JP2005204404A - Motor drive - Google Patents

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Hideaki Mori
英明 森
Tomokazu Furuno
智一 古野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive having a short acceleration/deceleration time capable of operating a switching element in a safety operating region under any operating condition and capable of feeding a current to the maximum within a rated current range. <P>SOLUTION: A first state performing forward torque drive and a second state performing reverse torque drive are divided according to the relation of a reference voltage ECR and a command signal EC. A first limit value Flim is set for a torque command signal Vecl in the first state and a second limit value Rlim is set for the second state. The first limit value Flim and the second limit value Rlim are altered depending on a speed detection signal VD from a speed detector 46. A difference signal Vec corresponding to the difference between the reference voltage ECR and the command signal EC is limited by the first limit value Flim and the second limit value Rlim to produce the torque command signal Vecl and a motor 5 is driven. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はパルス幅変調(PWM)で駆動するモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor driving device driven by pulse width modulation (PWM).

モータ駆動装置において、過大電流はインバータのスイッチング素子の劣化や破損の恐れがあり、また過大電流による温度上昇のため周辺回路への影響も大きくなる。したがって、インバータのスイッチング素子に定格電流以上の電流が流れないように(すなわち、安全動作領域内で動作するように)制限する必要がある。   In a motor drive device, an excessive current may cause deterioration or breakage of the switching element of the inverter, and the temperature rise due to the excessive current increases the influence on peripheral circuits. Therefore, it is necessary to limit the switching element of the inverter so that a current higher than the rated current does not flow (that is, operates within the safe operation region).

モータの制動時には正転時と比較して逆起電力による影響のため流れる電流値は大きくなる。よって、より大きな電流が流れる制動時にインバータのスイッチング素子に定格電流以上の電流が流れないように(安全動作領域内で動作するように)制限値を設定する方法がある。しかし、制限値を制動動作時を基準に設定すると、通常の動作時において低く設定されるため、正転時にはインバータのスイッチング素子に流れる電流は定格電流よりも小さい電流値に制限されてしまう。   When the motor is braked, the value of the flowing current is increased due to the influence of the back electromotive force compared to the forward rotation. Therefore, there is a method of setting a limit value so that a current higher than the rated current does not flow through the switching element of the inverter during braking in which a larger current flows (so as to operate within a safe operation region). However, if the limit value is set on the basis of the braking operation time, it is set low during normal operation. Therefore, the current flowing through the switching element of the inverter during forward rotation is limited to a current value smaller than the rated current.

そこで、正転時と制動時で制限値を異なる値に設定し切り換えて駆動する。つまり、正転時に比して制動時の制限値を小さく設定して駆動する。具体的には、正転時にインバータのスイッチング素子に流れる電流が定格電流以下の値となるような第1制限値を設定し、制動時は第1制限値を同一電流指令に基づく制動時と正転時のインバータのスイッチング素子に流れる電流の比で除算した値を第2制限値と設定する。このように、制限値を切り換えて駆動することにより、運転状態によらずインバータのスイッチング素子に定格電流範囲内で最大限に電流を流すことができる(安全動作領域内での動作可能となる)。   Therefore, the limit value is set to a different value during forward rotation and braking, and the drive is switched. That is, the driving is performed with the limit value at the time of braking set smaller than that at the time of forward rotation. Specifically, a first limit value is set such that the current flowing through the inverter switching element during forward rotation is a value equal to or lower than the rated current, and during braking, the first limit value is set to be positive when braking based on the same current command. A value divided by the ratio of the current flowing through the switching element of the inverter during the rotation is set as the second limit value. In this way, by switching the limit value and driving, it is possible to flow the current to the maximum in the rated current range through the switching element of the inverter regardless of the operating state (being able to operate in the safe operation area). .

以上のように、正転時と制動時の制限値を切り換えて駆動する方法は例えば特許文献1に開示されている。
特許第1964376号公報
As described above, for example, Patent Document 1 discloses a method of driving by switching the limit value during forward rotation and during braking.
Japanese Patent No. 1964376

しかしながら、上記従来の構成では次のような課題があった。
第1制限値と第2制限値を上記のように設定して駆動した場合、インバータのスイッチング素子に流れる電流を定格電流以下に抑えることは可能である。しかし、中速運転時から制動指令により制動する場合と、高速運転時から制動指令により制動する場合を比較すると、どちらも定格電流以上の電流は流れないが、後者に対し前者は電流が制限され、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことができない。つまり、定格電流範囲内で最大限に電流を流せる場合と比較して制動時間が長くなってしまう。特に制動時間の仕様が厳しいような用途に用いる場合、少しでも制動時間を短くするため、いかなる運転状態においても定格電流範囲内で最大限に電流を流す構成(インバータのスイッチング素子を安全動作領域内で動作させること)が求められる。
However, the above conventional configuration has the following problems.
When the first limit value and the second limit value are set and driven as described above, it is possible to suppress the current flowing through the switching element of the inverter below the rated current. However, comparing the case of braking with a braking command from medium speed operation and the case of braking with a braking command from high speed operation, in both cases, current exceeding the rated current does not flow, but the former is limited in current. The maximum current can not flow within the rated current range. That is, the braking time becomes longer compared to a case where the maximum current can flow within the rated current range. Especially when used for applications where the specification of the braking time is strict, in order to shorten the braking time as much as possible, a configuration in which the current flows as much as possible within the rated current range in any operating condition (the inverter switching element is within the safe operating range). It is required to operate with

また、低速から加速指令により加速する場合と、中速から加速指令により加速する場合を比較すると、どちらも定格電流以上の電流は流れないが、後者に対し前者は電流が制限され、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことができない。つまり、定格電流範囲内で最大限に電流を流せる場合と比較して加速時間が長くなる。特に加速時間の仕様が厳しいような用途に用いる場合、少しでも加速時間を短くするため、いかなる運転状態においても定格電流範囲内で最大限に電流を流す構成(インバータのスイッチング素子を安全動作領域内で動作させること)が求められる。   In addition, when comparing acceleration from low speed with acceleration command and acceleration from medium speed with acceleration command, current exceeding the rated current does not flow, but the former is limited in current and rated current range The maximum current can not flow in the. In other words, the acceleration time becomes longer than that in the case where the current can flow to the maximum within the rated current range. In particular, when used in applications where acceleration time specifications are strict, in order to shorten the acceleration time as much as possible, a configuration in which current flows to the maximum within the rated current range in any operating state (the inverter switching element is within the safe operating range). It is required to operate with

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、いかなる運転状態においてもスイッチング素子を安全動作領域内で動作させ、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能な、加減速時間が短いモータ駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to operate the switching element in a safe operation region in any operating state and to flow the current to the maximum within the rated current range. An object of the present invention is to provide a motor drive device that can achieve a short acceleration / deceleration time.

