JP2008029116A - Single-phase permanent magnet motor controller, fan and pump - Google Patents

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Fumio Tajima
文男 田島
Shigeru Kadokawa
滋 角川
Masaji Kitamura
正司 北村
Shoichi Kawamata
昭一 川又
Hiroyuki Kanazawa
宏至 金澤
Takayuki Koyama
貴之 小山
Shoji Oiwa
昭二 大岩
Osamu Sekiguchi
治 関口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a single-phase permanent magnet motor controller, especially, an inexpensive low vibration and low noise single-phase permanent magnet motor controller having flat output torque, and to provide a fan and a pump employing it. <P>SOLUTION: The single-phase permanent magnet motor controller comprises single-phase permanent magnet motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a single-phase winding and having a mechanism for generating cogging torque by magnetic action of them, a converter for supplying an AC current to the permanent magnet motor from a DC power supply, and a controller for controlling it. The single-phase permanent magnet motor controller is further provided with a controller for controlling the converter with waveform information of induced voltage and cogging torque of the single-phase permanent magnet motor. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は単相永久磁石モータ制御装置に関し、特に、低価格でかつ出力トルクの平坦な低振動,低騒音の単相永久磁石モータ制御装置、及びこれを用いたファン並びにポンプに関する。   The present invention relates to a single-phase permanent magnet motor control device, and more particularly, to a low-cost, low-vibration, low-noise single-phase permanent magnet motor control device with a low output torque, and a fan and a pump using the same.

ファンの駆動源として価格が安いことから単相の永久磁石モータ制御装置を使用している。単相永久磁石モータは原理上、単相の巻線に流した電流と永久磁石の磁束とによるトルクが少なくとも回転方向で、電気角1サイクルで、2回の零もしくは負のトルク領域を生じる。このために、固定子鉄心の周方向の空隙長を変化させて、固定子鉄心と永久磁石によるコギングトルクで前記零もしくは負のトルクを埋め合わせ、負のトルクが生じないように制御、もしくは固定子鉄心の形状を工夫している。   A single-phase permanent magnet motor controller is used as a fan drive source because of its low cost. In principle, a single-phase permanent magnet motor generates a zero or negative torque region twice in one electrical angle cycle in the rotational direction at least in the rotational direction due to the current flowing through the single-phase winding and the magnetic flux of the permanent magnet. For this purpose, the gap length in the circumferential direction of the stator core is changed, and the zero or negative torque is compensated by the cogging torque by the stator core and the permanent magnet so that no negative torque is generated, or the stator The shape of the iron core is devised.

この単相永久磁石モータ制御装置は一般の3相モータに比較して、巻線が1組(3相では3組)で、ホール素子が1個(3相では3個要)で済み、かつ変換回路もHブリッジですむために構成素子数も4個(3相では6個要)となり、価格メリットが大きい。一方、前記のような制約によって、運転時の出力トルクが平坦になりにくく、振動騒音が発生しやすい等の欠点があった。   This single-phase permanent magnet motor control device requires only one set of windings (three sets for three phases) and one hall element (three for three phases) compared to a general three-phase motor, and Since the conversion circuit is also an H-bridge, the number of components is four (6 for three phases), and the price merit is great. On the other hand, due to the above-described restrictions, the output torque during operation is not easily flattened and vibration noise is likely to occur.

また、用途としては、前記のファンの他に自動車用を主としたポンプへの応用が増加する傾向がある。自動車の燃費向上として、エンジンによるポンプ駆動に変わってモータ制御をすることによって省電力制御が達成できる点、あるいは、アイドルストップの実施でエンジンでのポンプ駆動が制約される点等が電気モータによるポンプ駆動の採用,拡大の大きな理由である。この場合、低価格が非常に重要であり、かつファン,ポンプの場合、大きな起動トルクを必要とせず、単相永久磁石モータの大きな欠点である起動トルクが出にくい等の欠点が問題とならない。このため、単相永久磁石モータを採用し易い点である。   Moreover, as a use, there exists a tendency for the application to the pump mainly used for motor vehicles other than the said fan. As an improvement in automobile fuel efficiency, it is possible to achieve power-saving control by controlling the motor instead of pump driving by the engine, or the pump driving by the engine is restricted by the implementation of idle stop. This is a major reason for the adoption and expansion of the drive. In this case, a low price is very important, and in the case of a fan or a pump, a large starting torque is not required, and there is no problem such as a difficulty of generating a starting torque, which is a large defect of a single-phase permanent magnet motor. For this reason, it is a point which is easy to employ | adopt a single phase permanent magnet motor.

