JP2007159345A - Controller for motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electric motor.
従来、例えば電動機をパルス幅変調(PWM)により制御するインバータと、電動機の各相電流を検出する電流センサの代わりにインバータの直流側電流を検出する電流センサとを備え、電流センサにより検出した直流側電流から電動機の各相電流を推定すると共に、所定の位相差を有する3相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、上記従来技術に係る制御装置において、単に、所定の位相差を有する3相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成するだけでは、直流側電流の検出値から推定される各相電流の電流リップルが過剰に増大することで、電動機の運転効率が過剰に低下してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、インバータの直流側電流の検出値から推定される各相電流の電流リップルが増大することで電動機の運転効率が過剰に低下してしまうことを防止することが可能な電動機の制御装置を提供することを目的とする。
By the way, in the control device according to the above-described prior art, the current of each phase current estimated from the detected value of the DC side current is merely generated by the pulse width modulation signal by the three-phase carrier signal having a predetermined phase difference. If the ripple increases excessively, there is a risk that the operating efficiency of the electric motor will decrease excessively.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents an increase in current ripple of each phase current estimated from the detected value of the DC side current of the inverter, thereby preventing the motor operating efficiency from being excessively reduced. It is an object of the present invention to provide an electric motor control device that can be used.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の本発明の電動機の制御装置は、パルス幅変調信号(例えば、実施の形態でのPWM信号)により複数相の電動機への通電を順次転流させるインバータ(例えば、実施の形態でのPWMインバータ14A)と、該インバータの直流側電流(例えば、実施の形態でのDCリンク電流IDC)を検出する電流検出手段(例えば、実施の形態での直流側電流センサ14b)と、該電流検出手段により検出された前記直流側電流に基づいて前記電動機の相電流(例えば、実施の形態での各相電流Iu,Iv,Iw)を推定する相電流推定手段(例えば、実施の形態での相電流推定部25)と、該相電流推定手段により推定された前記相電流に基づき前記インバータのスイッチング素子のオン/オフ状態を制御するスイッチング制御を実行する制御手段(例えば、実施の形態での制御部15)とを備える電動機の制御装置であって、前記パルス幅変調信号を複数相のキャリア信号により生成するパルス幅変調信号生成手段(例えば、実施の形態でのPWM信号生成部24)と、単一のキャリア周期における前記直流側電流において、各前記複数相毎の相電流の持続時間である電流持続時間を検出する電流持続時間検出手段(例えば、実施の形態での電流持続時間算出部32)と、前記電流持続時間検出手段により検出された各前記複数相毎の前記電流持続時間のうちの最小値に基づき、前記複数相間の前記キャリア信号の位相差を設定する位相差設定手段(例えば、実施の形態での位相差算出部33)とを備えることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the motor control device according to the first aspect of the present invention is applied to a multi-phase motor by a pulse width modulation signal (for example, a PWM signal in the embodiment). Of the inverter (for example, the PWM inverter 14A in the embodiment) and current detection means (for example, the DC link current IDC in the embodiment) of the inverter (for example, the DC link current IDC in the embodiment) DC-
上記構成の電動機の制御装置によれば、例えばスイッチング制御における各種の指令値等に応じて検出される各相電流毎の電流持続時間(つまり、単一のキャリア周期における直流側電流において各相毎にオンデューティとなる持続時間)の最小値に基づき、複数相間のキャリア信号の位相差を設定することにより、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を適切な値に設定することができ、例えば電流持続時間が過剰に短くなることで、相電流の検出が困難となってしまったり、例えば電流持続時間が過剰に長くなることで、相電流の電流リップルが増大してしまうという問題が生じることを防止することができる。これにより、例えば電動機の回転数が相対的に低い低回転状態等のように、各相の出力電圧振幅が相対的に小さくなる場合であっても、直流側電流から相電流を推定する際の信頼性および推定精度を向上させることができ、電動機を適切に制御することができる。 According to the motor control device configured as described above, for example, the current duration for each phase current detected in accordance with various command values in switching control (that is, for each phase in the DC-side current in a single carrier cycle). Current duration for each phase current in the DC-side current actually detected by the current detection means by setting the phase difference of the carrier signal between multiple phases based on the minimum value of the on-duty duration) It can be set to an appropriate value, for example, if the current duration becomes excessively short, it becomes difficult to detect the phase current, or if the current duration becomes excessively long, for example, the current of the phase current It is possible to prevent the problem that the ripple increases. As a result, even when the output voltage amplitude of each phase is relatively small, such as in a low rotation state where the rotational speed of the motor is relatively low, the phase current is estimated from the direct current. Reliability and estimation accuracy can be improved, and the electric motor can be appropriately controlled.
さらに、請求項2に記載の本発明の電動機の制御装置は、前記電流持続時間検出手段により検出された各前記複数相毎の前記電流持続時間のうちの最小値が、所定値以上であるか否かを判定する判定手段(例えば、実施の形態でのステップS03)を備え、前記位相差設定手段は、前記判定手段により前記最小値が前記所定値未満であると判定された場合には、前記所定値から前記最小値を減算して得た値を前記位相差とし、前記判定手段により前記最小値が前記所定値以上であると判定された場合には、前記位相差をゼロとすることを特徴としている。 Furthermore, in the motor control device according to the second aspect of the present invention, is the minimum value of the current durations for each of the plurality of phases detected by the current duration detection means equal to or greater than a predetermined value? Determination means (for example, step S03 in the embodiment) for determining whether or not, the phase difference setting means, when the determination means determines that the minimum value is less than the predetermined value, A value obtained by subtracting the minimum value from the predetermined value is set as the phase difference, and when the determination unit determines that the minimum value is equal to or greater than the predetermined value, the phase difference is set to zero. It is characterized by.
