JP2006141123A - Dynamo-electric machine controller, dynamo-electric machine controlling method and washing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機定数を用いて推定した回転子位置に基づいて回転機を駆動制御する回転機制御装置、回転機制御方法および当該回転機制御装置を用いた洗濯機に関する。 The present invention relates to a rotating machine control device that drives and controls a rotating machine based on a rotor position estimated using a rotating machine constant, a rotating machine control method, and a washing machine using the rotating machine control apparatus.
ブラシレスDCモータを駆動するには、ロータの回転位置(回転子位置)を正確に取得することが必要である。この位置検出手段としては、ロータリエンコーダやレゾルバを用いて検出したり、ロータに近接してホールICなどの磁極位置センサを取り付け、ロータに配設された磁石の磁界を直接的に検出するのが一般的である。また、小型化、低価格化、耐環境性、信頼性向上、配線作業工程の低減等の要求から、磁極位置センサを設けることなくモータ電圧やモータ電流などから回転位置を推定するセンサレス駆動も多用されている。 In order to drive the brushless DC motor, it is necessary to accurately acquire the rotational position (rotor position) of the rotor. As this position detection means, it is possible to detect using a rotary encoder or resolver, or attach a magnetic pole position sensor such as a Hall IC in the vicinity of the rotor, and directly detect the magnetic field of the magnet disposed on the rotor. It is common. Also, sensorless drive that estimates the rotational position from motor voltage, motor current, etc. without providing a magnetic pole position sensor is also frequently used due to demands for miniaturization, price reduction, environmental resistance, reliability improvement, reduction of wiring work process, etc. Has been.
例えば非特許文献1に示された制御方法は、速度起電力推定に基づいた円筒形モータのセンサレス制御法を突極形モータへ拡張したものである。ここで用いられている推定アルゴリズムは、当該非特許文献1の(11)式および(12)式に示されているように、実電流と内部モデル式に基づく推定電流との誤差電流に基づいて速度起電力および回転子位置を推定するものである。
For example, the control method disclosed in Non-Patent
こうした推定アルゴリズムは、基本的にd−q軸モデル上での電圧電流方程式から導出されるので、モータ定数、その中でも温度変化により大きく変動する巻線抵抗を正しく検出することが必要となる。巻線抵抗値として一定値を用いると、巻線温度の上昇に伴ってモータの駆動力が低下してしまう。特許文献1には、3種類のスイッチングパターンの電圧印加の電流応答により、更に2回の電圧印加により初期位置角推定を行い、その初期位置角に基づいてモータを回転させないようにd軸電流を一定値に制御したときの指令電圧、検出電流により巻線抵抗を計測する技術が開示されている。
上記特許文献1に記載された巻線抵抗検出方法は、電流フィードバックにより電流を一定値に制御した状態で指令電圧と検出電流とから巻線抵抗を計測するものである。しかし、電流フィードバック系のゲインが大きいとモータから電磁音が発生し、当該モータを洗濯機などに適用した場合、使用者に異音として聞こえてしまう虞がある。特に、回転子位置を推定するセンサレス駆動システムでは電流ゲインを大きく設定する必要があり、回転駆動時の電流ゲインをそのまま用いると上記電磁音は一層大きくなる。
The winding resistance detection method described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転機からの電磁音の発生を抑制しつつ回転機の巻線抵抗を求め、回転機の温度変化によるセンサレス駆動の駆動力の低下を防止できる回転機制御装置、回転機制御方法および当該回転機制御装置を用いた洗濯機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to obtain the winding resistance of the rotating machine while suppressing the generation of electromagnetic noise from the rotating machine, and to detect the driving force of sensorless driving due to the temperature change of the rotating machine. An object of the present invention is to provide a rotating machine control device, a rotating machine control method, and a washing machine using the rotating machine control device that can prevent the decrease.
