JP2006174665A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスDCモータを周波数制御するモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device that controls the frequency of a brushless DC motor.
ブラシレスDCモータを回転数制御するモータ制御装置として、従来より120゜通電制御の方式(例えば、特許文献1参照)と、正弦波180゜通電制御(例えば、特許文献2、3参照)がある。
Conventional motor control devices that control the rotational speed of a brushless DC motor include a 120 ° energization control method (see, for example, Patent Document 1) and a
120゜通電方式は、上記特許は誘起電圧のゼロクロス信号を直接検出する方式であり、それを検出するために、インバータ相電圧と基準電圧との比較を行って得られるものである。このゼロクロス信号に基づいて、転流信号を変化させている。このゼロクロス信号は、モータ1回転中に12回発生し、機械角30゜、すなわち電気角60゜毎に発生する。
The 120 ° energization method is a method in which the above-mentioned patent directly detects the zero-cross signal of the induced voltage, and is obtained by comparing the inverter phase voltage with the reference voltage in order to detect it. The commutation signal is changed based on this zero cross signal. This zero cross signal is generated 12 times during one rotation of the motor, and is generated every
180゜通電方式は、上記特許はモータ巻線の中性点電位と、3相のインバータ出力電圧に対して3相Y結線した抵抗の中性点電位との差分電圧を増幅し、それを積分回路に入力し、その積分回路の出力信号と、その出力信号をフィルタ回路により処理し直流カットしたローパス信号との比較により、誘起電圧に対応する位置検出信号を得ている。この位置検出信号は、モータ1回転中に12回発生し、機械角30゜、すなわち電気角60゜毎に発生する。この方式においては、積分回路を通すため、位相補正制御が必要である。
しかしながら、従来の構成においては以下の課題があった。 However, the conventional configuration has the following problems.
図6は従来のモータ制御装置の制御ブロック図である。この120゜通電方式は、誘起電圧部分のゼロクロスの比較を行っているため、モータ負荷急変、電源電圧急変の状態がおきると、誘起電圧のゼロクロス信号がインバータ出力電圧領域内に隠れてしまい、検出できなくなることがある。 FIG. 6 is a control block diagram of a conventional motor control device. Since this 120 ° energization method compares the zero cross of the induced voltage portion, if the motor load sudden change or the power supply voltage sudden change occurs, the induced voltage zero cross signal will be hidden in the inverter output voltage region and detected. It may not be possible.
このような状態になると、まず脱調現象が発生し、インバータシステムが停止してしまう。 In such a state, first, a step-out phenomenon occurs and the inverter system stops.
また、120゜通電では、1相当たり誘起電圧が電気角60゜連続して確認できるのであるが、モータ運転時の音、振動を軽減しようとして、通電角を150゜程度に設定して運転させようとすると、1相当たり誘起電圧が電気角30゜分しか連続確認できず、通常の運転時においてもインバータ回生電圧の影響により脱調する危険性が増加し、また乱調等の不安定現象も発生し易くなる傾向があった。 In addition, at 120 ° energization, the induced voltage per phase can be confirmed continuously for 60 ° electrical angle, but in order to reduce the noise and vibration during motor operation, the operation angle is set to about 150 ° for operation. If this is the case, the induced voltage per phase can only be confirmed continuously for an electrical angle of 30 °, and the risk of step-out increases due to the effect of the inverter regenerative voltage even during normal operation, and unstable phenomena such as turbulence occur. There was a tendency to occur easily.
また、本構成では、180゜通電に近い運転はまず不可能であるという課題を有していた。 Further, this configuration has a problem that an operation close to 180 ° energization is impossible.
図7(a)は120゜通電制御の相電流波形と誘起電圧波形との関係図である。 FIG. 7A is a relationship diagram between the phase current waveform and the induced voltage waveform of 120 ° energization control.
通常運転時には誘起電圧10に対して相電流20の位置に設定し、最高回転数を増加させる場合には相電流20を進角させる必要があるが限界が早く、高速回転性能が劣る。
During normal operation, the
図7(b)は180゜通電制御の相電流波形と誘起電圧波形との関係図である。 FIG. 7B is a relationship diagram between the phase current waveform and the induced voltage waveform in the 180 ° energization control.
180゜通電方式は、積分回路を通すため、誘起電圧のゼロクロス位置を絶対値での的確な把握ができず、また、運転状態によってはゼロクロス位置と位置検出信号の位相差が大きく変化するため、位相補正等の複雑な制御が必要となり、その位相補正調整が困難であったり、制御演算が複雑になる。 Since the 180 ° energization method passes through the integration circuit, the zero-cross position of the induced voltage cannot be accurately grasped with an absolute value, and the phase difference between the zero-cross position and the position detection signal varies greatly depending on the operating state. Complicated control such as phase correction is required, and the phase correction adjustment is difficult, and the control calculation is complicated.
また、モータに中性点出力端子が必要、誘起電圧波形の3次高調波成分を利用しているため正弦波着磁マグネットを使用したモータでは使用不可能という課題を有していた。 Further, the motor requires a neutral point output terminal, and uses the third harmonic component of the induced voltage waveform, and therefore has a problem that it cannot be used in a motor using a sine wave magnetized magnet.
