JP2010288331A - Inverter device - Google Patents

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JP2010288331A JP2009138480A JP2009138480A JP2010288331A JP 2010288331 A JP2010288331 A JP 2010288331A JP 2009138480 A JP2009138480 A JP 2009138480A JP 2009138480 A JP2009138480 A JP 2009138480A JP 2010288331 A JP2010288331 A JP 2010288331A
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Hiroyuki Kameyama
浩幸 亀山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device which can improve an input current waveform, makes a high power factor and enables highly precise phase control with a simple structure. <P>SOLUTION: A DC voltage detecting part 16 monitors a DC voltage signal given from a voltage detecting unit 30 and outputs a detection signal to a sampling judging part 17 when the signal becomes a prescribe voltage level or above. The sampling judging part 17 A/D-converts a motor current signal given from a motor current detection amplifier part 6 at prescribed timing in accordance with the detection signal so as to take it in. A phase difference detecting part 8 integrates respective current sampling data sampled in two locations at each motor drive voltage phase period concerning sampling data of the motor current signal which is A/D-converted by the sampling judging part 17, sets the result as a motor current signal area, and outputs an area ratio of both motor current signal areas as phase difference information. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明はインバータ装置に関し、例えば複数相のコイルを備えた同期モータをセンサを用いることなく駆動できるようなインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device, for example, an inverter device that can drive a synchronous motor including a plurality of phase coils without using a sensor.

従来、複数相のコイルを備えた同期モータを駆動する場合、モータロータに対して適切なタイミングでモータ電流を流すことおよびコイル端子に電圧を印加することのいわゆる通電タイミングの最適化が重要となっていた。この通電タイミングの基準を検出するために、逆起電圧を検出する方式や、ゼロクロス電流位相を検出する方式等、種々の方式が存在する。   Conventionally, when driving a synchronous motor having a multi-phase coil, optimization of so-called energization timing of flowing a motor current to the motor rotor at an appropriate timing and applying a voltage to the coil terminal has been important. It was. In order to detect the reference of the energization timing, there are various methods such as a method of detecting a counter electromotive voltage and a method of detecting a zero cross current phase.

たとえば、モータロータ位置センサを用いずにモータを制御・駆動するいわゆるセンサレス駆動においては、モータコイルへの通電を行なう際に、モータの回転によってモータコイルに発生する逆起電圧をモータコイル端子から検出する方式がある。   For example, in so-called sensorless driving in which a motor is controlled and driven without using a motor rotor position sensor, a back electromotive voltage generated in the motor coil due to rotation of the motor is detected from the motor coil terminal when the motor coil is energized. There is a method.

また、特開平5−236789号公報に示される駆動装置は、モータ電流ゼロクロス時におけるモータ電圧位相を検出し、この電圧位相を基準とするモータ電流位相を検出して、このモータ電流位相が所望の電流位相となるように電圧指令、あるいは周波数指令を演算する方式が示されている。   In addition, the driving device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-236789 detects a motor voltage phase at the time of motor current zero crossing, detects a motor current phase based on this voltage phase, and this motor current phase is a desired value. A method for calculating a voltage command or a frequency command so as to obtain a current phase is shown.

また、本願出願人による、特開2001−112287号公報には、2ヶ所の交流電圧の位相期間ごとに各交流電流検出値を積算して交流電流信号面積とし、両交流電流信号面積の面積比を交流電圧/電流位相差情報として検出することにより、ゼロクロス時における電圧位相を検出する場合よりも精度の高い位相制御が可能な方式が示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-112287 by the applicant of the present application discloses that an alternating current signal area is integrated by accumulating each alternating current detection value for each phase period of two alternating voltages, and an area ratio of both alternating current signal areas. Is detected as AC voltage / current phase difference information, and a system capable of phase control with higher accuracy than the case of detecting the voltage phase at zero crossing is shown.

図7は、従来の一般的なインバータ装置の構成である。
図7を参照して、ステータに複数相(3相)のコイル,ロータに永久磁石を備えた同期モータ100を駆動するために、インバータ装置は、インバータ150とコンバータ回路130とAC電源160と、コイル170と、電流センサ180と、コントローラ110とから構成されている。
FIG. 7 shows a configuration of a conventional general inverter device.
Referring to FIG. 7, in order to drive synchronous motor 100 having a plurality of (three-phase) coils in the stator and a permanent magnet in the rotor, the inverter device includes inverter 150, converter circuit 130, AC power supply 160, A coil 170, a current sensor 180, and a controller 110 are included.

同期モータ100はインバータ150によって駆動され、インバータ150にはコンバータ回路130からAC電源160を直流に変換して与えられる。   Synchronous motor 100 is driven by inverter 150, and inverter 150 is supplied with AC power supply 160 converted from converter circuit 130 into a direct current.

具体的には、コンバータ回路130は、ダイオード122〜128で形成されるダイオード全波整流回路120と、母線間の平滑コンデンサ140とを含み、平滑コンデンサの容量は、直流電圧波形のリップルを改善できる程度に十分大きい。   Specifically, converter circuit 130 includes a diode full-wave rectifier circuit 120 formed of diodes 122 to 128 and a smoothing capacitor 140 between buses, and the capacity of the smoothing capacitor can improve the ripple of the DC voltage waveform. Large enough.

このコンバータ回路130により、AC電源160の交流電圧が直流電圧に変換されてインバータ150に供給される。   The converter circuit 130 converts the AC voltage of the AC power supply 160 into a DC voltage and supplies it to the inverter 150.

コイル170は、コンバータ回路130に供給される交流電源の力率を改善する目的で設けられたものである。   The coil 170 is provided for the purpose of improving the power factor of the AC power supplied to the converter circuit 130.

図8は、直流電圧の波形と、U相モータ電流との関係を説明する図である。
図8(a)に示されるように、平滑コンデンサ140の容量が十分大きい場合には、直流電圧波形のリプルが改善されて、一定の直流電圧がインバータ150に供給される。
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the waveform of the DC voltage and the U-phase motor current.
As shown in FIG. 8A, when the capacity of the smoothing capacitor 140 is sufficiently large, the ripple of the DC voltage waveform is improved and a constant DC voltage is supplied to the inverter 150.

図8(b)は、電流センサ180により、検出したU相の電流波形を説明する図である。   FIG. 8B is a diagram illustrating a U-phase current waveform detected by the current sensor 180.

図8(b)に示されるように、直流電圧波形のリプルが改善されて一定の直流電圧がインバータ150に供給されるためインバータ150から同期モータ100を駆動するU相モータ電流は、振幅が一定の安定した波形として検出される。   As shown in FIG. 8B, since the ripple of the DC voltage waveform is improved and a constant DC voltage is supplied to the inverter 150, the U-phase motor current that drives the synchronous motor 100 from the inverter 150 has a constant amplitude. It is detected as a stable waveform.

