JP2011217512A - Dc brushless motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DCブラシレスモータの各磁極の通電を切替制御するDCブラシレスモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a DC brushless motor control device that switches and controls energization of each magnetic pole of a DC brushless motor.
図6に従来のDCブラシレスモータ制御装置の概略を示す。このDCブラシレスモータ制御装置は、商用AC電源の電圧Vacを入力し、昇圧整流平滑回路10により昇圧チョッパ方式で整流平滑してDC電圧Vdcを得て、そのDC電圧Vdcをモータ駆動回路(インバータ)20のトランジスタで切り替えることで、センサレス型のブラシレスDCブラシレスモータ30の3相巻線の通電相を順次切り替えて、そのDCブラシレスモータ30を回転駆動するものである。そして、その3相巻線に生じる非通電時の誘起電圧を位置検出回路60で検出することでロータの位置検出信号を取得し、このロータの位置検出信号をマイクロコンピュータ50Aで処理して、DCブラシレスモータ30が目標回転数で回転するよう、モータ駆動回路20のトランジスタの切り替えをフィードバック制御するものである。
FIG. 6 shows an outline of a conventional DC brushless motor control device. This DC brushless motor control device receives a voltage Vac of a commercial AC power supply, and rectifies and smoothes it by a step-up chopper method by a step-up rectifying and smoothing
このように、センサレス型のブラシレスDCブラシレスモータを駆動する従来のDCブラシレスモータ制御装置では、非通電の巻線に発生する誘起電圧を利用してロータ位置を検出し、目標回転数となるよう回転制御を行っている。 As described above, in the conventional DC brushless motor control device that drives the sensorless brushless DC brushless motor, the rotor position is detected by using the induced voltage generated in the non-energized winding, and the rotation is performed to the target rotational speed. Control is in progress.
ところで、DCブラシレスモータ30を高速回転させる場合には、巻線に発生する誘起電圧をを小さくする必要があるため、DCブラシレスモータ30の巻線への通電位相の位相角を進めるように制御する(通電切替を早めるように制御する)必要がある。この結果、DCブラシレスモータ30の非通電相に現れる誘起電圧を位置検出に用いることができなくなり、誘起電圧を用いたロータの位置検出ができなくなる。
By the way, when the DC
このような場合のDCブラシレスモータの制御方式として、ロータ位相を推定することによって通電相の切り替えを行う推定位相方式が知られている。この推定位相方式は、DCブラシレスモータ30を流れる電流を検出して、その電流とDCブラシレスモータ30の回転数との、予め求めておいた関係を用いて、モータ電流が所定の回転数と対応する値となるようにロータ位相を推定し、この推定結果に基づいて制御を行うオープンループ制御によるものである。
As a DC brushless motor control method in such a case, an estimated phase method is known in which the energized phase is switched by estimating the rotor phase. In this estimated phase method, the current flowing through the DC
ところが、昇圧整流平滑回路10で得られるDC電圧Vdcにリップルが発生することがある。リップルが発生すると、DCブラシレスモータ30のロータ位置と通電位相の位相差を一定にすることができなくなる。
However, a ripple may occur in the DC voltage Vdc obtained by the step-up rectifying /
誘起電圧を用いてロータ位置検出ができる場合には、フィードバック制御が行われるので、リップルが発生しても、ロータ位置と通電位相の位相差を一定に保つことが可能であるが、オープンループ制御では、DC電圧Vdcにリップルが発生すると、ロータ位置と通電位相の位相差を一定に保つことができなくなり、DCブラシレスモータ30の入力電流のピークがばらついたり、DCブラシレスモータ30の回転に変動が生じ、最悪の場合にはDCブラシレスモータ30の脱調、停止等が発生してしまう。
When the rotor position can be detected using the induced voltage, feedback control is performed, so even if ripples occur, the phase difference between the rotor position and the energized phase can be kept constant. If a ripple occurs in the DC voltage Vdc, the phase difference between the rotor position and the energization phase cannot be kept constant, the peak of the input current of the DC
なお、関連する技術として、特許文献1には、整流平滑電圧がスイッチング手段によりPWM変調されてDCブラシレスモータに与えられ、該DCブラシレスモータの回転が制御されるDCブラシレスモータの回転制御装置において、整流平滑電圧のリップル電圧変動を検出するリップル検出手段と、該リップル検出手段からの検出信号に基づき、上記スイッチング手段をスイッチング制御するPWM信号のデューティを修正するデューティ修正手段とを具備するDCブラシレスモータの回転制御装置が掲載されている。しかしながら、特許文献1に掲載された技術は、誘起電圧を用いたロータの位置検出ができない場合に関するものではない。 