JP2012115126A - Controller of brushless dc motor and blower having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスDCモータの制御装置、またはそれを用いた送風装置に関する。 The present invention relates to a control device for a brushless DC motor or a blower using the same.
従来、ブラシレスDCモータの制御装置は、インバータを用いて軸出力が所望の値となるように制御し、空調用のファンなどの仕事量を制御するように構成しているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a brushless DC motor control device is known that uses an inverter to control the shaft output to a desired value and to control the work of an air conditioning fan or the like. (For example, refer to Patent Document 1).
以下、特許文献1における換気装置について、図14を参照しながら説明する。特許文献1では、図14に示すように、DCモータ101で駆動する送風機を備えており、風量を一定に制御する制御機能を持つ換気装置について、換気装置の制御回路102によって制御関数に基づいてDCモータ101を駆動し、定風量制御するようにしている。その制御関数に関しては、この換気装置と同じ任意の基準換気装置によってあらかじめ取得された関数である。制御関数に換気装置の送風機のDCモータ101のばらつき分を補正値として取り入れる。補正値は基準換気装置のDCモータ101が安定した任意の低回転数を回転数検出回路103にて検出し、そのときの指令電圧値を指令電圧生成回路104にて測定し、この指令電圧値と換気装置のDCモータ101が基準換気装置のDCモータ101と同じ安定した低回転数のときの指令電圧値との差を算出して求める。求めた指令電圧値との差を補正値として取り込み、記憶素子105に記憶しておくことで、電源投入時にのみ補正処理を行なって、DCモータ101の風量一定制御の風量制御精度の悪化を防止する。
Hereinafter, the ventilation apparatus in
しかしながら、従来のこの種の換気装置では、安定した任意の低回転数の時の指令電圧値を観測する必要があり、設置された後に部品交換する際など、ダクト長や外風などの設置環境や外乱要素で風量を左右する要因があった際には、安定した補正が困難になるという課題がある。特に、低回転数域では、モータに印加する電圧デューティも小さく、安定性に課題がある。また、モータのばらつき要因としては、着磁ばらつき、巻線ばらつきなどがあり、その中でも着磁ばらつきの結果として誘起電圧のばらつきが比率的大きいが、それらのばらつきを総合的なばらつきとして補正を加える方式であるため、補正定数が線形になるとは考え難く、実際的な補正係数の選定が困難となるという課題もある。 However, with this type of conventional ventilator, it is necessary to observe the command voltage value at a stable arbitrary low speed, and when replacing parts after installation, the installation environment such as duct length and outside wind is required. When there is a factor that influences the air volume due to a disturbance element, there is a problem that stable correction becomes difficult. In particular, in the low rotation speed range, the voltage duty applied to the motor is small, and there is a problem in stability. In addition, motor variation factors include magnetization variation, winding variation, etc. Among them, induced voltage variation is relatively large as a result of magnetization variation, but these variations are corrected as total variation. Since this is a method, it is difficult to think that the correction constant is linear, and there is a problem that it is difficult to select a practical correction coefficient.
本発明は、前記の問題を解決し、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれる要因があった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(送風機の場合では風量一定制御)の制御確度を向上することができるブラシレスDCモータの制御装置を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-mentioned problem, and even if there is a factor including an installation environment such as duct length and external wind and disturbance factors, an induced voltage at an arbitrary number of rotations in the rotation state of the motor is obtained. Measured and corrected motor variation according to the induced voltage variation, enabling stable correction, and specialized by proportionally proportional to the induced voltage or induced voltage that is proportionally larger as a factor of motor variation An object of the present invention is to provide a brushless DC motor control device capable of improving the control accuracy of motor shaft output constant control (in the case of a blower, constant air volume control) by performing correction.
そして、この目的を達成するために、ブラシレスDCモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスDCモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記インバータ回路から前記ブラシレスDCモータに供給する電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスDCモータが所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, a brushless DC motor control device includes a rectifier for full-wave rectification of an AC power source, an inverter circuit including an upper stage and a lower stage, and bridge-connected with a plurality of switching elements, Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the brushless DC motor, current detection means for detecting current supplied from the inverter circuit to the brushless DC motor, and rotation detected so that the brushless DC motor has a desired output An output control means for controlling the number and current, and an induced voltage and an electrical angle are detected simultaneously with the detection of the rotational speed of the brushless DC motor, and stored in advance in the output control means in accordance with the detection result of the induced voltage and the electrical angle. Change the control parameter of the reference current or the number of revolutions to change the amount of magnetic flux of the brushless DC motor. And characterized in that it comprises a positive correcting means, thereby is to achieve the intended purpose.
