JP2015061372A - Motor drive device and vacuum pump - Google Patents

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善宏 長野
Yoshihiro Nagano
善宏 長野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device capable of surely starting a motor without using a complicated method for detecting a magnetic pole position in the vicinity of rotation stop.SOLUTION: A motor drive device comprises: an inverter which drives a permanent magnet type synchronous motor; a reverse voltage detection unit which detects reverse voltage of the permanent magnet type synchronous motor; an estimation unit which estimates a magnetic pole position of a motor rotor and a rotational frequency on the basis of the reverse voltage detected by the reverse voltage detection unit; and a control unit which makes the motor stator generate rotating magnetic field on the basis of the estimation results of the estimation unit and controls driving of the permanent magnet type synchronous motor in a sensorless synchronous manner. The control unit makes the motor stator generate rotating magnetic field of a prescribed frequency and asynchronously drive the motor until a prescribed time elapses after the motor is started, and controls synchronous driving of the motor after the prescribed time has elapsed.

Description

本発明は、永久磁石型同期モータを駆動制御するモータ駆動装置、およびそのモータ駆動装置を備える真空ポンプに関する。   The present invention relates to a motor drive device that drives and controls a permanent magnet type synchronous motor, and a vacuum pump including the motor drive device.

ターボ分子ポンプなどの軸流式真空ポンプは、真空排気するために動翼を有するロータをモータにより高速回転する。このような真空ポンプは、希薄ガスに対して圧縮仕事をしながら排気するので、ロータは一方向のみに回転させることになり、静止〜正回転領域での加速および減速運転となる。   An axial flow type vacuum pump such as a turbo molecular pump rotates a rotor having moving blades at a high speed by a motor in order to evacuate. Since such a vacuum pump exhausts while performing compression work on the rare gas, the rotor is rotated only in one direction, and acceleration and deceleration operations are performed in a stationary to normal rotation region.

このような真空ポンプにおいては、コスト低減等のために、磁極位置センサを用いないDCブラシレスモータが使用される場合がある。その場合、ロータに設けられたターゲット(段差を有する)をインダクタンス式のギャップセンサを一つ用いて検出する方式が知られている。しかし、回転センサのみで位置情報を検知するのは、困難である。   In such a vacuum pump, a DC brushless motor that does not use a magnetic pole position sensor may be used for cost reduction or the like. In that case, a method of detecting a target (having a step) provided on the rotor by using one inductance type gap sensor is known. However, it is difficult to detect position information using only the rotation sensor.

そのため、通常は、モータ駆動時(特に、逆回転の発生する可能性が比較的高い始動時)の制御シーケンスの工夫により対処している(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、制御シーケンスの工夫により対処する方法では、ロータを正回転させるまでの起動時間が長くかかるという欠点がある。   For this reason, a countermeasure is usually taken by devising a control sequence when the motor is driven (particularly, at the time of starting at which the possibility of reverse rotation is relatively high) (see, for example, Patent Document 1). However, the method of dealing with the problem by devising the control sequence has a drawback that it takes a long time to start up the rotor in the forward direction.

ところで、上述のようなインダクタンス式ギャップセンサを回転センサに用いる方式とは別に、信頼性向上、コスト低減のために回転センサレス制御が提案されている。また、省エネルギーの観点からDCブラシレスモータが適用され、駆動方法として正弦波駆動が多く用いられている。そのような真空ポンプでは、モータロータに装着されている永久磁石の回転に伴う逆起電圧に基づいて、磁極位置および回転速度を推定している。   By the way, apart from the method using the inductance gap sensor as described above for the rotation sensor, rotation sensorless control has been proposed for improving reliability and reducing cost. Further, a DC brushless motor is applied from the viewpoint of energy saving, and sinusoidal driving is often used as a driving method. In such a vacuum pump, the magnetic pole position and the rotation speed are estimated based on the back electromotive force accompanying the rotation of the permanent magnet attached to the motor rotor.

特許4692891号公報Japanese Patent No. 469891

しかしながら、逆起電圧は回転数に比例する電圧なので、モータ始動時のように低速回転領域では微弱な電圧値となる。一方、3相インバータの出力電圧は、定格回転における逆起電圧と同等以上の電圧値(例えば、ターボ分子ポンプの場合には数十V)に設定されるのが一般的である。   However, since the counter electromotive voltage is a voltage proportional to the rotation speed, the voltage value is weak in the low speed rotation region as in the motor start. On the other hand, the output voltage of the three-phase inverter is generally set to a voltage value equal to or higher than the counter electromotive voltage at rated rotation (for example, several tens of volts in the case of a turbo molecular pump).

従って、例えば、定格回転数が1000rpsの真空ポンプでは、始動開始直後となる1rpsにおける逆起電圧値は、定格時の逆起電圧値の1000分の1となり、数十mV程度である。数十V以上でオンオフを繰り返すPWM出力電圧から、このような微弱な逆起電圧を精度良く抽出することは非常に難しい。   Therefore, for example, in a vacuum pump with a rated rotational speed of 1000 rps, the back electromotive voltage value at 1 rps immediately after the start of starting is 1/1000 of the back electromotive voltage value at the rated time, and is about several tens of mV. It is very difficult to accurately extract such a weak counter electromotive voltage from a PWM output voltage that repeatedly turns on and off at several tens of volts or more.

本発明の好ましい実施の形態によるモータ駆動装置は、永久磁石型同期モータを駆動するためのインバータと、永久磁石型同期モータの逆起電圧を検知する逆起電圧検知部と、逆起電圧検知部で検知された逆起電圧に基づいて、モータロータの磁極位置および回転周波数を推定する推定部と、推定部の推定結果に基づいてモータステータに回転磁界を生成させて永久磁石型同期モータをセンサレス同期駆動制御する制御部と、を備え、制御部は、モータ起動から所定時間が経過するまで所定周波数の回転磁界をモータステータにより生成させて非同期駆動を行わせ、所定時間が経過した後に同期駆動制御を行わせる。
さらに好ましい実施形態では、所定周波数は、インバータ駆動時に推定部により推定される回転周波数の周波数範囲における一定周波数に設定される。
さらに好ましい実施形態では、前記周波数範囲は、モータ駆動制御方式が互いに異なり周波数の低い第1の範囲と周波数の高い第2の範囲とから成り、所定周波数は、第2の範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
さらに好ましい実施形態では、推定部で推定された回転周波数が所定周波数と等しくなったか否かを判定する判定部を備え、制御部は、モータ起動開始後に判定部により等しくなったと判定されると、所定時間経過前であっても所定周波数の回転磁界の生成を停止させ、同期駆動制御を開始する。
本発明の好ましい実施の形態による真空ポンプは、排気機能部が形成されたポンプロータと、ポンプロータを回転駆動する永久磁石型同期モータと、永久磁石型同期モータを駆動する上記モータ駆動装置と、を備える。
A motor driving device according to a preferred embodiment of the present invention includes an inverter for driving a permanent magnet type synchronous motor, a counter electromotive voltage detection unit for detecting a counter electromotive voltage of the permanent magnet type synchronous motor, and a counter electromotive voltage detection unit. Sensorless synchronization of the permanent magnet type synchronous motor by generating a rotating magnetic field in the motor stator based on the estimation result of the estimation unit and the estimation unit estimating the magnetic pole position and rotation frequency of the motor rotor based on the back electromotive voltage detected in A control unit that controls driving, and the control unit generates a rotating magnetic field of a predetermined frequency by a motor stator until a predetermined time elapses from the start of the motor, performs asynchronous driving, and performs synchronous driving control after a predetermined time elapses. To do.
In a more preferred embodiment, the predetermined frequency is set to a constant frequency in the frequency range of the rotation frequency estimated by the estimation unit when the inverter is driven.
In a further preferred embodiment, the frequency range includes a first range having a low frequency and a second range having a high frequency, which are different from each other in motor drive control system, and the predetermined frequency is set to a constant frequency in the second range. A motor drive device.
In a further preferred embodiment, the control unit includes a determination unit that determines whether or not the rotational frequency estimated by the estimation unit is equal to a predetermined frequency, and the control unit determines that the determination unit becomes equal after the start of the motor, Even before the lapse of a predetermined time, generation of a rotating magnetic field having a predetermined frequency is stopped and synchronous drive control is started.
A vacuum pump according to a preferred embodiment of the present invention includes a pump rotor having an exhaust function unit, a permanent magnet type synchronous motor that rotationally drives the pump rotor, and the motor driving device that drives the permanent magnet type synchronous motor, Is provided.