一方で、上記のような従来の構成においては、入力電流波形の改善と、高力率化が得にくいという問題があるため、特開2002−51589号公報においては、コイル170を用いず、また、インバータの母線間には従来の平滑コンデンサの1/100程度の小容量のコンデンサを用いることで故意に直流電圧に電源の2倍の周波数のリプルを発生させ、簡易な方式で入力電流波形の改善と、高力率化を実現する方式が提案されている。   On the other hand, in the conventional configuration as described above, there is a problem that it is difficult to obtain an improvement in the input current waveform and a high power factor. Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-51589, the coil 170 is not used. By using a capacitor with a small capacity of about 1/100 of the conventional smoothing capacitor between the buses of the inverter, a ripple of twice the frequency of the power supply is intentionally generated in the DC voltage, and the input current waveform can be generated in a simple manner. A method for improving the power factor is proposed.

特開平5−236789号公報JP-A-5-236789 特開2001−112287号公報JP 2001-112287 A 特開2002−51589号公報JP 2002-51589 A

しかしながら、上記方式を採用した場合には、直流電圧波形のリプルを改善するコイル170が設けられていないため図9(a)に示されるように直流電圧に電源の2倍の周波数のリプルが発生する。   However, when the above method is adopted, since the coil 170 for improving the ripple of the DC voltage waveform is not provided, a ripple having a frequency twice that of the power supply is generated in the DC voltage as shown in FIG. To do.

これに伴い、図9(b)に示されるようにインバータ出力側の交流電流の変動も大きく、直流電圧の値が小さいところではモータ電流の値も小さい。そのため、特開2001−112287号公報に示される方式においても十分な交流電圧/電流位相差情報の検出精度を確保することが難しく、精度の高い位相差情報を取得して制御することは難しい。   Along with this, as shown in FIG. 9B, the fluctuation of the alternating current on the inverter output side is large, and the value of the motor current is small where the value of the direct current voltage is small. For this reason, it is difficult to ensure sufficient detection accuracy of AC voltage / current phase difference information even in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-112287, and it is difficult to acquire and control highly accurate phase difference information.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、入力電流波形の改善と、高力率化を実現するとともに、簡単な構成で精度の高い位相制御が可能なインバータ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides an inverter device capable of improving the input current waveform and increasing the power factor and capable of highly accurate phase control with a simple configuration. The purpose is to provide.

本発明のある局面に従うインバータ装置は、単相交流電源を入力とする整流回路と、整流回路と接続され、整流回路で得られた直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、インバータを制御する制御装置とを備える。好ましくは、制御装置は、整流回路を介してインバータに印加される直流電圧の値を検出する直流電圧検出部と、インバータの特定の出力相の交流電圧の位相を検出する出力交流電圧検出部と、特定の出力相の交流電流を検出する出力交流電流検出部と、出力交流電圧と出力交流電流との位相差を検出する電圧/電流位相差検出部とを含み、位相差検出部は、直流電圧検出部で検出された直流電圧の値が所定値以上である場合に、特定の出力相の交流電圧の位相を基準とした2個所の位相期間中の特定の出力相の交流電流信号の面積をそれぞれの位相期間で求め、2個所の位相期間中の交流電流信号の面積の面積比を算出して、これを位相差情報とする。   An inverter device according to an aspect of the present invention controls a rectifier circuit that receives a single-phase AC power source, an inverter that is connected to the rectifier circuit and converts DC power obtained by the rectifier circuit into three-phase AC power, and the inverter. And a control device. Preferably, the control device detects a value of a DC voltage applied to the inverter via the rectifier circuit, an output AC voltage detection unit detects the phase of the AC voltage of a specific output phase of the inverter, An output AC current detection unit that detects an AC current of a specific output phase, and a voltage / current phase difference detection unit that detects a phase difference between the output AC voltage and the output AC current. The area of the alternating current signal of the specific output phase during the two phase periods based on the phase of the alternating voltage of the specific output phase when the value of the direct current voltage detected by the voltage detector is equal to or greater than a predetermined value Is obtained in each phase period, the area ratio of the areas of the alternating current signals in the two phase periods is calculated, and this is used as phase difference information.

好ましくは、位相差検出部は、特定の出力相の交流電圧を基準とした2個所の位相期間中に、1位相期間当り流れる特定の出力相の交流電流信号をn回(nは1以上の整数)サンプリングし、サンプリングされた各電流サンプリングデータを積算して交流電流信号の面積として出力する。   Preferably, the phase difference detection unit outputs an alternating current signal of a specific output phase flowing per phase period n times (n is 1 or more) during two phase periods with reference to the alternating voltage of the specific output phase. (Integer) sampling, summing each sampled current sampling data, and outputting as an area of AC current signal.

好ましくは、インバータの母線間には極めて小容量のコンデンサを接続する。
好ましくは、インバータの出力側にモータを接続し、位相差情報を用いてインバータ制御することにより、モータをセンサレス駆動する。
Preferably, a very small capacitor is connected between the buses of the inverter.
Preferably, a motor is connected to the output side of the inverter, and the motor is sensorlessly driven by performing inverter control using phase difference information.

好ましくは、モータは、複数相のモータコイルを含み、インバータは、複数相のモータコイルそれぞれ対応して設けられ、対応するモータコイルに通電を行なう複数のスイッチング素子を含み、制御装置は、回転数の設定のための指令が与えられたことに応じて、モータを駆動するための駆動波データを複数相の各相ごとに作成する駆動波データ作成手段と、位相差検出手段から出力される位相差情報を目標の値に制御するためのデューティ基準値を算出する位相差制御手段と、駆動波データ作成手段から出力される各相の駆動波データと位相差制御手段から出力されるデューティ基準値とを乗算して、各相ごとの出力デューティを算出するデューティ算出手段と、デューティ算出手段によって算出された各相ごとの出力デューティに従って、各スイッチング素子の導通を制御するパルス幅変調信号を生成するPWM作成部とをさらに含む。   Preferably, the motor includes a plurality of phase motor coils, the inverter includes a plurality of switching elements provided corresponding to each of the plurality of phase motor coils, and energizes the corresponding motor coils. In response to the command for setting the motor, the driving wave data generating means for generating the driving wave data for driving the motor for each of a plurality of phases, and the output from the phase difference detecting means. Phase difference control means for calculating a duty reference value for controlling the phase difference information to a target value, driving wave data for each phase output from the driving wave data creation means, and a duty reference value output from the phase difference control means According to the duty calculation means for calculating the output duty for each phase, and the output duty for each phase calculated by the duty calculation means Further comprising a PWM creation unit for generating a pulse width modulated signal for controlling the conduction of each switching element.

本発明のある局面に従うインバータ装置における制御装置の位相差検出部は、直流電圧検出部で検出された直流電圧の値が所定値以上である場合に、特定の出力相の交流電圧の位相を基準とした2個所の位相期間中の特定の出力相の交流電流信号の面積をそれぞれの位相期間で求め、2個所の位相期間中の交流電流信号の面積の面積比を算出して、これを位相差情報とする。   The phase difference detection unit of the control device in the inverter device according to an aspect of the present invention uses the AC voltage phase of a specific output phase as a reference when the value of the DC voltage detected by the DC voltage detection unit is equal to or greater than a predetermined value. The area of the alternating current signal of the specific output phase in the two phase periods is calculated in each phase period, and the area ratio of the area of the alternating current signal in the two phase periods is calculated and Use phase difference information.