本発明の構成のモータ駆動装置は、モータに電力を供給する電力供給手段と、電力供給手段の電流を検出する電流検出手段と、トルク指令信号を出力するトルク指令手段と、トルク指令信号と電流検出手段の電流検出信号の差に応じて電力供給手段の通電を制御するスイッチング制御手段とを備える。トルク指令手段は、指令信号と基準電圧の差に応じた信号を出力する差動手段と、差動手段の出力を制限しトルク指令信号として出力する制限手段とを含む。特に、制限手段は、基準電圧に対して指令信号が小さい状態を第1状態とし、基準電圧に対して指令信号が大きい状態を第2状態とし、差動手段の出力の上限を第1状態では第1制限値で制限し、第2状態では第2制限値で制限する。さらに、制限手段は、第1制限値及び第2制限値の少なくとも一つをモータ回転速度に応じて変化させる。
このように構成することにより、速度検出信号に応動して第1制限値と第2制限値を可変にできるため、いかなる運転状態においてもスイッチング素子を安全動作領域内で動作させ、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能となる。さらに、モータがいかなる回転速度で駆動されていても定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能なため、加減速時間を短くすることが可能となる。
A motor driving device having a configuration of the present invention includes a power supply unit that supplies power to a motor, a current detection unit that detects a current of the power supply unit, a torque command unit that outputs a torque command signal, a torque command signal, and a current Switching control means for controlling energization of the power supply means in accordance with the difference between the current detection signals of the detection means. The torque command means includes differential means for outputting a signal corresponding to the difference between the command signal and the reference voltage, and limiting means for restricting the output of the differential means and outputting it as a torque command signal. In particular, the limiting means sets the state where the command signal is small relative to the reference voltage as the first state, sets the state where the command signal is large as compared to the reference voltage as the second state, and sets the upper limit of the output of the differential means as the first state. Limiting with the first limit value, and limiting with the second limit value in the second state. Further, the limiting means changes at least one of the first limit value and the second limit value according to the motor rotation speed.
By configuring in this way, the first limit value and the second limit value can be made variable in response to the speed detection signal. Therefore, the switching element is operated in the safe operation region in any operating state, and within the rated current range. It is possible to flow the current as much as possible. Furthermore, since the current can flow as much as possible within the rated current range regardless of the rotational speed of the motor, the acceleration / deceleration time can be shortened.

本発明のモータ駆動装置によれば、いかなる運転状態においてもスイッチング素子を安全動作領域内で動作させ、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能となり、加減速時間を短くすることができる。   According to the motor drive device of the present invention, it is possible to operate the switching element in the safe operation region in any operation state, to allow the maximum current to flow in the rated current range, and to shorten the acceleration / deceleration time. it can.

以下、本発明のモータ駆動装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。   Embodiments of a motor drive device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1に本発明に係るモータ駆動装置の全体構成を示す。モータ5は永久磁石による界磁部を有するロータと、3相コイルがY結線されたステータとで構成される。   FIG. 1 shows the overall configuration of a motor drive device according to the present invention. The motor 5 is composed of a rotor having a field portion made of a permanent magnet and a stator in which a three-phase coil is Y-connected.

モータ駆動装置は、電力供給器20と、スイッチング制御回路30と、トルク指令器40と、電流検出器50とを備える。   The motor drive device includes a power supply device 20, a switching control circuit 30, a torque command device 40, and a current detector 50.

電力供給器20は3個の上側パワートランジスタ21,22,23および3個の下側パワートランジスタ25,26,27によりブリッジ構成され、直流電源1よりモータ5への電力供給を行う。また、上側パワートランジスタ21,22,23にはそれぞれ逆並列に上側パワーダイオード21d、22d、23dが接続され、下側パワートランジスタにもそれぞれ逆並列に下側パワーダイオード25d、26d、27dが接続されている。なお、上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27はN形電界効果トランジスタを用い、上側パワーダイオード21d、22d、23dおよび下側パワーダイオード25d、26d、27dは寄生ダイオードを用いて構成してもよい。   The power supply 20 is configured by a bridge by three upper power transistors 21, 22, 23 and three lower power transistors 25, 26, 27, and supplies power from the DC power supply 1 to the motor 5. The upper power transistors 21, 22, and 23 are connected to the upper power diodes 21d, 22d, and 23d in antiparallel, and the lower power transistors are connected to the lower power diodes 25d, 26d, and 27d in antiparallel. ing. The upper power transistors 21, 22, 23 and the lower power transistors 25, 26, 27 are N-type field effect transistors, and the upper power diodes 21d, 22d, 23d and the lower power diodes 25d, 26d, 27d are parasitic diodes. You may comprise using.

電力供給器20とGND間には電流検出器50が接続され、電流検出器50は電流供給器20に流れる電流を検出し、電流検出信号Vcsとしてスイッチング制御回路30に出力する。   A current detector 50 is connected between the power supply unit 20 and GND, and the current detector 50 detects a current flowing through the current supply unit 20 and outputs the current detection signal Vcs to the switching control circuit 30.

図2に電流検出器50の基本構成図を示し、図3に電流検出器50の各部の動作を説明するタイミング図を示す。図2より、電流検出器50は電流検出抵抗51と、抵抗52および容量53で構成されるフィルタ55とを含んで構成され、電流検出抵抗51により電力供給器20に流れる電流を検出し、フィルタ55を介して電流検出信号Vcsとして出力する。図3より、電流検出抵抗51により検出される信号Rcsは、後述するようにPWM駆動しているためパルス状波形となる。また、電流検出信号Vcsは電力供給器20に流れる電流のほぼ平均直流電圧となる。なお、電流検出手段は電流検出抵抗に限定されず、電流センサ等により構成してもよい。   FIG. 2 shows a basic configuration diagram of the current detector 50, and FIG. 3 shows a timing chart for explaining the operation of each part of the current detector 50. As shown in FIG. 2, the current detector 50 includes a current detection resistor 51 and a filter 55 including a resistor 52 and a capacitor 53. The current detection resistor 51 detects a current flowing through the power supply 20 and the filter. The current detection signal Vcs is output via 55. As shown in FIG. 3, the signal Rcs detected by the current detection resistor 51 has a pulse waveform because it is PWM-driven as will be described later. Further, the current detection signal Vcs is substantially an average DC voltage of the current flowing through the power supplier 20. The current detection means is not limited to the current detection resistor, and may be constituted by a current sensor or the like.

図1に戻り、トルク指令器40は指令信号入力端子41と、基準電圧(ECR)を与える電源ECRと、差動回路42と、比較器43と、トルク指令信号の上限を制限する制限器44と、速度検出器46とを含む。指令信号入力端子41からは指令信号ECが入力され、差動回路42と比較器43それぞれの一の入力端子に入力される。また、基準電圧ECRは差動回路42と比較器43それぞれの他の入力端子に入力される。   Returning to FIG. 1, the torque command device 40 includes a command signal input terminal 41, a power supply ECR that supplies a reference voltage (ECR), a differential circuit 42, a comparator 43, and a limiter 44 that limits the upper limit of the torque command signal. And a speed detector 46. The command signal EC is input from the command signal input terminal 41 and is input to one input terminal of each of the differential circuit 42 and the comparator 43. The reference voltage ECR is input to the other input terminals of the differential circuit 42 and the comparator 43, respectively.

差動回路42は指令信号ECと基準電圧ECRの差動絶対値出力である差動信号Vec(=K*|ECR―EC|(Kは一定ゲイン))を制限器44に出力する。一方、比較器43は指令信号ECと基準電圧ECRとの比較を行い、正逆信号FRを出力する。正逆信号FRは、指令信号EC<基準電圧ECRの場合、“H”レベル(以下、この状態を「第1状態」という。)になる。「第1状態」はモータ5の正トルク駆動区間となる。逆に、指令信号EC>基準電圧ECRの場合、正逆信号FRは“L”レベル(以下、この状態を「第2状態」という。)になる。「第2状態」はモータ5の逆トルク駆動区間となる。正トルク駆動区間および逆トルク駆動区間については後述する。   The differential circuit 42 outputs a differential signal Vec (= K * | ECR−EC | (K is a constant gain)), which is a differential absolute value output of the command signal EC and the reference voltage ECR, to the limiter 44. On the other hand, the comparator 43 compares the command signal EC with the reference voltage ECR and outputs a forward / reverse signal FR. The forward / reverse signal FR becomes “H” level (hereinafter, this state is referred to as “first state”) when the command signal EC <the reference voltage ECR. The “first state” is a positive torque drive section of the motor 5. Conversely, when the command signal EC> the reference voltage ECR, the forward / reverse signal FR is at the “L” level (hereinafter, this state is referred to as “second state”). The “second state” is a reverse torque drive section of the motor 5. The forward torque drive section and the reverse torque drive section will be described later.