本発明によれば、ブラシレスDCモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスDCモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記インバータ回路から前記ブラシレスDCモータに供給する電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスDCモータが所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備える構成にして、回転状態にあるモータ回転数と、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(送風機の場合では風量一定制御)の制御確度を向上することができるブラシレスDCモータの制御装置を提供することを目的としている。 According to the present invention, a brushless DC motor control device includes a rectifying means for full-wave rectification of an AC power supply, an inverter circuit composed of an upper stage and a lower stage, each bridge-connected by a plurality of switching elements, and the brushless DC motor. Rotation speed detection means for detecting rotation speed, current detection means for detecting current supplied from the inverter circuit to the brushless DC motor, and rotation speed and current detected so that the brushless DC motor has a desired output. The output control means for controlling and the induced voltage and the electrical angle are detected simultaneously with the rotation speed detection of the brushless DC motor, and the reference current stored in the output control means in advance according to the detection result of the induced voltage and the electrical angle Alternatively, a correction means for correcting a variation in the magnetic flux amount of the brushless DC motor by changing a control parameter of the rotational speed. In this configuration, the number of rotations of the motor in the rotating state, the variation in the amount of magnetic flux of each motor, and the induced voltage variation proportional to the magnetic flux density can be detected at the same time. Even if there are factors including factors such as installation environment and disturbance factors such as length and outside wind, the induced voltage at any number of rotations in the rotating state of the motor is measured, and the motor according to the variation in the induced voltage The motor shaft output constant control is achieved by performing a specific correction based on a proportionally proportional to the induced voltage or the induced voltage that is proportionally large as a cause of motor variation. An object of the present invention is to provide a brushless DC motor control device capable of improving the control accuracy of air flow (constant air volume control in the case of a blower). It is.
本発明の請求項1記載のブラシレスDCモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスDCモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記インバータ回路から前記ブラシレスDCモータに供給する電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスDCモータが所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えるようにしたものである。これにより、回転状態にあるモータ回転数と、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、設置された後に部品交換する際であっても安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(送風機の場合では風量一定制御)の制御確度を向上することができるという効果を奏する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a brushless DC motor control device comprising: a rectifying means for full-wave rectification of an AC power supply; an inverter circuit comprising an upper stage and a lower stage, each bridge-connected by a plurality of switching elements; and the brushless DC Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the motor, current detection means for detecting the current supplied from the inverter circuit to the brushless DC motor, and the rotation speed detected so that the brushless DC motor has a desired output An output control means for controlling the current; and a reference stored in advance in the output control means according to the detection result of the induced voltage and the electrical angle according to the detection result of the induced voltage and the electrical angle. The correction which corrects the variation in the magnetic flux amount of the brushless DC motor by changing the control parameter of the current or the rotational speed It is obtained so as to comprise a stage. As a result, the rotational speed of the motor in a rotating state, the variation in the amount of magnetic flux of each motor, and the induced voltage variation proportional to the magnetic flux density are detected at the same time. Even if there is a factor that includes the installation environment and disturbance factors such as outside wind, the induced voltage at any number of rotations while the motor is rotating is measured, and the motor varies according to the variation in the induced voltage. Therefore, stable correction is possible even when parts are replaced after installation, and specialized correction by a proportionally proportional to the induced voltage or a proportionally proportional to induced voltage is possible as a factor of motor variation. By doing so, it is possible to improve the control accuracy of the motor shaft output constant control (in the case of a blower, constant air volume control).
また、請求項2記載のブラシレスDCモータの制御装置は、初回運転時にのみ補正手段によるブラシレスDCモータの磁束量のばらつき補正を実行する構成としたものである。これにより、常時補正を行なう必要がなく、簡単な構成でブラシレスDCモータの誘起電圧ばらつき補正として磁束量ばらつきの補正ができ、モータの主たるばらつき要因を補正することができるという効果を奏する。
In addition, the brushless DC motor control apparatus according to
また、請求項3記載のブラシレスDCモータの制御装置は、補正手段は、所定の回転数よりも高速となった後に実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧の小さいモータであっても、誘起電圧は回転数に比例することから、検出下限値を下回ったり、あるいは検出誤差の拡大を防止することができるという効果を奏する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the brushless DC motor control apparatus, wherein the correction means is executed after the speed becomes higher than a predetermined rotational speed. As a result, even in a motor with a small induced voltage, the induced voltage is proportional to the rotation speed, so that it is possible to prevent the detection error from being reduced or the detection error from increasing.