当該構成により、直流電圧に大きなリプルが発生している条件において、直流電圧が所定値以上のモータ電流信号の振幅が大きい期間において、サンプリング値を取得して交流電圧/電流位相差情報を検出するため、入力電流波形の改善と、高力率化を実現することが可能である。   With this configuration, the AC voltage / current phase difference information is detected by acquiring a sampling value in a period in which the amplitude of the motor current signal whose DC voltage is equal to or greater than a predetermined value is large under the condition that a large ripple is generated in the DC voltage. Therefore, it is possible to improve the input current waveform and increase the power factor.

また、インバータの母線間に従来の平滑コンデンサの1/100程度の小容量のコンデンサを用いることで、小型、軽量、低コストなインバータ装置を実現することが可能である。   Further, by using a capacitor having a small capacity of about 1/100 of a conventional smoothing capacitor between the buses of the inverter, it is possible to realize a small, light and low cost inverter device.

さらに、この検出した交流電圧/電流位相差情報を用いてインバータ制御を行うことで、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする180度通電によるモータ駆動において、ロータ位置を検知するセンサを用いず、安定な回転を行うことが可能である。   Further, by performing inverter control using the detected AC voltage / current phase difference information, the position of the rotor can be adjusted in motor drive by 180 ° energization including low noise, low vibration and high efficiency sinusoidal energization. It is possible to perform stable rotation without using a sensor to detect.

本発明の実施の形態に従うインバータ装置のブロック図である。It is a block diagram of the inverter apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に従うインバータ装置の直流電圧の波形と、U相のモータ電流との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the waveform of the DC voltage of the inverter apparatus according to embodiment of this invention, and the motor electric current of U phase. 位相差情報検出の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of phase difference information detection. コントローラ7における位相差情報を検出する位相差検出ルーチンを説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the phase difference detection routine which detects the phase difference information in the controller. サンプリングタイミングが到来したかをタイマの値などで検出して、サンプリングを開始させるサンプリング開始ルーチンを説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the sampling start routine which detects whether the sampling timing came by the value of the timer etc., and starts sampling. モータ電流信号bとモータ駆動電圧位相情報cの波形図である。It is a wave form diagram of motor current signal b and motor drive voltage phase information c. 従来の一般的なインバータ装置の構成である。It is the structure of the conventional general inverter apparatus. 直流電圧の波形と、U相モータ電流との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the waveform of DC voltage, and a U-phase motor current. 直流電圧の波形と、U相モータ電流との関係を説明する別の図である。It is another figure explaining the relationship between the waveform of DC voltage, and a U-phase motor current.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を附してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図1を用いて、本発明の実施の形態に従うインバータ装置のブロック図について説明する。   A block diagram of the inverter device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1を参照して、ステータに複数相(3相)のコイルとロータに永久磁石とを備えた同期モータ1を駆動するために、インバータ装置は、インバータ2と、コンバータ回路3と、AC電源4と、電流センサ5と、モータ電流検出アンプ部6と、マイクロコンピュータであるコントローラ7とから構成されている。   Referring to FIG. 1, in order to drive a synchronous motor 1 having a multi-phase (three-phase) coil in a stator and a permanent magnet in a rotor, an inverter device includes an inverter 2, a converter circuit 3, and an AC power source. 4, a current sensor 5, a motor current detection amplifier unit 6, and a controller 7 that is a microcomputer.

同期モータ1は、インバータ2によって駆動され、インバータ2にはコンバータ回路3からAC電源4の交流電圧を直流に変換して与えられる。   The synchronous motor 1 is driven by an inverter 2, and the inverter 2 is supplied with an AC voltage from an AC power source 4 converted from a converter circuit 3 into a direct current.

具体的には、コンバータ回路3は、複数のダイオード22〜28を含み、全波整流回路20が形成される。また、母線間に小容量コンデンサ40が設けられる。本例において、小容量コンデンサ40は、100μF以下のものを用いることとする。具体的には、負荷側である同期モータ1の回生エネルギーによるインバータ2の半導体素子の耐圧破壊防止を考慮して10〜20μF程度のコンデンサを用いることが可能である。   Specifically, converter circuit 3 includes a plurality of diodes 22 to 28, and full-wave rectifier circuit 20 is formed. A small-capacitance capacitor 40 is provided between the buses. In this example, the small capacitor 40 is 100 μF or less. Specifically, a capacitor of about 10 to 20 μF can be used in consideration of prevention of breakdown of the semiconductor element of the inverter 2 due to regenerative energy of the synchronous motor 1 on the load side.

また、電圧検出ユニット30が母線間に設けられ、電圧検出ユニット30で検出された直流電圧信号は、コントローラ7に与えられる。   A voltage detection unit 30 is provided between the buses, and a DC voltage signal detected by the voltage detection unit 30 is given to the controller 7.

電流センサ5は、モータコイル端子U,V,W各相の中で特定相(図1ではU相)に流れるモータ電流aを検出する。電流センサ5で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部6に与えられる。そして、モータ電流検出アンプ部6において、所定量増幅し、そして、オフセット加算したモータ電流信号bがコントローラ7に与えられる。   The current sensor 5 detects a motor current a flowing in a specific phase (U phase in FIG. 1) among the motor coil terminals U, V, and W. The motor current detected by the current sensor 5 is given to the motor current detection amplifier unit 6. The motor current detection amplifier 6 amplifies the motor current signal b by a predetermined amount and adds the offset to the controller 7.

コントローラ7は、位相差検出部8と、目標位相差情報格納部9と、加算部10と、PI演算部11と、回転数設定部12と、正弦波データテーブル13と、正弦波データ作成部14と、PWM作成部15と、直流電圧検出部16と、サンプリング判定部17との各処理をソフト的に行なう。本実施例においては、特開2001−112287号公報に記載される位相制御方式と同様の方式により位相制御を実行する。   The controller 7 includes a phase difference detection unit 8, a target phase difference information storage unit 9, an addition unit 10, a PI calculation unit 11, a rotation speed setting unit 12, a sine wave data table 13, and a sine wave data creation unit. 14, the PWM creation unit 15, the DC voltage detection unit 16, and the sampling determination unit 17 are performed in software. In the present embodiment, phase control is executed by a method similar to the phase control method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-112287.

