JP5257661B2 - Synchronous motor control method and control apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、突極あるいは逆突極型ロータからなりロータの回転位置を検出するセンサが設けられていない同期モータの起動法に係り、特に、ロータの回転位置決めモードと同期運転モードを備えた同期モータの制御方法と、その制御方法を備えた同期モータの制御装置に関する。 The present invention relates to a method for starting a synchronous motor that is composed of a salient pole or reverse salient pole type rotor and is not provided with a sensor for detecting the rotational position of the rotor, and in particular, a synchronous motor having a rotor rotational positioning mode and a synchronous operation mode. The present invention relates to a motor control method and a synchronous motor control device including the control method.
従来のロータの回転位置を検出する位置センサを持たない同期モータの起動法として、特許文献1に記載されたものがある。位置センサレスで同期モータを運転する場合、電機子巻線(ステータコイル)の端子電圧からロータの回転位置を検出し、その検出信号に基づきインバータを制御して定常運転を行うが、起動時には電機子巻線に誘起電圧が発生していないから、定常運転に先だってインバータを他制式としてロータの回転数を上げる低周波同期起動運転モードが設けられている。特許文献1記載のロータ位置センサレスで同期モータを起動する起動法は、低周波同期起動運転モードに入る前に、電機子巻線への電流の通流経路を任意の一つに固定して直流電流を流し、その電流を0から徐々に高め、ロータを回転トルクが発生しない位置まで移動させて固定する位置決めを行う位置決めモード期間を設け、その後、低周波同期起動運転を行う起動方法である。
しかしながら、上記起動法の位置決め運転では次の問題がある。 However, the positioning method of the starting method has the following problems.
(a)位置決めモードにおいて、ロータを位置決めするために電機子巻線に通電する通電位置位相に対して、ロータの初期位置が180度付近にある場合、電機子巻線に流す直流電流を増加させてもロータには回転トルクが発生しない(回転トルク=0)ので、ロータを移動させて固定する位置決めができない。 (A) In the positioning mode, when the initial position of the rotor is near 180 degrees with respect to the energization position phase in which the armature winding is energized to position the rotor, the direct current flowing through the armature winding is increased. However, since no rotational torque is generated in the rotor (rotational torque = 0), positioning for moving and fixing the rotor cannot be performed.
(b)ロータを位置決めできない(a)の状態で、電機子巻線に流す直流電流をさらに増加させてロータを回転させようとすると、ロータは急回転してしまう。 (B) If the rotor cannot be positioned and the rotor is rotated by further increasing the direct current flowing through the armature winding in the state of (a), the rotor will rotate rapidly.
(c)ロータが急回転することにより同期モータは発電機となり、異常電圧が発生して過電流が流れ、システム停止に到る。 (C) When the rotor suddenly rotates, the synchronous motor becomes a generator, an abnormal voltage is generated, an overcurrent flows, and the system is stopped.
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものである。したがって、突極あるいは逆突極型のロータを備え、位置検出センサレスで運転される同期モータで、かつ、起動制御として位置決めモードと同期運転モードとが設定されている同期モータにおいて、ロータの初期位置の如何にかかわらず位置決めできない状態を回避し、ロータの初期位置によっては、ロータが急回転することにより過電流が発生し、システム停止に到ることを防止した同期モータの制御方法及びその制御方法を備えた同期モータを提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems. Therefore, in a synchronous motor that has a salient pole or reverse salient pole type rotor and is operated without a position detection sensor, and in which a positioning mode and a synchronous operation mode are set as start control, the initial position of the rotor Control method for synchronous motor and control method for preventing overcurrent due to sudden rotation of rotor depending on initial position of rotor and preventing system stoppage depending on initial position of rotor It is an object to provide a synchronous motor provided with
(1)上記課題を解決するために、本発明の同期モータの制御方法は、突極あるいは逆
突極型のロータと、ステータコイルとを備え、前記ロータの回転位置を検出する位置検出センサレス同期モータを駆動するための制御方法であって、前記ステータコイルに所定の電圧を印加して通電するインバータにより駆動される前記同期モータの起動時の制御方法において、前記起動時のロータの位置決めの前に、停止している前記ロータの初期位置を推定するために、パルス通電位相差が電気角90度以内である第1のパルス及び第2のパルスからなる少なくとも二回のパルス通電を前記ステータコイルに対して行い、各前記パルス通電にともなう電流値を検出し、検出した二つの前記電流値の大きさに基づき、前記ロータの初期位置領域を判別するものであって、前記起動時に、判別された前記ロータの初期位置領域に基づいて前記ロータの磁極とステータの磁極とが正対し位置決め出来ない状態を回避するように位置決め通電位相が決定されることを特徴とする。
(1) In order to solve the above-described problem, a synchronous motor control method according to the present invention includes a salient pole or reverse salient pole type rotor and a stator coil, and a position detection sensorless synchronization that detects the rotational position of the rotor. A control method for driving a motor, wherein the synchronous motor is driven by an inverter that is energized by applying a predetermined voltage to the stator coil. In addition, in order to estimate the initial position of the rotor that is stopped, at least two pulse energizations consisting of a first pulse and a second pulse whose pulse energization phase difference is within 90 degrees is applied to the stator coil. And detecting the current value associated with each of the pulse energization, and determining the initial position region of the rotor based on the two detected current values. Be those, wherein upon startup, the positioning energized phase so as to avoid a state in which the magnetic poles of the magnetic poles and the stator of the rotor can not directly facing the positioning on the basis of the determined initial location area of the rotor was is determined It is characterized by.
