JP2016167899A - Motor control device and electrical equipment - Google Patents

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渉 初瀬
Wataru Hatsuse
渉 初瀬
能登原 保夫
Yasuo Notohara
保夫 能登原
高畑 良一
Ryoichi Takahata
良一 高畑
岩路 善尚
Yoshitaka Iwaji
善尚 岩路
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control system capable of obtaining position information from non-energization phases independently of a switching situation of energization phases.SOLUTION: A motor control device comprises: a power conversion circuit (4) connected with respective both ends of stator coils (33U, 33V, and 33W) of a plurality of phases provided on a motor (3); a voltage detection circuit (50) that detects an inter-terminal voltage of the stator coils (33U, 33V, and 33W) of each phase; and a position calculation part (5) that calculates a rotational angle (θ) of the motor (3) on the basis of the inter-terminal voltage of an open phase, detected by the voltage detection circuit (50).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ制御装置および電気機器に関する。   The present invention relates to a motor control device and an electric device.

本技術分野の背景技術として、下記特許文献1の要約書には、「負荷トルク変動によりモータに流れる電流が変化して、転流重なり期間の長さが変化するシステムにおける転流重なり期間中の位置情報の誤検出を防止し、零速度近傍の極低速領域からの高効率駆動が可能なセンサレス駆動方式を実現する」、「一次遅れフィルタ器の出力値からインバータの転流重なり期間の終了を判断し、転流重なり期間の終了後から永久磁石モータ2の非通電相の端子電圧の値が通電モード切替閾値を超えたかを判断することで位置推定を行い、位置推定の結果からインバータ1の非通電相を設定する」と記載されている。   As a background art of this technical field, the abstract of the following Patent Document 1 states that “the current flowing through the motor changes due to load torque fluctuation and the length of the commutation overlap period changes in the commutation overlap period. Prevents false detection of position information and realizes a sensorless drive system capable of high-efficiency drive from the extremely low speed range near zero speed, "" Ends the inverter commutation overlap period from the output value of the first-order lag filter " The position is estimated by determining whether or not the terminal voltage value of the non-energized phase of the permanent magnet motor 2 has exceeded the energization mode switching threshold after the commutation overlap period ends, and the inverter 1 is determined from the position estimation result. “De-energized phase is set”.

特開2014−79031号公報JP 2014-79031 A

特許文献1に開示された技術では、通電相を切替えた後に非通電相端子に転流スパイク電圧が発生する。そして、この転流スパイク電圧が生じている間(転流重なり期間)においては、非通電相の開放相起電圧から位置情報を求めることができない。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、通電相の切替え状況にかかわらず、非通電相から位置情報を求めることができるモータ制御装置および電気機器を提供することを目的とする。
In the technique disclosed in Patent Document 1, a commutation spike voltage is generated at a non-conduction phase terminal after the conduction phase is switched. And while this commutation spike voltage is generated (commutation overlap period), position information cannot be obtained from the open phase electromotive voltage of the non-conduction phase.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a motor control device and an electric device that can obtain position information from a non-energized phase regardless of the switching state of the energized phase.

上記課題を解決するため本発明にあっては、モータに設けられた複数相の固定子巻線の各両端に接続される電力変換回路と、各相の前記固定子巻線の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出された、開放相の前記端子間電圧に基づいて、前記モータの回転角を算出する位置算出部とを有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, in the present invention, a power conversion circuit connected to each end of a plurality of stator windings provided in a motor, and a voltage between terminals of the stator windings of each phase are obtained. It has a voltage detection circuit to detect, and a position calculation part which calculates the rotation angle of the motor based on the voltage between the terminals of the open phase detected by the voltage detection circuit.

本発明によれば、通電相の切替え状況にかかわらず、非通電相から位置情報を求めることができる。   According to the present invention, position information can be obtained from a non-energized phase regardless of the switching status of the energized phase.

本発明の一実施形態によるモータ制御システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the motor control system by one Embodiment of this invention. 回転角に対する開放相の逆起電圧の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the back electromotive force of an open phase with respect to a rotation angle. モータの回転速度に対するモータ効率を示す図である。It is a figure which shows the motor efficiency with respect to the rotational speed of a motor.

