JP2007020246A - Controller and control method of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電動機の制御装置および回転電動機の制御方法に関する。 The present invention relates to a rotary motor control device and a rotary motor control method.
永久磁石モータは固有振動数を持っており、その固有モードとモータに電流を流すことで発生する電磁加振力が共振することでモータが騒音や振動を発生する。また、同様に、モータ固有振動数や電磁加振力とインバータのスイッチング素子をオン、オフするスイッチング周波数も同様に共振することで振動、騒音が発生する。その時の振動周波数はスイッチング周波数fswとモータ回転数fからfsw、fsw±2fで共振することが分っている。一方、インバータの損失は電流が流れることで発生する定常損失とインバータを構成するパワー素子IGBTをオン、オフすることで発生するスイッチング損失があり、損失の割合は定常損とスイッチング損がほぼ同じである。
ここで、各インバータの損失式は
このようなモータの電磁加振力により振動を低減する技術としてモータの部材であるステータやロータなどの寸法を設計段階で調整するものがある（特許文献１を参照されたい。）。
Here, the loss equation for each inverter is
As a technique for reducing vibration by the electromagnetic excitation force of such a motor, there is one that adjusts dimensions of a stator, a rotor, and the like, which are members of the motor, at a design stage (see Patent Document 1).
上述したような定常損失はモータに流す電流で決定される為、トルクが決まれば定常損失は一定である。一方、スイッチング損失はスイッチング回数と比例して損失が多くなる。つまり、インバータとしてはスイッチング周波数を出来るだけ少なくすれば、損失は減ることとなり、可能な限りスイッチング周波数を小さく設定することが要求される。しかしながら、実際はスイッチング周波数を小さくすると上記にも示した通りモータの固有振動数と共振する為、限界があるのが現状である。これを解決する為には、（1）電磁加振力を低減することで、音振低減を図るか、（2）スイッチング周波数をモータ固有振動数より高いところに上げる必要があるが、（2）を実行するには上記に示したとおりインバータの損失が大きくなり、インバータの設計上非常に厳しい条件となるため、スイッチング共振ポイントに関してはモータ外部に防音材をつける等の措置が必要になってくる。また、上述した従来技術で加振力による振動をある程度（この従来例は半径方向の加振力のみを対象とする）までは低減することが可能であるが、さらに振動の低減を図る必要があり、また、スイッチング周波数が変動した場合に全ての周波数帯域において加振力や固有振動数との共振の低減を図ることは困難であるという課題もある。とくに、モータを搭載した電気自動車などの分野では、搭乗者の乗り心地を快適にするため共振による騒音をさらに低減することが強く要求されている。 Since the steady loss as described above is determined by the current flowing through the motor, the steady loss is constant once the torque is determined. On the other hand, the switching loss increases in proportion to the number of switching times. In other words, if the switching frequency is reduced as much as possible, the loss is reduced, and it is required to set the switching frequency as small as possible. However, in reality, when the switching frequency is reduced, the motor resonates with the natural frequency of the motor as described above. To solve this, it is necessary to (1) reduce the sound vibration by reducing the electromagnetic excitation force, or (2) increase the switching frequency to a higher frequency than the motor natural frequency. ), The loss of the inverter increases as shown above, and the inverter design is very severe. Therefore, it is necessary to take measures such as attaching a soundproof material outside the motor at the switching resonance point. come. In addition, it is possible to reduce the vibration due to the excitation force to a certain extent (this conventional example targets only the excitation force in the radial direction) with the above-described conventional technology, but it is necessary to further reduce the vibration. There is also a problem that it is difficult to reduce the resonance with the excitation force and the natural frequency in all frequency bands when the switching frequency fluctuates. In particular, in the field of electric vehicles equipped with motors, there is a strong demand for further reducing noise due to resonance in order to make the rider's comfort comfortable.
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による回転電動機の制御装置は、
インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出手段（例えば回路など）と、
前記共振発生周波数算出手段で算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの固有振動周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する（即ち、共振が発生するか否かをモータ回転周波数ｆの変化に基づき事前に予測する）共振判定手段（回路）と、
前記共振判定手段で一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記固有振動周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフト（即ち、ずらす）するスイッチング周波数制御手段（回路）と、
を具える。
In order to solve the above-described problems, a control device for a rotary electric motor according to a first invention provides:
Resonance generation frequency calculation means (for example, a circuit) that calculates the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor;
Whether or not the resonance generation frequency calculated by the resonance generation frequency calculation means matches the natural vibration frequency of the permanent magnet type motor is determined in advance based on the change in the motor rotation frequency f (that is, resonance is determined). Resonance determination means (circuit) for predicting whether or not to occur based on a change in the motor rotation frequency f);
When the resonance determination means determines that they match, the switching frequency of the inverter is shifted (ie, shifted) so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency matches the natural vibration frequency. Switching frequency control means (circuit);
With
また、第２の発明による回転電動機の制御装置は、
インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出手段（回路）と、
前記共振発生周波数算出手段で算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの電磁加振周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する（即ち、共振が発生するか否かをモータ回転周波数ｆの変化に基づき事前に予測する）共振判定手段（回路）と、
前記共振判定手段で一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記電磁加振周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御手段（回路）と、
を具える。
A control device for a rotary motor according to a second invention is:
Resonance generation frequency calculation means (circuit) for calculating a resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor;
Whether the resonance generation frequency calculated by the resonance generation frequency calculation means and the electromagnetic excitation frequency of the permanent magnet type motor coincide with each other is determined in advance based on a change in the motor rotation frequency f (that is, resonance). Resonance judgment means (circuit) that predicts in advance based on a change in the motor rotation frequency f)
Switching frequency control means for shifting the switching frequency of the inverter so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency matches the electromagnetic excitation frequency when the resonance determination means determines that they match. (Circuit),
With
また、第３の発明による回転電動機の制御装置は、
前記スイッチング周波数制御手段が、
前記モータ回転周波数fが増加しているときは（即ちモータ回転数が上昇中）、前記インバータのスイッチング周波数を増加するようにシフトし、前記モータ回転周波数fが減少しているときは（即ちモータ回転数が減少中）、前記インバータのスイッチング周波数を減少するようにシフトする、
ことを特徴とする。
A control device for a rotary motor according to a third aspect of the present invention is:
The switching frequency control means is
When the motor rotation frequency f is increasing (i.e., when the motor rotation speed is increasing), the inverter is shifted to increase the switching frequency, and when the motor rotation frequency f is decreasing (i.e., the motor rotation frequency). Shifting the rotation frequency of the inverter to decrease)
It is characterized by that.
