JP2003189671A - Motor drive - Google Patents

Motor drive

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JP2003189671A
JP2003189671A JP2001385651A JP2001385651A JP2003189671A JP 2003189671 A JP2003189671 A JP 2003189671A JP 2001385651 A JP2001385651 A JP 2001385651A JP 2001385651 A JP2001385651 A JP 2001385651A JP 2003189671 A JP2003189671 A JP 2003189671A
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JP
Japan
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current
motor
conduction angle
magnetic flux
current conduction
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Application number
JP2001385651A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhide Azuma
光英 東
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive with a simple construction that can reduce operating noise and vibration. <P>SOLUTION: The motor drive has a DC-AC converting means 4 that outputs a pseudo AC voltage to a three-phase brushless DC motor 5, a magnetic pole detecting means 1 that detects the induced voltage of the armature winding, and a pulse width modulation (PWM) duty ratio control means 3 that controls the switching element of the DC-AC conversion means 4. It is provided with a leakage flux estimating means 6 that calculates the amount of leakage flux within the motor based on a prescribed electrical physical quantity, and a current angle setting means 2 that controls the current angle of the armature current to maintain the calculated leakage flux amount to a prescribed value or lower, so that operating noise and vibration may be reduced with a simple construction. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスDCモ
ータを周波数制御するためのモータ駆動装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor drive device for frequency controlling a brushless DC motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】3相ブラシレスDCモータは、ブラシ及
びスリッピングが存在しないので、その保守が極めて容
易であり、また防爆構造とすることが容易である。この
ため、3相ブラシレスDCモータは、種々の分野で幅広
く用いられている。そして、かかる3相ブラシレスDC
モータには、これを駆動ないし制御するモータ駆動装置
が付設される。
2. Description of the Related Art A three-phase brushless DC motor is extremely easy to maintain and has an explosion-proof structure because there are no brushes and slipping. Therefore, the three-phase brushless DC motor is widely used in various fields. And such a three-phase brushless DC
A motor driving device that drives or controls the motor is attached to the motor.

【0003】図9に、3相ブラシレスDCモータの回転
数を制御するための120゜通電制御型(矩形波通電制
御型)モータ駆動装置の概略構成を示す。図9に示すよ
うに、このモータ駆動装置は、磁極位置検出手段101
とPWMデューティ制御手段103と直流交流変換手段
104とを備えている。ここで、磁極位置検出手段10
1は、ブラシレスDCモータ105(以下、略して「モ
ータ105」という。)の回転子の位置を検出する。P
WMデューティ制御手段103は、モータ105の回転
数制御を行うための印加電圧、周波数及び位相を制御す
るデューティ信号を出力する。直流交流変換手段104
は、直流電圧を疑似交流電圧に変換してモータ105に
出力する。なお、直流交流変換手段104は、高速で開
閉する6つのスイッチング素子を備えている。
FIG. 9 shows a schematic structure of a 120 ° energization control type (rectangular wave energization control type) motor drive device for controlling the rotation speed of a three-phase brushless DC motor. As shown in FIG. 9, this motor drive device is provided with magnetic pole position detection means 101.
And a PWM duty control means 103 and a DC / AC conversion means 104. Here, the magnetic pole position detection means 10
1 detects the position of the rotor of the brushless DC motor 105 (hereinafter, abbreviated as "motor 105"). P
The WM duty control means 103 outputs a duty signal for controlling the applied voltage, frequency and phase for controlling the rotation speed of the motor 105. DC / AC conversion means 104
Converts the DC voltage into a pseudo AC voltage and outputs it to the motor 105. The DC / AC converter 104 includes six switching elements that open and close at high speed.

【0004】このように構成されたモータ駆動装置にお
いては、直流電圧は、直流交流変換手段104により、
周波数及び位相が可変の疑似交流電圧に変換されてモー
タ105に出力される。ここで、モータ105の回転数
は、直流交流変換手段104から出力される疑似交流電
圧の周波数及び位相(以下、「インバータ周波数」とい
う。)を変化させることにより制御される。このインバ
ータ周波数は、PWMデューティ制御手段103によっ
て制御される。PWMデューティ制御手段103は、直
流交流変換手段104のスイッチング素子を開閉する6
通りのベースパターンを出力する。これらのベースパタ
ーンによりスイッチング素子が開閉され、これにより直
流交流変換手段104から出力されるインバータ周波数
が制御される。ここで、ベースパターン1周期の逆数が
インバータ周波数となる。
In the motor drive device thus constructed, the DC voltage is converted by the DC / AC converting means 104.
The frequency and the phase are converted into a pseudo AC voltage having a variable value and output to the motor 105. Here, the rotation speed of the motor 105 is controlled by changing the frequency and phase (hereinafter, referred to as “inverter frequency”) of the pseudo AC voltage output from the DC / AC converter 104. This inverter frequency is controlled by the PWM duty control means 103. The PWM duty control means 103 opens / closes the switching element of the DC / AC conversion means 104.
Output the street base pattern. The switching elements are opened and closed by these base patterns, and thereby the inverter frequency output from the DC / AC converting means 104 is controlled. Here, the reciprocal of one cycle of the base pattern is the inverter frequency.

【0005】モータ105の回転数を変更する際には、
PWMデューティ制御手段103は、磁極位置検出手段
101から入力された回転位相情報に基づいて、直流交
流変換手段104のインバータ周波数を変化させなが
ら、モータ105の回転数制御を行う。ここで、磁極位
置検出手段101の位相検知特性は、直流交流変換手段
104が出力するインバータ周波数(位相)や電圧振幅
には依存せず、モータ105から発生する誘起電圧を直
接検知し、モータ105の磁極位置を推定し演算する。
When changing the number of rotations of the motor 105,
The PWM duty control means 103 controls the rotation speed of the motor 105 while changing the inverter frequency of the DC / AC conversion means 104 based on the rotation phase information input from the magnetic pole position detection means 101. Here, the phase detection characteristic of the magnetic pole position detection means 101 does not depend on the inverter frequency (phase) or the voltage amplitude output from the DC / AC conversion means 104, and directly detects the induced voltage generated from the motor 105 to obtain the motor 105. The magnetic pole position of is estimated and calculated.

【0006】PWMデューティ制御手段103は、回転
位相情報に基づいて、6通りのベースパターンを出力す
る。直流交流変換手段104は、6個のスイッチング素
子を有し、これらはU相、V相及びW相に対して、それ
ぞれ、上アームに1個のスイッチング素子を具備すると
ともに、下アームに1個のスイッチング素子を具備して
いる。
The PWM duty control means 103 outputs six types of base patterns based on the rotation phase information. The DC / AC converting means 104 has six switching elements, each of which has one switching element in the upper arm and one in the lower arm for each of the U-phase, V-phase and W-phase. It is equipped with a switching element.

【0007】このような従来のモータ駆動装置によるモ
ータ駆動において、モータ105に印加される負荷トル
クが小さい状況下では、モータ105は本来のトルク性
能を発揮し、良好な速度制御性能が得られる。また、か
なりの速度脈動に対しても速度追従性がよく、十分な高
速応答性を確保することができる。さらに、制御回路の
構成とモータ運転プログラムも簡単なため、制御回路を
含めたシステム全体の低コスト化を図ることができると
いった利点がある。
In the motor drive by such a conventional motor drive device, under the condition that the load torque applied to the motor 105 is small, the motor 105 exerts its original torque performance and good speed control performance is obtained. Further, the speed followability is good even for a considerable speed pulsation, and a sufficient high speed response can be secured. Further, since the configuration of the control circuit and the motor operation program are simple, there is an advantage that the cost of the entire system including the control circuit can be reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
105に印加される負荷トルクが大きい状況下では、モ
ータ105の電機子電流の増大により、モータ内部にお
けるステータとロータとの間の洩れ磁束の影響が無視で
きなくなる。とくに、モータ105の体積が小さくなる
ほど、洩れ磁束の割合が著しく増加する。このような現
象が発生すると、モータ105は、本来のトルク性能を
発揮することができなくなる。
However, under the condition that the load torque applied to the motor 105 is large, the influence of the leakage magnetic flux between the stator and the rotor inside the motor is increased due to the increase of the armature current of the motor 105. It cannot be ignored. In particular, as the volume of the motor 105 becomes smaller, the ratio of the leakage magnetic flux increases remarkably. When such a phenomenon occurs, the motor 105 cannot exhibit the original torque performance.