また、請求項4記載のブラシレスDCモータの制御装置は、誘起電圧の絶対値は、三相のうち何れか一相を選択的に検出する構成としたものである。これにより、三相全ての相電圧を検出する必要がなく、より簡単な回路構成にて実現することができ、より安価な回路構成とすることができるという効果を奏する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a brushless DC motor control device that selectively detects one of the three phases of the absolute value of the induced voltage. This eliminates the need to detect the phase voltages of all three phases, and can be realized with a simpler circuit configuration, thereby producing an effect that a cheaper circuit configuration can be achieved.
また、請求項5記載のブラシレスDCモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、矩形波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となる何れかの一相より誘起電圧を検出する構成としたものである。これにより、誘起電圧を検出する際であっても、連続した通電が可能となるため、検出の際の精度を向上することができ、より確度の高い補正制御を可能することができるという効果を奏する。
In the brushless DC motor control device according to
また、請求項6記載のブラシレスDCモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、正弦波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する構成としたものである。これにより、休止区間を強制的に生成するため、誘起電圧の測定が可能となり、また正弦波通電することにより、モータのトルクリプルが縮小するため、より静音化、あるいは低振動化を図ることができるという効果を奏する。 Further, in the brushless DC motor control device according to the sixth aspect, the modulation of the inverter circuit is executed by sine wave energization, and the energization pattern is intentionally generated so that both the upper and lower switching elements are turned off. Thus, detection of the induced voltage is performed. As a result, the pause interval is forcibly generated, so that the induced voltage can be measured, and the torque ripple of the motor is reduced by energizing the sine wave, so that the noise can be further reduced or the vibration can be reduced. There is an effect.
また、請求項7記載のブラシレスDCモータの制御装置は、補正手段は、少なくとも2回以上ブラシレスDCモータの回転数と誘起電圧の同時検出した結果から前記回転数と前記誘起電圧の平均値をそれぞれ演算し、平均回転数と誘起電圧の平均値の演算結果に応じて、ばらつき補正を実行する構成としたものである。これにより、トルクリプルによる回転数、あるいは誘起電圧の測定ばらつき、あるいは外来ノイズ、自己ノイズによる検出値のばらつきを補正し、より安定した補正を可能とすることができるという効果を奏する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the brushless DC motor control device, wherein the correction means calculates the average value of the rotational speed and the induced voltage from the result of simultaneous detection of the rotational speed and the induced voltage of the brushless DC motor at least twice. The calculation is performed, and the variation correction is executed in accordance with the calculation result of the average rotation speed and the average value of the induced voltage. As a result, it is possible to correct the measurement variation of the rotational speed due to the torque ripple or the induced voltage, or the variation of the detection value due to the external noise or the self noise, thereby enabling more stable correction.
また、請求項8記載のブラシレスDCモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、回転始動時および誘起電圧の絶対値検出時のみ矩形波通電で実行し、その他の期間では正弦波通電で実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧を検出する際であっても、連続した通電が可能となるため、検出の際の精度を向上することができ、より確度の高い補正制御を可能とし、また、通常時は正弦波通電することにより、モータのトルクリプルが縮小するため、より静音化、あるいは低振動化を図ることができるという効果を奏する。 In the brushless DC motor control device according to the eighth aspect, the modulation of the inverter circuit is performed by energizing the rectangular wave only at the time of starting rotation and detecting the absolute value of the induced voltage, and is performed by energizing the sine wave in the other period. It is a configuration. As a result, even when the induced voltage is detected, continuous energization is possible, so that the accuracy at the time of detection can be improved, and correction control with higher accuracy is possible. By energizing the sine wave, the torque ripple of the motor is reduced, so that it is possible to achieve further noise reduction or vibration reduction.
また、請求項9記載のブラシレスDCモータの制御装置は、誘起電圧の検出は、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した何れかの電気角で実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧を同時に三相分同時検出する必要がなくなり、処理時間の短縮が図れ、マイクロプロセッサの制御周期を上げることができ、外部への雑音を低減できると同時に、種々の付加機能の向上が図ることができるという効果を奏する。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the brushless DC motor control apparatus, wherein the detection of the induced voltage is performed at any electrical angle excluding the point where the induced voltage becomes zero. This eliminates the need to simultaneously detect the induced voltage for three phases, shortens the processing time, increases the control cycle of the microprocessor, reduces external noise, and provides various additional functions. There is an effect that improvement can be achieved.