また、電流フィードバック方式によるセンサレス正弦波180゜通電駆動制御では、モータの磁極位置をモータ電流とモータ電気的定数とにより推定演算するため演算誤差が大きくなり、モータ電流の進角制御の限界点が早く、最高回転数も位置センサ付制御に対しどうしても遠く及ばない課題があった。
In addition, in the
本発明は、上記課題を解決すべきなされたものであり、その目的とするところは、機械的電磁ピックアップセンサの必要としない誘起電圧フィードバック制御の新方式により、位置センサ付正弦波180゜通電と同等レベルの高速性能を実現し、またどのような運転負荷領域においても脱調限界トルクを一層向上させ、さらには安価かつ信頼性の高いモータ制御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 provide a 180 ° sine wave with a position sensor by applying a new method of induced voltage feedback control that does not require a mechanical electromagnetic pickup sensor. An object of the present invention is to provide a motor control device that achieves a high speed performance of the same level, further improves the step-out limit torque in any operating load region, and is inexpensive and highly reliable.
前記従来の課題を解決するために本発明のモータ制御装置は、スイッチング素子を複数個含み該スイッチング素子の開閉により直流電圧をPWM信号に基づき交流電圧に変換し3相ブラシレスDCモータに供給する直流交流変換手段と、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧から前記ブラシレスDCモータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、該磁極位置検出手段から出力される磁極位置に基づいて電圧波形を出力する電圧制御手段と、該電圧波形を前記PWM信号に変換するPWM制御手段とを有するモータ制御装置において、前記誘起電圧に含まれる回生電圧を検出する回生電圧検出手段と、検出された該回生電圧と前記誘起電圧とに基づいて前記磁極位置を判定する磁極位置検出手段とを有し、前記回生電圧検出手段は所定の基準電圧を有し該基準電圧と上記誘起電圧との比較により回生電圧を判定し、該基準電圧は上記(直流電圧の電圧値)×(回生電圧係数)もしくは(直流電圧の電圧値)×(1−回生電圧係数)で算出され、該回生電圧係数は直流電圧に関係する物理量に基づいて設定される。 In order to solve the above-described conventional problems, a motor control device according to the present invention includes a plurality of switching elements, converts a DC voltage into an AC voltage based on a PWM signal by opening and closing the switching elements, and supplies the DC voltage to a three-phase brushless DC motor. AC conversion means, induced voltage detection means for detecting the induced voltage of the brushless DC motor, magnetic pole position detection means for detecting the magnetic pole position of the brushless DC motor from the induced voltage, and output from the magnetic pole position detection means Regenerative voltage detection for detecting a regenerative voltage included in the induced voltage in a motor control device having voltage control means for outputting a voltage waveform based on a magnetic pole position and PWM control means for converting the voltage waveform into the PWM signal Magnetic pole position detecting means for determining the magnetic pole position based on the detected regenerative voltage and the induced voltage The regenerative voltage detecting means has a predetermined reference voltage and determines the regenerative voltage by comparing the reference voltage with the induced voltage, and the reference voltage is the (voltage value of DC voltage) × (regenerative voltage) (Coefficient) or (voltage value of DC voltage) × (1−regenerative voltage coefficient), and the regenerative voltage coefficient is set based on a physical quantity related to the DC voltage.
また本発明のモータ制御装置は、直流電圧変化率が大きい場合には上記回生電圧係数を小さくし、直流電圧変化率が小さい場合には上記回生電圧係数を大きくする。 The motor control device of the present invention reduces the regenerative voltage coefficient when the DC voltage change rate is large, and increases the regenerative voltage coefficient when the DC voltage change rate is small.
また本発明のモータ制御装置は、上記回生電圧係数が直流電圧変化率の1次関数式とする。 In the motor control device of the present invention, the regenerative voltage coefficient is a linear function expression of the DC voltage change rate.
また本発明のモータ制御装置は、上記直流電圧変化率の1次関数式が上限値および下限値を持つ。 In the motor control device of the present invention, the linear function expression of the DC voltage change rate has an upper limit value and a lower limit value.
また本発明のモータ制御装置は、直流電圧リプル率が大きい場合には上記回生電圧係数を大きくし、直流電圧リプル率が小さい場合には上記回生電圧係数を小さくする。 The motor control device of the present invention increases the regenerative voltage coefficient when the DC voltage ripple ratio is large, and decreases the regenerative voltage coefficient when the DC voltage ripple ratio is small.
また本発明のモータ制御装置は、上記回生電圧係数が直流電圧リプル率の1次関数式とする。 In the motor control device of the present invention, the regenerative voltage coefficient is a linear function expression of a DC voltage ripple rate.
また本発明のモータ制御装置は、上記直流電圧リプル率の1次関数式が上限値および下限値を持つ。 In the motor control apparatus of the present invention, the linear function expression of the DC voltage ripple rate has an upper limit value and a lower limit value.
