に対する前記第2の電流値の比を電流変化率として算出するものであり、転流周期内における位相の推定において、電流変化が比較的大きく変化する位置で電流値をサンプリングすることが可能となり、より大きな電流変化率を得ることができ、位相の推定精度を向上した信頼性の高い駆動を実現できる。 According to the third aspect of the present invention, the first current value at the time when one-fourth of the commutation period has elapsed from the commutation timing, and three-fourths of the commutation period from the commutation timing. The second current value at the time when the time has passed is obtained, and the ratio of the second current value to the first current value is calculated as a current change rate. In the estimation of the phase in the commutation cycle, The current value can be sampled at a position where the current change changes relatively greatly, a larger current change rate can be obtained, and a highly reliable drive with improved phase estimation accuracy can be realized.
本発明の請求項4記載の発明は、電流変化率を機械角で1回転の期間記憶して、1回転の電流変化率の平均値を求め、1回転の電流変化率の平均値から位相を推定できるようにしたものであり、スイッチング素子のばらつきや、回転子の磁石のばらつき、負荷のアンバランスによるばらつき等による、電流のばらつきの影響を軽減でき、位相の推定精度を向上した信頼性の高い駆動を実現できる。
In the invention according to
本発明の請求項5記載の発明は、電流変化率を機械角で1回転の期間記憶して、1回転の電流変化率の平均値を求め、最新の電流変化率と1回転前の電流変化率を比較し、その差があらかじめ定められた値よりも小さいときは、1回転の電流変化率の平均値から位相を推定し、一方、あらかじめ定められた値よりも大きいときは、最新の電流変化率から位相を推定できるようにしたものであり、負荷変動の大きさを検出することができ、負荷変動に応じてより正確な電流検出率が得られ、位相の推定精度を向上した信頼性の高い駆動を実現できる。
In the invention according to
本発明の請求項6記載の発明は、転流タイミングから転流周期の4分の1の時間が経過した時刻毎に電流値を求め、前記4分の1に対する前記4分の3の比を第1の電流変化率とし、前記4分の2に対する前記4分の4の比を第2の電流変化率として算出し、第1の電流変化率により得られた位相が遅れ位相のときは、第1の電流変化率により得られた位相により通電タイミングを決定し、一方、進み位相のときは、第2の電流変化率により得られた位相により転流タイミングを決定するものであり、位相に応じてより正確な電流変
化率を検出することができ、位相の推定精度を向上できると共に負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高い駆動を実現できる。
In the invention according to
本発明の請求項7記載の発明は、前回の転流周期から目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算し、転流タイミングを決定するものであり、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高い駆動を実現できる。 The invention according to claim 7 of the present invention performs time correction according to the phase difference between the target phase and the actual phase from the previous commutation cycle, calculates the next commutation cycle, and determines the commutation timing. Therefore, the optimum commutation timing can always be obtained for each commutation cycle with respect to the load variation, and a highly reliable drive capable of improving the followability to the load variation can be realized.
本発明の請求項8記載の発明は、前回の転流周期を4分割し、あらかじめ定められた4分の1の時間区間のみを目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正するものであり、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高い駆動を実現できる。
In the invention according to
本発明の請求項9記載の発明は、目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも大きいときは、前回の転流周期から目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算し、転流タイミングを決定して、一方、小さいときは、あらかじめ定められた転流周期の4分の1の時間区間のみを時間補正するものであり、負荷の変動の大きさを検出することが可能となり、転流タイミング毎に負荷変動に応じた最適な通電タイミングを得ることができ、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高い駆動を実現できる。
The invention according to
本発明の請求項10記載の発明は、目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも小さいとき、転流周期の4分の1の時間区間のみを時間補正し、次回得られた位相が前回の位相と同じになることを検出した回数が、あらかじめ定められた回数以上となるときは、前回の転流周期から、目標位相と実際の位相との位相差に応じて時間補正を行い、次回の転流周期を演算するものであり、推定した位相が正確に検出することができるため、推定した位相が同じであるということは脱調しかかっていると判断することが可能となり、次回の転流周期の時間補正量をかえることによって脱調の発生を軽減することができる信頼性の高い駆動を実現できる。 The invention according to claim 10 of the present invention compares the target phase with the actual phase, and when the phase difference is smaller than a predetermined phase difference, only the time section of a quarter of the commutation period is corrected for time, When the number of times that the obtained phase is the same as the previous phase is greater than or equal to a predetermined number of times, from the previous commutation cycle, depending on the phase difference between the target phase and the actual phase Time correction is performed and the next commutation cycle is calculated. Since the estimated phase can be accurately detected, it can be determined that the estimated phase is the same step out. It becomes possible to realize a highly reliable drive that can reduce the occurrence of step-out by changing the time correction amount of the next commutation cycle.
本発明の請求項11記載の発明は、起動時と運転時では、時間補正量を変えるものであり、起動時は回転が不安定であるため、位相推定に誤差が生じやすく、起動時と運転時とで時間補正量を変えることにより、回転の不安定さや脱調を引き起こすことを軽減でき、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高い駆動を実現できる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the time correction amount is changed at the time of start-up and during operation. Since rotation is unstable at the time of start-up, an error is likely to occur in phase estimation. By changing the amount of time correction depending on the time, it is possible to reduce the instability of rotation and the occurrence of step-out, and it is possible to realize a highly reliable drive that can improve the followability to load fluctuations.