As a related technique, Patent Document 1 discloses a rotation control device for a DC brushless motor in which a rectified and smoothed voltage is PWM-modulated by a switching unit and applied to a DC brushless motor, and the rotation of the DC brushless motor is controlled. DC brushless motor comprising: ripple detecting means for detecting ripple voltage fluctuation of rectified and smoothed voltage; and duty correcting means for correcting duty of PWM signal for switching control of the switching means based on a detection signal from the ripple detecting means The rotation control device is published. However, the technique disclosed in Patent Document 1 does not relate to a case where the rotor position cannot be detected using the induced voltage.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、リップルが発生しても、位置検出信号を用いることなく、入力電流を安定させ、且つDCブラシレスモータの回転速度変動、脱調、停止等の発生を抑制できるDCブラシレスモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to stabilize an input current without using a position detection signal even when ripples occur, and to prevent fluctuations in the rotational speed of a DC brushless motor. It is to provide a DC brushless motor control device that can suppress the occurrence of adjustment, stop, and the like.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、AC電圧から変換されたDC電圧をDCブラシレスモータの巻線に供給する駆動手段によって前記DCブラシレスモータの各磁極の通電を切替制御するDCブラシレスモータ制御装置において、前記AC電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出手段と、目標回転数と通電相の切替時間から将来の通電相の切替時間を算出し前記駆動手段に出力する切替時間算出手段と、前記AC電圧のゼロクロス点からの経過時間と対応づけて通電相の切替時間の補正値を記録したテーブルを記憶した記憶手段とを備え、算出する通電相の切替時間が前記駆動手段に出力されるときのゼロクロス点からの経過時間に対応する切替時間の補正値を前記テーブルから読み出し、これを用いて前記切替時間算出手段で算出された通電相の切替時間を補正して前記駆動手段に出力することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 switches and controls energization of each magnetic pole of the DC brushless motor by driving means for supplying a DC voltage converted from the AC voltage to the winding of the DC brushless motor. In the DC brushless motor control device, a zero-cross point detecting means for detecting a zero-cross point of the AC voltage, and a switching time for calculating a switching time of the energized phase in the future from the target rotational speed and the switching time of the energized phase and outputting the same to the driving means A calculation unit; and a storage unit that stores a table in which a correction value of a switching time of the energized phase is recorded in association with an elapsed time from the zero cross point of the AC voltage, and the switching time of the energized phase to be calculated is the driving unit. The correction value of the switching time corresponding to the elapsed time from the zero cross point when being output to the table is read from the table, and is used to switch the switching Switching time of the calculated conduction phases between calculation means corrects to the and outputting to the drive unit.
本発明によれば、DC電圧にリップルが生じていても、電圧のゼロクロス点の検出信号を得ることで、ロータ位置と通電位相の位相差を一定にすることができ、その結果、入力電流を安定させることができ、DCブラシレスモータの回転変動、脱調、停止等の発生を抑制できる。このとき、DCブラシレスモータのロータ位置を検出する必要はなく、またDC電圧を検出する必要もなく、低コストを実現できる。 According to the present invention, even if a ripple occurs in the DC voltage, the phase difference between the rotor position and the energization phase can be made constant by obtaining the detection signal of the zero cross point of the voltage. It can be stabilized, and the occurrence of rotational fluctuation, step-out, stop, etc. of the DC brushless motor can be suppressed. At this time, it is not necessary to detect the rotor position of the DC brushless motor, and it is not necessary to detect the DC voltage, thereby realizing low cost.