すなわち、本発明の同期モータの制御方法は、初期起動制御として設定されている位置決めモードの前に、少なくとも二回の通電位相の異なるパルス通電をステータコイルに対して行い、その電流値の大きさによりロータの初期位置を推定するものである。突極あるいは逆突極型ロータのインダクタンスは、ロータの磁石位置によりインダクタンスに突極あるいは逆突極性を有し電気角で90度ごとにインダクタンスは増加あるいは減少へと変化する。ここで、図6(a)のようにロータのN極方向をd軸、d軸から90度位相を進めた方向をq軸と定義すると、インダクタンスは、d軸で最小、q軸で最大となる。ステータコイルを流れる電流は、インダクタンスが小さいと流れ易く、インダクタンスが大きいと流れにくい。従って、図5(b)のようにd軸とステータの磁極の方向が一致している時(θ=0)ステータコイルを流れる電流は最大となり、d軸とステータの磁極の方向が90度のとき(θ=90)ステータコイルを流れる電流は最小となる。このように、ロータの停止している位置によりステータコイルを流れる電流は変化する。この突極あるいは逆突極型ロータの特性を利用して位相差のある二回のパルス通電を行い、そのときの電流値の大小を比較してロータの初期位置領域を判別することができる。印加する電圧は、僅かな時間幅のパルス状電圧であるため停止しているロータを回転させたり、騒音を発生させるおそれはない。 That is, the synchronous motor control method of the present invention performs at least two pulse energizations with different energization phases on the stator coil before the positioning mode set as the initial start control, and the magnitude of the current value. Thus, the initial position of the rotor is estimated. The inductance of the salient pole or reverse salient pole type rotor has a salient pole or reverse salient polarity in the inductance depending on the magnet position of the rotor, and the inductance increases or decreases every 90 degrees in electrical angle. Here, as shown in FIG. 6A, if the N-pole direction of the rotor is defined as the d-axis, and the direction advanced 90 degrees from the d-axis is defined as the q-axis, the inductance is minimum on the d-axis and maximum on the q-axis. Become. The current flowing through the stator coil is easy to flow when the inductance is small, and difficult to flow when the inductance is large. Therefore, as shown in FIG. 5B, when the direction of the d-axis and the magnetic pole of the stator coincides (θ = 0), the current flowing through the stator coil becomes maximum, and the direction of the magnetic pole of the d-axis and the stator is 90 degrees. When (θ = 90), the current flowing through the stator coil is minimized. Thus, the current flowing through the stator coil varies depending on the position where the rotor is stopped. Using the characteristics of the salient pole or reverse salient pole type rotor, two pulse energizations having a phase difference are performed, and the current position at that time is compared to determine the initial position region of the rotor. Since the applied voltage is a pulse voltage with a slight time width, there is no possibility of rotating the stopped rotor or generating noise.
特に本発明の同期モータの制御方法は、前記起動時に、判別された前記ロータの初期位置領域に基づいて位置決め通電位相が決定され、前記ロータが正対して位置決め出来ない状態を回避する制御方法としたものである。 In particular, the synchronous motor control method of the present invention includes a control method for avoiding a state in which a positioning energization phase is determined based on the determined initial position region of the rotor at the time of startup, and the rotor cannot be positioned in a straight line. It is a thing .
ロータの初期位置に対して、位置決め通電位相が大きく離れているとき、ロータの位置決めのためにステータコイルに流れる電流が大きくなる。ロータの磁極とステータコイルの磁極が正対している(例えば、ロータのN極とステータコイルのN極が相対している)場合、あるいはロータの磁極とステータコイルの磁極が正対に近い状態にある場合、ロータは急回転する。(1)において、ロータの初期位置領域が判別されたことにより、位置決めのためにステータコイルに流す電流の通電位相をロータが急回転しない範囲の通電位相とすることが可能となる。さらに、ロータの急回転を防止することで、ロータが急回転し過電流が発生しシステム停止に到ることを抑制することが可能となる。 When the positioning energization phase is far away from the initial position of the rotor, the current flowing in the stator coil for positioning the rotor is increased. When the magnetic pole of the rotor and the magnetic pole of the stator coil are directly opposed (for example, the N pole of the rotor and the N pole of the stator coil are opposed), or the rotor magnetic pole and the magnetic pole of the stator coil are in a state close to the direct facing In some cases, the rotor rotates rapidly. In (1), when the initial position region of the rotor is determined, the energization phase of the current flowing through the stator coil for positioning can be set to an energization phase in a range where the rotor does not rotate rapidly. Furthermore, by preventing the rotor from rotating suddenly, it is possible to suppress the rotor from rotating suddenly and causing an overcurrent to cause a system stop.
(2)さらに、好ましくは、(1)の同期モータの制御方法において、前記第1のパルス及び第2のパルスのパルス間隔は、前記ステータコイル時定数以上である構成がよい。
二つのパルスのパルス間隔をステータコイル時定数以上とすることで、第1のパルス印加で流れた電流を減衰させ、測定精度を確保する効果がある。
( 2 ) Further, preferably, in the synchronous motor control method of (1), the pulse interval between the first pulse and the second pulse may be greater than or equal to the stator coil time constant.