上記構成の電動機の制御装置によれば、各複数相毎の電流持続時間の最小値が所定値未満である場合には、例えば、少なくとも所望の精度で直流側電流から各相電流を検出することが可能となるようにして、所定値から電流持続時間の最小値を減算して得た値を複数相間のキャリア信号の位相差として設定する。これにより、例えば電動機の回転数が相対的に低い低回転状態等のように、各相の出力電圧振幅が相対的に小さくなることに起因して、例えば単一のキャリア信号のみによりパルス幅変調信号を生成する状態では、相電流を推定する際の信頼性および推定精度が低下してしまう虞がある場合であっても、直流側電流から相電流を推定する際の信頼性および推定精度を向上させることができ、電動機を適切に制御することができる。一方、各複数相毎の電流持続時間の最小値が所定値未満である場合には、複数相間のキャリア信号の位相差がゼロ(つまり、単一のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に相当)であっても、所望の精度で直流側電流から各相電流を検出することが可能となり、例えば位相差がゼロ以外の複数相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に比べて、直流側電流から推定される相電流の電流リップルが増大してしまうことを防止することができる。 According to the motor control device having the above configuration, when the minimum value of the current duration for each of the plurality of phases is less than the predetermined value, for example, each phase current is detected from the DC side current with at least a desired accuracy. Thus, the value obtained by subtracting the minimum value of the current duration from the predetermined value is set as the phase difference of the carrier signal between a plurality of phases. As a result, the pulse width modulation is performed only by a single carrier signal, for example, due to the relatively small output voltage amplitude of each phase, such as in a low rotation state where the rotation speed of the motor is relatively low. Even when there is a risk that the reliability and estimation accuracy when estimating the phase current will be reduced in the state where the signal is generated, the reliability and estimation accuracy when estimating the phase current from the DC side current will be improved. The electric motor can be appropriately controlled. On the other hand, when the minimum value of the current duration for each of the plurality of phases is less than a predetermined value, the phase difference of the carrier signal between the plurality of phases is zero (that is, when a pulse width modulation signal is generated by a single carrier signal) It is possible to detect each phase current from the DC side current with a desired accuracy, for example, compared with the case where a pulse width modulation signal is generated by a carrier signal of a plurality of phases having a phase difference other than zero. Thus, it is possible to prevent the current ripple of the phase current estimated from the DC side current from increasing.
さらに、請求項3に記載の本発明の電動機の制御装置は、前記所定値を、前記電流検出手段による検出状態が所定の安定状態に到達するのに要する検出安定時間に基づき設定する所定値設定手段(例えば、実施の形態でのステップS03)を備えることを特徴としている。 Further, in the motor control device according to the third aspect of the present invention, the predetermined value is set based on a detection stabilization time required for the detection state by the current detection means to reach a predetermined stable state. Means (for example, step S03 in the embodiment) is provided.
上記構成の電動機の制御装置によれば、各複数相毎の電流持続時間の最小値に値する判定閾値である所定値を、電流検出手段による検出状態が所定の安定状態に到達するのに要する検出安定時間(例えば、電流検出手段の出力応答の時間特性に応じた値等)に基づき設定することにより、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を、より一層、適切な値に設定することができる。 According to the motor control apparatus having the above-described configuration, a predetermined value that is a determination threshold value corresponding to the minimum value of the current duration for each of the plurality of phases is detected in order that the detection state by the current detection means reaches a predetermined stable state. By setting based on the stabilization time (for example, a value according to the time characteristic of the output response of the current detection means), the current duration for each phase current in the DC side current actually detected by the current detection means, Even more appropriate values can be set.
また、請求項4に記載の本発明の電動機の制御装置は、パルス幅変調信号(例えば、実施の形態でのPWM信号)により複数相の電動機への通電を順次転流させるインバータ(例えば、実施の形態でのPWMインバータ14A)と、該インバータの直流側電流(例えば、実施の形態でのDCリンク電流IDC)を検出する電流検出手段(例えば、実施の形態での直流側電流センサ14b)と、該電流検出手段により検出された前記直流側電流に基づいて前記電動機の相電流(例えば、実施の形態での各相電流Iu,Iv,Iw)を推定する相電流推定手段(例えば、実施の形態での相電流推定部25)と、該相電流推定手段により推定された前記相電流に基づき前記インバータのスイッチング素子のオン/オフ状態を制御するスイッチング制御を実行する制御手段(例えば、実施の形態での制御部15)とを備える電動機の制御装置であって、前記パルス幅変調信号を複数相のキャリア信号により生成するパルス幅変調信号生成手段(例えば、実施の形態でのPWM信号生成部24)と、前記電動機のトルクおよび回転数に基づき、前記複数相間の前記キャリア信号の位相差を設定する位相差設定手段(例えば、実施の形態での位相差算出部33)とを備えることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric motor according to the present invention, wherein an inverter (for example, an implementation) for sequentially commutating energization to a plurality of phase motors by a pulse width modulation signal (for example, a PWM signal in the embodiment) And a current detection means (for example, a DC
上記構成の電動機の制御装置によれば、電動機のトルクおよび回転数に基づき、複数相間のキャリア信号の位相差を設定することにより、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を適切な値に設定することができ、例えば電流持続時間が過剰に短くなることで、相電流の検出が困難となってしまったり、例えば電流持続時間が過剰に長くなることで、相電流の電流リップルが増大してしまうという問題が生じることを防止することができる。 According to the motor control device having the above-described configuration, each phase current in the DC-side current actually detected by the current detection means is set by setting the phase difference of the carrier signal between the plurality of phases based on the torque and the rotational speed of the motor. Each current duration can be set to an appropriate value. For example, the current duration becomes excessively short, which makes it difficult to detect the phase current, or the current duration becomes excessively long. Thus, it is possible to prevent the problem that the current ripple of the phase current increases.