本発明の請求項12記載の発明は、ブラシレスDCモータの制御装置を搭載した換気送風装置としたものであり、内気風路側に設置された制御装置との接続に使用するセンサー信号の中継リード線や磁気センサーが不要になるので、センサー信号線へのノイズによる誤動作の影響がなく、設置場所の温度条件の制約がなくなる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置とすることができるとともに、リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、低価格の熱交換型冷却機が製造できる。 The invention according to claim 12 of the present invention is a ventilation blower equipped with a brushless DC motor control device, and is a relay lead wire for sensor signals used for connection with a control device installed on the inside air path side. And a magnetic sensor are no longer required, so there is no influence of malfunction due to noise on the sensor signal line, and there is no restriction on the temperature condition of the installation location. This eliminates the need to connect the trunk line and eliminates the need to connect the trunk line, thus making it possible to manufacture a low-cost heat exchange type cooler.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1に示すように、インバータ回路1は3相インバータブリッジの構成であり、Q1、Q2、Q3はそれぞれU、V、W相の上アームスイッチング素子であり、同様にQ4、Q5、Q6はそれぞれU、V、W相の下アームスイッチング素子である。各スイッチング素子には、それぞれ並列に還流ダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6を接続する。ブラシレスDCモータ2は回転子3と固定子4から構成され、固定子4には電気角で120度の位相差を持つように固定子巻線L1、L2、L3が配置される。直流電源5とスイッチング素子の間には、図示するように直流電源5の出力電流を検出する電流検出抵抗6を配置する。電流検出抵抗6の端子間電圧をマイクロコンピュータ7に内蔵されているA/D変換器8に入力する。位相推定手段9はA/D変換器8でデジタル化した電流値から電流の時間に対する電流変化率を演算し、あらかじめ記憶しておいたインバータ回路1に供給される電流値の電流変化率と固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相関係から、位相を推定する。転流タイミング決定手段10は、位相推定手段9から得られた位相と目標位相を比較し、位相差に基づいてモータ電流の相転流タイミングを計算し、インバータを制御するスイッチング信号、U+、V+、W+、U−、V−、W−を出力する。ドライブ回路11は転流タイミング決定手段10から出力されるスイッチング信号に基づいて、スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6をそれぞれ120度毎に通電して駆動されている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
位相推定手段9、転流タイミング決定手段10、ドライブ回路11はマイクロコンピュータ7に内蔵されている。
The phase estimation means 9, the commutation timing determination means 10, and the
制御装置12は、インバータ回路1、電流検出抵抗6、マイクロコンピュータ7からなる。
The
次に位相推定の方法について説明する。図2(a)は120度通電における電流波形を示している。図において、転流周期の任意の2点、すなわちI1、I2における電流値をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。
Next, a phase estimation method will be described. FIG. 2 (a) shows a current waveform at 120 degrees energization. In the figure, A / D conversion is performed on current values at two arbitrary points of the commutation cycle, that is, I1 and I2, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is obtained as a current change rate Ihi by
Ihi=I2の電流値/I1の電流値・・・(式1)
トルクを一定にして、固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相を例えば−30度から30度まで変化させた時の電流変化率を式1により求めると、図3のような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係が得られる。
Ihi = current value of I2 / current value of I1 (Expression 1)
The current change rate when the phase of the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding is changed from, for example, -30 degrees to 30 degrees with the torque being constant is obtained by
この位相関係から、演算処理の負担を軽減するために、図4に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係に簡略化し、これをあらかじめ記憶しておく。したがって、式1で得られた電流変化率から図4を用いて現在の位相を得ることができる。
From this phase relationship, in order to reduce the processing load, the phase relationship between the current change rate and the voltage applied to the stator winding as shown in FIG. 4 is simplified and stored in advance. Therefore, the current phase can be obtained from the current change rate obtained by
図2(b)は、目標とする位相に対して転流タイミングが早い時の電流波形を示している。この場合において、式1により得られた電流変化率Ihiを1.223とすると、図4から−5度の位相であると推定でき、目標位相を0度とすると、目標位相に対する位相差は−5度であり、目標位相に対して進み位相であると判別できる。その位相差に応じて、次回の転流タイミングを遅らすことによって、電流波形を破線に近づけ、目標位相での運転を可能にする。
FIG. 2B shows a current waveform when the commutation timing is early with respect to the target phase. In this case, if the current change rate Ihi obtained by
一方、図2(c)は、目標とする位相に対して転流タイミングが遅い時の電流波形を示している。破線は目標としている位相の場合の電流波形を示している。この場合において、式1により得られた電流変化率Ihiを1.255とすると、図4から5度の位相であるいと推定でき、目標位相を0度とすると、目標位相に対する位相差は5度であり、目標位相に対して遅れ位相であると判別でき、その位相差に応じて、次回の転流タイミングを早めることによって、電流波形を破線の波形に近づけ、目標位相での運転を可能にする。
On the other hand, FIG. 2C shows a current waveform when the commutation timing is late with respect to the target phase. A broken line indicates a current waveform in the case of a target phase. In this case, if the current change rate Ihi obtained by
これによって、インバータ回路1に流れる電流を検出して位相を推定することが可能となり、モータと制御装置が離れていて、モータリード線が長くなっても、リード線による電圧降下の影響を受けない信頼性の高いセンサレス駆動が可能になる。また、本実施例のように、発熱体が携帯基地局のような場合には、直流電源は24Vや48Vのような低圧の直流電源の場合が多く、その場合は、電流が多い状態で駆動されるので、電流検出の信頼性が高くなり、位相推定の精度もさらに高くなる。
As a result, it is possible to detect the current flowing through the
なお、本実施例においては、120度通電方式における電流変化率によるセンサレス駆動の方法を説明したが、通電方式は120度通電である必要はなく、150度でも180度でもその他の通電方式でもよく、その作用効果に差異を生じない。 In this embodiment, the sensorless driving method based on the current change rate in the 120-degree energization method has been described. However, the energization method does not have to be 120-degree energization, and may be 150 degrees, 180 degrees, or other energization methods. , No difference in its effects.