【0009】この場合、(負荷トルク増大)→(電機子
電流増大)→(洩れ磁束量増大)→(モータ発生トルク
ダウン)→(電機子電流増大)→(洩れ磁束量増大)、
といった磁気飽和現象が発生し、電機子電流は増加する
一方となる。このため、駆動効率の悪化、熱の発生ある
いはパワー部品の焼損が生じ、最悪の場合は、脱調して
モータ機器の破損につながるおそれすらある。ここで、
モータ105の体積を大きくすれば、高負荷トルク領域
を有効に使うことができ、このような事態を避けること
ができる。しかしながら、このようにすると、モータの
コストが上昇するとともに、制御装置の低コスト化が困
難になるといった問題が生じる。
In this case, (increase load torque)-(increase armature current)-(increase leakage magnetic flux amount)-(decrease motor generated torque)-(increase armature current)-(increase leakage magnetic flux amount),
Such a magnetic saturation phenomenon occurs, and the armature current continues to increase. For this reason, the driving efficiency may be deteriorated, heat may be generated, or power components may be burned, and in the worst case, the motor may be out of step and even damage the motor equipment. here,
If the volume of the motor 105 is increased, the high load torque region can be effectively used, and such a situation can be avoided. However, this causes problems that the cost of the motor increases and it is difficult to reduce the cost of the control device.

【0010】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、モータ(3相ブラシレスDC
モータ等)の体積を大きくすることなく、モータに印加
される負荷トルクが高く磁気飽和現象が生じやすい状況
下において洩れ磁束量を低減することができ、モータ本
来のトルク耐量性能を発揮させることができる低コスト
のモータ駆動装置を提供することを解決すべき課題とす
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is directed to a motor (three-phase brushless DC).
Without increasing the volume of the motor, etc., the amount of magnetic flux leakage can be reduced under the condition that the load torque applied to the motor is high and the magnetic saturation phenomenon is likely to occur, and the original torque withstanding performance of the motor can be exhibited. It is an object to be solved to provide a low-cost motor drive device that can be performed.

【0011】また、モータにトルクダウンが発生するの
を抑制してモータの機械系で発生する騒音ないし振動を
低減することができ、その騒音防止機構ないし振動防止
機構を簡素化することができるモータ駆動装置を提供す
ることも解決すべき課題とする。さらには、回路コスト
をほとんど上昇させることなく、負荷トルクが小さい状
況下で非常に良好な速度制御性能、速度追従性あるいは
制御安定性を確保することができるモータ駆動装置を提
供することも解決すべき課題とする。
Further, it is possible to suppress the occurrence of torque down in the motor to reduce noise or vibration generated in the mechanical system of the motor, and to simplify the noise prevention mechanism or vibration prevention mechanism. Providing a driving device is also a problem to be solved. Further, it is also intended to provide a motor drive device capable of ensuring very good speed control performance, speed followability or control stability under a situation where the load torque is small, without increasing the circuit cost. It should be an issue.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本願第1の本発明にかかるモータ駆動装置
は、(i)スイッチング素子を含み、該スイッチング素
子を制御信号に応じて開閉することにより直流電圧を所
望の疑似交流電圧に変換し、該疑似交流電圧を3相ブラ
シレスDCモータに出力する直流交流変換手段と、(i
i)3相ブラシレスDCモータの3相の電機子巻線の誘
起電圧より得られる回転位相を検出し、回転位相情報を
出力する磁極位置検出手段と、(iii)直流交流変換手
段のスイッチング素子の開閉動作をPWM制御するため
の制御信号を出力するPWMデューティ制御手段とを有
するモータ駆動装置において、(iv)磁極位置検出手段
とPWMデューティ制御手段との間に接続され、3相ブ
ラシレスDCモータ内部におけるステータとロータとの
間の電機子電流の作用による洩れ磁束量を所定の電気的
物理量に基づいて算出する洩れ磁束量推定手段と、
(v)洩れ磁束量推定手段によって算出された洩れ磁束
量を、所定値以下にするように電機子電流の電流通電角
を制御する電流通電角設定手段とを有することを特徴と
するものである。
A motor drive device according to a first aspect of the present invention made to solve the above problems includes (i) a switching element, and the switching element is opened and closed according to a control signal. A DC-AC converting means for converting the DC voltage into a desired pseudo-AC voltage and outputting the pseudo-AC voltage to a three-phase brushless DC motor;
i) A magnetic pole position detecting means for detecting a rotation phase obtained from an induced voltage of a three-phase armature winding of a three-phase brushless DC motor and outputting rotation phase information, and (iii) a switching element of a DC / AC converting means. In a motor drive device having PWM duty control means for outputting a control signal for PWM control of opening / closing operation, (iv) a three-phase brushless DC motor connected between the magnetic pole position detection means and the PWM duty control means. A leakage magnetic flux amount estimating means for calculating the leakage magnetic flux amount due to the action of the armature current between the stator and the rotor on the basis of a predetermined electrical physical quantity,
(V) Current conduction angle setting means for controlling the current conduction angle of the armature current so that the leakage magnetic flux amount calculated by the leakage magnetic flux amount estimating means is equal to or less than a predetermined value. .

【0013】本願第2の発明にかかるモータ駆動装置
は、上記所定の電気的物理量が、電機子電流であること
を特徴とするものである。本願第3の発明にかかるモー
タ駆動装置は、上記所定の電気的物理量が、直流電圧と
PWMデューティとであることを特徴とするものであ
る。
A motor drive device according to a second invention of the present application is characterized in that the predetermined electrical physical quantity is an armature current. A motor drive device according to a third invention of the present application is characterized in that the predetermined electrical physical quantities are a DC voltage and a PWM duty.

【0014】本願第4の発明にかかるモータ駆動装置
は、電流通電角設定手段が、算出された洩れ磁束量が所
定値より増加した場合には電流通電角を大きくし、洩れ
磁束量が所定値より減少した場合には電流通電角を小さ
くすることを特徴とするものである。本願第5の発明に
かかるモータ駆動装置は、電流通電角を120度以上1
80度未満に設定する電流通電角設定手段を有すること
を特徴とするものである。
In the motor drive device according to the fourth aspect of the present invention, the current conduction angle setting means increases the current conduction angle when the calculated leakage magnetic flux amount is larger than a predetermined value, and the leakage magnetic flux amount is a predetermined value. When it is further reduced, the current conduction angle is reduced. A motor drive device according to a fifth aspect of the present invention has a current conduction angle of 120 degrees or more.
It is characterized in that it has a current conduction angle setting means for setting it to less than 80 degrees.

【0015】本願第6の発明にかかるモータ駆動装置
は、1ピストンロータリ圧縮機のトルク制御装置に応用
(適用)され、該1ピストンロータリ圧縮機の回転負荷
トルク変動に対応して3相ブラシレスDCモータの発生
電磁トルクを制御するPWMデューティ制御手段を有す
ることを特徴とするものである。本願第7の発明にかか
るモータ駆動装置は、1ピストンロータリ圧縮機のトル
ク制御装置に応用(適用)され、トルク制御の必要な運
転領域では電流通電角を大きくし、トルク制御の必要の
ない運転領域では電流通電角を小さくする電流通電角設
定手段を有することを特徴とするものである。
A motor drive device according to a sixth aspect of the present invention is applied (applied) to a torque control device of a one-piston rotary compressor, and corresponds to a rotational load torque fluctuation of the one-piston rotary compressor, and is a three-phase brushless DC. It is characterized by having a PWM duty control means for controlling the electromagnetic torque generated by the motor. The motor drive device according to the seventh invention of the present application is applied (applied) to a torque control device of a one-piston rotary compressor, and a current conduction angle is increased in an operation region where torque control is required, and an operation without torque control is performed. The region is characterized by having current conduction angle setting means for reducing the current conduction angle.

