JP2008092787A - Drive unit for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機を駆動する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for driving an electric motor.
従来、同期電動機の駆動装置において、同期電動機の脱調を検出する技術として、『・・・時間ｋ・Ｔｓ時（但し、ｋ＝０，１，２，３，…，Ｔｓはサンプリングタイム）に同期電動機に供給される少なくとも２相分のステータ電流を検出し、同ステータ電流をγ−δ座標系に変換することにより、γ軸電流ｉγ（ｋ）及びδ軸電流ｉδ（ｋ）を導出し、これらのγ軸電流ｉγ（ｋ）及びδ軸電流δ（ｋ）と前回の制御ループで推定されたγ軸電流ｉγｅｓｔ（ｋ）及びδ軸電流ｉδｅｓｔ（ｋ）との差ｉγ（ｋ）−ｉγｅｓｔ（ｋ）及びｉδ（ｋ）−ｉδｅｓｔ（ｋ）を補正量、γ−δ軸座標系に変換された電圧指令値Ｖγ*（ｋ）とＶδ*（ｋ）を入力とし、同期電動機の回転子が回転することにより発生するγ軸の誘起電圧εγ（ｋ）とδ軸の誘起電圧εδ（ｋ）を、回転子が回転していない時の電流応答に対する外乱として状態推定器を構成し、時間（ｋ＋１）・Ｔｓ秒のγ−δ軸座標系における電流ｉγｅｓｔ（ｋ＋１）及びｉδｅｓｔ（ｋ＋１）並びに誘起電圧εγｅｓｔ（ｋ＋１）及びεδｅｓｔ（ｋ＋１）を推定し、この推定された誘起電圧εγｅｓｔ（ｋ＋１）及びεδｅｓｔ（ｋ＋１）から脱調を検出することを特徴とする永久磁石形同期電動機の脱調検出方法。』というものがある（特許文献１）。 Conventionally, in a synchronous motor drive device, as a technique for detecting a step out of a synchronous motor, “... time k · Ts (where k = 0, 1, 2, 3,..., Ts is a sampling time) By detecting the stator current for at least two phases supplied to the synchronous motor and converting the stator current into the γ-δ coordinate system, the γ-axis current iγ (k) and the δ-axis current iδ (k) are derived. The difference iγ (k) − between these γ-axis current iγ (k) and δ-axis current δ (k) and the γ-axis current iγest (k) and δ-axis current iδest (k) estimated in the previous control loop. iγest (k) and iδ (k) −iδest (k) are correction amounts, and voltage command values Vγ * (k) and Vδ * (k) converted to the γ-δ axis coordinate system are input, and the rotation of the synchronous motor Γ-axis induced voltage εγ (k) and δ-axis induced voltage εδ ( k) as a disturbance to the current response when the rotor is not rotating, and the state estimator is constructed, and the currents iγest (k + 1) and iδest (k + 1) in the γ-δ axis coordinate system of time (k + 1) · Ts seconds And the induced voltages εγest (k + 1) and εδest (k + 1) are estimated, and the step-out is detected from the estimated induced voltages εγest (k + 1) and εδest (k + 1). Detection method. (Patent Document 1).
また、『駆動装置３７の電圧・周波数演算回路３４は、周波数指令値Ｆ＊を基に運転周波数と運転電圧を演算し、ゲート駆動回路３５を介してインバータ回路１３をスイッチング制御およびＰＷＭ制御し、センサレスブラシレスモータ２９を駆動する。電流検出回路３９は、電流センサ３１ないし３２を介してモータ２９の電流を検出し、電流周期検出回路４０は、そのモータ電流の周期を検出する。電圧・周波数演算回路３４は、運転周波数を基にモータ２９に印加される電圧の周期を演算し、周期比較回路４１は、そのモータ電圧の周期と前記モータ電流の周期を比較して、これらが不一致の時に脱調と判定してハイレベルの出力信号を電圧・周波数演算回路３４に与える。』というものや、『永久磁石形のロータの磁極位置を磁極位置センサで検出することなく運転されるセンサレスブラシレスモータの駆動装置において、前記センサレスブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段から得られる電流信号を励磁電流成分とトルク電流成分とに座標変換するｄｑ座標変換手段と、このｄｑ座標変換手段から得られる励磁電流成分と任意に設定された脱調レベル信号とを比較して脱調を判定する脱調レベル比較手段とを具備したことを特徴とするセンサレスブラシレスモータの脱調検出装置。』というものもある（特許文献２）。
“The voltage /
さらには、『回転検出センサを有さないＤＣブラシレスモータＭに電力スイッチング回路１１により駆動電力を供給する運転制御装置において、ＤＣブラシレスモータの運転状態が脱調状態で有ることを検知する脱調検知手段１５を備えた。この脱調検知手段は、ＤＣブラスレスモータに接続した例えばポンプ等の送水量又は送水圧の変化を検出する手段とすることができる。また、脱調検知は、モータの回転速度の変化、又は力率の変化から行うようにしてもよい。』というものもある（特許文献３）。
Furthermore, in the operation control apparatus that supplies driving power to the DC brushless motor M that does not have a rotation detection sensor by the
また、同期電動機のセンサレス制御において、軸誤差を推定する方法を開示した文献が存在する（非特許文献１）。 In addition, there is a document disclosing a method for estimating an axis error in sensorless control of a synchronous motor (Non-Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来技術においては、脱調検出のためにモータの誘起電圧を推定する手段を必要とするため、マイコン等の演算処理負荷を増加させることとなる。
また、上記特許文献２に開示されている従来技術においては、インバータ装置の出力する電圧の周期と、センサレスブラシレスモータに流れる電流の周期を比較し脱調を検出するため、脱調時にインバータ装置の出力する電圧周期と、同期電動機に流れる電流の周期に差がないような状態では、脱調検出が不可能である。
また、励磁電流成分であるｄ軸電流と脱調検出レベルを比較することにより脱調を検出する方法においては、励磁電流は回転数や負荷トルクの条件により変化するため、脱調検出レベルを運転条件ごとに設定する必要があり、設定が複雑になる。
また、上記特許文献３に開示されている従来技術においては、同期電動機の動作理論に基づいてロータの回転速度を推定するのではなく、誘起電圧の位置情報をセンサ等により検出しているため、製造コストを多く要する。
However, since the conventional technique disclosed in
Further, in the prior art disclosed in
Also, in the method of detecting step-out by comparing the d-axis current that is the excitation current component with the step-out detection level, the step-out detection level is operated because the excitation current changes depending on the conditions of the rotation speed and load torque. It is necessary to set for each condition, and the setting becomes complicated.
Further, in the prior art disclosed in the above-mentioned
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電動機の動作理論に基づいて、電動機の脱調検出を精度良く行うことのできる、電動機の駆動装置を得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor drive device capable of accurately detecting step-out of an electric motor based on the operation theory of the electric motor. It is what.
本発明に係る電動機の駆動装置は、電圧を電動機に印加するインバータと、電動機に流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記インバータが電動機に印加する電圧を制御する制御手段とを有する電動機の駆動装置であって、前記制御手段は、前記電流検出手段の出力と電動機の回転数指令値に基づき、電動機の磁束を演算により求め、当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とするものである。 An electric motor drive device according to the present invention is an electric motor having an inverter that applies a voltage to the electric motor, a current detection unit that detects a phase current flowing through the electric motor, and a control unit that controls a voltage applied by the inverter to the electric motor. In the driving device, the control means calculates the magnetic flux of the motor based on the output of the current detection means and the rotational speed command value of the motor, and when the calculated value falls below a predetermined threshold, A signal indicating that step-out has occurred is output.
本発明に係る電動機の駆動装置によれば、電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調検出を行うことができる。 According to the motor drive device of the present invention, step-out detection can be accurately performed based on the operation theory of the motor.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の駆動装置の構成を示す図である。
図１において、１は直流電源、２は本実施の形態１に係る電動機の駆動装置、６はブラシレス直流モータである。
駆動装置２は、インバータ主回路５、Ｕ相電流検出手段７ａ、Ｖ相電流検出手段７ｂ、制御手段８、直流電圧検出手段１４を有する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric motor drive device according to
In FIG. 1, 1 is a DC power source, 2 is a motor drive device according to
The
インバータ主回路５は、スイッチング素子３を有する。
スイッチング素子３は、Ｕ相上側スイッチング素子３ａ、Ｖ相上側スイッチング素子３ｂ、Ｗ相上側スイッチング素子３ｃ、Ｕ相下側スイッチング素子３ｄ、Ｖ相下側スイッチング素子３ｅ、Ｗ相下側スイッチング素子３ｆ、各スイッチング素子にそれぞれ並列に接続された還流ダイオード４からなる。
The inverter
The
Ｕ相電流検出手段７ａ、Ｖ相電流検出手段７ｂは、ブラシレス直流モータ６に流入するＵ相電流、Ｖ相電流をそれぞれ検出し、制御手段８に出力する。
直流電圧検出手段１４は、直流電源１の電圧を検出し、制御手段８に出力する。
制御手段８は、Ｕ相電流検出手段７ａ、Ｖ相電流検出手段７ｂ、及び直流電圧検出手段１４の出力に基づき、インバータ主回路５内のスイッチング素子３のオン・オフを制御する。
The U-phase current detection means 7 a and the V-phase current detection means 7 b detect the U-phase current and the V-phase current flowing into the
The DC voltage detection means 14 detects the voltage of the
The control means 8 controls on / off of the
制御手段８は、ＰＷＭ信号発生手段９、相電流演算手段１０、３相２相変換手段１１、電圧指令値演算手段１２、出力電圧ベクトル演算手段１３、脱調検出信号演算手段１６を有する。
相電流演算手段１０は、Ｕ相電流検出手段７ａ、Ｖ相電流検出手段７ｂにより検出された２相分の電流値から、Ｗ相の電流値を演算により求め、３相それぞれの電流値を３相２相変換手段１１に出力する。
３相２相変換手段１１は、相電流演算手段１０より出力された３相の電流値（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を、ｄｑ座標系の電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）に変換して出力する。ここでいうｄｑ座標は、磁束軸をｄ軸、トルク軸をｑ軸とするものである。
The
The phase current calculation means 10 obtains the current value of the W phase by calculation from the current values for the two phases detected by the U phase current detection means 7a and the V phase current detection means 7b, and obtains the current value of each of the three phases by 3 Output to the phase-to-phase conversion means 11.
The three-phase / two-
ただし、ブラシレス直流モータ６の磁極位置を検出せずに制御を行うセンサレス制御においては、ｄｑ座標系における各値を直接知ることができない。
そこで、ブラシレス直流モータ６の電圧や電流の検出値に基づきｄｑ軸座標系における各値を演算推定したγδ座標系を用いて制御を行う。また、この時のｄｑ座標系とγδ座標系との間の角度ずれを「軸誤差」とし、Δθで表す。この軸誤差Δθがゼロとなった場合に、ｄｑ座標系とγδ座標系が一致することになる。
以下の説明では、γδ座標系を用いた説明を行う。
However, in sensorless control in which control is performed without detecting the magnetic pole position of the
Therefore, control is performed using the γδ coordinate system in which each value in the dq axis coordinate system is calculated and estimated based on the detected voltage and current values of the
In the following explanation, explanation is made using the γδ coordinate system.