直流電圧検出部16は、電圧検出ユニット30から与えられた直流電圧信号をモニタリングして、そして、所定の電圧レベル(本例においてはVa)以上となった場合に、所定の電圧レベル以上であることを示す検出信号をサンプリング判定部17に出力し、所定の電圧レベル(本例においてはVa)未満となった場合には、所定の電圧レベル未満であることを示す検出信号をサンプリング判定部17に出力する。   The DC voltage detection unit 16 monitors the DC voltage signal provided from the voltage detection unit 30 and, when the voltage level becomes equal to or higher than a predetermined voltage level (Va in this example), is equal to or higher than the predetermined voltage level. When the detection signal indicating that the voltage is less than a predetermined voltage level (Va in this example) is output to the sampling determination unit 17, the detection signal indicating that the detection signal is less than the predetermined voltage level is output to the sampling determination unit 17. Output to.

サンプリング判定部17は、直流電圧検出部16からの検出信号に応じてモータ電流検出アンプ部6から与えられたモータ電流信号を所定のタイミングでA/D変換して取込む。   Sampling determination unit 17 takes in the motor current signal supplied from motor current detection amplifier unit 6 according to the detection signal from DC voltage detection unit 16 by A / D conversion at a predetermined timing.

位相差検出部8は、サンプリング判定部17でA/D変換されたモータ電流信号のサンプリングデータについて、2個所のモータ駆動電圧位相期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号面積とし、両モータ電流信号面積の面積比を位相差情報として出力する。   The phase difference detection unit 8 integrates each current sampling data sampled every two motor drive voltage phase periods with respect to the sampling data of the motor current signal A / D converted by the sampling determination unit 17 to obtain a motor current signal area. And the area ratio of both motor current signal areas is output as phase difference information.

目標とする位相差情報は目標位相差情報格納部9に格納される。目標位相差情報と位相差情報との誤差データは加算部10によって算出される。PI演算部11は算出された誤差データに対して比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部10とPI演算部11とによって位相差制御部が構成される。   The target phase difference information is stored in the target phase difference information storage unit 9. Error data between the target phase difference information and the phase difference information is calculated by the adding unit 10. The PI calculation unit 11 calculates proportional error data and integral error data with respect to the calculated error data and outputs a duty reference value. The addition unit 10 and the PI calculation unit 11 constitute a phase difference control unit.

回転数設定部12は同期モータ1の回転数指令を設定し、正弦波データテーブル13は所定のデータ個数のテーブルを含む。正弦波データ作成部14は回転数指令と時間経過に従って正弦波データテーブル13からモータコイルU,V,W各相に対応した正弦波データを読出すとともに、U相の正弦波データからU相のモータ駆動電圧位相情報cを出力する。PWM作成部15は正弦波データとデューティ基準値とから各相ごとにインバータ2の駆動素子にPWM波形を出力する。   The rotation speed setting unit 12 sets a rotation speed command of the synchronous motor 1, and the sine wave data table 13 includes a table of a predetermined number of data. The sine wave data creation unit 14 reads out sine wave data corresponding to each phase of the motor coils U, V, and W from the sine wave data table 13 according to the rotational speed command and the passage of time, and from the U phase sine wave data to the U phase. Motor drive voltage phase information c is output. The PWM generator 15 outputs a PWM waveform to the drive element of the inverter 2 for each phase from the sine wave data and the duty reference value.

なお、電流センサ5はコイルとホール素子で構成されたいわゆる電流センサでもよく、カレントトランスでもよい。   The current sensor 5 may be a so-called current sensor composed of a coil and a Hall element, or a current transformer.

また、本例においては、U相について検出する場合について説明するが、1相だけでなく各相のモータ電流を検出するとさらに高精度にすることができる。さらに、正弦波データの作成は正弦波データテーブル13をもとに作成せずに、演算によって作成してもかまわない。さらに、各構成要素8〜17の構成要素はコントローラ7でソフト的に処理されるようにしたが、特にこれに限ることなく同様の処理をしていればハード構成で構成してもよい。   In this example, the case of detecting the U phase will be described. However, when the motor current of each phase as well as one phase is detected, higher accuracy can be achieved. Furthermore, the sine wave data may be created by calculation instead of being created based on the sine wave data table 13. Furthermore, although the constituent elements of the constituent elements 8 to 17 are processed by the controller 7 in a software manner, the present invention is not limited to this and may be configured as a hardware configuration as long as the same processing is performed.

なお、モータの駆動波形は正弦波とした場合についての構成であるが、正弦波形にすることで滑らかなモータ電流の供給が可能となるために振動,騒音が少なくできる。しかしながら、これに限らず、モータロータの磁束に合せたモータ電流が得られるような駆動波形を通電すれば、より高効率な駆動が可能となる。   Although the motor drive waveform is a sine wave, the sine waveform makes it possible to supply a smooth motor current, thereby reducing vibration and noise. However, the present invention is not limited to this, and if a drive waveform that provides a motor current that matches the magnetic flux of the motor rotor is energized, a more efficient drive is possible.

2個所のモータ駆動電圧位相期間で検出された2つのモータ電流信号面積は、位相差検出部8で面積比が計算され、この結果が位相差情報とされる。この位相差情報と目標位相差情報との誤差量に対してPI演算部11でPI演算が行なわれ、PWM作成部15はその出力であるデューティ基準値と別途回転指令から求まる正弦波データとから、その都度の出力デューティ比を計算してPWM信号を作成し、インバータ2を介してモータコイルに印加することで同期モータ1が駆動される。   The area ratio of the two motor current signal areas detected in the two motor drive voltage phase periods is calculated by the phase difference detector 8, and this result is used as phase difference information. The PI calculation unit 11 performs a PI calculation on the error amount between the phase difference information and the target phase difference information, and the PWM generation unit 15 determines the output from the duty reference value and the sine wave data separately obtained from the rotation command. The synchronous motor 1 is driven by calculating the output duty ratio in each case, creating a PWM signal, and applying it to the motor coil via the inverter 2.

すなわち、モータ駆動電圧(出力デューティ)に対するモータ電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって駆動電圧の大きさ(PWMデューティのデューティ幅)を決定し、同期モータ1を所望の回転数で回転させるために所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数を決定する。これによって、所望の位相差,所望の回転数でモータを駆動・制御することができる。   That is, the magnitude of the drive voltage (duty width of the PWM duty) is determined by a phase difference control feedback loop for controlling the motor current phase difference with respect to the motor drive voltage (output duty) to be constant, and the synchronous motor 1 is rotated in a desired rotation. The number of rotations is determined by sine wave data output at a desired frequency in order to rotate the number. Thus, the motor can be driven and controlled with a desired phase difference and a desired rotation speed.

なお、モータ起動時は各相に強制的に通電し、回転磁界を与えていき、強制励磁で行ない、通常駆動時に上記方法で制御を行なえばよい。   It should be noted that when the motor is activated, each phase is forcibly energized, a rotating magnetic field is applied, forced excitation is performed, and control is performed by the above method during normal driving.

ここで、この発明の位相差制御によって同期モータが駆動・制御できることは特開2001−112287号公報に記載されるとおりである。   Here, as described in JP-A-2001-112287, the synchronous motor can be driven and controlled by the phase difference control of the present invention.