本発明によれば、回転停止近傍における複雑な磁極位置検出方法を用いることなく、モータ起動を確実に行わせることができる。   According to the present invention, it is possible to reliably start the motor without using a complicated magnetic pole position detection method in the vicinity of rotation stop.

図1は、本実施の形態の真空ポンプにおけるポンプユニット1の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pump unit 1 in the vacuum pump of the present embodiment. 図2は、モータ制御系の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the motor control system. 図3は、インバータ100を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the inverter 100. 図4は、本実施の形態における回転始動方法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a rotation starting method in the present embodiment. 図5は、オープン区間設定の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of open section setting. 図6は、モータMの一相に流れる電流を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a current flowing in one phase of the motor M. 図7は、瞬断停電が発生した時の再起動を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining restart when an instantaneous power failure occurs. 図8は、起動動作を説明するフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart for explaining the starting operation. 図9は、回転始動方法の他の例を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining another example of the rotation starting method.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、本実施の形態の真空ポンプを説明する図である。図1に示す真空ポンプは磁気浮上式ターボ分子ポンプであって、図1ではターボ分子ポンプのポンプユニット1の構成を示している。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプユニット1と、ポンプユニット1を駆動するコントロールユニット(不図示)とを備えている。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a vacuum pump according to the present embodiment. The vacuum pump shown in FIG. 1 is a magnetic levitation turbo molecular pump, and FIG. 1 shows the configuration of a pump unit 1 of the turbo molecular pump. The turbo molecular pump includes a pump unit 1 shown in FIG. 1 and a control unit (not shown) that drives the pump unit 1.

ポンプユニット1は、回転翼4aと固定翼62とで構成されるターボポンプ段と、円筒部4bとネジステータ64とで構成されるドラッグポンプ段(ネジ溝ポンプ)とを有している。ここではネジステータ64側にネジ溝が形成されているが、円筒部4b側にネジ溝を形成しても構わない。回転側排気機能部である回転翼4aおよび円筒部4bはポンプロータ4に形成されている。ポンプロータ4はシャフト30aに締結されている。ポンプロータ4とシャフト30aとによって回転体ユニットRが構成される。   The pump unit 1 has a turbo pump stage composed of the rotary blade 4a and the fixed blade 62, and a drag pump stage (thread groove pump) composed of the cylindrical portion 4b and the screw stator 64. Here, a screw groove is formed on the screw stator 64 side, but a screw groove may be formed on the cylindrical portion 4b side. The rotary blade 4a and the cylindrical part 4b, which are the rotation side exhaust function part, are formed in the pump rotor 4. The pump rotor 4 is fastened to the shaft 30a. The rotor unit R is constituted by the pump rotor 4 and the shaft 30a.

ポンプロータ4の外周の一周にわたって複数のタービン翼を形成することにより、一段分の回転翼が構成される。ポンプロータ4には、その一段分の回転翼が軸方向に複数段形成されている。複数段の固定翼62は、軸方向に対して回転翼4aと交互に配置されている。各固定翼62は、スペーサリング63を介してベース60上に載置される。ポンプケーシング61の固定フランジ61cをボルトによりベース60に固定すると、積層されたスペーサリング63がベース60とポンプケーシング61の係止部61bとの間に挟持され、固定翼62が位置決めされる。   By forming a plurality of turbine blades over one circumference of the outer periphery of the pump rotor 4, one stage of rotary blades is configured. The pump rotor 4 is formed with a plurality of stages of rotary blades in the axial direction. The plurality of stages of fixed blades 62 are alternately arranged with the rotary blades 4a in the axial direction. Each fixed wing 62 is placed on the base 60 via the spacer ring 63. When the fixing flange 61c of the pump casing 61 is fixed to the base 60 with a bolt, the stacked spacer ring 63 is sandwiched between the base 60 and the locking portion 61b of the pump casing 61, and the fixed blade 62 is positioned.

シャフト30aは、ベース60に設けられたラジアル磁気軸受37,38およびアキシャル磁気軸受39によって非接触支持される。各磁気軸受37,38,39は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト30aの浮上位置が検出される。なお、アキシャル磁気軸受39を構成する電磁石は、シャフト30aの下端に設けられたロータディスク55を軸方向に挟むように配置されている。シャフト30aはモータMにより回転駆動される。   The shaft 30 a is supported in a non-contact manner by radial magnetic bearings 37 and 38 and an axial magnetic bearing 39 provided on the base 60. Each magnetic bearing 37, 38, 39 includes an electromagnet and a displacement sensor. The floating position of the shaft 30a is detected by the displacement sensor. The electromagnet constituting the axial magnetic bearing 39 is arranged so as to sandwich the rotor disk 55 provided at the lower end of the shaft 30a in the axial direction. The shaft 30a is rotated by a motor M.

モータMは永久磁石型同期モータであって、例えば、DCブラシレスモータが用いられる。モータMは、ベース60に配置されるモータステータ10と、シャフト30aに設けられるモータロータ11とを有している。モータロータ11には、永久磁石が設けられている。磁気軸受が作動していない時には、シャフト30aは非常用のメカニカルベアリング26a,26bによって支持される。   The motor M is a permanent magnet type synchronous motor, and for example, a DC brushless motor is used. The motor M includes a motor stator 10 disposed on the base 60 and a motor rotor 11 provided on the shaft 30a. The motor rotor 11 is provided with a permanent magnet. When the magnetic bearing is not operating, the shaft 30a is supported by emergency mechanical bearings 26a and 26b.