電圧指令値演算手段１２は、３相２相変換手段１１により求められたγδ座標系の電流値（Ｉγ、Ｉδ）、γ軸電流指令値Ｉγ＊、及びブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊を基に、ブラシレス直流モータ６を駆動するためのγδ座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を求める。
出力電圧ベクトル演算手段１３は、電圧指令値演算手段１２により求められたγδ座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）と、直流電圧検出手段１４が出力した直流電圧値Ｖｄｃを基に、出力電圧ベクトルＶｘ＊を求め、ＰＷＭ信号発生手段９に出力する。
ＰＷＭ信号発生手段９は、制御手段８内で求められた出力電圧指令値に基づき、スイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号を発生させる。
ＰＷＭ信号発生手段９が出力したＰＷＭ信号により、インバータ主回路５内のスイッチング素子３がオン・オフ動作される。
The voltage command value calculation means 12 is a current value (Iγ, Iδ) in the γδ coordinate system, a γ-axis current command value Iγ *, and a rotation speed command value ω of the
The output voltage vector calculation means 13 is based on the output voltage command value (Vγ *, Vδ *) of the γδ coordinate system obtained by the voltage command value calculation means 12 and the DC voltage value Vdc output by the DC voltage detection means 14. The output voltage vector Vx * is obtained and output to the PWM signal generating means 9.
The PWM signal generation means 9 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal for on / off control of the
The
スイッチング素子３のオン・オフ動作により、インバータ主回路５よりブラシレス直流モータ６に電力が供給され、ブラシレス直流モータ６が駆動される。
なお、脱調検出信号演算手段１６は、ブラシレス直流モータ６の脱調を検出してその旨の信号を出力するものであるが、その具体的な動作については後述する。
By the on / off operation of the
The step-out detection signal calculating means 16 detects step-out of the
なお、本発明における「電流検出手段」は、Ｕ相電流検出手段７ａ、Ｖ相電流検出手段７ｂがこれに該当する。
また、「座標変換手段」は、３相２相変換手段１１がこれに該当する。
また、「脱調検出手段」は、脱調検出信号演算手段１６がこれに該当する。
The “current detection means” in the present invention corresponds to the U-phase current detection means 7a and the V-phase current detection means 7b.
The “coordinate conversion means” corresponds to the three-phase / two-phase conversion means 11.
Further, the “step-out detection means” corresponds to the step-out detection signal calculation means 16.
図２は、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こした際の磁束変動を示す図である。
脱調時には、ブラシレス直流モータ６が同期運転から外れるため、図２に示すようにγδ軸磁束（φγ、φδ）及びγδ軸の合成磁束φが大きく変動する。
そのため、γδ軸磁束を脱調検出信号演算手段１６にて演算で求め、演算値が大きく変動した際にブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたと判断し、その旨の信号を出力するように構成する。
FIG. 2 is a diagram illustrating magnetic flux fluctuations when the
At the time of step-out, since the
For this reason, the γδ-axis magnetic flux is calculated by the step-out detection signal calculation means 16, and when the calculated value greatly fluctuates, it is determined that the
ここで、脱調検出信号演算手段１６が各磁束値を演算により求める際の理論的根拠について説明する。
一般に、同期電動機の電流電圧方程式は、次式（１１）で表される。
Generally, the current-voltage equation of a synchronous motor is expressed by the following equation (11).
同期電動機が一定速度で運転している定常状態においては、微分項を無視することができ、さらにγδ軸電圧と同期電動機の回転速度はそれぞれの指令値を用いると、上記式（１１）は次式（１２）のように簡略化できる。
上記式（１２）よりγδ軸磁束を求めると、次式（１３）が得られる。
図３は、本実施の形態１における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。
脱調検出信号演算手段１６は、γ軸磁束演算部１７、δ軸磁束演算部１８、合成磁束演算部１９を有する。
脱調検出信号演算手段１６は、γδ座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、及びブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊を基に、γδ軸磁束を演算により求める。
γ軸磁束φγ、δ軸磁束φδ、及びこれらのスカラー値からなる合成磁束は、それぞれγ軸磁束演算部１７、δ軸磁束演算部１８、合成磁束演算部１９により算出される。
FIG. 3 shows the configuration of the step-out detection signal calculating means 16 in the first embodiment.
The step-out detection signal calculation means 16 includes a γ-axis magnetic
The step-out detection signal calculation means 16 outputs the output voltage command values (Vγ *, Vδ *) of the γδ coordinate system, the outputs (Iγ, Iδ) of the three-phase / two-phase conversion means 11, and the rotation speed command value of the
The γ-axis magnetic flux φγ, the δ-axis magnetic flux φδ, and the resultant magnetic flux composed of these scalar values are calculated by the γ-axis
γ軸磁束演算部１７及びδ軸磁束演算部１８は、それぞれ上記式（１３）を用いて、γ軸磁束φγ、δ軸磁束φδを求めることができる。合成磁束演算部１９は、φγとφδの２乗和の平方根により、合成磁束を求めることができる。
演算により求めた合成磁束と、あらかじめ設定した閾値とを比較することで、ブラシレス直流モータ６が脱調したことを検出することができる。
The γ-axis magnetic
By comparing the resultant magnetic flux obtained by the calculation with a preset threshold value, it is possible to detect that the
図４は、脱調検出信号演算手段１６の別の構成を示すものである。
図２に示すように、ブラシレス直流モータ６の脱調時には、γ軸磁束、δ軸磁束ともに大きく変動する。したがって、γδ軸の合成磁束φを求めなくても、いずれか一方の軸の磁束を演算するのみで脱調を検出することも可能である。
このように、いずれか一方の軸の磁束のみを演算することとすれば、脱調検出信号演算手段１６の演算負荷を軽減することができ、駆動装置２の小型化や製造コスト削減に資する。
FIG. 4 shows another configuration of the step-out detection signal calculation means 16.
As shown in FIG. 2, at the time of step-out of the
In this way, if only the magnetic flux of one of the axes is calculated, the calculation load of the step-out detection signal calculation means 16 can be reduced, which contributes to the downsizing of the
なお、脱調を確実に検出するためには、適切な閾値の設定が必要である。
例として、正常運転時の磁束に対して大幅に変化した場合や、磁束の指令値に対して大きく変化した場合、磁束と磁束の指令値の差が大きく変化した場合に脱調と判断する方法が挙げられる。
In order to detect the step-out reliably, an appropriate threshold value needs to be set.
As an example, a method of judging step out when there is a significant change with respect to the magnetic flux during normal operation, when there is a significant change with respect to the command value of the magnetic flux, or when the difference between the magnetic flux and the command value of the magnetic flux has changed significantly. Is mentioned.
本実施の形態１においては、γδ軸上の電流電圧方程式を用いて脱調を検出することとしたが、ブラシレス直流モータ６の実際の磁極座標であるｄｑ軸座標の電流電圧方程式を用いても、同様に脱調を検出可能であることを付言しておく。
さらには、ｄｑ軸とγδ軸の間の軸誤差Δθが微小である場合には、ｄｑ軸上の各値をそのままγδ軸上の値として置き換えて演算を行ってもよい。
以下の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the step-out is detected using the current-voltage equation on the γδ axis, but the current-voltage equation of the dq-axis coordinate that is the actual magnetic pole coordinate of the
Furthermore, when the axis error Δθ between the dq axis and the γδ axis is very small, the calculation may be performed by replacing each value on the dq axis with the value on the γδ axis as it is.
The same applies to the following embodiments.
また、本実施の形態１においては、ブラシレス直流モータ６の駆動装置の例を説明したが、駆動対象の電動機はこれに限られるものではなく、同期電動機一般に適用できるものである。以下の実施の形態においても同様である。
さらには、誘導電動機の電圧電流方程式を用いて同様の演算を行うことにより、本実施の形態１で説明した技術を誘導電動機にも適用することが可能である。以下の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the example of the driving device for the
Furthermore, by performing the same calculation using the voltage-current equation of the induction motor, the technique described in the first embodiment can be applied to the induction motor. The same applies to the following embodiments.
また、本実施の形態１における制御手段８及び制御手段８が有する各手段は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイコンなどの演算手段上で動作するソフトウェア、制御回路などのハードウェア、等を用いて実現することができる。以下の実施の形態においても同様である。 Further, the control means 8 and each means included in the control means 8 in the first embodiment use software operating on arithmetic means such as a DSP (Digital Signal Processor) or a microcomputer, hardware such as a control circuit, and the like. Can be realized. The same applies to the following embodiments.
本実施の形態１においては、定常状態では微分項を無視できることを利用して演算式を簡略化したが、運転が定常状態に入ったものと判断する基準として、ブラシレス直流モータ６の運転開始から所定時間経過後に、モータが定常状態に入ったものとみなし、脱調検出を開始することが考えられる。
あるいは、ブラシレス直流モータ６の脱調検出に用いる演算値（ここでは磁束の演算値）が安定した後に、モータが定常状態に入ったものとみなし、脱調検出を開始することも考えられる。
In the first embodiment, the calculation formula is simplified by using the fact that the differential term can be ignored in the steady state. However, from the start of the operation of the
Alternatively, it may be considered that the step-out detection is started by assuming that the motor has entered a steady state after the calculation value (here, the calculation value of the magnetic flux) used for step-out detection of the
以上のように、本実施の形態１によれば、
制御手段８は、
Ｕ相電流検出手段７ａ、及びＶ相電流検出手段７ｂが検出した相電流を直交２軸座標系に変換する３相２相変換手段１１と、
３相２相変換手段１１の出力に基づき、電動機に印加する電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を出力する電圧指令値演算手段１２と、
電動機の脱調を検出する脱調検出信号演算手段１６とを有し、
脱調検出信号演算手段１６は、
３相２相変換手段１１の出力、電圧指令値演算手段１２の出力、及び電動機の回転数指令値ω＊に基づき、電動機の磁束（φγ、φδ）を式（１３）により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力するので、
電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調検出を行うことができる。
As described above, according to the first embodiment,
The control means 8
Three-phase two-phase conversion means 11 for converting the phase current detected by the U-phase current detection means 7a and the V-phase current detection means 7b into an orthogonal two-axis coordinate system;
Based on the output of the three-phase to two-phase conversion means 11, a voltage command value calculation means 12 that outputs a command value (Vγ *, Vδ *) of a voltage applied to the motor;
A step-out detection signal calculating means 16 for detecting step-out of the electric motor,
The step-out detection signal calculation means 16
Based on the output of the three-phase / two-phase conversion means 11, the output of the voltage command value calculation means 12, and the rotation speed command value ω * of the motor, the magnetic flux (φγ, φδ) of the motor is obtained by Expression (13),
When the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
Based on the operation theory of the electric motor, step-out detection can be performed with high accuracy.
また、脱調検出信号演算手段１６は、
電動機の磁束のうち、直交２軸座標系の一方の軸に相当する磁束を演算により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力するので、
脱調検出信号演算手段１６の演算負荷を軽減することができ、駆動装置２の小型化や製造コスト削減に資する。
Also, the step-out detection signal calculation means 16 is
Among the magnetic fluxes of the electric motor, the magnetic flux corresponding to one axis of the orthogonal two-axis coordinate system is obtained by calculation,
When the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
The calculation load on the step-out detection signal calculation means 16 can be reduced, which contributes to downsizing of the
また、制御手段８は、
電動機の運転開始から所定時間経過後に脱調検出を開始するので、
電動機の磁束（φγ、φδ）の演算において微分項を省略することができ、計算を簡略化することができる。
The control means 8
Since step-out detection starts after a predetermined time has elapsed since the start of operation of the motor,
In the calculation of the magnetic flux (φγ, φδ) of the electric motor, the differential term can be omitted, and the calculation can be simplified.