さらに、請求項5に記載の本発明の電動機の制御装置では、前記位相差設定手段は、前記電動機の回転数が所定回転数以上である場合に前記位相差をゼロに設定することを特徴としている。
Furthermore, in the motor control device of the present invention according to
上記構成の電動機の制御装置によれば、電動機の回転数が所定回転数以上である場合には、複数相間のキャリア信号の位相差がゼロ(つまり、単一のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に相当)であっても、所望の精度で直流側電流から各相電流を検出することが可能となり、例えば位相差がゼロ以外の複数相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に比べて、直流側電流から推定される相電流の電流リップルが増大してしまうことを防止することができる。 According to the motor control apparatus having the above configuration, when the rotation speed of the motor is equal to or higher than the predetermined rotation speed, the phase difference of the carrier signals between the phases is zero (that is, the pulse width modulation signal is generated by a single carrier signal). Can be detected from the DC side current with the desired accuracy. For example, a pulse width modulation signal is generated from a plurality of phase carrier signals having a phase difference other than zero. As compared with the case, it is possible to prevent the current ripple of the phase current estimated from the DC side current from increasing.
請求項1に記載の本発明の電動機の制御装置によれば、例えばスイッチング制御における各種の指令値等に応じて検出される各相電流毎の電流持続時間(つまり、単一のキャリア周期における直流側電流において各相毎にオンデューティとなる持続時間)の最小値に基づき、複数相間のキャリア信号の位相差を設定することにより、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を適切な値に設定することができ、例えば電流持続時間が過剰に短くなることで、相電流の検出が困難となってしまったり、例えば電流持続時間が過剰に長くなることで、相電流の電流リップルが増大してしまうという問題が生じることを防止することができる。これにより、例えば電動機の回転数が相対的に低い低回転状態等のように、各相の出力電圧振幅が相対的に小さくなる場合であっても、直流側電流から相電流を推定する際の信頼性および推定精度を向上させることができ、電動機を適切に制御することができる。
According to the control apparatus for an electric motor of the present invention described in
さらに、請求項2に記載の本発明の電動機の制御装置によれば、例えば電動機の回転数が相対的に低い低回転状態等のように、各相の出力電圧振幅が相対的に小さくなる状態であっても、直流側電流から相電流を推定する際の信頼性および推定精度を向上させることができ、電動機を適切に制御することができる。一方、各複数相毎の電流持続時間の最小値が所定値未満である場合には、いわば単一のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成することにより、例えば位相差がゼロ以外の複数相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に比べて、直流側電流から推定される相電流の電流リップルが増大してしまうことを防止することができる。 Furthermore, according to the motor control device of the present invention as set forth in claim 2, a state in which the output voltage amplitude of each phase is relatively small, such as a low rotation state where the rotation speed of the motor is relatively low. Even so, the reliability and accuracy of estimation of the phase current from the direct current can be improved, and the electric motor can be controlled appropriately. On the other hand, when the minimum value of the current duration for each of the plurality of phases is less than the predetermined value, for example, by generating a pulse width modulation signal using a single carrier signal, for example, for a plurality of phases having a phase difference other than zero. As compared with the case where the pulse width modulation signal is generated by the carrier signal, it is possible to prevent the current ripple of the phase current estimated from the DC side current from increasing.
さらに、請求項3に記載の本発明の電動機の制御装置によれば、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を、より一層、適切な値に設定することができる。
また、請求項4に記載の本発明の電動機の制御装置によれば、電動機のトルクおよび回転数に基づき、複数相間のキャリア信号の位相差を設定することにより、実際に電流検出手段により検出される直流側電流における各相電流毎の電流持続時間を適切な値に設定することができ、例えば電流持続時間が過剰に短くなることで、相電流の検出が困難となってしまったり、例えば電流持続時間が過剰に長くなることで、相電流の電流リップルが増大してしまうという問題が生じることを防止することができる。
Furthermore, according to the control apparatus for an electric motor of the present invention described in
According to the control device for an electric motor of the present invention as set forth in
さらに、請求項5に記載の本発明の電動機の制御装置によれば、電動機の回転数が所定回転数以上である場合には、いわば単一のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成することにより、例えば位相差がゼロ以外の複数相のキャリア信号によりパルス幅変調信号を生成する場合に比べて、直流側電流から推定される相電流の電流リップルが増大してしまうことを防止することができる。
Furthermore, according to the control device for an electric motor of the present invention described in
以下、本発明の電動機の制御装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による電動機の制御装置10(以下、単に、モータ制御装置10と呼ぶ)は、例えばハイブリッド車両に内燃機関11と共に駆動源として搭載されるブラシレスDCモータ12(以下、単に、モータ12と呼ぶ)を駆動制御するものであって、このモータ12は、内燃機関11と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(図示略)と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子(図示略)とを備えて構成されている。