本発明のモータ制御装置によれば、回生電圧による脱調現象を回避したモータ制御装置を提供でき、広範囲の運転負荷に対応したインバータシステムを安価に構築できると共に、直流電圧変動が極めて大きい場合でも正確に回生電圧を判定し誘起電圧の誤検出を強力に防止できるので、電圧変化に対して応答性、安定性、信頼性の高いモータ制御装置を提供できる。 According to the motor control device of the present invention, it is possible to provide a motor control device that avoids the step-out phenomenon caused by the regenerative voltage, and it is possible to construct an inverter system corresponding to a wide range of operation loads at low cost, and even when the DC voltage fluctuation is extremely large. Since it is possible to accurately determine the regenerative voltage and to prevent erroneous detection of the induced voltage, it is possible to provide a motor control device having high responsiveness, stability and reliability against voltage changes.
第1の発明は、スイッチング素子を複数個含み該スイッチング素子の開閉により直流電圧をPWM信号に基づき交流電圧に変換し3相ブラシレスDCモータに供給する直流交流変換手段と、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧から前記ブラシレスDCモータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、該磁極位置検出手段から出力される磁極位置に基づいて電圧波形を出力する電圧制御手段と、該電圧波形を前記PWM信号に変換するPWM制御手段とを有するモータ制御装置において、前記誘起電圧に含まれる回生電圧を検出する回生電圧検出手段と、検出された該回生電圧と前記誘起電圧とに基づいて前記磁極位置を判定する磁極位置検出手段とを有し、前記回生電圧検出手段は所定の基準電圧を有し該基準電圧と上記誘起電圧との比較により回生電圧を判定し、該基準電圧は上記(直流電圧の電圧値)×(回生電圧係数)もしくは(直流電圧の電圧値)×(1−回生電圧係数)で算出され、該回生電圧係数は直流電圧に関係する物理量に基づいて設定されることを特徴とするモータ制御装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC / AC converter that includes a plurality of switching elements, converts a DC voltage into an AC voltage based on a PWM signal by opening and closing the switching elements, and supplies the AC voltage to a three-phase brushless DC motor, and induction of the brushless DC motor Induced voltage detecting means for detecting voltage, magnetic pole position detecting means for detecting the magnetic pole position of the brushless DC motor from the induced voltage, and voltage for outputting a voltage waveform based on the magnetic pole position output from the magnetic pole position detecting means In a motor control device having control means and PWM control means for converting the voltage waveform into the PWM signal, regenerative voltage detection means for detecting a regenerative voltage included in the induced voltage, the detected regenerative voltage and the Magnetic pole position detection means for determining the magnetic pole position based on the induced voltage, and the regenerative voltage detection means is a predetermined reference The regenerative voltage is determined by comparing the reference voltage with the induced voltage, and the reference voltage is the above (DC voltage value) × (regenerative voltage coefficient) or (DC voltage value) × (1 -Regenerative voltage coefficient), and the regenerative voltage coefficient is set based on a physical quantity related to the DC voltage.
第2の発明は、特に第1の発明の回生電圧係数は、直流電圧変化率が大きい場合には小さくし、直流電圧変化率が小さい場合には大きくするモータ制御装置である。 The second aspect of the invention is a motor control device in which the regenerative voltage coefficient of the first aspect of the invention is particularly small when the DC voltage change rate is large and large when the DC voltage change rate is small.
第3の発明は、特に第2の発明の回生電圧係数は、直流電圧変化率の1次関数式とするモータ制御装置である。 The third aspect of the invention is a motor control device in which the regenerative voltage coefficient of the second aspect of the invention is a linear function expression of a DC voltage change rate.
第4の発明は、特に第3の発明の直流電圧変化率の1次関数式は、上限値および下限値を持つモータ制御装置である。 The fourth invention is a motor control device in which the linear function expression of the DC voltage change rate of the third invention has an upper limit value and a lower limit value.
第5の発明は、特に第1の発明の回生電圧係数は、直流電圧リプル率が大きい場合には大きくし、直流電圧リプル率が小さい場合には小さくするモータ制御装置である。 The fifth aspect of the present invention is a motor control device that particularly increases the regenerative voltage coefficient of the first aspect of the invention when the DC voltage ripple rate is large and decreases it when the DC voltage ripple rate is low.
第6の発明は、特に第5の発明の回生電圧係数は、直流電圧リプル率の1次関数式とするモータ制御装置である。 The sixth aspect of the invention is a motor control device in which the regenerative voltage coefficient of the fifth aspect of the invention is a linear function expression of a DC voltage ripple rate.
第7の発明は、特に第6の発明の直流電圧リプル率の1次関数式は、上限値および下限値を持つモータ制御装置である。 The seventh aspect of the invention is a motor control device in which the linear function expression of the DC voltage ripple rate of the sixth aspect of the invention has an upper limit value and a lower limit value.
以下、添付の図面を用いて、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態を説明する。 Embodiments of a motor control device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。 Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1に本実施形態のモータ制御装置の制御ブロック図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a control block diagram of the motor control device of the present embodiment.