実施の形態２．
実施の形態１においては、ブラシレス直流モータ６の磁束を演算により求め、これが所定の閾値を下回った際に脱調と判断する構成を説明した。
本発明の実施の形態２では、ブラシレス直流モータ６の回転速度を演算により求め、これが所定の閾値を下回った際に脱調と判断する構成を説明する。
なお、本実施の形態２に係る電動機の駆動装置の構成は、脱調検出信号演算手段１６を除いて実施の形態１と同様であるため、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
In
In the second embodiment of the present invention, a configuration will be described in which the rotational speed of the
The configuration of the electric motor drive device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the step-out detection signal calculation means 16, and therefore the same reference numerals as those in the first embodiment are used for description. Omitted.
図５は、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こした際の回転速度変動を示す図である。
ブラシレス直流モータ６が脱調を起こした場合は、同期運転から外れるため、図５に示すようにロータの回転速度がゼロに近づくことは容易に想定できる。
そのため、回転速度がゼロに近づいたことを検出することにより、脱調検出が可能である。
しかし、本発明においては、ロータ位置をセンサ等により検出することなくブラシレス直流モータ６を駆動するため、実際のロータ回転速度を直接検出することはできない。
そこで、本実施の形態２に係る電動機の駆動装置においては、脱調検出信号演算手段１６は、回転速度を演算により求め、演算値がゼロに近づいた際に、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたものと判断し、脱調検出信号を出力する。
FIG. 5 is a diagram showing the rotational speed fluctuation when the
When the
Therefore, step-out detection can be performed by detecting that the rotation speed has approached zero.
However, in the present invention, since the
Therefore, in the motor drive device according to the second embodiment, the step-out detection signal calculation means 16 calculates the rotation speed by calculation, and the
次に、本実施の形態２において、脱調検出信号演算手段１６が回転速度値を演算により求める際の理論的根拠について説明する。
実施の形態１で説明した、同期電動機の電圧電流方程式を表す式（１１）において、右辺第２項は同期電動機の誘起電圧を表す項であり、ブラシレス直流モータ６の実際の回転に伴って発生するものである。したがって、同項のωは、ブラシレス直流モータ６の実際の回転速度を表しているものと考えることができる。このωの値を演算により求め、ブラシレス直流モータ６の回転速度を推定することができる。これをωｅｓｔとする。
右辺第１項のωを回転速度指令値であるものと考え、γδ軸電圧はそれぞれの指令値を用いることとし、さらに同期電動機が一定速度で運転している定常状態を想定して微分項を無視すると、式（１１）は次式（１４）のように表される。
In the equation (11) representing the voltage-current equation of the synchronous motor described in the first embodiment, the second term on the right side is a term representing the induced voltage of the synchronous motor, and is generated along with the actual rotation of the
Ω in the first term on the right side is considered to be the rotational speed command value, and each command value is used for the γδ axis voltage. Further, assuming the steady state where the synchronous motor is operating at a constant speed, the differential term is If ignored, equation (11) is expressed as the following equation (14).
上記式（１４）より、次式（１５）が得られる。
ここで、φγとφδは、誘起電圧定数φｆと次式（１６）の関係にある。
脱調検出信号演算手段１６は、上記式（１７）を用いて、ωｅｓｔを演算により求めることができる。演算値がゼロに近づいた際に、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたものと判断し、脱調検出信号を出力する。
The step-out detection signal calculation means 16 can obtain ωest by calculation using the above equation (17). When the calculated value approaches zero, it is determined that the
図６は、本実施の形態２における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。
脱調検出信号演算手段１６は、回転速度演算部２０を有する。
脱調検出信号演算手段１６は、γδ座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、及びブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊を基に、ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔを求める。
ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔは、回転速度演算部２０により算出される。回転速度演算部２０は、上記式（１７）を用いてωｅｓｔを求める。
FIG. 6 shows the configuration of the step-out detection signal calculation means 16 in the second embodiment.
The step-out detection signal calculation means 16 has a rotation
The step-out detection signal calculation means 16 outputs the output voltage command values (Vγ *, Vδ *) of the γδ coordinate system, the outputs (Iγ, Iδ) of the three-phase / two-phase conversion means 11, and the rotation speed command value of the
The rotational speed calculation value ωest of the
脱調の判断基準としては、ωｅｓｔがゼロに近づく以外に、ωｅｓｔが回転数指令ω＊に対して大きく変化した場合や、定常運転時にωｅｓｔが大きく変化した場合に、脱調の検出が可能である。
その際、ωｅｓｔがω＊の半分の値になった場合など、任意に閾値を設定することにより脱調と判断できる。
また、正常運転時にはω＊とωｅｓｔの値が一致しており、脱調時には不一致となることを利用して、脱調を検出することも可能である。
The criteria for step-out can be detected when ωest changes significantly with respect to the rotational speed command ω *, or when ωest changes greatly during steady operation, in addition to ωest approaching zero. is there.
At that time, when ωest becomes half the value of ω *, it is possible to determine step-out by arbitrarily setting a threshold value.
Further, it is possible to detect a step-out by utilizing the fact that the values of ω * and ωest coincide during normal operation and do not coincide during step-out.
さらに、演算した回転速度ωｅｓｔをローパスフィルタでフィルタリングし、高周波成分を取り除くことにより、ノイズによる影響を受けることなく脱調検出が可能となる。よってノイズによる誤検知を起こす恐れが低減する。
また、ブラシレス直流モータ６が定常状態に入ったものと判断するに際し、フィルタリング後の回転速度ωｅｓｔを基準とし、これが安定した後に、モータが定常状態に入ったものと判断することもできる。
Further, by filtering the calculated rotational speed ωest with a low-pass filter and removing a high-frequency component, step-out detection can be performed without being affected by noise. Therefore, the possibility of erroneous detection due to noise is reduced.
Further, when it is determined that the
また、上記式（１７）においては、電流の検出値をγδ軸座標に変換した値（Ｉγ、Ｉδ）を用いたが、これに代えて電流の指令値を用いてもよい。さらには、γδ座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）に代えて、実際の電圧をセンサ等により検出して用いてもよい。 In the above equation (17), values (Iγ, Iδ) obtained by converting the detected current values into γδ-axis coordinates are used, but current command values may be used instead. Furthermore, instead of the output voltage command value (Vγ *, Vδ *) in the γδ coordinate system, an actual voltage may be detected by a sensor or the like.
本実施の形態２においては、定常状態で微分項を無視できることを利用して演算式を簡略化したが、運転が定常状態に入ったものと判断する基準として、ブラシレス直流モータ６の脱調検出に用いる演算値（ここでは回転速度の演算値ωｅｓｔ）が安定した後に、モータが定常状態に入ったものとみなし、脱調検出を開始することが考えられる。
In the second embodiment, the calculation formula is simplified by using the fact that the differential term can be ignored in the steady state, but the step-out detection of the
以上のように、本実施の形態２によれば、
制御手段８は、
Ｕ相電流検出手段７ａ、及びＶ相電流検出手段７ｂが検出した相電流を直交２軸座標系に変換する３相２相変換手段１１と、
３相２相変換手段１１の出力に基づき、電動機に印加する電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を出力する電圧指令値演算手段１２と、
電動機の脱調を検出する脱調検出信号演算手段１６とを有し、
脱調検出信号演算手段１６は、
３相２相変換手段１１の出力、電圧指令値演算手段１２の出力、及び電動機の回転数指令値ω＊に基づき、電動機の回転速度を式（１７）により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力するので、
電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調検出を行うことができる。
As described above, according to the second embodiment,
The control means 8
Three-phase two-phase conversion means 11 for converting the phase current detected by the U-phase current detection means 7a and the V-phase current detection means 7b into an orthogonal two-axis coordinate system;
Based on the output of the three-phase to two-phase conversion means 11, a voltage command value calculation means 12 that outputs a command value (Vγ *, Vδ *) of a voltage applied to the motor;
A step-out detection signal calculating means 16 for detecting step-out of the electric motor,
The step-out detection signal calculation means 16
Based on the output of the three-phase to two-phase conversion means 11, the output of the voltage command value calculation means 12, and the rotation speed command value ω * of the motor, the rotation speed of the motor is obtained by equation (17),
When the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
Based on the operation theory of the electric motor, step-out detection can be performed with high accuracy.
また、制御手段８は、
電動機の回転速度の演算値をフィルタリングして、高周波成分を取り除くローパスフィルタを有するので、
ノイズによる影響を受けることなく脱調検出が可能となる。よってノイズによる誤検知を起こす恐れが低減する。
The control means 8
Since it has a low-pass filter that filters the calculated value of the rotation speed of the motor and removes high frequency components,
Step-out detection is possible without being affected by noise. Therefore, the possibility of erroneous detection due to noise is reduced.
また、制御手段８は、
ローパスフィルタの出力が安定した後に脱調検出を開始するので、
回転速度の演算値ωｅｓｔの演算において微分項を省略することができ、計算を簡略化することができる。
The control means 8
Since step-out detection starts after the output of the low-pass filter has stabilized,
In the calculation of the rotation speed calculation value ωest, the differential term can be omitted, and the calculation can be simplified.
また、制御手段８は、
電動機の脱調検出に用いる演算値ωｅｓｔが安定した後に脱調検出を開始するので、
回転速度の演算値ωｅｓｔの演算において微分項を省略することができ、計算を簡略化することができる。
The control means 8
Since step-out detection is started after the calculated value ωest used for step-out detection of the motor is stabilized,
In the calculation of the rotation speed calculation value ωest, the differential term can be omitted, and the calculation can be simplified.
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る電動機の駆動装置の構成を示す図である。
本実施の形態３においては、脱調検出信号演算手段１６への入力信号、及び脱調検出に用いる演算式が、実施の形態２と異なっている。
その他の構成は実施の形態２と同様であるため、実施の形態２と同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the drive device for the electric motor according to
In the third embodiment, the input signal to the step-out detection signal calculating means 16 and the arithmetic expression used for step-out detection are different from those in the second embodiment.
Since the other configuration is the same as that of the second embodiment, the same reference numerals as those of the second embodiment are given and description thereof is omitted.
ここで、本実施の形態３において、脱調検出信号演算手段１６がブラシレス直流モータ６の回転速度を演算により求める際の理論的根拠について説明する。
Here, in the third embodiment, a theoretical basis when the out-of-step detection signal calculation means 16 obtains the rotation speed of the
実施の形態２においては、式（１７）により回転速度の演算値ωｅｓｔを求めているが、２乗演算や平方根演算があるため演算が複雑となり、脱調検出信号演算手段１６をマイコンなどにより実装した場合、演算負荷が増加する。したがって、より演算速度の速い大型のマイコンなどを用いる必要があり、装置の小型化等の観点から好ましくない。
そこで、本実施の形態３においては、制御方法に条件を加え、演算を簡略化することを考える。
In the second embodiment, the calculation value ωest of the rotational speed is obtained from the equation (17). However, the calculation is complicated due to the square calculation and the square root calculation, and the step-out detection signal calculation means 16 is implemented by a microcomputer or the like. In this case, the calculation load increases. Therefore, it is necessary to use a large microcomputer having a higher calculation speed, which is not preferable from the viewpoint of downsizing the apparatus.
