JP2013208009A - Motor controller - Google Patents

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美彦 堀部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller capable of reducing a switching loss even when a rotational speed of a motor is slow.SOLUTION: A motor control section is equipped with an inverter circuit and a control section. The control section controls the inverter circuit. The control section calculates modulation rate α (S2). The control section sets a drive switching cycle td by using the modulation rate α calculated in S2 (S3). The control section measures upper arm continuous ON time t (S6 and S13). The control section drives a motor by a two-phase modulation method when it is not in an upper arm continuous ON section (S7:NO). The control section drives the motor by the two-phase modulation method when rotational speed of the motor is fast and the upper arm continuous ON time t does not reach the drive switching cycle td (S10:NO)(S8). The control section, when rotational speed of the motor is slow, switches from the two-phase modulation method to a three-phase modulation method every time when the upper arm continuous ON time t reaches the drive switching cycle td (S10:YES,S11) .

Description

本発明は、インバータ回路を制御してモータを駆動するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that controls an inverter circuit to drive a motor.

従来、インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)方式で制御して、モータの駆動方式を2相変調方式と3相変調方式とで切り替えることが可能なモータ制御装置がある。インバータ回路は、3相のスイッチング素子と、コンデンサと、チャージポンプ回路とを備える。3相のスイッチング素子は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを含む。コンデンサは、上アームスイッチング素子をオンオフする為の電荷を蓄える。チャージポンプ回路は、下アームスイッチング素子がオン状態にある時に、コンデンサを充電する。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a motor control device that can control an inverter circuit by a PWM (Pulse Width Modulation) method and switch a motor driving method between a two-phase modulation method and a three-phase modulation method. The inverter circuit includes a three-phase switching element, a capacitor, and a charge pump circuit. The three-phase switching element includes an upper arm switching element and a lower arm switching element. The capacitor stores an electric charge for turning on and off the upper arm switching element. The charge pump circuit charges the capacitor when the lower arm switching element is in the on state.

2相変調方式は、3相変調方式よりスイッチング素子のスイッチングの回数が少ないので、スイッチング損失を低減することができる。2相変調方式は、3相のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のオンオフ状態を固定し、他のスイッチング素子のオンオフ状態を変化させてモータを駆動する。固定する相は、モータの出力軸の回転角度に応じた一定の周期毎に切り替わる。モータの回転速度が遅くなることで、固定する相を切り替える周期は長くなる。固定する相を切り替える周期が長くなると、コンデンサが蓄える電荷(電圧)が小さくなり、スイッチング素子をスイッチングできなくなる。よって、モータを正常に駆動できなくなる。この為、例えば、特許文献1に記載のインバータ制御装置は、モータの回転速度が速い時は、2相変調方式でモータを制御し、モータの回転速度が遅い時は、3相変調方式でモータを制御している。インバータ制御装置は、3相変調方式でモータを駆動することで、チャージポンプ回路によりコンデンサを充電しながら、回転速度が遅い状態でモータを駆動する。   The two-phase modulation method can reduce the switching loss because the switching frequency of the switching element is less than that of the three-phase modulation method. In the two-phase modulation method, the on / off state of the switching element for one phase among the three-phase switching elements is fixed, and the motor is driven by changing the on / off state of the other switching elements. The phase to be fixed is switched at regular intervals according to the rotation angle of the output shaft of the motor. As the rotation speed of the motor becomes slower, the cycle for switching the phase to be fixed becomes longer. If the cycle for switching the phase to be fixed becomes long, the charge (voltage) stored in the capacitor becomes small, and the switching element cannot be switched. Therefore, the motor cannot be driven normally. For this reason, for example, the inverter control device described in Patent Document 1 controls the motor by the two-phase modulation method when the motor rotation speed is high, and the motor by the three-phase modulation method when the motor rotation speed is low. Is controlling. The inverter control device drives the motor in a state where the rotation speed is low while charging the capacitor by the charge pump circuit by driving the motor by the three-phase modulation method.

特許第4389746号公報Japanese Patent No. 4389746

しかしながら、特許文献1のインバータ制御装置は、モータの回転速度が遅い時、3相変調方式でモータを駆動しなければならないので、スイッチング回数が大きくなる。この為、モータの回転速度が遅いときのスイッチング損失が大きくなるという問題点があった。   However, the inverter control device of Patent Document 1 has a large number of switching operations because the motor must be driven by a three-phase modulation method when the rotational speed of the motor is slow. For this reason, there has been a problem that the switching loss becomes large when the rotational speed of the motor is low.

本発明の目的は、モータの回転速度が遅い時でも、スイッチング損失を低減することが可能なモータ制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a motor control device capable of reducing switching loss even when the rotational speed of the motor is slow.

本発明に係るモータ制御装置は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを含む3相のスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子をオンオフする為の電荷を蓄えるコンデンサと、前記下アームスイッチング素子がオンである時に前記コンデンサを充電するチャージポンプ回路とを備えたインバータ回路をPWM方式で制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、前記モータを駆動する時に前記3相のスイッチング素子を駆動する場合の変調率を算出する変調率算出手段と、前記下アームスイッチング素子をオンして前記チャージポンプ回路が前記コンデンサを充電する時間を確保する為に前記モータの駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である駆動切替周期を、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率に応じて設定する周期設定手段と、前記モータを前記2相変調方式で駆動する場合における、1相の前記上スイッチング素子が連続オンした時間である上アーム連続オン時間を取得する時間取得手段と、前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達していない場合に、前記インバータ回路を制御して前記モータを前記2相変調方式で駆動する第一駆動制御手段と、前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達する毎に、一時的に前記2相変調方式から前記3相変調方式に切り替えて前記モータを駆動する第二駆動制御手段とを備えている。   The motor control device according to the present invention includes a three-phase switching element including an upper arm switching element and a lower arm switching element, a capacitor for storing electric charges for turning on and off the upper arm switching element, and the lower arm switching element. A motor control device for driving a motor by controlling an inverter circuit having a charge pump circuit for charging the capacitor when on by a PWM method, and driving the three-phase switching element when driving the motor A modulation factor calculating means for calculating a modulation factor in the case of performing the motor driving method from the two-phase modulation method in order to secure time for the charge pump circuit to charge the capacitor by turning on the lower arm switching element. The drive switching period, which is the period for switching to the three-phase modulation method, is calculated as the modulation factor calculating unit. The upper arm continuous on-time which is the time when the upper switching element of one phase is continuously turned on when the motor is driven by the two-phase modulation method and the period setting means which is set according to the modulation factor calculated by And when the upper arm continuous on time acquired by the time acquisition means has not reached the drive switching period set by the period setting means, the inverter circuit is controlled. Each time the upper arm continuous on time acquired by the first drive control means for driving the motor by the two-phase modulation method and the time acquisition means reaches the drive switching period set by the period setting means. And second drive control means for driving the motor by temporarily switching from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method.