[実施形態の構成]
次に、図1に示すブロック図を参照し、本発明の一実施形態によるモータ制御システムの構成を説明する。
図1において、モータ3は、永久磁石型同期電動機であり、図示せぬ回転子と図示せぬ固定子鉄心とを有している。この回転子は永久磁石を埋設し、回動自在に構成されている。また、固定子鉄心は、回転子を囲む略筒状のバックヨークと、バックヨークから回転子に向かって突出する複数のティースとを有している。図1に示すU相,V相,W相の固定子巻線33U,33V,33Wは、これらティースに巻回される。
[Configuration of the embodiment]
Next, the configuration of a motor control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
In FIG. 1, a motor 3 is a permanent magnet type synchronous motor, and has a rotor (not shown) and a stator core (not shown). This rotor has a permanent magnet embedded therein and is configured to be rotatable. The stator core has a substantially cylindrical back yoke surrounding the rotor and a plurality of teeth protruding from the back yoke toward the rotor. The U-phase, V-phase, and W-phase stator windings 33U, 33V, and 33W shown in FIG. 1 are wound around these teeth.

電力変換装置1は、直流電源2から供給された直流電圧EdをPWM(pulse width modulation)変調し、モータ3に印加する電力変換回路4と、電力変換回路4に対してPWM変調のための制御信号を供給するパルス制御部7と、モータ3の回転角θを算出する位置算出部5と、パルス制御部7に速度指令信号を出力するインバータ制御部6とを有している。電力変換回路4の内部に設けられた三相ブリッジ回路41においては、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)11,12が直列に接続されている。同様に、MOSFET13,14およびMOSFET15,16も直列に接続され、これら直列回路には、直流電源2によって直流電圧Edが印加される。MOSFET11,12の接続点、MOSFET13,14の接続点、およびMOSFET15,16の接続点は、各々固定子巻線33U,33V,33Wの一端に接続されている。   The power conversion apparatus 1 performs PWM (pulse width modulation) modulation on the DC voltage Ed supplied from the DC power supply 2 and applies it to the motor 3, and controls the power conversion circuit 4 for PWM modulation. A pulse control unit 7 that supplies a signal, a position calculation unit 5 that calculates the rotation angle θ of the motor 3, and an inverter control unit 6 that outputs a speed command signal to the pulse control unit 7 are provided. In a three-phase bridge circuit 41 provided inside the power conversion circuit 4, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) 11, 12 are connected in series. Similarly, the MOSFETs 13 and 14 and the MOSFETs 15 and 16 are connected in series, and a DC voltage Ed is applied to these series circuits by the DC power supply 2. The connection points of the MOSFETs 11 and 12, the connection points of the MOSFETs 13 and 14, and the connection point of the MOSFETs 15 and 16 are connected to one ends of the stator windings 33U, 33V, and 33W, respectively.

また、三相ブリッジ回路43は、MOSFET21〜26を有し、これらMOSFET21〜26は、上述したMOSFET11〜16と同様に接続されている。MOSFET21,22の接続点、MOSFET23,24の接続点、およびMOSFET25,26の接続点の電圧は、各々固定子巻線33U,33V,33Wの他端に接続されている。ゲート・ドライバ42,44は、各々三相ブリッジ回路41内のMOSFET11〜16および三相ブリッジ回路43内のMOSFET21〜26に対して、ゲート電圧を印加する。   The three-phase bridge circuit 43 includes MOSFETs 21 to 26, and these MOSFETs 21 to 26 are connected in the same manner as the MOSFETs 11 to 16 described above. The voltages at the connection points of the MOSFETs 21 and 22, the connection points of the MOSFETs 23 and 24, and the connection points of the MOSFETs 25 and 26 are respectively connected to the other ends of the stator windings 33U, 33V, and 33W. The gate drivers 42 and 44 apply gate voltages to the MOSFETs 11 to 16 in the three-phase bridge circuit 41 and the MOSFETs 21 to 26 in the three-phase bridge circuit 43, respectively.