Therefore, in the third embodiment, it is considered to add a condition to the control method and simplify the calculation.
先に述べた式（１５）を、回転速度の演算値ωｅｓｔについて解くと、次の式（１８）（１９）が得られる。
φγとφδを、誘起電圧定数φｆ及び軸誤差Δθを用いて表すと、式（１８）（１９）は次の式（２０）（２１）で表される。
ただし、軸誤差Δθが極めて小さい場合には、次の式（２２）にて回転速度の演算値ωｅｓｔを求めることができる。
脱調検出信号演算手段１６は、上記式（２２）を用いて、ωｅｓｔを演算により求めることができる。演算値がゼロに近づいた際に、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたものと判断し、脱調検出信号を出力する。
The step-out detection signal calculation means 16 can obtain ωest by calculation using the above equation (22). When the calculated value approaches zero, it is determined that the
図８は、本実施の形態３における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。
脱調検出信号演算手段１６は、回転速度簡易演算部２１を有する。
脱調検出信号演算手段１６は、δ軸の出力電圧指令値Ｖδ＊、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、及びブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊を基に、ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔを求める。
ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔは、回転速度簡易演算部２１により算出される。回転速度簡易演算部２１は、上記式（２２）を用いてωｅｓｔを求める。
脱調の判断基準は、実施の形態２と同様である。
FIG. 8 shows the configuration of the step-out detection signal calculation means 16 in the third embodiment.
The step-out detection signal calculation means 16 has a rotation speed simple calculation unit 21.
The step-out detection signal calculation means 16 is based on the output voltage command value Vδ * of the δ axis, the output (Iγ, Iδ) of the three-phase two-phase conversion means 11, and the rotational speed command value ω * of the
The calculation value ωest of the rotation speed of the
The criteria for determining step-out are the same as in the second embodiment.
図８の構成によれば、乗算回数が少なくなり、また平方根演算処理がなくなるため、マイコン等の演算処理を軽減することができる。また、制御回路により制御を行う場合は、部品点数を削減することが可能となる。 According to the configuration of FIG. 8, the number of multiplications is reduced and the square root calculation process is eliminated, so that the calculation process of the microcomputer or the like can be reduced. In addition, when control is performed by the control circuit, the number of parts can be reduced.
以上のように、本実施の形態３によれば、
脱調検出信号演算手段１６は、
式（２２）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めるので、
計算を簡略化し、演算負荷を低減することができる。これにより、駆動装置２の小型化や製造コスト削減に資する。
As described above, according to the third embodiment,
The step-out detection signal calculation means 16
Since the rotational speed of the electric motor is obtained by calculation using Equation (22),
The calculation can be simplified and the calculation load can be reduced. This contributes to downsizing of the
実施の形態４．
実施の形態３においては、軸誤差Δθが極めて小さい場合に、回転速度の演算値を簡易的に求める方法について説明したが、本発明の実施の形態４では、軸誤差Δθの影響が無視できない場合の回転速度の演算方法について考える。
In the third embodiment, the method for easily obtaining the calculated value of the rotational speed when the axial error Δθ is extremely small has been described. However, in the fourth embodiment of the present invention, the influence of the axial error Δθ cannot be ignored. Let us consider the method of calculating the rotation speed.
図９は、本発明の実施の形態４に係る電動機の駆動装置の構成を示す図である。
本実施の形態４においては、新たに軸誤差推定手段２２を設けた点、脱調検出信号演算手段１６の入力信号、及び脱調検出信号演算手段１６が脱調検出に用いる演算式が、実施の形態３と異なっている。
軸誤差推定手段２２は、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）、及び回転速度指令値ω＊に基づき、ｄｑ軸（モータ軸）とγδ軸（制御軸）の軸誤差Δθを求め、脱調検出信号演算手段１６に出力する。
その他の構成は実施の形態３と同様であるため、実施の形態３と同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the drive device for the electric motor according to
In the fourth embodiment, the point that the axis
The axis error estimating means 22 is based on the output (Iγ, Iδ), the output voltage command value (Vγ *, Vδ *), and the rotation speed command value ω * of the three-phase / two-phase conversion means 11 and dq axis (motor axis). And the axis error Δθ of the γδ axis (control axis) is obtained and output to the step-out detection signal calculation means 16.
Since the other configuration is the same as that of the third embodiment, the same reference numerals as those of the third embodiment are given and description thereof is omitted.
まず、本実施の形態４において、脱調検出信号演算手段１６がブラシレス直流モータ６の回転速度を演算により求める際の理論的根拠を説明する。
実施の形態３においては、軸誤差Δθが極めて小さい場合の回転速度の演算の簡略化方法について述べたが、ｄｑ軸とγδ軸の軸誤差Δθが無視できない場合、式（２０）及び式（２１）を用いて回転速度を演算する必要がある。
なお、軸誤差を推定する演算式は、例えば非特許文献１で開示されているようなものを用いることができるが、演算式が複雑であるため演算負荷が増大してしまう。
First, in the fourth embodiment, a theoretical basis when the out-of-step detection signal calculation means 16 obtains the rotation speed of the
In the third embodiment, a method for simplifying the calculation of the rotational speed when the axis error Δθ is extremely small has been described. However, when the axis error Δθ between the dq axis and the γδ axis cannot be ignored, the equations (20) and (21 ) To calculate the rotational speed.
Note that, as an arithmetic expression for estimating the axis error, for example, an expression disclosed in
そこで、簡易的に回転速度を演算する方法について説明する。
δ軸磁束を０にし、かつγ軸磁束が誘起電圧定数と等しくなるように、インバータ主回路５が電動機に印加する電圧を制御する駆動装置において、γ軸磁束φγとδ軸磁束φδは次式（２３）で表される。
In the drive device that controls the voltage applied to the motor by the inverter
上記式（２３）から軸誤差Δθを求めると、次式（２４）（２５）が得られる。
式（２４）及び式（２５）において、変化する値はＩγ及びＩδのみである。そこで、ΔθとＩγもしくはＩδの関係を予めメモリ等の記憶手段に記憶させておき、検出したＩγ及びＩδの値からΔθを取得することにより、マイコン等の演算負荷を増大させずにΔθを求めることが可能である。 In the equations (24) and (25), the only values that change are Iγ and Iδ. Therefore, the relationship between Δθ and Iγ or Iδ is stored in a storage unit such as a memory in advance, and Δθ is obtained from the detected values of Iγ and Iδ, thereby obtaining Δθ without increasing the calculation load of the microcomputer or the like. It is possible.
つまり、軸誤差Δθの影響が無視できない場合、式（２０）及び式（２１）に式（２４）及び式（２５）により求めた軸誤差Δθを適用することで回転速度を求めることが可能となる。 That is, when the influence of the axial error Δθ cannot be ignored, the rotational speed can be obtained by applying the axial error Δθ obtained by the equations (24) and (25) to the equations (20) and (21). Become.
軸誤差推定手段２２は、上記式（２４）（２５）を用い、もしくはあらかじめ記憶手段に格納しておいた上記対応関係を参照して、軸誤差Δθを求める。
脱調検出信号演算手段１６は、上記式（２０）（２１）を用いて、ωｅｓｔを演算により求めることができる。演算値がゼロに近づいた際に、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたものと判断し、脱調検出信号を出力する。
The axis error estimation means 22 obtains the axis error Δθ by using the above equations (24) and (25) or by referring to the correspondence relationship previously stored in the storage means.
The step-out detection signal calculation means 16 can obtain ωest by calculation using the above equations (20) and (21). When the calculated value approaches zero, it is determined that the
図１０は、本実施の形態４における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。
脱調検出信号演算手段１６は、軸誤差補正回転速度演算部２３を有する。
脱調検出信号演算手段１６は、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、ブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊、及び軸誤差推定手段２２の出力Δθを基に、ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔを求める。
ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔは、軸誤差補正回転速度演算部２３により算出される。軸誤差補正回転速度演算部２３は、上記式（２０）や（２１）を用いてωｅｓｔを求める。
脱調の判断基準は、実施の形態２と同様である。
FIG. 10 shows the configuration of the step-out detection signal calculation means 16 in the fourth embodiment.
The step-out detection signal calculation means 16 has an axis error correction rotation
The step-out detection signal calculation means 16 includes an output voltage command value (Vγ *, Vδ *), an output (Iγ, Iδ) of the three-phase / two-phase conversion means 11, a rotation speed command value ω * of the
The calculation value ωest of the rotation speed of the
The criteria for determining step-out are the same as in the second embodiment.
なお、本実施の形態４において軸誤差を推定する演算式は、式（２４）（２５）や、非特許文献１に開示されているものに限られるものではなく、本実施の形態４の趣旨に反しない範囲で、任意の軸誤差推定手法を用いることができる。
Note that the arithmetic expression for estimating the axis error in the fourth embodiment is not limited to the expressions (24) and (25) or those disclosed in
また、上記説明において、軸誤差ΔθとＩγもしくはＩδの関係を記憶手段に記憶させておくことを説明したが、これ以外にも、例えば以下の（１）（２）のような対応関係を記憶させておいてもよい。 In the above description, it has been described that the relationship between the axis error Δθ and Iγ or Iδ is stored in the storage means. However, other than this, for example, the following correspondence relationships (1) and (2) are stored. You may leave it.
（１）軸誤差Δθと、モータ６の回転速度の指令値ω＊もしくは推定値ωｅｓｔとの対応関係を、記憶手段に格納しておく。これにより、演算を行うことなくωｅｓｔを求められるので、マイコン等の演算負荷を増大させずに回転速度を推定することが可能である。
(1) The correspondence between the axis error Δθ and the command value ω * or estimated value ωest of the rotational speed of the
（２）軸誤差Δθと、モータ６の負荷トルクとの対応関係を、記憶手段に格納しておく。モータ６の負荷トルクを検出等し、記憶手段に格納された対応関係を参照することで、軸誤差Δθを得ることができる。
(2) The correspondence relationship between the axis error Δθ and the load torque of the
以上のように、本実施の形態４によれば、
制御手段８は、
ｄｑ軸（モータ軸）とγδ軸（制御軸）の間の軸誤差を求める軸誤差推定手段２２を有し、
脱調検出信号演算手段１６は、
軸誤差推定手段２２の出力に基づき、電動機の回転速度の演算値を補正するので、
ｄｑ軸（モータ軸）とγδ軸（制御軸）の間の誤差の影響が無視できない場合においても、電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調検出を行うことができる。
As described above, according to the fourth embodiment,
The control means 8
an axis error estimating means 22 for determining an axis error between the dq axis (motor axis) and the γδ axis (control axis);
The step-out detection signal calculation means 16
Based on the output of the shaft error estimating means 22, the calculated value of the rotation speed of the motor is corrected.
Even when the influence of the error between the dq axis (motor axis) and the γδ axis (control axis) cannot be ignored, the step-out detection can be performed with high accuracy based on the operation theory of the motor.