本実施形態のモータ制御装置は、3相ブラシレスDCモータ7を回転数制御するモータ制御装置を示している。
The motor control device of the present embodiment is a motor control device that controls the rotation speed of the three-phase
この図において、モータ制御装置は、直流電圧4を交流電圧に変換し、3相ブラシレスDCモータ(以下、BLMと略)7に出力する直流交流変換手段6と、BLM7の誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段1と、誘起電圧からブラシレスDCモータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段2と、磁極位置検出手段2から出力される磁極位置に基づいて電圧波形を出力する電圧制御手段3と、電圧波形をPWM信号に変換するPWM制御手段5と、誘起電圧に含まれる回生電圧を検出する回生電圧検出手段8と、検出された回生電圧と誘起電圧とに基づいて磁極位置を判定する磁極位置検出手段2とを有する。
In this figure, the motor control device converts a
PWM制御手段5は、BLM7を回転数制御するための印加電圧、周波数、位相を制御するPWM信号を出力する。直流交流変換手段6は、高速に開閉する6つのスイッチング素子(図2(a))から成り立っている。
The PWM control means 5 outputs a PWM signal for controlling the applied voltage, frequency, and phase for controlling the rotation speed of the
まず、図1において誘起電圧検出手段1と磁極位置検出手段2と電圧制御手段3、PWM制御手段5の役割について順次説明する。 First, the roles of the induced voltage detection means 1, the magnetic pole position detection means 2, the voltage control means 3, and the PWM control means 5 will be described sequentially in FIG.
この部分は、図6従来のモータ制御装置の制御ブロック図の働きと同様である。 This portion is the same as the operation of the control block diagram of the conventional motor control device in FIG.
図1において、誘起電圧検出手段1は、BLM7の誘起電圧を降下させ、磁極位置検出手段2では誘起電圧ゼロクロス信号を検出し、誘起電圧ゼロクロス信号を磁極位置として電圧制御手段3に出力する。
In FIG. 1, the induced voltage detection means 1 lowers the induced voltage of the
電圧制御手段3はその磁極位置に基づいて、BLM7を駆動させるための電圧波形を演算しそれをPWM制御手段5に出力する。
Based on the magnetic pole position, the voltage control means 3 calculates a voltage waveform for driving the
電圧波形に基づきPWM制御手段5はPWM信号を直流交流変換手段6に出力する。 Based on the voltage waveform, the PWM control means 5 outputs a PWM signal to the DC / AC conversion means 6.
このように構成されたモータ制御装置では、BLM7の回転数は、直流交流変換手段6から出力される交流電圧の周波数と位相(以下、『インバータ周波数』と称す)を変化させることにより制御される。
In the motor control device configured as described above, the rotation speed of the
120゜通電制御の場合、PWM制御手段5は、直流交流変換手段6のスイッチング素子を開閉する6通りのPWM信号を出力し、その6通りのPWM信号によりスイッチング素子が開閉されることにより、直流交流変換手段6から出力されるインバータ周波数が制御される。
In the case of 120 ° energization control, the PWM control unit 5 outputs six types of PWM signals for opening and closing the switching elements of the DC /
6通りのPWM信号について説明する。 Six kinds of PWM signals will be described.
6通りのPWM信号とは、直流交流変換手段6のスイッチング素子を駆動するためのパルス信号である。
The six types of PWM signals are pulse signals for driving the switching elements of the DC /
PWM信号は、インバータ電気角1周期において6つの基本的なパターンPTN1〜PTN6を有し、PWM信号1周期の逆数がインバータ周波数となる。 The PWM signal has six basic patterns PTN1 to PTN6 in one cycle of the inverter electrical angle, and the reciprocal of one cycle of the PWM signal is the inverter frequency.
実際、BLM7の回転数を変更させるべき手法は、PWM制御手段5が直流交流変換手
段6のインバータ周波数を変化させながら、BLM7を回転数制御する。
Actually, the method for changing the rotation speed of the
図2(a)に示す通り、直流交流変換手段6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スイッチング素子1個、下アームにスイッチング素子1個具備している。
As shown in FIG. 2 (a), the DC /
PTN1では、U相上アームスイッチング素子Tuと、V相下アームスイッチング素子Tyが通電される。 In PTN1, the U-phase upper arm switching element Tu and the V-phase lower arm switching element Ty are energized.
PTN2では、U相上アームスイッチング素子Tuと、W相下アームスイッチング素子Tzが通電される。 In PTN2, the U-phase upper arm switching element Tu and the W-phase lower arm switching element Tz are energized.
PTN3では、V相上アームスイッチング素子Tvと、W相下アームスイッチング素子Tzが通電される。 In PTN3, the V-phase upper arm switching element Tv and the W-phase lower arm switching element Tz are energized.
PTN4では、V相上アームスイッチング素子Tvと、U相下アームスイッチング素子Txが通電される。 In PTN4, the V-phase upper arm switching element Tv and the U-phase lower arm switching element Tx are energized.
PTN5では、W相上アームスイッチング素子Twと、U相下アームスイッチング素子Txが通電される。 In PTN5, the W-phase upper arm switching element Tw and the U-phase lower arm switching element Tx are energized.
PTN6では、W相上アームスイッチング素子Twと、V相下アームスイッチング素子Tyが通電される。 In PTN6, the W-phase upper arm switching element Tw and the V-phase lower arm switching element Ty are energized.
PWM信号の転流切換は、電圧制御手段3の電圧波形出力に基づいて行われる。 The commutation switching of the PWM signal is performed based on the voltage waveform output of the voltage control means 3.
磁極位置検出手段2の詳細動作を図2(b)および図3、図4を用いて説明する。 The detailed operation of the magnetic pole position detection means 2 will be described with reference to FIG. 2B, FIG. 3, and FIG.