また、あらかじめ記憶する位相を−30度から30度の範囲としたが、モータに合わせて設定すればよく、その作用効果に差異を生じない。 Moreover, although the phase memorize | stored beforehand was made into the range of -30 degree | times to 30 degree | times, what is necessary is just to set according to a motor, and a difference does not produce the effect.
(実施の形態2)
図5は、120度通電における電流波形を示している。図において、転流周期のあらかじめ定められた第1および第2のタイミングの領域における任意の2点、すなわちI1、I2における電流値をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a current waveform at 120 degrees energization. In the figure, A / D conversion is performed on current values at two arbitrary points in the predetermined first and second timing regions of the commutation period, that is, I1 and I2, and the current of I2 is compared with the current value of I1. The ratio of the values is obtained from
同様にして、トルクを一定にして、固定子巻線に誘起される誘起電圧に対する固定子巻線に印加する電圧との位相を変化させた時の電流変化率を式1により求め、電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係に簡略化し、これをあらかじめ記憶しておき、得られた位相に基づいて、転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。
Similarly, when the torque is constant and the phase of the voltage applied to the stator winding with respect to the induced voltage induced in the stator winding is changed, the current change rate is obtained by
これによって、相関曲線をあらかじめ記憶することにより、得られた電流変化率から現在の位相を容易に得ることができ、複雑な演算を必要とせずに位相の検出ができ、安価なマイコンを使用することが可能となり、低価格で信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が製造できる。 In this way, by storing the correlation curve in advance, the current phase can be easily obtained from the obtained current change rate, the phase can be detected without requiring complicated calculation, and an inexpensive microcomputer is used. This makes it possible to manufacture a control device for a brushless DC motor that is inexpensive and highly reliable.
(実施の形態3)
図6は、120度通電における電流波形を示している。図において、前回の転流タイミングをt0、今回の転流タイミングをt1とし、t0からt1までの転流周期をT1とする。転流周期T1を4分割した時刻をT1aとすると、転流タイミングt0から転流周期の4分の1の時間が経過した時刻t11における第1の電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の3の時間が経過した時刻t13における第2の電流値I2をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a current waveform at 120 degrees energization. In the figure, the previous commutation timing is t0, the current commutation timing is t1, and the commutation period from t0 to t1 is T1. Assuming that the time obtained by dividing the commutation cycle T1 into four is T1a, the commutation cycle starts from the first current value I1 and the commutation timing t0 at time t11 when a quarter of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0. A / D conversion is performed on the second current value I2 at time t13 when three-quarters of the time has elapsed, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is obtained as a current change rate Ihi by
この時の各位相における電流変化率との関係を図7の実線に示す。また、点線の曲線は転流タイミングt0から転流周期の4分の2の時間が経過した時刻t12における第1の電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の4の時間が経過した時刻t14における第2の電流値I2をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求めた各位相における電流変化率との関係を示す。 The relationship with the current change rate in each phase at this time is shown by a solid line in FIG. The dotted curve shows the first current value I1 at time t12 when the time of two-fourths of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0 and the time of four-fourths of the commutation cycle from the commutation timing t0. The second current value I2 at the elapsed time t14 is A / D converted, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is defined as the current change rate Ihi. The relationship is shown.
したがって、実線で示した特性の方が各位相において電流変化率が大きくなっている。これにより、電流変化率が大きい方が位相の推定誤差がより少なくなるということがわかる。 Therefore, the rate of current change is larger in each phase in the characteristics indicated by the solid line. Thus, it can be seen that the larger the current change rate, the smaller the phase estimation error.
これによって、転流周期内における位相の推定において、電流変化が比較的大きく変化する位置で電流値をサンプリングすることが可能となり、より大きな電流変化率を得ることができ、位相の推定精度を向上できる信頼性の高い駆動を可能にする。 This makes it possible to sample the current value at a position where the current change is relatively large in the phase estimation within the commutation cycle, and obtain a larger current change rate, improving the phase estimation accuracy. Enables highly reliable driving that can be performed.
