JP2020010481A - Electric motor control device for home appliance device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家電機器用の電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device for home electric appliances.
従来、掃除機や洗濯機などの家電用機器は、非同期PWM制御を行っていた。 Conventionally, home appliances such as vacuum cleaners and washing machines have performed asynchronous PWM control.
しかし、駆動周波数が高くなった場合、電動機であるモータ騒音が発生する可能性があった。低騒音化を図る為に、特許文献1では同期PWM制御を行い、予め記憶されたキャリア同期補正マップを用いて電圧指令を補正することが開示されている。
However, when the driving frequency is increased, there is a possibility that motor noise as an electric motor is generated. In order to reduce noise,
しかし、特許文献1では、キャリア波毎のキャリア同期補正マップをもっておらず、モータの負荷状況によっては、予め定めたキャリア同期補正マップでは十分に補正されず性能低下となる可能性がある、又は、あらゆる負荷に対応した多くのキャリア同期補正マップを予め記憶した場合、メモリの大容量化につながる。
However, in
本発明は、メモリの大容量化を抑止し、且つあらゆる負荷状態であっても性能低下を抑止可能な低騒音の家電機器用の電動機制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor controller for a low-noise household electric appliance that can suppress a large capacity of a memory and can suppress a decrease in performance even in any load state.
本発明は上記課題を解決するために、同期PWM制御する家電機器用の電動機制御装置であって、キャリア波を生成するキャリア波生成と、入力された電圧指令とキャリア波に基づいて電動機を制御するPWM制御指令を生成するPWM制御指令生成部と、PWM制御指令に基づいて電動機を制御する制御部と、電圧指令と予め定めた基準電圧指令との電圧位相ズレを検出するズレ検出部と、を有し、キャリア波生成部は、電圧位相ズレと入力された周波数指令に基づいてキャリア波を生成し、ズレ検出部で電圧位相ズレが検出された時間から電圧位相ズレが検出されなくなる時間までの間隔が電動機の負荷によらず一定である構成とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a motor control device for a household electric appliance that performs synchronous PWM control to solve the above-mentioned problem, and controls a motor based on an input voltage command and a carrier wave to generate a carrier wave. A PWM control command generation unit that generates a PWM control command to be performed, a control unit that controls the electric motor based on the PWM control command, a shift detection unit that detects a voltage phase shift between the voltage command and a predetermined reference voltage command, The carrier wave generation unit generates a carrier wave based on the voltage phase shift and the input frequency command, from a time when the voltage phase shift is detected by the shift detection unit to a time when the voltage phase shift is not detected. Is constant regardless of the load of the motor.
本発明によれば、メモリの大容量化を抑止し、且つあらゆる負荷状態であっても性能低下を抑止可能な低騒音の家電機器用の電動機制御装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor control apparatus for low-noise household appliances which can suppress increase in memory capacity and can suppress the performance fall even in every load state can be provided.