上記目的を達成するため、請求項1記載の回転機制御装置は、
半導体スイッチング素子を備え、回転機の固定子巻線に対しそのスイッチング状態に応じた電圧を出力する電力変換手段と、
前記回転機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記回転機の起動前または起動時に前記回転機の固定子巻線に一定電圧を印加し、その印加電圧と当該電圧印加時に前記電流検出手段により検出された電流とから前記固定子巻線の抵抗を算出する巻線抵抗検出手段と、
この巻線抵抗検出手段により検出された前記固定子巻線の抵抗を用いて前記回転機の回転子位置を推定する回転位置推定手段と、
この回転位置推定手段により推定された回転子位置を用いて前記電力変換手段の半導体スイッチング素子に対するオンオフ駆動信号を生成する回転駆動制御手段とを備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a rotating machine control device according to
Power conversion means comprising a semiconductor switching element and outputting a voltage corresponding to the switching state to the stator winding of the rotating machine,
Current detecting means for detecting a current flowing in the stator winding of the rotating machine;
A fixed voltage is applied to the stator winding of the rotating machine before or at the time of starting the rotating machine, and the resistance of the stator winding is determined from the applied voltage and the current detected by the current detecting means when the voltage is applied. Winding resistance detecting means for calculating
Rotational position estimating means for estimating the rotor position of the rotating machine using the resistance of the stator winding detected by the winding resistance detecting means;
Rotation drive control means for generating an on / off drive signal for the semiconductor switching element of the power conversion means using the rotor position estimated by the rotation position estimation means.
また、請求項8記載の回転機制御方法は、
回転機の起動前または起動時に当該回転機の固定子巻線に一定電圧を印加し、その印加電圧と当該電圧印加時に前記回転機の固定子巻線に流れる電流とから前記固定子巻線の抵抗を算出し、
この検出した固定子巻線の抵抗を用いて前記回転機の回転駆動中における回転子位置を推定し、
この推定した回転子位置を用いて、前記回転機を駆動する回転駆動制御手段の半導体スイッチング素子に対するオンオフ駆動信号を生成することを特徴とする。
The rotating machine control method according to
A constant voltage is applied to the stator winding of the rotating machine before or at the start of the rotating machine, and the stator winding of the stator winding is determined from the applied voltage and the current flowing through the stator winding of the rotating machine when the voltage is applied. Calculate the resistance,
Estimating the rotor position during the rotational drive of the rotating machine using the detected resistance of the stator winding,
Using the estimated rotor position, an on / off drive signal for the semiconductor switching element of the rotation drive control means for driving the rotating machine is generated.
請求項10記載の洗濯機は、洗い、濯ぎおよび脱水運転を行うための回転駆動力を発生させる回転機と、この回転機を制御する上記回転機制御装置とを備えていることを特徴とする。
The washing machine according to
本発明の回転機制御装置および回転機制御方法によれば、回転機の起動前または起動時における固定子巻線の抵抗検出の際に、定電圧制御を行って固定子巻線に一定電圧を印加するので、電流一定制御を行う従来構成と比べて耳障りな電磁音の発生を抑えることができる。そして、この検出した固定子巻線を用いて回転機の回転子位置を推定するので、正確な回転子位置が得られ、回転機の温度が変化する場合でも回転機の駆動力の低下を防止することができる。 According to the rotating machine control device and the rotating machine control method of the present invention, when detecting the resistance of the stator winding before or at the start of the rotating machine, constant voltage control is performed so that a constant voltage is applied to the stator winding. Since it is applied, it is possible to suppress the generation of harsh electromagnetic noise compared to the conventional configuration in which constant current control is performed. And since the rotor position of the rotating machine is estimated using the detected stator winding, an accurate rotor position can be obtained, and even when the temperature of the rotating machine changes, a decrease in the driving force of the rotating machine is prevented. can do.
洗濯機の洗い、濯ぎおよび脱水運転用の回転機は、比較的短い周期で停止と回転とを繰り返す。従って、この回転機を上記回転機制御装置により駆動制御すれば、回転機の固定子巻線を検出可能な機会が多くなり、洗濯行程全般、特には正逆運転を行う洗い運転、濯ぎ運転において回転機の駆動力の低下を防止することができる。 A rotating machine for washing, rinsing and dewatering of a washing machine repeatedly stops and rotates at a relatively short cycle. Therefore, if this rotating machine is driven and controlled by the rotating machine control device, there will be many opportunities to detect the stator winding of the rotating machine, and in the washing process in general, particularly in the washing operation and the rinsing operation that perform forward and reverse operations. A reduction in the driving force of the rotating machine can be prevented.