ベース60の排気口60aには排気ポート65が設けられ、この排気ポート65にバックポンプが接続される。回転体ユニットRを磁気浮上させつつモータMにより高速回転駆動することにより、吸気口61a側の気体分子は排気ポート65側へと排気される。   An exhaust port 65 is provided at the exhaust port 60 a of the base 60, and a back pump is connected to the exhaust port 65. By rotating the rotating body unit R at a high speed by the motor M while magnetically levitating, the gas molecules on the intake port 61a side are exhausted to the exhaust port 65 side.

図2は、モータ制御系の概略構成を示すブロック図である。ここでは、回転磁界を生成するモータステータ10側が電機子を構成し、ロータ磁石(永久磁石)110を備えたモータロータ11側が界磁を構成している。モータステータ10にはU相コイル10U、V相コイル10V、W相コイル10Wが設けられており、一方、モータロータ11には界磁を発生するためのロータ磁石110が設けられている。各コイル10U〜10Wには、インバータ100から励磁電流が供給される。   FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the motor control system. Here, the motor stator 10 side that generates the rotating magnetic field constitutes an armature, and the motor rotor 11 side provided with the rotor magnet (permanent magnet) 110 constitutes a field. The motor stator 10 is provided with a U-phase coil 10U, a V-phase coil 10V, and a W-phase coil 10W, while the motor rotor 11 is provided with a rotor magnet 110 for generating a field. Excitation current is supplied from the inverter 100 to each of the coils 10U to 10W.

モータステータ10のU,V,W相コイル10U〜10Wに流れる電流は電流検知部101によってそれぞれ検出され、検出結果は信号増幅ゲイン設定部104を介して制御部102に入力される。また、U,V,W相コイル10U〜10Wの各端子および中性点の電圧は電圧検知部103によって検出され、検出結果は信号増幅ゲイン設定部104を介して制御部102に入力される。   Currents flowing through the U, V, and W phase coils 10U to 10W of the motor stator 10 are detected by the current detection unit 101, and the detection result is input to the control unit 102 via the signal amplification gain setting unit 104. Further, the voltage of each terminal and neutral point of the U, V, W phase coils 10U to 10W is detected by the voltage detection unit 103, and the detection result is input to the control unit 102 via the signal amplification gain setting unit 104.

図3は、インバータ100を説明する図である。インバータ100は、複数のスイッチング素子SW1〜SW6と、スイッチング素子SW1〜SW6をオンオフ駆動するためのゲートドライブ回路1000とを備えている。スイッチング素子SW1〜SW6には、MOSFETやIGBTなどのパワー半導体素子が用いられる。なお、スイッチング素子SW1〜SW6の各々には、環流ダイオードD1〜D6が並列接続されている。   FIG. 3 is a diagram for explaining the inverter 100. The inverter 100 includes a plurality of switching elements SW1 to SW6 and a gate drive circuit 1000 for driving the switching elements SW1 to SW6 on and off. Power semiconductor elements such as MOSFETs and IGBTs are used for the switching elements SW1 to SW6. Note that freewheeling diodes D1 to D6 are connected in parallel to each of the switching elements SW1 to SW6.

制御部102は、入力された電流検知信号および電圧検知信号に基づいて、スイッチング素子SW1〜SW6をオンオフ制御するためのPWM制御信号を生成する。ゲートドライブ回路1000は、PWM制御信号に基づいてゲート駆動信号を生成し、スイッチング素子SW1〜SW6をオンオフする。これにより、正弦波変調されPWM化された電圧が、U,V,W相コイルにそれぞれ印加される。   The control unit 102 generates a PWM control signal for on / off control of the switching elements SW1 to SW6 based on the input current detection signal and voltage detection signal. The gate drive circuit 1000 generates a gate drive signal based on the PWM control signal, and turns on / off the switching elements SW1 to SW6. Thereby, sinusoidally modulated and PWM voltages are applied to the U, V and W phase coils, respectively.

本実施の形態では、制御部102は、電流検知部101および電圧検知部103の検出結果に基づいてインバータ100を制御する。インバータ100のゲートドライブ回路1000は、制御部102からの指令に基づいてスイッチング素子をオンオフ駆動してコイル10U〜10Wに供給される励磁電流を制御する。その結果、反時計回りに回転する回転磁界が生成され、ロータ磁石110を有するモータロータ11が回転駆動される。図2に示す例では、モータロータ11は反時計回りに回転駆動される。   In the present embodiment, control unit 102 controls inverter 100 based on the detection results of current detection unit 101 and voltage detection unit 103. The gate drive circuit 1000 of the inverter 100 controls the excitation current supplied to the coils 10U to 10W by driving the switching element on and off based on a command from the control unit 102. As a result, a rotating magnetic field that rotates counterclockwise is generated, and the motor rotor 11 having the rotor magnet 110 is rotationally driven. In the example shown in FIG. 2, the motor rotor 11 is driven to rotate counterclockwise.

モータロータ11の回転数を上昇(加速)させるためには、モータステータ10により発生させる回転磁界の周波数をモータロータ11の回転周波数と一致させた上で、ロータ回転に対して回転磁界の位相を回転方向に進めるようにモータステータ10を励磁する。逆に、モータロータ11の回転数を下降(減速)させるためには、モータステータ10の回転磁界の周波数をモータロータ11の回転周波数と一致させた上で、ロータ回転に対して回転磁界の位相を遅らせるようにモータステータ10を励磁する。   In order to increase (accelerate) the number of rotations of the motor rotor 11, the frequency of the rotating magnetic field generated by the motor stator 10 is matched with the rotating frequency of the motor rotor 11, and the phase of the rotating magnetic field is rotated with respect to the rotor rotation. The motor stator 10 is excited so as to proceed to step. Conversely, in order to decrease (decelerate) the rotational speed of the motor rotor 11, the frequency of the rotating magnetic field of the motor stator 10 is matched with the rotational frequency of the motor rotor 11, and the phase of the rotating magnetic field is delayed with respect to the rotor rotation. Thus, the motor stator 10 is excited.

また、停止状態のモータロータ11を回転させるためには、ロータ磁石110の磁界より回転方向に進んだ磁界が生成されるようにモータステータ10を励磁する。このように、ブラシレスモータの運転においては、モータロータ11の磁界の向き、すなわち、ロータ磁石110の磁極位置を正確に検出することが重要である。本実施の形態におけるモータMは、磁極位置検出用のセンサを使用しないセンサレスのDCブラシレスモータであるが、センサ付きのDCブラシレスモータでは、一般的にはホール素子を用いて磁極位置を検出するようにしている。   Further, in order to rotate the motor rotor 11 in a stopped state, the motor stator 10 is excited so that a magnetic field that advances in the rotation direction from the magnetic field of the rotor magnet 110 is generated. Thus, in the operation of the brushless motor, it is important to accurately detect the direction of the magnetic field of the motor rotor 11, that is, the magnetic pole position of the rotor magnet 110. The motor M in the present embodiment is a sensorless DC brushless motor that does not use a magnetic pole position detection sensor. However, in a DC brushless motor with a sensor, the magnetic pole position is generally detected using a Hall element. I have to.