また、請求項10記載の送風装置は、本ブラシレスDCモータの制御装置を搭載し、負荷として送風ファンを接続し、所望の送風量に制御する構成としたものである。これにより、前述効果のあるブラシレスDCモータを搭載しているため、装置個々の制御ばらつき低減による能力ばらつきを低減することができ、また、部品交換時であっても、交換後の部品に応じて安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧あるいは誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(風量一定制御)の制御確度を向上することができるという効果を奏する。
The blower according to
また、請求項11のブラシレスDCモータの制御装置は、出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスDCモータのモータ効率の比率に基づいた電流あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正する構成としたものである。これにより、回転数に応じて異なるファン効率、モータ効率、およびファン効率とモータ効率の比率を制御パラメータに反映しているため、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量制御の精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
The controller for a brushless DC motor according to
また、請求項12記載のブラシレスDCモータの制御装置あるいは送風装置は、出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスDCモータのモータ効率の比率に基づいた電流あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正する構成としたものである。これにより、回転状態にあるモータ回転数と、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、設置された後に部品交換する際であっても安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(送風機の場合では風量一定制御)の制御確度を向上しつつ、回転数に応じて異なるファン効率、モータ効率、およびファン効率とモータ効率の比率を制御パラメータに反映しているため、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量制御の精度を更に向上することができるという効果を奏する。
The brushless DC motor control device or blower device according to
また、請求項13記載のブラシレスDCモータの制御装置を用いた送風装置は、送風空気の温度、あるいは関係性のある状態変数を検出し、送風空気の空気密度を判定して送風量の補正を行なう第二補正手段を備える構成としたものである。これにより、逐次変動する送風空気の温度変化による送風量の制御誤差を抑制することが可能となり、送風量制御の精度を更に向上することができるという効果を奏する。
Further, the blower using the brushless DC motor control device according to
(実施の形態1)
本発明におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2を搭載した送風装置3の構成について、図1を参照しながら構成について説明する。図1に示すように、送風装置3は、制御装置2と送風ファン4と本体ケーシング5と、吹き出し口6を備えている。また、制御装置2は、図2に示すように、交流電源7を全波整流する整流手段8と、スイッチング素子9a〜9fで構成したインバータ回路9と、ブラシレスDCモータ1の回転数を検出する回転数検出手段10と、インバータ回路9からブラシレスDCモータ1に供給する電流を検出する電流検出手段11と、ブラシレスDCモータ1が所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段12と、ブラシレスDCモータ1の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出する誘起電圧検出手段13と、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段12に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつきを補正する補正手段14を備えており、ブラシレスDCモータ1の負荷としての送風ファン4を回転させることで所望の送風量となるように制御する。
(Embodiment 1)
The structure of the
はじめに、ブラシレスDCモータ1の電流と回転数を制御することで所望の送風量となるように制御できることについて説明する。ブラシレスDCモータ1の出力Pは、トルク定数Ktと電流Iと回転数Nから〔数1〕により計算することができる。
First, it will be described that control can be made to achieve a desired air flow rate by controlling the current and the rotational speed of the
また、送風ファン4は一般流体における相似則より、送風ファン4の軸動力Lは、羽根径Dの5乗と送風ファン4の回転数NFの3乗の乗算結果に比例する(数2)。また、風量Qは羽根径の3乗と送風ファン4の回転数NFの乗算結果に比例する(数3)。従って、〔数2〕、〔数3〕より送風ファン4の軸動力Lは、定数kを用いて、〔数4〕のように計算することができる。 Further, the fan 4 has a shaft power L proportional to the multiplication result of the fifth power of the blade diameter D and the third power of the rotational speed NF of the blower fan 4 based on a similar law in general fluids (Expression 2). The air volume Q is proportional to the multiplication result of the third power of the blade diameter and the rotational speed NF of the blower fan 4 (Equation 3). Therefore, from [Equation 2] and [Equation 3], the shaft power L of the blower fan 4 can be calculated as [Equation 4] using the constant k.
ここで、送風ファン4とブラシレスDCモータ1が直結していることから、送風ファン4の軸動力LとブラシレスDCモータ1の出力P、送風ファン4の回転数NFとブラシレスDCモータ1の回転数Nは等しいと考えられる。従って、送風量は定数K1とブラシレスDCモータ1のトルク定数Kt、電流I、回転数Nより〔数5〕のように計算することができると考えられ、所定の風量Qaに対して、各々の電流Iaに対応する回転数Naが唯一存在することとなるため、電流と回転数を制御することで、間接的に送風量を制御することが可能となることを示している。
Here, since the blower fan 4 and the
この理論計算は、図3に示すように、目標送風量Qa1、Qa2、Qa3(例えば3つの送風量ノッチとした場合)に対して、電流Iaと回転数Naを制御パラメータとして出力制御手段12に記憶し、制御パラメータ上に実際の検出値が近づくように制御することで実現する。 As shown in FIG. 3, this theoretical calculation is performed for the output control means 12 using the current Ia and the rotation speed Na as control parameters for the target airflow rates Qa1, Qa2, Qa3 (for example, when three airflow notches are used). This is realized by storing and controlling so that the actual detection value approaches the control parameter.