以下、本発明の回転機制御装置をドラム式洗濯機に適用した場合の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、ドラム式洗濯機の全体構成を図2を用いて説明する。ドラム式洗濯機1の外殻をなす外箱(筐体)2の前面部には、中央部に扉3が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部(何れも図示せず)を備えた操作パネル4が設けられている。扉3は、外箱2の前面中央部に形成された洗濯物出し入れ口5を開閉するものである。
Hereinafter, an embodiment in which the rotating machine control device of the present invention is applied to a drum type washing machine will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of the drum type washing machine will be described with reference to FIG. A
外箱2の内部には、円筒状をなす水槽6が配設されている。この水槽6は、その軸方向が前後方向(図2では左右方向)となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置7により弾性的に支持されている。水槽6の内部には、円筒状をなすドラム8が水槽6と同軸状に配設されている。このドラム8は、洗濯の他、脱水および乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔9が多数形成され(図2には一部のみ示す)、胴部の内周部にはバッフル10が複数設けられている(図2には一つのみ示す)。
A
水槽6およびドラム8は、それぞれ前面部に洗濯物出し入れ用の開口部11、12を有し、水槽6の開口部11は前記洗濯物出し入れ口5にベロー13により水密に連ねられ、ドラム8の開口部12はその水槽6の開口部11に臨んでいる。ドラム8の開口部12の周囲部には、バランスリング14が設けられている。
The
上記水槽6の背面部には、ドラム8を回転駆動するモータ15(回転機に相当)が配設されている。モータ15はアウタロータ形のブラシレスDCモータ(永久磁石同期モータ)であり、そのステータ(固定子)16が、水槽6の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング17の外周部に取り付けられている。ステータ16には、三相の巻線18(固定子巻線に相当)が巻回されている。
A motor 15 (corresponding to a rotating machine) for rotating the
モータ15のロータ(回転子)19は、ステータ16を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸20が上記軸受ハウジング17に軸受21を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング17から突出した回転軸20の前端部はドラム8の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ15のロータ19が回転すると、ロータ19と一体にドラム8も回転する構成(いわゆるダイレクトドライブ方式)となっており、ドラム8内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転、濯ぎ運転、脱水運転を行う。
A rotor (rotor) 19 of the
水槽6の下面部には水溜部22が設けられており、この水溜部22の内部に洗濯水加熱用のヒータ23が配設され、水溜部22の後部に、排水弁24を介して排水ホース25が接続されている。
水槽6の上部には温風生成装置26が設けられ、背部には熱交換器27が設けられている。温風生成装置26は、ケース28内に配設された温風用ヒータ29、ケーシング30内に配設されたファン31、ファン31をベルト伝動機構32を介して回転駆動するファンモータ33で構成され、ケース28とケーシング30とは連通されている。ケース28の前部にはダクト34が接続され、ダクト34の先端部は、水槽6内の前部に突出してドラム8の開口部12に臨んでいる。
A
A
ここで、温風用ヒータ29とファン31とにより温風が生成され、その温風はダクト34を通してドラム8内に供給される。ドラム8内に供給された温風はドラム8内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器27側へ排出される。
熱交換器27は、上部が上記ケーシング30内と連通し、下部が水槽6内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器27を通った空気は再び温風生成装置26に戻され、温風化されて循環する。
Here, warm air is generated by the
The
図1は、モータ15の回転をベクトル制御する制御装置35(回転機制御装置に相当)の構成を示す機能ブロック図である。ここで、後述する制御用マイコン36とインバータ回路37を除く構成部分は、DSP(Digital Signal Processor)が実行するソフトウェア処理により実現されている。また、制御用マイコン36とDSPとにより回転駆動制御手段が実現されている。DSPには、入出力ポート、シリアル通信回路、電流検出信号などのアナログ信号を入力するためのA/Dコンバータ、PWM処理を行うためのタイマなどが具備されている。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a control device 35 (corresponding to a rotating machine control device) that performs vector control of the rotation of the
洗濯機1の運転全般を制御する制御用マイコン36は、洗濯コースに応じて洗い運転、濯ぎ運転および脱水運転を制御し、その洗濯コースに応じた運転モードに従った指令回転速度ωrefを出力するようになっている。減算器38は、その指令回転速度ωrefと後述する磁極位置推定器39から得られるモータ15の検出回転速度ωとの減算結果である回転速度偏差Δωを出力するようになっている。
The
比例積分器40は、回転速度偏差Δωを入力として比例積分演算を行い、dq分配器41は、その比例積分演算結果からd軸電流指令値Idrefとq軸電流指令値Iqrefとを生成するようになっている。ここで、d軸電流、q軸電流は、それぞれ静止座標系(αβ座標系)に対して回転位相角θを有して回転する回転座標系で表される励磁分電流、トルク分電流である。
The