なお、本実施例においては、転流周期の4分の1および4分の3経過した時刻における電流値から電流変化率を求め、位相を推定しているが、転流周期の4分の2および4分の4経過した時刻における電流値でもよい。要は電流の変化が大きくなる時刻で電流変化率を求めればよく、その作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the current change rate is obtained from the current value at the time when one-fourth and three-fourths of the commutation period has elapsed, and the phase is estimated. Alternatively, the current value at the time when four quarters have elapsed may be used. In short, the current change rate may be obtained at the time when the current change becomes large, and there is no difference in the effect.
(実施の形態4)
図8は、負荷変動がなく一定回転数で駆動していた時の120度通電における電流波形を示している。図において、スイッチング素子のばらつき、回転子の磁石のばらつき、負荷のアンバランスなどの影響により、電流波形の振幅にばらつきがあらわれる。これらの電流のばらつきは周期性をもっており、機械角で1回転毎に繰り返されている。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a current waveform in 120-degree energization when driving at a constant rotation speed without load fluctuation. In the figure, the amplitude of the current waveform varies due to the influence of switching element variation, rotor magnet variation, load imbalance, and the like. These variations in current have periodicity and are repeated every rotation at a mechanical angle.
したがって、機械角で1回転分の電流変化率を記憶して、その平均値を電流変化率として用い、位相を推定する。 Therefore, the current change rate for one rotation is stored as a mechanical angle, and the average value is used as the current change rate to estimate the phase.
例えば、8極12スロットのブラシレスDCモータの場合、機械角で1回転に相当する通電切替えは、24回である。よって、24回分の電流変化率を記憶し、その平均値Ihiaを式2により求る。
For example, in the case of an 8-pole 12-slot brushless DC motor, energization switching corresponding to one rotation in mechanical angle is 24 times. Therefore, the current change rate for 24 times is stored, and the average value Ihia is obtained by
Ihia=(Ihi1+Ihi2+Ini3+ ・・・ +Ihi24)/24・・・(式2)
これによって、スイッチング素子のばらつきや、回転子の磁石のばらつき、負荷のアンバランスによるばらつき等による、電流のばらつきの影響を軽減でき、位相の推定精度を向上できる信頼性の高い駆動を可能にする。
Ihia = (Ihi1 + Ihi2 + Ini3 +... + Ihi24) / 24 (Formula 2)
This can reduce the influence of current variation due to variation in switching elements, variation in rotor magnets, variation due to load imbalance, etc., and enables highly reliable driving that can improve phase estimation accuracy. .
なお、本実施例においては、機械角で1回転分の電流変化率を記憶し、その平均値により、位相を推定することとしたが、2回転分や0.5回転分でもよい。要は、ばらつきによる影響を小さくできれば良く、その作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the current change rate for one rotation is stored as a mechanical angle, and the phase is estimated based on the average value, but it may be two rotations or 0.5 rotations. In short, it is only necessary to reduce the influence of variation, and there is no difference in the effect.
(実施の形態5)
図9は、負荷が徐々に重くなっていく時の120度通電における電流波形を示している 。
(Embodiment 5)
FIG. 9 shows a current waveform in 120-degree energization when the load gradually increases.
図において、転流周期毎に負荷が重くなっているため、位相が徐々に遅れ位相になっている。これに機械角で1回転前の電流波形(破線で示す)を重ねると電流波形の形が次第に遅れ位相となり、転流周期が遅くなっていることがより顕著にわかる。 In the figure, since the load becomes heavier every commutation cycle, the phase gradually becomes a lagging phase. When the current waveform one revolution before (indicated by a broken line) is overlapped with the mechanical angle, the shape of the current waveform gradually becomes a lagging phase, and the commutation cycle is delayed more remarkably.
したがって、電流変化率を機械角で1回転の期間記憶して、1回転の電流変化率の平均値を式2により求め、最新の電流変化率と1回転前の電流変化率を比較する。この差があらかじめ定められた値、例えば、電流変化率が±0.02よりも小さい時は、負荷変動が小さいと判断し、1回転の電流変化率の平均値から位相を推定する。一方、電流変化率が±0.02よりも大きい時は、負荷変動が大きいと判断し、最新の電流変化率から位相を推定する。
Therefore, the current change rate is stored in the mechanical angle for one rotation period, the average value of the current change rate for one rotation is obtained by
例えば、最新の電流変化率が1.255の時、電流変化率の平均値が1.220とする。 For example, when the latest current change rate is 1.255, the average value of the current change rates is 1.220.
両者の差は、0.035となり、あらかじめ定められたしきい値±0.02よりも大きいことから、負荷変動が大きいと判断し、最新の電流変化率から位相を推定する。一方、最新の電流変化率が、1.230の時、同様にして両者の差は、0.01であり、負荷変動が少ないと判断し、電流変化率の平均値から位相を推定することになる。 The difference between the two is 0.035, which is larger than a predetermined threshold value ± 0.02, so that it is determined that the load fluctuation is large, and the phase is estimated from the latest current change rate. On the other hand, when the latest current change rate is 1.230, similarly, the difference between the two is 0.01, and it is determined that the load fluctuation is small, and the phase is estimated from the average value of the current change rates. Become.