本発明は、複数相の巻線を有する電動機105を制御する家電機器用の電動機制御装置に関し、本発明の実施例として、電気掃除機10の電動機制御装置を例として以下詳細に説明する。なお、電動機は永久磁石同期モータとして以下説明する。
The present invention relates to a motor control device for a household electric appliance that controls a
図2は、本発明に関わる電気掃除機10の外観である。図1は、本発明に関わる電動機制御装置の基本構成図である。
FIG. 2 is an external view of the
図1において、ズレ検出部101は、入力された電圧指令と予め定めた同期PWM制御時の理想電圧指令に基づいて、電圧位相ズレΔθvを検出する。具体的には、入力された電圧指令から所定の演算により「現在の電圧位相」を算出する。算出された「現在の電圧位相θv」と「同期PWM時の基準電圧位相θvbase」との偏差(ズレ)を電圧位相ズレΔθvとして出力する。
In FIG. 1, a
次に、キャリア波生成部102で、ズレ検出部101から出力された電圧位相ズレΔθvと入力された周波数指令ω*および周波数指令ω*に基づき設定されたキャリアのパルス数Npからキャリア周期Tcを決定し、キャリア波を生成する。パルス数Npはキャリア周波数が周波数指令ω*の何倍であるかを示すものである。Np=3(3パルス)の場合は、周波数指令ω*の3倍、つまり周波数指令1周期の間にキャリア波が3周期存在することとなる。Npは望ましくは3の奇数倍で設定する。つまり、本実施例ではNp=3で説明するがNp=9でも設定可能である。
Next, the carrier
具体的には、キャリア周波数Fcは、2π×Np×{(Δθv×Kv)+ω*}で算出できる。ここで、Kvは予め設定されるPLLゲインである。キャリア周期Tcは1/Fcとなる。 Specifically, the carrier frequency Fc can be calculated as 2π × Np × {(Δθv × Kv) + ω *}. Here, Kv is a preset PLL gain. The carrier cycle Tc is 1 / Fc.
例えば、PLLゲインKvを1で設定すると、周波数指令ω*[rad/s]に(Δθv×1)[rad/s]を加算することとなり、Δθv[rad]のズレを1秒間で補正する制御となる。 For example, if the PLL gain Kv is set to 1, (Δθv × 1) [rad / s] will be added to the frequency command ω * [rad / s], and control to correct the deviation of Δθv [rad] in one second Becomes
同様にPLLゲインKvが100の場合は1秒間にΔθv[rad]の100倍のズレを補正する制御となり、10[ms]でΔθv[rad]のズレを補正する制御となる。 Similarly, when the PLL gain Kv is 100, control is performed to correct a deviation of 100 times Δθv [rad] per second, and control is performed to correct the deviation of Δθv [rad] in 10 [ms].
これにより発生した電圧位相ズレに対し、電圧位相ズレの大きさに依らず、一定時間でズレを補正する制御(PLL制御)となる。 With respect to the generated voltage phase shift, control (PLL control) for correcting the shift in a fixed time is performed regardless of the magnitude of the voltage phase shift.
次に、PWM制御指令生成部103は、キャリア波生成部で生成されたキャリア波と、入力された電圧指令vと、に基づいて、インバータ駆動信号を生成し、制御部であるインバータ回路104にインバータ駆動信号を出力する。このインバータ駆動信号に基づいて、インバータ回路104で、負荷としてのファン106が取り付けられた電動機105を制御する制御指令を生成する。
これら、ズレ検出部101、キャリア波生成部102、PWM制御指令生成部103は、処理部であるマイコン100内の処理として記載したが、マイコン外での処理でも可能である。
Next, the PWM control
Although the
なお、電圧指令は電動機105の各相に出力するDutyを決定し、キャリア波、又はキャリア周期TcはDutyの周期を決定するものである。
The voltage command determines the duty to be output to each phase of the
次に、図3に3パルス時(Np=3)の負荷変動により電圧位相変動が生じた場合の電圧位相ズレ補正時の電圧位相波形とキャリア波の関係を示し、電圧位相ズレを補正する制御(PLL(phase locked loop:位相同期回路)制御)について説明する。なお、PLL制御では、電圧位相ズレΔθvを小さくなるようにキャリア周期Tcを決定する。 Next, FIG. 3 shows a relationship between a voltage phase waveform and a carrier wave at the time of voltage phase shift correction when a voltage phase shift occurs due to a load change at the time of three pulses (Np = 3), and control for correcting the voltage phase shift. (PLL (phase locked loop) control) will be described. In the PLL control, the carrier cycle Tc is determined so as to reduce the voltage phase shift Δθv.