三相ブリッジ回路41からモータ3の各相の第1入力端子に供給される電流をIu,Iv,Iwという。なお、これらを総称して、図1に示すように電流Iuvwと呼ぶ場合もある。電流Iuvwの測定値は位置算出部5に供給される。また、固定子巻線33U,33V,33Wの各端子電圧をVu,Vv,Vwという。電圧検出回路50は、差動増幅器51,52,53を有しており、これらによって電圧Vu,Vv,Vwが検出される。位置算出部5は、電圧Vu,Vv,Vwと、電流Iu,Iv,Iwとに基づいて、モータ3の回転子位置すなわち回転角θを算出し、算出した回転角θをインバータ制御部6に供給する。   Currents supplied from the three-phase bridge circuit 41 to the first input terminal of each phase of the motor 3 are referred to as Iu, Iv, and Iw. These may be collectively referred to as a current Iuvw as shown in FIG. The measured value of the current Iuvw is supplied to the position calculation unit 5. The terminal voltages of the stator windings 33U, 33V, and 33W are referred to as Vu, Vv, and Vw. The voltage detection circuit 50 includes differential amplifiers 51, 52, and 53, which detect voltages Vu, Vv, and Vw. The position calculation unit 5 calculates the rotor position of the motor 3, that is, the rotation angle θ based on the voltages Vu, Vv, Vw and the currents Iu, Iv, Iw, and sends the calculated rotation angle θ to the inverter control unit 6. Supply.

インバータ制御部6においては回転角θを微分することによって回転速度が算出される。また、インバータ制御部6は、図示せぬ上位装置等から、モータ3の目標回転速度等について指令を受けると、現在の回転速度を目標回転速度に近づけ、一致させるような速度指令信号を出力する。パルス制御部7は、この速度指令信号に基づいて、各MOSFET11〜16,21〜26のオン/オフタイミングを決定し、これらMOSFETのオン/オフを指令する制御信号をゲート・ドライバ42,44に供給する。ゲート・ドライバ42,44は、これら制御信号に基づいて、各MOSFET11〜16,21〜26にゲート電圧を印加する。   In the inverter control unit 6, the rotation speed is calculated by differentiating the rotation angle θ. Further, when the inverter control unit 6 receives a command on the target rotation speed of the motor 3 from a host device (not shown) or the like, it outputs a speed command signal that brings the current rotation speed close to the target rotation speed and matches it. . The pulse controller 7 determines the on / off timing of each of the MOSFETs 11 to 16 and 21 to 26 based on the speed command signal, and sends a control signal for commanding the on / off of these MOSFETs to the gate drivers 42 and 44. Supply. Based on these control signals, the gate drivers 42 and 44 apply gate voltages to the MOSFETs 11 to 16 and 21 to 26, respectively.

[位置算出部5の動作]
次に、位置算出部5における位置検出動作を説明する。
モータ3の回転速度がある程度の速度に達していると、非導通相における逆起電力すなわち電圧Vu,Vv,Vw、によってモータ3の回転角θを検出することができる。しかし、逆起電力の大きさは回転速度に比例するため、回転速度が極低速になると、ノイズ等の影響により検出精度が低下する。そこで、本実施形態の位置算出部5は、磁気飽和によるインダクタンスの変化に基づいて、回転角θを検出する。
[Operation of Position Calculation Unit 5]
Next, the position detection operation in the position calculation unit 5 will be described.
When the rotational speed of the motor 3 reaches a certain speed, the rotational angle θ of the motor 3 can be detected by the counter electromotive force in the non-conducting phase, that is, the voltages Vu, Vv, Vw. However, since the magnitude of the back electromotive force is proportional to the rotation speed, the detection accuracy decreases due to the influence of noise or the like when the rotation speed becomes extremely low. Therefore, the position calculation unit 5 of the present embodiment detects the rotation angle θ based on a change in inductance due to magnetic saturation.