本実施の形態においては、主に、上記位相差制御を実行するに当たり、直流電圧に大きなリプルが発生している条件においても、上記位相差制御を実行する方式について説明する。   In the present embodiment, a system for executing the phase difference control will be described mainly under the condition that a large ripple is generated in the DC voltage when the phase difference control is executed.

図2を用いて、本発明の実施の形態に従うインバータ装置の直流電圧の波形と、U相のモータ電流との関係を説明する。   The relationship between the waveform of the DC voltage of the inverter device according to the embodiment of the present invention and the U-phase motor current will be described using FIG.

図2(a)に示されるように、図9(a)と同様に、本例においてはコイル170が無いため、直流電圧波形には、尖った波形であるリプルが発生している。   As shown in FIG. 2A, as in FIG. 9A, since there is no coil 170 in this example, ripples having a sharp waveform are generated in the DC voltage waveform.

図2(b)には、当該直流電圧に対するU相の電流波形が示されている。
本実施の形態においては、インバータ2に供給される直流電圧が所定値レベル以上である場合において、モータ電流のサンプリングデータを取得する。本例においては、直流電圧が所定値Va以上である場合のU相モータ電流のサンプリングデータを取得する。
FIG. 2B shows a U-phase current waveform with respect to the DC voltage.
In the present embodiment, when the DC voltage supplied to inverter 2 is equal to or higher than a predetermined value level, motor current sampling data is acquired. In this example, sampling data of the U-phase motor current when the DC voltage is equal to or greater than the predetermined value Va is acquired.

ここでは、点線の部分が、U相モータ電流波形において、サンプリングデータを利用しない部分を指し示している。一方、実線の部分がU相モータ電流波形においてサンプリングデータを利用する部分を指し示している。   Here, the dotted line portion indicates a portion where sampling data is not used in the U-phase motor current waveform. On the other hand, the solid line portion indicates the portion using the sampling data in the U-phase motor current waveform.

続いて、この発明の位相差情報の検出の処理について説明する。
図3を用いて位相差情報検出の原理を説明する。
Subsequently, processing for detecting phase difference information according to the present invention will be described.
The principle of phase difference information detection will be described with reference to FIG.

図3(a)を参照して、U相のモータ電流aは0レベルを中心としたほぼ正弦波状の波形とする。このモータ電流aをモータ電流検出アンプ部6によって増幅し、オフセット設定してモータ電流信号bを作成する。これはモータ電流aをコントローラ7に内蔵されているA/D変換器の変換可能電圧範囲(たとえば0〜+5V)に合せるために行なわれる。   Referring to FIG. 3A, the U-phase motor current a has a substantially sinusoidal waveform centered on the 0 level. The motor current a is amplified by the motor current detection amplifier unit 6 and is offset to create a motor current signal b. This is performed to adjust the motor current a to a convertible voltage range (for example, 0 to +5 V) of the A / D converter built in the controller 7.

また、U相のモータ駆動電圧位相情報cは正弦波データ作成部14でU相の正弦波データから作成される。なお、モータ駆動電圧位相情報cは、実際には正弦波波形とする必要はなく、位相情報だけがわかっていればよい。   The U-phase motor drive voltage phase information c is created from the U-phase sine wave data by the sine wave data creation unit 14. The motor drive voltage phase information c does not actually need to be a sine wave waveform, and only the phase information needs to be known.

位相差検出部8には図3(b)に示すようなモータ電流信号bと図3(c)に示すモータ駆動電圧位相情報cが入力される。位相差検出部8では、モータ駆動電圧位相情報cから予め決められた所定の位相期間θ0,θ1においてモータ電流信号bのサンプリングを所定のサンプリング位相(サンプリングタイミング)s0〜s3で1位相期間当りn回(図4の場合2回)行ない、各位相期間θ0およびθ1でのモータ電流信号面積をそれぞれIS0およびIS1として、各々サンプリングされて電流サンプリングデータを積算する。   A motor current signal b as shown in FIG. 3B and motor drive voltage phase information c shown in FIG. 3C are input to the phase difference detection unit 8. The phase difference detector 8 samples the motor current signal b in a predetermined phase period θ0, θ1 determined in advance from the motor drive voltage phase information c at a predetermined sampling phase (sampling timing) s0 to s3 and n per phase period. (2 times in the case of FIG. 4), the motor current signal areas in the respective phase periods θ0 and θ1 are set as IS0 and IS1, respectively, and current sampling data is integrated by sampling.

すなわち、
Is0=I0+I1
Is1=I2+I3
そして、各モータ電流信号面積Is0,Is1の比を計算してこれを位相差情報とする。
That is,
Is0 = I0 + I1
Is1 = I2 + I3
Then, the ratio of each motor current signal area Is0, Is1 is calculated and used as phase difference information.

図4は、コントローラ7における位相差情報を検出する位相差検出ルーチンを説明するフロー図である。   FIG. 4 is a flowchart for explaining a phase difference detection routine for detecting phase difference information in the controller 7.

図5は、サンプリングタイミングが到来したかをタイマの値などで検出して、サンプリングを開始させるサンプリング開始ルーチン(タイマ割込ルーチン)を説明するフロー図である。なお、特にこのような処理構成でなくても同様の考え方で処理を行なっていればよい。   FIG. 5 is a flowchart for explaining a sampling start routine (timer interrupt routine) for starting sampling by detecting whether the sampling timing has come or not by using a timer value or the like. In addition, even if it is not especially such a process structure, the process should just be performed by the same view.

図4を参照して、ステップS2において、サンプリング位相s0のサンプリングタイミングを、モータの回転数とタイマのカウント周期から、サンプリング開始ルーチンの割込値として設定し、サンプリング回数nなどの各変数を初期化する。これはモータ回転開始直後、あるいは位相期間θ0の直後または位相期間θ0の前に1度だけ行なわれ、それ以降のサンプリングタイミング設定はサンプリング開始ルーチンで行なわれる。   Referring to FIG. 4, in step S2, the sampling timing of sampling phase s0 is set as an interrupt value for the sampling start routine from the motor rotation speed and timer count cycle, and each variable such as sampling count n is initialized. Turn into. This is performed only once immediately after the start of motor rotation, immediately after the phase period θ0 or before the phase period θ0, and subsequent sampling timing setting is performed in the sampling start routine.

ステップS4以降はループ処理であり、ステップS2が行なわれた後は、位相差情報の検出が終了するまでこのループ処理が繰返され、次回の位相期間θ0で再度ループ処理が行なわれる。ステップS4では、サンプリング判定部17においてサンプリング開始ルーチンで開始指令されたサンプリングが終了したかを検出する。終了していればステップS6に進み、終了していなければ以下の処理が行なわれるが、ループ処理中なので結果的にサンプリングが終了したかを検出し続けることとなる。   Step S4 and subsequent steps are loop processing. After step S2, the loop processing is repeated until the detection of the phase difference information is completed, and the loop processing is performed again in the next phase period θ0. In step S4, the sampling determination unit 17 detects whether the sampling commanded to start in the sampling start routine has ended. If completed, the process proceeds to step S6. If not completed, the following processing is performed. However, since loop processing is being performed, it is continuously detected whether sampling has ended.