また、制御手段８は、
ｑ軸磁束を０にし、かつｄ軸磁束が誘起電圧定数φｆと等しくなるように、インバータ主回路５が電動機に印加する電圧を制御し、
脱調検出信号演算手段１６は、
式（２０）や（２１）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めるので、
ｄｑ軸（モータ軸）とγδ軸（制御軸）の間の誤差の影響が無視できない場合においても、電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調検出を行うことができる。
The control means 8
The inverter
The step-out detection signal calculation means 16
Since the rotational speed of the electric motor is obtained by calculation using the equations (20) and (21),
Even when the influence of the error between the dq axis (motor axis) and the γδ axis (control axis) cannot be ignored, the step-out detection can be performed with high accuracy based on the operation theory of the motor.
実施の形態５．
実施の形態３、４では、ブラシレス直流モータ６の回転速度指の演算値ωｅｓｔを求め、所定の閾値を下回った際などに脱調と判断することとした。
本発明の実施の形態５では、脱調判断に際し、ブラシレス直流モータ６の相抵抗Ｒａの影響を除去できる構成を説明する。
なお、本実施の形態５に係る電動機の駆動装置の構成は、脱調検出信号演算手段１６を除いて実施の形態３と同様であるため、実施の形態３と同じ符号を付して説明を省略する。
In the third and fourth embodiments, the calculated value ωest of the rotation speed finger of the
In the fifth embodiment of the present invention, a configuration will be described in which the influence of the phase resistance Ra of the
The configuration of the electric motor drive device according to the fifth embodiment is the same as that of the third embodiment except for the step-out detection signal calculation means 16, and therefore, the same reference numerals as those of the third embodiment are used for description. Omitted.
脱調判断を行う演算式において、相抵抗Ｒａが演算式に含まれていると、このＲａは温度などにより大きく変化する場合があるため、演算精度が低下する。
そこで、演算式から相抵抗Ｒａを除去し、温度変化などによる演算精度への影響をなくすことを考える。
If the phase resistance Ra is included in the arithmetic expression for performing the out-of-step determination, since this Ra may vary greatly depending on the temperature or the like, the arithmetic accuracy decreases.
Therefore, it is considered that the phase resistance Ra is removed from the arithmetic expression to eliminate the influence on the calculation accuracy due to a temperature change or the like.
ここではまず、本実施の形態５において、脱調検出信号演算手段１６が回転速度値を演算により求める際の理論的根拠について説明する。
上記式（２０）の両辺にＩγφｆｃｏｓΔθ、式（２１）の両辺にＩδφｆｓｉｎΔθを乗算し、両辺を相互に合算して、相抵抗Ｒａが含まれる項を消去することができる。相抵抗Ｒａを消去した式は、次式（２６）で表される。
By multiplying both sides of the equation (20) by IγφfcosΔθ and both sides of the equation (21) by IδφfsinΔθ, the both sides are added together to eliminate the term including the phase resistance Ra. A formula in which the phase resistance Ra is eliminated is expressed by the following formula (26).
さらに、軸誤差Δθが極めて小さい状態においては、次式（２７）に示すように簡単に回転速度を求めることが可能である。
脱調検出信号演算手段１６は、上記式（２６）または（２７）を用いて、ωｅｓｔを演算により求めることができる。演算値がゼロに近づいた際に、ブラシレス直流モータ６が脱調を起こしたものと判断し、脱調検出信号を出力する。
The step-out detection signal calculation means 16 can obtain ωest by calculation using the above formula (26) or (27). When the calculated value approaches zero, it is determined that the
図１１は、本実施の形態５における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。ここでは式（２７）を用いる例を示すが、式（２６）でもよい。
脱調検出信号演算手段１６は、相抵抗補償回転速度演算部２５を有する。
脱調検出信号演算手段１６は、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、及びブラシレス直流モータ６の回転速度指令値ω＊を基に、ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔを求める。
ブラシレス直流モータ６の回転速度の演算値ωｅｓｔは、相抵抗補償回転速度演算部２５により算出される。相抵抗補償回転速度演算部２５は、上記式（２６）または（２７）を用いてωｅｓｔを求める。
脱調の判断基準は、実施の形態２と同様である。
FIG. 11 shows the configuration of the step-out detection signal calculation means 16 in the fifth embodiment. Here, an example using Expression (27) is shown, but Expression (26) may be used.
The step-out detection
The step-out detection signal calculation means 16 is based on the output voltage command values (Vγ *, Vδ *), the outputs (Iγ, Iδ) of the three-phase / two-phase conversion means 11, and the rotational speed command value ω * of the
The calculated value ωest of the rotational speed of the
The criteria for determining step-out are the same as in the second embodiment.
以上のように、本実施の形態５によれば、
脱調検出信号演算手段１６は、
式（２６）又は（２７）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めるので、
脱調判断に際し、ブラシレス直流モータ６の相抵抗Ｒａの影響を除去できるので、温度変化などにより演算精度が左右されず、脱調判断の精度が増す。
As described above, according to the fifth embodiment,
The step-out detection signal calculation means 16
Since the rotational speed of the electric motor is obtained by calculation using Equation (26) or (27),
Since the influence of the phase resistance Ra of the
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、磁束や回転速度を演算により求め、所定の閾値と比較する等により脱調を検出する構成について説明した。
本発明の実施の形態６では、過変調領域での出力電圧誤差を補正した上で脱調を検出する構成について説明する。
なお、本実施の形態６に係る電動機の駆動装置の構成は、脱調検出信号演算手段１６を除いて実施の形態１〜５と同様の構成を用いることができるため、これらの実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
In the first to fifth embodiments, the configuration in which the step-out is detected by obtaining the magnetic flux and the rotation speed by calculation and comparing it with a predetermined threshold has been described.
In the sixth embodiment of the present invention, a configuration for detecting step-out after correcting an output voltage error in an overmodulation region will be described.
In addition, since the structure of the drive device of the electric motor which concerns on this
ここでは、まず過変調領域について説明し、その後に本実施の形態６における具体的な構成について説明する。 Here, the overmodulation region will be described first, and then a specific configuration in the sixth embodiment will be described.
図１２は、過変調領域について説明するものである。
ブラシレス直流モータ６の運転中に、出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊により求めた出力電圧ベクトルＶｘ＊が、直流電圧検出手段１４により得られた直流電圧Ｖｄｃより高くなる場合がある。
この出力電圧ベクトルＶｘ＊と直流電圧Ｖｄｃとの比を変調率Ｖｋとし、Ｖｋが１以上となる運転状態、つまりＶｄｃに対してＶｘ＊が大きい状態を過変調領域と呼ぶ。
FIG. 12 explains the overmodulation region.
During operation of the
The ratio between the output voltage vector Vx * and the DC voltage Vdc is defined as a modulation factor Vk, and an operation state where Vk is 1 or more, that is, a state where Vx * is larger than Vdc is called an overmodulation region.
インバータ主回路５は、入力電圧である直流電圧Ｖｄｃ以上の電圧を出力することが困難である。変調率Ｖｋが所定値以下の運転領域では、出力電圧ベクトルＶｘ＊の値と同等の電圧が実際に出力されるが、過変調領域で運転をしている場合、実際に出力電圧される電圧が飽和してしまい、変調率Ｖｋを上げるように制御しても、所望の出力電圧が得られなくなる。
It is difficult for the inverter
このとき、出力電圧ベクトルＶｘ＊と実際に出力する電圧は一致しなくなる。即ち、回転速度を演算して脱調検出に利用する場合、回転速度演算値ωｅｓｔが実際の回転速度と一致しなくなる恐れがあり、脱調検出に支障を来たす。 At this time, the output voltage vector Vx * and the actually output voltage do not match. That is, when the rotation speed is calculated and used for step-out detection, the rotation speed calculation value ωest may not match the actual rotation speed, which hinders step-out detection.
そこで、図１２に示すような過変調領域を含めた変調率と実際に得られる電圧値との関係を、演算による算出、もしくは記憶手段にあらかじめ格納しておく等により事前に取得し、これを用いて演算式中の電圧値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を補正することにより、過変調領域においても、精度良い演算を行うことができる。 Therefore, the relationship between the modulation factor including the overmodulation region as shown in FIG. 12 and the actually obtained voltage value is acquired in advance by calculation or by storing it in the storage means in advance, and this is obtained. By using this and correcting the voltage values (Vγ *, Vδ *) in the arithmetic expression, accurate calculation can be performed even in the overmodulation region.
図１３は、本実施の形態６における脱調検出信号演算手段１６の構成例を示すものである。ここでは、実施の形態３と同様の構成において、上記のような過変調領域の補正を実施する場合の例を示している。
図１３の脱調検出信号演算手段１６は、過変調補償回転速度演算部２７、電圧ベクトル演算部２８、変調率演算部２９、記憶手段３０を有する。
過変調補償回転速度演算部２７は、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、回転速度指令値ω＊、及び記憶手段３０を参照することにより得られる実際の出力電圧値Ｖδｎｅｗ＊を入力として受け取り、式（２０）〜（２２）のいずれかを用いて回転速度演算値ωｅｓｔを求める。ただし、演算に際してはＶδ＊に代えて実際の出力電圧値Ｖδｎｅｗ＊を用いる。
電圧ベクトル演算部２８は、電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を入力として受け取り、その２乗和の平方根（Ｖｘ＊）を求め、変調率演算部２９に出力する。
変調率演算部２９は、電圧ベクトル演算部２８の出力Ｖｘ＊と、直流電圧検出手段１４の出力Ｖｄｃを入力として受けとり、変調率Ｖｋを求める。
記憶手段３０は、図１２に示すようなＶｋと実際の出力電圧との関係を格納している。
過変調補償回転速度演算部２７は、変調率Ｖｋを基にして記憶手段３０を参照し、実際の出力電圧値Ｖδｎｅｗ＊を得ることができる。
なお、脱調検出信号演算手段１６について図１３に示す構成を用いる場合、駆動装置２のその他の部分の構成は実施の形態３と同様のものを用いる。
FIG. 13 shows a configuration example of the step-out detection signal calculating means 16 in the sixth embodiment. Here, an example in which correction of the overmodulation region as described above is performed in the same configuration as in the third embodiment is shown.
13 includes an overmodulation compensation rotation
The overmodulation compensation rotation
The voltage
The
The storage means 30 stores the relationship between Vk and the actual output voltage as shown in FIG.
The overmodulation compensation rotational
When the configuration shown in FIG. 13 is used for the step-out detection signal calculation means 16, the configuration of the other parts of the
図１４は、本実施の形態６における脱調検出信号演算手段１６の別の構成例を示すものである。ここでは、実施の形態５と同様の構成において、上記のような過変調領域の補正を実施する場合の例を示している。
この場合は、過変調補償回転速度演算部２７は、回転速度演算値ωｅｓｔの演算に際して式（２０）を用いるが、（Ｖγ＊、Ｖδ＊）に代えて実際の出力電圧値（Ｖγｎｅｗ＊、Ｖδｎｅｗ＊）を用いる。
過変調補償回転速度演算部２７は、変調率Ｖｋを基にして記憶手段３０を参照し、実際の出力電圧値（Ｖγｎｅｗ＊、Ｖδｎｅｗ＊）を得ることができる。
なお、脱調検出信号演算手段１６について図１４に示す構成を用いる場合、駆動装置２のその他の部分の構成は実施の形態５と同様のものを用いる。
FIG. 14 shows another configuration example of the step-out detection signal calculation means 16 in the sixth embodiment. Here, an example in which correction of the overmodulation region as described above is performed in the same configuration as in the fifth embodiment is shown.