図4に差動回路42と比較器43の各部の動作を説明するためのタイミング図を示す。図4(a)は基準電圧ECRと指令信号ECの関係を示し、図4(b)は比較器43からの正逆信号FRを示し、図4(c)は差動回路42からの差動信号Vecを示す。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of each part of the differential circuit 42 and the comparator 43. 4A shows the relationship between the reference voltage ECR and the command signal EC, FIG. 4B shows the forward / reverse signal FR from the comparator 43, and FIG. 4C shows the differential from the differential circuit 42. Signal Vec is shown.

基準電圧ECRに対し指令信号ECが小さい領域(第1状態)では、図4(b)に示すように、比較器43の正逆信号FRは“H”レベル出力し、逆に基準電圧ECRに対し指令信号ECが大きい領域(第2状態)では、比較器43の正逆信号FRは“L”レベル出力する。図4(c)に示す差動回路43からの差動信号Vecは基準電圧ECRと指令信号ECの差の絶対値をK倍(Kはゲイン)した信号である。   In a region where the command signal EC is smaller than the reference voltage ECR (first state), as shown in FIG. 4B, the forward / reverse signal FR of the comparator 43 outputs “H” level, and conversely to the reference voltage ECR. On the other hand, in the region where the command signal EC is large (second state), the forward / reverse signal FR of the comparator 43 outputs the “L” level. The differential signal Vec from the differential circuit 43 shown in FIG. 4C is a signal obtained by multiplying the absolute value of the difference between the reference voltage ECR and the command signal EC by K (K is a gain).

差動回路42からの差動信号Vecは制限器44に入力される。図5に制限器44の回路構成図を示す。図6に速度検出器46の動作特性図を示す。図6に示すように、速度検出器46はモータ5の回転速度に応じた(例えば、比例又は略比例した)速度検出信号VDを出力する。同図において、横軸は回転速度であり、V5はモータ定数で決まるモータ5の最高回転速度である。回転速度V5以上では、速度検出信号VDは飽和している。   The differential signal Vec from the differential circuit 42 is input to the limiter 44. FIG. 5 shows a circuit configuration diagram of the limiter 44. FIG. 6 shows an operational characteristic diagram of the speed detector 46. As shown in FIG. 6, the speed detector 46 outputs a speed detection signal VD corresponding to (for example, proportional or substantially proportional) the rotational speed of the motor 5. In the figure, the horizontal axis is the rotational speed, and V5 is the maximum rotational speed of the motor 5 determined by the motor constant. At the rotational speed V5 or higher, the speed detection signal VD is saturated.

図5を参照し、制限器44は制限出力器47と格納器48からなる。格納器48は速度検出器46からの速度検出信号VD及び正逆信号FRを入力し、また、第1制限値Flim及び第2制限値Rlimに関する情報(近似式、テーブル等)を格納している。格納器48は速度検出信号VDに基づいて第1制限値Flim及び第2制限値Rlimの値を求め、正逆信号FRに基づいて第1制限値Flim及び第2制限値Rlimのいずれかを選択して制限出力器47に出力する。制限出力器47は差動回路43からの差動信号Vecを、第1状態においては第1制限値Flimで、第2状態においては第2制限値Rlimでそれぞれ制限してトルク指令信号Veclとして出力する。制限出力したトルク指令信号Veclを図7の実線で示す。   Referring to FIG. 5, the limiter 44 includes a limit output unit 47 and a storage 48. The storage 48 receives the speed detection signal VD and the forward / reverse signal FR from the speed detector 46, and stores information (approximation formula, table, etc.) regarding the first limit value Flim and the second limit value Rlim. . The storage 48 calculates the first limit value Flim and the second limit value Rlim based on the speed detection signal VD, and selects either the first limit value Flim or the second limit value Rlim based on the forward / reverse signal FR. And output to the limit output unit 47. The limit output unit 47 limits the differential signal Vec from the differential circuit 43 with the first limit value Flim in the first state and the second limit value Rlim in the second state, and outputs it as the torque command signal Vecl. To do. The torque command signal Vecl output in a limited manner is indicated by a solid line in FIG.

以上より、トルク指令器40は、指令信号ECと基準電圧ECRの差に基づき、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimにより制限出力したトルク指令信号Veclを出力する。なお、トルク指令器40の詳細な動作は後述する。   As described above, the torque command device 40 outputs the torque command signal Vecl that is limited and output by the first limit value Flim and the second limit value Rlim based on the difference between the command signal EC and the reference voltage ECR. The detailed operation of the torque command device 40 will be described later.

トルク指令器40の正逆信号FRおよびトルク指令信号Veclはスイッチング制御回路30に入力される。スイッチング制御回路30は、トルク指令信号Veclと電流検出器50からの電流検出信号Vcsとの差に応動した上側パワートランジスタ制御信号UU,VU,WUおよび下側パワートランジスタ制御信号UL,VL,WLを電力供給器20に出力する。ここで、スイッチング制御回路30の基本構成を説明する。   The forward / reverse signal FR and the torque command signal Vecl of the torque command device 40 are input to the switching control circuit 30. The switching control circuit 30 outputs upper power transistor control signals UU, VU, WU and lower power transistor control signals UL, VL, WL in response to the difference between the torque command signal Vecl and the current detection signal Vcs from the current detector 50. It outputs to the power supply device 20. Here, the basic configuration of the switching control circuit 30 will be described.

図8にスイッチング制御回路30の基本構成図を示す。スイッチング制御回路30は差動増幅回路60と、乗算器31,32,33と、正弦波発生器34と、三角波発生器35と、比較器36,37,38と、ゲート駆動回路39とを備える。   FIG. 8 shows a basic configuration diagram of the switching control circuit 30. The switching control circuit 30 includes a differential amplifier circuit 60, multipliers 31, 32, 33, a sine wave generator 34, a triangular wave generator 35, comparators 36, 37, 38, and a gate drive circuit 39. .

差動増幅回路60の一方の入力端子にはトルク指令器40からのトルク指令信号Veclが入力され、他方の入力端子には電流検出信号Vcsが入力される。差動増幅回路60はトルク指令信号Veclと電流検出信号Vcsの差分を増幅し、差分信号Vrを乗算器31,32,33に出力する。正弦波発生器34は振幅一定で位相が電気角120度毎ずれた3相正弦波信号SIN1〜SIN3を出力する。正弦波発生器34の3相正弦波信号SIN1〜SIN3は、例えばホール素子等の磁気センサから得られる信号をアナログ的に処理して作成してもよく、ディジタル的に処理して作成してもよい。また、マイコン等により外部から入力する形式としてもよい。   The torque command signal Vecl from the torque command device 40 is input to one input terminal of the differential amplifier circuit 60, and the current detection signal Vcs is input to the other input terminal. The differential amplifier circuit 60 amplifies the difference between the torque command signal Vecl and the current detection signal Vcs, and outputs the difference signal Vr to the multipliers 31, 32, and 33. The sine wave generator 34 outputs three-phase sine wave signals SIN1 to SIN3 having a constant amplitude and a phase shifted by an electrical angle of 120 degrees. The three-phase sine wave signals SIN1 to SIN3 of the sine wave generator 34 may be created by analog processing of signals obtained from a magnetic sensor such as a Hall element or by digital processing. Good. Moreover, it is good also as a format input from the outside by a microcomputer etc.