そして、次に、モータ電圧が所定の電圧(本例においてはVa)以上であるかどうかを判断する(ステップS6)。具体的には、サンプリング判定部17は、直流電圧検出部16から所定の電圧レベル以上であることを示す検出信号の入力があるかどうかを判断する。   Next, it is determined whether or not the motor voltage is equal to or higher than a predetermined voltage (Va in this example) (step S6). Specifically, the sampling determination unit 17 determines whether there is an input of a detection signal indicating that the voltage level is equal to or higher than a predetermined voltage level from the DC voltage detection unit 16.

ステップS6において、モータ電圧が所定の電圧以上であると判断された場合(ステップS6においてYES)には、次に、電流のサンプリング値を読み込む(ステップS8)。具体的には、直流電圧検出部16から所定の電圧レベル以上であることを示す検出信号の入力がある場合には、サンプリング判定部17から電流のサンプリング値を位相差検出部8に出力する。   If it is determined in step S6 that the motor voltage is equal to or higher than the predetermined voltage (YES in step S6), then a current sampling value is read (step S8). Specifically, when a detection signal indicating that the voltage level is equal to or higher than a predetermined voltage level is input from the DC voltage detection unit 16, the sampling determination unit 17 outputs a current sampling value to the phase difference detection unit 8.

そして、次に、ステップS12においてサンプリング回数が1回更新される。具体的には、位相差検出部8において以降の処理が実行される。   Next, in step S12, the sampling count is updated once. Specifically, the subsequent processing is executed in the phase difference detection unit 8.

次に、ステップS14において、現在の位相期間がθ0あるいはθ1かが判断され、判断結果によってステップS16またはS22の処理を行なう。この判断はサンプリング回数nで行なえばよい。   Next, in step S14, it is determined whether the current phase period is θ0 or θ1, and the process of step S16 or S22 is performed depending on the determination result. This determination may be made based on the number of samplings n.

ステップS16あるいはS22では、サンプリング回数が所定回数(2回あるいは4回)になったかを判断し、所定回数(2回あるいは4回)であれば、ステップS18あるいはS24の処理を行なう。   In step S16 or S22, it is determined whether the number of times of sampling has reached a predetermined number (2 or 4 times). If the number of samplings is a predetermined number (2 or 4 times), the process of step S18 or S24 is performed.

ステップS18あるいはS24では、それぞれの位相期間でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算(I0+I1,I2+I3)を行ない、モータ電流信号面積Is0あるいはIs1を計算する。ステップS20では、モータ電流信号面積Is0およびIs1両方の計算が終了したかを判断し、終了していなければループ処理に戻る。   In step S18 or S24, assuming that sampling in each phase period is completed, current sampling data is integrated (I0 + I1, I2 + I3), and the motor current signal area Is0 or Is1 is calculated. In step S20, it is determined whether the calculation of both the motor current signal areas Is0 and Is1 is completed. If not completed, the process returns to the loop processing.

ステップS26においては、モータ電流信号面積Is0およびIs1の計算が終了していたとして、両面積データの比(Is0/Is1)を計算して、これを位相差情報とする。   In step S26, assuming that the calculation of the motor current signal areas Is0 and Is1 has been completed, a ratio (Is0 / Is1) of both area data is calculated and used as phase difference information.

そして、次に、検出した位相差情報を保存する(ステップS28)。そして、一連の位相差検出ルーチン(ループ処理)が終了する。   Then, the detected phase difference information is stored (step S28). Then, a series of phase difference detection routines (loop processing) ends.

一方、ステップS6において、モータ電圧が所定の電圧未満であると判断された場合(ステップS6においてNO)には、次に、電流のサンプリング値を無効とする(ステップS9)。そして、位相差検出ルーチンの処理を終了する。モータ電圧が所定の電圧未満である場合には、モータ電流の振幅も小さいため誤差の影響が大きい。それゆえ、誤差の影響が大きいモータ電流のサンプリング値を用いた位相差情報では精度の高い位相制御が難しいため位相差検出ルーチンの処理を終了する。この場合には、保存されている位相差情報に基づいて、位相制御が実行されることになる。すなわち、位相差情報は更新されず、次の位相差検出ルーチンの際にモータ電圧が所定の電圧以上の場合に更新された位相差情報に基づく位相制御が実行されることになる。   On the other hand, if it is determined in step S6 that the motor voltage is less than the predetermined voltage (NO in step S6), then the current sampling value is invalidated (step S9). Then, the processing of the phase difference detection routine ends. When the motor voltage is less than a predetermined voltage, the amplitude of the motor current is small and the influence of the error is large. Therefore, since phase control with high accuracy is difficult with the phase difference information using the sampling value of the motor current having a large influence of error, the processing of the phase difference detection routine is terminated. In this case, phase control is executed based on the stored phase difference information. That is, the phase difference information is not updated, and phase control based on the updated phase difference information is executed when the motor voltage is equal to or higher than a predetermined voltage in the next phase difference detection routine.

また、図4(b)に示すサンプリング開始ルーチン(タイマ割込ルーチン)は、タイマ割込が設定されたサンプリングタイミングで処理が開始され、ステップS40では次回のサンプリングタイミングを予め決めておいたサンプリング位相に従ってサンプリング開始ルーチンの割込値として設定される。   The sampling start routine (timer interrupt routine) shown in FIG. 4B is started at the sampling timing at which the timer interrupt is set. In step S40, the next sampling timing is determined in advance. Is set as the interrupt value for the sampling start routine.

ステップS42では、A/D変換器に電流サンプリング開始を指示して終了する。
このように、サンプリング開始ルーチンの処理の中で次回のサンプリングタイミングの設定を行なうのは、現在のタイマカウント値がわかっている(≒今回のタイマ割込値)、現在のモータ電圧位相がわかっている(≒今回のサンプリング位相)ためであり、このようにすることで改めてタイマカウント値、モータ電圧位相を参照する必要がなくなり、効率的な処理が可能となる。
In step S42, the A / D converter is instructed to start current sampling, and the process ends.
As described above, the next sampling timing is set in the sampling start routine processing because the current timer count value is known (≈the current timer interrupt value) and the current motor voltage phase is known. In this way, it is not necessary to refer to the timer count value and the motor voltage phase again, and efficient processing becomes possible.

しかしながら、厳密には今回のタイマ割込値、今回のサンプリング位相は、割込が発生した時点での値であり、ステップS40を行なう時点でのタイマカウント値、モータ電圧位相とはわずかながら異なってしまう。したがって、厳密なサンプリングタイミングの設定が必要であれば、その都度タイマカウント値およびモータ電圧位相を参照するのが望ましい。   However, strictly speaking, the current timer interrupt value and the current sampling phase are values at the time of occurrence of the interrupt, and are slightly different from the timer count value and the motor voltage phase at the time of performing step S40. End up. Therefore, it is desirable to refer to the timer count value and the motor voltage phase each time a strict sampling timing needs to be set.