この場合、モータの回転速度が速く、常に上アーム連続オン時間が駆動切替周期に達しない場合(上アーム連続オン時間が駆動切替周期より小さい場合)、第一駆動制御手段が2相変調方式でモータを駆動する。故に、モータ制御装置は常に2相変調方式でモータを駆動する。モータの回転速度が遅く、上アーム連続オン時間が駆動切替周期に達した場合(上アーム連続オン時間が駆動切替周期以上である場合)、第二駆動制御手段が一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータを駆動する。制御部11は3相変調方式でモータを駆動することで、上アームスイッチング素子をオフし、下アームスイッチング素子をオンする。故に、チャージポンプ回路がコンデンサを充電する。このように、モータ制御装置は、モータの回転速度が遅くても、一時的に3相変調方式に切り替えてコンデンサの充電を行いながら、2相変調方式でモータを駆動することができる。故に、モータの回転速度が遅い時に常に3相変調方式でモータを駆動する場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。   In this case, when the rotational speed of the motor is fast and the upper arm continuous on-time does not always reach the drive switching cycle (when the upper arm continuous on-time is smaller than the drive switching cycle), the first drive control means is a two-phase modulation system. Drive the motor. Therefore, the motor control device always drives the motor by the two-phase modulation method. When the rotation speed of the motor is slow and the upper arm continuous on-time has reached the drive switching cycle (when the upper arm continuous on-time is longer than the drive switching cycle), the second drive control means temporarily changes from the two-phase modulation method. The motor is driven by switching to the three-phase modulation method. The controller 11 turns off the upper arm switching element and turns on the lower arm switching element by driving the motor using the three-phase modulation method. Therefore, the charge pump circuit charges the capacitor. As described above, the motor control device can drive the motor by the two-phase modulation method while temporarily switching to the three-phase modulation method and charging the capacitor even when the rotation speed of the motor is low. Therefore, switching loss can be reduced as compared with the case where the motor is always driven by the three-phase modulation method when the rotation speed of the motor is low.

前記モータ制御装置において、前記周期設定手段は、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率が小さいほど、前記駆動切替周期を長くしてもよい。この場合、モータ制御装置は、変調率が小さくなった場合に3相変調方式に切り替える回数を低減できる。故に、モータ制御装置は、変調率によらず切替周期をモータの回転速度のみで算出する場合に比べて、スイッチング損失をより低減することができる。   In the motor control device, the cycle setting unit may lengthen the drive switching cycle as the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit is smaller. In this case, the motor control device can reduce the number of times of switching to the three-phase modulation method when the modulation rate becomes small. Therefore, the motor control device can further reduce the switching loss as compared with the case where the switching period is calculated only by the rotation speed of the motor regardless of the modulation rate.

モータ制御装置1の電気的構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing an electrical configuration of a motor control device 1. FIG. インバータ回路6の電気的構成を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an inverter circuit 6. 3相変調方式の場合のスイッチング素子61のオンオフのタイミングの一例を示す図。The figure which shows an example of the on-off timing of the switching element 61 in the case of a three-phase modulation system. 3相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧の一例を示す図。The figure which shows an example of the output voltage of the inverter circuit 6 in the case of a three-phase modulation system. 2相変調方式において上アームスイッチング素子611Aが連続オンする場合のスイッチング素子61のオンオフのタイミングの一例を示す図。The figure which shows an example of the on-off timing of the switching element 61 in case the upper arm switching element 611A turns on continuously in a two-phase modulation system. 2相変調方式において上アームスイッチング素子611Cが連続オフする場合のスイッチング素子61のオンオフのタイミングの一例を示す図。The figure which shows an example of the on-off timing of the switching element 61 in case the upper arm switching element 611C turns off continuously in a two-phase modulation system. 2相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧の一例を示す図。The figure which shows an example of the output voltage of the inverter circuit 6 in the case of a two-phase modulation system. メイン処理のフローチャート。The flowchart of a main process. 上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の実験結果を示す図。The figure which shows the experimental result of the change of the voltage of the capacitor | condenser 641 in an upper arm continuous ON area. 上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の他の実験結果を示す図。The figure which shows the other experimental result of the change of the voltage of the capacitor | condenser 641 in an upper arm continuous ON area.

以下、本発明を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。図1を参照し、モータ制御装置1の概要について説明する。モータ制御装置1は、モータ10、制御部11、インバータ回路6、検出器12、及び電流検出器13等を備える。インバータ回路6は、制御部11及びモータ10に電気的に接続する。制御部11はインバータ回路6をPWM制御してモータ10を制御する。検出器12は、モータ10の電気角、機械角等を検出する。検出器12は例えば、レゾルバやエンコーダ等である。電流検出器13はインバータ回路6からのU相及びV相の出力による電流iu,ivを検出し、制御部11が備える3相交流/d−q座標変換器115(後述)に入力する。   Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The outline of the motor control device 1 will be described with reference to FIG. The motor control device 1 includes a motor 10, a control unit 11, an inverter circuit 6, a detector 12, a current detector 13, and the like. The inverter circuit 6 is electrically connected to the control unit 11 and the motor 10. The control unit 11 controls the motor 10 by PWM control of the inverter circuit 6. The detector 12 detects the electrical angle, mechanical angle, etc. of the motor 10. The detector 12 is, for example, a resolver or an encoder. The current detector 13 detects the currents iu and iv generated by the U-phase and V-phase outputs from the inverter circuit 6 and inputs the currents iu and iv to a three-phase AC / dq coordinate converter 115 (described later) provided in the control unit 11.

制御部11は、速度制御器111、電流制御器112,113、非干渉化制御器114、3相交流/d−q座標変換器115、d−q/3相交流座標変換器116、速度・位置信号処理器117等を備える。制御部11は例えば、CPUである。制御部11が備える各機器は回路で実現してもよいし、プログラムで実現してもよい。速度・位置信号処理器117は、検出器12の出力値から、電気角信号、及び機械角信号を出力する。3相交流/d−q座標変換器115は、電流検出器13が検出した電流iu,ivをd−q座標系の電流id,iqに変換する。   The control unit 11 includes a speed controller 111, current controllers 112 and 113, a non-interacting controller 114, a three-phase AC / dq coordinate converter 115, a dq / 3-phase AC coordinate converter 116, a speed / A position signal processor 117 and the like are provided. The control unit 11 is, for example, a CPU. Each device provided in the control unit 11 may be realized by a circuit or a program. The speed / position signal processor 117 outputs an electrical angle signal and a mechanical angle signal from the output value of the detector 12. The three-phase AC / dq coordinate converter 115 converts the currents iu and iv detected by the current detector 13 into currents id and iq in the dq coordinate system.

速度制御器111、電流制御器112,113、非干渉化制御器114は、速度指令ωrm、電気角信号及び機械角信号、電流id,iq等を用いてd−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd、Vqについての電圧指令Vd,Vqをd−q/3相交流座標変換器116に出力する。非干渉制御とは、モータ10におけるd−q座標間で干渉し合う速度起電力を打ち消す制御である。非干渉制御は電流制御性を改善するために行う。d−q/3相交流座標変換器116は、電圧指令Vd,Vq等から3相の電圧Vu,Uv,Uwについての電圧指令Vu,Vv,Vwを出力する。制御部11は、電圧指令Vu,Vv,Vwに基づく出力電圧Vu,Vv,Vwをインバータ回路6が出力するように、インバータ回路6を制御する。なお、モータ制御装置1は、ROM、RAM、フラッシュメモリ等の記憶部(図示外)を備えている。制御部11は該記憶部に記憶したプロプラムを読み出し、後述するメイン処理(図8参照)を行う。制御部11は、種々の一時データ等を記憶部に記憶できる。 The speed controller 111, the current controllers 112 and 113, and the non-interacting controller 114 are inverter circuits on the dq axes using the speed command ω * rm, electrical angle signal and mechanical angle signal, current id, iq, and the like. 6, the voltage commands V * d and V * q for the output voltages Vd and Vq are output to the dq / 3-phase AC coordinate converter 116. Non-interference control is control that cancels out the speed electromotive force that interferes between dq coordinates in the motor 10. Non-interference control is performed to improve current controllability. The dq / 3-phase AC coordinate converter 116 outputs voltage commands V * u, V * v, V * w for the three-phase voltages Vu, Uv, Uw from the voltage commands V * d, V * q, etc. To do. The control unit 11 controls the inverter circuit 6 so that the inverter circuit 6 outputs the output voltages Vu, Vv, Vw based on the voltage commands V * u, V * v, V * w. The motor control device 1 includes a storage unit (not shown) such as a ROM, a RAM, and a flash memory. The control unit 11 reads the program stored in the storage unit and performs main processing (see FIG. 8) described later. The control unit 11 can store various temporary data and the like in the storage unit.