また、第４の発明による回転電動機の制御装置は、
前記共振判定手段が、
前記スイッチング周波数fswによって規定されるモ−タ固有振動レベルを含む、予め求めてあるモータ固有振動マップ、または、前記スイッチング周波数ｆswと前記永久磁石型モータの回転数との関係で規定される電磁加振レベルを含む、予め求めてある電磁加振振動マップを参照して、一致するか否かを判定する、
ことを特徴とする。
A control device for a rotary electric motor according to a fourth invention is
The resonance determining means is
A motor natural vibration map obtained in advance including a motor natural vibration level defined by the switching frequency fsw, or an electromagnetic force defined by the relationship between the switching frequency fsw and the rotational speed of the permanent magnet motor. Determine whether or not they match with reference to the electromagnetic vibration map obtained in advance, including the vibration level,
It is characterized by that.
また、第５の発明による回転電動機の制御装置は、
前記スイッチング周波数制御手段が、
前記モータ回転周波数fが増加しているときは、前記スイッチング周波数ｆswを、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する電磁加振周波数のうち高い側にある電磁加振周波数fel(next)、または、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する固有振動周波数のうち高い側にある固有振動周波数fmot(next)の小さい方（即ち次に共振の発生が予測されるポイント）に２fを加えた数値にシフトさせ、前記モータ回転周波数fが減少しているときは、前記スイッチング周波数ｆswを、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する電磁加振周波数のうち低い側にあるfel(next)、または、スイッチング周波数ｆswに隣接する固有振動周波数のうち低い側にある固有振動周波数fmot(next)」の小さい方（即ち次に共振の発生が予測されるポイント）から２fを引いた数値にシフトさせる、
ことを特徴とする。
即ち、次に共振が予測されるポイントは、モータ回転周波数fが上昇中は、現行のスイッチング周波数ｆswより高い側にある最初の電磁加振周波数か固有振動周波数のどとらかとなる。このうちのより小さい方を選択する理由はスイッチング周波数をより低いものを選択してできる限りスイッチング損失を低減させるためである。
A control device for a rotary motor according to a fifth aspect of the present invention is:
The switching frequency control means is
When the motor rotation frequency f is increasing, the switching frequency fsw is set to the higher electromagnetic excitation frequency fel (next) of the electromagnetic excitation frequencies adjacent to the switching frequency fsw, or the switching frequency The motor rotation frequency is shifted to a value obtained by adding 2f to the smaller one of the natural vibration frequencies fmot (next) on the higher side of the natural vibration frequencies adjacent to fsw (that is, the next point where the occurrence of resonance is predicted). When f is decreasing, the switching frequency fsw is set to the lower fel (next) of the electromagnetic excitation frequencies adjacent to the switching frequency fsw or the natural vibration frequency adjacent to the switching frequency fsw. Shift to a value obtained by subtracting 2f from the smaller natural vibration frequency fmot (next) on the lower side (that is, the next point at which resonance is predicted to occur)
It is characterized by that.
In other words, the next point at which resonance is predicted is the first electromagnetic excitation frequency or natural vibration frequency that is higher than the current switching frequency fsw while the motor rotation frequency f is increasing. The reason why the smaller one is selected is to reduce the switching loss as much as possible by selecting a lower switching frequency.