乗算器31,32,33は3相正弦波信号SIN1〜SIN3と差動増幅回路60の差分信号Vrとの乗算を行い、入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinを出力する。したがって、入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinは差分信号Vrの大きさに比例した振幅の3相正弦波信号となる。入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinは比較器36,37,38の一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には三角波発生器35からの高周波三角波信号Vtriが入力される。三角波信号Vtriは可聴領域外の周波数に設定し(例えば20kHz〜200kHz)、入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinに対して3桁程度高い周波数となる。なお、比較器36,37,38に入力する三角波信号Vtriは三角波に限定されず鋸波等でもよい。   Multipliers 31, 32, and 33 multiply the three-phase sine wave signals SIN1 to SIN3 by the differential signal Vr of the differential amplifier circuit 60, and output input command signals Vuin, Vvin, and Vwin. Therefore, the input command signals Vuin, Vvin, Vwin are three-phase sine wave signals having an amplitude proportional to the magnitude of the difference signal Vr. The input command signals Vuin, Vvin, Vwin are input to one input terminal of the comparators 36, 37, 38, and the high-frequency triangular wave signal Vtri from the triangular wave generator 35 is input to the other input terminal. The triangular wave signal Vtri is set to a frequency outside the audible range (for example, 20 kHz to 200 kHz), and has a frequency that is about three orders of magnitude higher than the input command signals Vuin, Vvin, and Vwin. The triangular wave signal Vtri input to the comparators 36, 37, and 38 is not limited to a triangular wave, and may be a sawtooth wave or the like.

比較器36,37,38は入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinと三角波Vtriを比較し、パルス幅変調を行う。パルス幅変調されたPWM信号PWMU,PWMV,PWMWはゲート駆動回路39に入力される。ゲート駆動回路39はPWM信号PWMU、PWMV、PWMWに応動し、電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23のゲートを制御する上側パワートランジスタ制御信号UU,VU,WUを出力し、下側パワートランジスタ25,26,27のゲートを制御する下側パワートランジスタ制御信号UL,VL,WLを出力する。   Comparators 36, 37, and 38 compare the input command signals Vuin, Vvin, and Vwin with the triangular wave Vtri, and perform pulse width modulation. The pulse width modulated PWM signals PWMU, PWMV, and PWMW are input to the gate drive circuit 39. The gate drive circuit 39 responds to the PWM signals PWMU, PWMV, and PWMW, and outputs upper power transistor control signals UU, VU, and WU that control the gates of the upper power transistors 21, 22, and 23 of the power supply 20, and lower Lower power transistor control signals UL, VL, WL for controlling the gates of the power transistors 25, 26, 27 are output.

図9にゲート駆動回路39の基本構成図(U相のみ)を示し、図10にゲート駆動回路39の各部の動作を説明するためのタイミング図(U相のみ)を示す。図9はU相のみの構成図であるが、他の2相についても同様であるためここでの説明は省略する。   FIG. 9 shows a basic configuration diagram of the gate drive circuit 39 (U phase only), and FIG. 10 shows a timing diagram (U phase only) for explaining the operation of each part of the gate drive circuit 39. FIG. 9 is a configuration diagram of only the U phase, but since the same applies to the other two phases, the description thereof is omitted here.

図9において、ゲート駆動回路39は遅延回路61と、論理積ゲート62と、論理和反転ゲート63と、切換回路64とを含む。PWM信号PWMUは、比較器36による、入力指令信号Vuinと三角波Vtriのパルス幅変調結果である。PWM信号PWMUは、例えばRC回路等により構成された遅延回路61により、所定時間Td遅延される。遅延信号PWMUdは論理積ゲート62の一方の入力端子と、論理和反転ゲート63の一方の入力端子にそれぞれ入力される。他方の入力端子にはそれぞれPWM信号PWMUが入力される。   In FIG. 9, the gate drive circuit 39 includes a delay circuit 61, a logical product gate 62, a logical sum inversion gate 63, and a switching circuit 64. The PWM signal PWMU is a pulse width modulation result of the input command signal Vuin and the triangular wave Vtri by the comparator 36. The PWM signal PWMU is delayed by a predetermined time Td by a delay circuit 61 composed of, for example, an RC circuit. The delay signal PWMUd is input to one input terminal of the AND gate 62 and one input terminal of the OR gate 63, respectively. The PWM signal PWMU is input to the other input terminal.

論理積ゲート62はPWM信号PWMUと遅延信号PWMUdとの論理積演算を行い、UUin信号を切換回路64に出力する。論理和反転ゲート63はPWM信号PWMUと遅延信号PWMUdとの論理和反転演算を行い、ULin信号を切換回路64に出力する。   The AND gate 62 performs an AND operation on the PWM signal PWMU and the delay signal PWMUd and outputs a UUin signal to the switching circuit 64. The logical sum inversion gate 63 performs a logical sum inversion operation of the PWM signal PWMU and the delay signal PWMUd, and outputs a ULin signal to the switching circuit 64.

切換回路64はトルク指令器40の正逆信号FRに基づき、上側パワートランジスタ制御信号UUおよび下側パワートランジスタ制御信号ULを出力する。具体的には、正逆信号FRが“H”レベル(第1状態)の場合、切換回路64はUUin信号を上側パワートランジスタ制御信号UUとして、ULin信号を下側パワートランジスタ制御信号ULとして出力する。この時、切換回路64はスルー回路として動作し、モータ5は正トルクで駆動されることになる。   The switching circuit 64 outputs the upper power transistor control signal UU and the lower power transistor control signal UL based on the forward / reverse signal FR of the torque command device 40. Specifically, when the forward / reverse signal FR is at “H” level (first state), the switching circuit 64 outputs the UUin signal as the upper power transistor control signal UU and the ULin signal as the lower power transistor control signal UL. . At this time, the switching circuit 64 operates as a through circuit, and the motor 5 is driven with a positive torque.

逆に、正逆信号FRが“L”レベル(第2状態)の場合、切換回路64はULin信号を上側パワートランジスタ制御信号UUとして、UUin信号を下側パワートランジスタ制御信号ULとして出力する。この時、切換回路64は入力を入れ換える回路として動作する。つまり、上側パワートランジスタ制御信号と下側パワートランジスタ制御信号が入れ換えられてモータ5を駆動するため、逆トルク駆動となる。   Conversely, when the forward / reverse signal FR is at the “L” level (second state), the switching circuit 64 outputs the ULin signal as the upper power transistor control signal UU and the UUin signal as the lower power transistor control signal UL. At this time, the switching circuit 64 operates as a circuit for switching inputs. That is, since the upper power transistor control signal and the lower power transistor control signal are interchanged to drive the motor 5, reverse torque driving is performed.

上側パワートランジスタ制御信号UUおよび下側パワートランジスタ制御信号ULは電力供給器20のU相上下パワートランジスタ21,25のゲート制御を行い、モータ5のU相に電力を供給する。なお、遅延回路61による遅延時間Tdは電力供給器20の上下パワートランジスタの同時オンによる貫通防止のためのデッドタイムである。   The upper power transistor control signal UU and the lower power transistor control signal UL perform gate control of the U-phase upper and lower power transistors 21 and 25 of the power supply 20 and supply power to the U-phase of the motor 5. The delay time Td by the delay circuit 61 is a dead time for preventing penetration due to simultaneous turning on of the upper and lower power transistors of the power supply 20.

以上より、電力供給器20の各パワートランジスタはゲート駆動回路39の上側パワートランジスタ制御信号UU,VU,WUおよび下側パワートランジスタ制御信号UL,VL,WLに応動したオンオフ動作を行い、モータ5に電力を供給し駆動する。   As described above, each power transistor of the power supplier 20 performs an on / off operation in response to the upper power transistor control signals UU, VU, WU and the lower power transistor control signals UL, VL, WL of the gate drive circuit 39, and Supply power and drive.

以上のように、トルク指令信号Veclと電流検出信号Vcsの差に応動して、入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinの振幅制御を行い、三角波Vtriとの比較によりパルス幅変調し、モータ5を駆動する。   As described above, the amplitude control of the input command signals Vuin, Vvin, and Vwin is performed in response to the difference between the torque command signal Vecl and the current detection signal Vcs, the pulse width is modulated by comparison with the triangular wave Vtri, and the motor 5 is driven. To do.