単相永久磁石モータの代表的な制御の開示例を特開2004−88870号公報に示す。特開2004−88870号公報には単相永久磁石モータのトルク脈動を低減するために、モータの電気的に反サイクルの中で、電流が大きくなる2カ所に制限を設けることによってトルク脈動を小さくしようとする例を開示している。   A typical control disclosure example of a single-phase permanent magnet motor is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-88870. In Japanese Patent Laid-Open No. 2004-88870, in order to reduce torque pulsation of a single-phase permanent magnet motor, torque pulsation is reduced by providing a restriction at two places where the current increases in the electrically anti-cycle of the motor. An example to be disclosed is disclosed.

特開2004−88870号公報JP 2004-88870 A

上記特開2004−88870号公報では、簡単な構成で、トルクリプルをある程度低減する効果がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-88870 has an effect of reducing torque ripple to some extent with a simple configuration.

しかし、回転数が変わった場合、及び負荷が変わった場合、及び温度が変わった場合等には十分には対応できず、トルクリプルが発生し、振動,騒音を発生せしめる恐れがある。   However, when the number of revolutions changes, when the load changes, or when the temperature changes, it is not possible to cope with it sufficiently, and torque ripple may occur, which may cause vibration and noise.

本発明は、以上示した従来例の課題を解決し、負荷変動時にもある程度対応してトルクリプルを低減し、これによって、低振動,低騒音,低コストの単相永久磁石モータ制御装置及びこれを用いたファン並びにポンプを提供するものである。   The present invention solves the above-described problems of the conventional example, reduces torque ripple to some extent even when the load fluctuates, and thereby provides a low-vibration, low-noise, low-cost single-phase permanent magnet motor control device and The fan and pump used are provided.

本発明の一つの特徴は、永久磁石を有する回転子と、単相の巻線を有する固定子とを有し、かつ両者の磁気作用によってコギングトルクを発生する単相永久磁石モータを駆動する電力変換器を有する単相永久磁石モータ制御装置であって、前記単相永久磁石モータのコギングトルクと誘起電圧の波形情報を有することである。   One feature of the present invention is that electric power for driving a single-phase permanent magnet motor having a rotor having a permanent magnet and a stator having a single-phase winding and generating cogging torque by the magnetic action of both of them. A single-phase permanent magnet motor control device having a converter, which has waveform information of cogging torque and induced voltage of the single-phase permanent magnet motor.

低振動,低騒音,低コストの単相永久磁石モータ制御装置及びこれを用いたファン並びにポンプを提供することができる。   It is possible to provide a low-vibration, low-noise, low-cost single-phase permanent magnet motor control device, and a fan and a pump using the same.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し、説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明対象の一実施形態による単相永久磁石モータ制御装置の構成を示す。図2はその要部の詳細を示す。図3はその動作説明図を示す。   FIG. 1 shows a configuration of a single-phase permanent magnet motor control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the details of the main part. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation.

図1において、単相永久磁石モータ制御装置1は単相永久磁石モータ2と,直流電源
Edcから単相永久磁石モータ2に交流電力を供給する役目を持つ変換器5と,変換器5の出力電流を制御する制御回路6とから構成される。
In FIG. 1, a single-phase permanent magnet motor control device 1 includes a single-phase permanent magnet motor 2, a converter 5 having a function of supplying AC power from a DC power source Edc to the single-phase permanent magnet motor 2, and an output of the converter 5. And a control circuit 6 for controlling the current.

単相永久磁石モータ2は固定子3と回転子4とから構成される。ここでは、固定子3が内周で、回転子4を外周に配置したいわゆる外転型モータで説明するが、内転型モータ、もしくはその他のモータでも同様である。また、回転子4は永久磁石の極数が4の例で示したが、本発明の効果は極数には依存しない。   The single-phase permanent magnet motor 2 includes a stator 3 and a rotor 4. Here, a so-called outer rotation type motor in which the stator 3 is the inner periphery and the rotor 4 is disposed on the outer periphery will be described, but the same applies to the inner rotation motor or other motors. Further, although the rotor 4 is shown as an example in which the number of poles of the permanent magnet is 4, the effect of the present invention does not depend on the number of poles.