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、上述した第１の発明を方法として実現させると、本発明による回転電動機の制御方法は、
演算手段（ＣＰＵ、マイコンなど）を用いて、インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振発生周波数算出ステップで算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの固有振動周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する（即ち、共振が発生するか否かをモータ回転周波数ｆの変化に基づき事前に予測する）共振判定ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振判定ステップで一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記固有振動周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御ステップと、
を含むものである。
また、上述した第２の発明を方法として実現させると、本発明による回転電動機の制御方法は、
演算手段を用いて、インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振発生周波数算出ステップで算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの電磁加振周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する（即ち、共振が発生するか否かをモータ回転周波数ｆの変化に基づき事前に予測する）共振判定ステップと、
前記演算手段を用いて前記共振判定ステップで一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記電磁加振周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御ステップと、
を含むものである。
As described above, the solution of the present invention has been described as an apparatus. However, the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium that stores the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
For example, when the first invention described above is realized as a method, a control method for a rotary motor according to the present invention is as follows:
Resonance generation frequency calculation step of calculating a resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor using an arithmetic means (CPU, microcomputer, etc.);
Based on the change of the motor rotation frequency f, whether or not the resonance generation frequency calculated in the resonance generation frequency calculation step and the natural vibration frequency of the permanent magnet type motor coincide with each other using the arithmetic means is calculated in advance. A resonance determination step of determining (that is, predicting in advance whether or not resonance occurs based on a change in the motor rotation frequency f);
The switching frequency of the inverter is set so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency and the natural vibration frequency coincide with each other when it is determined that the resonance determination step uses the arithmetic means. A switching frequency control step to shift;
Is included.
Further, when the above-described second invention is realized as a method, the control method of the rotary motor according to the present invention is as follows.
Resonance generation frequency calculation step of calculating the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor using the arithmetic means;
Based on the change in the motor rotation frequency f, whether or not the resonance generation frequency calculated in the resonance generation frequency calculation step matches the electromagnetic excitation frequency of the permanent magnet type motor using the arithmetic means. A resonance determination step that determines in advance (that is, predicts beforehand whether or not resonance occurs based on a change in the motor rotation frequency f);
The switching frequency of the inverter is set so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency coincides with the electromagnetic excitation frequency when it is determined by the calculation means that the resonance determination step matches. A switching frequency control step to shift;
Is included.
第１および第２の発明によれば、モータの音振動を避けながらインバータのスイッチング周波数をシフトすることで、モータの音振動性能とインバーダの温度特性とを両立させることが可能となり、インバータの損失が低下させることなく、システムとしての効率向上を図りながら、音振低減を実現することができるようになる。 According to the first and second inventions, by shifting the switching frequency of the inverter while avoiding the sound vibration of the motor, it is possible to achieve both the sound vibration performance of the motor and the temperature characteristic of the inverter, and the loss of the inverter The sound vibration can be reduced while improving the efficiency of the system without reducing the noise.
回転数が上昇中は、スイッチング周波数を増加させるほうが良い。スイッチング周波数を下げると、共振周波数を避けた次数の共振周波数よりも低い次数の共振周波数において共振が発生する頻度が高くなってしまう不都合があるからである。従って、第３の発明によれば、このような不都合を回避し、共振発生を回避しながら、さらに「シフト後の次の共振発生」の頻度を低く抑えることが可能となる。 While the rotational speed is increasing, it is better to increase the switching frequency. This is because if the switching frequency is lowered, there is a disadvantage that the frequency of resonance occurs at a resonance frequency lower than the resonance frequency avoiding the resonance frequency. Therefore, according to the third aspect of the invention, it is possible to avoid such inconvenience and to further reduce the frequency of “the next resonance occurrence after the shift” while avoiding the occurrence of resonance.
第４の発明によれば、たとえ共振が発生すると予測される場合であっても、振動マップを参照することによって振動レベル（即ち発生する騒音）が、当該モータ回転数において影響が小さく十分に無視できる範囲内（例えば、回転数別に規定された幾つかの閾値を使って無視するか否かを判定する）である場合には、一致しない（即ち、一応、共振は発生するが、発生しないものとみなし）ものと判定して、過剰なスイッチング周波数の変動を回避することが可能になる。また、振動ピックアップ等のセンサで振動を計測せずに振動レベル（即ち共振による騒音レベル）を推定することができ、安価に振動値を推定することも可能となる。 According to the fourth aspect of the invention, even if resonance is predicted to occur, the vibration level (that is, generated noise) has a small influence on the motor rotation speed and is sufficiently ignored by referring to the vibration map. If it is within a possible range (for example, it is determined whether or not to ignore using some threshold values defined for each rotation speed), they do not match (ie, resonance occurs but does not occur) It is possible to avoid excessive fluctuations in the switching frequency. In addition, the vibration level (that is, the noise level due to resonance) can be estimated without measuring the vibration by a sensor such as a vibration pickup, and the vibration value can be estimated at low cost.