これによって、負荷変動の大きさを検出することができ、負荷変動に応じてより正確な電流検出率が得られ、位相の推定精度を向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the magnitude of the load fluctuation can be detected, a more accurate current detection rate can be obtained according to the load fluctuation, and a highly reliable brushless DC motor control apparatus capable of improving the phase estimation accuracy can be obtained. .
なお、本実施例においては、最新の電流変化率と1回転前の電流変化率との差を±0.02としたが、モータ負荷に応じて数値を決めればよく、±0.01や±0.03であってもその作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the difference between the latest current change rate and the current change rate before one rotation is ± 0.02, but a numerical value may be determined according to the motor load, such as ± 0.01 or ± Even if it is 0.03, the effect does not produce a difference.
(実施の形態6)
図10(a)、(b)に基づいて位相を推定する方法について説明する。
(Embodiment 6)
A method for estimating the phase based on FIGS. 10A and 10B will be described.
前回の転流タイミングをt0、今回の転流タイミングをt1とし、t0からt1までの転流周期をT1とする。転流周期T1を4分割した時刻をT1aとし、転流タイミングt0からT1a時刻が経過する毎に電流値をA/D変換する。転流タイミングt0から転流周期の4分の1時刻が経過した時刻t11における第1の電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の3の時間が経過した時刻t13における第2の電流値I2をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。
The previous commutation timing is t0, the current commutation timing is t1, and the commutation period from t0 to t1 is T1. The time when the commutation cycle T1 is divided into four is T1a, and the current value is A / D converted every time the T1a time elapses from the commutation timing t0. The first current value I1 at time t11 when the quarter time of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0 and the second at time t13 when the time of three quarters of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0. Current value I2 is A / D-converted, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is obtained as a current change rate Ihi by
同様にして、電流変化率から固定子巻線に印加する電圧との位相を推定し、得られた位相が、遅れ位相または目標位相の時は、推定した位相を採用し、進み位相の時は、転流タイミングt0から転流周期の4分の2時刻が経過した時刻t12における第1の電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の4の時間が経過した時刻t14における第2の電流値I2をA/D変換し、I1の電流値に対してI2の電流値の比を電流変化率Ihiとして、式1により求める。
Similarly, the phase with the voltage applied to the stator winding is estimated from the current change rate, and when the obtained phase is the lag phase or the target phase, the estimated phase is adopted, and at the lead phase, The first current value I1 at time t12 when two-fourths of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0, and the first current value I1 at time t14 when four-fourths of the commutation cycle has elapsed from commutation timing t0. The current value I2 of 2 is A / D-converted, and the ratio of the current value of I2 to the current value of I1 is determined as a current change rate Ihi by
同様にして、電流変化率から固定子巻線に印加する電圧との位相を推定し、得られた位相を採用する。 Similarly, the phase with the voltage applied to the stator winding is estimated from the current change rate, and the obtained phase is adopted.
例えば、図4において、転流タイミングt0から転流周期の4分の1時刻が経過した時刻t11における電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の3の時間が経過した時刻t13における第2の電流値I2の電流変化率が、1.255の時、位相は5度であり、目標位相を0度とした場合、遅れ位相であることが判別できる。したがって、位相は5度であるとして、目標位相0度に近づけるように、転流タイミングを早めるように制御を行う。 For example, in FIG. 4, the current value I1 at time t11 when a quarter time of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0 and the time t13 when the time of three quarters of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0. When the current change rate of the second current value I2 is 1.255, the phase is 5 degrees, and when the target phase is 0 degrees, it can be determined that the phase is a delayed phase. Therefore, assuming that the phase is 5 degrees, control is performed so that the commutation timing is advanced so as to approach the target phase of 0 degrees.
一方、電流変化率が、1.223の時、位相は−5度であり、目標位相を0度とした場合、進み位相であることが判別できる。したがって、転流タイミングt0から転流周期の4分の2時刻が経過した時刻t12における第1の電流値I1と転流タイミングt0から転流周期の4分の4の時間が経過した時刻t14における第2の電流値I2から電流変化率を求め、このときの電流変化率が、1.234の時、位相は−5度であり、この位相に基づいて、目標位相に近づけるように、転流タイミングを遅らせるように制御を行う。 On the other hand, when the current change rate is 1.223, the phase is −5 degrees, and when the target phase is 0 degrees, it can be determined that the current phase is the leading phase. Accordingly, the first current value I1 at time t12 at which two-fourths of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0 and the time t14 at which four-fourths of the commutation cycle has elapsed from the commutation timing t0. The current change rate is obtained from the second current value I2, and when the current change rate at this time is 1.234, the phase is −5 degrees, and based on this phase, the commutation is performed so as to approach the target phase. Control to delay the timing.
このようにして得られた位相に基づいて、今回の転流タイミングt1を早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the phase thus obtained, the current commutation timing t1 is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、進み位相、遅れ位相など、位相に応じてより正確な電流変化率を検出することができ、位相の推定精度を向上できると共に負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの駆動装置が得られる。 This makes it possible to detect the current change rate more accurately according to the phase, such as the leading phase and the lagging phase, improve the estimation accuracy of the phase, and improve the followability to the fluctuation of the load. A motor drive device is obtained.