【0016】本願第8の発明にかかるモータ駆動装置
は、周期的な電機子電流(実効値)の変動に対して、該
電機子電流の1周期中の最大電流のみに対応した電流通
電角に固定し、3相ブラシレスDCモータ内部の洩れ磁
束量を所定値以下にするような電流通電角設定手段を有
することを特徴とするものである。本願第9の発明にか
かるモータ駆動装置は、電流通電角を連続離散的又はス
テップ状に変更する電流通電角設定手段を有することを
特徴とするものである。
In the motor drive device according to the eighth aspect of the present invention, the current conduction angle corresponding to only the maximum current in one cycle of the armature current is provided with respect to the periodic fluctuation of the armature current (effective value). It is characterized in that it has a current conduction angle setting means for fixing the leakage magnetic flux amount inside the three-phase brushless DC motor to a predetermined value or less. A motor drive device according to a ninth invention of the present application is characterized by having a current conduction angle setting means for changing the current conduction angle in a continuous discrete or stepwise manner.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しつつ、
本発明にかかるモータ駆動装置の実施の形態を詳細に説
明する。 (モータ駆動装置の構成)まず、モータ駆動装置の構成
を説明する。図1(a)は、本発明の実施の形態にかか
るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。
このモータ駆動装置は、3相ブラシレスDCモータ5
(以下、略して「モータ5」という。)に対して、12
0゜〜180゜通電制御(矩形波通電制御)で回転数制
御を行うものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to the accompanying drawings,
An embodiment of a motor drive device according to the present invention will be described in detail. (Structure of Motor Driving Device) First, the structure of the motor driving device will be described. FIG. 1A is a block diagram showing a schematic configuration of a motor drive device according to an embodiment of the present invention.
This motor drive is a three-phase brushless DC motor 5
(Hereinafter, abbreviated as “motor 5”)
The rotation speed is controlled by 0 ° to 180 ° energization control (rectangular wave energization control).

【0018】図1(a)に示すように、モータ5を制御
するモータ駆動装置は、磁極位置検出手段1と、電流通
電角設定手段2と、PWMデューティ制御手段3と、直
流交流変換手段4と、洩れ磁束量推定手段6とを備えて
いる。ここで、磁極位置検出手段1は、モータ5の回転
子の位置を検出し、検出されたモータ5の回転子位置か
ら回転速度を算出する。PWMデューティ制御手段3
は、モータ5を回転数制御するための印加電圧、周波数
及び位相を制御するPWMデューティ信号を出力する。
直流交流変換手段4は、直流電圧を疑似交流電圧に変換
してモータ5に出力する。洩れ磁束量推定手段6は、洩
れ磁束量を算出する。
As shown in FIG. 1A, the motor driving device for controlling the motor 5 includes a magnetic pole position detecting means 1, a current conduction angle setting means 2, a PWM duty controlling means 3, and a DC / AC converting means 4. And a leakage magnetic flux amount estimating means 6. Here, the magnetic pole position detection means 1 detects the position of the rotor of the motor 5, and calculates the rotation speed from the detected rotor position of the motor 5. PWM duty control means 3
Outputs a PWM duty signal for controlling the applied voltage, frequency and phase for controlling the rotation speed of the motor 5.
The DC / AC converter 4 converts the DC voltage into a pseudo AC voltage and outputs it to the motor 5. The leakage magnetic flux amount estimating means 6 calculates the leakage magnetic flux amount.

【0019】電流通電角設定手段2は、モータ5の内部
のステータとロータとの間における電機子電流の作用に
よる洩れ磁束量を所定値以下にするような電流通電角を
設定する。具体的には、電流通電角設定手段2は、磁極
位置検出手段1とPWMデューティ制御手段3との間に
接続され、磁極位置検出手段1から出力される回転速度
情報及び回転子位置情報と、洩れ磁束量推定手段6から
出力されるモータ内部の洩れ磁束量算出値とに基づいて
電流通電角を算出し、これをPWMデューティ制御手段
3に出力する。
The current conduction angle setting means 2 sets the current conduction angle such that the amount of leakage magnetic flux due to the action of the armature current between the stator and the rotor inside the motor 5 is set to a predetermined value or less. Specifically, the current conduction angle setting means 2 is connected between the magnetic pole position detecting means 1 and the PWM duty controlling means 3, and the rotation speed information and the rotor position information output from the magnetic pole position detecting means 1 are included, The current conduction angle is calculated based on the leakage magnetic flux amount calculation value inside the motor output from the leakage magnetic flux amount estimating means 6, and this is output to the PWM duty controlling means 3.

【0020】ここで、電流通電角設定手段2によって算
出された電流通電角更新データは、洩れ磁束量推定手段
6に出力される。また、直流交流変換手段4は、6個の
スイッチング素子を有し、U相、V相、W相に対して、
それぞれ、上アームに1個のスイッチング素子を具備す
るとともに、下アームに1個のスイッチング素子を具備
している。
The current energization angle update data calculated by the current energization angle setting means 2 is output to the leakage magnetic flux amount estimation means 6. Further, the DC / AC converting means 4 has six switching elements, and for the U phase, V phase, and W phase,
Each of the upper arms has one switching element, and the lower arm has one switching element.

【0021】このように構成されたモータ駆動装置で
は、直流電源から供給される直流電圧が、直流交流変換
手段4によって周波数及び位相が可変の疑似交流電圧に
変換されてモータ5に出力される。モータ5の回転数
は、直流交流変換手段4から出力される疑似交流電圧の
周波数及び位相(以下、「インバータ周波数」という。)
を変化させることにより制御される。このインバータ周
波数は、PWMデューティ制御手段3により制御され
る。PWMデューティ制御手段3は、この値に基づいて
直流交流変換手段4のスイッチング素子を開閉するベー
スパターン信号を出力する。これらのベースパターン信
号によりスイッチング素子が開閉され、これにより直流
交流変換手段4から出力されるインバータ周波数が制御
される。
In the motor drive device thus constructed, the DC voltage supplied from the DC power supply is converted by the DC / AC converting means 4 into a pseudo AC voltage having a variable frequency and phase and output to the motor 5. The rotation speed of the motor 5 is the frequency and phase of the pseudo AC voltage output from the DC / AC converter 4 (hereinafter referred to as "inverter frequency").
It is controlled by changing. This inverter frequency is controlled by the PWM duty control means 3. The PWM duty control means 3 outputs a base pattern signal for opening / closing the switching element of the DC / AC converting means 4 based on this value. The switching elements are opened and closed by these base pattern signals, and thereby the inverter frequency output from the DC / AC converting means 4 is controlled.

【0022】各ベースパターン信号の転流切換は、磁極
位置検出手段1の出力信号に基づいて行われる。磁極位
置検出手段1は、モータ5の3相誘起電圧のゼロクロス
信号を検知して、その検知信号から回転子位置情報及び
回転速度情報を算出し、電流通電角設定手段2に出力す
る。ゼロクロス信号(≡回転子位置情報)は電気角1周
期の間に3相分で6回発生する。また、モータ5が1回
転する間には、ゼロクロスが(3×極数)回発生する。
磁極位置検出手段1の回転子位置情報が、電流通電角設
定手段2を介してPWMデューティ制御手段3に入力さ
れると、PWMデューティ制御手段3は、ベースパター
ン信号を回転子位置情報に基づいて順次切り替えてゆ
く。
The commutation switching of each base pattern signal is performed based on the output signal of the magnetic pole position detecting means 1. The magnetic pole position detection means 1 detects a zero-cross signal of the three-phase induced voltage of the motor 5, calculates rotor position information and rotation speed information from the detection signal, and outputs it to the current conduction angle setting means 2. The zero-cross signal (= rotor position information) is generated 6 times for 3 phases in one electrical angle cycle. In addition, zero cross occurs (3 × pole number) times during one rotation of the motor 5.
When the rotor position information of the magnetic pole position detection means 1 is input to the PWM duty control means 3 via the current conduction angle setting means 2, the PWM duty control means 3 outputs a base pattern signal based on the rotor position information. Switch sequentially.

【0023】(ベースパターン)次に、PWMデューテ
ィ制御手段3から出力されるベースパターンについて説
明する。ここで、ベースパターンとは、直流交流変換手
段4のスイッチング素子を駆動するためのパルス信号を
意味する。120゜通電の場合、ベースパターンは、直
流交流変換手段4の出力電圧の電気角の1周期におい
て、6つの基本的なパターンを有する。ここで、ベース
パターン1周期の逆数がインバータ周波数となる。
(Base Pattern) Next, the base pattern output from the PWM duty control means 3 will be described. Here, the base pattern means a pulse signal for driving the switching element of the DC / AC converter 4. In the case of 120 ° energization, the base pattern has six basic patterns in one cycle of the electrical angle of the output voltage of the DC / AC converter 4. Here, the reciprocal of one cycle of the base pattern is the inverter frequency.