減算器42、43は、それぞれ電流指令値Idref、Iqrefと座標変換器46から出力されるd軸電流値Id、q軸電流値Iqとの減算結果である電流偏差ΔId、ΔIqを出力するものである。比例積分器44、45は、この電流偏差ΔId、ΔIqをそれぞれ入力して比例積分演算を行い、d軸電圧指令値Vd、q軸電圧指令値Vqを生成するようになっている。
The
巻線抵抗検出器47(巻線抵抗検出手段に相当)は、制御用マイコン36がモータ15を起動する時に、モータ15の巻線18に対し一定の電圧を印加し、その印加するd軸電圧指令値Vd、q軸電圧指令値Vqと、座標変換器46から出力されるd軸電流値Id、q軸電流値Iqとから巻線18の抵抗Rを算出するようになっている。制御用マイコン36は、モータ15の起動時において、指令回転速度ωrefが0の状態で巻線抵抗検出許可信号Sp(以下、許可信号Spと称す)をHレベルにして有効化し、巻線抵抗Rの検出が終了した後に許可信号SpをLレベルにして無効化し、その後、指令回転速度ωrefを正方向(正転時)または負方向(逆転時)に徐々に増加するようになっている。
The winding resistance detector 47 (corresponding to winding resistance detecting means) applies a constant voltage to the winding 18 of the
座標変換器48は、許可信号SpがHレベルの時には巻線抵抗検出器47から電圧指令値Vd、Vqを入力し、許可信号SpがLレベルの時には比例積分器44、45から電圧指令値Vd、Vqを入力する。そして、回転位相角θに基づいて、入力した回転座標系の電圧指令値Vd、Vqを静止座標系の電圧指令値Vα、Vβに変換するようになっている。PWM形成器49は、二相−三相変換により電圧指令値Vα、Vβを電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換し、それらに基づいてPWM信号Vup、Vun、Vvp、Vvn、Vwp、Vwnをインバータ回路37に出力するようになっている。
The coordinate
そのインバータ回路37(電力変換手段に相当)は、6個のIGBT50(半導体スイッチング素子に相当)が三相フルブリッジ接続された構成を備えており、その直流電源線51、52にはコンバータ53から100Vの交流電源を倍電圧全波整流した直流電圧が印加されるようになっている。
The inverter circuit 37 (corresponding to power conversion means) has a configuration in which six IGBTs 50 (corresponding to semiconductor switching elements) are connected in a three-phase full bridge, and the DC
電流検出器54、55(電流検出手段に相当)は、インバータ回路37の出力線に設けられたホールCTであって、3相のうちの何れか2相例えばV相、W相の電流Iv、Iwを検出するようになっている。この電流検出器54、55からの電流検出信号は、DSP内部のA/D変換器(図示せず)に入力されてディジタルデータに変換される。三相/二相変換器56は、電流Iv、IwからU相の電流Iuを演算し、それら三相の電流Iu、Iv、Iwを二相の電流Iα、Iβに変換するようになっている。そして、座標変換器46は、磁極位置推定器39から出力される回転位相角θに基づいて、静止座標系の電流Iα、Iβを回転座標系の電流Id、Iqに変換するようになっている。
磁極位置推定器39(回転位置推定手段に相当)は、モータ15の回転時において、座標変換器46から出力されるd軸電流値Idとq軸電流値Iq、比例積分器44、45から出力されるd軸電圧指令値Vdとq軸電圧指令値Vq、およびモータ定数R、Ld、Lqに基づいてロータ19の磁極位置すなわち回転位相角θ並びに回転速度ωを推定するものである。モータ定数のうち巻線抵抗Rは、巻線抵抗検出器47において検出された値を使用し、インダクタンスLd、Lqは、予め測定された値または設計値を使用する。
The magnetic pole position estimator 39 (corresponding to the rotational position estimating means) outputs the d-axis current value Id and q-axis current value Iq output from the coordinate
磁極位置推定器39は、以下の(1)式、(2)式により誘起電圧推定値Eds、Eqsを求める。ここで、pは微分演算子である。
Eds=Vd−R・Id−Ld・pId+ω・Lq・Iq …(1)
Eqs=Vq−ω・Ld・Id−R・Iq−Lq・pIq …(2)
The magnetic
Eds = Vd−R · Id−Ld · pId + ω · Lq · Iq (1)
Eqs = Vq-ω.Ld.Id-R.Iq-Lq.pIq (2)
そして、次の(3)式により回転速度ωを求め、その回転速度ωを積分して回転位相角θを求める。ここで、G1はモータ15の誘起電圧定数の逆数であり、G2はゲイン定数である。
ω=G1・Eqs−G2・Eds …(3)
Then, the rotational speed ω is obtained by the following equation (3), and the rotational phase angle θ is obtained by integrating the rotational speed ω. Here, G1 is the reciprocal of the induced voltage constant of the
ω = G1 / Eqs−G2 / Eds (3)
この推定演算によれば、誘起電圧推定値Eqsから回転速度ωが得られるとともに、誘起電圧推定値Edsが0に収束するように制御されるので、回転位相角(磁極位置)θがロータ19の実際の回転位置に一致するように作用する。
なお、磁極位置推定器39は、許可信号SpがHレベルの時(モータ停止時)に、巻線抵抗検出器47から出力される電圧指令値Vd、Vqに対応して定まるロータ19の磁極位置θ0を出力するようになっている。
According to this estimation calculation, the rotational speed ω is obtained from the induced voltage estimated value Eqs, and the induced voltage estimated value Eds is controlled to converge to 0, so that the rotational phase angle (magnetic pole position) θ is It works to match the actual rotational position.