BLM7の誘起電圧ゼロクロス信号は、電気角1周期中に6回発生する。
The induced voltage zero cross signal of the
図3(a)は1相当たりの誘起電圧ゼロクロス信号を記載している。 FIG. 3A shows the induced voltage zero-cross signal per phase.
図3(a)は相電流波形と相誘起電圧波形との関係図であり、誘起電圧10と相電流9とその正ゼロクロス信号11と逆ゼロクロス信号12を示している。
FIG. 3A is a relationship diagram between the phase current waveform and the phase induced voltage waveform, and shows the induced
正ゼロクロス信号11は電気角0゜、逆ゼロクロス信号12は電気角180゜で発生する。
The positive zero
磁極位置検出手段2が実際に観測できる誘起電圧は、直流電圧4の負側をGND電位Nとするならば、図3(b)の誘起電圧10a、図4(b)の10bのようになっており、これはBLM7の線間電圧を観測していることになるが、ゼロクロス信号付近の誘起電圧を考えるものとすれば、誘起電圧10の電圧波形にPWM電圧成分が重畳された波形となる。
The induced voltage that can be actually observed by the magnetic pole position detection means 2 is as shown in FIG. 3B induced
基本的には、直流電圧VDCの半分である(=VDC/2)と誘起電圧10a(10b)の交点、さらには直流交流変換手段6の上アーム素子と下アーム素子がそれぞれ1つずつ導通点弧している期間(図3、図4中のTON部分)であれば正ゼロクロス信号11(逆ゼロクロス信号12)を検出できる。
Basically, the intersection of the half of the DC voltage VDC (= VDC / 2) and the induced
磁極位置検出手段2は、図中の正ゼロクロス信号11および逆ゼロクロス信号12を検
出して、それを磁極位置として電圧制御手段3に出力する。
The magnetic pole position detection means 2 detects the positive zero
そのゼロクロス信号に基づいて電圧制御手段3は相電流9とほぼ相似形の電圧波形を演算し、PWM制御手段5ではその電圧波形に基づいて、各電気角に対応したPWM信号のベースPTNを創出する。 Based on the zero cross signal, the voltage control means 3 calculates a voltage waveform substantially similar to the phase current 9, and the PWM control means 5 creates a PWM signal base PTN corresponding to each electrical angle based on the voltage waveform. To do.
図3の電気角X1〜X2、図4の電気角X3〜X4は電流カット区間である。 The electrical angles X1 to X2 in FIG. 3 and the electrical angles X3 to X4 in FIG. 4 are current cut sections.
また、電圧制御手段3は120゜〜180゜通電波形の電圧波形を創出できる。 Further, the voltage control means 3 can create a voltage waveform of a 120 ° to 180 ° energization waveform.
ただし、誘起電圧を観測するためには、その通電角を180゜未満にする必要がある。 However, in order to observe the induced voltage, it is necessary to make the conduction angle less than 180 °.
通電角>120゜とする場合には、120゜通電制御で説明した6通りのPWM信号に加えて、3相正弦波駆動用PWM信号を追加する。 When the conduction angle> 120 °, in addition to the six PWM signals described in the 120 ° conduction control, a three-phase sine wave drive PWM signal is added.
基本的には、3相のうちどれか1相でも電流OFFとなる区間( 電流カット区間)では、120゜通電制御用のPWM信号を使用する。 Basically, the PWM signal for 120 ° energization control is used in the section where the current is OFF in any one of the three phases (current cut section).
3相すべてに相電流が流れている区間では、3相正弦波駆動用PWM信号を使用する。 In the section where the phase current flows in all three phases, the PWM signal for three-phase sine wave drive is used.
このPWM信号については、3相正弦波PWM制御としてすでに公知技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。 Since this PWM signal is already known as three-phase sine wave PWM control, detailed description thereof is omitted here.
なお、電圧制御手段3が出力する電圧波形は相電流9とほぼ相似系であるが、その位相差は相電流9に対して多少進んでいる。 The voltage waveform output by the voltage control means 3 is almost similar to that of the phase current 9, but the phase difference is somewhat advanced with respect to the phase current 9.
本実施例では簡単化のため、その位相差をゼロとして説明することにする。すなわち 電圧波形 相電流9 と定義する。 In this embodiment, for simplification, the phase difference will be described as zero. That is, the voltage waveform is defined as phase current 9.
図8は、BLM7の等価回路図である。 FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the BLM7.
R1は巻線一次抵抗、Lu、Lv、Lwは各相のインダクタンス、Eu、Ev、Ewは各相の界磁誘起電圧である。 R1 is a winding primary resistance, Lu, Lv, and Lw are inductances of each phase, and Eu, Ev, and Ew are field-induced voltages of each phase.
ここで、界磁誘起電圧とは、BLM7が無通電状態で回転したときに、マグネット(界磁)のみによる発生する誘起電圧を意味している。
Here, the field induced voltage means an induced voltage generated only by a magnet (field) when the
図2(b)は3相ブラシレスDCモータの界磁誘起電圧波形関係図である。図中のU1はEuの正ゼロクロス位置を、U2は逆ゼロクロス位置を表している。 FIG. 2B is a field induced voltage waveform relationship diagram of the three-phase brushless DC motor. In the figure, U1 represents the positive zero cross position of Eu, and U2 represents the reverse zero cross position.