図2を参照してインバータ回路6について説明する。インバータ回路6は、スイッチング素子61と、ダイオード621〜626と、上アーム駆動回路631A〜631C、下アーム駆動回路632A〜632C、チャージポンプ回路の主要構成部64(以下、「チャージポンプ回路64」という。)、電源65、及び電源66を備える。スイッチング素子61は3相分の上アームスイッチング素子611A〜611Cと3相分の下アームスイッチング素子612A〜612Cとを含む。即ち、スイッチング素子61は3相である。上アームスイッチング素子611Aと下アームスイッチング素子612AとがU相のスイッチング素子である。上アームスイッチング素子611Bと下アームスイッチング素子612BとがV相のスイッチング素子である。上アームスイッチング素子611Cと下アームスイッチング素子612CとがW相のスイッチング素子である。スイッチング素子61は例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタである。   The inverter circuit 6 will be described with reference to FIG. The inverter circuit 6 includes a switching element 61, diodes 621 to 626, upper arm driving circuits 631A to 631C, lower arm driving circuits 632A to 632C, a main component 64 of a charge pump circuit (hereinafter referred to as “charge pump circuit 64”). .), And a power source 65 and a power source 66. Switching element 61 includes upper arm switching elements 611A to 611C for three phases and lower arm switching elements 612A to 612C for three phases. That is, the switching element 61 has three phases. The upper arm switching element 611A and the lower arm switching element 612A are U-phase switching elements. The upper arm switching element 611B and the lower arm switching element 612B are V-phase switching elements. Upper arm switching element 611C and lower arm switching element 612C are W-phase switching elements. The switching element 61 is, for example, an insulated gate bipolar transistor.

ダイオード621〜626は6個のスイッチング素子611A〜611C,612A〜612Cの夫々のエミッタとコレクタとの間に設ける。電源66のプラス端子は上アームスイッチング素子611A〜611Cのコレクタに接続する。上アーム駆動回路631A〜631Cは夫々上アームスイッチング素子611A〜611Cのゲートに電気的に接続する。下アーム駆動回路632A〜632Cは夫々下アームスイッチング素子612A〜612Cのゲートに電気的に接続する。制御部11は上アーム駆動回路631A〜631C及び下アーム駆動回路632A〜632Cに電気的に接続する。制御部11は上アーム駆動回路631A〜631C及び下アーム駆動回路632A〜632Cを制御してスイッチング素子61のオンオフを制御する。これによって、制御部11はインバータ回路6をPWM方式で制御し、モータ10を駆動する。   The diodes 621 to 626 are provided between the emitters and collectors of the six switching elements 611A to 611C and 612A to 612C. The positive terminal of the power supply 66 is connected to the collectors of the upper arm switching elements 611A to 611C. The upper arm drive circuits 631A to 631C are electrically connected to the gates of the upper arm switching elements 611A to 611C, respectively. Lower arm drive circuits 632A to 632C are electrically connected to the gates of lower arm switching elements 612A to 612C, respectively. The control unit 11 is electrically connected to the upper arm drive circuits 631A to 631C and the lower arm drive circuits 632A to 632C. The control unit 11 controls the on / off of the switching element 61 by controlling the upper arm driving circuits 631A to 631C and the lower arm driving circuits 632A to 632C. Thereby, the control unit 11 controls the inverter circuit 6 by the PWM method and drives the motor 10.

チャージポンプ回路64はコンデンサ641A〜641C、ダイオード642A〜642C、抵抗643を含む。コンデンサ641A〜641Cは夫々上アーム駆動回路631A〜631Cに電気的に接続する。コンデンサ641A〜641Cは上アーム駆動回路631A〜631Cを駆動し、上アームスイッチング素子611A〜611Cをオンする為の電荷(電圧)を蓄える。ダイオード642A〜642Cのカソードは夫々コンデンサ641A〜641Cと上アーム駆動回路631A〜631Cに電気的に接続する。抵抗643はダイオード642A〜642Cのアノードと電源65のプラス端子とに電気的に接続する。電源65は下アーム駆動回路632A〜632Cに電気的に接続する。下アーム駆動回路632A〜632Cは電源65が供給する電力で駆動し、下アームスイッチング素子612A〜612Cをオンオフする。下アームスイッチング素子612A〜612Cがオンすると、電源65がコンデンサ641A〜641Cに電荷を供給する。即ち、チャージポンプ回路64は下アームスイッチング素子612A〜612Cがオンの時にコンデンサ641A〜641Cを充電する。   The charge pump circuit 64 includes capacitors 641A to 641C, diodes 642A to 642C, and a resistor 643. Capacitors 641A to 641C are electrically connected to upper arm drive circuits 631A to 631C, respectively. Capacitors 641A to 641C drive upper arm drive circuits 631A to 631C and store electric charges (voltages) for turning on upper arm switching elements 611A to 611C. The cathodes of the diodes 642A to 642C are electrically connected to the capacitors 641A to 641C and the upper arm drive circuits 631A to 631C, respectively. The resistor 643 is electrically connected to the anodes of the diodes 642A to 642C and the positive terminal of the power source 65. The power source 65 is electrically connected to the lower arm drive circuits 632A to 632C. The lower arm drive circuits 632A to 632C are driven by power supplied from the power supply 65, and turn on and off the lower arm switching elements 612A to 612C. When the lower arm switching elements 612A to 612C are turned on, the power supply 65 supplies electric charges to the capacitors 641A to 641C. That is, the charge pump circuit 64 charges the capacitors 641A to 641C when the lower arm switching elements 612A to 612C are on.

以下の説明では、上アームスイッチング素子611A,611B,611Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、上アームスイッチング素子611という。下アームスイッチング素子612A,612B,612Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、下アームスイッチング素子612という。コンデンサ641A,641B,641Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、コンデンサ641という。上アーム駆動回路631A,631B,631Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、上アーム駆動回路631という。下アーム駆動回路632A,632B,632Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、下アーム駆動回路632という。   In the following description, the upper arm switching elements 611A, 611B, and 611C are collectively referred to as “upper arm switching element 611” when not specified either. When the lower arm switching elements 612A, 612B, and 612C are generically named or when any of them is not specified, the lower arm switching elements 612 are referred to as the lower arm switching elements 612. When the capacitors 641A, 641B, and 641C are generically named or when any of them is not specified, the capacitor 641A is referred to as a capacitor 641. When the upper arm drive circuits 631A, 631B, and 631C are generically named or when any of them is not specified, the upper arm drive circuit 631 is referred to. When the lower arm drive circuits 632A, 632B, and 632C are generically named or when any of them is not specified, the lower arm drive circuit 632 is referred to.