まず、U相が開放相(PWM変調波が印加されない相)である期間を想定する。U相の固定子巻線33UのインダクタンスをLuとすると、U相の電圧Vuと電流Iuとの間には、
Vu=Lu(dIu/dt) …式(1)
という関係がある。ここで、インダクタンスLuは、回転角θによって変化する。すなわち、回転子に埋設されている永久磁石が、固定子巻線33U内の磁束を強める位置にあると、磁気飽和の影響が強くなるため、インダクタンスLuは小さくなる。一方、永久磁石が、固定子巻線33U内の磁束を弱める位置にあると、磁気飽和の影響が弱くなるため、インダクタンスLuは大きくなる。
First, a period in which the U phase is an open phase (a phase in which no PWM modulation wave is applied) is assumed. When the inductance of the U-phase stator winding 33U is Lu, the U-phase voltage Vu and the current Iu are
Vu = Lu (dIu / dt) (1)
There is a relationship. Here, the inductance Lu changes with the rotation angle θ. That is, when the permanent magnet embedded in the rotor is at a position where the magnetic flux in the stator winding 33U is strengthened, the influence of magnetic saturation becomes strong, so the inductance Lu becomes small. On the other hand, when the permanent magnet is at a position where the magnetic flux in the stator winding 33U is weakened, the influence of magnetic saturation is weakened, and the inductance Lu is increased.

従って、電圧Vuと電流Iuの微分値(dIu/dt)に基づいて、インダクタンスLuを求めると、これによって回転角θを求めることができる。固定子巻線33Uに印加されるPWM変調波は、電流Iuのゼロクロス点近傍(少なくともゼロクロス点±30°の60°の範囲)では、オフ状態に保たれる。従って、位置算出部5は、その「60°の範囲」をU相の測定期間とし、電圧Vu,電流Iuを、所定のサンプリング周期毎に途切れることなく連続的に検出し、回転角θを算出する。また、位置算出部5は、V相、W相についても、それぞれのゼロクロス点近傍の60°の範囲を測定期間とし、その相の電圧、電流を途切れることなく連続的に検出し、回転角θを算出する。   Therefore, when the inductance Lu is obtained based on the differential value (dIu / dt) of the voltage Vu and the current Iu, the rotation angle θ can be obtained. The PWM modulated wave applied to the stator winding 33U is kept off in the vicinity of the zero cross point of the current Iu (at least in the range of 60 ° of zero cross point ± 30 °). Accordingly, the position calculation unit 5 uses the “60 ° range” as the U-phase measurement period, continuously detects the voltage Vu and the current Iu without interruption every predetermined sampling period, and calculates the rotation angle θ. To do. In addition, for the V phase and the W phase, the position calculator 5 continuously detects the voltage and current of each phase without interruption in the 60 ° range in the vicinity of each zero cross point, and the rotation angle θ. Is calculated.

このように、位置算出部5は、U相,V相,W相の順に、60°づつの測定期間を割り当て、割り当てた相の電圧、電流に基づいて、回転角θを算出する。これにより、位置算出部5は、回転角θの全範囲(0°〜360°)において、所定のサンプリング周期毎に、途切れることなく連続的に、回転角θを算出し続ける。   Thus, the position calculation unit 5 assigns 60 ° measurement periods in the order of the U phase, the V phase, and the W phase, and calculates the rotation angle θ based on the voltage and current of the assigned phase. As a result, the position calculation unit 5 continues to calculate the rotation angle θ continuously without interruption at every predetermined sampling period in the entire range (0 ° to 360 °) of the rotation angle θ.

[実施形態の効果]
次に、図2を参照し、本実施形態の効果を説明する。なお、図2は、回転角θに対する開放相の逆起電圧の特性を示す図である。
本実施形態による、開放相の測定期間内における電圧波形の例を図2においてV1として示す。本実施形態においては、固定子巻線33U,33V,33Wが相互に独立し、他相に印加される電圧の影響をほとんど受けないため、電圧波形V1は、回転角θに対してほぼ直線的に変化する値になる。
[Effect of the embodiment]
Next, the effect of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the open-circuit back electromotive voltage with respect to the rotation angle θ.
An example of a voltage waveform in the open phase measurement period according to the present embodiment is shown as V1 in FIG. In the present embodiment, the stator windings 33U, 33V, and 33W are independent from each other and are hardly affected by the voltage applied to the other phase, and therefore the voltage waveform V1 is substantially linear with respect to the rotation angle θ. The value changes to.