図1で、固定子3は固定子鉄心9と固定子鉄心9に巻回した固定子巻線10とその支持装置(ここでは図示せず)とから構成される。一般的に、固定子鉄心9は薄板の珪素鋼板を打ち抜き、積層したものが、一般使用されているが、圧粉鉄心等によって、作られたものでも良い。固定子鉄心9の突極は図示のように、4個で、回転子4の永久磁石7の個数4と等しくする。4個の固定子巻線10は直列に接続されて変換器5に図示のように接続される。   In FIG. 1, the stator 3 includes a stator core 9, a stator winding 10 wound around the stator core 9, and a support device (not shown here). In general, the stator core 9 is formed by punching and laminating thin silicon steel plates, but it is generally used. However, the stator core 9 may be made of a dust core or the like. As shown in the figure, the number of salient poles of the stator core 9 is four, which is equal to the number of permanent magnets 7 of the rotor 4. The four stator windings 10 are connected in series and connected to the converter 5 as shown.

また、回転子4は永久磁石7と,その外周に配置され、永久磁石7の磁気回路を構成すると共に出力軸であるシャフト(図示せず)への機械的な連結の役割を有する回転子鉄心8とから構成される。ここで磁石は一般には低価格のためにフェライトのゴム磁石、あるいはプラスチックの磁石が使用される。   The rotor 4 is arranged on the outer periphery of the permanent magnet 7 and constitutes a magnetic circuit of the permanent magnet 7 and has a role of mechanical connection to a shaft (not shown) as an output shaft. 8. Here, a ferrite rubber magnet or a plastic magnet is generally used because of its low cost.

図1で、固定子鉄心9の空隙面には、回転子4と固定子3との空隙が回転方向ではほぼ一定に、反回転方向(ここでは回転子4は反時計方向に回転するものとする)では徐々に拡大するように、特に固定子鉄心9の反回転方向では91で示すように空隙長が大きく、回転方向では92で示すように空隙長が小さく一定になるような形状に選定する。単相永久磁石モータは原理上、単相の巻線に流した電流と永久磁石の磁束とによるトルクが少なくとも回転方向で、電気角1サイクルで、2回の零もしくは負のトルク領域を生じる。上記の形状を取ることによって、前記零もしくは負のトルクを埋め合わせうるコギングトルクを効果的に発生でき、低振動,低騒音にすることができる。   In FIG. 1, the gap between the rotor core 4 and the stator 3 is substantially constant in the rotation direction on the gap surface of the stator core 9, and the counter-rotation direction (here, the rotor 4 rotates counterclockwise). In this case, the gap length is large as shown by 91 in the counter-rotation direction of the stator core 9, and the gap length is small and constant as shown by 92 in the rotation direction. To do. In principle, a single-phase permanent magnet motor generates a zero or negative torque region twice in one electrical angle cycle in the rotational direction at least in the rotational direction due to the current flowing through the single-phase winding and the magnetic flux of the permanent magnet. By adopting the above shape, cogging torque that can compensate for the zero or negative torque can be effectively generated, and low vibration and noise can be achieved.

回転子4の永久磁石7の軸端には、固定子3に位置検出器11(一般にはホール素子が使用され、永久磁石7の磁束を検出する方式である)が配置され、これによって、永久磁石7の位置を検出し、変換器5を介して、単相永久磁石モータ2に効果的な電流を通電させる役目を持っている。単相永久磁石モータの固定子巻線10もしくは変換器5の中には電流センサ18をもち、これによって、固定子巻線10に通電する電流を常に監視する構成である。   At the shaft end of the permanent magnet 7 of the rotor 4, a position detector 11 (generally, a Hall element is used to detect the magnetic flux of the permanent magnet 7) is arranged on the stator 3, and thereby permanent The position of the magnet 7 is detected, and the single-phase permanent magnet motor 2 is supplied with an effective current through the converter 5. The stator winding 10 or the converter 5 of the single-phase permanent magnet motor has a current sensor 18 so that the current supplied to the stator winding 10 is constantly monitored.

制御回路6は前述の位置検出器11と電流センサ18の情報と、予め蓄えられたコギングトルク情報13と誘起電圧情報14とから単相永久磁石モータへ電力を供給する変換器5の制御を行う。   The control circuit 6 controls the converter 5 that supplies power to the single-phase permanent magnet motor from the information of the position detector 11 and the current sensor 18 described above, the cogging torque information 13 and the induced voltage information 14 stored in advance. .