そして、モータ制御装置10は、例えば図1に示すように、バッテリ13を直流電源とするパワードライブユニット(PDU)14と、制御部15とを備えて構成されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an electric motor control device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An electric motor control device 10 (hereinafter simply referred to as a motor control device 10) according to this embodiment is, for example, a brushless DC motor 12 (hereinafter simply referred to as a motor 12) mounted as a drive source together with an internal combustion engine 11 in a hybrid vehicle. The
For example, as shown in FIG. 1, the motor control device 10 includes a power drive unit (PDU) 14 that uses a
このモータ制御装置10において、複数相(例えば、U相、V相、W相の3相)のモータ12の駆動および回生作動は制御部15から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット(PDU)14により行われる。
PDU14は、例えば図2に示すように、トランジスタのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar mode Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路14aと平滑コンデンサCとを具備するパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータ14Aを備え、モータ12と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ13が接続されている。
In this motor control device 10, the drive and regenerative operation of a
For example, as shown in FIG. 2, the
PDU14に具備されるPWMインバータ14Aは、各相毎に対をなすハイ側,ロー側U相トランジスタUH,ULおよびハイ側,ロー側V相トランジスタVH,VLおよびハイ側,ロー側W相トランジスタWH,WLをブリッジ接続してなるブリッジ回路14aと、平滑コンデンサCとを備えて構成され、各トランジスタUH,VH,WHはバッテリ13の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタUL,VL,WLはバッテリ13の負極側端子に接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLはバッテリ13に対して直列に接続され、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが接続されている。
そして、ブリッジ回路14aと、バッテリ13の負極側端子との間には、PWMインバータ14Aの直流側電流(DCリンク電流)IDCを検出する直流側電流センサ14bが備えられている。
The
Between the
そして、PDU14は、例えばモータ12の駆動時等において制御部15から入力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM(パルス幅変調)信号)に基づき、PWMインバータ14Aにおいて各相毎に対をなす各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、バッテリ13から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のモータ12の固定子巻線への通電を順次転流させることで、各相の固定子巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。
The
制御部15からPDU14に入力されるゲート信号は、各相毎に対をなす各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLのオン/オフ状態の組み合わせに応じて、例えば下記表1および図3(a)〜(h)に示すように、8通りの各スイッチング状態S1〜S8に応じたPWM(パルス幅変調)信号となる。
そして、PWMインバータ14Aの直流側には各スイッチング状態S1〜S8に応じて断続的に各相電流Iu,Iv,Iwが発生し、直流側電流センサ14bにより検出される直流側電流(DCリンク電流)IDCは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつ、あるいは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつの符号が反転したもの、あるいは、ゼロとなる。
The gate signal input from the
Then, phase currents Iu, Iv, Iw are intermittently generated on the DC side of the
例えば、図4に示す各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwに対する単一の三角波(あるいは、互いの位相差がゼロである複数の三角波)からなるキャリア信号の1周期(キャリア周期fc)での各時刻t1〜時刻t8において、このキャリア周期fcの開始タイミングである時刻t1から時刻t2の期間、および、時刻t7からキャリア周期fcの終了タイミングである時刻t8までの期間では、ブリッジ回路14aのハイサイドアームがオン状態かつローサイドアームがオフ状態となる第1スイッチング状態S1となり、DCリンク電流IDCはゼロとなる。
そして、ハイ側U相およびV相トランジスタUH,VHとロー側W相トランジスタWLとがオン状態となる第2スイッチング状態S2である時刻t2から時刻t3の期間および時刻t6から時刻t7の期間では、DCリンク電流IDCはW相電流Iwの符号が反転した電流(−Iw)となる。
そして、ハイ側U相トランジスタUHとロー側V相およびW相トランジスタUL,WLとがオン状態となる第7スイッチング状態S7である時刻t3から時刻t4の期間および時刻t5から時刻t6の期間では、DCリンク電流IDCはU相電流Iuとなる。
そして、ハイサイドアームがオフ状態かつローサイドアームがオン状態となる第8スイッチング状態S8である時刻t4から時刻t5の期間では、DCリンク電流IDCはゼロとなる。
For example, one period (carrier period fc) of a carrier signal composed of a single triangular wave (or a plurality of triangular waves whose phase difference is zero) for each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw shown in FIG. In each of the times t1 to t8, the
In the period from time t2 to time t3 and in the period from time t6 to time t7, which is the second switching state S2 in which the high-side U-phase and V-phase transistors UH and VH and the low-side W-phase transistor WL are turned on, The DC link current IDC is a current (−Iw) obtained by inverting the sign of the W-phase current Iw.
In the period from time t3 to time t4 and in the period from time t5 to time t6, which is the seventh switching state S7 in which the high-side U-phase transistor UH and the low-side V-phase and W-phase transistors UL and WL are turned on. The DC link current IDC becomes the U-phase current Iu.
The DC link current IDC is zero during the period from time t4 to time t5, which is the eighth switching state S8 in which the high side arm is off and the low side arm is on.