一般的に共振はスイッチング周波数fswの±2ｆで発生するが、スイッチング周波数fswに２fを加えたポイントまでシフトしてやれば、モータ回転数が上昇中の場合には新たなスイッチング周波数（fsw_next=fsw+2f）においては、当分の間にわたって共振が発生することがないためスイッチング周波数の変更をせずに済み、制御の簡便化が図れるため制御上非常に都合が良い。逆に言えば、共振はスイッチング周波数を僅かにシフトするだけでも回避することが可能ではあるが、すぐに「シフト後の次の共振」が発生し、スイッチング周波数を頻繁に変更する必要があるという不都合が発生する。このことはモータ回転数が減少する場合においてもシフトする方向（fsw_next=fsw−2f））以外は同様である。他方で、スイッチング周波数が低いほどスイッチング損失を低減することが可能であり、できる限り小さい値に設定することが望ましい。「シフト後の次の共振」がすぐに発生するのを防止し、かつ、「当該モータ回転数で許容される最も低いスイッチング周波数」という要求を満たすのが上述した「fsw±２f」であり、第５の発明によってこのようにスイッチング周波数をシフトするのが制御面、かつ、スイッチング損失面から最適である。 In general, resonance occurs at ± 2f of the switching frequency fsw. If shifting to a point obtained by adding 2f to the switching frequency fsw, a new switching frequency (fsw_next = fsw + 2f) is obtained when the motor speed is increasing. ), Since resonance does not occur for the time being, it is not necessary to change the switching frequency, and control can be simplified, which is very convenient for control. In other words, resonance can be avoided by shifting the switching frequency slightly, but the "next resonance after the shift" occurs immediately and the switching frequency needs to be changed frequently. Inconvenience occurs. This is the same except for the shifting direction (fsw_next = fsw−2f)) even when the motor rotation speed decreases. On the other hand, it is possible to reduce the switching loss as the switching frequency is lower, and it is desirable to set the value as small as possible. The above-mentioned “fsw ± 2f” satisfies the requirement of “the next resonance after the shift” immediately and satisfies the requirement of “the lowest switching frequency allowed at the motor rotation speed”. Shifting the switching frequency in this manner according to the fifth invention is optimal from the viewpoint of control and switching loss.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
図１は、本発明による回転電動機の制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。図に示すように、図に示すように本発明による回転電動機の制御装置は、トルク演算部10、PI（比例積分）制御部12、2相／3相変換部14、電源16、IGBT（インバータ）18、モータ（回転電動機）20、位置センサ（レゾルバ）22、3相／2相変換部24、ω演算・Θ演算部26、
音振抑制制御部28を具える。
モータ制御ではモータ20の位置センサ22（レゾルバやエンコーダ）で回転子の位置を検知し回転数を計算し、得られたレゾルバ信号或いはエンコーダ信号をω演算・Θ演算部26に与える。ω演算・Θ演算部26は、与えられた信号に基づき電気角速度ωと電気角Θを演算し、電気角速度ωをトルク演算部10に、電気角Θを2相／3相変換部14にそれぞれ与える。3相／2相変換部24は、電流センサで計測した3相電流を２相に変換しPI制御部12に与える。
トルク演算部10は、予め用意してあるトルク電流変換マップを参照することによって、外部から与えられたトルク指令値T*に対し、そのときのモータ回転数から電流をマップ引きしてトルク指令値を電流指令値に変換する。また、この電流指令値（id＊、iq＊）はPI（比例積分）制御部12で電圧指令値（vd＊、ｖq＊）に変換される。2相／3相変換部14は、ｄｑ軸電圧指令値ｖd*、ｖq*を３相電圧指令値ｖu*、ｖｖ*、ｖw*に変換する。パルス生成部32は、３相電圧指令値ｖu*、ｖｖ*、ｖw*および音振抑制制御部28から得られたスイッチング周波数などに基づき各相のパルスを生成し、IGBT18に与える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a control apparatus for a rotary motor according to the present invention. As shown in the figure, as shown in the figure, the control device for a rotary motor according to the present invention includes a
A sound vibration
In the motor control, the position of the rotor is detected by the position sensor 22 (resolver or encoder) of the
By referring to a torque current conversion map prepared in advance, the
音振抑制性御部28は、共振発生周波数算出手段28a、共振判定手段28b、およびスイッチング周波数制御手段28cを具える。
共振発生周波数算出手段28aは、外部が与えられるインバータのスイッチング周波数fswと、ω演算・Θ演算部26から渡された情報（モータ回転数、ω、Θなど）から得られる永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する。
共振判定手段28bは、スイッチング周波数に依存して幾つかの特定の周波数で発生する振動レベルが記載されている音振固有値マップ30を参照して、前記共振発生周波数算出手段で算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの固有振動周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する（即ち、共振が発生するか否かをモータ回転周波数ｆの変化に基づき事前に予測する）。
なお、共振発生周波数は、剛性やバラツキを考慮した所定の範囲の周波数とする構成をとることも可能である。
また、共振判定手段28bは、共振発生周波数算出手段で算出された共振発生周波数と、スイッチング周波数ｆswと前記前記永久磁石型モータの回転数との関係で規定される電磁加振レベルを含む、予め求めてある電磁加振振動マップ（下記の表１を参照されたい。）を参照して、前記永久磁石型モータの電磁加振周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する。表１の電磁加振振動マップは、縦軸がモータ回転数[rpm]であり、横軸がインバータのスイッチング周波数[Hz]であり、この２つのファクターによって規定される振動レベル[db]を予め計算または計測によって予め求めたものである。
The sound vibration
The resonance generation frequency calculation means 28a is a motor of a permanent magnet type motor obtained from the switching frequency fsw of the inverter supplied from the outside and information (motor rotational speed, ω, Θ, etc.) passed from the ω calculation /
The resonance determination unit 28b refers to the sound
Note that the resonance generation frequency may be configured to be a frequency in a predetermined range in consideration of rigidity and variation.