同様に他相も表記しており、ゼロクロス位置の間隔は理想的には60゜毎、電気角1周期につき6回発生することになる。 Similarly, the other phases are also shown, and the interval between the zero cross positions is ideally generated 6 times every 60 ° and one cycle of the electrical angle.
これらゼロクロス位置を、BLM7の真の磁極位置と命名する。 These zero-cross positions are named as the true magnetic pole positions of the BLM7.
BLM7の真の磁極位置は、誘起電圧10のゼロクロス信号からは、電機子反作用の影響により直接確定することはできず、両者には位相差が生ずる。
The true magnetic pole position of the
また、この位相差は、運転負荷に依存するため、真の磁極位置を誘起電圧ゼロクロス信号から特定するのは困難である。 Further, since this phase difference depends on the operating load, it is difficult to specify the true magnetic pole position from the induced voltage zero cross signal.
しかし、真の磁極位置は特定できなくとも、誘起電圧ゼロクロス信号のみによりBLM7を回転数制御することは十分可能であり、むしろ誘起電圧により制御するほうが好ましい場合もある。
However, even if the true magnetic pole position cannot be specified, it is sufficiently possible to control the rotation speed of the
本実施例では、両者の位相差はゼロであるものとして説明する。 In the present embodiment, description will be made assuming that the phase difference between the two is zero.
すなわち、
真の磁極位置≡誘起電圧ゼロクロス位置
である。
That is,
True magnetic pole position ≡ induced voltage zero cross position.
すなわち、図3(a)の誘起電圧10がU相に対応したものであるならば
ゼロクロスU1≡正ゼロクロス信号11
ゼロクロスU2≡逆ゼロクロス信号12
である。
That is, if the induced
Zero cross U2 = Reverse zero cross signal 12
It is.
なお、
Eu≠誘起電圧10
である。
In addition,
Eu ≠ induced
It is.
上式は、電機子反作用の影響により両者の電圧波形振幅が異なるために発生する。
次に、回生電圧検出手段8の詳細動作を図3、図4および図5を用いて説明する。
The above equation is generated because the voltage waveform amplitudes of both are different due to the influence of the armature reaction.
Next, the detailed operation of the regenerative voltage detection means 8 will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. FIG.
一般的に回生電圧の発生する条件としては、BLM7の相電流をカットした瞬間より所定時間連続して発生し、その後に本来の誘起電圧が発生する。
Generally, as a condition for generating the regenerative voltage, the regenerative voltage is generated continuously for a predetermined time from the moment when the phase current of the
誘起電圧検出手段1の出力は、この回生電圧と誘起電圧の双方が含まれており、双方の判別が必要である。 The output of the induced voltage detection means 1 includes both the regenerative voltage and the induced voltage, and both need to be distinguished.
この判別を誤れば、回生電圧部分を誘起電圧のゼロクロス信号と誤検出していまい、乱調、脱調などの異常現象が発生する。 If this determination is incorrect, the regenerative voltage portion is erroneously detected as a zero-cross signal of the induced voltage, and abnormal phenomena such as turbulence and step-out occur.
回生電圧と誘起電圧の関係図を図3(b)と図4(b)に示す。 FIG. 3B and FIG. 4B show the relationship between the regenerative voltage and the induced voltage.
図3は誘起電圧10として時間微分値が正の場合であり、図4は誘起電圧10として時間微分値が負の場合を示している。
FIG. 3 shows a case where the time differential value is positive as the induced
図中で回生電圧13、回生電圧14は相電流9をカットした瞬間より発生し、回生電圧終了点19、回生電圧終了点22まで継続する。
In the figure, the
正ゼロクロス信号11を確定する必要条件の一つとして、
誘起電圧10a≧VDC/2
また、逆ゼロクロス信号12を確定する必要条件の一つとして、
誘起電圧10b≦VDC/2
がある。
As one of the necessary conditions for determining the positive zero
As one of the necessary conditions for determining the reverse zero cross signal 12,
Induced voltage 10b ≦ VDC / 2
There is.
しかしながら、正ゼロクロス信号11を検出する以前に回生電圧13の電圧値がVDCであるために、すでに上式の関係を満たしており誤検出してしまう。
However, since the voltage value of the
これを防ぐために図中の位置検出において、回生電圧終了点19以前では位置検出結果を無視し、回生電圧終了点19後より位置検出の判定開始するようにすれば回生電圧13を正ゼロクロス信号11として誤検出することはない。
In order to prevent this, in the position detection in the figure, if the position detection result is ignored before the regenerative voltage end point 19 and the position detection determination is started after the regenerative voltage end point 19, the
逆ゼロクロス信号12の場合も同様に、回生電圧14の電圧値が0Vであり、すでに上式の関係を満たしており誤検出してしまう。
Similarly, in the case of the reverse zero cross signal 12, the voltage value of the
これを防ぐために図中の位置検出区間を回生電圧終了点22後より判定開始するようにする。
In order to prevent this, the determination of the position detection section in the figure is started after the regenerative
このように回生電圧検出手段8は回生電圧終了点19、回生電圧終了点22を磁極位置検出手段2に対して回生終了信号として出力し、磁極位置検出手段2はその信号を受けるまでは回生電圧13、回生電圧14の位置検出を無視する。
Thus, the regenerative voltage detecting means 8 outputs the regenerative voltage end point 19 and the regenerative
そして、その信号を受けたのであれば位置検出の判断開始を行うので本来の正ゼロクロス信号11および逆ゼロクロス信号12を確定することができるようになる。
If the signal is received, determination of position detection is started, so that the original positive zero
回生電圧検出手段8では、VTH1回生判定基準電圧17、VTH2回生判定基準電圧18を内部に持ち、その値と回生電圧13、回生電圧14を比較することで判定行う。
The regenerative voltage detection means 8 has a VTH1 regeneration
具体的には
VTH1回生判定基準電圧17=(1−回生電圧係数)*VDC
VTH2回生判定基準電圧18=回生電圧係数*VDC
である。上記、回生電圧係数を適切に設定すればよい。
Specifically,
VTH2 regeneration determination reference voltage 18 = regenerative voltage coefficient * VDC
It is. The regenerative voltage coefficient may be set appropriately.