By setting the pulse interval between the two pulses to be equal to or greater than the stator coil time constant, there is an effect of attenuating the current flowing by applying the first pulse and ensuring measurement accuracy.
(3)さらに、好ましくは、(1)又は(2)の同期モータの制御方法においても、前記位置決めモードの前に、さらに、前記第2のパルスに対して電気角180度の第3のパルスを印加し、前記ロータの磁極極性を判別する構成とするとよい。 ( 3 ) Further preferably, also in the method for controlling a synchronous motor of (1) or (2) , before the positioning mode, the third pulse having an electrical angle of 180 degrees with respect to the second pulse is further provided. The magnetic pole polarity of the rotor may be determined.
本構成によれば、界磁磁石の磁気飽和を利用してロータの磁極判別(N極、S極の判別)を行うことができる。パルス電流により発生する磁束の方向が界磁磁束と同方向である場合、磁気飽和となる。磁気飽和によりインダクタンスは小さくなるのでパルス電流は流れ易い。逆に、パルス電流により発生する磁束の方向が界磁磁束と逆方向である場合、パルス電流により発生する磁束と界磁磁束とは打ち消しあうので磁気飽和とはならない。磁気飽和にならない場合インダクタンスは大きくなるのでパルス電流は流れにくくなる。この特性を利用して、本発明は、第2のパルスと第3のパルスの電流値を比較することでロータの磁極判別を行う構成としている。さらに、この構成によりロータの位置決め時の回転角度を最大90度以内に抑えることができ、90度以内に抑えることで後述するように、ロータの急回転による過電流の発生をより確実に行える。 According to this configuration, the magnetic pole discrimination of the rotor (N pole / S pole discrimination) can be performed using the magnetic saturation of the field magnet. When the direction of the magnetic flux generated by the pulse current is the same as the field magnetic flux, magnetic saturation occurs. Since the inductance is reduced by magnetic saturation, the pulse current easily flows. On the contrary, when the direction of the magnetic flux generated by the pulse current is opposite to the field magnetic flux, the magnetic flux generated by the pulse current and the field magnetic flux cancel each other, so that magnetic saturation does not occur. If the magnetic saturation does not occur, the inductance increases, and the pulse current is less likely to flow. Utilizing this characteristic, the present invention is configured to determine the magnetic pole of the rotor by comparing the current values of the second pulse and the third pulse. Furthermore, with this configuration, the rotation angle at the time of positioning of the rotor can be suppressed to a maximum of 90 degrees, and by suppressing the rotation angle to within 90 degrees, an overcurrent can be generated more reliably due to a rapid rotation of the rotor, as will be described later.
(4)請求項4及び5に記載の発明は、同期モータの制御装置の発明であるが、その作用・効果は、上記の(1)〜(3)項に述べた同期モータの制御方法の発明の作用・効果と同様であるので説明を省略する。
( 4 ) The invention described in
本発明によれば、突極あるいは逆突極型のロータを備え、位置検出センサレスで運転される同期モータで、かつ、起動制御として位置決めモードと同期運転モードとが設定されている同期モータの制御方法において、停止しているロータの初期位置の如何にかかわらず位置決めできない状態を回避し、さらに、ロータの初期位置によってはロータが急回転することにより過電流が発生しシステム停止に到る場合があるが、そのような過電流の発生と、それによるシステム停止を防止する効果がある。また、その制御方法を備えた同期モータの制御装置を提供することができる。 According to the present invention, control of a synchronous motor that includes a salient pole or reverse salient pole type rotor and that is operated without a position detection sensor, and in which a positioning mode and a synchronous operation mode are set as start control. In this method, a state where positioning cannot be performed regardless of the initial position of the stopped rotor is avoided, and furthermore, depending on the initial position of the rotor, an excessive current may be generated due to a sudden rotation of the rotor, resulting in a system stoppage. However, there is an effect of preventing the occurrence of such an overcurrent and the system stop due to the overcurrent. Moreover, the control apparatus of the synchronous motor provided with the control method can be provided.
以下、本発明の実施形態についてより詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.