The resonance determination unit 28b includes a resonance generation frequency calculated by the resonance generation frequency calculation unit, and an electromagnetic excitation level defined by the relationship between the switching frequency fsw and the rotation speed of the permanent magnet motor. Referring to the obtained electromagnetic excitation vibration map (see Table 1 below), whether or not the electromagnetic excitation frequency of the permanent magnet type motor coincides with the change in the motor rotational frequency f. Predetermining based on. In the electromagnetic vibration map of Table 1, the vertical axis represents the motor rotation speed [rpm], the horizontal axis represents the inverter switching frequency [Hz], and the vibration level [db] defined by these two factors is determined in advance. It is obtained in advance by calculation or measurement.
スイッチング周波数制御手段28cは、共振判定手段で一致すると判定された場合に、共振発生周波数と固有振動周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、或いは、共振発生周波数と電磁加振周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトする。
そして、このようにして、共振が発生する前に、共振が発生しないように調整（シフト）されたスイッチング周波数fswがパルス生成部32に渡される。
The switching frequency control means 28c avoids the occurrence of resonance by matching the resonance generation frequency with the natural vibration frequency when the resonance determination means determines that they match, or the resonance generation frequency and the electromagnetic excitation The switching frequency of the inverter is shifted so as to avoid the occurrence of resonance with the same frequency.
In this way, before the resonance occurs, the switching frequency fsw adjusted (shifted) so that the resonance does not occur is passed to the
図２は、上述した音振抑制制御部28で実行されるプロセスの一例を示すフローチャートである。
図に示すように、ステップS0ではモータ回転数Nが一定か否かを判定し、一定の場合はループして回転数が変化し出すのを待ち、変化し出した場合には後のステップに進む。
ステップS1では、レゾルバやエンコーダ等により計測したモータ回転数Nよりその時のモータ回転周波数fを計算する。
ステップS2では、モータは固有振動周波数を持っており、制御上では、各周波数をマップとして持ち、この音振固有値マップを参照して各固有振動周波数をfmotとする。
ステップS3では、その時の回転数から、モータの電磁加振力周波数を計算する（これは予め計測または計算した表１のようなマップを参照してもよい）。モータにより大きさは異なるが、一般的には8極モータであれば、4次、8次、12次、16次、20次、24次、32次，40次、48次、96次が特に大きいとされている。このような、電磁加振力周波数をfel、各周波数をf4，f8，‥‥，f48，f96とする。
また、ステップS3では、共振の発生が予想される共振発生周波数を、その時のスイッチング周波数fswと上記で計算した回転数時の周波数fから、「fsw士2f」として計算しておく。
次に、ステップS4では、モータ回転数が上昇中か否かを判定し、条件を満たさない場合（下降中）は、ルーチンＡ（図３）に進む。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a process executed by the sound vibration
As shown in the figure, in step S0, it is determined whether or not the motor speed N is constant, and if it is constant, it loops and waits for the speed to start changing. move on.
In step S1, the motor rotation frequency f at that time is calculated from the motor rotation speed N measured by a resolver, an encoder, or the like.
In step S2, the motor has a natural vibration frequency. For control, each motor has a frequency as a map, and each natural vibration frequency is set to fmot with reference to the sound vibration natural value map.
In step S3, the electromagnetic excitation force frequency of the motor is calculated from the rotational speed at that time (this may be referred to a map as shown in Table 1 measured or calculated in advance). Although the size varies depending on the motor, in general, for 8-pole motors, the 4th, 8th, 12th, 16th, 20th, 24th, 32nd, 40th, 48th, and 96th It is said to be big. Such an electromagnetic excitation force frequency is fel, and each frequency is f4, f8,..., F48, f96.
In step S3, the resonance occurrence frequency at which the occurrence of resonance is expected is calculated as “fsw 2f” from the switching frequency fsw at that time and the frequency f at the rotation speed calculated above.
Next, in step S4, it is determined whether or not the motor speed is increasing. If the condition is not satisfied (decreasing), the routine proceeds to routine A (FIG. 3).
回転数上昇中の処理
ステップS4の条件を満たす（上昇中）の場合には、ステップS5に進む。ステップS5では、回転数Nが10000rpm未満か否かを判定し、未満の場合には、ステップS6で初期値としてfswを96次（640Hz）より低い値、例えば500Hzに設定する。
ステップS7では、共振発生周波数「fsw±2f」と各電磁加振周波数fel（f4,f8,f12、…、ｆ48、ｆ96）または複数の固有周波数fmotのうちいずれかが等しいか否か、即ち共振が発生するのか否かを判定する。なお、実際には回転数Nやトルク指令値などの変化・推移に基づき、共振の発生に到る前に共振が発生することを予測することが好適であるが、フローチャート作成の便宜上、一旦、共振が発生するような状態に達した後でスイッチング周波数をシフトするような図面としてある。
ステップS7の条件を満たす場合（共振が発生）、ステップS8では、当該スイッチング周波数から見て、次に共振の発生が予測されるポイントである「次の固有振動数fmot(next)」と「次の電磁加振周波数fel(next)」を求める。なお、当該スイッチング周波数に隣接する共振ポイントは高い側と低い側とに存在するが、回転数が上昇中であるため、次の共振ポイントの候補は高い側のものとなる。
ステップS9では、この求めた２つの数値が以下の式満たすか否かを判定する。
fmot(next)≦fel(next)
ステップS9の条件を満たす場合にはfsw(next)をfmot(next)+2fに設定し（ステップS10）、条件を満たさない場合にはfsw(next)をfel(next)+2fに設定する（ステップS10）。
When the condition of the processing step S4 during the increase in the rotational speed is satisfied (in the increase), the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the rotational speed N is less than 10000 rpm. If it is less, fsw is set to a value lower than 96th order (640 Hz), for example, 500 Hz as an initial value in step S6.