角度変換部12は、位置検出器11の情報を元に回転子4の電気角度θを推定する演算器であり、位置検出器11の出力信号の正負の切り替えの周期で回転子4の平均速度を計算すると共に、制御周期における時間経過によって回転子の角度を計算推定することができる。また、位置検出器11の正負の情報によって変換器5の通電方法の正負を決定するものである。   The angle conversion unit 12 is an arithmetic unit that estimates the electrical angle θ of the rotor 4 based on the information of the position detector 11, and the average speed of the rotor 4 in the cycle of switching between positive and negative of the output signal of the position detector 11. And the angle of the rotor can be calculated and estimated based on the passage of time in the control cycle. Further, the sign of the energization method of the converter 5 is determined by the sign information of the position detector 11.

図2には本発明の一実施例の要部の詳細を示す。脈動トルク算出手段16は電流センサ18の出力,角度変換部12の出力と、コギングトルク情報13と、誘起電圧情報14とから出力トルクを演算する出力トルク演算手段17と、この出力トルク演算手段17の平均値を算出する平均トルク演算手段19と、脈動トルク算出手段20とからなる。   FIG. 2 shows the details of the main part of one embodiment of the present invention. The pulsating torque calculation means 16 includes an output torque calculation means 17 for calculating an output torque from the output of the current sensor 18, the output of the angle conversion unit 12, the cogging torque information 13, and the induced voltage information 14, and the output torque calculation means 17. The average torque calculating means 19 for calculating the average value of the pulsating torque and the pulsating torque calculating means 20 are included.

以下、脈動トルクの算定方法について詳述する。   Hereinafter, a method for calculating the pulsation torque will be described in detail.

まず、永久磁石による磁束と固定子巻線に流れる電流との電磁気的なトルクTw(θ)は以下の式によって表示できる。   First, the electromagnetic torque Tw (θ) between the magnetic flux generated by the permanent magnet and the current flowing through the stator winding can be expressed by the following equation.

Figure 2008029116
ここで、ωは回転角速度の情報を
E0(θ)は各速度ωにおける角度θに対する誘起電圧情報を
I(θ)は電流センサにより得られた電流情報を示す。
ωは回転角速度の情報を示す。
Figure 2008029116
Where ω is the rotational angular velocity information
E0 (θ) is the induced voltage information for the angle θ at each speed ω.
I (θ) indicates current information obtained by the current sensor.
ω indicates information on the rotational angular velocity.

従って、単相永久磁石モータが発生する全体のトルクTt(θ)は   Therefore, the total torque Tt (θ) generated by the single-phase permanent magnet motor is

Figure 2008029116
ここで、Tcog(θ)は回転角に対するコギングトルクを示す。
Figure 2008029116
Here, Tcog (θ) represents the cogging torque with respect to the rotation angle.

一方、平均トルクTavは全体のトルクTt(θ)の電気角1サイクル(必要によっては半サイクルでも可能)分の平均を取って、以下の式で算出できる。   On the other hand, the average torque Tav can be calculated by the following equation by taking an average of one cycle of electrical angle of the total torque Tt (θ) (possibly even a half cycle if necessary).

Figure 2008029116
Figure 2008029116

従って、脈動トルク分Tac(θ)は次式で表示できる。   Therefore, the pulsation torque component Tac (θ) can be expressed by the following equation.

Figure 2008029116
Figure 2008029116

図1において、単相永久磁石モータは速度制御手段15によって一般には速度指令Nsになるように制御される。前述のように位置検出器11の電気角1サイクルの周期から演算された速度フィードバック情報に基づいて必要に応じて、比例積分制御等を用いて制御を行うものとする。一方、脈動トルク算出手段16によって算出された脈動トルク情報によって、位置検出器11の1サイクルの中を細かく分割して補正信号を作る。速度制御手段15と脈動トルク算出手段16による補正信号とは駆動信号演算作成回路51で合成し、変換器5を制御する。それによって補正制御を行うことで単相永久磁石モータの出力トルクを平坦にすることが可能である。   In FIG. 1, the single-phase permanent magnet motor is generally controlled by the speed control means 15 so as to become a speed command Ns. As described above, control is performed using proportional-integral control or the like as necessary based on the speed feedback information calculated from the cycle of one electrical angle cycle of the position detector 11. On the other hand, the correction signal is generated by finely dividing one cycle of the position detector 11 based on the pulsating torque information calculated by the pulsating torque calculating means 16. The correction signals from the speed control means 15 and the pulsation torque calculation means 16 are combined by the drive signal calculation creation circuit 51 to control the converter 5. Accordingly, it is possible to flatten the output torque of the single-phase permanent magnet motor by performing correction control.