<実施形態>
図1は、本発明の実施形態である同期モータの制御システム全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、同期モータの制御システム20は、3相のステータコイル1aと突極あるいは逆突極型のロータ1bとを有する同期モータ1と、同期モータ1を制御する制御装置2と、制御装置2に直流電源を供給するバッテリ3と、制御装置2との間で同期モータ1の起動指令などに関する情報を送受するECU(電子制御装置)50と、から構成されている。制御装置2は、同期モータ1を駆動するためのインバータ4と、インバータ4を構成しているIGBT(T1〜T6)をオン・オフ制御するドライブ回路5と、インバータ4の各相アーム下段に接続された抵抗R1、R2、R3により構成された電流値検出手段6と、同期モータ1の過電流を検出する過電流検出器7と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称す)8と、により構成されている。同期モータ1は、埋込磁石同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)である。C1、C2は、バッテリ3及びインバータ4にそれぞれ設けられたバイパスコンデンサである。
<Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a synchronous motor control system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a synchronous
ドライブ回路5は、マイコン8により制御され、電流値検出手段6の出力は、増幅器A1、A2、A3、を介してマイコン8のロータ初期位置領域判別部81に入力されている。ロータ初期位置領域判別部81は、本発明のロータ初期位置領域判別手段に該当する。また、過電流検出器7の出力は、増幅器A4を介してマイコン8に入力されている。ここで、マイコン8と、インバータ4と、電流値検出手段6と、ロータ初期位置領域判別部81とは、本発明のロータ初期起動手段に含まれる。なお、図1では、ドライブ回路5の出力(d1〜d6)は、図示されていないが、IGBT(T1〜T6)のゲート端子(b1〜b6)に接続されている。
The
図2は、同期モータの起動制御の経過を表したものである。通常、位置決め運転(X)、同期運転(Y)、定常運転(Z)の順に徐々にロータの回転を上げて定常運転に移行するが、位置決め運転では上記した問題があるため、本発明では、位置決め運転モード(X)の前に、さらに、ロータ初期位置領域判別(X0)を行うものである。 FIG. 2 shows the progress of the start-up control of the synchronous motor. Usually, the positioning operation (X), the synchronous operation (Y), and the steady operation (Z) gradually increase the rotation of the rotor and shift to the steady operation. Prior to the positioning operation mode (X), the rotor initial position region discrimination (X 0 ) is further performed.
次に、図3のフローチャートに基づいて、本実施形態のロータ初期位置領域判定動作について説明する。本発明のロータ初期位置領域判別手段は、まず、停止しているロータの初期位置が設定した位置決め位相(θ1)に対して、位置決めによりロ−タが急回転して過電流が発生する領域にあるか、否かを判定する。 Next, the rotor initial position region determination operation of this embodiment will be described based on the flowchart of FIG. The rotor initial position region discriminating means according to the present invention is a region where the rotor is suddenly rotated by positioning and an overcurrent is generated with respect to the positioning phase (θ1) set by the initial position of the stopped rotor. It is determined whether or not there is.
まず、過電流発生のメカニズムについて図4及び図5を参照して説明する。 First, the mechanism of overcurrent generation will be described with reference to FIGS.
従来技術の項で前述したように、位置決め運転では、ステータに一定方向の電流(以下、モータ電流と称す)を印加するが、そのときに発生するトルク(以下、モータ発生トルクと称す)TMは、次式で表される。
TM=Pn〔−Φa・IM ・sinθ+(1/2)(Lq−Ld)(IM)2・sin2θ〕・・・(1)
ここで、TM:モータ発生トルク、Pn:極対数、Φa:永久磁石によるステータ鎖交磁束、IM:モータ電流、Lq:q軸インダクタンス、Ld:d軸インダクタンス、θ:ロータN極とステータS極のなす角度である。
As described above in the section of the prior art, in the positioning operation, a current in a certain direction (hereinafter referred to as a motor current) is applied to the stator, and torque generated at that time (hereinafter referred to as a motor generated torque) T M Is expressed by the following equation.
T M = Pn [−Φa · I M · sin θ + (1/2) (Lq−Ld) (I M ) 2 · sin 2θ] (1)
Here, T M : Motor generated torque, Pn: Number of pole pairs, Φa: Stator flux linkage by permanent magnet, I M : Motor current, Lq: q axis inductance, Ld: d axis inductance, θ: Rotor N pole and stator This is the angle formed by the S pole.
本実施形態の同期モータ1は、前述したようにIPMSMである。IPMSMのモータ発生トルクTMは、マグネットトルクとリラクタンストルクの総和トルクで考えられる。マグネットトルクは、(1)式の前項で、ステータコイルの磁界とロータの磁石の磁界との間に発生する引力、斥力である。リラクタンストルクは、(1)式の後項で、ステータコイルの磁界が鉄を引きつける力である。(1)式から分かるようにモータ発生トルクTMは、θの関数であり、図4に示すようにロータの初期位置により大小分布している。θは、(1)式で述べているように、ロータN極とステータS極のなす角度である(図6(a)参照)。また、ロータの回転を妨げるように働く負荷トルクTLとし、図4に示すように一定だとすると、ロータに働く回転トルクTRは、次式で表される。
TR=TM −TL=J(d2θ/dt2)・・・・・・・・・(2)
ここで、J:イナーシャ(慣性モーメント)である。
As described above, the
T R = T M −T L = J (d 2 θ / dt 2 ) (2)
Here, J is inertia (moment of inertia).
位置決め運転時にモータ電流が大きくなる条件について説明する。モータ電流IMは、次式で表される。
IM=(V+Keω)/r・・・・・・・・・・・・・・・(3)
ここで、V:モータコイル印加電圧(ステータコイル印加電圧)、Ke:逆起定数、ω:ロータ角速度、r:巻線抵抗である。
A condition for increasing the motor current during the positioning operation will be described. The motor current I M is expressed by the following equation.
I M = (V + K e ω) / r (3)
Here, V: motor coil applied voltage (stator coil applied voltage), K e : counter electromotive constant, ω: rotor angular velocity, r: winding resistance.