ここで、比較のため、上述した特許文献1の技術によって得られる電圧波形の例を図2においてV2として示す。なお、特許文献1の技術においては、各相の固定子巻線はモータ内の中性点に接続されているため、各相の固定子巻線単独の電圧を直接的に測定することはできない。そこで、モータ外にて擬似的な中性点を作成して電圧波形V2を測定している。特許文献1の技術においては、各相の固定子巻線は中性点に接続されているため、図2に示すように、開放相の電圧波形V2は、他相に電圧が印加された際に乱れる。   Here, for comparison, an example of a voltage waveform obtained by the technique of Patent Document 1 described above is shown as V2 in FIG. In the technique of Patent Document 1, since the stator windings of each phase are connected to the neutral point in the motor, it is not possible to directly measure the voltage of the stator windings of each phase. . Therefore, a pseudo neutral point is created outside the motor and the voltage waveform V2 is measured. In the technique of Patent Document 1, since the stator winding of each phase is connected to the neutral point, as shown in FIG. 2, the voltage waveform V2 of the open phase is obtained when a voltage is applied to the other phase. Disturbed.

あるサンプリング周期において電圧波形V2が乱れると、その時点における電圧波形V2等のサンプリング値に基づいて回転角θを算出できないため、過去のサンプリング値に基づいて現在の回転角θを「推定」する手法を採らざるを得ない。しかし、予期せぬ外乱が生じた場合等において「推定」によって求めた回転角θは実際の値から大きく外れ、これによって制御に支障を来す場合がある。これに対して、本実施形態によれば、サンプリング周期毎に、当該サンプリング周期における電圧波形V1に基づいて、回転角θを途切れることなく算出するから、予期せぬ外乱が生じた場合等においても、正確な回転角θを算出し続けることができ、モータ3を高精度で制御することができる。   If the voltage waveform V2 is disturbed in a certain sampling period, the rotation angle θ cannot be calculated based on the sampling value of the voltage waveform V2 or the like at that time, so a method of “estimating” the current rotation angle θ based on the past sampling value Must be taken. However, when an unexpected disturbance occurs, the rotation angle θ obtained by the “estimation” deviates greatly from the actual value, which may hinder the control. On the other hand, according to the present embodiment, the rotation angle θ is calculated without interruption based on the voltage waveform V1 in the sampling period for each sampling period, so even when an unexpected disturbance occurs. Thus, the accurate rotation angle θ can be continuously calculated, and the motor 3 can be controlled with high accuracy.

また、特許文献1の技術においては、直流電源の出力電圧を各固定子巻線に印加することができないため、各固定子巻線に印加される電圧は、直流電源の出力電圧よりも低くなる。これに対して、本実施形態においては、直流電源2が出力する直流電圧Edを、固定子巻線33U,33V,33Wに直接的に印加することができる。換言すれば、同一の電源を用いたとしても、本実施形態によれば、特許文献1に係る技術の約2倍の電圧を固定子巻線33U,33V,33Wに印加することができる。従って、同一の固定子鉄心を用い、固定子巻線の巻数も同一であるとすると、本実施形態は特許文献1のものよりも、モータ3をより高速で運転することができる。   Further, in the technique of Patent Document 1, since the output voltage of the DC power source cannot be applied to each stator winding, the voltage applied to each stator winding is lower than the output voltage of the DC power source. . In contrast, in the present embodiment, the DC voltage Ed output from the DC power source 2 can be directly applied to the stator windings 33U, 33V, and 33W. In other words, even if the same power source is used, according to this embodiment, a voltage about twice that of the technique according to Patent Document 1 can be applied to the stator windings 33U, 33V, and 33W. Therefore, if the same stator iron core is used and the number of turns of the stator winding is the same, this embodiment can operate the motor 3 at a higher speed than that of Patent Document 1.

モータ3の用途によっては、高速運転を実現するよりも、低速運転時における運転範囲の拡大や高効率化を実現するほうが重要である場合もある。このような場合は、固定子鉄心として磁気飽和が起こりやすい材質のものを選択する、あるいは固定子巻線33U,33V,33Wの巻線数を多くする等、低速運転に適するようにモータ3を設計するとよい。低速運転に適するようにモータ3を設計すると、最高速度が落ちる等、高速運転時の性能低下が起こる。しかし、本実施形態においては、直流電圧Edを固定子巻線33U,33V,33Wに直接的に印加できる点で特許文献1のものよりも有利であり、これによって高速運転時の性能低下を補うことが可能になる。   Depending on the application of the motor 3, it may be more important to realize an expansion of the operation range and higher efficiency during low-speed operation than to realize high-speed operation. In such a case, the motor 3 is selected so as to be suitable for low-speed operation, such as selecting a material that is likely to cause magnetic saturation as the stator core or increasing the number of windings of the stator windings 33U, 33V, 33W. It is good to design. If the motor 3 is designed to be suitable for low-speed operation, performance degradation during high-speed operation occurs, for example, the maximum speed decreases. However, this embodiment is more advantageous than that of Patent Document 1 in that the DC voltage Ed can be directly applied to the stator windings 33U, 33V, and 33W, and this compensates for the performance degradation during high-speed operation. It becomes possible.