以下にトルク指令器40の詳細な説明を行う。
図11はトルク指令器40の動作を説明するための図である。図11の破線は差動回路42からの差動信号Vecであり、実線は制限器44からのトルク指令信号Veclを示す。このように、制限器44は差動信号Vecを第1状態(ECR−EC<0)においては第1制限値Flimで制限し、第2状態(ECR−EC>0)においては第2制限値Rlimで制限する。なお、本実施形態では、第1状態を正トルク駆動区間とし、第2状態を逆トルク駆動区間としているため、第1制限値Flimと第2制限値Rlimの関係は、第1制限値Flim>第2制限値Rlimである。これは以下の理由による。
The torque command device 40 will be described in detail below.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the torque command device 40. The broken line in FIG. 11 represents the differential signal Vec from the differential circuit 42, and the solid line represents the torque command signal Vecl from the limiter 44. As described above, the limiter 44 limits the differential signal Vec with the first limit value Flim in the first state (ECR-EC <0), and the second limit value in the second state (ECR-EC> 0). Restrict with Rlim. In the present embodiment, since the first state is the positive torque drive section and the second state is the reverse torque drive section, the relationship between the first limit value Flim and the second limit value Rlim is the first limit value Flim>. This is the second limit value Rlim. This is due to the following reason.

指令信号ECが基準電圧ECRに対して過小もしくは過大であった場合、差動信号Vecの絶対値は大きくなり、その結果、トルク指令信号Veclと電流検出信号Vcsの差分信号Vrも大きい値となる。このことから制限値を設定する必要がある。つまり、差分信号Vrが大きい値となった場合、入力指令信号Vuin,Vvin,Vwinの振幅は差分信号Vrに比例して大きくなり、モータ5のコイルに過大電流が流れる恐れがある。この時、電力供給器20の各パワートランジスタが安全動作領域外で動作していると、素子の劣化や破損につながり、また、異常発熱の原因にもなってしまう。したがって、モータ5のコイルに流れる駆動電流の最大値は定格電流範囲内となる(電力供給器20の各パワートランジスタが安全動作領域内で動作する)ように制限する必要がある。また、本実施形態のモータ駆動装置は、同じ回転速度かつ同じトルク指令信号Veclで正トルク駆動させた場合と逆トルク駆動させた場合では、モータ5のコイルに流れる駆動電流は後者の方がより大きくなる。これは、正トルク駆動では入力指令信号に対してモータ5のコイルに誘起される逆起電圧の位相はほぼ同相であるのに対し、逆トルク駆動では入力指令信号に対してモータ5のコイルに誘起される逆起電圧の位相はほぼ逆相であるからである。以上より、第1状態(正トルク駆動区間)と第2状態(逆トルク駆動区間)とで同じ制限値に設定せず、第1制限値Flimに対して第2制限値Rlimを小さく設定する。   When the command signal EC is too small or too large with respect to the reference voltage ECR, the absolute value of the differential signal Vec becomes large, and as a result, the difference signal Vr between the torque command signal Vecl and the current detection signal Vcs also becomes a large value. . Therefore, it is necessary to set a limit value. That is, when the difference signal Vr becomes a large value, the amplitudes of the input command signals Vuin, Vvin, and Vwin increase in proportion to the difference signal Vr, and an excessive current may flow through the coil of the motor 5. At this time, if each power transistor of the power supply device 20 is operating outside the safe operation region, the device will be deteriorated or damaged, and it may cause abnormal heat generation. Therefore, it is necessary to limit the maximum value of the drive current flowing through the coil of the motor 5 to be within the rated current range (each power transistor of the power supply 20 operates within the safe operation region). Further, in the motor drive device of the present embodiment, the drive current flowing in the coil of the motor 5 is greater in the latter when the positive torque drive is performed with the same rotational speed and the same torque command signal Vecl and when the reverse torque drive is performed. growing. This is because the phase of the counter electromotive voltage induced in the coil of the motor 5 with respect to the input command signal in the positive torque drive is substantially in phase, while that in the coil of the motor 5 with respect to the input command signal in the reverse torque drive. This is because the phase of the induced back electromotive force is almost opposite. As described above, the same limit value is not set in the first state (positive torque drive section) and the second state (reverse torque drive section), and the second limit value Rlim is set smaller than the first limit value Flim.

駆動電流が一番大きくなる状態は、ロータが最高回転速度で回転している状態から急激にフルトルクで逆トルク駆動(減速)した場合であり、この状態においても電力供給器20の各パワートランジスタが安全動作領域内で動作するように第2制限値Rlimを設定する必要がある。また、第1状態においては、起動時にフルトルクで正トルク駆動(加速)させた場合に駆動電流が一番大きくなり、この状態においても電力供給器20の各パワートランジスタが安全動作領域内で動作するように第1制限値Flimを設定する必要がある。   The state where the drive current becomes the largest is a case where the reverse torque drive (deceleration) is suddenly performed with full torque from the state where the rotor is rotating at the maximum rotation speed. It is necessary to set the second limit value Rlim so as to operate within the safe operation region. Further, in the first state, the drive current becomes the largest when the positive torque is driven (accelerated) with full torque at the time of start-up, and each power transistor of the power supplier 20 operates within the safe operation region even in this state. Thus, it is necessary to set the first limit value Flim.

ここで、第1制限値Flimと第2制限値Rlimを固定値に設定した場合、必ず電力供給器20の各パワートランジスタは安全動作領域内での動作が保たれるが、低回転速度からの逆トルク駆動(減速)や中回転速度からの正トルク駆動(加速)等では、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimによって制限される割合が増すため、駆動電流が小さくなってしまう。つまり、駆動トルクが小さくなり、減速時間や加速時間が長くなるという課題がある。一般に、情報機器用モータの駆動制御では、起動時間や加速時間、減速時間は出来るだけ短いことが望まれており、特にDVDレコーダのように追っかけ再生(記録しながら、その直後に行う再生動作)を行う機器等においては、加減速時間の短縮はデータを蓄えておくバッファメモリを小さくすることを可能とし、機器の低コスト化にも貢献できる。したがって、上記のように制限値を固定値としてモータ5を駆動させると、駆動電流を制限してしまい加減速時間の面においては有効ではない。   Here, when the first limit value Flim and the second limit value Rlim are set to fixed values, each power transistor of the power supply device 20 is always maintained in the safe operation region, but from the low rotational speed. In the reverse torque drive (deceleration), the positive torque drive (acceleration) from the middle rotational speed, etc., the ratio limited by the first limit value Flim and the second limit value Rlim increases, and the drive current becomes small. That is, there is a problem that the driving torque is reduced and the deceleration time and acceleration time are lengthened. In general, in the drive control of information equipment motors, it is desired that start-up time, acceleration time, and deceleration time be as short as possible, especially chasing playback as in a DVD recorder (playback operation performed immediately after recording). In a device that performs the above, shortening the acceleration / deceleration time makes it possible to reduce the buffer memory for storing data, which can contribute to cost reduction of the device. Therefore, when the motor 5 is driven with the limit value as a fixed value as described above, the drive current is limited, which is not effective in terms of acceleration / deceleration time.