位置決め運転においては、ロータを所定の位置に回転させるために(3)式のモータコイル印加電圧(V)は、例えば、本実施形態の同期モータでは、U相:−27A、V・W相:13.5Aに向けて印加される。過電流に至るのは逆起電圧Keωが大きくなり重畳されたとき、つまりロータ角速度ωが大きいときである。角速度は前述の回転トルクTRとの関係から次式で表される。
S=∫TRdθ=(1/2)Jω2・・・・・・・・・(4)
ここで、S:回転トルクTRの総和である。
(4)式をロータ角速度ωについて展開すると、
ω=(2S/J)1/2・・・・・・・・・・・・・・・(5)
(5)式より、ロータ角速度ωは、回転トルクTRの総和Sの関数である。すなわち、ロータ角速度ωは、回転トルクTRの総和Sが大きいほど大きくなる。
In the positioning operation, in order to rotate the rotor to a predetermined position, the motor coil applied voltage (V) of formula (3) is, for example, U phase: −27 A, V / W phase in the synchronous motor of the present embodiment: Applied toward 13.5A. The overcurrent is reached when the back electromotive force K e ω is increased and superimposed, that is, when the rotor angular velocity ω is large. Angular velocity is expressed by the following equation from the relationship between the rotational torque T R described above.
S = ∫T R dθ = (1/2) Jω 2 (4)
Here, S: is the sum of the rotational torque T R.
When formula (4) is expanded for the rotor angular velocity ω,
ω = (2S / J) 1/2 (5)
From equation (5), the rotor angular velocity omega, which is a function of the sum S of the rotational torque T R. That is, the rotor angular velocity ω is greater the larger the sum S of the rotational torque T R.
図5に、本実施形態の同期モータ1の回転トルクTRの総和Sとモータ電流IMとの関係を示す。図5の上図に示すように、ロータの初期位置がa点(θ=約±180度)にあり、ロータの位置決め位置(θ=0度)まで移動させる場合の回転トルクTRの総和Sは、斜線で示す面積(TM−TL)となる。図5の下図は、ロータを任意の初期位置から位置決め位置(θ=0度)まで移動させたときの、モータ電流IMの大きさを示している(ただし、ロータ初期位置が+135度〜±180度〜−135度の範囲のみ図示)。横軸がロータ初期位置を示し、縦軸がロータの位置決めの移動により流れるモータ電流IMの大きさである。
Figure 5 shows the relationship between the sum S and the motor current I M of the torque T R of the
本実施形態では、IGBTの電流容量等からモータ電流IMは、30A以下で運転する構成となっている。従って、図5下図に示すように、モータ電流IMが30A以上流れる場合は、過電流と判定するように過電流保護レベルを30Aに設定している。そして、過電流に至る範囲としては、(4)式及び(5)式に基づき図5に示すように、ロータ初期位置が150度以上(ロータ回転角が150度以上)の場合である。 In this embodiment, the motor current I M from the current capacity of the IGBT is configured to operate at 30A or less. Accordingly, as shown in FIG. 5 below, if the flowing motor current I M is 30A or more, it is set overcurrent protection level in 30A to determine an overcurrent. The range leading to the overcurrent is the case where the rotor initial position is 150 degrees or more (rotor rotation angle is 150 degrees or more) as shown in FIG. 5 based on the expressions (4) and (5).
次に、図3のフローチャートに戻って説明する。 Next, returning to the flowchart of FIG.
ロータの初期位置領域を推定するために、ステップ1(以下、S1と称す。他のステップも同様)において、まず、ロータの位置決め通電位相(θ1とする)を決定する。次に、S2において、θ1を挟む通電パルス(電圧ベクトル)2ケを決定する。2ケの通電パルスは、本発明の第1のパルス及び第2のパルスに該当する。このとき、2ケの通電パルスの位相差は、90度以内とする。2ケの通電パルスの位相差を90度以内とする理由は、後述するロータの初期位置領域を推定する手法が2ケの通電パルスにより流れる電流の電流値に基づくものであり、その電流値の増減は、先に図6を引用して述べたように、90度ごとに逆になっている特性を利用するためである。ここで、上記2ケの通電パルスの電圧をV1、V2とする。次に、S3において、電圧V1パルスを印加し、それによりステータコイルに流れる電流をI1とし、図1の電流検出手段6により電流値を検出する。次に、S4で電圧V2パルスを印加し、それによりステータコイルに流れる電流をI2とし、電流検出手段6により電流値を検出する。 In order to estimate the initial position region of the rotor, in step 1 (hereinafter referred to as S1; the same applies to other steps), first, the rotor positioning energization phase (referred to as θ1) is determined. Next, in S2, two energization pulses (voltage vectors) sandwiching θ1 are determined. The two energized pulses correspond to the first pulse and the second pulse of the present invention. At this time, the phase difference between the two energized pulses is within 90 degrees. The reason why the phase difference between the two energization pulses is within 90 degrees is that the method of estimating the initial position region of the rotor, which will be described later, is based on the current value of the current flowing by the two energization pulses. The increase / decrease is to use the characteristics that are reversed every 90 degrees as described above with reference to FIG. Here, the voltages of the two energization pulses are V1 and V2. Next, in S3, a voltage V1 pulse is applied, whereby the current flowing through the stator coil is set to I1, and the current value is detected by the current detection means 6 in FIG. Next, a voltage V2 pulse is applied in S4, whereby the current flowing through the stator coil is set to I2, and the current value is detected by the current detection means 6.