また、回生電圧検出手段8では回生電圧13、回生電圧14の電圧をサンプリングする。
The regenerative voltage detecting means 8 samples the
すなわち、回生検出点15と回生検出点16である。
電流カット開始点である電気角X1、X3より、回生電圧検出手段8は電圧サンプリングを行い、回生検出点15と回生検出点16の電圧Vijを求める。
That is, the regeneration detection point 15 and the
The regenerative voltage detection means 8 performs voltage sampling from the electrical angles X1 and X3 which are current cut start points, and obtains the voltage Vij between the regenerative detection point 15 and the
この電圧Vijを図5を使って説明する。 This voltage Vij will be described with reference to FIG.
図5は回生電圧検出手段8の電圧サンプリング動作を説明したものである。 FIG. 5 illustrates the voltage sampling operation of the regenerative voltage detection means 8.
図中のT=0が電流カット開始点の電気角X1、X3に相当する。 T = 0 in the figure corresponds to the electrical angles X1 and X3 of the current cut start point.
T=0より回生電圧検出手段8は、誘起電圧検出手段1の誘起電圧(この時点ではまだ回生電圧である)をサンプリングし始め、回生電圧が終了する回生電圧終了点19、回生電圧終了点22で回生終了信号を磁極位置検出手段2に対して創出する。
From T = 0, the regenerative voltage detection means 8 starts sampling the induced voltage of the induced voltage detection means 1 (which is still the regenerative voltage at this time), and the regenerative voltage end point 19 and the regenerative
T=0より、時間Tij31間隔で回生電圧の取込みであるVij回生検出点30を取得し、V0j、V1j、V2j、・・・、Vij毎に、回生電圧の判定を行う。
From T = 0, a Vij
ここで、i、jは任意の自然数である。回生電圧の判定を行う場合には、
Vi=Σ(Vip)/(j+1) ;p=0→j
を求め、上記ViとVTH1またはVTH2と比較して、回生電圧を判定する。
Here, i and j are arbitrary natural numbers. When judging the regenerative voltage,
Vi = Σ (Vip) / (j + 1); p = 0 → j
And the regenerative voltage is determined by comparing Vi with VTH1 or VTH2.
すなわち、図3の場合には、
Vi≧VTH1
図4の場合には、
Vi≦VTH2
であれば、Viを回生電圧とみなす。
That is, in the case of FIG.
Vi ≧ VTH1
In the case of FIG.
Vi ≦ VTH2
If so, Vi is regarded as a regenerative voltage.
上式の条件が成立している間は、磁極位置検出手段2は位置検出結果をすべて無視する。 While the above condition is satisfied, the magnetic pole position detecting means 2 ignores all the position detection results.
そして、上式の条件が非成立となった時点で回生電圧検出手段8は磁極位置検出手段2に対して回生終了信号を送出し、磁極位置検出手段2はその信号をうけて、位置検出の判断を開始する。 When the above condition is not satisfied, the regenerative voltage detecting means 8 sends a regeneration end signal to the magnetic pole position detecting means 2, and the magnetic pole position detecting means 2 receives the signal to detect the position. Start judgment.
磁極位置検出手段2としては、その回生終了信号を受けた時点で、先に説明した従来の判定基準で正ゼロクロス信号11、逆ゼロクロス信号12を求める。
The magnetic pole position detecting means 2 obtains the positive zero
その位置確定が終了すれば、図3、図4のウエイト時間経過後の電気角X2において電流カットを終了し、位相転流(ベースPTNの切換)を行う。 When the position determination is completed, the current cut is completed at the electrical angle X2 after the elapse of the wait time in FIGS. 3 and 4, and phase commutation (switching of the base PTN) is performed.
VDCの電圧変化率、リプル率の変化に応じて、回生電圧係数を変化させると制御性が向上する。電圧変化率をσ、電圧リプル率をξ(≧0)とすれば、
回生電圧係数1=Kσ1・σ+Kσ2
もしくは、
回生電圧係数2=Kξ1・ξ+Kξ2
で数式表記できる。
Controllability is improved by changing the regenerative voltage coefficient in accordance with the voltage change rate and ripple rate change of the VDC. If the voltage change rate is σ and the voltage ripple rate is ξ (≧ 0),
Or
You can use mathematical expressions.