制御部15は、回転直交座標をなすdq座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度等に応じて設定されるトルク指令TrからId指令*Id及びIq指令*Iqを演算し、Id指令*Id及びIq指令*Iqに基づいて各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwを算出し、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwに応じてPDU14へゲート信号であるPWM信号を入力すると共に、実際にPDU14からモータ12に供給される各相電流Iu,Iv,Iwに対する各推定値である各相推定電流Ius,Ivs,IwsをDCリンク電流IDCから推定し、各相推定電流Ius,Ivs,Iwsをdq座標上に変換して得たd軸電流Ids及びq軸電流Iqsと、Id指令*Id及びIq指令*Iqとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。
The
この制御部15は、例えば、電流指令演算部21と、電流制御部22と、dq−3相変換部23と、PWM信号生成部24と、相電流推定部25と、3相−dq変換部26と、回転数演算部27とを備えて構成されている。
そして、この制御部15には、直流側電流センサ14bにより検出される直流側電流(DCリンク電流)IDCと、バッテリ13の端子電圧(電源電圧)VBを検出する電圧センサ13aから出力される検出値と、モータ12の回転子の回転角(つまり、所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度)θを検出する回転センサ12aから出力される検出信号と、外部の制御装置(図示略)から出力されるトルク指令Trとが入力されている。
The
The
電流指令演算部21は、例えば外部の制御装置(図示略)から入力されるトルク指令Tr(例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量およびモータ12の回転数ω等に応じて必要とされるトルクをモータ12に発生させるための指令値)と、回転数演算部27から入力されるモータ12の回転数ωとに基づき、PDU14からモータ12に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのId指令*Id及び*Iq指令*Iqとして電流制御部22へ出力されている。
The current
この回転直交座標をなすdq座標は、例えば回転子の永久磁石による界磁極の磁束方向をd軸(界磁軸)とし、このd軸と直交する方向をq軸(トルク軸)としており、モータ12の回転子の回転位相に同期して回転している。これにより、PDU14からモータ12の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるId指令*IdおよびIq指令*Iqを与えるようになっている。
The dq coordinates forming the rotation orthogonal coordinates are, for example, a field magnetic flux direction by a permanent magnet of a rotor as a d axis (field axis), and a direction orthogonal to the d axis as a q axis (torque axis). It rotates in synchronization with the rotational phase of the 12 rotors. As a result, the Id command * Id and the Iq command * Iq, which are DC signals, are given as current commands for the AC signal supplied from the
電流制御部22は、Id指令*Idとd軸電流Idsとの偏差ΔId、および、Iq指令*Iqとq軸電流Iqsとの偏差ΔIqを算出し、例えば回転数演算部27から入力されるモータ回転数ωに応じたPI(比例積分)動作により、偏差ΔIdを制御増幅してd軸電圧指令値*Vdを算出し、偏差ΔIqを制御増幅してq軸電圧指令値*Vqを算出する。
dq−3相変換部23は、回転センサ12aから入力される回転子の回転角θを用いて、dq座標上でのd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqを、静止座標である3相交流座標上での電圧指令値であるU相出力電圧*VuおよびV相出力電圧*VvおよびW相出力電圧*Vwに変換する。
The
The dq-3
PWM信号生成部24は、例えば、正弦波状の各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwと、複数相毎の三角波(例えば、3相の三角波)、あるいは、単一の三角波からなるキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、PDU14のPWMインバータ14Aの各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLをオン/オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM(パルス幅変調)信号)を生成する。
The PWM
このPWM信号生成部24は、例えば図5に示すように、DUTY算出部31と、電流持続時間算出部32と、位相差算出部33と、キャリア信号切替部34と、ゲート信号演算部35とを備えて構成されている。
DUTY算出部31は、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwと、電源電圧VBとに基づき、仮に単一の三角波からなるキャリア信号によるパルス幅変調を実行した場合に得られるPWMインバータ14Aの各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLをオン/オフ駆動させる各ゲート信号のデューティつまりオン/オフ状態の比率を算出する。
For example, as shown in FIG. 5, the PWM
The
電流持続時間算出部32は、DUTY算出部31により算出された各ゲート信号のデューティと、予め記憶された所定のキャリア周波数とに基づき、単一のキャリア周期fcにおけるDCリンク電流IDCでの各相電流Iu,Iv,Iwの持続時間である電流持続時間、つまり各相毎にオンデューティとなる持続時間を算出する。
Based on the duty of each gate signal calculated by the
例えば図6(a)に示す各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vw(*Vu>*Vv>*Vw)に対するキャリア周期fcのDCリンク電流IDCでは、第5スイッチング状態S5である時刻t2から時刻t3に亘る期間および時刻t6から時刻t7に亘る期間がW相電流Iwの電流持続時間とされ、第4スイッチング状態S4である時刻t3から時刻t4に亘る期間および時刻t5から時刻t6に亘る期間がU相電流Iuの電流持続時間とされ、V相電流Ivの電流持続時間は未定となる。
また、例えば図6(b)に示す各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vw(*Vu=*Vv>*Vw)に対するキャリア周期fcのDCリンク電流IDCでは、第5スイッチング状態S5である時刻t2から時刻t3に亘る期間および時刻t4から時刻t5に亘る期間がW相電流Iwの電流持続時間とされ、第4スイッチング状態S4または第3スイッチング状態S3の何れか一方に対応して、U相電流IuまたはV相電流Ivの何れか一方の電流持続時間がゼロとされ、U相電流IuまたはV相電流Ivの何れか他方の電流持続時間は未定となる。
For example, in the DC link current IDC of the carrier cycle fc for each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw (* Vu> * Vv> * Vw) shown in FIG. 6A, the time t2 that is the fifth switching state S5 A period from time t3 to time t3 and a period from time t6 to time t7 are current durations of the W-phase current Iw. The period is the current duration of the U-phase current Iu, and the current duration of the V-phase current Iv is undetermined.
Further, for example, in the DC link current IDC of the carrier cycle fc for each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw (* Vu = * Vv> * Vw) shown in FIG. 6B, the fifth switching state S5. A period from time t2 to time t3 and a period from time t4 to time t5 are current durations of the W-phase current Iw, corresponding to either the fourth switching state S4 or the third switching state S3, U The current duration of either the phase current Iu or the V-phase current Iv is zero, and the current duration of the other of the U-phase current Iu or the V-phase current Iv is undetermined.