以上のS1〜S4の動作について図7で具体的数値に基づいて説明する。図7(a)に図示しているように、決定された位置決め通電位相θ1に対して、2ケの通電パルス(電圧ベクトルV1、V2)を設定する。図7(a)の場合は、θ1を挟んで2ケの通電パルスの間隔は、30度(<90度)としている。図7(b)は、電圧V1パルス及び電圧V2パルスを印加し、電流I1及びI2を検出するためのインバータ4のIGBTのオン・オフ制御を表している。図7(b)に示すように、電圧V1パルスを印加するときは、IGBTのT2及びT4をオンとし、その他のIGBTはオフとする。電圧V2パルスを印加するときは、IGBTのT3及びT4をオンとし、その他のIGBTはオフとする。これにより、電圧V1パルスと電圧V2パルスとの位相差は30度となっている。
The operations of S1 to S4 will be described with reference to specific numerical values in FIG. As shown in FIG. 7A, two energization pulses (voltage vectors V1 and V2) are set for the determined positioning energization phase θ1. In the case of FIG. 7 (a), the interval between the two energized pulses across θ1 is 30 degrees (<90 degrees). FIG. 7B shows the on / off control of the IGBT of the
次に、電圧V1パルスと電圧V2パルスのパルス幅及び二つのパルスの間隔について図8を参照して説明する。 Next, the pulse width of the voltage V1 pulse and the voltage V2 pulse and the interval between the two pulses will be described with reference to FIG.
通電パルスは、ロータが回転しない程度の短いパルスとする必要がある。本実施形態の同期モータの場合、電流値で5Aを超えると回転する。パルス幅にすると20μsである。また、4μsでは電流値が検出できないため、本実施形態では10μsとした。二つのパルスの間隔は、電流の回生期間以上あける必要がある。本実施形態では、図8(b)に示すように、電流回生期間は4msである。従って、図8(a)に示すように、パルス幅を10μs、パルス間隔を5msとしている。 The energization pulse needs to be short enough not to rotate the rotor. In the case of the synchronous motor of the present embodiment, the motor rotates when the current value exceeds 5A. The pulse width is 20 μs. Further, since the current value cannot be detected at 4 μs, it is set to 10 μs in this embodiment. The interval between the two pulses must be longer than the current regeneration period. In the present embodiment, as shown in FIG. 8B, the current regeneration period is 4 ms. Therefore, as shown in FIG. 8A, the pulse width is 10 μs and the pulse interval is 5 ms.
電流I1とI2を検出したら、次に、S5において、電流I1とI2の電流値に基づいて、ロータの停止している初期位置が「領域上」か「領域下」かの判定(判定1)を行う。なお、領域上とは、位置決め位置がd軸に近い位置(d軸±45度)でロータが停止している場合であり、領域下とは、位置決め位置がq軸に近い位置(q軸±45度)でロータが停止している場合である。判定1について、図9(a)に基づき説明する。
図9(a)は、横軸が図9(c)に示すように、位置決め通電位相(0度)に対するロータの位置(θ)を表している。縦軸は、ロータがθの位置にあるとき(d軸がθの位置にあるとき)のステータに流れる電流値を表している。
If the currents I1 and I2 are detected, next, in S5, based on the current values of the currents I1 and I2, it is determined whether the initial position where the rotor is stopped is “above the region” or “below the region” (determination 1). I do. Note that “on the area” means that the rotor is stopped at a position where the positioning position is close to the d axis (d axis ± 45 degrees), and “below the area” means that the positioning position is close to the q axis (q axis ± 45 degrees) when the rotor is stopped.
In FIG. 9A, the horizontal axis represents the position (θ) of the rotor with respect to the positioning energization phase (0 degree) as shown in FIG. 9C. The vertical axis represents the value of current flowing through the stator when the rotor is at the position θ (when the d-axis is at the position θ).
ここで、|I1|+|I2|≧α 〔(α/2)=Imax+Imin:図9(a)参照〕・・・・(6)
であるときは、ロータは領域上で停止している。
|I1|+|I2|<α・・・・・・(7)
であるときは、ロータは領域下で停止している、と判定する。
Here, | I1 | + | I2 | ≧ α [(α / 2) = I max + I min : see FIG. 9A] (6)
The rotor is stopped on the area.
| I1 | + | I2 | <α (7)
When it is, it determines with the rotor having stopped under the area | region.
S5の判定の次に、S6のロータが停止している初期位置が電流(I1、I2)のピーク値付近にあるか、否かの判定2を行う。図9(b)に示すように、電流I1の電流値とI2の電流値との差を所定の値βと比較することにより、ロータの初期位置がピーク付近か、電流の傾斜部分にあるかを判定することができる。すなわち、
||I1|−|I2||<β・・・・・・(8)
である場合は、ロータの初期位置がピーク付近にあると判定する。また、
||I1|−|I2||≧β・・・・・・(9)
である場合は、ロータの初期位置がピーク付近以外にあると判定する。
Following the determination of S5, a
|| I1 |-| I2 || <β (8)
If it is, it is determined that the initial position of the rotor is near the peak. Also,
|| I1 |-| I2 || ≧ β (9)
If it is, it is determined that the initial position of the rotor is not near the peak.