In step S7, whether the resonance generation frequency “fsw ± 2f” and each electromagnetic excitation frequency fel (f4, f8, f12,..., F48, f96) or a plurality of natural frequencies fmot are equal, that is, resonance. It is determined whether or not the error occurs. In practice, it is preferable to predict the occurrence of resonance before reaching the occurrence of resonance based on changes / transitions such as the rotational speed N and the torque command value. The drawing is such that the switching frequency is shifted after reaching a state where resonance occurs.
When the condition of step S7 is satisfied (resonance occurs), in step S8, “next natural frequency fmot (next)” and “next”, which are the points at which the next occurrence of resonance is predicted from the switching frequency. The electromagnetic excitation frequency fel (next) "is obtained. Although the resonance points adjacent to the switching frequency exist on the high side and the low side, the number of rotation points is increasing, so the next resonance point candidate is on the high side.
In step S9, it is determined whether or not the obtained two numerical values satisfy the following expression.
fmot (next) ≦ fel (next)
When the condition of step S9 is satisfied, fsw (next) is set to fmot (next) + 2f (step S10), and when the condition is not satisfied, fsw (next) is set to fel (next) + 2f ( Step S10).
回転数が下降する場合
図３は、上述した音振抑制制御部28で実行されるプロセスの一例を示すフローチャート（ルーチンＡ）であり、回転数が下降するときの処理を説明する図である。
まず、ステップS12では、モータ回転数Nを検査し、1000rpm未満の場合には、ステップS13でfswを96次（640Hz）より低い値、例えば500Hzに設定する（即ち初期値に戻す）。
回転数が1000rpm以上である場合には、ステップS14で、共振発生周波数「fsw±2f」と各電磁加振周波数fel（f4,f8,f12、…、ｆ48、ｆ96）または複数の固有周波数fmotのうちのいずれかが等しいか否か、即ち共振が発生するのか否かを判定する。
ステップS14の条件を満たす場合（共振が発生）、ステップS15では、当該スイッチング周波数から見て、次に共振の発生が予測されるポイントである「次の固有振動数fmot(next)」と「次の電磁加振周波数fel(next)」を求める。この場合、回転数が下降中であるため、次の共振ポイントの候補は低い側のものとなる。
ステップS16では、この求めた２つの数値が以下の式満たすか否かを判定する。
fmot(next)≦fel(next)
ステップS16の条件を満たす場合にはfsw(next)をfmot(next)-2fに設定し（ステップS17）、条件を満たさない場合にはfsw(next)をfel(next)-2fに設定する（ステップS10）。
If Figure 3 the rotational speed is lowered is a flow chart showing an example of a process performed by the sound vibration
First, in step S12, the motor rotational speed N is inspected. If it is less than 1000 rpm, fsw is set to a value lower than the 96th order (640 Hz), for example, 500 Hz (ie, returned to the initial value) in step S13.
If the rotational speed is 1000 rpm or more, in step S14, the resonance generation frequency “fsw ± 2f” and each electromagnetic excitation frequency fel (f4, f8, f12,..., F48, f96) or a plurality of natural frequencies fmot It is determined whether or not any of them is equal, that is, whether or not resonance occurs.
When the condition of step S14 is satisfied (resonance is generated), in step S15, “next natural frequency fmot (next)” and “next”, which are the points at which the next generation of resonance is predicted from the switching frequency. The electromagnetic excitation frequency fel (next) "is obtained. In this case, since the rotation speed is decreasing, the next candidate for the resonance point is the lower one.
In step S16, it is determined whether or not the obtained two numerical values satisfy the following expression.
fmot (next) ≦ fel (next)
When the condition of step S16 is satisfied, fsw (next) is set to fmot (next) -2f (step S17), and when the condition is not satisfied, fsw (next) is set to fel (next) -2f ( Step S10).
図４は、本発明による音振抑制制御機構を実際に適用した場合のスイッチング周波数とモータ回転数との関係を示した図である。この場合は、モータ回転数が上昇していくときのスイッチング周波数のシフト状況を示してある。図に示すように、モータ固有振動値ラインV1,V2V3,V4がそれぞれ約600、1000、2500、6300[Hz]に存在する。また、電磁加振周波数のラインである４次ライン、８次ライン、１２次ライン、１６次ライン、２４次ライン、４８次ライン、９６次ラインも図示してある。
そして、最初のスイッチング周波数fsw(1)は1250Hzであり、回転数の上昇に伴って1000HzにあるラインV1と共振を起こすこととなる。そしてこのときのスイッチング周波数から見て次の共振ポイントの候補が４８次ラインであるため、この４８次ラインに当たって共振が発生するのを避けるようにスイッチング周波数をfsw(2)へとシフトさせる。同様に回転数の上昇に伴って発生する共振点を避けるようにスイッチング周波数をfsw(3),fsw(4),fsw(5),fsw(6)へとシフトさせていく。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the switching frequency and the motor speed when the sound vibration suppression control mechanism according to the present invention is actually applied. In this case, the switching state of the switching frequency when the motor rotation speed increases is shown. As shown in the figure, motor natural vibration value lines V1, V2V3, and V4 exist at about 600, 1000, 2500, and 6300 [Hz], respectively. Also shown are the 4th, 8th, 12th, 16th, 24th, 48th, 48th and 96th lines, which are electromagnetic excitation frequency lines.