(実施の形態7)
図11に基づいて、今回の転流タイミングから次回の転流タイミングを決定する方法について説明する。
(Embodiment 7)
Based on FIG. 11, a method for determining the next commutation timing from the current commutation timing will be described.
前回の転流タイミングをt0、今回の転流タイミングをt1とし、t0からt1までの転流周期をT1とする。電流変化率から固定子巻線に印加する電圧との位相を図12に基づき位相推定を行い、得られた位相から補正値αを得る。次回の転流タイミングをt2とすると、次回の転流タイミングまでの転流周期T2を式3により求める。
The previous commutation timing is t0, the current commutation timing is t1, and the commutation period from t0 to t1 is T1. The phase of the current change rate and the voltage applied to the stator winding is estimated based on FIG. 12, and the correction value α is obtained from the obtained phase. Assuming that the next commutation timing is t2, the commutation cycle T2 until the next commutation timing is obtained by
T2=T1+α×T1・・・(式3)
例えば、転流周期T1が1ms、位相が5度の時の補正値αは−1/16となり、式3より転流周期T2は、0.9375msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
T2 = T1 + α × T1 (Formula 3)
For example, when the commutation cycle T1 is 1 ms and the phase is 5 degrees, the correction value α is −1/16, and from
一方、位相が−5度の時の補正値αは1/16となり、同様に式5により転流周期T2は、1.0625msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングよりも遅らせることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
On the other hand, the correction value α when the phase is −5 degrees is 1/16, and similarly, the commutation cycle T2 is 1.0625 ms according to
このようにして得られた補正値に基づいて、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the correction value thus obtained, the next commutation timing is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, an optimal commutation timing can always be obtained for each commutation cycle with respect to load fluctuations, and a highly reliable brushless DC motor control device that can improve followability to load fluctuations can be obtained.
なお、本実施例においては、図12に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係および補正値αに簡略化したが、これらの数値はモータの特性に合わせて決めれば良く、その作用効果に差異は生じない。 In this embodiment, the phase relationship between the rate of change of current and the voltage applied to the stator winding and the correction value α as shown in FIG. 12 are simplified, but these values are matched to the characteristics of the motor. It only has to be decided, and there will be no difference in its effects.
(実施の形態8)
図13に基づいて、今回の転流タイミングから次回の転流タイミングを決定する方法について説明する。
(Embodiment 8)
Based on FIG. 13, a method for determining the next commutation timing from the current commutation timing will be described.
図13(a)は、転流タイミングを早めて位相を進める時の電流波形を示している。図13(b)は、転流タイミングを遅らせて位相を遅らす時の電流波形を示している。破線は目標位相における電流波形を示している。前回の転流タイミングをt0、今回の転流タイミングをt1とし、t0からt1までの転流周期をT1、転流周期T1を4分割した時刻をT1aとする。図14に基づき、電流変化率から固定子巻線に印加する電圧との位相を推定し、得られた位相に基づいて、補正値βを取得する。 FIG. 13A shows a current waveform when the phase is advanced by advancing the commutation timing. FIG. 13B shows a current waveform when the commutation timing is delayed and the phase is delayed. A broken line indicates a current waveform in the target phase. The previous commutation timing is t0, the current commutation timing is t1, the commutation cycle from t0 to t1 is T1, and the time obtained by dividing the commutation cycle T1 into four is T1a. Based on FIG. 14, the phase with the voltage applied to the stator winding is estimated from the current change rate, and the correction value β is obtained based on the obtained phase.
次回の転流タイミングをt2とすると、次回の転流タイミングまでの転流周期T2を式4により求める。
Assuming that the next commutation timing is t2, the commutation cycle T2 until the next commutation timing is obtained by
T2=3×T1a+(T1a+β×T1a)・・・(式4)
このとき、転流タイミングから転流周期T1の4分の3が経過してから4分の4経過するまでのT1a時間を補正することにより、次回の転流タイミングt2を早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。
T2 = 3 × T1a + (T1a + β × T1a) (Formula 4)
At this time, the next commutation timing t2 is advanced or delayed by correcting the time T1a from the commutation timing until three-quarters of the commutation cycle T1 elapses until four-fourths elapses. This enables operation at the target phase.
例えば、転流周期T1が1ms、位相が5度の時の補正値βは−1/32となり、式4より転流周期T2は、0.992msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
For example, the correction value β when the commutation period T1 is 1 ms and the phase is 5 degrees is −1/32, and the commutation period T2 is 0.992 ms according to
一方、位相が−5度の時の補正値βは1/32となり、同様に式4により転流周期T2は、1.008msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングよりも遅らせることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
On the other hand, the correction value β when the phase is −5 degrees is 1/32, and similarly, the commutation cycle T2 is 1.008 ms according to
このようにして得られた補正値に基づいて、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the correction value thus obtained, the next commutation timing is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、負荷変動に対して転流周期毎に常に最適な転流タイミングを得ることができ、負荷の変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, an optimal commutation timing can always be obtained for each commutation cycle with respect to load fluctuations, and a highly reliable brushless DC motor control device that can improve followability to load fluctuations can be obtained.