図3を参照して、3相変調方式でモータ10を駆動する場合のスイッチング素子61の動作について説明する。3相変調方式は3相のスイッチング素子61をオンオフして、モータ10を制御する。制御部11は公知の三角波比較法によってスイッチング素子61をオンオフする。図3に示すように、3相変調方式の場合、三角波キャリア信号51の変化に応じて、上アームスイッチング素子611のオンオフが切り替わる。上アームスイッチング素子611がオンの時、下アームスイッチング素子612がオフである。上アームスイッチング素子611がオフの時、下アームスイッチング素子612がオンである。   With reference to FIG. 3, the operation of the switching element 61 when the motor 10 is driven by the three-phase modulation method will be described. In the three-phase modulation method, the motor 10 is controlled by turning on and off the three-phase switching element 61. The controller 11 turns on and off the switching element 61 by a known triangular wave comparison method. As shown in FIG. 3, in the case of the three-phase modulation method, the upper arm switching element 611 is switched on and off according to the change of the triangular wave carrier signal 51. When the upper arm switching element 611 is on, the lower arm switching element 612 is off. When the upper arm switching element 611 is off, the lower arm switching element 612 is on.

ここで、オンを「1」、オフを「0」とする。この場合、上アームスイッチング素子611A,611B,611Cのオンオフの組み合わせは、(0,0,0)、(1,0,0)、(1,1,0)、(1,1,1)、(1,1,1)、(1,1,0)、(1,0,0)、(0,0,0)と変化する。例えば、2進数の(1,1,1)は、10進数では「7」である。この為、(1,1,1)のときの電圧ベクトルをV7と表わす。他のオンオフの組み合わせも同様に表すと、図3に示すように、電圧ベクトルはV0〜V7の間で変化する。詳細には、電圧ベクトルは、V0、V4、V6、V7、V7、V6、V4、V0の順で切り替わる。   Here, ON is “1” and OFF is “0”. In this case, the on / off combinations of the upper arm switching elements 611A, 611B, 611C are (0, 0, 0), (1, 0, 0), (1, 1, 0), (1, 1, 1), It changes as (1, 1, 1), (1, 1, 0), (1, 0, 0), (0, 0, 0). For example, the binary number (1, 1, 1) is “7” in decimal number. Therefore, the voltage vector at (1, 1, 1) is represented as V7. When other ON / OFF combinations are also expressed in the same manner, the voltage vector changes between V0 and V7 as shown in FIG. Specifically, the voltage vector is switched in the order of V0, V4, V6, V7, V7, V6, V4, and V0.

3相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧を図4に示す。U相、V相、及びW相の出力電圧を、夫々Vu、Vv、Vwとする。図4に示すように、出力電圧Vu,Vv,Vwは、夫々120°位相がずれたサイン波となる。   The output voltage of the inverter circuit 6 in the case of the three-phase modulation method is shown in FIG. The U-phase, V-phase, and W-phase output voltages are Vu, Vv, and Vw, respectively. As shown in FIG. 4, the output voltages Vu, Vv, and Vw are sine waves that are 120 ° out of phase.

図5を参照して、2相変調方式でモータ10を駆動する場合のスイッチング素子61の動作について説明する。2相変調方式は、3相のうちの1つの相のスイッチング素子61のオンオフを固定する(連続オンする又は連続オフする)ことで、インバータ回路6のスイッチング回数を減らしてスイッチング損失を低減し、省エネルギーを実現する。例えば、上アームスイッチング素子611Aを連続オンする場合、上アームスイッチング素子611のオンオフのタイミングは図5に示すようになる。図5に示すように、V0ベクトルを出力するのを止める、つまり出力するのを止めたV0と同じ時間(t)をV7に加算して出力することにより、上アームスイッチング素子611Aのオフ時間がなくなり、オン時間が延びる。即ち、上アームスイッチング素子611Aが連続オンする。そして、上アームスイッチング素子611Aのオン時間が延びた分だけ、上アームスイッチング素子611B,611Cのオン時間が延びる(図3及び図5参照)。V0とV7を、零電圧ベクトルという。2相変調において、零電圧ベクトルV0、V7のうち、零電圧ベクトルV7だけを出力した場合の零電圧ベクトルの全体に占めるデュティと、3相変調時の零電圧ベクトルV0、V7の全体に占めるデュティとが変わっていないため、出力ベクトルは等価である。 With reference to FIG. 5, the operation of the switching element 61 when the motor 10 is driven by the two-phase modulation method will be described. In the two-phase modulation method, the switching element 61 of one of the three phases is fixed on / off (continuously on or continuously off), thereby reducing the number of switching of the inverter circuit 6 and reducing the switching loss, Realize energy saving. For example, when the upper arm switching element 611A is continuously turned on, the on / off timing of the upper arm switching element 611 is as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the output time of the upper arm switching element 611A is stopped by stopping the output of the V0 vector, that is, adding the same time (t 0 ) as V0 when the output is stopped to V7 and outputting it. And the on-time is extended. That is, the upper arm switching element 611A is continuously turned on. Then, the on-time of the upper arm switching elements 611B and 611C is extended by the extent that the on-time of the upper arm switching element 611A is extended (see FIGS. 3 and 5). V0 and V7 are called zero voltage vectors. In the two-phase modulation, of the zero voltage vectors V0 and V7, the duty occupying the entire zero voltage vector when only the zero voltage vector V7 is output, and the duty occupying the entire zero voltage vectors V0 and V7 in the three-phase modulation. Since are not changed, the output vectors are equivalent.

また、例えば、1相の上アームスイッチング素子611Cを連続オフする場合、スイッチング素子611のオンオフのタイミングは図6に示すようになる。図6に示すように、V7ベクトルを出力するのを止める、つまり出力するのを止めたV7と同じ時間(t)をV0に加算して出力することにより、上アームスイッチング素子611Cのオン時間が無くなり、オフ時間が延びる。このため、下アームスイッチング素子612Cが連続オンする。上アームスイッチング素子611Cのオフ時間が延びた分だけ、上アームスイッチング素子611A,611Bのオフ時間が延びる(図3及び図6参照)。換言すれば、下アームスイッチング素子612B,612Cのオン時間が延びる。図3、図5及び図6に示すように、2相変調方式(図5及び図6参照)は、3相変調方式(図3参照)に比べて、スイッチング素子61のオンオフの切り替え回数を2/3に低減できる。故に、2相変調方式はスイッチング損失を低減できる。 For example, when the one-phase upper arm switching element 611C is continuously turned off, the on / off timing of the switching element 611 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the output time of the upper arm switching element 611C is stopped by stopping the output of the V7 vector, that is, adding the same time (t 7 ) as V7 when the output is stopped to V0 and outputting it. And the off time is extended. For this reason, the lower arm switching element 612C is continuously turned on. The off-time of the upper arm switching elements 611A and 611B is increased by the extension of the off-time of the upper arm switching element 611C (see FIGS. 3 and 6). In other words, the on-time of the lower arm switching elements 612B and 612C is extended. As shown in FIGS. 3, 5, and 6, the two-phase modulation method (see FIGS. 5 and 6) has a switching frequency of ON / OFF of the switching element 61 of 2 compared to the three-phase modulation method (see FIG. 3). / 3. Therefore, the two-phase modulation method can reduce the switching loss.