次に、図3を参照し、この効果の具体例を説明する。なお、図3は、モータの回転速度Nに対するモータ効率を示す図である。図3における特性G2は、特許文献1の技術による特性例であり、モータの運転範囲は回転速度N1〜N2の範囲である。特性G1は、本実施形態による特性例である。本実施形態(特性G1)によれば、モータの運転範囲の最低速度はN1よりも低い回転速度N3まで広がっている。さらに、回転速度N1付近のモータ効率は、特許文献1のもの(特性G2)と比較して、一層高くなっている。これは、低速運転に適するようにモータ3を設計したことによる。一方、運転範囲の最高速度は回転速度N2のまま維持されている。これは、直流電圧Edを固定子巻線33U,33V,33Wに直接的に印加できることによる。   Next, a specific example of this effect will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the motor efficiency with respect to the rotational speed N of the motor. A characteristic G2 in FIG. 3 is an example of the characteristic according to the technique of Patent Document 1, and the operating range of the motor is a range of rotational speeds N1 to N2. A characteristic G1 is an example of the characteristic according to the present embodiment. According to this embodiment (characteristic G1), the minimum speed of the motor operating range extends to a rotational speed N3 lower than N1. Furthermore, the motor efficiency near the rotational speed N1 is higher than that of Patent Document 1 (characteristic G2). This is because the motor 3 is designed to be suitable for low speed operation. On the other hand, the maximum speed in the operating range is maintained at the rotational speed N2. This is because the DC voltage Ed can be directly applied to the stator windings 33U, 33V, 33W.

[変形例]
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
[Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. The above-described embodiments are illustrated for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Further, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or to add or replace another configuration. Examples of possible modifications to the above embodiment are as follows.

(1)上記実施形態においては、開放相の電圧と電流の双方を検出することによって、磁気飽和に基づくインダクタンスの変化を検出し、回転角θを算出した。しかし、開放相の電流は必ずしも検出しなくてもよい。すなわち、極低速の運転制御を行わず、逆起電圧のみによって実用上充分な精度を得ることができるのであれば、開放相の逆起電圧のみによって回転角θを算出してもよい。この場合においても、図2において説明したように、逆起電圧の電圧波形V1は他相に印加される電圧の影響をほとんど受けないため、回転角θを途切れることなく算出し続けることができ、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。 (1) In the above embodiment, the change in inductance based on magnetic saturation is detected by detecting both the voltage and current of the open phase, and the rotation angle θ is calculated. However, the open phase current need not necessarily be detected. In other words, the rotational angle θ may be calculated only from the open-phase counter electromotive voltage, as long as practically sufficient accuracy can be obtained only by the counter electromotive voltage without performing extremely low speed operation control. Even in this case, as described in FIG. 2, the voltage waveform V1 of the counter electromotive voltage is hardly affected by the voltage applied to the other phase, so that the rotation angle θ can be continuously calculated without interruption. The same effect as the above embodiment can be obtained.

(2)本実施形態のモータ制御システムは、空気調和機、冷凍機、自動車、工作機器、建設機械等、モータを有する様々な電気機器に適用することができる。これらの電気機器においては、上記実施形態にて述べたように、モータの高精度な位置検出と、モータの運転範囲の拡大とが実現されるため、これらの電気機器の性能を向上させることができる。 (2) The motor control system of the present embodiment can be applied to various electric devices having a motor, such as an air conditioner, a refrigerator, an automobile, a machine tool, and a construction machine. In these electrical devices, as described in the above embodiment, since the highly accurate position detection of the motor and the expansion of the operating range of the motor are realized, the performance of these electrical devices can be improved. it can.