ここで、
Kσ1<0
Kξ1、Kσ2、Kξ2>0
を満たす。
here,
Kσ1 <0
Kξ1, Kσ2, Kξ2> 0
Meet.
また、上記各数式から求まる回生電圧係数について、上限値、下限値を設定するとよく、0<回生電圧係数<0.5を満たす実数内で設定すると良い。 In addition, an upper limit value and a lower limit value may be set for the regenerative voltage coefficient obtained from each of the above equations, and it is preferable to set the regenerative voltage coefficient within a real number that satisfies 0 <regenerative voltage coefficient <0.5.
また、直流電圧の最大値をVDCMAX、最小値をVDCMIN、平均値をVDCAVEとすれば、
ξ=(VDCMAX−VDCMIN)/VDCAVE
の関係が成立する。
If the maximum value of the DC voltage is VDCMAX, the minimum value is VDCMIN, and the average value is VDCAVE,
ξ = (VDCMMAX−VDCMMIN) / VDCAVE
The relationship is established.
上式回生電圧係数1の意味するところは、直流電圧変化率が大きく正数になると、回生電圧係数を減少させることにある。
The meaning of the above
この場合、直流電圧の読取り遅れがあるので、直流電圧を検出してから直流電圧増加に対して、回生判定基準電圧VTH1を増加させる補正効果を生む。 In this case, since there is a delay in reading the DC voltage, a correction effect is produced in which the regeneration determination reference voltage VTH1 is increased with respect to the DC voltage increase after the DC voltage is detected.
直流電圧変化率が負数の場合に対しても、直流電圧減少に対してVTH1を減少させる補正効果を生む。 Even in the case where the DC voltage change rate is a negative number, a correction effect of reducing VTH1 with respect to the DC voltage decrease is produced.
これらにより、直流電圧への応答追従性を向上させることになり、回生電圧の誤検出を防止し、誘起電圧を正確に捉えることが可能となる。 As a result, the response followability to the DC voltage is improved, the erroneous detection of the regenerative voltage is prevented, and the induced voltage can be accurately captured.
一方、上式回生電圧係数2の意味するところは、直流電圧リプル率が大きくなると、回生電圧係数を増加させることにある。
On the other hand, the above expression
この場合、直流電圧変動値が大きくなるので、直流電圧を検出してから発生する直流電圧減少に対して、予め回生判定基準電圧VTH1を減少させる補正効果を生む。 In this case, since the DC voltage fluctuation value becomes large, a correction effect for reducing the regeneration determination reference voltage VTH1 in advance is produced with respect to the DC voltage decrease that occurs after the DC voltage is detected.
直流電圧リプル率が小さくなる場合には、その補正量を小さくすることができる。 When the DC voltage ripple ratio is small, the correction amount can be reduced.
これらにより、直流電圧変動に対する制御安定性を向上させることになり、回生電圧の誤検出を防止し、誘起電圧を正確に捉えることが可能となる。 As a result, control stability against DC voltage fluctuation is improved, erroneous detection of the regenerative voltage is prevented, and the induced voltage can be accurately captured.
以上のように、本発明は3相ブラシレスDCモータを例にあげて説明したが単相ブラシレスDCモータへの適用についてもその考え方は同一であり、また本発明の主旨、概念、請求範囲を逸脱しない範囲内において適宜、実施例の変更、追加、削除は可能である。 As described above, the present invention has been described by taking a three-phase brushless DC motor as an example, but the concept is the same for application to a single-phase brushless DC motor, and departs from the gist, concept and claims of the present invention. It is possible to change, add, or delete the embodiment as appropriate within the range not to be performed.
1 誘起電圧検出手段
2 段磁極位置検出手段
3 電圧制御手段
4 直流電圧
5 PWM制御手段
6 直流交流変換手段
7 ブラシレスDCモータ(BLM)
8 回生電圧検出手段
9 相電流
10 誘起電圧
11 正ゼロクロス信号
12 逆ゼロクロス信号
13 回生電圧
14 回生電圧
15 回生検出点
16 回生検出点
17 回生判定基準電圧
18 回生判定基準電圧
19 回生電圧終了点
20 相電流
21 相電流
22 回生電圧終了点
30 回生検出点
31 回生検出時間間隔
DESCRIPTION OF
8 regenerative voltage detection means 9 phase current 10 induced
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004367177A JP2006174665A (en) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | Motor controller |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009075071A2 (en) | 2007-12-10 | 2009-06-18 | Panasonic Corporation | Inverter controller, and motor driving device, electric compressor and electric home appliance using the inverter controller |
-
2004
- 2004-12-20 JP JP2004367177A patent/JP2006174665A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009075071A2 (en) | 2007-12-10 | 2009-06-18 | Panasonic Corporation | Inverter controller, and motor driving device, electric compressor and electric home appliance using the inverter controller |
WO2009075071A3 (en) * | 2007-12-10 | 2009-09-11 | Panasonic Corporation | Inverter controller, and motor driving device, electric compressor and electric home appliance using the inverter controller |
US8212504B2 (en) | 2007-12-10 | 2012-07-03 | Panasonic Corporation | Conduction angle control of brushless motor |
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