【0024】第1のベースパターンPTN1は、U相上
アームスイッチング素子とV相下アームスイッチング素
子とを導通させる。第2のベースパターンPTN2は、
U相上アームスイッチング素子とW相下アームスイッチ
ング素子とを導通させる。第3のベースパターンPTN
3は、V相上アームスイッチング素子とW相下アームス
イッチング素子とを導通させる。第4のベースパターン
PTN4は、V相上アームスイッチング素子とU相下ア
ームスイッチング素子とを導通させる。第5のベースパ
ターンPTN5は、W相上アームスイッチング素子とU
相下アームスイッチング素子とを導通させる。第6のベ
ースパターンPTN6は、W相上アームスイッチング素
子とV相下アームスイッチング素子とを導通させる。P
WMデューティ制御手段3は、磁極位置検出手段1の回
転位相情報に基づいて、ベースパターンを、PTN1→
PTN2→・・・→PTN6→PTN1のように、順次
切り替えてゆく。
The first base pattern PTN1 electrically connects the U-phase upper arm switching element and the V-phase lower arm switching element. The second base pattern PTN2 is
The U-phase upper arm switching element and the W-phase lower arm switching element are electrically connected. Third base pattern PTN
3 conducts the V-phase upper arm switching element and the W-phase lower arm switching element. The fourth base pattern PTN4 electrically connects the V-phase upper arm switching element and the U-phase lower arm switching element. The fifth base pattern PTN5 includes a W-phase upper arm switching element and a U-phase upper arm switching element.
Conducts electrical connection with the lower arm switching element. The sixth base pattern PTN6 electrically connects the W-phase upper arm switching element and the V-phase lower arm switching element. P
The WM duty control means 3 sets the base pattern to PTN 1 → based on the rotation phase information of the magnetic pole position detection means 1.
PTN2 → ... → PTN6 → PTN1 are sequentially switched.

【0025】電流通電角を120゜以上180゜未満と
する場合は、120゜通電で説明した6つのベースパタ
ーンPTNn(n=1〜6)に加えて、3相正弦波駆動
用ベースパターンPTNSn(n=1〜6の6種類があ
る。)を追加する。基本的には、3相のうちどれか1相
でも電流がOFFとなる区間(60毎に発生)では、1
20゜通電制御用のベースパターンPTNnを使用す
る。その他の区間では、ベースパターンPTNSnを使
用する。ベースパターンPTNSnについては、通常の
3相正弦波PWM制御として公知の技術であるので、こ
こでは詳細な説明は省略する。なお、電流通電角が18
0゜のときには、ベースパターンとしては、3相正弦波
駆動用ベースパターンPTNSnのみで駆動する。
When the current conduction angle is set to 120 ° or more and less than 180 °, in addition to the six base patterns PTNn (n = 1 to 6) described for 120 ° conduction, a three-phase sinusoidal drive base pattern PTNsn ( There are 6 types of n = 1 to 6). Basically, in the section where the current is turned off in any one of the three phases (generated every 60 times), 1
A base pattern PTNn for controlling 20 ° energization is used. In other sections, the base pattern PTNSn is used. The base pattern PTNsn is a technique known as normal three-phase sine wave PWM control, and thus detailed description thereof is omitted here. The current conduction angle is 18
At 0 °, as the base pattern, only the three-phase sinusoidal wave driving base pattern PTNsn is used for driving.

【0026】図8は、電流通電角を説明図である。図8
では、電流通電角36は、Wxで定義されている。Wx
=120とすれば、120゜通電となる。図8におい
て、 Wx<180 を満たせば、モータ5の誘起電圧を確認できるので、モ
ータ5に位置センサを設けなくても運転が可能である。
また、 120<Wx<180 とする場合は、120゜通電制御で説明した6通りのベ
ースパターンPTNnに加えて、3相正弦波駆動用ベー
スPTNSnを追加することは、上述した通りである。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the current conduction angle. Figure 8
Then, the current conduction angle 36 is defined by Wx. Wx
= 120, 120 ° energization is achieved. In FIG. 8, if Wx <180 is satisfied, the induced voltage of the motor 5 can be confirmed, so that the motor 5 can be operated without providing a position sensor.
Further, when 120 <Wx <180, the addition of the three-phase sine wave driving base PTNsn in addition to the six types of base patterns PTNn described in the 120 ° energization control is as described above.

【0027】図8において、電機子電流OFF開始角
(=−X)〜電機子電流OFF終了角(=X)は、モー
タ5の誘起電圧を確認することができる区間である。こ
のような誘起電圧を確認できる区間は、3相分で考える
と、電気角60゜の領域毎に1回ずつ存在する。したが
って、インバータ周波数1周期(電気角360゜)で考
えると、誘起電圧を確認することができる領域は、6回
あることになる。
In FIG. 8, the armature current OFF start angle (= −X) to the armature current OFF end angle (= X) is a section in which the induced voltage of the motor 5 can be confirmed. Considering three phases, the section in which such an induced voltage can be confirmed exists once for each area of 60 electrical degrees. Therefore, considering one cycle of the inverter frequency (electrical angle of 360 °), there are six regions where the induced voltage can be confirmed.

【0028】(洩れ磁束量推定手段の動作)次に、洩れ
磁束量推定手段6の動作について説明する。ここで、洩
れ磁束とは、モータ5の内部のステータ−ロータ間にお
いて、電機子電流(以下、断りがない限り、「実効値」
を意味するものとする。)による磁束がロータ内部を通
らずに、ロータ表面を通る現象を意味する。このような
現象は磁気飽和現象とも呼ばれる。なお、洩れ磁束は無
効磁束とも呼ばれる。この現象の発生時には、モータ発
生トルクは、電機子電流に比例せず、単位電流当たりの
発生トルクが著しく低下するので、モータ駆動効率悪
化、電流増大、騒音増大あるいは振動増大の原因とな
る。とくに、高負荷トルク運転時など、電機子電流が増
加するほどこの現象は顕著となる。また、モータ5の体
積が小さくなるほど単位電流当たりの洩れ磁束が増える
傾向があり、極力洩れ磁束を低減する必要がある。
(Operation of Leakage Magnetic Flux Amount Estimation Means) Next, the operation of the leakage magnetic flux amount estimation means 6 will be described. Here, the leakage magnetic flux means an armature current (hereinafter, “effective value” unless otherwise noted) between the stator and the rotor inside the motor 5.
Shall mean. ) Means that the magnetic flux does not pass through the inside of the rotor but passes through the surface of the rotor. Such a phenomenon is also called a magnetic saturation phenomenon. The leakage magnetic flux is also called an ineffective magnetic flux. When this phenomenon occurs, the motor generated torque is not proportional to the armature current, and the generated torque per unit current is significantly reduced, which causes deterioration of motor driving efficiency, current increase, noise increase or vibration increase. In particular, this phenomenon becomes more remarkable as the armature current increases during high load torque operation. Further, as the volume of the motor 5 becomes smaller, the leakage flux per unit current tends to increase, and it is necessary to reduce the leakage flux as much as possible.

【0029】洩れ磁束を低減させるには、制御面では、
モータ5に流す電機子電流の電流通電角を増加させれば
良い。しかし、単に電流通電角を増加させたままである
と、モータ5の誘起電圧を検出する区間が短くなり、モ
ータ5のロバスト性、速度応答性及び制御安定性が損な
われる。そこで、本発明では、洩れ磁束量推定手段6に
より、モータ5の内部の洩れ磁束量を算出し、その洩れ
磁束量が所定値以下となるように電流通電角設定手段2
で電流通電角を設定するようにしている。このような構
成にすれば、120゜通電の高速応答による制御性能
と、電流通電角を拡大したことによる負荷トルク耐量性
能とを高次元でバランスさせたモータ駆動装置を構築す
ることができる。
In order to reduce the leakage magnetic flux, in terms of control,
It suffices to increase the current conduction angle of the armature current flowing through the motor 5. However, if the current conduction angle is simply increased, the section in which the induced voltage of the motor 5 is detected becomes short, and the robustness, speed responsiveness, and control stability of the motor 5 are impaired. Therefore, in the present invention, the leakage flux amount estimating means 6 calculates the leakage flux amount inside the motor 5, and the current conduction angle setting means 2 is set so that the leakage flux amount becomes a predetermined value or less.
The current conduction angle is set by. With such a configuration, it is possible to construct a motor drive device in which the control performance based on the high-speed response of 120 ° energization and the load torque withstanding performance due to the increased current energization angle are balanced in a high dimension.

【0030】図3と図4とに、それぞれ、電機子電流歪
み率と電流通電角との間の関係を示す電機子電流歪み率
−電流通電角特性図と、高負荷トルク領域(電機子電流
=I1maxにおける洩れ磁束量と電流通電角との関係を示
す洩れ磁束量−電流通電角特性図とを示す。
FIG. 3 and FIG. 4 respectively show an armature current distortion rate-current conduction angle characteristic diagram showing the relationship between the armature current distortion rate and the current conduction angle, and a high load torque region (armature current). Is a leakage magnetic flux amount-current conduction angle characteristic diagram showing the relationship between the leakage magnetic flux amount and the current conduction angle at = I1max.