ロータの初期位置がピーク付近にあるということは、位置決め通電位相(ロータを位置決めする位置)の付近にあるため、位置決めによるロータの回転が大きく過電流が発生するおそれがある。一方、ロータの初期位置がピーク付近以外にあれば、位置決めによるロータの回転が大きくないので、過電流が発生するおそれがない。前述したように、ロータの位置決めによるロータ回転角が150度以上のとき過電流が発生するので、βを|I1|−|I2|の値により、ロータの初期位置が、位置決め通電位相から30度以内であるか、30度以上であるか判定できるようにβを設定しておけば、ロータの初期位置が過電流発生領域にあるか、否か判定できる。そして、ロータ回転角が150度以上のときは、位置決め通電位相(位置決め位置)をロータ回転角が150度以内となるように変更する。 The fact that the initial position of the rotor is in the vicinity of the peak is in the vicinity of the positioning energization phase (position where the rotor is positioned). On the other hand, if the initial position of the rotor is outside the vicinity of the peak, the rotation of the rotor by positioning is not large, so there is no possibility of overcurrent. As described above, since an overcurrent is generated when the rotor rotation angle by the rotor positioning is 150 degrees or more, the initial position of the rotor is set to 30 degrees from the positioning energization phase according to the value of | I1 |-| I2 | If β is set so that it can be determined whether it is within or less than 30 degrees, it can be determined whether or not the initial position of the rotor is in the overcurrent generation region. When the rotor rotation angle is 150 degrees or more, the positioning energization phase (positioning position) is changed so that the rotor rotation angle is within 150 degrees.
判定2について、図10を参照してより具体的に説明する。
The
図10(a)は、ロータが位置決め通電位相(位置決め位置)に対して0度の位置に停止している場合を示している。この場合、電流I1とI2は、図10(b)に示すようにピーク付近にあり、ほぼ等しい値でロータが領域上に停止している場合である。従って、電流I1とI2の電流値の差は、ほぼ零であり、式(8)に該当する。また、ロータの初期位置(A点)が過電流発生領域にあるため、位置決めによる回転で過電流が発生する。図10(c)は、これに対し位置決め通電位相を変更(−45度シフト)して位置決めによる回転角を減少させて(約130度に減少)過電流発生を回避した例を示している。 FIG. 10A shows a case where the rotor is stopped at a position of 0 degrees with respect to the positioning energization phase (positioning position). In this case, the currents I1 and I2 are in the vicinity of the peak as shown in FIG. 10B, and the rotor is stopped on the region at a substantially equal value. Therefore, the difference between the current values of the currents I1 and I2 is almost zero, which corresponds to the equation (8). Further, since the initial position (point A) of the rotor is in the overcurrent generation region, overcurrent is generated by rotation due to positioning. FIG. 10C shows an example in which overcurrent generation is avoided by changing the positioning energization phase (shifting −45 degrees) to reduce the rotation angle by positioning (decreasing to about 130 degrees).
図11(a)は、ロータが位置決め通電位相に対して−45度の位置に停止している場合を示す。そして、ロータが領域上に停止している場合に該当する(式6参照)。判定2は、図11(b)に示すI1、I2の電流値よりロータの初期位置がピーク付近以外にある場合と判定する(式9参照)。そして、図11(b)に矢印で示すように、ロータが停止位置のB点から、位置決め通電位相(位置決め位置)まで移動(回転)する回転角は、約135度であり、過電流が発生するおそれはない。従って、位置決め通電位相(θ1)は最初に設定された位置決め通電位相(位置決め位置)に決定される。
FIG. 11A shows a case where the rotor is stopped at a position of −45 degrees with respect to the positioning energization phase. This corresponds to the case where the rotor is stopped on the region (see Equation 6).
なお、ロータの初期位置が、領域下にある場合は、位置決めによるロ−タの回転角は、式(8)、(9)のいずれの場合も150度以内なので、位置決め通電位相(θ1)を変更する必要はない。 When the initial position of the rotor is below the region, the rotation angle of the rotor by positioning is within 150 degrees in both cases (8) and (9), so the positioning energization phase (θ1) is There is no need to change.
以上のように、本発明のロータ初期位置領域判別手段は、判定1及び判定2によって、ロータの初期位置が、設定された位置決め通電位相(θ1)に対して位置決めにより過電流が発生する領域にあるか、否かを判定する。そして、ロータの初期位置が、過電流が発生する領域にあると判定した場合には、位置決め通電位相を過電流が発生しない位置に変更する。 As described above, the rotor initial position area discriminating means according to the present invention determines that the initial position of the rotor is in an area where an overcurrent is generated by positioning with respect to the set positioning energization phase (θ1). It is determined whether or not there is. When it is determined that the initial position of the rotor is in a region where overcurrent occurs, the positioning energization phase is changed to a position where no overcurrent occurs.