The magnetic
次に、本実施形態の作用について図3ないし図7も参照しながら説明する。
永久磁石同期モータ15の電圧電流方程式は、d軸について次の(4)式で表される。
Ed=Vd−R・Id+ω・Lq・Iq …(4)
モータ15が停止している時には、回転速度ω=0、d軸誘起電圧Ed=0であるため、(4)式から次の(5)式が得られる。
R=Vd/Id …(5)
つまり、モータ15が停止している時に、d軸電圧Vdとd軸電流Idとを検出することにより巻線抵抗Rを求めることができる。ただし、制御装置35は出力電圧の検出手段を備えていないため、検出したd軸電圧Vdに替えてd軸電圧指令値Vdを用いて(5)式を演算する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
The voltage / current equation of the permanent
Ed = Vd−R · Id + ω · Lq · Iq (4)
When the
R = Vd / Id (5)
That is, when the
制御用マイコン36は、洗い運転や濯ぎ運転において、ドラム8(つまりモータ15)を所定のパターンに従って正逆運転する。この場合、制御用マイコン36は、モータ15を一旦停止させ、その後モータ15を反対方向に起動する。制御用マイコン36は、この起動時において、指令回転速度ωrefが0の状態で許可信号SpをHレベルにする。
The
許可信号SpがHレベルになると、巻線抵抗検出器47は、所定の大きさのd軸電圧指令値Vdとq軸電圧指令値Vqを出力する。ここでは、q軸電圧指令値Vqを0としている。座標変換器48は、この巻線抵抗検出器47から電圧指令値Vd、Vqを入力し、磁極位置推定器39から出力された磁極位置θ0に基づいて回転座標変換を行う。その結果、インバータ回路37を介してモータ15の巻線18にd軸電圧指令値Vdに応じた電流が流れる。
When the permission signal Sp becomes H level, the winding
このようにして巻線18にd軸電流を流すと、ロータ19が所定の位置に固定されてモータ15を起動し易くなる効果も生じる。巻線抵抗検出器47は、ロータ19が固定された状態で、座標変換器46からd軸電流値Idを入力し、上記(5)式により巻線抵抗Rを求める。このときのd軸電流検出値Idは、1回のA/D変換値のみを用いて求めてもよいが、ノイズの影響によりA/D変換値に誤差が生じる虞がある場合には、複数のA/D変換値の平均値を用いて求めることが好ましい。
When the d-axis current is supplied to the winding 18 in this manner, the effect that the
また、巻線抵抗Rを求める時に印加するd軸電圧Vdを常に一定にすると、巻線温度が上昇して巻線抵抗Rが増大した場合に巻線18に電流が流れにくくなり、ロータ19の回転位置を固定するのに十分な励磁ができなくなることも考えられる。そこで、許可信号SpがHレベルの時に巻線抵抗検出器47が出力するd軸電圧指令値Vdの大きさを、前回の起動時に検出した巻線抵抗Rに応じて変化させている。
In addition, if the d-axis voltage Vd applied when obtaining the winding resistance R is always constant, current does not easily flow through the winding 18 when the winding temperature rises and the winding resistance R increases. It is also conceivable that sufficient excitation cannot be performed to fix the rotational position. Therefore, the magnitude of the d-axis voltage command value Vd output from the winding
制御用マイコン36は、巻線抵抗検出器47による巻線抵抗Rの算出が完了すると、許可信号SpをLレベルに戻し、指令回転速度ωrefを0から徐々に増加させてモータ15を起動する。起動性を高めるため、この起動に用いる電圧も検出した巻線抵抗Rに応じて調整するとよい。そして、起動後、磁極位置推定器39は、座標変換器46から出力されるd軸電流値Idとq軸電流値Iq、比例積分器44、45から出力されるd軸電圧指令値Vdとq軸電圧指令値Vq、モータ定数Ld、Lqおよび巻線抵抗検出器47で得られた巻線抵抗Rを用いて、上述の(1)式〜(3)式に基づいて回転速度ωと回転位相角θとを求める。
When the calculation of the winding resistance R by the winding
ところで、実際にインバータ回路37からモータ15に印加される電圧は、インバータ回路37のIGBT50に対して設定されたアーム短絡防止用のデッドタイム、IGBT50のスイッチングディレイ(ターンオン時間、ターンオフ時間)およびIGBT50(付随する還流ダイオードを含む)のフォワードドロップにより、電圧指令値よりも低下してしまう。そこで、より正確な巻線抵抗Rを求めるためには、次の(6)式によりインバータ回路37での出力電圧誤差Vdeを求め、(5)式に替えて(7)式により巻線抵抗Rを求めるとよい。
Vde=((Td+Ton+Toff)・fs・Vdc+Vfd(Id))・Vdf(θ) …(6)
R=(Vd−Vde)/Id …(7)
By the way, the voltage actually applied from the
Vde = ((Td + Ton + Toff) .fs.Vdc + Vfd (Id)). Vdf (.theta.) (6)
R = (Vd−Vde) / Id (7)