次に、前述の理論計算に基づいて、送風ファン4による送風量が所望の風量となるように制御した場合、ブラシレスDCモータ1の個体差によるばらつき要因は、送風装置3の個々の調整にて抑える必要がある。ここで、ブラシレスDCモータ1のばらつき要因のうち、送風量ばらつきへの影響度の高い要因は、磁束φのばらつきであり、5〜6%程度を占める。磁束φは、磁束密度Bに比例し、磁束密度Bはトルク定数Ktに比例するため、トルク定数Ktのばらつき成分を検出して、予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータを変更することで、ブラシレスDCモータ1の磁束ばらつき要因を補正して所望の送風量と実際の送風量の誤差を抑制することができる。
Next, based on the above-described theoretical calculation, when control is performed so that the amount of air blown by the blower fan 4 becomes a desired amount of airflow, the variation factor due to individual differences of the
次に、補正手段14の補正量を演算するフローチャートについて、図4を参照しながら説明する。図4に示すように、補正手段14は、運転初回時のみ実行するように構成している。はじめに、出力制御手段12によりインバータ回路9をスイッチングし、ブラシレスDCモータ1を駆動する。補正手段14は、ブラシレスDCモータ1の回転数を入力し、所定の回転数よりも高回転となったか否かを判定する。誘起電圧は、三相のうち何れか一相を検出する。インバータ回路9は、矩形波通電により変調を行ない、スイッチング素子9a〜9fのうち、誘起電圧を検出する何れか一相の上段、下段のスイッチング素子(例えば9a、9b)が共にオフ状態となるタイミングにて検出する。検出は、少なくとも2回以上ブラシレスDCモータ1の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を1回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント(例えば、演算結果が0.0、0.25、0.5.0.75となったポイント)を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。計算した比率を予め記憶した基準となる電流の制御パラメータの各々に乗算してばらつき補正を加える。
Next, a flowchart for calculating the correction amount of the
以上のように、ブラシレスDCモータ1の誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段12に予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつきを補正する補正手段14を備え、個体差としてのブラシレスDCモータ1の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができる。
As described above, according to the detection result of the induced voltage and the electrical angle of the
なお、本実施の形態1では、補正手段14による補正は回転数を補正する一例を示したが、ブラシレスDCモータ1の電流を補正する構成としても良い。
In the first embodiment, the correction by the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2bの構成について、図5を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
The configuration of the
なお、実施の形態1と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
In addition, what has the same function as
図5に示すように、インバータ回路9の変調を正弦波通電により実行し、スイッチング素子9a〜9fが共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する出力制御手段12bを備えている。
As shown in FIG. 5, modulation of the
次に、図6に出力制御手段12bの誘起電圧の検出のフローチャートを示す。図6に示すように、誘起電圧の検出のフローチャートは、運転初回時のみ実行するように構成している。はじめに、出力制御手段12bによりインバータ回路9をスイッチングし、ブラシレスDCモータ1を駆動する。次に、ブラシレスDCモータ1の回転数を入力し、所定の回転数よりも高回転となったか否かを判定する。所定の回転数を超えていない場合は、更に高回転となるようにインバータ回路9の変調を変更する。所定の回転数を超えている場合は、インバータ回路9へのスイッチングを停止し、ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を検出する。誘起電圧の検出は、少なくとも2回以上ブラシレスDCモータ1の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を1回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント(例えば、演算結果が0.0、0.25、0.5.0.75となったポイント)を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。少なくとも2回以上検出して、平均を演算するのは、ブラシレスDCモータ1への励磁を停止することから、送風ファン4を含む回転体の慣性力、摩擦力、送風による抗力などによる回転数、誘起電圧の減衰発生と、ノイズによる検出誤差の低減を図るためである。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。計算した比率を予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータの各々に乗算してばらつき補正を加える。
Next, FIG. 6 shows a flowchart of detection of the induced voltage of the output control means 12b. As shown in FIG. 6, the flowchart for detecting the induced voltage is configured to be executed only at the first operation. First, the
以上のように、インバータ回路9の変調を正弦波通電により実行し、スイッチング素子9a〜9fが共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する出力制御手段12bを備え、個体差としてのブラシレスDCモータ1の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができる。
As described above, the output control that executes modulation of the
なお、本実施の形態2では、補正対象を回転数とした一例を示したが、ブラシレスDCモータ1の電流を補正する構成としても良い。
In the second embodiment, an example in which the correction target is the rotation speed has been described. However, the current of the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2cの構成について、図7を参照しながら説明する。
(Embodiment 3)
The configuration of the
なお、実施の形態1および2と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
In addition, what has the same function as