そこで、本実施形態のモータ駆動装置では、トルク指令器40の制限器44は速度検出器46からの速度検出信号VDを入力し、速度制御信号VDに応動して第1制限値Flim及び第2制限値Rlimを可変させている。つまり、本実施形態では、コイルに誘起される逆起電圧は回転速度に比例しているので、速度検出信号VDが大きいほど(回転速度が速いほど)第1制限値Flimを大きく、第2制限値Rlimを小さくし、逆に、速度検出信号VDが小さいほど(回転速度が遅いほど)第1制限値Flimを小さく、第2制限値Rlimを大きくするように制限値を変更する。制御時の速度と設定する制限値の関係について簡単にまとめると以下のようになる。

Figure 2005204404
Therefore, in the motor drive device of the present embodiment, the limiter 44 of the torque command device 40 receives the speed detection signal VD from the speed detector 46, and responds to the speed control signal VD to the first limit value Flim and the second limit value. The limit value Rlim is varied. That is, in this embodiment, the counter electromotive voltage induced in the coil is proportional to the rotation speed, so that the first limit value Flim is increased and the second limit is increased as the speed detection signal VD is larger (the rotation speed is faster). On the contrary, the limit value is changed so that the first limit value Flim is decreased and the second limit value Rlim is increased as the speed detection signal VD is smaller (lower rotation speed). The relationship between the speed during control and the limit value to be set can be summarized as follows.

Figure 2005204404

図11において、実線は例えばロータの回転速度がA(rpm)の場合の図であり、一点鎖点は例えばロータの回転速度がAよりも小さいB(rpm)の場合の図である。このように、回転速度がA(rpm)からB(rpm)に小さくなると、第1制限値はFlimからFlim2に低減され、第2制限値はRlimからRlim2に増加される。これは先程説明したように、回転速度が遅くなったためコイルに誘起される逆起電圧が小さくなるためである。つまり、制限値を回転速度に応じて可変にすることで定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能となる。したがって、制限値を固定値とした場合に比べ、起動時間や加速時間、また減速時間をより短くすることが可能となる。   In FIG. 11, a solid line is a figure when the rotational speed of a rotor is A (rpm), for example, and a dashed-dotted line is a figure when the rotational speed of a rotor is B (rpm) smaller than A, for example. Thus, when the rotation speed decreases from A (rpm) to B (rpm), the first limit value is reduced from Flim to Flim2, and the second limit value is increased from Rlim to Rlim2. As described above, this is because the counter electromotive voltage induced in the coil becomes small because the rotational speed is slow. That is, by making the limit value variable according to the rotation speed, it becomes possible to flow the current to the maximum within the rated current range. Therefore, it is possible to shorten the start-up time, the acceleration time, and the deceleration time compared to the case where the limit value is a fixed value.

次に、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimの設定方法について説明する。図12(a)は速度検出信号VDに対する第1制限値Flimの関係を示した図であり、図12(b)は速度検出信号VDに対する第2制限値Rlimの関係を示した図である。図12の横軸はモータ5の回転速度0〜V5(rpm)(最高回転速度)を示し、縦軸はそれぞれ第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを示す。   Next, a method for setting the first limit value Flim and the second limit value Rlim will be described. FIG. 12A is a diagram showing the relationship of the first limit value Flim with respect to the speed detection signal VD, and FIG. 12B is a diagram showing the relationship of the second limit value Rlim with respect to the speed detection signal VD. The horizontal axis in FIG. 12 indicates the rotational speed 0 to V5 (rpm) (maximum rotational speed) of the motor 5, and the vertical axis indicates the first limit value Flim and the second limit value Rlim, respectively.

図12(b)において、先に述べたように最高回転速度V5(rpm)からフルトルクで逆トルク駆動(減速)を行った時がモータ5のコイルに流れる電流が一番大きくなるため、回転速度がV5(rpm)における第2制限値Rlimは一番小さい値Rlim5とする。また、回転速度が0rpm(逆起電圧がない)の時は制限値を緩和させて定格電流範囲内で最大限に電流が流れるような制限値を最も大きいRlim0とする。この第2制限値Rlim0およびRlim5はシミュレーションなどの数値解析や実験により求められる。この2点を直線で結んだものを速度検出信号VDに対する第2制限値の関数Flimfとする。なお、上記の説明では、2つのモータ速度について制限値を求め、直線近似により、制限値を与える関数を求めたが、さらに多くのモータ速度について制限値を求め、二次関数やその他の関数で近似してもよい。また、多くのモータ速度について制限値を離散的に求め、テーブルとして格納器48に格納してもよい。   In FIG. 12B, as described above, when the reverse torque drive (deceleration) is performed with the full torque from the maximum rotation speed V5 (rpm), the current flowing through the coil of the motor 5 is the largest, so the rotation speed The second limit value Rlim at V5 (rpm) is the smallest value Rlim5. When the rotation speed is 0 rpm (no back electromotive force), the limit value is relaxed, and the limit value at which the maximum current flows within the rated current range is set to the largest Rlim0. The second limit values Rlim0 and Rlim5 are obtained by numerical analysis such as simulation or experiments. A function obtained by connecting these two points with a straight line is a function Flimf of the second limit value with respect to the speed detection signal VD. In the above description, a limit value is obtained for two motor speeds, and a function that gives the limit value is obtained by linear approximation. You may approximate. In addition, limit values for many motor speeds may be obtained discretely and stored in the storage 48 as a table.

一方、図12(a)においても同様に、回転速度0(rpm)からフルトルクで正トルク駆動(加速)を行った時がモータ5のコイルに流れる電流が一番大きくなるため、回転速度0(rpm)における第1制限値Flimは一番小さい値Flim0に設定する。また、中回転速度域(例えば、回転速度V3(rpm))の時に、定格電流範囲内で最大限に電流が流れるような制限値をFlim3とする。この2点を直線で結んだものを速度検出信号VDに対する第1制限値の関数Flimfとする。なお、図12(a)における第1制限値Flim0と、図12(b)における第2制限値Rlim0は同じ値にする。   On the other hand, in FIG. 12A as well, when the positive torque drive (acceleration) is performed with the full torque from the rotation speed 0 (rpm), the current flowing through the coil of the motor 5 becomes the largest, so the rotation speed 0 ( rpm), the first limit value Flim is set to the smallest value Flim0. Further, a limit value at which the current flows to the maximum within the rated current range in the middle rotation speed range (for example, the rotation speed V3 (rpm)) is Flim3. A function obtained by connecting these two points with a straight line is a function Flimf of the first limit value with respect to the speed detection signal VD. The first limit value Flim0 in FIG. 12A and the second limit value Rlim0 in FIG. 12B are set to the same value.

以上のように第1制限値の関数Flimfおよび第2制限値の関数Rlimfを設定し、その情報を制限器44の格納器48に格納する。格納器48は関数Flimf、Rlimfの近似式の情報を格納してもよいし、関数の値を与えるテーブルを格納してもよい。格納器48はこれらの関数にしたがい速度検出信号VDに応じた制限値(第1制限値Flimまたは第2制限値Rlim)を出力する。例えば、回転速度V4(rpm)で駆動している状態から逆トルク駆動させる場合、格納器48は図12(b)によりV4(rpm)に対応する第2制限値Rlim4を制限出力器47に出力する。   As described above, the first limit value function Flimf and the second limit value function Rlimf are set, and the information is stored in the storage 48 of the limiter 44. The storage 48 may store information on approximate expressions of the functions Flimf and Rlimf, or may store a table for giving function values. The storage 48 outputs a limit value (first limit value Flim or second limit value Rlim) according to the speed detection signal VD according to these functions. For example, when reverse torque driving is performed from the state of driving at the rotational speed V4 (rpm), the storage 48 outputs the second limit value Rlim4 corresponding to V4 (rpm) to the limit output unit 47 according to FIG. To do.