一方、本実施の形態におけるセンサレスのモータMでは、制御部102は、電圧検知部103により検出された逆起電圧に基づいて磁極位置および回転周波数を推定している。モータステータ10のコイル端には、界磁の磁極位置に対応した交流電圧(逆起電圧)が発生するが、モータロータ11が定格回転数に近い回転数で回転している場合には、定格電圧に近い電圧値の逆起電圧が発生する。そのため、この逆起電圧を用いてモータロータ11の磁極位置を比較的容易に検出することができる。しかしながら、モータロータ11の回転数が低下するに従って逆起電圧も低下するので、低回転数領域においては磁極位置を正確に検出するのが困難になる。   On the other hand, in the sensorless motor M in the present embodiment, the control unit 102 estimates the magnetic pole position and the rotation frequency based on the counter electromotive voltage detected by the voltage detection unit 103. An AC voltage (back electromotive voltage) corresponding to the magnetic pole position of the field is generated at the coil end of the motor stator 10, but when the motor rotor 11 is rotating at a speed close to the rated speed, the rated voltage is A counter electromotive voltage with a voltage value close to is generated. Therefore, the magnetic pole position of the motor rotor 11 can be detected relatively easily using this counter electromotive voltage. However, since the back electromotive force also decreases as the rotational speed of the motor rotor 11 decreases, it is difficult to accurately detect the magnetic pole position in the low rotational speed region.

例えば、定格回転数が1000rpsの真空ポンプの場合、始動開始直後となる1rpsにおける逆起電圧値は、定格時の逆起電圧値の1000分の1となり、数十mV程度である。数十V以上でオンオフを繰り返すPWM出力電圧から、このような微弱な逆起電圧を精度良く抽出することは非常に難しい。   For example, in the case of a vacuum pump with a rated rotational speed of 1000 rps, the back electromotive voltage value at 1 rps immediately after the start of startup is 1/1000 of the back electromotive voltage value at the rated time, and is about several tens of mV. It is very difficult to accurately extract such a weak counter electromotive voltage from a PWM output voltage that repeatedly turns on and off at several tens of volts or more.

このように、回転始動時にはロータ磁極位置が不明な状態で駆動開始するため、逆回転してしまうこともある。そのため、従来、種々の駆動方法が提案されているが、制御が複雑になるという欠点があった。以下に説明する本実施の形態の制御方法によれば、従来よりも簡単な制御方法で、確実に所望の回転方向(正回転方向)に回転始動させることができる。   In this way, at the start of rotation, since the drive is started with the rotor magnetic pole position unknown, there may be a reverse rotation. For this reason, various driving methods have been proposed in the past, but there is a drawback that the control becomes complicated. According to the control method of the present embodiment described below, it is possible to reliably start rotation in a desired rotation direction (forward rotation direction) with a simpler control method than before.

図4は、本実施の形態における回転始動方法を説明する図である。図4において、縦軸はモータロータ11の回転周波数またはインバータ100の励磁周波数を示し、横軸は時間を示している。まず、始動時における運転モードについて説明する。上述したように、モータロータ11の低回転領域では、正確な磁極位置検出が困難になるため、一般に、回転周波数に応じて複数段階に分けて制御が行われる。   FIG. 4 is a diagram for explaining a rotation starting method in the present embodiment. In FIG. 4, the vertical axis indicates the rotation frequency of the motor rotor 11 or the excitation frequency of the inverter 100, and the horizontal axis indicates time. First, the operation mode at the start will be described. As described above, since accurate magnetic pole position detection is difficult in the low rotation region of the motor rotor 11, control is generally performed in a plurality of stages according to the rotation frequency.

図4に示す例では3段階に分け、定格回転から回転数が低下するに従って、運転モード1(定格〜f1)、運転モード2(f1〜f2),運転モード3(f2〜0)と制御を切り換えるようにしている。周波数f1、f2の具体的な数値例をあげると、f1=44Hz(=rps)、f2=8Hz、定格=1000Hzのように設定される。   In the example shown in FIG. 4, the control is divided into three stages, and the operation mode 1 (rated to f1), the operation mode 2 (f1 to f2), and the operation mode 3 (f2 to 0) are controlled as the rotation speed decreases from the rated rotation. I try to switch. As specific numerical examples of the frequencies f1 and f2, f1 = 44 Hz (= rps), f2 = 8 Hz, and rating = 1000 Hz are set.

まず、運転モード1〜3について概略を説明する。運転モード1は、逆起電圧が十分に大きく、逆起電圧からの磁極位置推定を正確に行える回転領域における運転モードである。この運転モード1では、推定された磁極位置に基づいてモータ制御を行う一般的なセンサレス回転制御が行われる。すなわち、周波数f1は、逆起電圧による通常の磁極位置推定が可能な回転周波数のほぼ下限値を示している。なお、磁極位置推定は、周波数f1を境に厳密に検出可能・不可能のように区別されるわけではなく、f1よりも若干低い周波数においても推定可能ではあるが、信頼性に劣ることになる。   First, an outline of the operation modes 1 to 3 will be described. The operation mode 1 is an operation mode in a rotation region where the back electromotive voltage is sufficiently large and the magnetic pole position can be accurately estimated from the back electromotive voltage. In this operation mode 1, general sensorless rotation control for performing motor control based on the estimated magnetic pole position is performed. That is, the frequency f1 indicates a substantially lower limit value of the rotation frequency at which the normal magnetic pole position can be estimated by the counter electromotive voltage. Note that the magnetic pole position estimation is not discriminated so as to be strictly detectable / impossible at the frequency f1, and can be estimated even at a frequency slightly lower than f1, but it is inferior in reliability. .

インバータ100の出力電圧は、スイッチング素子のオンオフの繰り返しにより電源電圧(例えば、数十V以上)の振幅でオンオフを繰り返しており、逆起電圧はその出力電圧に重畳している。一方、モータロータ11の回転周波数がf1よりも低い領域では逆起電圧が小さくなり、インバータ出力電圧に重畳している逆起電圧の検出が困難になる。また、検出されたとしても信頼性に欠けることになる。そこで、本実施の形態の運転モード2,3では、運転モード1とは異なる逆起電圧測定動作を行い、その測定結果に基づいてモータロータ11の回転制御を行う。   The output voltage of the inverter 100 is repeatedly turned on and off with the amplitude of the power supply voltage (for example, several tens of volts or more) by repeatedly turning on and off the switching element, and the back electromotive voltage is superimposed on the output voltage. On the other hand, in the region where the rotation frequency of the motor rotor 11 is lower than f1, the counter electromotive voltage becomes small, and it becomes difficult to detect the counter electromotive voltage superimposed on the inverter output voltage. Moreover, even if it is detected, it is not reliable. Therefore, in the operation modes 2 and 3 of the present embodiment, the counter electromotive voltage measurement operation different from the operation mode 1 is performed, and the rotation control of the motor rotor 11 is performed based on the measurement result.