2相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧を図7に示す。図7において、区間80,81,82,83が、1相の上アームスイッチング素子611が連続オンする区間(以下、「上アーム連続オン区間」という。)である。区間84,85,86,87が、1相の下アームスイッチング素子612が連続オンする区間である。図7に示すように、制御部11は、スイッチング素子61への負荷を均一化するため、上アームスイッチング素子611の連続オンと、下アームスイッチング素子612の連続オンとを交互(モータ10の電気角60°毎に)に切り替える。また、制御部11は連続オンする相もU相、V相、W相の間で切り替える。   The output voltage of the inverter circuit 6 in the case of the two-phase modulation method is shown in FIG. In FIG. 7, sections 80, 81, 82, and 83 are sections in which the one-phase upper arm switching element 611 is continuously turned on (hereinafter referred to as “upper arm continuous on section”). Sections 84, 85, 86, and 87 are sections where the one-phase lower arm switching element 612 is continuously turned on. As shown in FIG. 7, the control unit 11 alternately turns on the upper arm switching element 611 and turns on the lower arm switching element 612 alternately in order to equalize the load on the switching element 61 (the electric power of the motor 10). Switch every 60 degrees). Moreover, the control part 11 switches the phase which turns on continuously between U phase, V phase, and W phase.

コンデンサ641の充電は、下アームスイッチング素子612をオンする区間84,85,86,87で行う。上アーム連続オン区間80,81,82,83は、下アームスイッチング素子612がオンしない。故に、上アーム連続オン区間80,81,82,83では、チャージポンプ回路64はコンデンサ641の充電を行わない。この場合、コンデンサ641は、蓄えた電荷を消費しながら、上アームスイッチング素子611をオンする。しかし、上アーム連続オン区間80,81,82,83において上アームスイッチング素子611がオンする時間が長いと、コンデンサ641の電圧が上アーム駆動回路631を駆動して上アームスイッチング素子611をオンするための下限の電圧(以下、「動作下限電圧」という。)より低下する。故に、制御部11は、正常に上アームスイッチング素子611をオンできず、モータ10を駆動できない。この為、本実施形態では、制御部11はコンデンサ641の電圧が動作下限電圧より小さくなる前に、一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替える(図8のS11、後述)。3相変調方式では、下アームスイッチング素子612がオンする区間が存在するため、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電できる。   The capacitor 641 is charged in the sections 84, 85, 86, and 87 in which the lower arm switching element 612 is turned on. In the upper arm continuous on section 80, 81, 82, 83, the lower arm switching element 612 is not turned on. Therefore, the charge pump circuit 64 does not charge the capacitor 641 in the upper arm continuous on section 80, 81, 82, 83. In this case, the capacitor 641 turns on the upper arm switching element 611 while consuming the stored charge. However, if the upper arm switching element 611 is turned on for a long time in the upper arm continuous on sections 80, 81, 82, 83, the voltage of the capacitor 641 drives the upper arm driving circuit 631 to turn on the upper arm switching element 611. Therefore, the voltage is lower than the lower limit voltage (hereinafter referred to as “operation lower limit voltage”). Therefore, the control unit 11 cannot normally turn on the upper arm switching element 611 and cannot drive the motor 10. Therefore, in the present embodiment, the control unit 11 temporarily switches from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method before the voltage of the capacitor 641 becomes smaller than the operation lower limit voltage (S11 in FIG. 8, which will be described later). In the three-phase modulation method, since there is a section in which the lower arm switching element 612 is turned on, the charge pump circuit 64 can charge the capacitor 641.

モータ10を駆動する時に3相のスイッチング素子61を駆動する場合の変調率をαとする。2相変調から3相変調に切り替えた場合、下アームスイッチング素子612をオンして充電する時間は、変調率αの値に応じて変動する。例えば、変調率が0%であれば、コンデンサ641の充電時間のデュティは最低50%となる。このため、充電時間は確保できる。変調率が100%になると、充電時間のデュティは0%となる。このため、充電はできない。しかし、低速時には、モータ10の誘起電圧が低いので、モータ10に高い電圧をかけなくても、所望のトルクが発生する。即ち、低い変調率でモータ10を駆動できる。故に、変調率αの値を制限しても、低速時の3相変調運転時における充電時間を問題なく確保できる。例えば、変調率αを最高50%(0.5)とすると、コンデンサ641の充電時間のデュティは、最低25%(0.25)確保できる。このように、コンデンサ641の充電時間の最低デュティは、(1−α)/2となる。故に、キャリア周波数をfHzとすると、1キャリア区間(三角波1つ分の区間)の3相変調での最小充電パルス幅は(1−α)/2fとなる。   Let α be the modulation factor when driving the three-phase switching element 61 when driving the motor 10. When switching from two-phase modulation to three-phase modulation, the time for turning on and charging the lower arm switching element 612 varies according to the value of the modulation factor α. For example, if the modulation factor is 0%, the duty time of the capacitor 641 is at least 50%. For this reason, the charging time can be secured. When the modulation rate becomes 100%, the duty of the charging time becomes 0%. For this reason, charging is not possible. However, since the induced voltage of the motor 10 is low at low speed, a desired torque is generated without applying a high voltage to the motor 10. That is, the motor 10 can be driven with a low modulation rate. Therefore, even if the value of the modulation factor α is limited, the charging time during the three-phase modulation operation at low speed can be secured without any problem. For example, when the modulation factor α is 50% (0.5) at the maximum, the duty of the capacitor 641 can be secured at 25% (0.25) as the minimum. Thus, the minimum duty of the charging time of the capacitor 641 is (1−α) / 2. Therefore, when the carrier frequency is fHz, the minimum charge pulse width in the three-phase modulation in one carrier section (section corresponding to one triangular wave) is (1-α) / 2f.

上アーム駆動回路631の消費電流をIa、電源65の電圧VccよりΔVだけ電圧降下した時のコンデンサ641に対する最大チャージ電流をIbとする。1キャリア区間での充電パルス幅に対して、チャージポンプ回路64がコンデンサ641に充電する電荷量は、キャリア周波数に対してコンデンサ641の容量が十分に大きく∫Idt≒Ib・tであるとみなし、安全率を2とし、放電許容時間tdが半分であるとすると、式(1)が成り立つ。
td=(1−α)・Ib/(2・2f・Ia) ・・・式(1)
The current consumption of the upper arm drive circuit 631 is Ia, and the maximum charge current for the capacitor 641 when the voltage drops by ΔV from the voltage Vcc of the power supply 65 is Ib. The charge amount charged by the charge pump circuit 64 to the capacitor 641 with respect to the charge pulse width in one carrier section is considered that the capacitance of the capacitor 641 is sufficiently large with respect to the carrier frequency and is ∫Idt≈Ib · t, Assuming that the safety factor is 2 and the allowable discharge time td is half, Expression (1) is established.
td = (1−α) · Ib / (2 · 2f · Ia) (1)

式(1)から分かるように、上アーム連続オン区間80,81,82,83が開始されてからの時間t<tdであれば、(コンデンサ641の充電電荷)>(放電電荷)となり、上アームスイッチング素子611を正常にオンできる。故に、インバータ回路6は2相変調方式でのモータ10の駆動を継続できる。   As can be seen from the equation (1), if the time t <td from the start of the upper arm continuous on section 80, 81, 82, 83, (charge charge of the capacitor 641)> (discharge charge), The arm switching element 611 can be normally turned on. Therefore, the inverter circuit 6 can continue to drive the motor 10 by the two-phase modulation method.