図3は本発明の上記の制御の動作説明図を示したものである。
(a)に位置検出器11の出力信号を示す。(c)で示す誘起電圧に対して進ませておくことも可能である。この信号の半サイクルもしくは1サイクルの信号の周期より永久磁石回転子の速度情報が算出できる。
(b)はモータの端子電圧である。基本的には位置検出器の負から正へのゼロクロス点で正の電圧信号を印加する。電圧の高さはPWM(Pulse width Modulation)等によって調節される。零クロス点から一定時間遅らせることによって、(c)で示す誘起電圧に対して進ませることも、あるいは遅らせることも可能である。
(c)は回転電気角に対する誘起電圧情報である。一般にはこの誘起電圧を回転速度でわり算した誘起電圧常数で格納され、回転速度を乗算することによって誘起電圧に変換することができる。
(d)は電流情報であり、電流センサ18より取り込まれる情報である。順次、測定してメモリに格納する。
(e)は回転電機角に対するコギングトルク情報を示す。予め、測定してメモリに格納する。
(f)は永久磁石による磁束(誘起電圧)と固定子巻線に流れる電流との電磁気的なトルクTw(θ)で(1)式によって求められる。
(g)は全体トルクを示し、上述のトルクTw(θ)とコギングトルクの和で(2)式で示されるトルクである。
(h)は脈動トルクを示すもので(3),(4)式によって算出されるものである。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the control according to the present invention.
(A) shows the output signal of the position detector 11. It is also possible to advance the induced voltage shown in (c). The speed information of the permanent magnet rotor can be calculated from the half cycle of this signal or the cycle of the signal of one cycle.
(B) is a terminal voltage of the motor. Basically, a positive voltage signal is applied at the zero cross point from the negative to the positive of the position detector. The height of the voltage is adjusted by PWM (Pulse width Modulation) or the like. By delaying from the zero crossing point for a certain time, it is possible to advance or delay the induced voltage shown in (c).
(C) is the induced voltage information with respect to the rotating electrical angle. In general, the induced voltage is stored as an induced voltage constant obtained by dividing the induced voltage by the rotational speed, and can be converted into an induced voltage by multiplying the rotational speed.
(D) is current information, which is information fetched from the current sensor 18. Sequentially measure and store in memory.
(E) shows the cogging torque information with respect to the rotating electrical machine angle. Measure and store in memory in advance.
(F) is an electromagnetic torque Tw (θ) between the magnetic flux (induced voltage) by the permanent magnet and the current flowing in the stator winding, and is obtained by the equation (1).
(G) indicates the total torque, which is the torque expressed by the formula (2) as the sum of the above-described torque Tw (θ) and cogging torque.
(H) indicates pulsation torque and is calculated by the equations (3) and (4).

駆動信号演算作成回路51によって速度制御手段15の出力と、脈動トルク算出手段
16からの出力を合成して変換器5を制御する信号をつくる。以上の制御によって、図3(g)のトルクリプルが修正され、トルクリプルの少ない単相永久磁石モータ制御装置を提供することができる。
A signal for controlling the converter 5 is generated by synthesizing the output from the speed control means 15 and the output from the pulsating torque calculation means 16 by the drive signal calculation creation circuit 51. With the above control, the torque ripple shown in FIG. 3G is corrected, and a single-phase permanent magnet motor control apparatus with less torque ripple can be provided.

上記の制御はファン,ポンプの制御であり、制御の応答周波数は数ヘルツ以下と非常にゆっくりしたものであるために、制御は安定的に行われる。   The above control is a fan and pump control, and since the response frequency of the control is very slow at several hertz or less, the control is stably performed.