【0031】図4中の洩れ磁束量18から分かるよう
に、電流通電角を増加させれば洩れ磁束量18は減少
し、電流通電角が155゜以上では、洩れ磁束量はほぼ
0である。したがって、洩れ磁束量を低減することがで
きる有効な電流通電角は、通電角マージンを+10゜と
すれば、 120゜≦電流通電角≦約165゜ とすれば十分である。この範囲の電流通電角であれば、
モータ5の誘起電圧を十分に検出することができる検出
区間(最低15゜)が存在するので、比較的安定な制御
系を構築することができる。
As can be seen from the leakage magnetic flux amount 18 in FIG. 4, the leakage magnetic flux amount 18 decreases when the current conduction angle is increased, and the leakage magnetic flux amount is almost 0 when the current conduction angle is 155 ° or more. Therefore, an effective current conduction angle capable of reducing the amount of leakage magnetic flux is sufficient if 120 ° ≦ current conduction angle ≦ about 165 ° when the conduction angle margin is + 10 °. If the current conduction angle in this range,
Since there is a detection section (at least 15 °) in which the induced voltage of the motor 5 can be sufficiently detected, a relatively stable control system can be constructed.

【0032】なお、洩れ磁束量としてその限界値を洩れ
磁束量限界値14に設定すれば、電流通電角の設定値
は、高負荷トルク運転時では、特性交差点19に鑑みれ
ば、 140゜≦電流通電角≦165゜ とすればよいことになる。
If the limit value of the leakage magnetic flux amount is set to the leakage magnetic flux amount limit value 14, the set value of the current conduction angle becomes 140 ° ≦ current in consideration of the characteristic intersection point 19 during high load torque operation. It suffices if the conduction angle is ≦ 165 °.

【0033】また、図3中の電機子電流歪み率15によ
れば、電流通電角が増加すれば電機子電流歪み率が減少
し、電流通電角が180゜のときにほぼ0となる。基本
的には、電機子電流歪み率15と洩れ磁束量18との間
には相間関係があり、特性交差点16における電流通電
角140゜では、電機子電流歪み率限界値17を設定す
ることができる。これは、洩れ磁束量限界値14と同一
のポイントであることを意味している。したがって、洩
れ磁束量は電機子電流歪み率に伴って増加するというこ
とができ、電機子電流中の歪み成分、すなわち多重高調
波成分がモータ5の負荷トルク性能に悪影響を及ぼすも
のと考えられる。
Further, according to the armature current distortion rate 15 in FIG. 3, the armature current distortion rate decreases as the current conduction angle increases, and becomes almost 0 when the current conduction angle is 180 °. Basically, there is an interphase relationship between the armature current distortion rate 15 and the leakage magnetic flux amount 18, and at the current conduction angle 140 ° at the characteristic intersection 16, the armature current distortion rate limit value 17 can be set. it can. This means that it is the same point as the leakage magnetic flux amount limit value 14. Therefore, it can be said that the amount of leakage magnetic flux increases with the armature current distortion rate, and it is considered that the distortion component in the armature current, that is, the multiple harmonic components, adversely affects the load torque performance of the motor 5.

【0034】(洩れ磁束算出方法第1の説明)さらに、
洩れ磁束量を算出する第1の方法として、電機子電流よ
り算出する方式を説明する。図1(b)は、モータ5の
洩れ磁束量を電機子電流7により算出するものである。
モータ5の電機子電流7を洩れ磁束量推定手段6に取り
込み、洩れ磁束量推定手段6において洩れ磁束量を算出
し、この算出値を電流通電角設定手段2に出力する。
(First Explanation of Leakage Magnetic Flux Calculation Method)
As a first method of calculating the amount of leakage magnetic flux, a method of calculating from the armature current will be described. In FIG. 1B, the amount of leakage magnetic flux of the motor 5 is calculated from the armature current 7.
The armature current 7 of the motor 5 is taken into the leakage magnetic flux amount estimating means 6, the leakage magnetic flux amount estimating means 6 calculates the leakage magnetic flux amount, and the calculated value is output to the current conduction angle setting means 2.

【0035】図2(a)、(b)に示すように、電流通
電角設定手段2の電流通電角の設定値を電流通電角10
のように一定値(電流通電角Iang1≒120゜付近)と
した場合、その時の洩れ磁束量と電機子電流との関係
は、洩れ磁束量12のようになる。洩れ磁束量12で
は、電機子電流=I1maxにおいて、洩れ磁束量=Δφma
x1となり、洩れ磁束量限界値14を越えてしまう。一
方、電流通電角設定手段2の電流通電角設定を、電流通
電角11のようにし、 電流通電角Iang2≧140゜ に設定すれば、洩れ磁束量13のようになる。洩れ磁束
量13の洩れ磁束量最大値Δφmax2は、 Δφmax2≦Δφmax である。よって、モータ5の洩れ磁束量を洩れ磁束量限
界値14以下に抑制することが可能となる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the set value of the current conduction angle of the current conduction angle setting means 2 is set to the current conduction angle 10
When a constant value (near current conduction angle Iang1≉120 °) is set as described above, the leakage magnetic flux amount 12 has a relationship between the leakage magnetic flux amount and the armature current at that time. With the leakage magnetic flux amount 12, when the armature current = I1max, the leakage magnetic flux amount = Δφma
It becomes x1 and exceeds the leakage magnetic flux amount limit value 14. On the other hand, if the current conduction angle of the current conduction angle setting means 2 is set to the current conduction angle 11 and the current conduction angle Iang2 ≧ 140 °, the leakage magnetic flux amount 13 is obtained. The maximum leakage magnetic flux amount Δφmax2 of the leakage magnetic flux amount 13 is Δφmax2 ≦ Δφmax. Therefore, the leakage magnetic flux amount of the motor 5 can be suppressed to the leakage magnetic flux amount limit value 14 or less.

【0036】図2(b)のグラフのように、それぞれの
電流通電角に対して洩れ磁束量を予め計算しておけば、
モータ5の電機子電流より洩れ磁束量を正確に算出する
ことが可能となる。洩れ磁束量の計算は、有限要素法に
よる磁界解析を用いて厳密に行うことが可能である。モ
ータ5の幾何学的仕様及び電気的仕様が決定すればモー
タ5の洩れ磁束量も一義的に決定されるので、洩れ磁束
量−電機子電流特性を電流通電角をパラメータとして数
値解析し、その解析値を洩れ磁束量推定手段6に予め格
納しておく。
As shown in the graph of FIG. 2B, if the leakage magnetic flux amount is calculated in advance for each current conduction angle,
It is possible to accurately calculate the leakage magnetic flux amount from the armature current of the motor 5. The calculation of the amount of magnetic flux leakage can be performed strictly using magnetic field analysis by the finite element method. If the geometrical and electrical specifications of the motor 5 are determined, the leakage magnetic flux amount of the motor 5 is also uniquely determined. Therefore, the leakage magnetic flux amount-armature current characteristic is numerically analyzed using the current conduction angle as a parameter, and The analysis value is stored in advance in the leakage magnetic flux amount estimating means 6.

【0037】このようにすれば、簡単にモータ5の電機
子電流7により洩れ磁束量を正確に判定することができ
るので、所定の洩れ磁束量以下になる電流通電角を電流
通電角設定手段2で設定することができる。具体的に
は、電流通電角設定手段2では、洩れ磁束量推定手段6
より出力される洩れ磁束算出値と、基準となる洩れ磁束
量限界値14との大小判定を常時行い、洩れ磁束算出値
が洩れ磁束量限界値14より大きくなれば、電流通電角
を増加させる。逆に、洩れ磁束算出値が洩れ磁束量限界
値14より小さくなれば、電流通電角を減少させるよう
にする。このようにして、モータ5の電機子電流にかか
わらず、モータ5の洩れ磁束量を所定値(ここでは、洩
れ磁束量限界値14とする)以下に保つことができる。
In this way, the amount of leakage magnetic flux can be accurately determined easily by the armature current 7 of the motor 5, so that the current conduction angle at which the leakage magnetic flux amount becomes equal to or less than the predetermined leakage magnetic flux amount is set to the current conduction angle setting means 2 Can be set with. Specifically, in the current conduction angle setting means 2, the leakage magnetic flux amount estimation means 6
The calculated leakage magnetic flux value and the reference leakage magnetic flux amount limit value 14 are constantly compared with each other, and if the leakage magnetic flux calculated value exceeds the leakage magnetic flux amount limit value 14, the current conduction angle is increased. On the contrary, when the calculated leakage flux becomes smaller than the leakage flux limit value 14, the current conduction angle is reduced. In this way, regardless of the armature current of the motor 5, the leakage magnetic flux amount of the motor 5 can be maintained below a predetermined value (here, the leakage magnetic flux amount limit value 14).