The first switching frequency fsw (1) is 1250 Hz, and resonance occurs with the line V1 at 1000 Hz as the rotational speed increases. Since the candidate for the next resonance point is the 48th order line as viewed from the switching frequency at this time, the switching frequency is shifted to fsw (2) so as to avoid the occurrence of resonance on the 48th order line. Similarly, the switching frequency is shifted to fsw (3), fsw (4), fsw (5), and fsw (6) so as to avoid a resonance point that occurs as the rotational speed increases.
図５は、本発明による音振抑制制御機構を実際に適用した場合のスイッチング周波数とモータ回転数との関係を示した図である。この場合は、モータ回転数が下降していくときのスイッチング周波数のシフト状況を示してある。
最初のスイッチング周波数fsw(6)は6000Hzであり、回転数の下降に伴って7000Hzにある９６次ラインと共振を起こすこととなる。そしてこのときのスイッチング周波数から見て次の共振ポイントの候補がラインV4であるため、このラインV4に当たって共振が発生するのを避けるようにスイッチング周波数をfsw(5)へとシフトさせる。同様に回転数の下降に伴って発生する共振点を避けるようにスイッチング周波数をfsw(4),fsw(3),fsw(2),fsw(1)へとシフトさせていく。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the switching frequency and the motor speed when the sound vibration suppression control mechanism according to the present invention is actually applied. In this case, the switching state of the switching frequency when the motor rotation speed decreases is shown.
The first switching frequency fsw (6) is 6000 Hz, and resonance occurs with the 96th-order line at 7000 Hz as the rotational speed decreases. Since the next resonance point candidate is the line V4 as seen from the switching frequency at this time, the switching frequency is shifted to fsw (5) so as to avoid the occurrence of resonance on the line V4. Similarly, the switching frequency is shifted to fsw (4), fsw (3), fsw (2), and fsw (1) so as to avoid a resonance point that occurs as the rotational speed decreases.
図６は、振動レベルとスイッチング周波数との関係を示す概念図である。実線が想定振動レベルラインであり、点線が当該モータの振動として許容される騒音である許容ラインである。この図の場合には、スイッチング周波数fsw-noize1およびfsw-noise2において許容ラインを超えるノイズ１およびノイズ２が発生している。従って、ノイズ１、ノイズ２が発生する箇所だけスイッチング周波数を変更して共振を抑えてやれば十分となる。即ち、この図のように共振による振動レベルには大小があり共振が発生しても無視でき許容される箇所が幾つかある。従って、この許容ラインを閾値として使って、共振発生を避ける必要性の少ないケースでのスイッチング周波数の変更を回避してスイッチング損失が増大することを防ぐ構成を取ることも可能である（第４の発明に相当）。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the relationship between the vibration level and the switching frequency. A solid line is an assumed vibration level line, and a dotted line is an allowable line that is noise allowed as vibration of the motor. In the case of this figure,
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention.
10 トルク演算部
12 PI（比例積分）制御部
14 2相／3相変換部
16 電源
18 IGBT（インバータ）
20 モータ（回転電動機）
22 位置センサ（レゾルバ）
24 3相／2相変換部
26 ω演算・Θ演算部
28 音振抑制制御部
28a 共振発生周波数算出手段
28b 共振判定手段
28c スイッチング周波数制御手段
10 Torque calculator
12 PI (proportional integral) controller
14 2-phase / 3-phase converter
16 Power supply
18 IGBT (Inverter)
20 Motor (Rotary motor)
22 Position sensor (resolver)
24 3-phase / 2-phase converter
26 ω operation / Θ operation section
28 Sound suppression control unit
28a Resonance generation frequency calculation means
28b Resonance judgment means
28c Switching frequency control means
Claims (7)
インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出手段と、
前記共振発生周波数算出手段で算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの固有振動周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する共振判定手段と、
前記共振判定手段で一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記固有振動周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御手段と、
を具える回転電動機の制御装置。 A control device for a rotary motor,
Resonance generation frequency calculation means for calculating the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor;
Resonance determination means that predetermines whether the resonance generation frequency calculated by the resonance generation frequency calculation means and the natural vibration frequency of the permanent magnet type motor coincide with each other based on a change in the motor rotation frequency f;
A switching frequency control means for shifting the switching frequency of the inverter so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency and the natural vibration frequency coincide with each other when the resonance determination means determines that they match. ,
A control device for a rotary electric motor.
前記共振発生周波数算出手段で算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの電磁加振周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する共振判定手段と、
前記共振判定手段で一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記電磁加振周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御手段と、
を具える回転電動機の制御装置。 Resonance generation frequency calculation means for calculating the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor;
Resonance determination means for preliminarily determining whether the resonance generation frequency calculated by the resonance generation frequency calculation means and the electromagnetic excitation frequency of the permanent magnet type motor coincide with each other based on a change in the motor rotation frequency f; ,
Switching frequency control means for shifting the switching frequency of the inverter so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency matches the electromagnetic excitation frequency when the resonance determination means determines that they match. When,
A control device for a rotary electric motor.