従って、本実施形態では、2相変調方式で、上アーム連続オン区間80,81,82,83が開始されてからの時間tがtdを超えるような低速の場合は、時間tdを経過する毎に、PWMの1キャリア区間だけ3相変調方式に切り替え、コンデンサ641を充電する(図8のS11参照、後述)。即ち、時間tdは、下アームスイッチング素子612をオンしてチャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する時間を確保するためにモータ10の駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である以下の説明では、時間tdを「駆動切替周期td」という。   Therefore, in the present embodiment, in the two-phase modulation method, when the time t after the start of the upper arm continuous on section 80, 81, 82, 83 exceeds td, the time td elapses. In addition, only the one carrier section of PWM is switched to the three-phase modulation method, and the capacitor 641 is charged (see S11 in FIG. 8, described later). That is, the time td is a cycle in which the driving method of the motor 10 is switched from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method in order to secure the time for the charge pump circuit 64 to charge the capacitor 641 by turning on the lower arm switching element 612. In the following description, time td is referred to as “drive switching period td”.

図8を参照し、メイン処理について説明する。制御部11は速度指令ωrmから、d−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd,Vqを算出する(S1)。d−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd,Vqは、d−q/3相交流座標変換器116に入力する出力電圧指令Vd,Vqに対応する(図1参照)。速度指令ωrmは、モータ10を回転させる回転数の指令であり、オペレータによってパネル設定された速度もしくはミシンの操作ペダルの踏込量に対応して制御部が生成する。図1に示すように、制御部11は出力電圧Vd,Vqを速度指令ωrmを入力としたフィードバック制御系で制御する。 The main process will be described with reference to FIG. The controller 11 calculates the output voltages Vd and Vq of the inverter circuit 6 on the dq axes from the speed command ω * rm (S1). The output voltages Vd and Vq of the inverter circuit 6 on the dq axis correspond to the output voltage commands V * d and V * q input to the dq / 3-phase AC coordinate converter 116 (see FIG. 1). The speed command ω * rm is a command for the number of revolutions for rotating the motor 10, and is generated by the control unit corresponding to the speed set on the panel by the operator or the amount of depression of the operation pedal of the sewing machine. As shown in FIG. 1, the control unit 11 controls the output voltages Vd and Vq by a feedback control system using a speed command ω * rm as an input.

制御部11はS1で算出した出力電圧Vd,Vqを用いて変調率αを算出する(S2)。変調率αは、DCバス(直流電源)電圧Vbus(電源66の電圧)と出力電圧Vd,Vqを用いると以下の式(2)となる。
α=√(Vd+Vq)/Vbus・・・(2)
The control unit 11 calculates the modulation factor α using the output voltages Vd and Vq calculated in S1 (S2). The modulation factor α is expressed by the following equation (2) when the DC bus (DC power supply) voltage Vbus (voltage of the power supply 66) and the output voltages Vd and Vq are used.
α = √ (Vd 2 + Vq 2 ) / Vbus (2)

制御部11はS2で算出した変調率αに応じて駆動切替周期tdを設定する(S3)。S2では、制御部11は動作下限電圧での最大チャージ電流Ibを算出し、最大チャージ電流Ibを用いて駆動切替周期tdを算出する。詳細には以下のように算出する。コンデンサ641の満充電時の電圧Vbからの電圧降下分をΔVとする。抵抗643の抵抗値をR1とする。動作下限電圧での最大チャージ電流Ibは以下の式(3)となる。
Ib=ΔV/R1 ・・・(3)
The controller 11 sets the drive switching period td according to the modulation factor α calculated in S2 (S3). In S2, the control unit 11 calculates the maximum charge current Ib at the operation lower limit voltage, and calculates the drive switching period td using the maximum charge current Ib. In detail, it calculates as follows. A voltage drop from the voltage Vb when the capacitor 641 is fully charged is represented by ΔV. The resistance value of the resistor 643 is R1. The maximum charge current Ib at the operation lower limit voltage is expressed by the following formula (3).
Ib = ΔV / R1 (3)

そして、制御部11は駆動切替周期tdを上述の式(3)と式(1)から算出する。例えば、Vcc=15V、ΔV=1V、R1=10Ω、コンデンサ641の容量C1=10μF、Ia=0.55mA、f=10kHz、α=0.5(50%)であるとする。この場合、制御部11は式(3)(1)からIb=100mA、Td=2.27msを算出する。これによって、制御部11は駆動切替周期tdを設定する。制御部11は駆動切替周期tdを図示外のRAMに記憶する。   And the control part 11 calculates the drive switching period td from the above-mentioned Formula (3) and Formula (1). For example, it is assumed that Vcc = 15V, ΔV = 1V, R1 = 10Ω, capacitance C1 of the capacitor 641 = 10 μF, Ia = 0.55 mA, f = 10 kHz, α = 0.5 (50%). In this case, the control unit 11 calculates Ib = 100 mA and Td = 2.27 ms from the equations (3) and (1). As a result, the control unit 11 sets the drive switching period td. The control unit 11 stores the drive switching period td in a RAM (not shown).

制御部11は速度・位置信号処理器117が出力する電気角信号を参照し、上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングであるか否かを判断する(S4)。図7に示す例では、電気角が上アーム連続オン区間80〜83を開始するタイミングである60°、180°、300°420°(=60°)であれば、制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングと判断する。   The control unit 11 refers to the electrical angle signal output from the speed / position signal processor 117, and determines whether it is time to newly start the upper arm continuous on section (S4). In the example shown in FIG. 7, if the electrical angle is 60 °, 180 °, 300 ° 420 ° (= 60 °), which is the timing at which the upper arm continuous on section 80 to 83 is started, the control unit 11 is the upper arm continuous. It is determined that the ON section is newly started.

制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングでない場合(S4:NO)、後述するS7の処理を行う。制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングである場合(S4:YES)、時間tを「0」に設定する(S5)。制御部11は時間tの測定を開始する(S6)。時間tは上アームスイッチング素子611が連続オンした時間を示している。以下の説明では、時間tを「上アーム連続オン時間t」という。   If it is not time to newly start the upper arm continuous on section (S4: NO), the control unit 11 performs the process of S7 described later. When it is time to newly start the upper arm continuous on section (S4: YES), the control unit 11 sets the time t to “0” (S5). The control unit 11 starts measuring time t (S6). Time t indicates the time when the upper arm switching element 611 is continuously turned on. In the following description, time t is referred to as “upper arm continuous on time t”.

制御部11は速度・位置信号処理器117が出力する電気角信号を参照し、上アーム連続オン区間であるか否かを判断する(S7)。例えば、図7に示す上アーム連続オン区間80〜83以外であれば、制御部11は上アーム連続オン区間でないと判断し(S7:NO)、2相変調でモータ10を駆動する(S8)。処理はS1に戻る。例えば、制御部11は上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)であれば(S7:NO)、上アーム連続オン時間tを取得する(S9)。次いで、制御部11はS9で取得した上アーム連続オン時間tがS3で設定した駆動切替周期tdに達したか否かを判断する(S10)。即ち、制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期td以上であるか否かを判断する。   The controller 11 refers to the electrical angle signal output from the speed / position signal processor 117, and determines whether or not the upper arm is continuously on (S7). For example, if it is other than the upper arm continuous on section 80 to 83 shown in FIG. 7, the control unit 11 determines that it is not the upper arm continuous on section (S7: NO), and drives the motor 10 by two-phase modulation (S8). . The process returns to S1. For example, if it is upper arm continuous on section 80-83 (refer to Drawing 7) (S7: NO), control part 11 will acquire upper arm continuous on time t (S9). Next, the controller 11 determines whether or not the upper arm continuous on time t acquired in S9 has reached the drive switching period td set in S3 (S10). That is, the control unit 11 determines whether or not the upper arm continuous on time t is equal to or longer than the drive switching period td.