次に、S8において、判定1でロータ初期位置が「領域上」と判定され、判定2で「ピーク付近」にあると判定されて位置決め通電位相が変更された場合、さらに、電圧V2パルスに対して180度位相をずらした電圧V2_パルスを印加し、そのとき流れる電流をI2_として、I2_の電流値を検出する(S10)。ここで、電圧V2_パルスは、本発明の第3のパルスに該当する。
Next, in S8, when the rotor initial position is determined to be “on the region” in
次に、S11において判定3として、I2の電流値とI2_の電流値との大小を比較してロータの磁極極性(NS極性)の判定を行う。図12(a)は、ロータの初期位置と通電位相を変化させたときの流れる電流の電流値の関係の実測値である。このとき、図12(b)のように、電流I2とI2_をそれぞれ流した場合の電流値が図12(a)のように検出されたとする(|I2|>|I2_|)。この場合は、電流I2の方が大きい。すなわち、磁気飽和によりI2が大きくなっているので、図12(b)のようにロータのN極は、位置決め通電位相(0度)の近くにあるので、位置決め通電位相は、S1で設定したθ1でよい。逆に、|I2|<|I2_|である場合は、I2_による磁束により磁気飽和していないためであり、ロータのNS極は、図12(b)とは逆になる。従って、位置決め通電位相をS1で設定したθ1から180度回転させる変更を行うことで位置決めによる過電流防止をより容易に行うことができる。なお、本実施形態では、電圧V2パルスに対して180度位相をずらせた電圧V2_パルスを第3のパルスとして印加しているが、当然、第3のパルスは、電圧V1パルスを基準として、電圧V1パルスから180度位相をずらせたものでもよい。また、図13は、上記の判定1〜3を表にまとめたものである。
Next, as
1:同期モータ、 2:制御装置、 3:バッテリ、 4:インバータ、
5:ドライブ回路、 6:電流検出手段、 7:過電流検出器、
8:マイクロコンピュータ(マイコン)、
20:同期モータの制御システム、 50:ECU、
1: Synchronous motor 2: Control device 3: Battery 4: Inverter
5: drive circuit, 6: current detection means, 7: overcurrent detector,
8: Microcomputer (microcomputer),
20: Synchronous motor control system, 50: ECU,
Claims (5)
前記ステータコイルに所定の電圧を印加して通電するインバータにより駆動される前記同期モータの起動時の制御方法において、
前記起動時のロータの位置決めの前に、停止している前記ロータの初期位置を推定するために、パルス通電位相差が電気角90度以内である第1のパルス及び第2のパルスからなる少なくとも二回のパルス通電を前記ステータコイルに対して行い、各前記パルス通電にともなう電流値を検出し、検出した二つの前記電流値の大きさに基づき前記ロータの初期位置領域を判別するものであって、
前記起動時に、判別された前記ロータの初期位置領域に基づいて前記ロータの磁極とステータの磁極とが正対し位置決め出来ない状態を回避するように位置決め通電位相が決定されることを特徴とする同期モータの制御方法。 A control method for driving a position detection sensorless synchronous motor comprising a salient pole or reverse salient pole type rotor and a stator coil, and detecting a rotational position of the rotor,
In the control method at the time of starting the synchronous motor driven by an inverter that applies a predetermined voltage to the stator coil and energizes it,
Before positioning the rotor at the time of starting, in order to estimate the initial position of the rotor that is stopped, at least a first pulse and a second pulse whose pulse conduction phase difference is within an electrical angle of 90 degrees twice the pulse energization is performed with respect to the stator coil, be those for detecting a current value associated with each of said pulsed current, to determine the initial location area of the rotor based on the size of two of the current value detected And
The synchronization energization phase is determined at the time of starting so as to avoid a state where the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole face each other and cannot be positioned based on the determined initial position area of the rotor. Motor control method.
前記ステータコイルに所定の電圧を印加して通電するインバータにより駆動される前記同期モータの制御装置において、
前記同期モータの起動時ロータの位置決めの前に、停止している前記ロータの初期位置を推定するためにパルス通電位相差が電気角90度以内である第1のパルス及び第2のパルスからなる少なくとも二回のパルス通電を前記ステータコイルに対して行い、さらに、各前記パルス通電にともなう電流値を検出する電流値検出手段と、検出した二つの前記電流値の大きさに基づき前記ロータの初期位置領域を判別するロータ初期位置領域判別手段を有するロータ初期起動手段を備えると共に、
前記起動時に、判別された前記ロータの初期位置領域に基づいて前記ロータの磁極とステータの磁極とが正対し位置決め出来ない状態を回避するように位置決め通電位相を決定する位置決め通電位相決定手段を備えたことを特徴とする同期モータの制御装置。 A control device for driving a position detection sensorless synchronous motor that includes a salient pole or reverse salient pole type rotor and a stator coil, and detects a rotational position of the rotor,
In the control apparatus for the synchronous motor driven by an inverter that applies a predetermined voltage to the stator coil and energizes the stator coil,
Before the positioning of the rotor at the time of starting the synchronous motor, the first pulse and the second pulse whose pulse energization phase difference is within an electrical angle of 90 degrees are used to estimate the initial position of the stopped rotor. At least two pulse energizations are performed on the stator coil, and further, current value detection means for detecting a current value associated with each of the pulse energizations, and an initial value of the rotor based on the magnitudes of the two detected current values Rutotomoni a rotor initial activation means having a rotor initial location area determining means for determining the location area,
A positioning energization phase determining means for determining a positioning energization phase so as to avoid a state in which the magnetic pole of the rotor and the magnetic pole of the stator face each other and cannot be positioned based on the determined initial position area of the rotor at the time of startup; the synchronous motor control device, characterized in that the.
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