(3)位置算出部5、インバータ制御部6、パルス制御部7等の構成要素の機能は、コンピュータとプログラム等とによって実現できるため、これら構成要素の機能を実現するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。また、逆に、これら構成要素の機能は、その一部または全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定用途向けIC)、あるいはFPGA(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理によって実現してもよい。 (3) Since the functions of the components such as the position calculation unit 5, the inverter control unit 6, and the pulse control unit 7 can be realized by a computer and a program, the programs and the like that realize the functions of these components are stored in a storage medium. Alternatively, it may be distributed through a transmission line. Conversely, some or all of the functions of these components are performed by hardware processing using ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (field-programmable gate array). It may be realized.

[構成・効果の総括]
以上のように、上記実施形態のモータ制御装置は、モータ(3)に設けられた複数相の固定子巻線(33U,33V,33W)の各両端に接続される電力変換回路(4)と、各相の前記固定子巻線(33U,33V,33W)の端子間電圧を検出する電圧検出回路(50)と、前記電圧検出回路(50)により検出された、開放相の前記端子間電圧に基づいて、前記モータ(3)の回転角(θ)を算出する位置算出部(5)とを有することを特徴とする。これにより、各固定子巻線(33U,33V,33W)の端子間電圧を独立して測定することができるので、通電相の電圧による開放相への影響を少なくすることができ、高精度な位置検出が可能になる。さらに、各固定子巻線(33U,33V,33W)に電力変換回路(4)の出力電圧(Ed)を直接印加することができるので、モータ(3)の運転範囲を広げることもできる。
[Overview of composition and effect]
As described above, the motor control device according to the embodiment includes the power conversion circuit (4) connected to both ends of the multi-phase stator windings (33U, 33V, 33W) provided in the motor (3). The voltage detection circuit (50) for detecting the voltage between the terminals of the stator windings (33U, 33V, 33W) of each phase, and the voltage between the terminals of the open phase detected by the voltage detection circuit (50) And a position calculation unit (5) for calculating the rotation angle (θ) of the motor (3). Thereby, since the voltage between terminals of each stator winding (33U, 33V, 33W) can be measured independently, the influence on the open phase due to the voltage of the energized phase can be reduced, and the accuracy is high. Position detection becomes possible. Furthermore, since the output voltage (Ed) of the power conversion circuit (4) can be directly applied to each stator winding (33U, 33V, 33W), the operating range of the motor (3) can be expanded.

さらに、前記電圧検出回路(50)は、各相の前記固定子巻線(33U,33V,33W)の端子間電圧を検出する差動増幅器(51,52,53)を有することを特徴とする。これにより、端子間電圧が微小であっても、これを正確に検出することができる。   Further, the voltage detection circuit (50) includes a differential amplifier (51, 52, 53) for detecting a voltage between terminals of the stator windings (33U, 33V, 33W) of each phase. . Thereby, even if the voltage between terminals is very small, this can be detected accurately.

さらに、前記電圧検出回路(50)は、所定のサンプリング周期毎に、開放相の前記端子間電圧を検出し、前記位置算出部(5)は、前記サンプリング周期毎に、当該サンプリング周期における前記端子間電圧に基づいて、前記回転角(θ)を算出することを特徴とする。これにより、各サンプリング周期に検出された端子間電圧に基づいて、回転角(θ)を算出でき、高精度なモータ制御が可能になる。   Further, the voltage detection circuit (50) detects the voltage between the terminals in an open phase every predetermined sampling period, and the position calculation unit (5) detects the terminal in the sampling period for each sampling period. The rotation angle (θ) is calculated based on the inter-voltage. As a result, the rotation angle (θ) can be calculated based on the inter-terminal voltage detected in each sampling period, and high-precision motor control is possible.