図1に本発明の1つの実施例のDCブラシレスモータ制御装置の構成を示す。昇圧整流回路10は、昇圧用コイルL、ブリッジ接続の整流用ダイオードD1〜D4、昇圧用コンデンサC1,C2、平滑用コンデンサC3を備える。モータ駆動回路(インバータ)20は、トランジスタQU,QV,QW,QX,QY,QZおよび該各トランジスタのコレクタ・エミッタ間に接続された環流ダイオードを備える。センサレス型のブラシレスDCブラシレスモータ30は、固定子に3相巻線30u,30v,30wを有し、回転子(図示せず)にはマグネットが装着されている。ゼロクロス検出回路40は、入力するAC電圧Vacのゼロクロス点をそのAC電圧Vacの半周期毎に検出する。マイクロコンピュータ50は、ゼロクロス検出回路40で検出されたゼロクロス点を基準点としてタイマ51で時刻経過を計測し、所定時間の経過毎に記憶部52に予め記憶されている補正テーブルの補正値を参照するとともに、指令値としての目標回転数を参照して、モータ駆動回路20の各トランジスタQU,QV,QW,QX,QY,QZを切り替えて、3相巻線30u,30v,30wの通電相を所定の順序で切り替える。
FIG. 1 shows the configuration of a DC brushless motor control apparatus according to one embodiment of the present invention. The step-
さて、DC電圧Vdcは、入力するAC電圧Vacを全波整流したものであるので、平滑用コンデンサC3の容量が小さいとき、あるいはDCブラシレスモータ30の負荷が大きいときは、図2に示すようにリップルを含む脈動波形となる。リップルが発生すると、ロータ位置と通電位相の位相差が一定でなくなり、この結果、入力電流を安定させることができず、また、モータの回転速度がリップルに応じて変動してしまうことになる。
Since the DC voltage Vdc is a full-wave rectified input AC voltage Vac, when the capacity of the smoothing capacitor C3 is small or when the load of the DC
そこで、本実施例では、DC電圧Vdcが特定のリップルを有するとき、DC電圧Vdcのリップルの影響がDCブラシレスモータ30の運転に影響しないように、強制切替時間を補正する補正時間を求める。この補正時間は、図2に示すように、リップルによりDC電圧Vdcの低いところでは強制切替時間を長くし、逆にDC電圧Vdcの高いところでは強制切替時間を短くして、ロータ位置と通電位相の位相差が一定になるようにする。なお、この補正時間は、予め試験等により定めておくものであり、補正時間の求め方としては、例えば、特定のリップルを有するDC電圧Vdcで被制御対象であるDCブラシレスモータ30の駆動を行うことで、前記特定のリップルを有するDC電圧Vdcがモータ制御に与える影響を抽出し、その影響を打ち消す強制切替時間となるように補正時間を定める、という方法で求めておく。そして、この補正時間を、前記AC電圧Vacのゼロクロス点から次のゼロクロス点までの間における各時点(所定のゼロクロス点から次のゼロクロスまでの期間を任意の時間間隔で区切った各時点)での値として、試験等により求めておき、ゼロクロス点からの経過時間(タイマ51によるタイマ時間)と関係付けて、マイクロコンピュータ50の記憶部52の補正テーブルに格納しておく。
Therefore, in this embodiment, when the DC voltage Vdc has a specific ripple, a correction time for correcting the forced switching time is obtained so that the influence of the ripple of the DC voltage Vdc does not affect the operation of the DC
この補正テーブルは、例えば、図3に示すようになる。t1,t2,・・・はゼロクロス点からの経過時刻であり、タイマ51のタイマ値として得られる。T1は補正対象である強制切替時間をモータ駆動回路20に出力する時刻がt1である場合に参照すべき補正時間であり、T2は補正対象である強制切替時間をモータ駆動回路20に出力する時刻がt2である場合に参照すべき補正時間である。
This correction table is, for example, as shown in FIG. t1, t2,... are elapsed times from the zero cross point, and are obtained as timer values of the
なお、このテーブルに設定された補正時間は、t1〜tnの補正時間T1〜Tnをすべて足し合わせたときその値が0になるように設定される。これは、この補正テーブルを用いた強制切替時間の補正により、平均回転数を変動させないようにするためである。 The correction time set in this table is set so that the value becomes 0 when all the correction times T1 to Tn of t1 to tn are added. This is to prevent the average rotational speed from fluctuating by correcting the forced switching time using this correction table.