図7に示すように、インバータ回路9の変調を回転始動時および誘起電圧検出時のみ矩形波通電で実行し、その他の期間では正弦波通電で実行する出力制御手段12cを備えている。
As shown in FIG. 7, there is provided an output control means 12c that performs modulation of the
次に、図8に出力制御手段12cのインバータ回路9の変調のフローチャートを示す。図8に示すように、変調のフローチャートは、回転始動時と誘起電圧検出時、乃至その他の通常期間に分岐している。通常期間は誘起電圧検出により補正した制御パラメータによりブラシレスDCモータ1を回転制御し、送風ファン4により所望の送風量となるように制御する。また、回転始動時は、ブラシレスDCモータ1の回転数の変化率が大きいため、矩形波通電にて所定の回転数を超えた際に、正弦波通電に切り替える。また、誘起電圧検出時は、運転初回時のみ実行するように構成しており、矩形波通電で駆動して所定の回転数を超えた場合に、ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を検出する。誘起電圧の検出は、少なくとも2回以上ブラシレスDCモータ1の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を1回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント(例えば、演算結果が0.0、0.25、0.5.0.75となったポイント)を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。少なくとも2回以上検出して平均を演算するのは、ノイズによる検出誤差の低減を図るためである。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。計算した比率を予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータの各々に乗算してばらつき補正を加える。その後に制御パラメータの書換えフラグをセットし、リスタート時には、書換えフラグがセットされたか否かに応じて、通常運転あるいは誘起電圧による補正のための運転かを判別する。
Next, FIG. 8 shows a modulation flowchart of the
以上のように、インバータ回路9の変調を矩形波通電により実行し、スイッチング素子9a〜9fが共にオフ状態となる通電タイミングで誘起電圧の検出を実行し、また通常運転時には正弦波通電で駆動する出力制御手段12cを備え、個体差としてのブラシレスDCモータ1の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができ、通常時は正弦波通電で駆動するため、より低騒音、低振動化を図ることができる。
As described above, the modulation of the
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2dの構成について、図9を参照しながら説明する。
(Embodiment 4)
The configuration of the
なお、実施の形態1〜3と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In addition, what has the same function as Embodiments 1-3 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits detailed description.
図9に示すように、制御装置2dは、交流電源7を全波整流する整流手段8と、スイッチング素子9a〜9fで構成したインバータ回路9と、ブラシレスDCモータ1の回転数を検出する回転数検出手段10と、インバータ回路9からブラシレスDCモータ1に供給する電流を検出する電流検出手段11と、ブラシレスDCモータ1が所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段12dを備えており、ブラシレスDCモータ1の負荷としての送風ファン4を回転させることで所望の送風量となるように制御する。
As illustrated in FIG. 9, the
次に、電流あるいは回転数の効率補正係数を演算し、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつき補正結果を二次補正する方法について、以下説明する。ブラシレスDCモータ1の効率ηMを加味した特性方程式は、〔数6〕により計算することができる。
Next, a method for calculating the efficiency correction coefficient of the current or the rotational speed and secondarily correcting the variation correction result of the magnetic flux amount of the
また、送風ファン4は一般流体における相似則として、〔数2〕、〔数3〕による送風ファン4の軸動力Lは同様にファン効率をηFとすると、数式7のように計算することができる。
As for the blower fan 4, the axial power L of the blower fan 4 according to [Equation 2] and [Equation 3] can be calculated as shown in
ここで、送風ファン4とブラシレスDCモータ1が直結していることから、送風ファン4の軸動力LとブラシレスDCモータ1の出力P、送風ファン4の回転数NFとブラシレスDCモータ1の回転数Nは等しいと考えられる。従って、送風量は定数k2とブラシレスDCモータ1のトルク定数Kt、電流I、回転数N、モータ効率ηM、ファン効率ηFより数式8のように計算することができる。
Here, since the blower fan 4 and the
従って、所定の風量Qbに対して、所望の回転数Nbにおける各々の電流Ibに対応する回転数Nbが唯一存在することとなるため、所望の回転数における電流と回転数を制御することで、間接的に送風量を制御することが可能となることを示している。但し、図10に示すように、所望の回転数Nb1、Nb2、Nb3におけるモータ効率ηM1、ηM2、ηM3、ファン効率ηF1、ηF2、ηF3、およびモータ効率とファン効率の比率ηMF1、ηMF2、ηMF3は一定ではないため、各特性に応じた制御パラメータとして出力制御手段12dに記憶する。この制御パラメータ上に実際の検出値が近づくように制御することで所望の風量となるように制御することになる。 Accordingly, since there is only one rotation speed Nb corresponding to each current Ib at the desired rotation speed Nb for the predetermined air volume Qb, by controlling the current and the rotation speed at the desired rotation speed, It shows that it is possible to control the air flow rate indirectly. However, as shown in FIG. 10, motor efficiency ηM1, ηM2, ηM3, fan efficiency ηF1, ηF2, ηF3 and desired motor efficiency / fan efficiency ratios ηMF1, ηMF2, and ηMF3 are constant at desired rotational speeds Nb1, Nb2, and Nb3. Therefore, it is stored in the output control means 12d as a control parameter corresponding to each characteristic. By controlling so that the actual detection value approaches the control parameter, control is performed so as to obtain a desired air volume.