なお、本実施例においては、図14に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係および補正値βに簡略化したが、これらの数値はモータの特性に合わせて決めれば良く、その作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the phase relationship between the current change rate and the voltage applied to the stator winding and the correction value β as shown in FIG. 14 are simplified, but these numerical values are matched to the characteristics of the motor. It only has to be decided, and there will be no difference in its effects.
(実施の形態9)
今回の転流タイミングから次回の転流タイミングを決定する方法について説明する。
(Embodiment 9)
A method for determining the next commutation timing from the current commutation timing will be described.
目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも大きい時は、前回の転流周期から目標位相と実際の位相との位相差に応じて、式5により次回の転流周期を演算し、時間補正を行い転流タイミングを決定する。一方、位相差よりも小さい時は、式6により次回の転流周期を演算し、転流タイミングから転流周期の4分の3が経過してから4分の4経過するまでの時間を補正し、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。
When the target phase is compared with the actual phase and is larger than the predetermined phase difference, the next commutation cycle is calculated according to
例えば、目標位相と実際の位相差が10度よりも大きい時は、式3により演算を行い、位相差が10度未満の時は、式6により次回の転流周期を求める。したがって、目標位相との位相差が10度ある時、転流周期T1が1ms、位相が10度の時の補正値αは−1/16となり、式3より転流周期T2は、0.9375msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
For example, when the target phase and the actual phase difference are larger than 10 degrees, the calculation is performed by
一方、目標位相との位相差が10度未満の時、転流周期T1が1ms、位相が5度の時の補正値βは−1/32となり、式4より転流周期T2は、0.992msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。 On the other hand, when the phase difference from the target phase is less than 10 degrees, the commutation period T1 is 1 ms, and when the phase is 5 degrees, the correction value β is −1/32. 992 ms, and the next commutation timing t2 is controlled to be closer to the target phase by making the next commutation timing t1 earlier than the current commutation timing t1.
このようにして得られた補正値に基づいて、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the correction value thus obtained, the next commutation timing is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、負荷の変動の大きさを検出することが可能となり、転流タイミング毎に負荷変動に応じた最適な通電タイミングを得ることができ、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, it is possible to detect the magnitude of the load fluctuation, obtain the optimum energization timing according to the load fluctuation at each commutation timing, and improve the followability to the load fluctuation with high reliability. A control device for the DC motor is obtained.
(実施の形態10)
今回の転流タイミングから次回の転流タイミングを決定する方法について説明する。
(Embodiment 10)
A method for determining the next commutation timing from the current commutation timing will be described.
目標位相と実際の位相と比較し、あらかじめ定められた位相差よりも小さい時、式6により次回の転流周期を演算し、転流タイミングから転流周期の4分の3が経過してから4分の4経過するまでの時間を補正する。次回得られた位相が前回の位相と異なることが、あらかじめ定められた回数以上となるい時は、前回の転流周期から、目標位相と実際の位相との位相差に応じて式5により転流周期を演算し、時間補正を行い、次回の転流周期を演算することにより、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。
When the target phase is compared with the actual phase and is smaller than a predetermined phase difference, the next commutation cycle is calculated by
例えば、目標位相との位相差が10度未満の時、転流周期T1が1ms、位相が5度の時の補正値βは−1/32となり、式4より転流周期T2は、0.992msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。 For example, when the phase difference from the target phase is less than 10 degrees, the commutation period T1 is 1 ms, and when the phase is 5 degrees, the correction value β is −1/32. 992 ms, and the next commutation timing t2 is controlled to be closer to the target phase by making the next commutation timing t1 earlier than the current commutation timing t1.
一方、転流周期を早めるように制御を行い、目標位相に近づけるように制御を行ったにも関わらず、得られた位相がかわらないことが、3回以上続いた場合は、同様に転流周期T1が1ms、位相が5度の時の補正値αは−1/16となり、式3より転流周期T2は、0.9375msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行うようにする。
On the other hand, when the control is performed so that the commutation cycle is advanced and the control is performed so as to approach the target phase, the commutation is similarly performed when the obtained phase does not change three times or more. When the period T1 is 1 ms and the phase is 5 degrees, the correction value α is −1/16, and the commutation period T2 is 0.9375 ms from
このようにして得られた補正値に基づいて、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the correction value thus obtained, the next commutation timing is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、推定した位相が正確に検出することができるため、推定した位相が同じであるということは脱調しかかっていると判断することができ、次回の転流周期の時間補正量をかえることによって脱調の発生を軽減することができる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the estimated phase can be accurately detected, so that the estimated phase is the same, it can be determined that the phase is about to step out, and the time correction amount of the next commutation cycle can be changed. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device that can reduce the occurrence of step-out can be obtained.
(実施の形態11)
図15に基づいて、今回の転流タイミングから次回の転流タイミングを決定する方法について説明する。
(Embodiment 11)
Based on FIG. 15, a method of determining the next commutation timing from the current commutation timing will be described.
起動時と運転時では、図15に示すように補正値αを変えることにより、目標位相に追従するように転流タイミングを補正することとしたものである。 At startup and during operation, the commutation timing is corrected so as to follow the target phase by changing the correction value α as shown in FIG.