ここで、モータ電流のサンプリングタイミングは、予め決めておいたサンプリング位相に従って、モータ回転数とタイマ周期とから、その都度所定の値にタイマ割込値を設定することで任意に決めることができる。この設定方法は具体的にはたとえばと同じく正弦波2周期でモータが1回転するとし、モータ回転数が3000rpmのときにモータ電圧位相30°のときにサンプリングを開始するとして、モータ電圧位相0°のときに設定を行ない、また電流サンプリングタイマのカウント分解能は1μsecとすると、モータ電圧位相が0°から30°になるまでの時間は、正弦波1周期の時間が10msecなので、
0.01[s]*30[°]/360[°]=833[μsec]
であり、電流サンプリングタイマのカウントとしては、
833[μsec]/1[μsec/カウント]=833[カウント]
となる。つまり、モータ電圧位相0°のときのタイマのカウント値に833を加算し、これをタイマ割込値とすれば、モータ電圧位相30°でタイマ割込が発生して電流のサンプリングが開始される。なお、前述のようにモータ回転数は正弦波データの周期によって決まる、つまりコントローラ7側で決まるものであるので、正確なモータ電圧位相でのサンプリングが可能となる。
Here, the sampling timing of the motor current can be arbitrarily determined by setting a timer interrupt value to a predetermined value each time from the motor rotation speed and the timer cycle according to a predetermined sampling phase. Specifically, the setting method is as follows. For example, when the motor rotates once in two cycles of sine wave, and sampling is started when the motor rotation speed is 3000 rpm and the motor voltage phase is 30 °, the motor voltage phase is 0 °. If the current sampling timer count resolution is 1 μsec, the time until the motor voltage phase changes from 0 ° to 30 ° is 10 msec for one cycle of the sine wave.
0.01 [s] * 30 [°] / 360 [°] = 833 [μsec]
As the count of the current sampling timer,
833 [μsec] / 1 [μsec / count] = 833 [count]
It becomes. That is, if 833 is added to the count value of the timer when the motor voltage phase is 0 ° and this is used as the timer interrupt value, a timer interrupt is generated at the motor voltage phase of 30 ° and current sampling is started. . As described above, since the motor rotation speed is determined by the cycle of the sine wave data, that is, determined by the controller 7, it is possible to perform sampling at an accurate motor voltage phase.

また2個所の位相期間でのサンプリングタイミングをどのように設定するかについては、各サンプリングタイミングは常にモータ電圧の同じ位相にサンプリングされ、1つの位相差情報に対しては1つのロータステータ相対位置あるいは駆動電圧(出力デューティ)が得られるようなタイミングであれば問題はない。   As for how to set the sampling timing in the two phase periods, each sampling timing is always sampled at the same phase of the motor voltage, and one rotor stator relative position or one phase difference information There is no problem as long as the driving voltage (output duty) can be obtained.

しかしながら、図3に示すように、モータ電圧位相90°を中心として線対称となる位相で(位相90°地点からの各サンプリングタイミングまでの位相が、それぞれの位相期間のサンプリングタイミングで同じとなる位相で、また言い換えれば実際の位相差が0のときには両モータ電流信号面積が同値として検出されるような位相で)、各位相期間における電流サンプリングを行なえば、位相差制御設計が容易となる。   However, as shown in FIG. 3, the phase is symmetrical about the motor voltage phase of 90 ° (the phase from the phase 90 ° to each sampling timing is the same at the sampling timing of each phase period). In other words, when the actual phase difference is 0, the phase of the motor current signal is detected as the same value), and current sampling in each phase period facilitates the phase difference control design.

さらに、モータ電圧位位相の各位相期間はまとまっている必要もなく、たとえば図3においてI0とI5の積算値は第1の位相期間のモータ電流信号面積とし、I2とI7の積算値を第2の位相期間のモータ電流信号面積と分割してもよく、これらは制御系の処理時間の余裕度などから決めればよい。   Further, the phase periods of the motor voltage phase need not be gathered. For example, in FIG. 3, the integrated value of I0 and I5 is the motor current signal area of the first phase period, and the integrated value of I2 and I7 is the second value. It may be divided from the motor current signal area of the phase period, which can be determined from the margin of the processing time of the control system.

また、位相期間θ0とθ1における位相差情報(Is0/Is1)検出後の位相差検出は、位相期間θ1とθ2を利用して、位相差情報(Is2/Is1)の計算を行なうことでより高速な位相差情報の検出が可能となる。   In addition, the phase difference detection after detecting the phase difference information (Is0 / Is1) in the phase periods θ0 and θ1 is faster by calculating the phase difference information (Is2 / Is1) using the phase periods θ1 and θ2. It is possible to detect the phase difference information.

ここで、モータ電流のサンプリングタイミングの設定、すなわちタイマ割込値の設定を簡略化する方法について説明する。   Here, a method for simplifying the setting of the sampling timing of the motor current, that is, the setting of the timer interrupt value will be described.

図6はモータ電流信号bとモータ駆動電圧位相情報cの波形図である。
図6において、モータ駆動電圧位相情報cに基づく所定の位相期間θ0,θ1間でのサンプリング回数はそれぞれ3回としている。ここで注目すべきは、各位相期間内での電流サンプリングタイミングを同じ値のサンプリング期間θs=aにしている、つまり同じ間隔でサンプリングを行なうことである。
FIG. 6 is a waveform diagram of the motor current signal b and the motor drive voltage phase information c.
In FIG. 6, the number of times of sampling between predetermined phase periods θ0 and θ1 based on the motor drive voltage phase information c is set to three. What should be noted here is that the current sampling timing within each phase period is set to the sampling period θs = a having the same value, that is, sampling is performed at the same interval.

前述のサンプリングタイミングの設定方法に従って、各位相期間の最初にθsを計算した後は、以降のタイマ割込値では現在のタイマカウント値θsを加算するだけでよい。   In accordance with the sampling timing setting method described above, after calculating θs at the beginning of each phase period, it is only necessary to add the current timer count value θs for the subsequent timer interrupt values.

このように一定のタイミングとすることで、図5のステップS40でのサンプリングタイミング設定、すなわちタイマ割込値の計算を軽減することができる。   By setting the timing in this way, it is possible to reduce the sampling timing setting in step S40 of FIG. 5, that is, the calculation of the timer interrupt value.

上述の如く、本実施形態では、直流電圧に大きなリプルが発生している条件においても、直流電圧が所定の電圧以上の期間すなわちそれに基づいて生成されるモータ電流波形が十分得られる期間の有効なサンプリングデータを用いて簡単な構成で精度良く交流電圧/電流位相差情報を検出することができる。   As described above, in the present embodiment, even in a condition where a large ripple is generated in the DC voltage, a period during which the DC voltage is equal to or higher than a predetermined voltage, that is, a period in which a motor current waveform generated based on the DC voltage is sufficiently obtained is effective. The AC voltage / current phase difference information can be accurately detected with a simple configuration using the sampling data.