制御部102は、回転周波数がf1を下回っている場合には、図3に示したインバータ100の3相のハイサイドおよびローサイドの全スイッチング素子SW1〜SW6をオフして、インバータ100とモータMとの接続を遮断する。インバータ100とモータMとの接続を遮断すると、モータ相電流が流れないため、モータMに発生する微弱な逆起電圧のみが電圧検知部103によって検知される。   When the rotation frequency is lower than f1, the control unit 102 turns off all the three-phase high-side and low-side switching elements SW1 to SW6 of the inverter 100 shown in FIG. Disconnect the connection. When the connection between the inverter 100 and the motor M is cut off, the motor phase current does not flow, so that only a weak counter electromotive voltage generated in the motor M is detected by the voltage detection unit 103.

図5は、オープン区間設定の一例を示す図である。図5(a)において、横軸は時間を示し、縦軸はインバータ100による電圧印加状態を示している。電圧印加状態における「PWM駆動印加」と示す状態は、スイッチング素子SW1〜SW6がオンオフ駆動(PWM駆動)されている通常の状態を示している。一方、「遮断」と示す状態は、スイッチング素子SW1〜SW6の全てがオフされた状態を示す。符号T2で示すオープン区間では、遮断状態とされる。一方、(T1−T2)期間のPWM電圧印加区間では、通常のPWM駆動印加状態とされる。なお、Tpwmは、PWM制御におけるキャリア周期である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of open section setting. In FIG. 5A, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates a voltage application state by the inverter 100. The state indicated as “PWM drive application” in the voltage application state indicates a normal state in which the switching elements SW1 to SW6 are driven on / off (PWM drive). On the other hand, the state indicated as “blocking” indicates a state in which all of the switching elements SW1 to SW6 are turned off. In the open section indicated by the reference symbol T2, a cut-off state is established. On the other hand, in the PWM voltage application section in the (T1-T2) period, a normal PWM drive application state is set. Tpwm is a carrier cycle in PWM control.

図5(b)は、PWM電圧印加区間およびオープン区間において検出される相電圧を模式的に示す図である。PWM電圧印加区間では、インバータ100により印加されるPWM変調矩形波電圧に逆起電圧が重畳された電圧が検出されるが、オープン区間T2においては、正弦波状に変化する逆起電圧のみが検出される。よって、このオープン区間T2において電圧検出が行われる。図5(b)の黒丸が検出タイミングを示している。オープン区間T2における電圧検出は、少なくとも1点行えば良い。また、制御部102における演算処理能力にも依存するが、同一のオープン区間T2内にて複数点検知して平均化しても良い。   FIG. 5B is a diagram schematically showing phase voltages detected in the PWM voltage application section and the open section. In the PWM voltage application interval, a voltage in which the counter electromotive voltage is superimposed on the PWM modulation rectangular wave voltage applied by the inverter 100 is detected, but only the counter electromotive voltage that changes in a sine wave shape is detected in the open interval T2. The Therefore, voltage detection is performed in this open section T2. The black circle in FIG. 5B indicates the detection timing. The voltage detection in the open section T2 may be performed at least one point. Further, although depending on the arithmetic processing capability in the control unit 102, a plurality of points may be detected and averaged within the same open section T2.

図6は、図5(a)の指令が出力された場合における、モータMの一相に流れる電流を示す図である。相電流は、オープン区間T2ではゼロとなり、PWM電圧印加区間(T1−T2)においてのみ電流が流れる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a current flowing in one phase of the motor M when the command of FIG. 5A is output. The phase current becomes zero in the open section T2, and the current flows only in the PWM voltage application section (T1-T2).

このような制御を行うことによって、回転周波数f1よりも低回転領域における微弱な逆起電圧の検出が可能となり、磁極位置演算を行うことができる。   By performing such control, it becomes possible to detect a weak counter electromotive voltage in a rotation region lower than the rotation frequency f1, and to perform magnetic pole position calculation.

上述したオープン区間で検出される逆起電圧は、回転周波数に比例するので、回転周波数が非常に小さい静止近傍では極限的に小さく、本質的に検出精度が悪い。そのため、検出したアナログ信号段階で、増幅度を高く設定する必要がある。一方で、信号レベルが静止近傍ほど微弱ではない、回転周波数が0〜f1の範囲の後半においては、ADコンバータやアンプのダイナミックレンジの制約から増幅度を大きくすることは適切でない。   Since the counter electromotive voltage detected in the open section described above is proportional to the rotation frequency, it is extremely small in the vicinity of a stationary state where the rotation frequency is very low, and the detection accuracy is essentially poor. Therefore, it is necessary to set the amplification degree high at the detected analog signal stage. On the other hand, in the second half of the rotation frequency range of 0 to f1, where the signal level is not as weak as that in the vicinity of the stationary state, it is not appropriate to increase the amplification degree due to the restrictions on the dynamic range of the AD converter and amplifier.

図2に示す信号増幅ゲイン設定部104は、増幅部と増幅ゲイン切換部とを含んでおり、回転周波数0〜f1においては回転周波数に応じて増幅ゲインを切り替える。ここでは、運転モード2の周波数範囲f2〜f1と、運転モード3の周波数範囲0〜f2とで増幅ゲインを2段階に切り替え、逆起電圧の微弱な運転モード3において増幅度を大きくし、回転周波数がf2を超えたならば増幅度を低下させて運転モード2とする。もちろん、このように低回転周波数で増幅度を大きくしても、回転周波数が0〜数Hzの極低速状態では、磁極位置推定が非常に難しい。図4では、回転周波数0〜f0がこの磁極位置推定が困難な領域に相当する。   The signal amplification gain setting unit 104 shown in FIG. 2 includes an amplification unit and an amplification gain switching unit, and switches the amplification gain according to the rotation frequency at the rotation frequency 0 to f1. Here, the amplification gain is switched in two steps between the frequency range f2 to f1 of the operation mode 2 and the frequency range 0 to f2 of the operation mode 3, and the amplification degree is increased in the operation mode 3 where the back electromotive voltage is weak. If the frequency exceeds f2, the amplification degree is lowered to enter the operation mode 2. Of course, even if the degree of amplification is increased at such a low rotational frequency, it is very difficult to estimate the magnetic pole position in a very low speed state where the rotational frequency is 0 to several Hz. In FIG. 4, the rotation frequency 0 to f0 corresponds to the region where it is difficult to estimate the magnetic pole position.

次に、モータ始動から定格回転まで加速する場合の手順について説明する。まず、起動時は、モータロータ11の回転周波数および磁極位置に関係なく、ラインL21で示すように一定の励磁周波数f1で回転磁界を生成する。このときの励磁周波数f1は、モータロータ11が磁界の回転に同期して追随できない程度の高い周波数とする。本実施の形態では、インバータ駆動時であっても逆起電圧が確実に検出できる運転モード1の周波数範囲において、最も低い周波数f1を始動時の励磁周波数とする。ここでは、起動時の励磁周波数が運転モード1における周波数であるので、起動時の磁極位置推定の制御につても運転モード1における制御が採用される。   Next, a procedure for accelerating from motor start to rated rotation will be described. First, at the time of start-up, a rotating magnetic field is generated at a constant excitation frequency f1, as indicated by a line L21, regardless of the rotational frequency of the motor rotor 11 and the magnetic pole position. The excitation frequency f1 at this time is set to a high frequency that the motor rotor 11 cannot follow in synchronization with the rotation of the magnetic field. In the present embodiment, the lowest frequency f1 is set as the excitation frequency at the start in the frequency range of the operation mode 1 in which the counter electromotive voltage can be reliably detected even when the inverter is driven. Here, since the excitation frequency at the start is the frequency in the operation mode 1, the control in the operation mode 1 is also adopted for the control of the magnetic pole position estimation at the start.