In this case, the overmodulation compensation rotational
The overmodulation compensation rotational
When the configuration shown in FIG. 14 is used for the step-out detection signal calculation means 16, the configuration of other parts of the
本実施の形態６においては、図１３と図１４で、それぞれ実施の形態３、５に対応した構成において過変調補正を行う例を示したが、他の実施の形態の構成においても、同様の過変調補正を行うことができる。 In the sixth embodiment, FIG. 13 and FIG. 14 show examples in which overmodulation correction is performed in the configurations corresponding to the third and fifth embodiments, respectively, but the same applies to the configurations of the other embodiments. Overmodulation correction can be performed.
以上のように、本実施の形態６によれば、
脱調検出信号演算手段１６は、
電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）のスカラー値（Ｖｘ＊）が、インバータ主回路５に印加する直流電圧Ｖｄｃよりも大きくなった際には、
スカラー値が直流電圧以下になるように電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を補正し、
当該補正後の電圧値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めるので、
過変調領域においても、電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調判断を行うことができる。
As described above, according to the sixth embodiment,
The step-out detection signal calculation means 16
When the scalar value (Vx *) of the voltage command values (Vγ *, Vδ *) becomes larger than the DC voltage Vdc applied to the inverter
Correct the voltage command value (Vγ *, Vδ *) so that the scalar value is less than the DC voltage,
Since the rotation speed of the electric motor is obtained by calculation using the corrected voltage value,
Even in the overmodulation region, the step-out determination can be made with high accuracy based on the operation theory of the electric motor.
また、Ｖｘ＊と直流電圧Ｖｄｃとの比率Ｖｋと、補正後の電圧値との対応関係を格納した記憶手段を設け、
脱調検出信号演算手段１６は、
記憶手段を参照して、補正後の電圧値を取得し、
当該取得した値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めるので、
過変調時の電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）の補正精度が向上し、これにより脱調判断の精度も増す。
In addition, there is provided storage means for storing the correspondence relationship between the ratio Vk between Vx * and the DC voltage Vdc and the corrected voltage value,
The step-out detection signal calculation means 16
Referring to the storage means, obtain the corrected voltage value,
Since the rotation speed of the motor is obtained by calculation using the acquired value,
Correction accuracy of the command values (Vγ *, Vδ *) of the voltage at the time of overmodulation is improved, thereby increasing the accuracy of the step-out determination.
実施の形態７．
図１５は、本発明の実施の形態７に係る電動機の駆動装置の構成を示す図である。
本実施の形態７においては、インバータ主回路５が有するスイッチング素子３のデッドタイムによる誤差を補正する構成について説明する。
なお、本実施の形態７においては、脱調検出信号演算手段１６の構成及び入力値以外は実施の形態１〜５と同様の構成を用いることができるため、これらの実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a drive device for an electric motor according to
In the seventh embodiment, a configuration for correcting an error due to a dead time of the
In the seventh embodiment, since the same configuration as in the first to fifth embodiments can be used except for the configuration of the step-out detection signal calculating means 16 and the input value, the same reference numerals as those in these embodiments are used. A description thereof will be omitted.
まず、スイッチング素子のデッドタイムについて説明する。
実際のインバータ主回路５においては、例えばＵ相上側スイッチング素子３ａとＵ相下側スイッチング素子３ｄが同時にオンしないように、デッドタイムＴｄが設けられている。このＴｄの間は、上下のスイッチング素子が両方ともＯＦＦとなる。
これは、現実のスイッチング素子のスイッチング・スピードが限られており、ＯＦＦにしても電流がただちに遮断できないために設けられた期間である。
デッドタイムがないと、上下のスイッチが同時にＯＮしてしまう期間が生じ、二つのスイッチは電源を短絡して過大電流が流れ、スイッチング素子が破損してしまう場合がある（上下アーム短絡）。
First, the dead time of the switching element will be described.
In the actual inverter
This is a period provided because the switching speed of an actual switching element is limited, and the current cannot be cut off immediately even when the switching element is turned off.
If there is no dead time, there will be a period in which the upper and lower switches are simultaneously turned on, and the two switches may short-circuit the power supply, an excessive current flows, and the switching element may be damaged (upper and lower arm short circuit).
図１６は、デッドタイム誤差の補正について説明するものである。
上記のように、実際のインバータ主回路５のスイッチング素子３にはデッドタイムが設けられ、その影響が無視できない場合がある。この場合、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）に対して、実際に出力される電圧が低くなってしまう。
これを補正するため、図１６に示すように、出力電圧に補正をかけるＴｄ補正が行われる場合がある。
Ｔｄ補正は、モータに流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの極性に応じて、デッドタイムＴｄ、キャリア周波数ｆｃ、直流電圧Ｖｄｃをかけ合わせた値を、電圧の補正値として出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）に加算することで行われる。これにより、デッドタイムの影響による電圧の誤差を低減することが可能である。
FIG. 16 explains the correction of the dead time error.
As described above, the dead time is provided in the
In order to correct this, Td correction for correcting the output voltage may be performed as shown in FIG.
In the Td correction, a value obtained by multiplying the dead time Td, the carrier frequency fc, and the DC voltage Vdc according to the polarities of the currents Iu, Iv, and Iw flowing through the motor is used as a voltage correction value to output voltage command value (Vγ *, Vδ *) is added. Thereby, it is possible to reduce the voltage error due to the influence of the dead time.
しかし、図１６に示すように、Ｔｄ補正は矩形波状の電圧で補正を行うため、高調波成分の騒音へ与える影響が懸念され、特に規制適合等のため低騒音が望まれるような製品においては、従来のＴｄ補正を使用することが困難である。
Ｔｄ補正が使用できない場合、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）と実際に出力される電圧に誤差が生じる。そのため、脱調検出信号演算手段１６の演算において、電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を脱調検出のための演算に用いた場合、演算値も大きく誤差が生じることになり、精度の良い脱調検出ができなくなる。
そこで、Ｔｄ補正を行う代わりに、脱調検出信号演算手段１６が脱調検出演算を行う際に、Ｔｄ補正と等価な補正を行った上で脱調検出演算を行うことを考える。
However, as shown in FIG. 16, since the Td correction is performed with a rectangular wave voltage, there is a concern about the influence of harmonic components on noise, especially in products where low noise is desired for regulatory compliance. It is difficult to use conventional Td correction.
When Td correction cannot be used, an error occurs between the output voltage command value (Vγ *, Vδ *) and the actually output voltage. For this reason, when the voltage command values (Vγ *, Vδ *) are used for the calculation for step-out detection in the calculation of the step-out detection signal calculation means 16, the calculation value also causes a large error, and the accuracy is high. Step-out detection cannot be performed.
Therefore, instead of performing Td correction, it is considered that when the step-out detection signal calculating means 16 performs step-out detection calculation, the step-out detection calculation is performed after performing correction equivalent to Td correction.
次に、Ｔｄ補正を行わず、脱調検出信号演算手段１６の演算の際に、Ｔｄ補正と等価な補正を行うための理論的根拠を説明する。
Ｔｄ補正を行わずに演算値の精度を向上させるためには、実際に出力される電圧を推定して演算する必要がある。
デッドタイムによるγδ軸上の電圧誤差をΔＶγ、ΔＶδとし、実際のγδ軸電圧をＶγ＿ｒｅａｌ、Ｖδ＿ｒｅａｌとすると、出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）との関係は次式（２８）で表すことができる。
In order to improve the accuracy of the calculated value without performing Td correction, it is necessary to estimate and calculate the actually output voltage.
If the voltage error on the γδ axis due to dead time is ΔVγ and ΔVδ, and the actual γδ axis voltage is Vγ_real and Vδ_real, the relationship with the output voltage command values (Vγ *, Vδ *) is expressed by the following equation (28). Can do.
ここで、ΔＶγとΔＶδは、図１６に示したＴｄ補正量を、さらにγδ軸上の値に変換した値と一致する。したがって、ΔＶγとΔＶδは、以下の手順で求めることができる。 Here, ΔVγ and ΔVδ coincide with values obtained by further converting the Td correction amount shown in FIG. 16 into values on the γδ axis. Therefore, ΔVγ and ΔVδ can be obtained by the following procedure.
まず、図１６に示す、ＵＶＷ相におけるＴｄ補正量ΔＶｕ〜ΔＶｗは、次式（２９）で表される。
次に、上記式（２９）を直交座標系αβ座標に変換すると、次式（３０）が得られる。
上記式（３０）を回転座標系γδ座標に変換すると、次式（３１）が得られる。
上記式（３１）を用いてγδ軸上のデッドタイム誤差を補正することにより、デッドタイム誤差の影響が無視できない場合においても、精度良く脱調検出を行うことができる。 By correcting the dead time error on the γδ axis using the above equation (31), even if the influence of the dead time error cannot be ignored, the step-out detection can be performed with high accuracy.
図１７は、本実施の形態７における脱調検出信号演算手段１６の構成例を示すものである。ここでは、実施の形態３と同様の構成において、上記のようなＴｄ補正と等価な補正を実施する場合の例を示している。また、式（２２）のｄｑ軸上の値を用いているが、式（２０）や式（２１）でも同様に考えることが可能なことは言うまでもない。
図１７の脱調検出信号演算手段１６は、Ｔｄ補償回転速度演算部３４、デッドタイム誤差演算部３２ａ〜３２ｃ、座標軸変換部３３を有する。
Ｔｄ補償回転速度演算部３４は、電圧指令値Ｖδ＊、３相２相変換手段１１の出力（Ｉγ、Ｉδ）、回転速度指令値ω＊、及び座標軸変換手段の出力ΔＶδを入力として受け取り、式（２０）〜（２２）のいずれかを用いて回転速度演算値ωｅｓｔを求める。
演算に際しては、Ｖδ＊に代えて（Ｖδ＊−ΔＶδ）を用いる。
デッドタイム誤差演算部３２ａ〜３２ｃは、ＵＶＷ相の各相電流Ｉｕ〜Ｉｗ、直流電圧検出手段１４の出力Ｖｄｃ、デッドタイムＴｄ、及びキャリア周波数ｆｃを入力として受け取り、式（２９）を用いてＵＶＷ相の電圧誤差ΔＶｕ〜ΔＶｗを求め、座標軸変換部３３に出力する。
座標軸変換部３３は、式（３１）を用いてΔＶδを求め、Ｔｄ補償回転速度演算部３４に出力する。
なお、脱調検出信号演算手段１６について図１７に示す構成を用いる場合、駆動装置２のその他の部分の構成は実施の形態３と同様のものを用いる。
FIG. 17 shows a configuration example of the step-out detection signal calculation means 16 in the seventh embodiment. Here, an example in which correction equivalent to the above Td correction is performed in the same configuration as in the third embodiment is shown. Moreover, although the value on the dq axis of the equation (22) is used, it goes without saying that the equation (20) and the equation (21) can be considered similarly.
The step-out detection signal calculation means 16 in FIG. 17 includes a Td compensation rotation
The Td-compensated rotation
In the calculation, (Vδ * −ΔVδ) is used instead of Vδ *.