また、速度制御の周期は電気的に1サイクル毎、脈動トルクの補正はその整数倍毎に行うことも可能である。また、必要に応じて速度指令Ns信号を大きく変える過渡時にはその制御を停止させることも可能である。   The speed control cycle can be electrically performed every cycle, and the pulsation torque can be corrected every integer multiple thereof. Further, it is possible to stop the control at the time of a transient in which the speed command Ns signal is largely changed as necessary.

単相永久磁石モータは3相モータに対して、図1で示したように、一般の3相モータに比較して巻線が1組で、ホール素子が1個(3相では3個要)で済み、かつ変換回路もHブリッジで済むために構成素子数も4個となり、価格メリットが大きい、一方、前記のような制御によって、運転トルクを平坦化でき、3相モータに対して遜色のない低騒音,低振動の永久磁石モータ制御装置を提供することができる。   As shown in FIG. 1, the single-phase permanent magnet motor has one set of windings and one hall element as compared with a general three-phase motor as shown in FIG. In addition, since the conversion circuit can be an H-bridge, the number of components is four and the cost advantage is great. On the other hand, the operation torque can be flattened by the control as described above, which is inferior to the three-phase motor. There can be provided a low noise, low vibration permanent magnet motor control device.

以上の構成で、コギングトルク情報13,誘起電圧情報14はそれぞれ空隙磁束密度の2乗に、あるいは比例する情報であり、空隙磁束密度は温度に比例する情報であるために例えば、単相永久磁石モータ制御装置内に温度センサを設け、それによってコギングトルク情報13,誘起電圧情報14を補正すれば、更に精度の良い制御を行うことができる。   With the above configuration, the cogging torque information 13 and the induced voltage information 14 are information that is proportional to or proportional to the square of the gap magnetic flux density, and the gap magnetic flux density is information proportional to the temperature. If a temperature sensor is provided in the motor control device to thereby correct the cogging torque information 13 and the induced voltage information 14, more accurate control can be performed.

また、速度制御を電気角の半周期毎に制御し、その周期内を複数分割して脈動トルク補正制御をすることによって高精度の制御が可能となる。   Further, by controlling the speed control every half cycle of the electrical angle and dividing the cycle into a plurality of times and performing pulsation torque correction control, high-precision control is possible.

また、脈動トルク補正制御は各常数の精度,温度依存性等を考えると、積分制御による偏差零の制御よりは偏差は残るが、比例制御のみの方が、安定な制御が達成できる場合も選択できる。   Also, considering the accuracy and temperature dependence of each constant in pulsating torque correction control, the deviation remains more than zero deviation control by integral control, but even if proportional control alone can achieve stable control, it is also selected it can.

なお、この単相永久磁石モータ制御装置を電動ファン、及び電動ポンプに採用し、備えることによって、簡単な構成で、低価格,小型軽量,低騒音,低振動の電動ファン,電動ポンプを提供することが可能である。   By adopting and providing this single-phase permanent magnet motor control device for an electric fan and an electric pump, an electric fan and an electric pump with a simple structure, low cost, small size, light weight, low noise and low vibration are provided. It is possible.

次に、本発明の他の実施例について説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described.

図4は、本発明対象の他の実施例の要部の詳細を示す。図5に本発明の他の実施例の動作説明図を示す。   FIG. 4 shows the details of the essential parts of another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of another embodiment of the present invention.

前述の発明に対して16の脈動トルク算出手段が異なるのみである。   Only the 16 pulsating torque calculation means are different from the above-described invention.

前述と同様の制御によって、図4(h)の脈動トルクが算出できる。   The pulsation torque shown in FIG. 4H can be calculated by the same control as described above.

本実施例ではここから、脈動トルクを各周波数成分に分解してそれぞれの周波数毎の制御させたものである。ここでは、二つの周波数、例えば電気周波数の基本波の2倍成分及び4倍成分のトルク脈動を低減する方法を示したものである。   In this embodiment, the pulsation torque is decomposed into frequency components and controlled for each frequency. Here, a method of reducing torque pulsation of two frequencies, for example, a double component and a quadruple component of a fundamental wave of an electrical frequency is shown.

基本的には、脈動トルクの中で2つの周波数成分の位相と大きさをそれぞれ算出し、それぞれの周波数毎に、比例,積分制御することによって全体トルクの脈動を低減することができる。   Basically, the phase and magnitude of two frequency components in the pulsating torque are calculated, and proportional and integral control is performed for each frequency, thereby reducing the pulsation of the total torque.