ここで、Tdはデッドタイム、TonはIGBT50のターンオン時間、ToffはIGBT50のターンオフ時間、Vdcはインバータ回路37への入力電圧、fsはPWMキャリア周波数、Vfd(Id)はIGBT50のフォワードドロップ電圧、Vdf(θ)は出力電圧誤差をdq変換するための変換係数である。
Here, Td is the dead time, Ton is the turn-on time of the
図3は、抵抗検出を行う時のd軸電流Idとフォワードドロップ電圧Vfd(Id)との関係を示している。d軸電流Idの増加とともにフォワードドロップ電圧Vfd(Id)が増加する特性を示している。この特性は、インバータ回路37に用いるスイッチング素子により異なったものとなる。図4は、抵抗検出を行う時のロータ19の磁極位置θ0と変換係数Vdf(θ)との関係を示している。変換係数Vdf(θ)は、電気角60°を周期として変化する特性を示す。これら図3、図4に示す特性は、予め測定されて例えばテーブルデータとしてメモリに記憶されている。なお、ターンオン時間Tonとターンオフ時間Toffも電流の関数として取り扱ってもよい。
FIG. 3 shows the relationship between the d-axis current Id and the forward drop voltage Vfd (Id) when resistance detection is performed. It shows the characteristic that the forward drop voltage Vfd (Id) increases as the d-axis current Id increases. This characteristic varies depending on the switching element used in the
図5は、磁極位置θ0が0°、巻線温度が30℃のときのd軸電圧Vdに対する巻線抵抗Rの検出結果を示している。図中の実線Aは、インバータ回路37での出力電圧誤差Vdeを考慮せず、(5)式を用いて算出した巻線抵抗Rの検出値を示しており、図中の実線Bは、インバータ回路37での出力電圧誤差Vdeを考慮し、(6)式および(7)式を用いて算出した巻線抵抗Rの検出値を示している。また、実線Bに重なる破線Cは、真の巻線抵抗値を示している。
FIG. 5 shows the detection result of the winding resistance R with respect to the d-axis voltage Vd when the magnetic pole position θ0 is 0 ° and the winding temperature is 30 ° C. The solid line A in the figure shows the detected value of the winding resistance R calculated using the equation (5) without considering the output voltage error Vde in the
図6は、磁極位置θ0が0°、d軸電圧Vdが39.2Vのときの巻線温度に対する巻線抵抗Rの検出結果を示している。図中の実線Dは、インバータ回路37での出力電圧誤差Vdeを考慮せず、(5)式を用いて算出した巻線抵抗Rの検出値を示しており、図中の実線Eは、インバータ回路37での出力電圧誤差Vdeを考慮し、(6)式および(7)式を用いて算出した巻線抵抗Rの検出値を示している。また、実線Eに重なる破線Fは、真の巻線抵抗値を示している。
FIG. 6 shows the detection result of the winding resistance R with respect to the winding temperature when the magnetic pole position θ0 is 0 ° and the d-axis voltage Vd is 39.2V. The solid line D in the figure shows the detected value of the winding resistance R calculated using the equation (5) without considering the output voltage error Vde in the
これら図5および図6によれば、d軸電圧Vdが小さい場合には出力電圧誤差Vdeが大きく影響し、(5)式ではなく(6)式および(7)式を用いて巻線抵抗Rを算出する必要があることが分かる。また、(6)式および(7)式を用いて求めた巻線抵抗Rは、d軸電圧Vdおよび巻線温度にかかわらず、真の巻線抵抗に対する誤差が極めて小さい。従って、出力電圧誤差Vdeを補正して巻線抵抗Rを検出することが好ましい。 According to these FIG. 5 and FIG. 6, when the d-axis voltage Vd is small, the output voltage error Vde has a great influence, and the winding resistance R is expressed by using the expressions (6) and (7) instead of the expression (5). It is understood that it is necessary to calculate Further, the winding resistance R obtained by using the equations (6) and (7) has an extremely small error with respect to the true winding resistance regardless of the d-axis voltage Vd and the winding temperature. Therefore, it is preferable to detect the winding resistance R by correcting the output voltage error Vde.