格納器48は第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを、速度検出信号VDに応じて連続的に可変させて出力する代わりに、図13の関数Flimfs、Rlimfsに示すように階段的に変化させてもよい。すなわち、各回転速度(0,V1,V2,V3,V4,V5)において、第1制限値の関数Flimfおよび第2制限値の関数Rlimfで決まる制限値(Flim0〜5、Rlim0〜5)を求め、関数FlimfおよびRlimfを越えないように、制限値を階段的に設定してもよい。例えば、図13(b)において、回転速度V4(rpm)で駆動している状態から逆トルク駆動(減速)させた場合、回転速度V3(rpm)まで減速するまでは、第2制限値にRlim4の値を設定し、回転速度V3(rpm)から回転速度V2(rpm)まで減速する際は、第2制限値にRlim3を設定する。なお、この場合、設定する各回転速度(0,V1,V2,V3,V4,V5)は、図6に示すように複数の閾値(X1〜X5)に対応した回転速度である。   Instead of continuously changing and outputting the first limit value Flim and the second limit value Rlim according to the speed detection signal VD, the storage 48 changes stepwise as shown in the functions Flimfs and Rlimfs in FIG. You may let them. That is, at each rotational speed (0, V1, V2, V3, V4, V5), limit values (Flim0-5, Rlim0-5) determined by the first limit value function Flimf and the second limit value function Rlimf are obtained. The limit value may be set stepwise so as not to exceed the functions Flimf and Rlimf. For example, in FIG. 13B, when reverse torque driving (deceleration) is performed from the state of driving at the rotational speed V4 (rpm), the second limit value Rlim4 is reduced until the rotational speed is reduced to V3 (rpm). When the speed is reduced from the rotational speed V3 (rpm) to the rotational speed V2 (rpm), Rlim3 is set as the second limit value. In this case, the rotational speeds (0, V1, V2, V3, V4, V5) to be set are rotational speeds corresponding to a plurality of threshold values (X1 to X5) as shown in FIG.

また、図14(a)、(b)に示すように、関数Flimf、Rlimfから所定速度毎に制限値の値を求め、それらの値を所定量だけ下側にシフトした値を用いて、段階的に変化する制限値Flimfd、Rlimfdを設定してもよい。   Further, as shown in FIGS. 14A and 14B, the limit values are obtained for each predetermined speed from the functions Flimf and Rlimf, and values obtained by shifting these values downward by a predetermined amount are used. Limit values Flimfd and Rlimfd that change automatically may be set.

速度検出信号VDに応動して、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを連続的に可変出力することの利点は、常に定格電流範囲内で最大限の電流を流すことが可能となり、より短く加減速を行うことが可能となることである。例えば、図15に示すように、回転速度xにおいて、階段状で制限される制限値Flim2に対して関数Flimfで設定される制限値FlimxはΔlim(=Flimx−Flim2)分だけ制限値が緩和され、それによる電流増加が加減速の短縮につながる。   The advantage of continuously outputting the first limit value Flim and the second limit value Rlim in response to the speed detection signal VD is that the maximum current can always flow within the rated current range. It is possible to perform acceleration / deceleration in a short time. For example, as shown in FIG. 15, at the rotational speed x, the limit value Flimx set by the function Flimf is reduced by Δlim (= Flimx−Flim2) with respect to the limit value Flim2 limited in a stepwise manner. , The increase in current leads to shortening of acceleration / deceleration.

一方、速度検出信号VDに応動して、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを階段状に変化させることの利点は、連続的に可変出力させる構成と比較して、例えば、格納器48をマイコン等のソフトウェアで構成した場合は割り込み回数が削減できること、及び格納器48をアナログ回路等のハードウェアで構成した場合は回路規模を小さくすることである。   On the other hand, the advantage of changing the first limit value Flim and the second limit value Rlim in a step-like manner in response to the speed detection signal VD is, for example, the storage 48 as compared with the configuration in which the variable output is continuously variable. Is configured with software such as a microcomputer, the number of interrupts can be reduced, and when the storage 48 is configured with hardware such as an analog circuit, the circuit scale is reduced.

以上のように、格納器48は設定された関数FlimfおよびRlimfにしたがい、速度検出信号VDに応動した第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを出力する。   As described above, the storage 48 outputs the first limit value Flim and the second limit value Rlim in response to the speed detection signal VD according to the set functions Flimf and Rlimf.

なお、本実施形態では、第1制限値の関数Flimfおよび第2制限値の関数Rlimfはそれぞれ、最初に2点を求めて、それらを直線で結ぶことにより設定したが、より好ましくは各回転速度に応じた制限値を求めて関数FlimfおよびRlimfとして設定する方がよい。その際設定する関数を求めた関数FlimfおよびRlimfを越えないように一次式で近似したものを関数FlimfおよびRlimfとして設定してもよい。   In the present embodiment, the function Flimf of the first limit value and the function Rlimf of the second limit value are each set by first obtaining two points and connecting them with a straight line. It is better to obtain a limit value according to, and set it as the functions Flimf and Rlimf. Functions approximated by a linear expression so as not to exceed the functions Flimf and Rlimf obtained for the function to be set may be set as the functions Flimf and Rlimf.

また、図16に示すように格納器48は外部入力端子49を備えてもよい。格納器48はその外部端子49より速度検出信号VDに応じた第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを入力し、入力した第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimをそのまま制限出力器47に出力する。また、外部入力端子49によりゲイン信号を入力してもよく、第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを入力したゲイン信号によりゲイン調整して出力するようにしてもよい。このように構成することにより、速度検出信号VDに応じて第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを調整することが可能となる。   As shown in FIG. 16, the storage 48 may include an external input terminal 49. The storage 48 receives the first limit value Flim and the second limit value Rlim corresponding to the speed detection signal VD from the external terminal 49, and the input first limit value Flim and second limit value Rlim are directly input to the limit output unit 47. Output to. Further, a gain signal may be input from the external input terminal 49, and the gain may be adjusted and output by a gain signal to which the first limit value Flim and the second limit value Rlim are input. With this configuration, the first limit value Flim and the second limit value Rlim can be adjusted according to the speed detection signal VD.

さらに、本実施形態では、速度検出信号VDにより、第1制限値Flimと第2制限値Rlimを共に可変させることとしたが、第1制限値Flimのみを、もしくは第2制限値Rlimのみを可変させるようにしてもよいことは言うまでもない。   Further, in the present embodiment, both the first limit value Flim and the second limit value Rlim are made variable by the speed detection signal VD, but only the first limit value Flim or only the second limit value Rlim is variable. Needless to say, it may be allowed to be allowed to.

その他、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。   Various other modifications can be made without changing the spirit of the present invention, and it goes without saying that such a configuration is included in the present invention.

本発明にかかるモータ駆動装置は、いかなる運転状態においてもスイッチング素子を安全動作領域内で動作させ、定格電流範囲内で最大限に電流を流すことが可能なため、加減速時間を短くできるという効果を有し、パルス幅変調(PWM)で駆動するモータ駆動装置等として有用である。   The motor drive device according to the present invention operates the switching element in a safe operation region in any operating state, and allows the maximum current to flow within the rated current range, so that the acceleration / deceleration time can be shortened. And is useful as a motor drive device that is driven by pulse width modulation (PWM).