The dead time error calculation units 32a to 32c receive the UVW phase currents Iu to Iw, the output Vdc of the DC voltage detection means 14, the dead time Td, and the carrier frequency fc as inputs, and UVW using equation (29). The phase voltage errors ΔVu to ΔVw are obtained and output to the coordinate
The coordinate
When the configuration shown in FIG. 17 is used for the step-out detection signal calculation means 16, the configuration of other parts of the
本実施の形態７では、実施の形態３と同様の構成においてデッドタイム誤差を補正する構成を説明したが、他の実施の形態においても、同様にデッドタイム誤差の補正を適用することができる。 In the seventh embodiment, the configuration for correcting the dead time error in the same configuration as that of the third embodiment has been described. However, the correction of the dead time error can be similarly applied to the other embodiments.
以上のように、本実施の形態７によれば、
脱調検出信号演算手段１６は、
式（３１）を用いて、電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）のデッドタイム誤差を補正し、補正後の値により電動機の回転速度を演算により求めるので、
スイッチング素子のデッドタイム誤差の影響が無視できない状況下においても、電動機の動作理論に基づいて、精度良く脱調判断を行うことができる。
As described above, according to the seventh embodiment,
The step-out detection signal calculation means 16
Using equation (31), the dead time error of the voltage command values (Vγ *, Vδ *) is corrected, and the rotation speed of the motor is obtained by calculation using the corrected value.
Even under the circumstances where the influence of the dead time error of the switching element cannot be ignored, the step-out determination can be made with high accuracy based on the operation theory of the electric motor.
実施の形態８．
実施の形態７では、スイッチング素子のデッドタイムに起因する出力電圧誤差を補正する構成について説明した。
本実施の形態８では、実施の形態７のようなＴｄ補正の有無に応じて、脱調検出信号演算手段１６の補正の有無を切り替える構成について説明する。
なお、本実施の形態８においては、脱調検出信号演算手段１６の構成以外は実施の形態７と同様の構成を用いることができるため、実施の形態７と同じ符号を付して説明を省略する。
In the seventh embodiment, the configuration for correcting the output voltage error due to the dead time of the switching element has been described.
In the eighth embodiment, a configuration will be described in which the presence / absence of correction of the step-out detection signal calculation means 16 is switched in accordance with the presence / absence of Td correction as in the seventh embodiment.
In the eighth embodiment, since the same configuration as that of the seventh embodiment can be used except for the configuration of the step-out detection signal calculating means 16, the same reference numerals as those of the seventh embodiment are given and the description thereof is omitted. To do.
実施の形態７では、図１６のようなＴｄ補正を行う代わりに、脱調検出信号演算手段１６でこれと等価な補正を行うこととした。
しかし、Ｔｄ補正が行われている場合において、さらに脱調検出信号演算手段１６で補正を行うと、かえって回転速度演算値ωｅｓｔの誤差が増加してしまう。
そこで、Ｔｄ補正の有無に応じて、デッドタイム誤差の補正量（ΔＶγ、ΔＶδ）をゼロクリアするための切替手段を設ける。
In the seventh embodiment, instead of performing the Td correction as shown in FIG. 16, the step-out detection signal calculation means 16 performs a correction equivalent to this.
However, when Td correction is performed, if the out-of-step detection signal calculation means 16 further performs correction, the error of the rotational speed calculation value ωest increases.
Therefore, a switching means for clearing the dead time error correction amount (ΔVγ, ΔVδ) to zero according to the presence or absence of Td correction is provided.
図１８は、本実施の形態８における脱調検出信号演算手段１６の構成を示すものである。
図１８の脱調検出信号演算手段１６は、切替手段３５、無補正信号生成手段３６を有する。その他の構成は実施の形態７の図１７と同様である。
無補正信号生成手段３６は、ゼロクリア信号を切替手段３５に出力する。
切替手段３５は、Ｔｄ補正の有無に応じて無補正信号生成手段３６からの入力の有無を切り替える。
Ｔｄ補正が行われる場合は、無補正信号生成手段３６からの入力を受け入れ、デッドタイム誤差の補正量（ΔＶγ、ΔＶδ）をゼロクリアする。
Ｔｄ補正が行われない場合は、デッドタイム誤差の補正量（ΔＶγ、ΔＶδ）を用いて演算を行う。
FIG. 18 shows the configuration of the step-out detection signal calculation means 16 in the eighth embodiment.
The step-out detection
The non-correction
The switching
When Td correction is performed, the input from the non-correction signal generation means 36 is accepted and the dead time error correction amounts (ΔVγ, ΔVδ) are cleared to zero.
When Td correction is not performed, calculation is performed using a correction amount (ΔVγ, ΔVδ) of a dead time error.
図１９は、本実施の形態８における脱調検出信号演算手段１６の別の構成を示すものである。
図１９において、Ｔｄ補償回転速度演算部３７は、回転速度演算値ωｅｓｔの演算に際して式（２６）または（２７）を用いるが、電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）に代えて、デッドタイム誤差を補正した（Ｖγ＊−ΔＶγ、Ｖδ＊−ΔＶδ）を用いる。
この場合、γ軸とδ軸のそれぞれに切替手段を設ける必要があるため、それぞれγ軸切替手段３８ａとδ軸切替手段３８ｂを設けている。
Ｔｄ補正の有無による動作は、図１８の構成と同様である。
FIG. 19 shows another configuration of the step-out detection signal calculating means 16 in the eighth embodiment.
In FIG. 19, the Td-compensated rotation
In this case, since it is necessary to provide switching means for each of the γ-axis and the δ-axis, a γ-axis switching means 38a and a δ-axis switching means 38b are provided.
The operation according to the presence or absence of Td correction is the same as the configuration of FIG.
以上のように、本実施の形態８によれば、
脱調検出信号演算手段１６は、
デッドタイム誤差を補正するか否かを切り替える切替手段３５を有し、
電圧指令値演算手段１２において、電圧の指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）のデッドタイム誤差を補正していない場合に限り、当該誤差を補正するので、
デッドタイム誤差の補正の有無に応じて制御方法を切り替え、デッドタイム誤差の補正の有無を問わず、精度良い脱調判断を行うことができる。
As described above, according to the eighth embodiment,
The step-out detection signal calculation means 16
Switching means 35 for switching whether or not to correct the dead time error;
Since the voltage command value calculation means 12 corrects the error only when the dead time error of the voltage command values (Vγ *, Vδ *) is not corrected,
It is possible to switch the control method according to whether or not the dead time error is corrected, and to perform the step-out determination with high accuracy regardless of whether or not the dead time error is corrected.
実施の形態９．
実施の形態１〜８においては、脱調を検出するまでの動作について説明したが、脱調を検出した場合には、制御手段８の自動処理により、駆動装置２への電圧印加を停止するように構成することもできる。さらには、例えば所定時間経過後などに、再び駆動装置２に電圧を印加するようにすることもできる
また、脱調検出時に駆動装置２への電圧印加を停止することなく、脱調前の回転速度推定値に基づいて再度同期運転を試みるようにしても良い。
このように構成することで、装置の運転時の安全性が高まるとともに、脱調状態からの復帰時に自動的に運転を再開することができる。
In the first to eighth embodiments, the operation until the step-out is detected has been described. However, when the step-out is detected, the application of the voltage to the
With this configuration, the safety during operation of the apparatus is increased, and the operation can be automatically resumed when returning from the step-out state.
また、脱調と判断した場合、脱調であることを知らせる表示や警告音を発する、または電気的通信手段により報知するように構成することもできる。
このように構成することで、周囲の人間が即座に脱調に対応することができる。
Further, when it is determined that the step-out has occurred, a display or a warning sound for notifying that the step-out has occurred can be generated, or notification can be made by electrical communication means.
By comprising in this way, the surrounding person can respond to a step-out immediately.
実施の形態１０．
以上の実施の形態１〜９で説明した電動機の駆動装置の活用例として、圧縮機や送風機、洗濯機ドラム、電気自動車駆動、パワーステアリング、ポンプ、エレベータ、ＦＡ、手乾燥機用インバータが挙げられる。
また、圧縮機を搭載する活用例として、空気調和機、冷蔵庫、冷凍機、除湿機、給湯機、洗濯機などが挙げられる。
さらに、送風機を搭載する活用例として空気調和機、換気扇、空気清浄機、加湿器などが挙げられる。
Examples of utilization of the motor drive device described in the first to ninth embodiments include a compressor, a blower, a washing machine drum, an electric vehicle drive, a power steering, a pump, an elevator, an FA, and an inverter for a hand dryer. .
In addition, examples of utilizing a compressor include an air conditioner, a refrigerator, a refrigerator, a dehumidifier, a water heater, and a washing machine.
Furthermore, an air conditioner, a ventilation fan, an air cleaner, a humidifier, etc. are mentioned as the utilization example which mounts an air blower.
１ 直流電源、２ 駆動装置、３ａ〜３ｆ スイッチング素子、４ 還流ダイオード、５ インバータ主回路、６ ブラシレス直流モータ、７ａ Ｕ相電流検出手段、７ｂ Ｖ相電流検出手段、８ 制御手段、９ ＰＷＭ信号発生手段、１０ 相電流演算手段、１１ ３相２相変換手段、１２ 電圧指令値演算手段、１３ 出力電圧ベクトル演算手段、１４ 直流電圧検出手段、１６ 脱調検出信号演算手段、１７ γ軸磁束演算部、１８ δ軸磁束演算部、１９ 合成磁束演算部、２０ 回転速度演算部、２１ 回転速度簡易演算部、２２ 軸誤差推定手段、２３ 軸誤差補正回転速度演算部、２５ 相抵抗補償回転速度演算部、２７ 過変調補償回転速度演算部、２８ 電圧ベクトル演算部、２９ 変調率演算部、３０ 記憶手段、３２ａ〜３２ｃ デッドタイム誤差演算部、３３ 座標軸変換部、３４ Ｔｄ補償回転速度演算部、３５ 切替手段、３６ 無補正信号生成手段、３７ Ｔｄ補償回転速度演算部。
1 DC power supply, 2 drive unit, 3a to 3f switching element, 4 freewheeling diode, 5 inverter main circuit, 6 brushless DC motor, 7a U phase current detection means, 7b V phase current detection means, 8 control means, 9 PWM signal generation Means, 10-phase current calculation means, 11 3-phase 2-phase conversion means, 12 voltage command value calculation means, 13 output voltage vector calculation means, 14 DC voltage detection means, 16 step-out detection signal calculation means, 17 γ-axis magnetic flux calculation section , 18 δ-axis magnetic flux calculation unit, 19 composite magnetic flux calculation unit, 20 rotation speed calculation unit, 21 rotation speed simple calculation unit, 22 axis error estimation means, 23 axis error correction rotation speed calculation unit, 25 phase resistance compensation rotation
Claims (31)
電動機に流れる相電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータが電動機に印加する電圧を制御する制御手段とを有する電動機の駆動装置であって、
前記制御手段は、
前記電流検出手段の出力と電動機の回転数指令値に基づき、電動機の磁束を演算により求め、当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とする電動機の駆動装置。 An inverter for applying a voltage to the motor;
Current detecting means for detecting a phase current flowing through the electric motor;
A drive unit for the electric motor having control means for controlling a voltage applied to the electric motor by the inverter,
The control means includes
Based on the output of the current detection means and the rotational speed command value of the motor, the magnetic flux of the motor is obtained by calculation, and when the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output. An electric motor drive device.