以上のように、所望の回転数におけるモータ効率ηM、ファン効率ηFおよびモータ効率とファン効率の比率ηMFに応じた電流あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正して、ブラシレスDCモータ1を制御し、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量をより精度良く制御することができる。
As described above, the motor efficiency ηM, the fan efficiency ηF at the desired rotational speed, and the current or rotational speed efficiency correction coefficient corresponding to the motor efficiency / fan efficiency ratio ηMF are calculated, and the variation in the magnetic flux amount of the brushless DC motor is calculated. The correction result is secondarily corrected, the
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2eの構成について、図11を参照しながら説明する。
(Embodiment 5)
The configuration of the
なお、実施の形態1〜4と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In addition, what has the same function as Embodiments 1-4 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits detailed description.
図11に示すように、制御装置2eは、交流電源7を全波整流する整流手段8と、スイッチング素子9a〜9fで構成したインバータ回路9と、ブラシレスDCモータ1の回転数を検出する回転数検出手段10と、インバータ回路9からブラシレスDCモータ1に供給する電流を検出する電流検出手段11と、ブラシレスDCモータ1が所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段12eと、ブラシレスDCモータ1の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出する誘起電圧検出手段13と、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段12eに予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつきを補正する補正手段14を備えており、ブラシレスDCモータ1の負荷としての送風ファン4を回転させることで所望の送風量となるように制御する。また、出力制御手段12eは、電流あるいは回転数の効率補正係数を演算し、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつき補正結果を二次補正するように構成する。
As shown in FIG. 11, the
以上のように、所望の回転数におけるモータ効率ηM、ファン効率ηFおよびモータ効率とファン効率の比率ηMFに応じた制御パラメータを出力制御手段12eに予め記憶して、ブラシレスDCモータ1を制御して、送風量制御における近似部分を縮小することができ、更にブラシレスDCモータ1の誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段12eに予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつきを補正する補正手段14を備え、個体差としてのブラシレスDCモータ1の磁束のばらつきを補正するため、より精度良く送風量を制御することができる。
As described above, the motor efficiency ηM, the fan efficiency ηF at the desired rotational speed, and the control parameters corresponding to the motor efficiency / fan efficiency ratio ηMF are stored in the output control means 12e in advance, and the
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6におけるブラシレスDCモータ1の制御装置2fの構成について、図12を参照しながら説明する。
(Embodiment 6)
A configuration of the
なお、実施の形態1〜5と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In addition, what has the same function as Embodiment 1-5 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits detailed description.
図12に示すように、制御装置2fは、交流電源7を全波整流する整流手段8と、スイッチング素子9a〜9fで構成したインバータ回路9と、ブラシレスDCモータ1の回転数を検出する回転数検出手段10と、インバータ回路9からブラシレスDCモータ1に供給する電流を検出する電流検出手段11と、ブラシレスDCモータ1が所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段12fと、ブラシレスDCモータ1の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出する誘起電圧検出手段13と、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段12fに予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスDCモータ1の磁束量のばらつきを補正する補正手段14と、補正手段14からの補正量を入力して記憶し、補正量の変化から送風空気の温度変化に換算して空気密度分として送風量の補正を行なう第二補正手段15を備えており、ブラシレスDCモータ1の負荷としての送風ファン4を回転させることで所望の送風量となるように制御する。
As illustrated in FIG. 12, the
ここで、空気密度による体積は、基準となる温度t0における送風量をQ0とすると、温度t1における送風量Q1は比例計算にて演算することができ、〔数9〕で示すことができる。 Here, the volume by the air density can be calculated by proportional calculation, and can be expressed by [Equation 9], where Q <b> 0 is the blowing amount at the reference temperature t <b> 0.