【0038】(洩れ磁束算出方法第2の説明)以下、洩
れ磁束量を算出する第2の方法として、PWMデューテ
ィと直流電圧とにより算出する方式を説明する。図1
(c)は、モータ5の洩れ磁束量を直流電圧8とPWM
デューティ9とにより算出するものである。直流交流変
換手段4の直流電圧8とPWMデューティ制御手段3の
PWMデューティ9とを洩れ磁束量推定手段6に取り込
み、洩れ磁束量推定手段6において洩れ磁束量を算出
し、その算出値を電流通電角設定手段2に出力する。電
流通電角設定手段2における動作は、洩れ磁束量を算出
する第1の方法において説明した内容と同様である。
(Second Explanation of Leakage Magnetic Flux Calculation Method) As a second method of calculating the leakage flux quantity, a method of calculating the leakage flux quantity by PWM duty and DC voltage will be explained. Figure 1
(C) shows the amount of leakage magnetic flux of the motor 5 with the DC voltage 8 and the PWM.
It is calculated by the duty 9. The DC voltage 8 of the DC / AC converting means 4 and the PWM duty 9 of the PWM duty controlling means 3 are taken into the leakage magnetic flux amount estimating means 6, the leakage magnetic flux amount estimating means 6 calculates the leakage magnetic flux amount, and the calculated value is passed through the current. Output to the angle setting means 2. The operation of the current conduction angle setting means 2 is the same as the content described in the first method of calculating the leakage magnetic flux amount.

【0039】図5(a)に示すように、モータ5の電機
子電流−PWMデューティ特性は、直流電圧8をVDC
とすれば、理論上電気子電流21〜23となる。ここ
で、 V1>V0>V2>0 インバータ周波数f1=f0(一定値) である。この図5(a)に示す特性図と図2(b)に示
す特性図とから、図5(b)に示す特性図と図5(c)
に示す特性図とが得られる。なお、図5(b)は、電流
通電角=Iang1としたものであり、図5(c)は、電流
通電角=Iang2としたものである。
As shown in FIG. 5A, the armature current-PWM duty characteristic of the motor 5 is such that the DC voltage 8 is equal to VDC.
Then, theoretically, the electric currents 21 to 23 are obtained. Here, V1>V0>V2> 0 and inverter frequency f1 = f0 (constant value). From the characteristic diagram shown in FIG. 5A and the characteristic diagram shown in FIG. 2B, the characteristic diagram shown in FIG. 5B and the characteristic diagram shown in FIG.
And the characteristic diagram shown in FIG. Note that FIG. 5B shows the current conduction angle = Iang1, and FIG. 5C shows the current conduction angle = Iang2.

【0040】洩れ磁束量−電機子電流特性を、電流通電
角をパラメータとして数値解析した結果に基づいて、洩
れ磁束量−PWMデューティ特性を直流電圧と電流通電
角とをパラメータとして洩れ磁束量推定手段6に格納し
ておく。そして、直流交流変換手段4の直流電圧8とP
WMデューティ制御手段3のPWMデューティ9とによ
り、洩れ磁束量推定手段6において洩れ磁束量を算出
し、その算出値を電流通電角設定手段2に出力する。こ
のようにすれば、簡単にモータ5の洩れ磁束量を正確に
判定することができるので、所定の洩れ磁束量以下にな
る電流通電角を電流通電角設定手段2で設定することが
できる。
Based on the result of numerical analysis of the leakage magnetic flux amount-armature current characteristic using the current conduction angle as a parameter, the leakage magnetic flux amount-PWM duty characteristic is measured with the DC voltage and the current conduction angle as parameters. Store in 6. Then, the DC voltage 8 of the DC / AC converting means 4 and P
With the PWM duty 9 of the WM duty control means 3, the leakage magnetic flux amount estimating means 6 calculates the leakage magnetic flux amount, and outputs the calculated value to the current conduction angle setting means 2. By doing so, the amount of leakage magnetic flux of the motor 5 can be easily determined accurately, so that the current conduction angle can be set by the current conduction angle setting means 2 so that the current conduction angle becomes equal to or less than the predetermined leakage magnetic flux amount.

【0041】以下、図1(a)〜(c)における電流通
電角設定手段2の電流通電角の変更方法について説明す
る。図6に、この変更方法の概要を示す。電流通電角1
1で示す変更方式は、電流通電角を連続離散的に変更す
るものであり、電流通電角が滑らかに変化する。従っ
て、低騒音化・低振動化を可能な限り行いたい用途に適
している。また、電流通電角30で示す変更方式は、電
流通電角をステップ状に変更するものであり、電流通電
角が階段状に変化させる。こちらは、制御システムの演
算負荷が軽くなるので、低騒音化・低振動化は標準レベ
ルでよいが、制御構成上のROM、RAMなどのメモリ
容量低減、さらに低速版CPU使用による低コスト化を
行うことができる。
A method for changing the current conduction angle of the current conduction angle setting means 2 shown in FIGS. 1A to 1C will be described below. FIG. 6 shows an outline of this changing method. Current conduction angle 1
The change method shown by 1 changes the current conduction angle continuously and discretely, and the current conduction angle changes smoothly. Therefore, it is suitable for applications where it is desired to reduce noise and vibration as much as possible. Further, the changing method indicated by the current conduction angle 30 is to change the current conduction angle in steps, and the current conduction angle is changed in steps. This reduces the calculation load of the control system, so noise and vibration can be reduced to the standard level, but the memory capacity of ROM, RAM, etc. in the control configuration is reduced, and the cost is reduced by using the low-speed CPU. It can be carried out.

【0042】図7に、本発明によるモータ駆動装置を、
1ピストンロータリ圧縮機のトルク制御装置として応用
し、1ピストンロータリ圧縮機の回転負荷トルク変動に
対応してブラシレスDCモータの発生電磁トルクを制御
した場合の動作図を示す。図7は、1ピストンロータリ
圧縮機に組み込まれているモータ5のロータ回転角に対
する各諸量を図示したものである。1ピストンロータリ
圧縮機の負荷トルクは、負荷トルク31のように変化す
るので、モータ5の出力トルクも、出力トルク33のよ
うに変化させる必要がある。このとき、PWMデューテ
ィ制御手段3が出力するPWMデューティは、概略PW
Mデューティ34のようになる。また、モータ5の電機
子電流は電気子電流32となり、電流値が周期変動を起
こすようになる。
FIG. 7 shows a motor drive device according to the present invention.
FIG. 7 is an operation diagram in the case of being applied as a torque control device for a one-piston rotary compressor and controlling the electromagnetic torque generated by the brushless DC motor in response to the rotational load torque fluctuation of the one-piston rotary compressor. FIG. 7 is a diagram showing various quantities with respect to the rotor rotation angle of the motor 5 incorporated in the one-piston rotary compressor. Since the load torque of the one-piston rotary compressor changes like the load torque 31, the output torque of the motor 5 also needs to change like the output torque 33. At this time, the PWM duty output by the PWM duty control means 3 is approximately PW.
It becomes like the M duty 34. Further, the armature current of the motor 5 becomes the armature current 32, and the current value comes to fluctuate periodically.

【0043】このような場合、上で述べてきた方式の場
合、その周期変動に応じて洩れ磁束量推定手段6の洩れ
磁束量算出値も変動するので、電流通電角設定手段2の
電流通電角出力値も変動する。しかしながら、周期的な
負荷変動が予測できるものである場合には、電流通電角
設定手段2による電流通電角は周期変動を持たせず、電
気子電流32のピーク電流である電機子ピーク電流35
に対応した電流通電角に固定するようにして、電流通電
角が周期的に変動しないようにした方が好ましい。
In such a case, in the case of the method described above, the calculated value of the leakage magnetic flux amount of the leakage magnetic flux amount estimating means 6 also changes in accordance with the period variation, so the current conduction angle of the current conduction angle setting means 2 is changed. The output value also fluctuates. However, when the periodic load fluctuation can be predicted, the current conduction angle by the current conduction angle setting means 2 does not have the periodic variation, and the armature peak current 35 which is the peak current of the armature current 32.
It is preferable to fix the current conduction angle corresponding to the above so that the current conduction angle does not change periodically.