本処理は、キャリア波と電圧指令から求めた電圧位相θvを同期させるため、電圧位相θvとキャリア波との誤差(ズレ)を山周期(山で演算、谷で反映)で電圧位相θvと予め定めた理想となる基準電圧位相θvbaseから算出する。 In this process, in order to synchronize the carrier wave and the voltage phase θv obtained from the voltage command, the error (deviation) between the voltage phase θv and the carrier wave is determined in advance with the voltage phase θv at the mountain cycle (calculated at the peak and reflected at the valley). It is calculated from the determined ideal reference voltage phase θvbase.
電気掃除機は電源のON/OFFや、強運転や標準運転のように運転モードが頻繁に変更されたり、塵などを吸引することで搭載されたモータなどの電動機の負荷が細かく変動する。この負荷変動により電圧位相変動が生じ、その電圧位相変動に伴い、図3のように、電圧位相ズレΔθvが生じる。 In vacuum cleaners, the operation mode is frequently changed such as power ON / OFF, strong operation, and standard operation, and the load of the motor such as a mounted motor fluctuates finely by sucking dust or the like. This load change causes a voltage phase change, and the voltage phase change causes a voltage phase shift Δθv as shown in FIG.
電圧位相変動発生前405では、電圧位相ズレΔθv=0であるため基準電圧位相波形402はCosω*tとなる。電圧位相ズレ検出点406、具体的にはキャリア波の山もしくは谷における現在の電圧位相波形点(図3では3パルス目の谷における現在の電圧位相波形を検出点としているが、すべての山もしくは谷における現在の電圧位相波形を検出点としてもよい)で現在の電圧位相波形403と基準電圧位相波形402との電圧位相ズレΔθv検出し、その電圧位相ズレΔθvに対しPLL制御を開始する。PLL制御時の基準電圧位相波形404はCos{ω*+(Kv×Δθv)}tとなり、設定したPLLゲインKvの応答時間でキャリア波401を補正する。また、基準電圧位相波形402、PLL制御時の基準電圧位相波形404とキャリア波401の関係性は同じである。
Before the occurrence of the
図3のように電圧位相波形の周期が短くなる場合(図3(2)モータの回転数が上がる、つまり負荷が軽い場合)と長くなる場合(図3(1)モータの回転数が下がる、つまり負荷が重い場合)の2パターンがあり、その変動がどのような大きさであっても、図3に示すようにズレ補正開始時から補正終了までの時間がPLLゲインKvで設定した応答時間で、キャリア波を補正出来る。その際、電圧位相ズレ検出点406の前後で、キャリア波の大きさ等が異なっている。例えば、掃除機の運転モード(強運転、標準運転など)によらず電圧位相ズレが検出された時間から電圧位相ズレが検出されなくなる時間までの間隔が一定となる。
As shown in FIG. 3, when the period of the voltage phase waveform is shortened (FIG. 3 (2), the rotation speed of the motor increases, that is, when the load is light), and when it becomes longer (FIG. 3 (1), the rotation speed of the motor decreases). In other words, there are two patterns, that is, when the load is heavy. Regardless of the magnitude of the fluctuation, the time from the start of the deviation correction to the end of the correction as shown in FIG. 3 is the response time set by the PLL gain Kv. Thus, the carrier wave can be corrected. At this time, the magnitude and the like of the carrier wave are different before and after the voltage phase
つまり、本発明のズレ検出部101とキャリア波生成部102により、同じ一定時間で電圧位相ズレΔθvを補正することが出来る。よって、ズレ検出部101で電圧位相ズレΔθvが検出された時間から電圧位相ズレΔθvが検出されなくなる時間までの間隔が電動機105の負荷によらず一定となると共に、キャリア波を正確に補正出来る。これによりメモリの大容量化を抑止し、且つあらゆる負荷状態であっても性能低下を抑止可能な低騒音の家電機器用の電動機制御装置を提供できる。
That is, the voltage phase shift Δθv can be corrected in the same fixed time by the
なお、上記実施例では、電動機を含む電気掃除機の例で説明したが、電気洗濯機などの他の家電製品に適用しても良い。 Note that, in the above-described embodiment, an example of a vacuum cleaner including an electric motor has been described, but the present invention may be applied to other home electric appliances such as an electric washing machine.