例えば、起動時において、転流周期T1が1ms、位相が10度の時の補正値αは−2/16となり、式3より転流周期T2は、0.875msとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングt1よりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
For example, when the commutation period T1 is 1 ms and the phase is 10 degrees at the time of start-up, the correction value α is −2/16, and the commutation period T2 is 0.875 ms from
一方、運転時において、位相が10度の時の補正値αは1/16となり、同様に式3により転流周期T2は、0.9375msmsとなり、次回の転流タイミングt2を今回の転流タイミングよりも早めることにより目標位相に近づけるように制御を行う。
On the other hand, during operation, the correction value α when the phase is 10 degrees is 1/16. Similarly, the commutation cycle T2 is 0.9375 msms according to
このようにして得られた補正値に基づいて、次回の転流タイミングを早めたり、遅らせたりすることにより、目標位相での運転を可能にする。 Based on the correction value thus obtained, the next commutation timing is advanced or delayed to enable operation at the target phase.
これによって、起動時は回転が不安定であるため、位相推定に誤差が生じやすく、起動時と運転時とで時間補正値を変えることにより、回転の不安定さや脱調を引き起こすことを軽減でき、負荷変動に対する追従性が向上できる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置が得られる。 As a result, the rotation is unstable at start-up, so errors are likely to occur in the phase estimation.By changing the time correction value between start-up and operation, it is possible to reduce instability of rotation and step-out. Thus, a highly reliable brushless DC motor control device that can improve the followability to load fluctuations can be obtained.
なお、本実施例においては、図15に示すような電流変化率と固定子巻線に印加する電圧との位相関係および補正値αに簡略化したが、これらの数値はモータの特性に合わせて決めれば良く、その作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the phase relationship between the current change rate and the voltage applied to the stator winding and the correction value α as shown in FIG. 15 are simplified, but these values are matched to the characteristics of the motor. It only has to be decided, and there will be no difference in its effects.
(実施の形態12)
図16に示すように、ブラシレスDCモータの制御装置を換気送風装置に搭載したものである。
(Embodiment 12)
As shown in FIG. 16, a brushless DC motor control device is mounted on a ventilation fan.
図において、2は室外側のセンサレスDCブラシレスモータで、室外側送風機13を回転させることにより、携帯電話の交換基地局等の発熱体収納箱14が設置された周囲の外気を、熱交換型冷却機15の下部の外気吸込口16より吸い込み、熱交換素子16を通過させた後、熱交換型冷却機15の上部の外気吐出口18より吐き出している。19は室内側のブラシレスDCモータで、室内側送風機20を回転させることにより、発熱体収納箱4内部の熱せられた内気を、熱交換型冷却機15の上部の内気吸込口21より吸い込み、熱交換素子17を通過させた後、熱交換型冷却機15の下部の内気吐出口22より吐き出している。室外側送風機13の回転による外気の動きを実線の矢印で、室内側送風機20の回転による室内空気の動きを破線の矢印で示している。熱交換素子17内を冷えた外気と熱せられた室内空気が通過するときに熱交換され、外気は熱せられて大気中に排出され、室内空気は冷やされて室内側に還流されるので、発熱体収納箱14内の冷却が可能になる。熱交換素子17内では外気風路と内気風路は遮断されており、熱交換型冷却機15の内気風路内に外気風路の空気が流入することは無い。制御ボックス23は熱交換型冷却機15の内気風路内に設置されて、その内部には、室外側センサレスDCブラシレスモータ2を駆動するための制御装置12が設置されている。制御装置12には、発熱体収納箱15内に設置された低圧の直流電源5より、低圧の直流電力が供給され、制御装置12から駆動用リード線24を通して室外側のセンサレスDCブラシレスモータ2を駆動している。又、制御ボックス23内には、室内側のブラシレスDCモータ19を駆動する室内側インバータ回路(図示せず)も備え、室内側送風機20を運転している。
In the figure,
これによって、内気風路側に設置された制御装置との接続に使用するセンサー信号の中継リード線や磁気センサーが不要になるので、センサー信号線へのノイズによる誤動作の影響がなく、設置場所の温度条件の制約がなくなる信頼性の高いブラシレスDCモータの制御装置とすることができるとともに、リード線が不要になり、中継線を接続する作業もなくなるので、低価格の熱交換型冷却機が得られる。 This eliminates the need for sensor signal relay leads and magnetic sensors used to connect to the control device installed on the side of the inside air path, so there is no effect of malfunction due to noise on the sensor signal line, and the temperature of the installation location. It is possible to provide a highly reliable brushless DC motor control device that eliminates restrictions on conditions, eliminates the need for lead wires, and eliminates the work of connecting relay wires, thus providing a low-cost heat exchange type cooler. .
なお、本実施例においては、ブラシレスDCモータの制御装置を熱交換型冷却機に搭載した例を示したが、換気扇やレンジフード等に搭載しても良く、その作用効果に差異は生じない。 In the present embodiment, the brushless DC motor control device is mounted on the heat exchange type cooler. However, the control device may be mounted on a ventilation fan, a range hood, or the like, and there is no difference in operational effects.
1 インバータ回路
2 ブラシレスDCモータ
3 回転子
4 固定子
5 直流電源
6 電流検出抵抗
7 マイクロコンピュータ
8 A/D変換器
9 位相推定手段
10 転流タイミング決定手段
11 ドライブ回路
12 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
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