位相差算出部33は、電流持続時間算出部32により算出された各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間に基づき、各複数相毎の三角波からなる3相のキャリア信号間の位相差を算出する。
例えば、位相差算出部33は、電流持続時間算出部32により算出された各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間のうちの最小の電流持続時間(最小電流持続時間)を選択し、この最小電流持続時間が所定時間未満である場合には、この所定時間から最小の電流持続時間を減算して得た値を位相差とする。一方、最小の電流持続時間が所定値以上である場合には、位相差をゼロとする。
なお、この最小の電流持続時間に対する判定閾値である所定時間は、例えば直流側電流センサ14bの出力応答の時間特性および直流側電流センサ14bの検出動作のサンプリング時間等に応じた値であって、直流側電流センサ14bによる実際の検出状態が所定の安定状態に到達するのに要する検出安定時間に対し、少なくとも検出安定時間よりも長い時間とされている。
The phase
For example, the phase
The predetermined time, which is a determination threshold for the minimum current duration, is a value corresponding to, for example, the time characteristics of the output response of the DC-side
つまり、例えば図7(a),(b)に示すように、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwの振幅(あるいは実効値)が相対的に小さな値となり、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vw同士間の電圧差が所定値(例えば、ゼロ等)以下となる状態では、単一のキャリア信号により得られる各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間が所定時間未満となって、直流側電流センサ14bによる各相電流Iu,Iv,Iwの所望精度での検出が困難となる虞がある。
このため、3相のキャリア信号によってパルス幅変調を実行した際に得られる各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間が、少なくとも直流側電流センサ14bの検出安定時間よりも長くなるようにして、3相のキャリア信号の位相差が設定される。
さらに、3相のキャリア信号によってパルス幅変調を実行する際には、3相のキャリア信号の位相差が増大(例えば、図7(b)での位相差p2から図7(a)での位相差p1>p2へと増大)することに伴い、各相電流Iu,Iv,Iwの電流リップルが増大傾向に変化することから、各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間に直流側電流センサ14bの検出安定時間が確保される3相のキャリア信号の位相差として、検出安定時間に係る所定時間から最小電流持続時間を減算して得た値が設定される。
That is, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, the amplitude (or effective value) of each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw becomes a relatively small value, and each phase output voltage * Vu , * Vv, * Vw are in a state where the voltage difference between predetermined values (for example, zero, etc.) is less than or equal to a predetermined value (for example, zero), the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw obtained by a single carrier signal is a predetermined time As a result, it may be difficult to detect the phase currents Iu, Iv, and Iw with the desired accuracy by the DC-side
For this reason, the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw obtained when the pulse width modulation is executed by the three-phase carrier signal is set to be longer than at least the detection stabilization time of the DC-side
Furthermore, when performing pulse width modulation with a three-phase carrier signal, the phase difference of the three-phase carrier signal increases (for example, from the phase difference p2 in FIG. 7B to the level in FIG. 7A). As the phase difference p1> p2 increases), the current ripple of each phase current Iu, Iv, Iw changes in an increasing trend, so that the current on the DC side current varies with the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw. A value obtained by subtracting the minimum current duration from a predetermined time related to the detection stabilization time is set as the phase difference between the three-phase carrier signals for which the detection stabilization time of the
一方、例えば図7(c)に示すように、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwの振幅(あるいは実効値)が相対的に大きな値となり、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vw同士間の電圧差が所定値(例えば、ゼロ)よりも大きくなる状態では、単一のキャリア信号により得られる各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間が直流側電流センサ14bの検出安定時間に係る所定時間以上となって、直流側電流センサ14bによる各相電流Iu,Iv,Iwの所望精度での検出が可能となる。
このため、3相のキャリア信号の位相差がゼロとされ、いわば単一のキャリア信号によってパルス幅変調が実行される場合と同等の状態に設定される。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 7C, the amplitude (or effective value) of each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw becomes a relatively large value, and each phase output voltage * Vu, * Vv, * In a state where the voltage difference between Vw is larger than a predetermined value (for example, zero), the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw obtained by a single carrier signal is After the predetermined time related to the detection stabilization time, the DC-side
For this reason, the phase difference between the three-phase carrier signals is set to zero, that is, a state equivalent to the case where pulse width modulation is performed by a single carrier signal is set.
キャリア信号切替部34は、位相差算出部33により算出された3相のキャリア信号の位相差に基づき、この位相差がゼロよりも大きい場合には、この位相差を有する三角波からなる3相のキャリア信号をゲート信号演算部35に出力し、この位相差がゼロである場合には、単一の三角波からなるキャリア信号をゲート信号演算部35に出力する。
ゲート信号演算部34は、キャリア信号切替部34から入力された3相または単一のキャリア信号と、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwと、電源電圧VBとに基づくパルス幅変調により、PDU14のPWMインバータ14Aの各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLをオン/オフ駆動させる各パルスからなるゲート信号を生成する。
Based on the phase difference of the three-phase carrier signal calculated by the phase
The gate
相電流推定部25は、直流側電流センサ14bにより検出されたDCリンク電流IDCと、PWM信号生成部24から入力されるゲート信号とに基づき、モータ12の各相の固定子巻線に供給される各相電流Iu,Iv,Iwに対する推定値である各相推定電流Ius,Ivs,Iwsを推定する。
つまり、直流側電流センサ14bにより検出されるDCリンク電流IDCは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつ、あるいは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつの符号が反転したもの、あるいは、ゼロとなることから、例えば上記表1に基づき、PWMインバータ14Aの各スイッチング状態S2〜S7において直流側電流センサ14bにより検出されるDCリンク電流IDCを各相推定電流Ius,Ivs,Iwsとして設定する。
The phase
That is, the DC link current IDC detected by the DC-side
例えば、図4に示す各時刻t1〜時刻t8に対し、第2スイッチング状態S2となる時刻t2から時刻t3の期間および時刻t6から時刻t7の期間で直流側電流センサ14bにより検出されるDCリンク電流IDCを、負号のW相推定電流Iws(つまり、−Iws)として設定する。また、第7スイッチング状態S7である時刻t3から時刻t4の期間および時刻t5から時刻t6の期間で直流側電流センサ14bにより検出されるDCリンク電流IDCを、正号のU相推定電流Iusとして設定する。
For example, for each of the times t1 to t8 shown in FIG. 4, the DC link current detected by the DC-side
3相−dq変換部26は、回転センサ12aから入力される回転子の回転角θを用いて、相電流推定部25により推定された静止座標上における電流である各相推定電流Ius,Ivs,Iwsを、モータ12の回転位相による回転座標すなわちdq座標上でのd軸電流Idsおよびq軸電流Iqsに変換する。
The three-phase-
回転数演算部27は、回転センサ12aから出力される検出信号、つまりモータ12の回転子の回転角度に基づきモータ12の回転数ωを算出する。
The
本実施形態によるモータ制御装置10は上記構成を備えており、次に、このモータ制御装置10の動作、特に、パルス幅変調によりゲート信号を生成する際に用いる3相のキャリア信号の位相差を設定する処理について添付図面を参照しながら説明する。 The motor control device 10 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the motor control device 10, in particular, the phase difference of three-phase carrier signals used when generating a gate signal by pulse width modulation is calculated. The setting process will be described with reference to the accompanying drawings.