また、テーブルの設定については、本実施例に限定するものではなく、例えば、補正時間(T1,T2,・・・・)について、T1を後述する補正時間を加算する処理を行う時刻がt1のときに参照する補正時間、またT2を後述する補正時間を加算する処理を行う時刻がt2のとき参照すべき補正時間として、テーブルの設定をしてもよい。 Further, the setting of the table is not limited to the present embodiment. For example, for the correction time (T1, T2,...), The time for performing the process of adding T1 to the correction time described later is t1. The table may be set as a correction time to be referred to when the correction time to be referred to is sometimes referred to, or when T2 is a time for performing a process of adding a correction time to be described later at t2.
次に、本実施例における強制切替時間の決定について概要を説明する。まず、外部から入力される目標とするDCブラシレスモータ30の回転数(目標回転数)と現在の回転数(実回転数)を比較する。なお、本実施例のDCブラシレスモータ30は回転数を検出する手段を持たないため、実回転数としては、前回出力した、後述する目標回転数と実回転数の比較結果により強制切替時間を増減した強制切替時間(強制切替基準時間)、に基づいて算出した回転数を用いる。その後、その比較結果に応じて前回出力した強制切替基準時間の切替時間の増減を行う。さらに、この修正した強制切替時間(今回出力する強制切替基準時間)に、前記した補正テーブルから求めた補正時間を加算して、リップルの影響を受けないような強制切替設定時間を生成する。そして、この強制切替設定時間を用いてDCブラシレスモータ30の通電相の通電切替を行う。
Next, an outline of the determination of the forced switching time in the present embodiment will be described. First, the rotational speed (target rotational speed) of the target
図4にマイクロコンピュータ50により上記した制御を行うフローチャートを示す。このフローチャートで示されるプログラムは、記憶部52に格納されていて、CPUにより実行される。目標回転数が入力された後、図5に示す時刻taにおいて、強制切替設定時間TAが設定されると、その強制切替設定時間TAの基になった強制切替基準時間(TAからこの時間の設定時に加算された補正時間を差し引いた強制切替時間)に基づいてDCブラシレスモータ30の実回転数を求め、この実回転数と目標回転数とを比較し(S1)、実回転数が目標回転数よりも低いとき(S1−YES)は、強制切替設定時間TAの基になった強制切替基準時間を予め設定された所定の値だけ減少させ(S2)、また、実回転数が目標回転数よりも高いとき(S1−NO、S3−YES)は、強制切替設定時間TAの基になった強制切替基準時間を予め設定された所定の値だけ増加させる(S4)。しかし、実回転数が目標回転数と一致するとき(S3−NO)は、強制切替設定時間TAの基になった強制切替基準時間はそのままとする。
FIG. 4 shows a flowchart for performing the above-described control by the
そして、ステップS1〜S4で得られた強制切替基準時間に対して、前記した強制切替設定時間TAの終了時刻(タイマ値tb)における補正時間Tbを補正テーブルから読み出して、加算する(S5)。以上のようにして、タイマ値tbの時刻からの新たな強制切替設定時間TBが設定されるので、そのタイマ値tbの時刻になると出力し(S8)、モータ駆動回路20の各トランジスタQU,QV,QW,QX,QY,QZの切替状態を、強制切替設定時間TBの間だけ、次の通電相の切替状態に設定する。
Then, the correction time Tb at the end time (timer value tb) of the forced switching set time TA is read from the correction table and added to the forced switching reference time obtained in steps S1 to S4 (S5). As described above, a new forcible switching setting time TB from the time of the timer value tb is set, so that it is output at the time of the timer value tb (S8), and the transistors QU and QV of the
以上のように、本実施例では、DC電圧Vdcがリップルを含んでいていても、ゼロクロス点からの経過時刻に応じて強制切替基準時間を修正し、その修正した強制切替基準時間に補正テーブルから読み出した補正時間を加算することで、そのDCブラシレスモータ30を定速回転させることができる。このとき、DCブラシレスモータ30のロータ位置を検出する必要はなく、DC電圧Vdcを検出する必要もない。
As described above, in this embodiment, even if the DC voltage Vdc includes ripples, the forced switching reference time is corrected according to the elapsed time from the zero cross point, and the corrected forced switching reference time is calculated from the correction table. By adding the read correction time, the