制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達していない場合(S10:NO)、2相変調方式でモータ10を駆動する。制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達した場合(S10:YES)、1キャリア区間(三角波1つ分の区間)、3相変調方式でモータ10を駆動する(S11)。すなわち、制御部11は一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動する。故に、下アームスイッチング素子612がオン(上アームスイッチング素子611がオフ)して、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する。制御部11は上アーム連続オン時間tを「0」に設定する(S12)。制御部11は上アーム連続オン時間tの測定を再開する(S13)。処理はS1に戻る。   When the upper arm continuous on-time t has not reached the drive switching period td (S10: NO), the controller 11 drives the motor 10 by the two-phase modulation method. When the upper arm continuous on-time t has reached the drive switching period td (S10: YES), the control unit 11 drives the motor 10 by one carrier section (one triangle wave section) and the three-phase modulation method (S11). . That is, the controller 11 drives the motor 10 by temporarily switching from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method. Therefore, the lower arm switching element 612 is turned on (the upper arm switching element 611 is turned off), and the charge pump circuit 64 charges the capacitor 641. The controller 11 sets the upper arm continuous on time t to “0” (S12). The control unit 11 resumes the measurement of the upper arm continuous on time t (S13). The process returns to S1.

以上のように制御部11はメイン処理を実行する。例えば、駆動切替周期tdが「2.27ms」であるとする。モータ10の駆動速度が速く、上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)の夫々を2.27msより小さい時間で通過するとする。この場合、制御部11は、上アーム連続オン区間でない区間84〜87(図7参照)である時(S7:NO)、2相変調でモータを駆動する(S8)。制御部11は上アーム連続オン区間80〜83である時(S7:YES)、常に上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdより小さいので(S10:NO)、2相変調でモータを駆動する(S8)。即ち、制御部11は常に2相変調方式でモータ10を駆動する。   As described above, the control unit 11 executes the main process. For example, it is assumed that the drive switching period td is “2.27 ms”. It is assumed that the driving speed of the motor 10 is fast and passes through each of the upper arm continuous on sections 80 to 83 (see FIG. 7) in a time shorter than 2.27 ms. In this case, the control unit 11 drives the motor by two-phase modulation when it is a section 84 to 87 (see FIG. 7) that is not the upper arm continuous on section (S7: NO) (S8). When the upper arm continuous on section 80-83 is in effect (S7: YES), the control unit 11 always drives the motor with two-phase modulation because the upper arm continuous on time t is shorter than the drive switching period td (S10: NO). (S8). That is, the control unit 11 always drives the motor 10 by the two-phase modulation method.

モータ10の駆動速度が遅く、上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)の夫々を2.27ms以上の時間で通過するとする。この場合、上アーム連続オン区間でない区間84〜87(図7参照)では、制御部11は2相変調でモータを駆動する(S7:NO、S8)。制御部11は、上アーム連続オン区間80〜83である時(S7:YES)、2相変調方式でモータ10を駆動しつつ(S10:NO、S8)、上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達する毎に一時的に3相変調方式でモータ10を駆動する(S10:YES、S11)。即ち、コンデンサ641の電圧が駆動下限電圧より小さくなる前に、3相変調方式に変更して上アームスイッチング素子611をオフ、下アームスイッチング素子612をオンする。この為、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する。このように、制御部11は、モータ10の回転速度が遅くても、一時的に3相変調方式に切り替えてコンデンサ641の充電を行いながら(S11)、2相変調方式でモータ10を駆動することができる(S8)。故に、モータ10の回転速度が遅い時に常に3相変調方式でモータを駆動する場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。スイッチング損失を低減できるので、効率よくモータを駆動することができる。故に、モータ10の運転コストを低減することができる。   It is assumed that the driving speed of the motor 10 is slow and passes through each of the upper arm continuous on sections 80 to 83 (see FIG. 7) in a time of 2.27 ms or more. In this case, in the sections 84 to 87 (see FIG. 7) that are not the upper arm continuous on section, the control unit 11 drives the motor by two-phase modulation (S7: NO, S8). When the control unit 11 is in the upper arm continuous on section 80 to 83 (S7: YES), the motor 10 is driven by the two-phase modulation method (S10: NO, S8), and the upper arm continuous on time t is drive-switched. Every time the period td is reached, the motor 10 is temporarily driven by the three-phase modulation method (S10: YES, S11). That is, before the voltage of the capacitor 641 becomes smaller than the drive lower limit voltage, the upper arm switching element 611 is turned off and the lower arm switching element 612 is turned on by changing to the three-phase modulation method. For this reason, the charge pump circuit 64 charges the capacitor 641. As described above, even when the rotation speed of the motor 10 is slow, the control unit 11 temporarily switches to the three-phase modulation method and charges the capacitor 641 (S11), and drives the motor 10 by the two-phase modulation method. (S8). Therefore, switching loss can be reduced as compared with the case where the motor is always driven by the three-phase modulation method when the rotation speed of the motor 10 is low. Since the switching loss can be reduced, the motor can be driven efficiently. Therefore, the operating cost of the motor 10 can be reduced.

また、2相変調方式は3相変調方式の場合に比べてスイッチング回数が減るので、スイッチング素子61の発熱を低減できる。故に、高密度に部品を実装することができ、制御部11を小型化することができる。   Further, since the number of times of switching is reduced in the two-phase modulation method compared to the case of the three-phase modulation method, heat generation of the switching element 61 can be reduced. Therefore, components can be mounted with high density, and the control unit 11 can be downsized.

一例として変調率α=0.5(50%)の時の上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の実験結果を図9に示す。図9は、回路シミュレータを用いた実験の結果である。動作下限電圧14Vより小さくならないことを示すため、スタートの電圧を14V近傍に設定している(図10も同様)。図9において、コンデンサ641の電圧が徐々に下がる区間91が、上アームスイッチング素子611を連続オンして2相変調方式でモータ10を駆動している区間である。コンデンサ641の電圧が上がるタイミング92が、制御部11が2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動して充電を行うタイミングである。α=0.5のとき、駆動切替周期tdは2.27msであるので、制御部11は2.27ms毎に3相変調方式に切り替えてコンデンサ641を充電している。動作下限電圧は14Vである。図9に示すように、コンデンサ641の電圧は動作下限電圧14Vより小さくなることがない。故に、安定してモータ10を駆動することができる。   As an example, FIG. 9 shows an experimental result of a change in the voltage of the capacitor 641 in the upper arm continuous ON period when the modulation factor α = 0.5 (50%). FIG. 9 shows the results of an experiment using a circuit simulator. In order to show that the operation lower limit voltage is not lower than 14V, the start voltage is set to around 14V (the same applies to FIG. 10). In FIG. 9, a section 91 in which the voltage of the capacitor 641 gradually decreases is a section in which the upper arm switching element 611 is continuously turned on and the motor 10 is driven by the two-phase modulation method. The timing 92 at which the voltage of the capacitor 641 rises is the timing at which the control unit 11 switches from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method to drive the motor 10 and perform charging. When α = 0.5, since the drive switching period td is 2.27 ms, the control unit 11 switches to the three-phase modulation method every 2.27 ms to charge the capacitor 641. The operating lower limit voltage is 14V. As shown in FIG. 9, the voltage of the capacitor 641 does not become smaller than the operating lower limit voltage 14V. Therefore, the motor 10 can be driven stably.