先ず、例えば図8に示すステップS01においては、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwと、電源電圧VBと、所定のキャリア周波数とに基づき、仮に単一の三角波からなるキャリア信号によるパルス幅変調を実行した場合に得られる単一のキャリア周期fcにおけるDCリンク電流IDCでの各相電流Iu,Iv,Iwの持続時間である電流持続時間を算出する。
そして、ステップS02においては、各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間から最小電流持続時間を取得する。なお、このステップS02において、例えば図6(b)に示すように各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwのうちの何れか2相同士、あるいは、全相同士が所定値以内で略同等となる場合には、最小電流持続時間にゼロを設定する。
First, in step S01 shown in FIG. 8, for example, based on the output voltages * Vu, * Vv, * Vw of each phase, the power supply voltage VB, and a predetermined carrier frequency, a pulse by a carrier signal consisting of a single triangular wave is assumed. A current duration which is a duration of each phase current Iu, Iv, Iw in the DC link current IDC in a single carrier period fc obtained when the width modulation is executed is calculated.
In step S02, the minimum current duration is acquired from the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw. In this step S02, for example, as shown in FIG. 6B, any two phases of the phase output voltages * Vu, * Vv, * Vw or all phases are substantially equal within a predetermined value. If so, set the minimum current duration to zero.
そして、ステップS03においては、最小電流持続時間が所定時間以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS04に進み、このステップS04においては、所定時間から最小電流持続時間を減算して得た値を位相差として設定し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ゼロを位相差として設定し、一連の処理を終了する。
In step S03, it is determined whether the minimum current duration is equal to or longer than a predetermined time.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 04, where the value obtained by subtracting the minimum current duration from the predetermined time is set as the phase difference, and the series of processes is terminated. .
On the other hand, if the determination result is “YES”, zero is set as the phase difference, and the series of processes is terminated.
上述したように、本実施形態による電動機の制御装置10によれば、各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間の最小値に基づき、複数相間のキャリア信号の位相差を設定することにより、実際に直流側電流センサ14bにより検出されるDCリンク電流IDCにおける各相電流Iu,Iv,Iw毎の電流持続時間を適切な値に設定することができ、例えば電流持続時間が過剰に短くなることで、各相電流Iu,Iv,Iwの検出が困難となってしまったり、例えば電流持続時間が過剰に長くなることで、各相電流Iu,Iv,Iwの電流リップルが増大してしまうという問題が生じることを防止することができる。これにより、例えばモータ12の回転数ωが相対的に低い低回転状態等のように、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwの振幅が相対的に小さくなる場合であっても、DCリンク電流IDCから各相電流Iu,Iv,Iwを推定する際の信頼性および推定精度を向上させることができ、モータ12を適切に制御することができる。
As described above, according to the motor control apparatus 10 according to the present embodiment, by setting the phase difference of the carrier signal between a plurality of phases based on the minimum value of the current duration for each phase current Iu, Iv, Iw. The current duration for each phase current Iu, Iv, Iw in the DC link current IDC actually detected by the DC side
なお、上述した実施の形態においては、ステップS01に示すように、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwと、電源電圧VBと、所定のキャリア周波数とに基づき、各相電流Iu,Iv,Iwの電流持続時間および3相のキャリア信号の位相差を算出するとしたが、これに限定されず、例えば図9に示すように、予めモータ12の回転数とトルクとによる2次元マップ上に、複数の位相差(例えば、位相差pa,pb,pc(pa>pb>pc)等)毎の3相のキャリア信号と、単一のキャリア信号とに対応する所定の各領域(例えば、図9に示す3相キャリアα,β、γおよび単相キャリア)を設定しておき、回転数演算部27により算出されたモータ12の回転数ωと、トルク指令Trとに応じて、何れかの位相差を有する3相のキャリア信号または単一のキャリア信号を選択してもよい。
In the above-described embodiment, as shown in step S01, each phase current Iu, Iv is based on each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw, power supply voltage VB, and a predetermined carrier frequency. , Iw current duration and three-phase carrier signal phase difference are calculated, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. , Predetermined regions (for example, FIG. 5) corresponding to a three-phase carrier signal for each of a plurality of phase differences (for example, phase differences pa, pb, pc (pa> pb> pc), etc.) and a single carrier signal. 9 is set in accordance with the rotational speed ω of the
なお、この回転数とトルクとによる2次元マップ上では、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vwの振幅(あるいは実効値)が相対的に小さな値となり、各相出力電圧*Vu,*Vv,*Vw同士間の電圧差が所定値(例えば、ゼロ等)以下となる状態に対応して、例えば、回転数が低下することに伴い、3相のキャリア信号の位相差が増大傾向に変化するように設定されている。 On the two-dimensional map based on the rotation speed and torque, the amplitude (or effective value) of each phase output voltage * Vu, * Vv, * Vw becomes a relatively small value, and each phase output voltage * Vu, * Corresponding to the state in which the voltage difference between Vv and * Vw is equal to or less than a predetermined value (for example, zero), for example, the phase difference of the three-phase carrier signal tends to increase as the rotational speed decreases. It is set to change.