図7は、巻線抵抗を求める時のロータ19の磁極位置θ0を変えて測定した巻線抵抗Rと出力電圧誤差Vdeを示している。出力電圧誤差Vdeは、変換係数Vdf(θ)と同様に電気角60°を周期として変化する。検出した巻線抵抗Rは、磁極位置θ0が10°、110°、130°、230°、250°および350°の各付近において抵抗値(検出誤差)が大きくなっている。これらの磁極位置θ0は、出力電圧誤差Vdeを補正しにくい位置であるため、巻線抵抗を求める時のロータ19の磁極位置θ0としては、上記角度付近を避けることが好ましい。
FIG. 7 shows the winding resistance R and the output voltage error Vde measured by changing the magnetic pole position θ0 of the
以上説明したように、洗濯機1のドラム駆動用のモータ15を制御する制御装置35は、モータ15の起動時に巻線18に一定のd軸電圧Vdを印加し、そのd軸電圧指令値Vdとd軸電流検出値Idとを用いて巻線抵抗Rを算出する。制御装置35は、この巻線抵抗Rの検出値を用いてロータ19の回転位相角θを推定演算するので、モータ15の温度が変化する場合でも回転位相角θを高精度に推定することができ、発生トルクやモータ効率の低下を防止することができる。
As described above, the
洗濯機1は、モータ15を長時間駆動するが、洗い運転時や濯ぎ運転時はモータ15の反転を繰り返すため、一方向に連続して回転駆動する時間は短い。従って、各回転方向の運転駆動期間における巻線温度の上昇は小さく、起動ごとに巻線抵抗を検出すれば洗濯行程を通して十分な精度で回転位相角θを推定することができる。また、脱水運転は、洗い運転や濯ぎ運転に比べて一方向に連続して回転駆動する時間は長いが、高速回転時には回転位相角θを推定する際の巻線抵抗の誤差の影響が少ないため、巻線温度の変化による回転位相角θの推定誤差は小さい。従って、制御装置35は、洗濯機1のドラム駆動用のモータ15を制御するのに好適である。
Although the
制御装置35は、巻線抵抗を検出する際に巻線18に一定のd軸電圧Vdを印加するので、ロータ19が所定の位置に固定されてモータ15を起動し易くなる。この場合、巻線18に印加するd軸電圧Vdの大きさを、前回の起動時の巻線抵抗Rの検出値に応じて変化させることにより、ロータ19を所定の回転位置θ0に確実に固定することができる。また、定電流制御を行っていないため、電流制御特有の耳障りな電磁音を低減することができ、洗濯機1の洗い運転時や濯ぎ運転時におけるモータ15からの異音の発生を抑えることができる。
Since the
巻線抵抗検出器47は、巻線抵抗の算出に際し、電圧指令値からインバータ回路37のアーム短絡防止用のデッドタイム、IGBT50のスイッチングディレイおよびIGBT50のフォワードドロップによる電圧低下分を減算して得られる電圧値を用いることにより、より高精度に巻線抵抗を検出することができる。
さらに、巻線抵抗検出器47は、ロータ19が電気角10°、110°、130°、230°、250°および350°の各回転位置からずれた位置にある状態おいて巻線抵抗を算出することにより(図7参照)、巻線抵抗の検出誤差を低減することができる。
When calculating the winding resistance, the winding
Further, the winding
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
本実施形態では、(1)式〜(3)式で示される推定アルゴリズムにより回転速度ωおよび回転位相角θを推定したが、他の推定アルゴリズムを用いてもよい。
モータ15への印加電圧を直接的に検出する電圧検出手段を備え、その電圧検出手段により検出された電圧値を用いて巻線抵抗を算出してもよい。
モータ15の起動時(起動直前)のみならず、起動前において巻線抵抗を求めてもよい。また、必ずしもモータ15の起動ごとに巻線抵抗を求める必要はない。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
In the present embodiment, the rotational speed ω and the rotational phase angle θ are estimated by the estimation algorithm represented by the equations (1) to (3), but other estimation algorithms may be used.