他の例として変調率α=0.75(75%)の時の上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の実験結果を図10に示す。図10では、図9の場合と同様に、コンデンサ641の電圧は動作下限電圧14Vより小さくなることがない。故に、安定してモータ10を駆動することができる。   As another example, FIG. 10 shows an experimental result of a change in the voltage of the capacitor 641 in the upper arm continuous on period when the modulation factor α = 0.75 (75%). In FIG. 10, as in the case of FIG. 9, the voltage of the capacitor 641 does not become smaller than the operating lower limit voltage 14V. Therefore, the motor 10 can be driven stably.

式(1)では、変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdは長く(大きく)なる。故に、図9及び図10に示すように、変調率αの値が小さい図9の駆動切替周期の方が、図10の駆動切替周期より長くなる。このように、変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdが長くなるので、変調率αが小さくなった場合に3相変調方式に切り替える回数を低減できる。よって制御部11は、変調率によらず切替周期をモータ10の回転速度のみで算出にする場合に比べて、スイッチング損失をより低減することができる。   In Expression (1), the smaller the value of the modulation factor α, the longer (larger) the drive switching period td. Therefore, as shown in FIGS. 9 and 10, the drive switching cycle of FIG. 9 where the value of the modulation factor α is small is longer than the drive switching cycle of FIG. 10. As described above, the smaller the value of the modulation factor α, the longer the drive switching period td. Therefore, when the modulation factor α decreases, the number of times of switching to the three-phase modulation method can be reduced. Therefore, the control unit 11 can further reduce the switching loss as compared with the case where the switching period is calculated only by the rotation speed of the motor 10 regardless of the modulation rate.

上記実施形態において、S2の処理を行う制御部11が本発明の「変調率算出手段」に相当する。S3の処理を行う制御部11が本発明の「周期設定手段」に相当する。S6、S9、S13の処理を行う制御部11が本発明の「時間取得手段」に相当する。S8の処理を行う制御部11が本発明の「第一駆動制御手段」に相当する。S11の処理を行う制御部11が本発明の「第二駆動制御手段」に相当する。   In the above embodiment, the control unit 11 that performs the process of S2 corresponds to the “modulation rate calculation means” of the present invention. The control unit 11 that performs the process of S3 corresponds to the “cycle setting unit” of the present invention. The control unit 11 that performs the processes of S6, S9, and S13 corresponds to the “time acquisition unit” of the present invention. The control unit 11 that performs the process of S8 corresponds to the “first drive control means” of the present invention. The control unit 11 that performs the process of S11 corresponds to the “second drive control unit” of the present invention.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、制御部11が3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動するのは1キャリア区間であったが、これに限定されない。制御部11が3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動するのが一時的であればよく、例えば、5キャリア区間であってもよい。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various change is possible. For example, the control unit 11 switches to the three-phase modulation method and drives the motor 10 in one carrier section, but is not limited to this. It is sufficient that the control unit 11 switches to the three-phase modulation method to drive the motor 10, and may be, for example, a 5-carrier section.

制御部11は式(1)を用いて変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdは長くしていたが、これに限定されない。例えば、制御部11は、式(1)を用いて変調率αを算出するのではなく、予め記憶部に記憶した変調率αと駆動切替周期tdとを対応付けたデータを参照し、駆動切替周期tdを設定してもよい。また、制御部11は、変調率αの値が小さくなれば、駆動切替周期tdを段階的に長くしてもよい。また、制御部11は、変調率αの値が小さいほど、常に駆動切替周期tdを長くする必要はない。例えば、制御部11は変調率αが小さくなる範囲の一部の範囲で、駆動切替周期tdを短くしてもよい。   The control unit 11 uses the expression (1) to make the drive switching cycle td longer as the value of the modulation factor α is smaller, but is not limited to this. For example, the control unit 11 does not calculate the modulation rate α using the equation (1), but refers to data in which the modulation rate α stored in the storage unit in advance is associated with the drive switching period td, and the drive switching is performed. The period td may be set. Moreover, the control part 11 may lengthen the drive switching period td in steps, if the value of the modulation factor (alpha) becomes small. Further, the controller 11 does not always need to lengthen the drive switching period td as the value of the modulation factor α is smaller. For example, the control unit 11 may shorten the drive switching period td in a part of the range where the modulation rate α is small.

1 モータ制御装置
6 インバータ回路
10 モータ
11 制御部
61 スイッチング素子
64 チャージポンプ回路
80,81,82,83 上アーム連続オン区間
611 上アームスイッチング素子
612 下アームスイッチング素子
631 上アーム駆動回路
632 下アーム駆動回路
641 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor controller 6 Inverter circuit 10 Motor 11 Control part 61 Switching element 64 Charge pump circuit 80,81,82,83 Upper arm continuous ON section 611 Upper arm switching element 612 Lower arm switching element 631 Upper arm drive circuit 632 Lower arm drive Circuit 641 capacitor

Claims (2)

上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを含む3相のスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子をオンオフする為の電荷を蓄えるコンデンサと、前記下アームスイッチング素子がオンである時に前記コンデンサを充電するチャージポンプ回路とを備えたインバータ回路をPWM方式で制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、
前記モータを駆動する時に前記3相のスイッチング素子を駆動する場合の変調率を算出する変調率算出手段と、
前記下アームスイッチング素子をオンして前記チャージポンプ回路が前記コンデンサを充電する時間を確保する為に前記モータの駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である駆動切替周期を、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率に応じて設定する周期設定手段と、
前記モータを前記2相変調方式で駆動する場合における、1相の前記上スイッチング素子が連続オンした時間である上アーム連続オン時間を取得する時間取得手段と、
前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達していない場合に、前記インバータ回路を制御して前記モータを前記2相変調方式で駆動する第一駆動制御手段と、
前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達する毎に、一時的に前記2相変調方式から前記3相変調方式に切り替えて前記モータを駆動する第二駆動制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
A three-phase switching element including an upper arm switching element and a lower arm switching element, a capacitor for storing charges for turning on and off the upper arm switching element, and charging the capacitor when the lower arm switching element is on A motor control device for driving a motor by controlling an inverter circuit including a charge pump circuit by a PWM method,
A modulation factor calculating means for calculating a modulation factor when driving the three-phase switching element when driving the motor;
A drive switching period, which is a period for switching the motor drive system from a two-phase modulation system to a time when the lower arm switching element is turned on to ensure time for the charge pump circuit to charge the capacitor, A period setting means for setting according to the modulation rate calculated by the modulation rate calculation means;
Time acquisition means for acquiring an upper arm continuous on time, which is a time during which the upper switching element of one phase is continuously turned on when the motor is driven by the two-phase modulation method;
When the upper arm continuous on-time acquired by the time acquisition means does not reach the drive switching period set by the period setting means, the inverter circuit is controlled to control the motor to the two-phase modulation method. First drive control means for driving with,
Each time the upper arm continuous on-time acquired by the time acquisition means reaches the drive switching period set by the period setting means, the two-phase modulation method is temporarily switched to the three-phase modulation method. A motor control apparatus comprising: second drive control means for driving the motor.
前記周期設定手段は、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率が小さいほど、前記駆動切替周期を長くすることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, wherein the cycle setting unit lengthens the drive switching cycle as the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit decreases.
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