一方、ブラシレスDCモータ1は磁束ばらつきを有しており、個々に応じて補正量は異なる。したがって、前述の補正量の変化量から環境変化による変化のみを補正量から切り分ける必要があることから、その時点における補正量を初期補正量で除算することで、変化量すなわち環境変化成分のみを切り分けることができる。切り分けた環境変化成分(例えばA1〜A8)は、図13に示す対応表にてブラシレスDCモータ1の温度(T1〜T8)、すなわち送風空気の温度に関係性のある状態変数に変換する。この温度を〔数9〕のt1に代入して送風量Q1を演算して、送風量の誤差を演算して補正を行なう。
On the other hand, the
以上のように、逐次変動する送風空気の温度変化による送風量の制御誤差を第二補正手段15から出力制御手段12fを通して抑制制御することが可能となり、送風量制御の精度を更に向上することができる。
As described above, it becomes possible to suppress and control the control error of the air flow rate due to the temperature change of the blown air that fluctuates sequentially from the
なお、送風空気の温度を直接検出する温度検出手段を備えて、送風空気の空気密度を判定して送風量の補正を行なう構成としても良い。 In addition, it is good also as a structure which provides the temperature detection means which detects the temperature of blowing air directly, determines the air density of blowing air, and correct | amends ventilation volume.
本発明にかかるブラシレスDCモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスDCモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記インバータ回路から前記ブラシレスDCモータに供給する電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスDCモータが所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる電流の制御パラメータを変更して、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えるような構成にして、回転状態にあるモータ回転数と、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、設置された後に部品交換する際であっても安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御(送風機の場合では風量一定制御)の制御確度を向上することができ、換気扇などの換気風量を一定にするような用途にも利用することができ有用である。 A brushless DC motor control device according to the present invention includes a rectifying means for full-wave rectification of an AC power supply, an inverter circuit composed of an upper stage and a lower stage, each bridge-connected by a plurality of switching elements, and the rotational speed of the brushless DC motor. A rotation speed detection means for detecting the current, a current detection means for detecting a current supplied from the inverter circuit to the brushless DC motor, and a rotation speed and current detected so that the brushless DC motor has a desired output. At the same time as detecting the number of rotations of the output control means and the brushless DC motor, an induced voltage and an electrical angle are detected, and a reference current control stored in advance in the output control means is controlled according to the detection result of the induced voltage and the electrical angle. A configuration comprising correction means for changing a parameter and correcting variations in the magnetic flux amount of the brushless DC motor Thus, the rotational speed of the motor in rotation, the variation in the amount of magnetic flux of each motor, and the induced voltage variation that is proportional to the magnetic flux density are detected at the same time. Even if there is a factor that includes the installation environment and disturbance factors such as outside wind, the induced voltage at any number of rotations while the motor is rotating is measured, and the motor varies according to the variation in the induced voltage. Therefore, stable correction is possible even when parts are replaced after installation, and specialized correction by a proportionally proportional to the induced voltage or a proportionally proportional to induced voltage is possible as a factor of motor variation. By doing so, the control accuracy of the motor shaft output constant control (in the case of a blower, constant air volume control) can be improved, and the ventilation air volume of a ventilation fan or the like can be improved. Be useful can also be used in applications such as a constant.
1 ブラシレスDCモータ
2、2b、2c、2d、2e、2f 制御装置
3 送風装置
4 送風ファン
5 本体ケーシング
6 吹き出し口
7 交流電源
8 整流手段
9 インバータ回路
9a〜9f スイッチング素子
10 回転数検出手段
11 電流検出手段
12 出力制御手段
12b 出力制御手段
12c 出力制御手段
12d 出力制御手段
12e 出力制御手段
12f 出力制御手段
13 誘起電圧検出手段
14 補正手段
15 第二補正手段
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記インバータ回路から前記ブラシレスDCモータに供給する電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスDCモータが所望の出力となるように検出した回転数と電流を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、前記ブラシレスDCモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えたことを特徴とするブラシレスDCモータの制御装置。 A brushless DC motor control device for rotationally driving a load, comprising a rectifying means for full-wave rectification of an AC power supply, an inverter circuit composed of an upper stage and a lower stage, each bridged by a plurality of switching elements, and the brushless DC motor A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of
Current detection means for detecting a current supplied from the inverter circuit to the brushless DC motor; output control means for controlling the rotation speed and current detected so that the brushless DC motor has a desired output; and the brushless DC motor. The induced voltage and the electrical angle are detected at the same time as the rotation speed detection, and in accordance with the detection result of the induced voltage and the electrical angle, the reference current or the rotation speed control parameter stored in advance in the output control means is changed, A control device for a brushless DC motor, comprising correction means for correcting variations in the magnetic flux amount of the brushless DC motor.
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