Voltage detection means for directly detecting the voltage applied to the
The winding resistance may be obtained not only when the
上記実施形態ではモータ15をベクトル制御したが、他の制御方法を用いてもよい。
巻線抵抗の算出に際し、電圧指令値からインバータ回路37のアーム短絡防止用のデッドタイム、IGBT50のスイッチングディレイおよびIGBT50のフォワードドロップのうちの何れか少なくとも一つによる電圧低下分を減算して得られる電圧値を用いてもよい。
In the above embodiment, the
When calculating the winding resistance, it is obtained by subtracting the voltage drop due to at least one of the dead time for preventing arm short circuit of the
上記実施形態では洗濯機への適用について説明したが、洗濯乾燥機にも同様に適用でき、また、モータが搭載された他の機器に対しても同様に適用できる。さらに、汎用のインバータ装置として構成してもよい。 Although the application to the washing machine has been described in the above embodiment, the invention can be similarly applied to a washing / drying machine, and can also be applied to other devices on which a motor is mounted. Furthermore, you may comprise as a general purpose inverter apparatus.
1はドラム式洗濯機、15はモータ(回転機)、18は巻線(固定子巻線)、19はロータ(回転子)、35は制御装置(回転機制御装置)、37はインバータ回路(電力変換手段)、39は磁極位置推定器(回転位置推定手段)、47は巻線抵抗検出器(巻線抵抗検出手段)、50はIGBT(半導体スイッチング素子)、54、55は電流検出器(電流検出手段)である。 1 is a drum type washing machine, 15 is a motor (rotor), 18 is a winding (stator winding), 19 is a rotor (rotor), 35 is a control device (rotor control device), 37 is an inverter circuit ( Power conversion means), 39 is a magnetic pole position estimator (rotational position estimation means), 47 is a winding resistance detector (winding resistance detection means), 50 is an IGBT (semiconductor switching element), and 54 and 55 are current detectors ( Current detection means).
Claims (10)
前記回転機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記回転機の起動前または起動時に前記回転機の固定子巻線に一定電圧を印加し、その印加電圧と当該電圧印加時に前記電流検出手段により検出された電流とから前記固定子巻線の抵抗を算出する巻線抵抗検出手段と、
この巻線抵抗検出手段により検出された前記固定子巻線の抵抗を用いて前記回転機の回転子位置を推定する回転位置推定手段と、
この回転位置推定手段により推定された回転子位置を用いて前記電力変換手段の半導体スイッチング素子に対するオンオフ駆動信号を生成する回転駆動制御手段とを備えていることを特徴とする回転機制御装置。 Power conversion means comprising a semiconductor switching element and outputting a voltage corresponding to the switching state to the stator winding of the rotating machine,
Current detecting means for detecting a current flowing in the stator winding of the rotating machine;
A fixed voltage is applied to the stator winding of the rotating machine before or at the time of starting the rotating machine, and the resistance of the stator winding is determined from the applied voltage and the current detected by the current detecting means when the voltage is applied. Winding resistance detecting means for calculating
Rotational position estimating means for estimating the rotor position of the rotating machine using the resistance of the stator winding detected by the winding resistance detecting means;
A rotating machine control device comprising: a rotation drive control unit that generates an on / off drive signal for the semiconductor switching element of the power conversion unit using the rotor position estimated by the rotation position estimation unit.
この検出した固定子巻線の抵抗を用いて前記回転機の回転駆動中における回転子位置を推定し、
この推定した回転子位置を用いて、前記回転機を駆動する回転駆動制御手段の半導体スイッチング素子に対するオンオフ駆動信号を生成することを特徴とする回転機制御方法。 A constant voltage is applied to the stator winding of the rotating machine before or at the start of the rotating machine, and the stator winding of the stator winding is determined from the applied voltage and the current flowing through the stator winding of the rotating machine when the voltage is applied. Calculate the resistance,
Estimating the rotor position during the rotational drive of the rotating machine using the detected resistance of the stator winding,
An on / off drive signal for a semiconductor switching element of a rotation drive control means for driving the rotating machine is generated using the estimated rotor position.
この回転機を制御する請求項1ないし7の何れかに記載の回転機制御装置とを備えていることを特徴とする洗濯機。
A rotating machine that generates a rotational driving force for performing washing, rinsing and dewatering operations;
A washing machine comprising the rotating machine control device according to any one of claims 1 to 7, which controls the rotating machine.
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