10:昇圧整流平滑回路
20:DCブラシレスモータ制御装置
30:センサレス型のDCブラシレスモータ
40:ゼロクロス検出回路
50:マイクロコンピュータ
60:位置検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Boosting rectification smoothing circuit 20: DC brushless motor control apparatus 30: Sensorless type DC brushless motor 40: Zero cross detection circuit 50: Microcomputer 60: Position detection circuit
Claims (1)
前記AC電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出手段と、
目標回転数と通電相の切替時間から将来の通電相の切替時間を算出し前記駆動手段に出力する切替時間算出手段と、
前記AC電圧のゼロクロス点からの経過時間と対応づけて通電相の切替時間の補正値を記録したテーブルを記憶した記憶手段とを備え、
算出する通電相の切替時間が前記駆動手段に出力されるときのゼロクロス点からの経過時間に対応する切替時間の補正値を前記テーブルから読み出し、これを用いて前記切替時間算出手段で算出された通電相の切替時間を補正して前記駆動手段に出力することを特徴とするDCブラシレスモータ制御装置。
In a DC brushless motor control apparatus that switches and controls energization of each magnetic pole of the DC brushless motor by a driving unit that supplies a DC voltage converted from an AC voltage to a winding of the DC brushless motor.
Zero-cross point detecting means for detecting a zero-cross point of the AC voltage;
A switching time calculating means for calculating a switching time of the energized phase in the future from the target rotational speed and the switching time of the energized phase, and outputting to the driving means;
Storage means storing a table in which the correction value of the switching time of the energized phase is recorded in association with the elapsed time from the zero cross point of the AC voltage;
The correction value of the switching time corresponding to the elapsed time from the zero cross point when the switching time of the energized phase to be calculated is output to the driving means is read from the table, and is calculated by the switching time calculating means using this value. A DC brushless motor control device that corrects the switching time of the energized phase and outputs the corrected phase to the driving means.
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JP2010083009A JP2011217512A (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Dc brushless motor control device |
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Cited By (2)
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WO2013089244A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | 国立大学法人東京海洋大学 | Controller for ship propulsion device and ship propulsion system using same |
WO2015146197A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | ダイキン工業株式会社 | Power conversion device |
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2010
- 2010-03-31 JP JP2010083009A patent/JP2011217512A/en not_active Withdrawn
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JPWO2013089244A1 (en) * | 2011-12-16 | 2015-04-27 | 国立大学法人東京海洋大学 | Ship propulsion controller and ship propulsion system using the same |
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