ところで、周波数f1の回転磁界を生成すると、停止状態のモータロータ11はその磁界に追従するのが困難となる。しかしながら、モータロータ11に対して磁界が回転することによる磁束変化によって、モータロータ11の金属部分に渦電流ECが誘起される。その結果、モータロータ11は、誘導電動機の回転子と同様の原理で、ステータ磁界の回転方向に回転し始める。ラインL11は、始動後のモータロータ11の回転周波数を示す。この場合、発生した渦電流と回転磁界との作用により生じる回転トルクによって回転開始するので、始動時にモータロータ11が逆回転することはない。   By the way, when the rotating magnetic field having the frequency f1 is generated, it becomes difficult for the stopped motor rotor 11 to follow the magnetic field. However, an eddy current EC is induced in the metal portion of the motor rotor 11 due to a change in magnetic flux caused by the rotation of the magnetic field with respect to the motor rotor 11. As a result, the motor rotor 11 starts to rotate in the rotation direction of the stator magnetic field on the same principle as the rotor of the induction motor. Line L11 shows the rotational frequency of the motor rotor 11 after starting. In this case, since the rotation is started by the rotational torque generated by the action of the generated eddy current and the rotating magnetic field, the motor rotor 11 does not reversely rotate at the start.

次いで、一定の励磁周波数f1で回転磁界の生成を開始してから所定時間t1が経過したならば、励磁周波数をモータロータ11の回転周波数まで低下させ、運転モード3での駆動制御(同期駆動)を開始する。ラインL22は、運転モード3に移行後の励磁周波数の変化を示す。このときの所定時間t1は、一定周波数f1の回転磁界を生成した場合に、モータロータ11が回転周波数f0よりも高い周波数となるまでの時間に設定する。そのため、所定時間t1が経過すると、運転モード3における磁極位置推定方法により、モータロータ11の磁極位置の推定が可能となる。なお、所定時間t1は、実測等により予め決定しておく。   Next, when a predetermined time t1 has elapsed since the generation of the rotating magnetic field was started at a constant excitation frequency f1, the excitation frequency is reduced to the rotation frequency of the motor rotor 11, and the drive control (synchronous drive) in the operation mode 3 is performed. Start. Line L22 shows the change in excitation frequency after shifting to operation mode 3. The predetermined time t1 at this time is set to a time until the motor rotor 11 becomes a frequency higher than the rotational frequency f0 when a rotating magnetic field having a constant frequency f1 is generated. Therefore, when the predetermined time t1 has elapsed, the magnetic pole position of the motor rotor 11 can be estimated by the magnetic pole position estimation method in the operation mode 3. The predetermined time t1 is determined in advance by actual measurement or the like.

その後、回転周波数がf2に達したならば運転モード2(ラインL23)に移行し、さらに(回転周波数)=f1で運転モード1(ラインL24)に移行する。そして、モータロータ11が定格回転数になったならば、励磁周波数の一定(ラインL25)に維持する。すなわち、所定時間t1経過後は、従来の駆動制御が実行される。ラインL12,L13,L14およびラインL15は、運転モード3,運転モード2,運転モード1および定格回転時におけるモータロータ11の回転周波数の変化を示す。なお、運転モード3の回転周波数範囲0〜f0おいては磁極位置推定が困難なので、この範囲における回転周波数(ラインL12)は表示していない。   After that, when the rotation frequency reaches f2, the operation mode 2 (line L23) is shifted to, and the operation mode 1 (line L24) is shifted when (rotation frequency) = f1. When the motor rotor 11 reaches the rated rotational speed, the excitation frequency is kept constant (line L25). That is, after the predetermined time t1 has elapsed, conventional drive control is executed. Lines L12, L13, L14 and line L15 indicate changes in the rotation frequency of the motor rotor 11 during operation mode 3, operation mode 2, operation mode 1, and rated rotation. In addition, since it is difficult to estimate the magnetic pole position in the rotation frequency range 0 to f0 of the operation mode 3, the rotation frequency (line L12) in this range is not displayed.

なお、モータロータ11を定格回転状態から停止状態まで減速する場合には、運転モード1→運転モード2→運転モード3の順に制御すれば良く、一定周波数f1での駆動は省略される。   When the motor rotor 11 is decelerated from the rated rotation state to the stop state, the motor rotor 11 may be controlled in the order of operation mode 1 → operation mode 2 → operation mode 3, and driving at a constant frequency f1 is omitted.

図4においては、停止状態からの起動について説明したが、例えば、瞬断停電が発生した後のように、停止動作を開始して短時間で再起動した場合には、図7に示すような制御となる。再起動時のモータロータ11の回転が(回転周波数)≧f1である場合、モータロータ11の回転周波数よりも低い周波数で回転磁界を生成すると、回生電力が発生し、それがインバータ100に戻ってくるおそれがある。ところで、回転周波数がf1以上の場合には、上述したように逆起電圧から磁極位置(すなわち、回転周波数)を正確に推定することができる。そこで、起動開始時に推定される回転周波数が周波数f1よりも大きい場合には、励磁周波数を周波数f1から推定された回転周波数まで上昇させ、運転モード1で同期駆動を行わせるように制御する。   In FIG. 4, the start from the stop state has been described. For example, when the stop operation is started and restarted in a short time, such as after an instantaneous power failure, as shown in FIG. It becomes control. When the rotation of the motor rotor 11 at the time of restart is (rotation frequency) ≧ f1, if a rotating magnetic field is generated at a frequency lower than the rotation frequency of the motor rotor 11, regenerative electric power is generated, which may return to the inverter 100 There is. By the way, when the rotational frequency is f1 or more, the magnetic pole position (that is, the rotational frequency) can be accurately estimated from the counter electromotive voltage as described above. Therefore, when the rotational frequency estimated at the start of activation is higher than the frequency f1, the excitation frequency is raised from the frequency f1 to the estimated rotational frequency, and control is performed so that synchronous driving is performed in the operation mode 1.

一方、再起動時のモータロータ11の回転が(回転周波数)<f1である場合、運転モード1の位置推定方法ではモータロータ11の磁極位置を推定することが難しい。しかしながら、(励磁周波数f1)>(回転周波数)であるので回生電力は発生しない。そのため、図4に示した場合と同様に、所定時間t1の間、一定の励磁周波数f1で回転磁界を生成させ、所定時間t1が経過したならば、励磁周波数をその時に推定される回転周波数と同一周波数に変更し、その周波数での運転モードで同期駆動を開始する。   On the other hand, when the rotation of the motor rotor 11 at the time of restart is (rotational frequency) <f1, it is difficult to estimate the magnetic pole position of the motor rotor 11 by the position estimation method in the operation mode 1. However, since (excitation frequency f1)> (rotational frequency), regenerative power is not generated. Therefore, as in the case shown in FIG. 4, a rotating magnetic field is generated at a constant excitation frequency f1 for a predetermined time t1, and when the predetermined time t1 has elapsed, the excitation frequency is set to the rotation frequency estimated at that time. Change to the same frequency and start synchronous drive in the operation mode at that frequency.