さらに、前記位置算出部(5)は、各相の前記固定子巻線(33U,33V,33W)に対して、所定回転角(60°)毎に測定期間を割り当て、前記測定期間を割り当てた前記固定子巻線(33U,33V,33W)の前記端子間電圧に基づいて、前記回転角の全範囲(0°〜360°)において、前記サンプリング周期毎に、途切れることなく前記回転角(θ)を算出し続けることを特徴とする。これにより、回転角の全範囲(0°〜360°)において、各サンプリング周期に検出された端子間電圧に基づいて、そのサンプリング周期の回転角(θ)を算出でき、過去のサンプリング周期に検出された端子間電圧に基づいて回転角(θ)を予測する必要がなくなるから、一層高精度なモータ制御が可能になる。   Furthermore, the position calculation unit (5) assigns a measurement period to the stator windings (33U, 33V, 33W) of each phase for each predetermined rotation angle (60 °), and assigns the measurement period. Based on the voltage between the terminals of the stator windings (33U, 33V, 33W), the rotation angle (θ without interruption) in the entire rotation angle range (0 ° to 360 °) every sampling period. ) Is continuously calculated. As a result, the rotation angle (θ) of the sampling period can be calculated based on the voltage between terminals detected in each sampling period in the entire range of rotation angles (0 ° to 360 °), and detected in the past sampling period. Since it is not necessary to predict the rotation angle (θ) based on the voltage between the terminals, motor control with higher accuracy is possible.

また、変形例(2)の電気機器にあっては、上記実施形態のモータ制御装置と、前記モータ(3)とを有することを特徴とする。これにより、これらの電気機器において、モータの高精度な位置検出と、モータの運転範囲の拡大とが実現されるため、これらの電気機器の性能を向上させることができる。   Further, the electric device of the modified example (2) includes the motor control device of the above-described embodiment and the motor (3). Accordingly, in these electric devices, highly accurate position detection of the motor and expansion of the operation range of the motor are realized, so that the performance of these electric devices can be improved.

1 電力変換装置
2 直流電源
3 モータ
4 電力変換回路
5 位置算出部
6 インバータ制御部
7 パルス制御部
11〜16,21〜26 MOSFET
33U,33V,33W 固定子巻線
41,43 三相ブリッジ回路
42,44 ゲート・ドライバ
50 電圧検出回路
51,52,53 差動増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 DC power supply 3 Motor 4 Power conversion circuit 5 Position calculation part 6 Inverter control part 7 Pulse control parts 11-16, 21-26 MOSFET
33U, 33V, 33W Stator winding 41, 43 Three-phase bridge circuit 42, 44 Gate driver 50 Voltage detection circuit 51, 52, 53 Differential amplifier

Claims (5)

モータに設けられた複数相の固定子巻線の各両端に接続される電力変換回路と、
各相の前記固定子巻線の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路により検出された、開放相の前記端子間電圧に基づいて、前記モータの回転角を算出する位置算出部と
を有することを特徴とするモータ制御装置。
A power conversion circuit connected to each end of a plurality of stator windings provided in the motor;
A voltage detection circuit for detecting a voltage between terminals of the stator winding of each phase;
And a position calculation unit that calculates a rotation angle of the motor based on the voltage between the terminals in the open phase detected by the voltage detection circuit.
前記電圧検出回路は、各相の前記固定子巻線の端子間電圧を検出する差動増幅器を有する
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 voltage detection circuit includes a differential amplifier that detects a voltage between terminals of the stator winding of each phase.
前記電圧検出回路は、所定のサンプリング周期毎に、開放相の前記端子間電圧を検出し、前記位置算出部は、前記サンプリング周期毎に、当該サンプリング周期における前記端子間電圧に基づいて、前記回転角を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The voltage detection circuit detects the voltage between the terminals in an open phase for each predetermined sampling period, and the position calculation unit performs the rotation based on the voltage between the terminals in the sampling period for each sampling period. The motor control device according to claim 1, wherein an angle is calculated.
前記位置算出部は、各相の前記固定子巻線に対して、所定回転角毎に測定期間を割り当て、前記測定期間を割り当てた前記固定子巻線の前記端子間電圧に基づいて、前記回転角の全範囲において、前記サンプリング周期毎に、途切れることなく前記回転角を算出し続ける
ことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。
The position calculation unit allocates a measurement period for each predetermined rotation angle to the stator winding of each phase, and the rotation based on the voltage between the terminals of the stator winding to which the measurement period is allocated. The motor control device according to claim 3, wherein the rotation angle is continuously calculated without interruption for each sampling period in the entire range of angles.
請求項1に記載のモータ制御装置と、
前記モータと
を有することを特徴とする電気機器。
A motor control device according to claim 1;
An electric device comprising the motor.
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