以下、具体的な実施例と動作を図に基づいて説明する。   Hereinafter, specific embodiments and operations will be described with reference to the drawings.

図4の他の一実施形態による構成で、脈動トルク算出手段16は電流センサ18の出力、角度変換部12の出力と、コギングトルク情報13と、誘起電圧情報14とから出力トルクを演算する出力トルク演算手段17と、この出力トルク演算手段17の平均値を算出する平均トルクと、脈動トルクを算出する脈動トルク算出手段20とからなる。これは、図5に示した(h)のように分解できる。この脈動トルクに対して例えば一つには基本周波数の2倍成分の位相,大きさの算出手段21でその位相と大きさをフーリエ積分を用いて算出することができる。基本波の2倍成分の補正信号発生手段22では基本波の2倍成分の目標を0とする制御であり、これによって算出された脈動トルクの基本波の2倍成分に対する補正トルクを発生させる。これによって、選択的に、脈動トルクの基本波の2倍成分の脈動を抑制することができる。   In the configuration according to another embodiment of FIG. 4, the pulsation torque calculation means 16 outputs the output torque from the output of the current sensor 18, the output of the angle conversion unit 12, the cogging torque information 13, and the induced voltage information 14. The torque calculating means 17 comprises an average torque for calculating an average value of the output torque calculating means 17 and a pulsating torque calculating means 20 for calculating a pulsating torque. This can be decomposed as shown in (h) of FIG. For example, the phase and magnitude of the pulsating torque can be calculated by means of the phase and magnitude calculating means 21 having a component twice the fundamental frequency using Fourier integration. The correction signal generating means 22 for the double component of the fundamental wave is a control for setting the target of the double component of the fundamental wave to 0, and a correction torque for the double component of the fundamental wave of the pulsating torque calculated thereby is generated. Thereby, it is possible to selectively suppress the pulsation of the double component of the fundamental wave of the pulsation torque.

また、この脈動トルクの基本周波数の4倍成分についても同様に、位相,大きさをその算出手段23でフーリエ積分を用いて算出することができる。さらに、基本波の4倍成分の補正信号発生手段24では基本波の4倍成分の目標を0とする制御をおこない、これによって算出された脈動トルクの基本波の4倍成分に対する補正トルクを発生させる。更に補正信号合成手段25によって、制御することによって、2つの周波数成分のトルク脈動を選択的に抑制することができる。   Similarly, the phase and magnitude of the quadruple component of the fundamental frequency of the pulsating torque can be calculated by the calculation means 23 using Fourier integration. Furthermore, the correction signal generating means 24 for the fundamental wave quadruple component performs control to set the target of the quadruple component of the fundamental wave to 0, and generates a correction torque for the quadruple component of the fundamental wave of the calculated pulsation torque. Let me. Furthermore, torque pulsations of two frequency components can be selectively suppressed by controlling the correction signal synthesis means 25.

図5(i)には図5に示した(h)の脈動トルクを分析した基本周波数の2倍成分及び4倍成分のトルクを示すもので、基本周波数の2倍成分の位相,大きさの算出手段21,基本周波数の4倍成分の位相,大きさの算出手段23の出力成分をしめす。これから、効果的な補正信号を作ることによってトルク脈動を低減することが可能である。   FIG. 5 (i) shows the torque of the double component and the quadruple component of the fundamental frequency obtained by analyzing the pulsation torque of (h) shown in FIG. 5, and the phase and magnitude of the double component of the fundamental frequency. The output component of the calculation means 21, the phase of the quadruple component of the fundamental frequency, and the magnitude calculation means 23 is shown. From this, it is possible to reduce torque pulsation by creating an effective correction signal.

一般的には、電動ポンプ,電動ファン等に発生する振動,騒音は電気角に整数倍の要因に基づくものが多く、従って各周波数毎にその要因を低減できる本方式は効果的であると考える。   In general, vibrations and noises generated in electric pumps, electric fans, etc. are often based on factors that are an integral multiple of the electrical angle. Therefore, this method, which can reduce the factors for each frequency, is considered effective. .