【0044】また、基本的にはトルク制御の必要な運転
領域では電流通電角を大きくし、トルク制御の必要のな
い運転領域では電流通電角を小さくすることにより、ト
ルク制御時の磁気飽和を小さくすることができ、運転振
動及び運転騒音の抑制、モータ駆動効率の向上、さらに
は電機子電流の抑制をも実現することができる。このた
め、電流容量が小さく低コストで小スペースなスイッチ
ング素子も使用することができ、1ピストンロータリ圧
縮機の性能及びコストメリットを最大限に引き出すこと
ができる。以上、本発明の1つの実施の形態について記
述したが、本発明の範囲を逸脱することなく、他の種々
の実施の形態が可能であることはもちろんである。
Basically, by increasing the current conduction angle in the operating region where the torque control is required and decreasing the current conduction angle in the operating region where the torque control is not required, the magnetic saturation during the torque control is reduced. Therefore, it is possible to suppress the driving vibration and the driving noise, improve the motor driving efficiency, and suppress the armature current. Therefore, a switching element having a small current capacity, low cost, and a small space can be used, and the performance and cost merit of the one-piston rotary compressor can be maximized. Although one embodiment of the present invention has been described above, it goes without saying that various other embodiments are possible without departing from the scope of the present invention.

【0045】[0045]

【発明の効果】本願第1の発明によれば、洩れ磁束量を
所定の電気的物理量に基づいて算出する洩れ磁束量推定
手段と、算出された洩れ磁束量を所定値以下にするよう
に電機子電流の電流通電角を制御する電流通電角設定手
段とを備えているので、負荷トルクに合わせた電流通電
角によりモータ駆動を行い、洩れ磁束量を小さくしてモ
ータ本来の性能を引き出すことができる。このため、極
めて体積の小さいモータを使用することができ、モータ
駆動装置の低コスト化を図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a leakage magnetic flux amount estimating means for calculating the leakage magnetic flux amount on the basis of a predetermined electrical physical quantity, and an electric machine for controlling the calculated leakage magnetic flux amount to a predetermined value or less. Since it has a current conduction angle setting means for controlling the current conduction angle of the child current, it is possible to drive the motor at a current conduction angle that matches the load torque and reduce the amount of leakage magnetic flux to bring out the original performance of the motor. it can. Therefore, a motor having an extremely small volume can be used, and the cost of the motor drive device can be reduced.

【0046】本願第2の発明によれば、洩れ磁束量を電
機子電流で算出するので、洩れ磁束を検出する特別の磁
気検出装置は必要でなく、モータ駆動装置の低コスト化
を図すことができる。
According to the second invention of the present application, since the amount of leakage magnetic flux is calculated by the armature current, a special magnetic detection device for detecting the leakage magnetic flux is not required, and the cost of the motor drive device can be reduced. You can

【0047】本願第3の発明によれば、洩れ磁束量を直
流電圧とPWMデューティによって算出するので、電機
子電流を検出するための電流センサなども必要ではな
く、モータ駆動装置の低コスト化をさらに図ることがで
きる。
According to the third invention of the present application, since the amount of leakage magnetic flux is calculated by the DC voltage and the PWM duty, a current sensor or the like for detecting the armature current is not required, and the cost of the motor drive device can be reduced. It can be achieved further.

【0048】本願第4の発明によれば、負荷トルクに応
じた電流通電角を設定するので、軽負荷時には120°
通電駆動により、非常に良好なロバスト制御性、速度制
御性能、速度追従性及び制御安定性を確保することがで
きる。また、重負荷時には電流通電角を大きくするの
で、モータ内部の洩れ磁束量を所定値以下に抑制し、モ
ータ本来のトルク耐量性能を発揮することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the current conduction angle is set according to the load torque, 120 ° when the load is light.
By the energization drive, very good robust controllability, speed control performance, speed followability and control stability can be secured. Further, since the current conduction angle is increased when the load is heavy, the amount of leakage magnetic flux inside the motor can be suppressed to a predetermined value or less, and the original torque withstanding performance of the motor can be exhibited.

【0049】本願第5の発明によれば、モータ駆動装置
の適用用途に応じて電流通電角を適切に設定すれば、速
度追従性、速度応答性、制御安定性及びトルク耐量性能
を高次元でバランスさせながら、低コストなモータを使
用することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, if the current-carrying angle is appropriately set according to the application of the motor drive device, the speed followability, speed response, control stability and torque withstanding performance can be improved at a high level. A low cost motor can be used while balancing.

【0050】本願第6の発明によれば、1ピストンロー
タリ圧縮機を低振動ないし低騒音で駆動することができ
るので、1ピストンロータリ圧縮機の高効率性及び低コ
スト性を存分に発揮することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the one-piston rotary compressor can be driven with low vibration or low noise, the high efficiency and low cost of the one-piston rotary compressor are fully exhibited. be able to.

【0051】本願第7の発明によれば、トルク制御時の
磁気飽和現象を抑制することができるので、トルク制御
時のモータ駆動効率が向上する。さらには、電機子電流
も抑制することができるので、電流容量が小さく低コス
トで小スペースなスイッチング素子も使用することがで
き、モータ駆動装置全体の低コスト化、発熱抑止、省エ
ネルギー化及びダウンスペース化に貢献することができ
る。
According to the seventh aspect of the present invention, since the magnetic saturation phenomenon during torque control can be suppressed, the motor drive efficiency during torque control is improved. Furthermore, since the armature current can also be suppressed, it is possible to use a switching element having a small current capacity, low cost, and a small space, which reduces the cost of the entire motor drive device, suppresses heat generation, saves energy, and downspaces. Can contribute to realization.

【0052】本願第8の発明によれば、周期的な負荷変
動の場合に、電流通電角に周期的変動を持たせないよう
にしたので、トルク制御時の電機子電流の制御安定性が
飛躍的に向上し、振動、騒音及び電流の抑制に大きな効
果があり、モータ駆動装置に一層の高付加価値性を持た
せることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, when the load fluctuates cyclically, the current conduction angle is prevented from fluctuating cyclically, so that the control stability of the armature current during torque control jumps. And has a great effect on suppression of vibration, noise, and current, and it is possible to further increase the added value of the motor drive device.

【0053】本願第9の発明によれば、モータ駆動装置
の適用用途に合わせて電流通電角の変更法を選択するこ
とができる。そして、連続離散的な方法によれば、電流
通電角が滑らかに変化し、モータ駆動装置・負荷装置の
運転騒音・運転振動をさらに小さくすることができる。
また、ステップ変化による場合は、制御演算負荷が軽く
なるため、ROM及びRAMの容量を削減することがで
き、かつ低コストな低速演算マイコンを使用することが
できるので、モータ駆動装置の低コスト化を一層図るこ
とができ、コストパフォーマンスを向上させることがで
きる。
According to the ninth aspect of the present invention, the method of changing the current conduction angle can be selected according to the application of the motor drive device. Then, according to the continuous discrete method, the current conduction angle changes smoothly, and the operating noise and the operating vibration of the motor drive device / load device can be further reduced.
Further, in the case of the step change, the control calculation load is lightened, the ROM and RAM capacities can be reduced, and a low-cost low-speed calculation microcomputer can be used. Therefore, the cost of the motor drive device can be reduced. It is possible to further improve the cost performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 (a)は本発明の実施形態にかかるモータ駆
動装置の制御ブロック図(基本構成図)であり、(b)
及び(c)は、それぞれ、(a)に示すモータ駆動装置
における第1の洩れ磁束量算出方法及び第2の洩れ磁束
量算出方法を示す図である。
FIG. 1A is a control block diagram (basic configuration diagram) of a motor drive device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
And (c) are diagrams showing a first leakage magnetic flux amount calculation method and a second leakage magnetic flux amount calculation method in the motor drive device shown in (a), respectively.

【図2】 (a)及び(b)は、それぞれ、本発明にか
かるモータ駆動装置における第1の洩れ磁束量算出にお
ける電流通電角特性図及び洩れ磁束量特性図である。
2A and 2B are a current conduction angle characteristic diagram and a leakage magnetic flux amount characteristic diagram in the first leakage magnetic flux amount calculation in the motor drive device according to the present invention, respectively.

【図3】 電機子電流歪み率−電流通電角特性図であ
る。
FIG. 3 is an armature current distortion rate-current conduction angle characteristic diagram.

【図4】 洩れ磁束量−電流通電角特性図である。FIG. 4 is a leakage magnetic flux amount-current conduction angle characteristic diagram.

【図5】 (a)、(b)及び(c)は、それぞれ、本
発明にかかるモータ駆動装置における第2の洩れ磁束量
算出における電機子電流特性図、第1の洩れ磁束量特性
図及び第2の洩れ磁束量特性図である。
5 (a), (b) and (c) are respectively an armature current characteristic diagram, a first leakage flux amount characteristic diagram and a second leakage flux amount characteristic diagram in the second leakage flux amount calculation in the motor drive device according to the present invention. It is a 2nd leakage magnetic flux amount characteristic diagram.