図8は、上述した手順をフローチャートとして示したものである。ステップS1では、モータロータ11の回転周波数を推定する。図4,7に示す例では、運転モード1における推定方法により磁極位置を推定し、その推定結果から回転周波数を算出する。図4に示す場合、回転周波数が小さ過ぎて運転モード1の推定方法では回転周波数を推定するのが困難なので、その場合には回転周波数はf1よりも小であると認識する。   FIG. 8 is a flowchart showing the above-described procedure. In step S1, the rotational frequency of the motor rotor 11 is estimated. 4 and 7, the magnetic pole position is estimated by the estimation method in the operation mode 1, and the rotation frequency is calculated from the estimation result. In the case shown in FIG. 4, since the rotational frequency is too small to estimate the rotational frequency by the operation mode 1 estimation method, it is recognized that the rotational frequency is smaller than f1.

ステップS2では、推定された回転周波数が励磁周波数f1よりも小さいか否かを判定する。図4に示す場合は、ステップS1において回転周波数がf1よりも小であるとされているので、ステップS2でyesと判定されてステップS3へ進む。一方、図7に示す場合には、(回転周波数)>f1なのでステップS2でnoと判定され、ステップS5に進む。また、図4のように(回転周波数)<f1の状態で起動した場合でも、所定時間t1となる前に回転周波数が周波数f1と等しくなると、ステップS2でnoと判定されてステップS5へ進む。   In step S2, it is determined whether or not the estimated rotation frequency is lower than the excitation frequency f1. In the case shown in FIG. 4, since the rotation frequency is determined to be smaller than f1 in step S1, it is determined as yes in step S2, and the process proceeds to step S3. On the other hand, in the case shown in FIG. 7, since (rotational frequency)> f1, it is determined to be no in step S2, and the process proceeds to step S5. Further, as shown in FIG. 4, even in the case of starting in the state of (rotational frequency) <f1, if the rotational frequency becomes equal to the frequency f1 before the predetermined time t1, it is determined as no in step S2 and the process proceeds to step S5.

ステップS3では、一定の励磁周波数f1で回転磁界を生成させる。ステップS4では、回転磁界生成開始から所定時間t1が経過したか否かを判定し、経過した場合にはステップS5に進んで通常運転モードによる同期駆動を開始する。一方、ステップS4において所定時間t1が経過していないと判定されると、ステップS1へ戻る。そして、モータロータ11の回転周波数がf1以上となるまで、または、所定時間t1が経過するまで、ステップS1からステップS4までの処理を繰り返し実行する。   In step S3, a rotating magnetic field is generated at a constant excitation frequency f1. In step S4, it is determined whether or not a predetermined time t1 has elapsed from the start of generation of the rotating magnetic field. If it has elapsed, the process proceeds to step S5, and synchronous driving in the normal operation mode is started. On the other hand, if it is determined in step S4 that the predetermined time t1 has not elapsed, the process returns to step S1. Then, the processing from step S1 to step S4 is repeatedly executed until the rotational frequency of the motor rotor 11 becomes f1 or more or until the predetermined time t1 elapses.

上述したように、起動時における回生電力の発生を避けるためには、起動時の一定励磁周波数を、起動初期のロータの励磁周波数は、定格回転数で運転する方式を適用できる最も低い回転周波数f1と同一に設定するのが好ましい。もちろん、起動時の励磁周波数がf1より低い場合でも回転周波数を正確に推定できる場合には、起動時の一定励磁周波数をf1よりも低い値(ただし、推定可能な範囲において)に設定しても構わない。   As described above, in order to avoid the generation of regenerative electric power at the time of starting, the constant excitation frequency at the time of starting is set, and the excitation frequency of the rotor at the start of starting is the lowest rotation frequency f1 to which a method of operating at the rated speed can be applied. It is preferable to set the same. Of course, if the rotational frequency can be accurately estimated even when the excitation frequency at startup is lower than f1, the constant excitation frequency at startup may be set to a value lower than f1 (however, within an estimable range). I do not care.

なお、本実施の形態では、運転モード2においてオープン区間を生成することで磁極位置が正確に求まるので、この周波数f2を上述した一定励磁周波数に設定することは原理的には可能である。しかし、再起同時の回転周波数が定格回転時の周波数に近い場合には、開放とされる時間が非常に短くなり、過渡現象によって逆起電圧を正確に求めるのが難しくなる。そのため、回生電力の発生を防止するためには、運転モード2の周波数を上記の一定励磁周波数に設定するのは、望ましいくはない。   In the present embodiment, the magnetic pole position can be accurately obtained by generating the open section in the operation mode 2, so that it is theoretically possible to set the frequency f2 to the above-described constant excitation frequency. However, when the rotational frequency at the same time as the restart is close to the frequency at the rated rotation, the open time becomes very short, and it becomes difficult to accurately obtain the back electromotive voltage due to the transient phenomenon. Therefore, in order to prevent the generation of regenerative power, it is not desirable to set the frequency of the operation mode 2 to the above constant excitation frequency.

以上説明したように、本実施の形態では、永久磁石型同期モータを駆動する場合に、モータ起動から所定時間t1が経過するまで、モータロータ11が同期して追随できない周波数の回転磁界、すなわち、所定周波数f1の回転磁界をモータステータ10により生成させて非同期駆動を行わせ、所定時間t1が経過した後に同期駆動制御を行わせるようにした。モータロータ11が追随できない一定周波数f1の回転磁界を生成させることにより、モータロータ11に渦電流ECが発生する。その結果、モータロータ11は回転磁界の回転方向と同一方向に回転し始める。そして、所定時間t1が経過した後に同期駆動を行わせると、既に回転磁界方向(正回転方向)にモータロータ11は回転しているので、逆転することなく確実に同期駆動させることができる。   As described above, in the present embodiment, when a permanent magnet type synchronous motor is driven, a rotating magnetic field having a frequency that the motor rotor 11 cannot follow synchronously until a predetermined time t1 has elapsed since the start of the motor, that is, a predetermined magnetic field. The motor stator 10 generates a rotating magnetic field having a frequency f1 to perform asynchronous driving, and synchronous driving control is performed after a predetermined time t1 has elapsed. An eddy current EC is generated in the motor rotor 11 by generating a rotating magnetic field having a constant frequency f1 that cannot be followed by the motor rotor 11. As a result, the motor rotor 11 starts to rotate in the same direction as the rotating magnetic field. When synchronous driving is performed after a predetermined time t1 has elapsed, the motor rotor 11 has already been rotated in the direction of the rotating magnetic field (forward rotation direction), so that it can be reliably driven synchronously without reverse rotation.

また、一定周波数の回転磁界を所定時間継続することで、磁極位置検出が困難な回転周波数域0〜f0における磁極位置検出が不要となる。   Further, by continuing a rotating magnetic field having a constant frequency for a predetermined time, it is not necessary to detect the magnetic pole position in the rotational frequency range 0 to f0 where it is difficult to detect the magnetic pole position.