本発明の一実施例の単相永久磁石モータ駆動回路を示す。1 shows a single-phase permanent magnet motor drive circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例の要部の詳細を示す。The detail of the principal part of one Example of this invention is shown. 本発明の一実施例の動作説明図を示す。Operation | movement explanatory drawing of one Example of this invention is shown. 本発明の他の実施例の要部の詳細を示す。The detail of the principal part of the other Example of this invention is shown. 本発明の他の実施例の動作説明図を示す。Operation | movement explanatory drawing of the other Example of this invention is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1…単相永久磁石モータ制御装置、2…単相永久磁石モータ、3…固定子、4…回転子、5…変換器、6…制御回路、7…永久磁石、8…回転子鉄心、9…固定子鉄心、10…固定子巻線、11…位置検出器、12…角度変換部,13…コギングトルク情報、14…誘起電圧情報,15…速度制御手段、16,20…脈動トルク算出手段、17…出力トルク演算手段、18…電流センサ、19…平均トルク演算手段、21…基本周波数の2倍成分の位相,大きさの算出手段、22…基本波の2倍成分の補正信号発生手段、23…基本周波数の4倍成分の位相,大きさの算出手段、24…基本波の4倍成分の補正信号発生手段、25…補正信号合成手段、51…駆動信号演算作成回路、Edc…直流電源、91…固定子鉄心表面の空隙長大きい部分、92…固定子鉄心表面の空隙長小さい部分。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single phase permanent magnet motor control apparatus, 2 ... Single phase permanent magnet motor, 3 ... Stator, 4 ... Rotor, 5 ... Converter, 6 ... Control circuit, 7 ... Permanent magnet, 8 ... Rotor core, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Stator core, 10 ... Stator winding, 11 ... Position detector, 12 ... Angle conversion part, 13 ... Cogging torque information, 14 ... Induction voltage information, 15 ... Speed control means, 16, 20 ... Pulsating torque calculation means , 17 ... output torque calculating means, 18 ... current sensor, 19 ... average torque calculating means, 21 ... phase and magnitude calculating means for twice the fundamental frequency, 22 ... correction signal generating means for twice the fundamental wave component , 23: Phase and magnitude calculation means for a quadruple component of the fundamental frequency, 24: Correction signal generation means for quadruple component of the fundamental wave, 25: Correction signal synthesis means, 51: Drive signal calculation creation circuit, Edc: DC Power supply, 91 ... Large gap length on stator core surface Min, 92 ... gap length small portion of the stator core surface.

Claims (7)

永久磁石を有する回転子と、単相の巻線を有する固定子とを有し、かつ両者の磁気作用によってコギングトルクを発生する単相永久磁石モータを駆動する電力変換器を制御する単相永久磁石モータ制御装置であって、
前記単相永久磁石モータのコギングトルクと誘起電圧の波形情報を有することを特徴とする単相永久磁石モータ制御装置。
A single-phase permanent that controls a power converter that drives a single-phase permanent magnet motor that has a rotor having a permanent magnet and a stator having a single-phase winding and generates cogging torque by the magnetic action of both. A magnet motor control device,
A single-phase permanent magnet motor control device comprising waveform information of cogging torque and induced voltage of the single-phase permanent magnet motor.
請求項1において、単相永久磁石モータの固定子鉄心の空隙面の形状を回転方向によって異ならしめたことを特徴とする単相永久磁石モータ制御装置。   2. The single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1, wherein the shape of the gap surface of the stator core of the single-phase permanent magnet motor is made different depending on the rotation direction. 請求項1において、温度検出機能を持ち、これによって温度によってコギングトルク、誘起電圧情報を修正する機能を有する単相永久磁石モータ制御装置。   The single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1, which has a temperature detection function and thereby has a function of correcting cogging torque and induced voltage information according to temperature. 請求項1において、出力トルク及び出力電力を算出し、これを周波数分析して上で、各周波数毎に制御したことを特徴とする単相永久磁石モータ制御装置。   2. The single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1, wherein the output torque and the output power are calculated, subjected to frequency analysis, and then controlled for each frequency. 請求項1において、周方向を複数の区間に分割し、その区間毎に制御することを特徴とする単相永久磁石モータ制御装置。   2. The single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1, wherein the circumferential direction is divided into a plurality of sections, and control is performed for each section. 請求項1において、積分制御を含まない制御であることを特徴とする単相永久磁石モータ制御装置。   2. The single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1, wherein the control does not include integral control. 請求項1項記載の単相永久磁石モータ制御装置を備えたファン及びポンプ。
A fan and a pump comprising the single-phase permanent magnet motor control device according to claim 1.
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