10 電気掃除機
100 マイコン
101 ズレ検出部
102 キャリア波生成部
103 PWM制御指令生成部
104 インバータ回路
105 電動機
106 ファン
401 キャリア波
402 基準電圧位相波形
403 現在の電圧位相波形
404 PLL制御時の基準電圧位相波形
405 電圧位相変動発生前
406 電圧位相ズレ検出点
Claims (7)
キャリア波を生成するキャリア波生成部と、
入力された電圧指令と前記キャリア波に基づいて電動機を制御するPWM制御指令を生成するPWM制御指令生成部と、
前記PWM制御指令に基づいて電動機を制御する制御部と、
前記電圧指令と予め定めた基準電圧指令との電圧位相ズレを検出するズレ検出部と、を有し、
前記キャリア波生成部は、前記電圧位相ズレと入力された周波数指令に基づいてキャリア波を生成し、前記ズレ検出部で電圧位相ズレが検出された時間から電圧位相ズレが検出されなくなる時間までの間隔が前記電動機の負荷によらず一定である、ことを特徴とする、家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances that performs synchronous PWM control,
A carrier wave generation unit that generates a carrier wave;
A PWM control command generation unit that generates a PWM control command for controlling the electric motor based on the input voltage command and the carrier wave;
A control unit that controls the electric motor based on the PWM control command;
A deviation detecting unit that detects a voltage phase deviation between the voltage command and a predetermined reference voltage command,
The carrier wave generation unit generates a carrier wave based on the voltage phase shift and the input frequency command, and from a time when the voltage phase shift is detected by the shift detection unit to a time when the voltage phase shift is not detected. An electric motor control device for home electric appliances, wherein an interval is constant irrespective of a load of the electric motor.
前記ズレ検出部で電圧位相ズレが検出された前と後で、前記キャリア波の大きさが異なる、家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to claim 1,
An electric motor control device for a home electric appliance, wherein the magnitude of the carrier wave is different before and after the voltage phase deviation is detected by the deviation detection unit.
前記電動機は、永久磁石同期モータである、家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to claim 1,
An electric motor control device for home electric appliances, wherein the electric motor is a permanent magnet synchronous motor.
前記ズレ検出部は、電圧指令から現在の電圧位相を算出し、算出された前記電圧位相と前記基準電圧指令との偏差を電圧位相ズレとして出力する、家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to claim 1,
The electric motor control device for a home appliance, wherein the deviation detecting unit calculates a current voltage phase from a voltage command and outputs a deviation between the calculated voltage phase and the reference voltage command as a voltage phase deviation.
前記電動機は電気掃除機の電動機である家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to any one of claims 1 to 4,
The electric motor control device for home electric appliances, wherein the electric motor is an electric motor of a vacuum cleaner.
前記電動機は電気掃除機の電動機であり、
前記電気掃除機の運転モードによらず、ズレ検出部で電圧位相ズレが検出された時間から電圧位相ズレが検出されなくなる時間までの間隔が一定である家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to any one of claims 1 to 4,
The electric motor is an electric motor of a vacuum cleaner,
An electric motor control device for home electric appliances, wherein an interval from a time when a voltage phase shift is detected by a shift detection unit to a time when a voltage phase shift is not detected is constant regardless of an operation mode of the vacuum cleaner.
前記電動機は電気洗濯機の電動機である家電機器用の電動機制御装置。 An electric motor control device for home electric appliances according to any one of claims 1 to 4, wherein
The electric motor control device for home electric appliances, wherein the electric motor is an electric motor of an electric washing machine.
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2018
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JP2021151171A (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-27 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | Electric motor control device for electric home appliances |
WO2021192361A1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | Electric motor control device for electric home appliances |
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