さらに、所定周波数は、インバータ駆動時に推定される回転周波数の周波数範囲内の一定周波数、好ましくは一定周波数f1に設定される。そのように設定することにより、モータ起動時の回転周波数が所定周波数f1より高い場合であっても、回生電力が発生するのを避けることができる。なお、0〜所定時間t1の間の全てを一定周波数f1に設定する代わりに、図4の二点鎖線L211に示すように、途中から励磁周波数を低下させるようにしても構わない。   Furthermore, the predetermined frequency is set to a constant frequency within the frequency range of the rotational frequency estimated when the inverter is driven, preferably to a constant frequency f1. By setting in such a manner, it is possible to avoid the generation of regenerative power even when the rotational frequency at the time of starting the motor is higher than the predetermined frequency f1. Instead of setting everything between 0 and the predetermined time t1 to the constant frequency f1, the excitation frequency may be lowered halfway as indicated by a two-dot chain line L211 in FIG.

なお、図4に示した、磁極位置を確実に検出できる運転モード1の区間が、図9に示すように、さらに2つの運転モード1A,1Bに分けられる場合には、所定周波数を運転モード1Aの周波数範囲における周波数に設定しても良いし、運転モード1Bの周波数範囲における周波数に設定しても良い。例えば、運転モード2,3で振幅ゲインを変えたように、運転モード1A,1Bでゲインを変えるようにする。   In addition, when the section of the operation mode 1 in which the magnetic pole position can be reliably detected as shown in FIG. 4 is further divided into two operation modes 1A and 1B as shown in FIG. 9, the predetermined frequency is set to the operation mode 1A. May be set to a frequency in the frequency range, or may be set to a frequency in the frequency range of the operation mode 1B. For example, as the amplitude gain is changed in the operation modes 2 and 3, the gain is changed in the operation modes 1A and 1B.

また、制御部102は、モータ起動開始後に推定される回転周波数が所定周波数と等しくなった合には、所定時間t1が経過する前であっても所定周波数f1の回転磁界の生成を停止させ、同期駆動を開始する。このように制御することで、所定周波数f1の回転磁界を生成する制御から同期駆動への移行を適切に行わせることができる。   Further, the control unit 102 stops the generation of the rotating magnetic field having the predetermined frequency f1 even before the predetermined time t1 has elapsed when the rotational frequency estimated after the start of the motor becomes equal to the predetermined frequency. Start synchronous drive. By controlling in this way, it is possible to appropriately shift from the control for generating the rotating magnetic field of the predetermined frequency f1 to the synchronous driving.

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、実施の形態では、磁気浮上式のターボ分子ポンプを例に説明したが、ターボ分子ポンプに限らずドラッグポンプ等の真空ポンプにも同様に適用することができる。なお、一定周波数の回転磁界を生成したときに生じるトルクは小さいので、本発明は始動トルクの小さな磁気浮上式真空ポンプへの応用に適している。   Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired. For example, in the embodiment, a magnetic levitation turbo molecular pump has been described as an example. However, the present invention is not limited to a turbo molecular pump and can be similarly applied to a vacuum pump such as a drag pump. Since the torque generated when a rotating magnetic field having a constant frequency is generated is small, the present invention is suitable for application to a magnetic levitation vacuum pump having a small starting torque.

1:ポンプユニット、4:ポンプロータ、4a:回転翼、4b:円筒部、10:モータステータ、11:モータロータ、100:インバータ、101:電流検知部、102:制御部、103:電圧検知部、110:ロータ磁石、M:モータ   1: pump unit, 4: pump rotor, 4a: rotating blade, 4b: cylindrical part, 10: motor stator, 11: motor rotor, 100: inverter, 101: current detection part, 102: control part, 103: voltage detection part, 110: Rotor magnet, M: Motor

Claims (5)

永久磁石型同期モータを駆動するためのインバータと、
前記永久磁石型同期モータの逆起電圧を検知する逆起電圧検知部と、
前記逆起電圧検知部で検知された逆起電圧に基づいて、前記モータロータの磁極位置および回転周波数を推定する推定部と、
前記推定部の推定結果に基づいてモータステータに回転磁界を生成させて前記永久磁石型同期モータをセンサレス同期駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、モータ起動から所定時間が経過するまで所定周波数の回転磁界を前記モータステータにより生成させて非同期駆動を行わせ、前記所定時間が経過した後に前記同期駆動制御を行う、モータ駆動装置。
An inverter for driving a permanent magnet type synchronous motor;
A counter electromotive voltage detector for detecting a counter electromotive voltage of the permanent magnet type synchronous motor;
An estimation unit that estimates the magnetic pole position and the rotation frequency of the motor rotor based on the back electromotive voltage detected by the back electromotive voltage detection unit;
A control unit for generating a rotating magnetic field in the motor stator based on the estimation result of the estimation unit and controlling the permanent magnet type synchronous motor with sensorless synchronous drive,
The control unit causes the motor stator to generate a rotating magnetic field having a predetermined frequency until a predetermined time has elapsed from the start of the motor to perform asynchronous driving, and performs the synchronous driving control after the predetermined time has elapsed. .
請求項1に記載のモータ駆動装置において、
前記所定周波数は、インバータ駆動時に前記推定部により推定される回転周波数の周波数範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 1,
The motor driving apparatus, wherein the predetermined frequency is set to a constant frequency in a frequency range of a rotation frequency estimated by the estimation unit when the inverter is driven.
請求項2に記載のモータ駆動装置において、
前記周波数範囲は、モータ駆動制御方式が互いに異なり周波数の低い第1の範囲と周波数の高い第2の範囲とから成り、
前記所定周波数は、前記第2の範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
In the motor drive device according to claim 2,
The frequency range is composed of a first range having a low frequency and a second range having a high frequency, which are different from each other in motor drive control system.
The motor driving apparatus, wherein the predetermined frequency is set to a constant frequency in the second range.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記推定部で推定された回転周波数が前記所定周波数と等しくなったか否かを判定する判定部を備え、
前記制御部は、モータ起動開始後に前記判定部により等しくなったと判定されると、所定時間経過前であっても前記所定周波数の回転磁界の生成を停止させ、前記同期駆動制御を開始する、モータ駆動装置。
In the motor drive unit according to any one of claims 1 to 3,
A determination unit that determines whether or not the rotation frequency estimated by the estimation unit is equal to the predetermined frequency;
When the control unit determines that the determination unit has become equal after the start of motor activation, the motor stops generation of the rotating magnetic field of the predetermined frequency and starts the synchronous drive control even before the predetermined time has elapsed. Drive device.
排気機能部が形成されたポンプロータと、
前記ポンプロータを回転駆動する永久磁石型同期モータと、
前記永久磁石型同期モータを駆動する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、を備える真空ポンプ。
A pump rotor formed with an exhaust function part;
A permanent magnet synchronous motor for rotationally driving the pump rotor;
A vacuum pump comprising: the motor drive device according to claim 1 that drives the permanent magnet type synchronous motor.
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