本発明に係るモータ駆動装置の全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole motor drive unit composition concerning the present invention. モータ駆動装置の電流検出器の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the current detector of a motor drive device. 電流検出器の各部の動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing diagram for demonstrating operation | movement of each part of a current detector. トルク指令器内の差動回路と比較器の各部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of each part of the differential circuit in a torque command device, and a comparator. 制限器の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a limiter. 速度検出器の動作特性を説明した図である。It is a figure explaining the operating characteristic of a speed detector. 第1状態(正トルク駆動状態)と第2状態(逆トルク駆動状態)において、トルク指令信号が制限値Flim、Rlimにより制限されている様子を説明した図である。It is a figure explaining a mode that a torque command signal is restricted by limit values Flim and Rlim in the 1st state (forward torque drive state) and the 2nd state (reverse torque drive state). スイッチング制御回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a switching control circuit. ゲート駆動回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a gate drive circuit. ゲート駆動回路の各部の動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing diagram for explaining the operation of each part of the gate drive circuit. トルク指令信号が、速度に応じて可変な制限値Flim、Rlimにより制限されている様子を説明した図である。It is a figure explaining a mode that a torque command signal is restricted by limit values Flim and Rlim which are variable according to speed. 回転速度に応じて可変な第1制限値Flim及び第2制限値Rlimを直線近似により求める様子を説明した図である。It is a figure explaining a mode that the 1st limit value Flim and the 2nd limit value Rlim which are variable according to rotation speed are calculated by linear approximation. 回転速度に応じて階段状に変化する第1制限値Flimfs及び第2制限値Rlimfsを説明した図である。It is a figure explaining the 1st limit value Flimfs and the 2nd limit value Rlimfs which change in steps according to rotation speed. 回転速度に応じて階段状に変化する第1制限値Flimfd及び第2制限値Rlimfdを説明した図である。It is the figure explaining the 1st limit value Flimfd and the 2nd limit value Rlimfd which change in steps according to rotation speed. 第1制限値Flimおよび第2制限値Rlimを連続的に可変出力することの利点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the advantage of continuously variable-outputting the 1st limit value Flim and the 2nd limit value Rlim. 速度検出信号に応じた第1制限値Flimおよび第2制限値Rlim等を入力するための外部入力端子を備えた格納器を示した図である。It is the figure which showed the storage provided with the external input terminal for inputting 1st limiting value Flim, 2nd limiting value Rlim, etc. according to a speed detection signal.

符号の説明Explanation of symbols

1:直流電源
5:モータ
20:電力供給器
30:スイッチング制御回路
40:トルク指令器
42:差動回路
43:比較器
44:制限器
46:速度検出器
50:電流検出器
1: DC power supply 5: Motor 20: Power supply device 30: Switching control circuit 40: Torque command device 42: Differential circuit 43: Comparator 44: Limiter
46: Speed detector 50: Current detector

Claims (14)

モータに電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段の電流を検出する電流検出手段と、
トルク指令信号を出力するトルク指令手段と、
前記トルク指令信号と前記電流検出手段の電流検出信号の差に応じて前記電力供給手段の通電を制御するスイッチング制御手段とを備え、
前記トルク指令手段は、指令信号と基準電圧の差に応じた信号を出力する差動手段と、該差動手段の出力を制限しトルク指令信号として出力する制限手段とを含み、
該制限手段は、前記基準電圧に対して前記指令信号が小さい状態を第1状態とし、前記基準電圧に対して前記指令信号が大きい状態を第2状態とし、前記差動手段の出力の上限を前記第1状態では第1制限値で制限し、前記第2状態では第2制限値で制限し、かつ、前記第1制限値及び第2制限値の少なくとも一つをモータ回転速度に応じて変化させる
ことを特徴とするモータ駆動装置。
Power supply means for supplying power to the motor;
Current detection means for detecting the current of the power supply means;
Torque command means for outputting a torque command signal;
Switching control means for controlling energization of the power supply means according to the difference between the torque command signal and the current detection signal of the current detection means,
The torque command means includes differential means for outputting a signal corresponding to the difference between the command signal and a reference voltage, and limiting means for limiting the output of the differential means and outputting it as a torque command signal.
The limiting means sets the state where the command signal is small relative to the reference voltage as a first state, sets the state where the command signal is large as compared to the reference voltage as a second state, and sets the upper limit of the output of the differential means. The first state is limited by a first limit value, the second state is limited by a second limit value, and at least one of the first limit value and the second limit value is changed according to the motor rotation speed. A motor drive device characterized by being made to cause.
前記第1状態で正トルク駆動を行い、前記第2状態で逆トルク駆動を行うことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。   The motor drive device according to claim 1, wherein a positive torque drive is performed in the first state and a reverse torque drive is performed in the second state. 前記トルク指令手段は、モータ速度を検出しモータ速度に略比例した速度検出信号を出力する速度検出手段をさらに備え、該速度検出手段により検出された速度に応じて前記第1及び第2制限値の少なくとも一つを変化させることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。   The torque command means further includes speed detection means for detecting a motor speed and outputting a speed detection signal substantially proportional to the motor speed, and the first and second limit values are determined according to the speed detected by the speed detection means. The motor driving device according to claim 1, wherein at least one of them is changed. 前記トルク指令手段は、前記速度検出信号により示されるモータ速度が大きくなるにつれ前記第1制限値を大きく設定することを特徴とする請求項3記載のモータ駆動装置。   4. The motor driving apparatus according to claim 3, wherein the torque command means sets the first limit value to be larger as the motor speed indicated by the speed detection signal becomes larger. 前記トルク指令手段は、前記速度検出信号により示されるモータ速度が大きくなるにつれ前記第2制限値を小さく設定することを特徴とする請求項3記載のモータ駆動装置。   4. The motor drive apparatus according to claim 3, wherein the torque command means sets the second limit value to be smaller as the motor speed indicated by the speed detection signal is larger. 前記トルク指令手段は、前記モータ速度に応じて前記第1制限値および第2制限値の少なくとも一つを階段状に変化させることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のモータ駆動装置。   6. The motor driving apparatus according to claim 4, wherein the torque command means changes at least one of the first limit value and the second limit value in a step shape according to the motor speed. . 前記トルク指令手段は、前記モータ速度に応じて前記第1制限値および第2制限値の少なくとも一つを連続的に変化させることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のモータ駆動装置。   6. The motor driving apparatus according to claim 4, wherein the torque command means continuously changes at least one of the first limit value and the second limit value according to the motor speed. . 前記トルク指令手段は、複数の所定のモータ速度毎に前記第1および第2制限値の少なくとも一つをそれぞれ設定することを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。   2. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the torque command means sets at least one of the first and second limit values for each of a plurality of predetermined motor speeds. 前記トルク指令手段は、前記設定された第1および第2制限値を用いてそれぞれの近似式を求め、該近似式にしたがい、モータ速度に応じて前記第1制限値および第2制限値の少なくとも一つを連続的に変化させることを特徴とする請求項8記載のモータ駆動装置。   The torque command means obtains an approximate expression using the set first and second limit values, and according to the approximate expression, at least one of the first limit value and the second limit value according to the motor speed. 9. The motor driving apparatus according to claim 8, wherein one of them is continuously changed. 前記近似式が一次式であることを特徴とする請求項9記載のモータ駆動装置。   The motor driving apparatus according to claim 9, wherein the approximate expression is a linear expression. 前記近似式により算出される制限値が前記設定された第1制限値および第2制限値の値を超えないように、前記近似式が求められることを特徴とする請求項9記載のモータ駆動装置。   10. The motor driving apparatus according to claim 9, wherein the approximate expression is obtained so that a limit value calculated by the approximate expression does not exceed the set first limit value and second limit value. . 所定速度間隔毎に前記近似式で得られる第1制限値および第2制限値よりも低い値を用いて、前記所定速度間隔毎に階段状に変化する第1制限値および第2制限値を設定することを特徴とする請求項11記載のモータ駆動装置。   A first limit value and a second limit value that change stepwise at each predetermined speed interval are set using values lower than the first limit value and the second limit value obtained by the approximate expression at each predetermined speed interval. The motor driving device according to claim 11, wherein 前記トルク指令手段はさらに前記近似式を格納する格納手段を含み、前記制限手段は、前記格納手段からモータ速度に応じた前記第1制限値および前記第2制限値を読み出すことを特徴とする請求項8ないし請求項12のいずれか1つに記載のモータ駆動装置。   The torque command means further includes storage means for storing the approximate expression, and the limit means reads the first limit value and the second limit value according to the motor speed from the storage means. The motor drive device according to any one of claims 8 to 12. 前記第1制限値及び第2制限値を外部より入力可能としたことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。
The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the first limit value and the second limit value can be input from the outside.
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