したがって、従来の構成の如くコイルを用いず、また、インバータの母線間には従来の平滑コンデンサの1/100程度の小容量のコンデンサを用いることが可能となり、簡易な方式で、入力電流波形の改善と高力率化を実現することが可能である。   Therefore, a coil is not used as in the conventional configuration, and a capacitor having a small capacity of about 1/100 of a conventional smoothing capacitor can be used between the buses of the inverter. Improvement and higher power factor can be realized.

また、インバータの母線間に従来の平滑コンデンサの1/100程度の小容量のコンデンサを用いることで、小型、軽量、低コストなインバータ装置を実現することが可能である。   Further, by using a capacitor having a small capacity of about 1/100 of a conventional smoothing capacitor between the buses of the inverter, it is possible to realize a small, light and low cost inverter device.

また、検出した交流電圧/電流位相差情報を用いてインバータ制御を行うことで、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする180度通電によるモータ駆動において、ロータ位置を検知するセンサを用いず、安定な回転を行うことが可能である。   In addition, by performing inverter control using the detected AC voltage / current phase difference information, the rotor position is detected in motor drive by 180 degree energization including low noise, low vibration and high efficiency sinusoidal energization. Therefore, it is possible to perform stable rotation without using a sensor.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 モータ、2 インバータ、3 コンバータ回路、4 AC電源、5 電流センサ、6 モータ電流検出アンプ部、7 コントローラ、8 位相差検出部、9 目標位相差情報格納部、10 加算部、11 PI演算部、12 回転数設定部、13 正弦波データテーブル、14 正弦波データ作成部、15 PWM作成部、16 直流電圧検出部、17 サンプリング判定部、20 全波整流回路、30 電圧検出ユニット。   1 motor, 2 inverter, 3 converter circuit, 4 AC power supply, 5 current sensor, 6 motor current detection amplifier unit, 7 controller, 8 phase difference detection unit, 9 target phase difference information storage unit, 10 addition unit, 11 PI calculation unit , 12 rotation speed setting unit, 13 sine wave data table, 14 sine wave data creation unit, 15 PWM creation unit, 16 DC voltage detection unit, 17 sampling determination unit, 20 full-wave rectifier circuit, 30 voltage detection unit.

Claims (5)

単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路と接続され、前記整流回路で得られた直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記整流回路を介して前記インバータに印加される直流電圧の値を検出する直流電圧検出部と、
前記インバータの特定の出力相の交流電圧の位相を検出する出力交流電圧検出部と、
前記特定の出力相の交流電流を検出する出力交流電流検出部と、
前記出力交流電圧と出力交流電流との位相差を検出する電圧/電流位相差検出部とを含み、
前記位相差検出部は、前記直流電圧検出部で検出された直流電圧の値が所定値以上である場合に、前記特定の出力相の交流電圧の位相を基準とした2個所の位相期間中の前記特定の出力相の交流電流信号の面積をそれぞれの位相期間で求め、2個所の位相期間中の交流電流信号の面積の面積比を算出して、これを位相差情報とする、インバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter connected to the rectifier circuit and converting the DC power obtained by the rectifier circuit into three-phase AC power;
A control device for controlling the inverter,
The control device includes:
A DC voltage detector that detects a value of a DC voltage applied to the inverter via the rectifier circuit;
An output AC voltage detector that detects the phase of the AC voltage of the specific output phase of the inverter;
An output alternating current detector that detects an alternating current of the specific output phase;
A voltage / current phase difference detection unit that detects a phase difference between the output AC voltage and the output AC current;
When the value of the DC voltage detected by the DC voltage detection unit is greater than or equal to a predetermined value, the phase difference detection unit is in two phase periods based on the phase of the AC voltage of the specific output phase. An inverter device that obtains the area of the alternating current signal of the specific output phase in each phase period, calculates the area ratio of the areas of the alternating current signals in the two phase periods, and uses this as phase difference information.
前記位相差検出部は、前記特定の出力相の交流電圧を基準とした2個所の位相期間中に、1位相期間当り流れる前記特定の出力相の交流電流信号をn回(nは1以上の整数)サンプリングし、サンプリングされた各電流サンプリングデータを積算して前記交流電流信号の面積として出力する、請求項1記載のインバータ装置。   The phase difference detection unit outputs the alternating current signal of the specific output phase that flows per phase period n times (n is 1 or more) during two phase periods with the alternating voltage of the specific output phase as a reference. 2. The inverter apparatus according to claim 1, wherein sampling is performed, and each sampled current sampling data is integrated and output as an area of the alternating current signal. 前記インバータの母線間には極めて小容量のコンデンサを接続する、請求項1に記載のインバータ装置。   The inverter device according to claim 1, wherein an extremely small capacitor is connected between the buses of the inverter. 前記インバータの出力側にモータを接続し、
前記位相差情報を用いてインバータ制御することにより、前記モータをセンサレス駆動する請求項1〜3のいずれかに記載のインバータ装置。
Connect a motor to the output side of the inverter,
The inverter device according to claim 1, wherein the motor is sensorlessly driven by performing inverter control using the phase difference information.
前記モータは、複数相のモータコイルを含み、
前記インバータは、前記複数相のモータコイルそれぞれ対応して設けられ、対応するモータコイルに通電を行なう複数のスイッチング素子を含み、
前記制御装置は、
回転数の設定のための指令が与えられたことに応じて、前記モータを駆動するための駆動波データを前記複数相の各相ごとに作成する駆動波データ作成手段と、
前記位相差検出手段から出力される位相差情報を目標の値に制御するためのデューティ基準値を算出する位相差制御手段と、
前記駆動波データ作成手段から出力される各相の駆動波データと前記位相差制御手段から出力されるデューティ基準値とを乗算して、各相ごとの出力デューティを算出するデューティ算出手段と、
前記デューティ算出手段によって算出された各相ごとの出力デューティに従って、各スイッチング素子の導通を制御するパルス幅変調信号を生成するPWM作成部とをさらに含む、請求項4記載のインバータ装置。
The motor includes a multi-phase motor coil,
The inverter includes a plurality of switching elements that are provided corresponding to the motor coils of the plurality of phases and energize the corresponding motor coils,
The control device includes:
Drive wave data creating means for creating drive wave data for driving the motor for each phase of the plurality of phases in response to a command for setting the rotational speed,
A phase difference control means for calculating a duty reference value for controlling the phase difference information output from the phase difference detection means to a target value;
Duty calculation means for calculating the output duty for each phase by multiplying the drive wave data of each phase output from the drive wave data creation means and the duty reference value output from the phase difference control means;
5. The inverter device according to claim 4, further comprising: a PWM generation unit that generates a pulse width modulation signal for controlling conduction of each switching element according to the output duty for each phase calculated by the duty calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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