【図6】 電流通電角の変更方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method of changing a current conduction angle.

【図7】 電機子電流、出力トルク、負荷トルク及びP
WMデューティの変化を示す図である。
FIG. 7: Armature current, output torque, load torque and P
It is a figure which shows the change of WM duty.

【図8】 電流通電角の変化を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a change in current conduction angle.

【図9】 従来のモータ駆動装置のブロック図である。FIG. 9 is a block diagram of a conventional motor drive device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁極位置検出手段、2…電流通電角設定手段、3…
PWMデューティ制御手段、4…直流交流変換手段、5
…3相ブラシレスDCモータ、6…洩れ磁束量推定手
段、7…電機子電流、8…直流電圧、9…PWMデュー
ティ、10…電流通電角、11…電流通電角、12…洩
れ磁束量、13…洩れ磁束量、14…洩れ磁束量限界
値、15…電機子電流歪み率、16…特性交差点、17
…電機子電流歪み率限界値、18…洩れ磁束量、19…
特性交差点、21…電機子電流、22…電機子電流、2
3…電機子電流、24…洩れ磁束量、25…洩れ磁束
量、26…洩れ磁束量、27…洩れ磁束量、28…洩れ
磁束量、29…洩れ磁束量、30…電流通電角、31…
負荷トルク、32…電機子電流、33…出力トルク、3
4…PWMデューティ、35…電機子ピーク電流、36
…電流通電角、101…磁極位置検出手段、103…P
WMデューティ制御手段、104…直流交流変換手段、
105…3相ブラシレスDCモータ。
1 ... Magnetic pole position detecting means, 2 ... Current conduction angle setting means, 3 ...
PWM duty control means, 4 ... DC / AC conversion means, 5
... 3-phase brushless DC motor, 6 ... Leakage magnetic flux amount estimating means, 7 ... Armature current, 8 ... DC voltage, 9 ... PWM duty, 10 ... Current conduction angle, 11 ... Current conduction angle, 12 ... Leakage magnetic flux amount, 13 ... Leakage magnetic flux amount, 14 ... Leakage magnetic flux amount limit value, 15 ... Armature current distortion rate, 16 ... Characteristic intersection, 17
... Armature current distortion rate limit value, 18 ... Leakage magnetic flux amount, 19 ...
Characteristic intersection, 21 ... Armature current, 22 ... Armature current, 2
3 ... Armature current, 24 ... Leakage flux amount, 25 ... Leakage flux amount, 26 ... Leakage flux amount, 27 ... Leakage flux amount, 28 ... Leakage flux amount, 29 ... Leakage flux amount, 30 ... Current conduction angle, 31 ...
Load torque, 32 ... Armature current, 33 ... Output torque, 3
4 ... PWM duty, 35 ... Armature peak current, 36
... current conduction angle, 101 ... magnetic pole position detection means, 103 ... P
WM duty control means, 104 ... DC / AC conversion means,
105 ... 3-phase brushless DC motor.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スイッチング素子を含み、該スイッチン
グ素子を制御信号に応じて開閉することにより直流電圧
を所望の疑似交流電圧に変換し、該疑似交流電圧を3相
ブラシレスDCモータに出力する直流交流変換手段と、 上記3相ブラシレスDCモータの3相の電機子巻線の誘
起電圧より得られる回転位相を検出し、回転位相情報を
出力する磁極位置検出手段と、 上記直流交流変換手段のスイッチング素子の開閉動作を
PWM制御するための制御信号を出力するPWMデュー
ティ制御手段とを有するモータ駆動装置において、 上記磁極位置検出手段と上記PWMデューティ制御手段
との間に接続され、上記3相ブラシレスDCモータ内部
におけるステータとロータとの間の電機子電流の作用に
よる洩れ磁束量を、所定の電気的物理量に基づいて算出
する洩れ磁束量推定手段と、 上記洩れ磁束量推定手段によって算出された洩れ磁束量
を、所定値以下にするように上記電機子電流の電流通電
角を制御する電流通電角設定手段とを有することを特徴
とするモータ駆動装置。
1. A direct current alternating current including a switching element, converting the direct current voltage into a desired pseudo alternating voltage by opening and closing the switching element according to a control signal, and outputting the pseudo alternating voltage to a three-phase brushless DC motor. The conversion means, the magnetic pole position detection means for detecting the rotation phase obtained from the induced voltage of the three-phase armature winding of the three-phase brushless DC motor, and outputting the rotation phase information, and the switching element of the DC / AC conversion means. And a PWM duty control means for outputting a control signal for PWM controlling the opening / closing operation of the three-phase brushless DC motor connected between the magnetic pole position detection means and the PWM duty control means. The amount of leakage magnetic flux due to the action of the armature current between the stator and the rotor inside is based on the specified electrical physical quantity. And a current conduction angle setting means for controlling the current conduction angle of the armature current so that the leakage magnetic flux amount calculated by the leakage magnetic flux amount estimating means becomes equal to or less than a predetermined value. A motor drive device having.
【請求項2】 上記所定の電気的物理量は、電機子電流
であることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装
置。
2. The motor drive device according to claim 1, wherein the predetermined electrical physical quantity is an armature current.
【請求項3】 上記所定の電気的物理量は、直流電圧と
PWMデューティとであることを特徴とする請求項1に
記載のモータ駆動装置。
3. The motor drive device according to claim 1, wherein the predetermined electrical physical quantity is a DC voltage and a PWM duty.
【請求項4】 上記電流通電角設定手段は、算出された
洩れ磁束量が所定値より増加した場合には電流通電角を
大きくし、洩れ磁束量が所定値より減少した場合には電
流通電角を小さくすることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか1つに記載のモータ駆動装置。
4. The current conduction angle setting means increases the current conduction angle when the calculated leakage magnetic flux amount exceeds a predetermined value, and increases the current conduction angle when the leakage magnetic flux amount decreases below a predetermined value. The motor drive device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
【請求項5】 上記電流通電角を120度以上180度
未満に設定する電流通電角設定手段を有することを特徴
とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のモータ駆動
装置。
5. The motor drive device according to claim 1, further comprising a current conduction angle setting means for setting the current conduction angle to 120 degrees or more and less than 180 degrees.
【請求項6】 1ピストンロータリ圧縮機のトルク制御
装置に適用され、 上記1ピストンロータリ圧縮機の回転負荷トルク変動に
対応して上記3相ブラシレスDCモータの発生電磁トル
クを制御するPWMデューティ制御手段を有することを
特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のモータ
駆動装置。
6. A PWM duty control means, which is applied to a torque control device for a one-piston rotary compressor, and which controls the electromagnetic torque generated by the three-phase brushless DC motor in response to fluctuations in rotational load torque of the one-piston rotary compressor. The motor drive device according to claim 1, further comprising:
【請求項7】 1ピストンロータリ圧縮機のトルク制御
装置に適用され、 トルク制御の必要な運転領域では電流通電角を大きく
し、トルク制御の必要のない運転領域では電流通電角を
小さくする電流通電角設定手段を有することを特徴とす
る請求項6に記載のモータ駆動装置。
7. A current energizing device applied to a torque control device for a one-piston rotary compressor, wherein a current energizing angle is increased in an operating region where torque control is required, and a current energizing angle is reduced in an operating region where torque control is not required. The motor drive device according to claim 6, further comprising angle setting means.
【請求項8】 周期的な電機子電流の変動に対して、該
電機子電流の1周期中の最大電流のみに対応した電流通
電角に固定し、上記3相ブラシレスDCモータ内部の洩
れ磁束量を所定値以下にする電流通電角設定手段を有す
ることを特徴とする請求項6に記載のモータ駆動装置。
8. An amount of leakage magnetic flux inside the three-phase brushless DC motor, which is fixed to a current conduction angle corresponding to only the maximum current in one cycle of the armature current with respect to periodic fluctuations of the armature current. 7. The motor drive device according to claim 6, further comprising a current conduction angle setting unit that sets the current to a predetermined value or less.
【請求項9】 上記電流通電角を連続離散的又はステッ
プ状に変更する電流通電角設定手段を有することを特徴
とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のモータ駆動
装置。
9. The motor drive device according to claim 1, further comprising a current conduction angle setting means for changing the current conduction angle in a continuous discrete or stepwise manner.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014084222A1 (en) * 2012-11-27 2014-06-05 株式会社マキタ Pounding tool

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