前記電流検出手段が検出した相電流を直交２軸座標系に変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段の出力に基づき、電動機に印加する電圧の指令値を出力する電圧指令値演算手段と、
電動機の脱調を検出する脱調検出手段とを有し、
前記脱調検出手段は、
前記座標変換手段の出力、前記電圧指令値演算手段の出力、及び電動機の回転数指令値に基づき、電動機の磁束を演算により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
Coordinate conversion means for converting the phase current detected by the current detection means into an orthogonal biaxial coordinate system;
Based on the output of the coordinate conversion means, a voltage command value calculation means for outputting a command value of the voltage applied to the electric motor,
A step-out detection means for detecting step-out of the electric motor,
The step-out detection means includes
Based on the output of the coordinate conversion means, the output of the voltage command value calculation means, and the rotation speed command value of the motor, the magnetic flux of the motor is obtained by calculation,
The motor drive device according to claim 1, wherein when the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
電動機の磁束のうち、前記直交２軸座標系の一方の軸に相当する磁束を演算により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の電動機の駆動装置。 The step-out detection means includes
Among magnetic fluxes of the motor, a magnetic flux corresponding to one axis of the orthogonal two-axis coordinate system is obtained by calculation,
The motor drive device according to claim 2, wherein when the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
下記式（１）を用いて、電動機の磁束を演算により求めることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電動機の駆動装置。
The motor drive device according to claim 2 or 3, wherein the magnetic flux of the motor is obtained by calculation using the following formula (1).
電動機に流れる相電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータが電動機に印加する電圧を制御する制御手段とを有する電動機の駆動装置であって、
前記制御手段は、
前記電流検出手段の出力と電動機の回転数指令値に基づき、電動機の回転速度を演算により求め、当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とする電動機の駆動装置。 An inverter for applying a voltage to the motor;
Current detecting means for detecting a phase current flowing through the electric motor;
A drive unit for the electric motor having control means for controlling a voltage applied to the electric motor by the inverter,
The control means includes
Based on the output of the current detection means and the rotational speed command value of the motor, the rotational speed of the motor is obtained by calculation, and when the calculated value falls below a predetermined threshold, a signal indicating that the motor has stepped out is output. An electric motor drive device.
前記電流検出手段が検出した相電流を直交２軸座標系に変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段の出力に基づき、電動機に印加する電圧の指令値を出力する電圧指令値演算手段と、
電動機の脱調を検出する脱調検出手段とを有し、
前記脱調検出手段は、
前記座標変換手段の出力、前記電圧指令値演算手段の出力、及び電動機の回転数指令値に基づき、電動機の回転速度を演算により求め、
当該演算値が所定の閾値を下回った際に、電動機が脱調した旨の信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
Coordinate conversion means for converting the phase current detected by the current detection means into an orthogonal biaxial coordinate system;
Based on the output of the coordinate conversion means, a voltage command value calculation means for outputting a command value of the voltage applied to the electric motor,
A step-out detection means for detecting step-out of the electric motor,
The step-out detection means includes
Based on the output of the coordinate conversion means, the output of the voltage command value calculation means, and the rotation speed command value of the motor, the rotation speed of the motor is obtained by calculation,
The motor drive device according to claim 5, wherein when the calculated value falls below a predetermined threshold value, a signal indicating that the motor has stepped out is output.
下記式（２）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項６に記載の電動機の駆動装置。
The motor drive device according to claim 6, wherein the rotational speed of the motor is obtained by calculation using the following equation (2).
下記式（３）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項６に記載の電動機の駆動装置。
The motor drive device according to claim 6, wherein the rotational speed of the motor is obtained by calculation using the following formula (3).
ｄｑ軸（モータ軸）とγδ軸（制御軸）の間の軸誤差を求める軸誤差推定手段を有し、
前記脱調検出手段は、
前記軸誤差推定手段の出力に基づき、電動機の回転速度の演算値を補正することを特徴とする請求項６に記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
an axis error estimating means for obtaining an axis error between the dq axis (motor axis) and the γδ axis (control axis);
The step-out detection means includes
The motor drive device according to claim 6, wherein a calculated value of the rotation speed of the electric motor is corrected based on an output of the shaft error estimating means.
下記式（４）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載の電動機の駆動装置。
10. The motor drive device according to claim 9, wherein the rotational speed of the motor is obtained by calculation using the following equation (4).
下記式（５）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項６に記載の電動機の駆動装置。
The motor drive device according to claim 6, wherein the rotational speed of the electric motor is obtained by calculation using the following equation (5).
下記式（６）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載の電動機の駆動装置。
10. The motor drive device according to claim 9, wherein the rotational speed of the motor is obtained by calculation using the following equation (6).
下記式（７）を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載の電動機の駆動装置。
10. The motor drive device according to claim 9, wherein the rotational speed of the motor is obtained by calculation using the following equation (7).
ｑ軸磁束を０にし、かつｄ軸磁束が誘起電圧定数と等しくなるように、前記インバータが電動機に印加する電圧を制御し、
前記軸誤差推定手段は、
下記式（８）を用いて前記軸誤差を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載の電動機の駆動装置。
The voltage applied to the motor by the inverter is controlled so that the q-axis magnetic flux is 0 and the d-axis magnetic flux is equal to the induced voltage constant,
The axis error estimating means includes
The motor drive device according to claim 9, wherein the shaft error is obtained by calculation using the following equation (8).
ｑ軸磁束を０にし、かつｄ軸磁束が誘起電圧定数と等しくなるように、前記インバータが電動機に印加する電圧を制御し、
前記軸誤差推定手段は、
下記式（９）を用いて前記軸誤差を演算により求めることを特徴とする請求項９に記載の電動機の駆動装置。
The voltage applied to the motor by the inverter is controlled so that the q-axis magnetic flux is 0 and the d-axis magnetic flux is equal to the induced voltage constant,
The axis error estimating means includes
The motor drive device according to claim 9, wherein the shaft error is obtained by calculation using the following equation (9).
前記制御手段は、
前記記憶手段に格納された対応関係を参照して前記軸誤差を取得し、
その値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 Storage means for storing a correspondence relationship between the axis error and the γ-axis current or the δ-axis current;
The control means includes
Obtaining the axis error with reference to the correspondence stored in the storage means;
The motor drive device according to any one of claims 9 to 11, wherein the rotation speed of the electric motor is obtained by calculation using the value.
前記脱調検出手段は、
前記記憶手段に格納された対応関係を参照して前記軸誤差を取得し、
その値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 Storage means for storing a correspondence relationship between the axis error and a command value or an estimated value of the rotational speed of the electric motor;
The step-out detection means includes
Obtaining the axis error with reference to the correspondence stored in the storage means;
The motor drive device according to any one of claims 9 to 11, wherein the rotation speed of the electric motor is obtained by calculation using the value.
前記脱調検出手段は、
前記記憶手段に格納された対応関係を参照して前記軸誤差を取得し、
その値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 Storage means for storing a correspondence relationship between the axis error and the load torque of the electric motor;
The step-out detection means includes
Obtaining the axis error with reference to the correspondence stored in the storage means;
The motor drive device according to any one of claims 9 to 11, wherein the rotation speed of the electric motor is obtained by calculation using the value.
前記脱調検出手段は、
前記電圧の指令値のスカラー値が、前記直流電圧よりも大きくなった際には、
当該スカラー値が前記直流電圧以下になるように前記電圧の指令値を補正し、
当該補正後の電圧値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項５ないし請求項１８のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 Means for detecting a DC voltage applied to the inverter;
The step-out detection means includes
When the scalar value of the command value of the voltage is larger than the DC voltage,
Correct the command value of the voltage so that the scalar value is equal to or less than the DC voltage,
The motor drive device according to any one of claims 5 to 18, wherein a rotation speed of the electric motor is obtained by calculation using the corrected voltage value.
前記脱調検出手段は、
前記記憶手段を参照して、前記補正後の電圧値を取得し、
当該取得した値を用いて、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項１９に記載の電動機の駆動装置。 A storage means for storing a correspondence relationship between the ratio between the scalar value and the DC voltage and the corrected voltage value is provided.
The step-out detection means includes
Referring to the storage means, obtain the corrected voltage value,
The motor drive device according to claim 19, wherein the rotation speed of the motor is obtained by calculation using the acquired value.
前記電圧の指令値のデッドタイム誤差を補正して、電動機の回転速度を演算により求めることを特徴とする請求項５ないし請求項２０のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The step-out detection means includes
21. The motor driving device according to claim 5, wherein a dead time error of the voltage command value is corrected to obtain a rotation speed of the motor by calculation.
下記式（１０）を用いて、前記電圧の指令値のデッドタイム誤差を補正することを特徴とする請求項２１に記載の電動機の駆動装置。
The electric motor drive device according to claim 21, wherein a dead time error of the command value of the voltage is corrected using the following equation (10).
前記デッドタイム誤差を補正するか否かを切り替える手段を有し、
前記電圧指令値演算手段において、前記電圧の指令値のデッドタイム誤差を補正していない場合に限り、当該誤差を補正することを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の電動機の駆動装置。 The step-out detection means includes
Means for switching whether to correct the dead time error;
23. The electric motor drive device according to claim 21, wherein the voltage command value calculation means corrects the error only when the dead time error of the voltage command value is not corrected. .
電動機の脱調を検出した際には、電動機の駆動を一旦停止した後に、再度駆動を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
The motor drive device according to any one of claims 1 to 23, wherein when a step-out of the motor is detected, the drive of the motor is temporarily stopped and then started again.
電動機の脱調を検出した際には、電動機の駆動を停止することなく、
前記演算により求めた電動機の回転速度に基づいて再度同期運転を試みることを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
When detecting the step-out of the motor, without stopping the drive of the motor,
The motor drive device according to any one of claims 1 to 23, wherein the synchronous operation is attempted again based on the rotation speed of the motor obtained by the calculation.
電動機の回転速度の演算値をフィルタリングして、高周波成分を取り除くローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１ないし請求項２６のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
27. The motor drive device according to claim 1, further comprising a low-pass filter that filters a calculation value of a rotation speed of the motor to remove a high-frequency component.
前記ローパスフィルタの出力が安定した後に脱調検出を開始することを特徴とする請求項２７に記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
28. The motor drive device according to claim 27, wherein step-out detection is started after the output of the low-pass filter is stabilized.
電動機の運転開始から所定時間経過後に脱調検出を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項２８のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
The motor drive device according to any one of claims 1 to 28, wherein step-out detection is started after a predetermined time has elapsed from the start of operation of the motor.
電動機の脱調検出に用いる演算値が安定した後に脱調検出を開始することを特徴とする請求項１ないし請求項２９のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
30. The motor drive device according to claim 1, wherein the step-out detection is started after a calculation value used for step-out detection of the motor is stabilized.
ｄｑ軸（モータ軸）またはγδ軸（制御軸）のいずれかの値を用いて電動機の脱調を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載の電動機の駆動装置。 The control means includes
31. The motor drive device according to claim 1, wherein a step-out of the motor is detected by using one of a dq axis (motor axis) and a γδ axis (control axis). .
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