なお、上述した実施の形態においては、ステップS03に示すように、最小電流持続時間が所定時間以上であるか否かを判定したが、これに限定されず、例えば図10に示すように、上述したステップS03〜ステップS05の処理の代わりに、ステップS11〜ステップS13の処理を実行してもよい。
すなわち、この変形例では、ステップS11において、所定時間から最小電流持続時間を減算して得た値を位相差として設定する。
そして、ステップS12において、位相差がゼロ以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS13に進み、このステップS13においては、位相差にゼロを設定して、一連の処理を終了する。
In the above-described embodiment, as shown in step S03, it is determined whether or not the minimum current duration is equal to or longer than a predetermined time. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Instead of the processes in steps S03 to S05, the processes in steps S11 to S13 may be executed.
That is, in this modification, in step S11, a value obtained by subtracting the minimum current duration from the predetermined time is set as the phase difference.
In step S12, it is determined whether or not the phase difference is equal to or less than zero.
When the determination result is “NO”, the series of processes is terminated.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step
10 電動機の制御装置
12 モータ
14 PWMインバータ(インバータ)
14b 直流側電流センサ(電流検出手段)
15 制御部(制御手段)
24 PWM信号生成部(パルス幅変調信号生成手段)
25 相電流推定部(相電流推定手段)
32 電流持続時間算出部(電流持続時間検出手段)
33 位相差算出部(位相差設定手段)
ステップS03 判定手段、所定値設定手段
10
14b DC side current sensor (current detection means)
15 Control unit (control means)
24 PWM signal generator (pulse width modulation signal generator)
25 Phase current estimation unit (phase current estimation means)
32 Current duration calculation unit (current duration detection means)
33 Phase difference calculation unit (phase difference setting means)
Step S03: determination means, predetermined value setting means
Claims (5)
前記パルス幅変調信号を複数相のキャリア信号により生成するパルス幅変調信号生成手段と、
単一のキャリア周期における前記直流側電流において、各前記複数相毎の相電流の持続時間である電流持続時間を検出する電流持続時間検出手段と、
前記電流持続時間検出手段により検出された各前記複数相毎の前記電流持続時間のうちの最小値に基づき、前記複数相間の前記キャリア信号の位相差を設定する位相差設定手段とを備えることを特徴とする電動機の制御装置。 An inverter that sequentially commutates energization of the motors of the plurality of phases by the pulse width modulation signal, current detection means that detects a DC side current of the inverter, and the DC side current detected by the current detection means based on the DC side current Phase current estimation means for estimating the phase current of the electric motor, and control means for executing switching control for controlling the on / off state of the switching element of the inverter based on the phase current estimated by the phase current estimation means. A control device for an electric motor,
Pulse width modulation signal generating means for generating the pulse width modulation signal by a carrier signal of a plurality of phases;
A current duration detecting means for detecting a current duration which is a duration of a phase current for each of the plurality of phases in the DC side current in a single carrier cycle;
Phase difference setting means for setting a phase difference of the carrier signal between the plurality of phases based on a minimum value of the current duration for each of the plurality of phases detected by the current duration detection means. An electric motor control device.
前記位相差設定手段は、前記判定手段により前記最小値が前記所定値未満であると判定された場合には、前記所定値から前記最小値を減算して得た値を前記位相差とし、前記判定手段により前記最小値が前記所定値以上であると判定された場合には、前記位相差をゼロとすることを特徴とする請求項1に記載の電動機の制御装置。 A determination means for determining whether or not a minimum value of the current duration for each of the plurality of phases detected by the current duration detection means is a predetermined value or more;
The phase difference setting means, when the determination means determines that the minimum value is less than the predetermined value, a value obtained by subtracting the minimum value from the predetermined value as the phase difference, The motor control device according to claim 1, wherein the phase difference is set to zero when the determination unit determines that the minimum value is equal to or greater than the predetermined value.
前記パルス幅変調信号を複数相のキャリア信号により生成するパルス幅変調信号生成手段と、
前記電動機のトルクおよび回転数に基づき、前記複数相間の前記キャリア信号の位相差を設定する位相差設定手段とを備えることを特徴とする電動機の制御装置。 An inverter that sequentially commutates energization of the motors of the plurality of phases by the pulse width modulation signal, current detection means that detects a DC side current of the inverter, and the DC side current detected by the current detection means based on the DC side current Phase current estimation means for estimating the phase current of the electric motor, and control means for executing switching control for controlling the on / off state of the switching element of the inverter based on the phase current estimated by the phase current estimation means. A control device for an electric motor,
Pulse width modulation signal generating means for generating the pulse width modulation signal by a carrier signal of a plurality of phases;
A motor control apparatus comprising: phase difference setting means for setting a phase difference of the carrier signal between the plurality of phases based on the torque and rotation speed of the motor.
The motor control device according to claim 4, wherein the phase difference setting unit sets the phase difference to zero when the rotation speed of the motor is equal to or greater than a predetermined rotation speed.
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