前記スイッチング周波数制御手段が、
前記モータ回転周波数fが増加しているときは、前記インバータのスイッチング周波数を増加するようにシフトし、前記モータ回転周波数fが減少しているときは、前記インバータのスイッチング周波数を減少するようにシフトする、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 In the control apparatus of the rotary electric motor according to claim 1 or 2,
The switching frequency control means is
When the motor rotation frequency f is increased, the inverter is shifted to increase the switching frequency, and when the motor rotation frequency f is decreased, the inverter is switched to decrease the switching frequency. To
A control device for a rotary electric motor.
前記共振判定手段が、
前記スイッチング周波数fswによって規定されるモ−タ固有振動レベルを含む、予め求めてあるモータ固有振動マップ、または、前記スイッチング周波数ｆswと前記前記永久磁石型モータの回転数との関係で規定される電磁加振レベルを含む、予め求めてある電磁加振振動マップを参照して、一致するか否かを判定する、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 In the control apparatus of the rotary electric motor according to any one of claims 1 to 3,
The resonance determining means is
A motor natural vibration map obtained in advance including a motor natural vibration level defined by the switching frequency fsw, or an electromagnetic wave defined by the relationship between the switching frequency fsw and the rotational speed of the permanent magnet type motor. Determine whether or not they match with reference to a previously determined electromagnetic vibration map including the vibration level;
A control device for a rotary electric motor.
前記スイッチング周波数制御手段が、
前記モータ回転周波数fが増加しているときは、前記スイッチング周波数ｆswを、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する電磁加振周波数のうち高い側にある電磁加振周波数fel(next)、または、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する固有振動周波数のうち高い側にある固有振動周波数fmot(next)の小さい方に２fを加えた数値にシフトさせ、前記モータ回転周波数fが減少しているときは、前記スイッチング周波数ｆswを、前記スイッチング周波数ｆswに隣接する電磁加振周波数のうち低い側にあるfel(next)、または、スイッチング周波数ｆswに隣接する固有振動周波数のうち低い側にある固有振動周波数fmot(next)の小さい方から２fを引いた数値にシフトさせる、
ことを特徴とする回転電動機の制御装置。 In the control apparatus of the rotary electric motor according to claim 3 or 4,
The switching frequency control means is
When the motor rotation frequency f is increasing, the switching frequency fsw is set to the higher electromagnetic excitation frequency fel (next) of the electromagnetic excitation frequencies adjacent to the switching frequency fsw, or the switching frequency When the motor rotational frequency f is decreased by shifting to a value obtained by adding 2f to the smaller natural vibration frequency fmot (next) on the higher side of the natural vibration frequencies adjacent to fsw, the switching frequency fsw Of fel (next) on the lower side of the electromagnetic excitation frequency adjacent to the switching frequency fsw or the lower natural vibration frequency fmot (next) on the lower side of the natural vibration frequency adjacent to the switching frequency fsw. Shift to the value minus 2f,
A control device for a rotary electric motor.
演算手段を用いて、インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振発生周波数算出ステップで算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの固有振動周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する共振判定ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振判定ステップで一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記固有振動周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御ステップと、
を含む回転電動機の制御方法。 A method for controlling a rotary motor,
Resonance generation frequency calculation step of calculating the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor using the arithmetic means;
Based on the change of the motor rotation frequency f, whether or not the resonance generation frequency calculated in the resonance generation frequency calculation step and the natural vibration frequency of the permanent magnet type motor coincide with each other using the arithmetic means is calculated in advance. A resonance determination step for determining;
The switching frequency of the inverter is set so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency and the natural vibration frequency coincide with each other when it is determined that the resonance determination step uses the arithmetic means. A switching frequency control step to shift;
A control method of a rotary motor including
演算手段を用いて、インバータのスイッチング周波数fswと永久磁石型モータのモータ回転周波数fとに基づき共振発生周波数を算出する共振発生周波数算出ステップと、
前記演算手段を用いて、前記共振発生周波数算出ステップで算出された前記共振発生周波数と、前記永久磁石型モータの電磁加振周波数とが一致するか否かを前記モータ回転周波数fの変化に基づき予め判定する共振判定ステップと、
前記演算手段を用いて前記共振判定ステップで一致すると判定された場合に、前記共振発生周波数と前記電磁加振周波数とが一致して共振が発生するのを避けるように、前記インバータのスイッチング周波数をシフトするスイッチング周波数制御ステップと、
を含む回転電動機の制御方法。 A method for controlling a rotary motor,
Resonance generation frequency calculation step of calculating the resonance generation frequency based on the switching frequency fsw of the inverter and the motor rotation frequency f of the permanent magnet type motor using the arithmetic means;
Based on the change in the motor rotation frequency f, whether or not the resonance generation frequency calculated in the resonance generation frequency calculation step matches the electromagnetic excitation frequency of the permanent magnet type motor using the arithmetic means. A resonance determination step for determining in advance;
The switching frequency of the inverter is set so as to avoid the occurrence of resonance when the resonance generation frequency coincides with the electromagnetic excitation frequency when it is determined by the calculation means that the resonance determination step matches. A switching frequency control step to shift;
A control method of a rotary motor including
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |