JP2022190437A - Motor drive method and motor drive device - Google Patents

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Junya Ichikawa
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Abstract

To provide a motor drive method capable of detecting the position of a rotor.SOLUTION: A motor drive method includes: a q-axis current command value acquisition step of driving an AC motor by controlling current flowing through a coil provided in a stator of the AC motor on the basis of an orthogonal vector coordinate system of a d-axis in a direction of a field magnetic flux generated by a permanent magnet provided in a rotor of the AC motor and a q-axis orthogonal to the d-axis and acquiring a current command value of q-axis current that is a current component in a q-axis direction as a q-axis current command value; a coil current detection step of detecting current flowing through the coil as coil current by an energization instruction based on the q-axis current command value; a drive current operation step of operating drive current on the q-axis on the basis of a result of detection of the coil current as q-axis drive current; a difference calculation step of calculating the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current; and an estimation step of estimating the position of the rotor on the basis of the difference.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、交流モータを駆動するモータ駆動方法、及びモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving method and a motor driving device for driving an AC motor.

従来、交流モータが利用されている。このような交流モータの駆動方法として、ステータに設けられるコイルを流れる電流を制御して駆動するものがある。このようなコイルを流れる電流を制御するには、交流モータのロータの位置を適切に把握しておくことが望まれる。そこで、ロータの位置を検出しながら交流モータを駆動する技術が検討されてきた(例えば特許文献1)。 Conventionally, AC motors are used. As a method of driving such an AC motor, there is a method of driving by controlling the current flowing through the coils provided in the stator. In order to control the current flowing through such coils, it is desired to appropriately grasp the position of the rotor of the AC motor. Therefore, techniques for driving an AC motor while detecting the position of the rotor have been studied (for example, Patent Document 1).

特許文献1には、モータ駆動システムが記載されている。このモータ駆動システムは、ロータを有するモータが備えられ、このモータのロータにはトルク発生用の永久磁石と位置検出用の永久磁石とが備えられている。モータ駆動システムは、ロータが回転することにより生じる位置検出用の永久磁石の磁界の変化を利用してロータの位置(角度)を検出している。 Patent Literature 1 describes a motor drive system. This motor drive system is provided with a motor having a rotor, and the rotor of this motor is provided with permanent magnets for generating torque and permanent magnets for position detection. A motor drive system detects the position (angle) of a rotor by using changes in the magnetic field of a permanent magnet for position detection caused by the rotation of the rotor.

特開2014-103809号公報JP 2014-103809 A

特許文献1に記載の技術では、上述したように、トルク発生用の永久磁石と位置検出用の永久磁石とが別体で設けられる。このため、コストアップの要因となる。また、位置検出用の永久磁石を設けずに、コイルを流れる電流に起因した逆起電力に基づいてロータの位置を検出することも考えられるが、誘起電圧が極めて小さい極低速領域においてロータの位置を検出することは困難である。 In the technique described in Patent Document 1, as described above, the permanent magnet for torque generation and the permanent magnet for position detection are separately provided. For this reason, it becomes a factor of an increase in cost. It is also conceivable to detect the position of the rotor based on the back electromotive force caused by the current flowing through the coil without providing a permanent magnet for position detection. is difficult to detect.

そこで、低コストで、且つ、ロータの回転速度が低速度であってもロータの位置を検出することが可能な技術が求められる。 Therefore, there is a demand for a low-cost technology that can detect the position of the rotor even when the rotor rotates at a low speed.

本発明に係るモータ駆動方法の特徴構成は、交流モータのロータに設けられた永久磁石が発生する界磁磁束の方向であるd軸と当該d軸に直交するq軸との直交ベクトル座標系に基づいて、前記交流モータのステータに設けられたコイルに流れる電流を制御して前記交流モータを駆動するモータ駆動方法であって、前記q軸方向の電流成分であるq軸電流の電流指令値をq軸電流指令値として取得するq軸電流指令値取得ステップと、前記q軸電流指令値に基づく通電指示により、前記コイルに流れる電流をコイル電流として検出するコイル電流検出ステップと、前記コイル電流の検出結果に基づいて前記q軸上における駆動電流をq軸駆動電流として演算する駆動電流演算ステップと、前記q軸電流指令値と前記q軸駆動電流との差異を算定する差異算定ステップと、前記差異に基づいて、前記ロータの位置を推定する推定ステップと、を備えている点にある。 A characteristic configuration of the motor driving method according to the present invention is that the d-axis, which is the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnet provided in the rotor of the AC motor, and the q-axis, which is orthogonal to the d-axis, are arranged in an orthogonal vector coordinate system. A motor driving method for controlling a current flowing in a coil provided in a stator of the AC motor to drive the AC motor, wherein the current command value of the q-axis current, which is the current component in the q-axis direction, is set to a q-axis current command value acquisition step for acquiring a q-axis current command value; a coil current detection step for detecting a current flowing through the coil as a coil current in response to an energization instruction based on the q-axis current command value; a drive current calculation step of calculating the drive current on the q-axis as the q-axis drive current based on the detection result; a difference calculation step of calculating a difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current; and an estimating step of estimating the position of the rotor based on the difference.

このような特徴構成とすれば、コイル電流の検出結果に基づいて演算したq軸駆動電流には、永久磁石とコイルとの間で生じるコギングトルクに起因するような脈動が含まれるため、このコギングトルクに起因する脈動に基づいてロータの位置を推定することができる。また、ロータの位置を検出するための専用の永久磁石を設ける必要がなく、ロータを回転させるための永久磁石を併用できる。したがって、低コストで、且つ、ロータの回転速度が低速度であってもロータの位置を検出することが可能となる。 With such a characteristic configuration, the q-axis drive current calculated based on the detection result of the coil current includes pulsation caused by the cogging torque generated between the permanent magnet and the coil. Rotor position can be estimated based on torque-induced pulsations. Moreover, there is no need to provide a dedicated permanent magnet for detecting the position of the rotor, and a permanent magnet for rotating the rotor can also be used. Therefore, it is possible to detect the position of the rotor at low cost and even if the rotational speed of the rotor is low.

また、前記コイル電流検出ステップは、更に、前記d軸方向の電流成分であるd軸電流の電流指令値に基づく通電指示により、前記コイルに電流を流して強め界磁制御を行った状態で検出すると好適である。 In the coil current detection step, it is preferable to perform detection in a state in which field strengthening control is performed by applying a current to the coil according to an energization instruction based on a current command value of the d-axis current, which is the current component in the d-axis direction. is.

このような構成とすれば、d軸電流を通電することで、見かけ上、永久磁石の界磁磁束を増大させることができる。したがって、コギングトルクを増幅させ、脈動を検出し易くすることが可能となる。 With such a configuration, the field magnetic flux of the permanent magnet can apparently be increased by supplying the d-axis current. Therefore, it becomes possible to amplify the cogging torque and make it easier to detect the pulsation.

また、推定された前記ロータの位置に基づいて前記ロータの回転速度を推定する回転速度推定ステップを、更に備え、前記d軸電流の電流指令値は、前記回転速度が増大するほど、大きくなると好適である。 Further, a rotational speed estimation step of estimating the rotational speed of the rotor based on the estimated position of the rotor is preferably provided, and the current command value of the d-axis current preferably increases as the rotational speed increases. is.

このような構成とすれば、回転速度が増大した場合でも、d軸電流に起因したコギングトルクを増大させることができる。したがって、回転速度が増大した場合であっても、適切にロータの位置を推定することが可能となる。 With such a configuration, the cogging torque caused by the d-axis current can be increased even when the rotational speed increases. Therefore, even when the rotational speed increases, it is possible to appropriately estimate the position of the rotor.

また、前記推定ステップによる前記ロータの位置の推定は、前記q軸電流指令値と前記q軸駆動電流との差異に基づく推定を行わずに、前記直交ベクトル座標系に基づいて前記交流モータを駆動した場合において、前記ロータの位置が検出できない回転速度で回転する低速領域において実行されると好適である。 Further, the estimation of the position of the rotor in the estimation step drives the AC motor based on the orthogonal vector coordinate system without performing estimation based on the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. In this case, it is preferable that the detection is performed in a low speed region in which the rotor position cannot be detected.

このような構成とすれば、回転速度が著しく低い場合であってもロータの位置を推定できる。 With such a configuration, the position of the rotor can be estimated even when the rotational speed is extremely low.

また、本発明に係るモータ駆動装置の特徴構成は、上記いずれかの前記モータ駆動方法を用いて前記交流モータを駆動する点にある。 A motor driving device according to the present invention is characterized in that the AC motor is driven using any one of the motor driving methods described above.

このような特徴構成であっても、上述した作用効果を奏する交流モータを実現できる。 Even with such a characteristic configuration, it is possible to realize an AC motor that exhibits the effects described above.

交流モータを駆動するモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a motor drive device that drives an AC motor; FIG. 交流モータの制御状態、ロータの挙動、及び交流モータの始動時におけるロータの位置の推定に利用される電流波形の一例である。4 is an example of a current waveform used for estimating the control state of the AC motor, the behavior of the rotor, and the position of the rotor when the AC motor is started.

本発明に係るモータ駆動方法は、交流モータのロータの位置を推定できるように構成される。以下、本実施形態のモータ駆動方法について説明する。 A motor driving method according to the present invention is configured to estimate the position of a rotor of an AC motor. The motor driving method of this embodiment will be described below.

図1には、本実施形態のモータ駆動方法により交流モータMを駆動するモータ駆動装置1のブロック図が示される。モータ駆動装置1は、三相モータからなる交流モータMと電源Vとの間に介在されるインバータ10を制御して、交流モータMを駆動する。モータ駆動装置1は、交流モータMのロータに設けられた永久磁石が発生する界磁磁束の方向であるd軸と当該d軸に直交するq軸との直交ベクトル座標系に基づいて、交流モータMのステータに設けられたコイルに流れる電流を制御して交流モータMを駆動する。モータ駆動装置1は、このような直交ベクトル座標系に基づく制御(ベクトル制御)を行うために、目標電流設定部21と、電流制御部22と、PWM制御部20と、電流検出部23、変換部24と、回転状態演算部25とを備えて構成され、各機能部は、ロータの位置の推定に係る処理を行うために、CPUを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。モータ駆動装置1は、後述するインバータ10が有するハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLを、交流モータMに対する目標トルク及び回転数に基づいてPWM制御することで、交流モータMに3相の交流駆動電流を供給する。これにより、交流モータMは、回転数、目標トルクに応じて力行する。 FIG. 1 shows a block diagram of a motor driving device 1 that drives an AC motor M according to the motor driving method of this embodiment. A motor driving device 1 drives an AC motor M by controlling an inverter 10 interposed between a three-phase AC motor M and a power source V. FIG. The motor driving device 1 is based on an orthogonal vector coordinate system of the d-axis, which is the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnet provided in the rotor of the AC motor M, and the q-axis, which is orthogonal to the d-axis. The AC motor M is driven by controlling the current flowing through the coils provided in the M stator. In order to perform control (vector control) based on such an orthogonal vector coordinate system, the motor drive device 1 includes a target current setting section 21, a current control section 22, a PWM control section 20, a current detection section 23, a conversion 24 and a rotational state calculation unit 25. Each functional unit is constructed of hardware and/or software with a CPU as a core member in order to perform processing related to rotor position estimation. there is The motor drive device 1 performs PWM control of a high-side switching element QH and a low-side switching element QL of an inverter 10, which will be described later, based on a target torque and rotation speed for the AC motor M, thereby supplying a three-phase AC power to the AC motor M. Provides drive current. As a result, the AC motor M is powered according to the rotation speed and the target torque.

インバータ10は、第1の電源ライン2と当該第1の電源ライン2の電位よりも低い電位に接続される第2の電源ライン3との間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子QHとローサイドスイッチング素子QLとを有するアーム部Aを3組備えている。第1の電源ライン2とは、電源Vに接続されるケーブルである。第1の電源ライン2の電位よりも低い電位に接続される第2の電源ライン3とは、電源Vの出力電圧よりも低い電位が印加されたケーブルであり、本実施形態では一方の端子が接地された抵抗器Rの他方の端子に接続される。 The inverter 10 includes a high-side switching element QH and a high-side switching element QH connected in series between the first power supply line 2 and the second power supply line 3 connected to a potential lower than the potential of the first power supply line 2. 3 sets of arm portions A each having a low-side switching element QL. The first power supply line 2 is a cable connected to the power supply V. As shown in FIG. The second power supply line 3 connected to a potential lower than the potential of the first power supply line 2 is a cable to which a potential lower than the output voltage of the power supply V is applied. It is connected to the other terminal of resistor R which is grounded.

本実施形態では、ハイサイドスイッチング素子QHはP-MOSFETを用いて構成され、ローサイドスイッチング素子QLはN-MOSFETを用いて構成される。ハイサイドスイッチング素子QHは、ソース端子が第1の電源ライン2に接続され、ドレーン端子がローサイドスイッチング素子QLのドレーン端子に接続される。ローサイドスイッチング素子QLのソース端子は第2の電源ライン3に接続される。このように接続されたハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLでアーム部Aを構成し、インバータ10はこのアーム部Aを3組備える。ハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLの夫々のゲート端子はドライバ15と接続される。また、各アーム部Aのハイサイドスイッチング素子QHのドレーン端子は、交流モータMが有する3つの端子に夫々接続される。 In this embodiment, the high-side switching element QH is constructed using a P-MOSFET, and the low-side switching element QL is constructed using an N-MOSFET. The high-side switching element QH has a source terminal connected to the first power supply line 2 and a drain terminal connected to the drain terminal of the low-side switching element QL. A source terminal of the low-side switching element QL is connected to the second power supply line 3 . The high-side switching element QH and the low-side switching element QL connected in this manner form an arm portion A, and the inverter 10 includes three sets of the arm portions A. As shown in FIG. Gate terminals of the high side switching element QH and the low side switching element QL are connected to the driver 15 . Also, the drain terminal of the high-side switching element QH of each arm portion A is connected to three terminals of the AC motor M, respectively.

PWM制御部20は、PWM信号を生成し、インバータ10のハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLをPWM制御する。具体的には、PWM制御部20は、3組のアーム部Aのうちの所定の第1アーム部が有するハイサイドスイッチング素子QH、及び、3組のアーム部Aにおける第1アーム部とは異なる他の2組のアーム部のうちの第2アーム部が有するローサイドスイッチング素子QLを閉状態にして、交流モータMが有する3つの端子のうちの2つの端子間にPWM制御で電流を流す。 The PWM control unit 20 generates a PWM signal and PWM-controls the high-side switching element QH and the low-side switching element QL of the inverter 10 . Specifically, the PWM control unit 20 is different from the high-side switching element QH included in a predetermined first arm portion among the three arm portions A and the first arm portion in the three arm portions A. The low-side switching element QL of the second arm of the other two sets of arms is closed, and current flows between two of the three terminals of the AC motor M by PWM control.

理解を容易にするために、3組のアーム部Aを、夫々、第1アーム部A1、第2アーム部A2、第3アーム部A3とすると、上記の「3組のアーム部Aのうちの所定の第1アーム部が有するハイサイドスイッチング素子QH、及び、3組のアーム部Aにおける第1アーム部とは異なる他の2組のアーム部のうちの第2アーム部が有するローサイドスイッチング素子QL」とは、例えば第1アーム部A1が有するハイサイドスイッチング素子QH、及び、第2アーム部A2及び第3アーム部A3のうちの一方のアーム部Aが有するローサイドスイッチング素子QLである。したがって、これらのハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLを同時に閉状態にした場合に、第1の電源ライン2から第2の電源ライン3に対して、所謂貫通電流が流れないようなスイッチング素子が閉状態とされる。 For ease of understanding, if the three sets of arm portions A are respectively referred to as a first arm portion A1, a second arm portion A2, and a third arm portion A3, the above "out of the three sets of arm portions A A high-side switching element QH included in a predetermined first arm portion, and a low-side switching element QL included in a second arm portion among the other two sets of arm portions different from the first arm portion in the three sets of arm portions A. ” is, for example, the high side switching element QH of the first arm portion A1 and the low side switching element QL of one of the second arm portion A2 and the third arm portion A3. Therefore, when the high-side switching element QH and the low-side switching element QL are closed at the same time, the switching element is such that a so-called through current does not flow from the first power supply line 2 to the second power supply line 3. is closed.

交流モータMが有する3つの端子とは、交流モータMが有するU相の端子、V相の端子、W相の端子である。例えば、第1アーム部A1のハイサイドスイッチング素子QH及び第2アーム部A2のローサイドスイッチング素子QLを閉状態にすると、交流モータMのU相の端子からV相の端子に向かってPWM制御により電流が流れる。また、例えば第2アーム部A2のハイサイドスイッチング素子QH及び第1アーム部A1のローサイドスイッチング素子QLを閉状態にすると、交流モータMのV相の端子からU相の端子に向かってPWM制御により電流が流れる。 The three terminals that AC motor M has are a U-phase terminal, a V-phase terminal, and a W-phase terminal that AC motor M has. For example, when the high-side switching element QH of the first arm portion A1 and the low-side switching element QL of the second arm portion A2 are closed, a current is generated from the U-phase terminal of the AC motor M to the V-phase terminal by PWM control. flows. Further, for example, when the high-side switching element QH of the second arm portion A2 and the low-side switching element QL of the first arm portion A1 are closed, the PWM control is performed from the V-phase terminal of the AC motor M to the U-phase terminal. current flows.

交流モータMを駆動する場合には、PWM制御部20は交流モータMが有するコイル(図示せず)を順次切り替えながら電流を流す。したがって、交流モータMの駆動中は、上述した交流モータMが有する3つの端子のうち、2つの端子を順次切り替えながら電流を流す。本実施形態では、PWM制御部20が予め設定された所定の電流値からなる電流を、2つの端子間を順次切り替えながら通電する状態は「三相通電状態」と称される。一方、PWM制御部20が予め設定された所定の電流値からなる電流を、所定時間に亘って2つの端子間にのみ通電する状態は「一相通電状態」と称される。 When driving the AC motor M, the PWM control unit 20 sequentially switches the coils (not shown) of the AC motor M to supply current. Therefore, while the AC motor M is being driven, two of the three terminals of the AC motor M are sequentially switched to flow a current. In the present embodiment, a state in which the PWM control unit 20 energizes a current having a preset current value while sequentially switching between two terminals is referred to as a "three-phase energized state." On the other hand, a state in which the PWM control unit 20 supplies a current having a preset current value only between two terminals for a predetermined time is called a "single-phase conduction state."

なお、例えばPWM制御部20から出力されるPWM信号をドライバ15に入力し、ドライバ15がPWM信号のドライブ能力を向上させてインバータ10に入力するように構成することが可能である。 For example, it is possible to input the PWM signal output from the PWM control unit 20 to the driver 15 so that the driver 15 improves the drive capability of the PWM signal and inputs it to the inverter 10 .

ベクトル制御では、交流モータMの3相各相のステータコイルに流れるモータ電流を、ロータに配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるd軸と、d軸に直交するq軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。目標電流設定部21は、交流モータMの回転数と目標トルクとに基づいて、交流モータMを駆動するためのd軸とq軸とにおける目標電流を設定する。目標電流設定部21は、上位システムから、交流モータMに要求される目標トルクを示す目標トルク情報を取得し、この目標トルク情報に基づく目標トルクと交流モータMの回転数等の回転状態に基づいて目標電流値を演算する。交流モータMの回転状態は、回転状態演算部25により演算される。 In vector control, the motor current flowing in each of the three phases of the stator coils of the AC motor M is controlled by the vector of the d-axis, which is the direction of the magnetic field generated by the permanent magnets arranged on the rotor, and the q-axis, which is orthogonal to the d-axis. Feedback control is performed by transforming coordinates into components. A target current setting unit 21 sets target currents for the d-axis and the q-axis for driving the AC motor M based on the rotation speed and the target torque of the AC motor M. FIG. The target current setting unit 21 acquires target torque information indicating the target torque required for the AC motor M from the host system, and based on the target torque based on this target torque information and the rotation state such as the rotation speed of the AC motor M to calculate the target current value. The rotation state of the AC motor M is calculated by the rotation state calculator 25 .

回転状態演算部25は、交流モータMに流れるモータ電流に基づいて、交流モータMのロータの位置を検出する。本実施形態では、図1に示されるように各アーム部Aのローサイドスイッチング素子QLのソース端子が接続された第2の電源ライン3と接地電位との間に抵抗器Rが設けられる。回転状態演算部25は抵抗器Rの端子間電位に基づいてモータ電流を検出し、ロータの位置を検出(算定)する。このようなロータの位置の検出については、公知であるので説明は省略する。 The rotation state calculation unit 25 detects the position of the rotor of the AC motor M based on the motor current flowing through the AC motor M. As shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a resistor R is provided between the second power supply line 3 to which the source terminal of the low-side switching element QL of each arm portion A is connected and the ground potential. The rotational state calculator 25 detects the motor current based on the potential across the terminals of the resistor R, and detects (calculates) the position of the rotor. Since detection of the position of the rotor is known, the description thereof will be omitted.

電流制御部22は、比例制御(P制御)や、比例積分制御(PI制御)等を用いた電流制御によりd軸及びq軸上における駆動電流を演算すると共に、当該駆動電流に基づいてd軸及びq軸上における駆動電圧を演算する。電流制御部22は、目標電流設定部21により設定されたd軸及びq軸上の目標電流と、フィードバックされた2相電流とに基づいて、d軸及びq軸上における駆動電流を演算する。フィードバックされる2相電流は、電流検出部23により検出されたステータコイルに流れる3相電流の検出結果が、変換部24においてd軸及びq軸の2相電流に変換されたものである。電流制御部22は、駆動電流を演算すると、決定した駆動電流の値を電圧方程式へ代入して演算し、2相の駆動電圧であるd軸電圧及びq軸電圧を決定する。 The current control unit 22 calculates drive currents on the d-axis and q-axis by current control using proportional control (P control), proportional integral control (PI control), etc. and the drive voltage on the q-axis. The current control unit 22 calculates drive currents on the d-axis and the q-axis based on the target currents on the d-axis and the q-axis set by the target current setting unit 21 and the two-phase currents fed back. The two-phase current to be fed back is obtained by converting the detection result of the three-phase current flowing in the stator coil detected by the current detection unit 23 into two-phase current of the d-axis and the q-axis by the conversion unit 24 . After calculating the drive current, the current control unit 22 substitutes the determined value of the drive current into the voltage equation and calculates the d-axis voltage and the q-axis voltage, which are two-phase drive voltages.

PWM制御部20は、電流制御部22が決定した2相の駆動電圧を、3相のステータコイルに駆動電流を流すための駆動電圧である3相の駆動電圧に変換し、当該3相の駆動電圧に基づいて、インバータ10を駆動制御する駆動信号を生成する。インバータ10には、電源Vから直流電力が供給され、インバータ10のスイッチング素子QH、QLがPWM制御部20によりスイッチング制御されて、電源Vの出力を交流に変換して、交流モータMに供給される。 The PWM control unit 20 converts the two-phase drive voltage determined by the current control unit 22 into a three-phase drive voltage that is a drive voltage for causing a drive current to flow through the three-phase stator coil, and performs the three-phase drive. A drive signal for driving and controlling the inverter 10 is generated based on the voltage. DC power is supplied to the inverter 10 from the power source V, and switching of the switching elements QH and QL of the inverter 10 is controlled by the PWM control unit 20 to convert the output of the power source V into AC power, which is supplied to the AC motor M. be.

モータ駆動装置1によれば、このように、交流モータMの3相のコイルに流れる電流を検出し、これをフィードバックして交流モータMをベクトル制御する。 According to the motor drive device 1, the current flowing through the three-phase coils of the AC motor M is detected in this way, and the detected current is fed back to perform vector control of the AC motor M. FIG.

ここで、上述したようにモータ駆動装置1は、交流モータMをベクトル制御により駆動する際に、ロータの位置に基づいて目標電流値を設定する。このようなロータの位置の検出は、例えば交流モータMの始動直後等、ロータの回転速度が著しく低い場合には容易ではない。そこで、本モータ駆動装置1は、直交ベクトル座標系に基づいて交流モータMを駆動した場合において、ロータの位置が検出できない回転速度で回転する低速領域でもロータの位置を適切に推定できるように構成される。 Here, as described above, the motor drive device 1 sets the target current value based on the position of the rotor when driving the AC motor M by vector control. Such detection of the rotor position is not easy when the rotation speed of the rotor is extremely low, such as immediately after the AC motor M is started. Therefore, the motor driving device 1 is configured so that when the AC motor M is driven based on the orthogonal vector coordinate system, the rotor position can be estimated appropriately even in a low-speed region in which the rotor position cannot be detected. be done.

このような交流モータMの回転速度が低速領域である場合におけるロータの位置の推定には、ロータの永久磁石とステータのコイルとの間で生じるコギングトルクが利用される。まず、電流制御部22が、q軸方向の電流成分であるq軸電流の電流指令値をq軸電流指令値として取得する。上述したように、d軸及びq軸上における駆動電流は電流制御部22により演算される。したがって、電流制御部22は、q軸電流指令値としてq軸上における駆動電流を演算して取得する。このようなq軸方向の電流成分であるq軸電流の電流指令値をq軸電流指令値として取得する工程は、モータ駆動方法におけるq軸電流指令値取得ステップと称される。 Cogging torque generated between the permanent magnets of the rotor and the coils of the stator is used to estimate the position of the rotor when the rotation speed of the AC motor M is in the low speed region. First, the current control unit 22 acquires the current command value of the q-axis current, which is the current component in the q-axis direction, as the q-axis current command value. As described above, the drive currents on the d-axis and q-axis are calculated by the current controller 22 . Therefore, the current control unit 22 calculates and acquires the drive current on the q-axis as the q-axis current command value. The step of obtaining the current command value of the q-axis current, which is the current component in the q-axis direction, as the q-axis current command value is called the q-axis current command value obtaining step in the motor driving method.

このq軸電流指令値に基づいて、PWM制御部20がインバータ10を駆動し、交流モータMのコイルに電流が流れる。電流検出部23は、q軸電流指令値に基づく通電指示により、コイルに流れる電流をコイル電流として検出する。上述したように、各アーム部Aのローサイドスイッチング素子QLのソース端子が接続された第2の電源ライン3と接地電位との間に抵抗器Rが設けられており、電流検出部23は抵抗器Rの端子間電位に基づいてコイル電流を検出する。このようなq軸電流指令値に基づく通電指示により、コイルに流れる電流をコイル電流として検出する工程は、モータ駆動方法におけるコイル電流検出ステップと称される。 Based on this q-axis current command value, the PWM control unit 20 drives the inverter 10 and current flows through the coils of the AC motor M. FIG. The current detection unit 23 detects the current flowing through the coil as a coil current in response to an energization instruction based on the q-axis current command value. As described above, the resistor R is provided between the ground potential and the second power supply line 3 to which the source terminal of the low-side switching element QL of each arm portion A is connected. A coil current is detected based on the potential across terminals of R. The step of detecting the current flowing through the coil as the coil current in accordance with the energization instruction based on the q-axis current command value is called a coil current detection step in the motor driving method.

コイル電流検出ステップにおいて検出されたコイル電流の検出結果に基づいて、変換部24がq軸上における駆動電流をq軸駆動電流として演算する。このようなコイル電流の検出結果に基づいてq軸上における駆動電流をq軸駆動電流として演算する工程は、モータ駆動方法における駆動電流演算ステップと称される。 Based on the detection result of the coil current detected in the coil current detection step, the conversion unit 24 calculates the drive current on the q-axis as the q-axis drive current. The step of calculating the drive current on the q-axis as the q-axis drive current based on the detection result of the coil current is called a drive current calculation step in the motor drive method.

回転状態演算部25は、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異を算定する。q軸電流指令値は電流制御部22から取得し、q軸駆動電流は変換部24から取得する。したがって、回転状態演算部25は、電流制御部22から取得したq軸電流指令値と、変換部24から取得したq軸駆動電流との差異を算定する。q軸電流指令値は、理論的な指示値であることから、電流波形に対して例えばコギングトルクに起因するような脈動は含まれていない。一方、q軸駆動電流は、実際に交流モータMを回転しながら取得した実測値であることから、電流波形に対してコギングトルクに起因するような脈動が含まれる。このため、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異には、コギングトルクに起因する脈動が含まれる。このようなq軸電流指令値とq軸駆動電流との差異を算定する工程は、モータ駆動方法における差異算定ステップと称される。 The rotational state calculator 25 calculates the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. The q-axis current command value is acquired from the current control section 22 and the q-axis drive current is acquired from the conversion section 24 . Therefore, the rotational state calculator 25 calculates the difference between the q-axis current command value obtained from the current controller 22 and the q-axis drive current obtained from the converter 24 . Since the q-axis current command value is a theoretical indicated value, the current waveform does not include pulsation caused by, for example, cogging torque. On the other hand, since the q-axis drive current is actually measured while the AC motor M is actually rotating, the current waveform includes pulsation caused by cogging torque. Therefore, the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current includes pulsation caused by cogging torque. The step of calculating the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current is called a difference calculation step in the motor driving method.

次に、回転状態演算部25は、差異に基づいて、ロータの位置を推定する。上述したように、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異には、コギングトルクに起因する脈動が含まれる。回転状態演算部25は、このような脈動の周期に基づきロータの位置を推定する。このような差異に基づいて、ロータの位置を推定する工程は、モータ駆動方法における推定ステップと称される。 Next, the rotational state calculator 25 estimates the position of the rotor based on the difference. As described above, the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current includes pulsation caused by cogging torque. The rotational state calculator 25 estimates the position of the rotor based on such a pulsation period. The process of estimating the position of the rotor based on such differences is called the estimation step in the motor drive method.

ここで、コイル電流検出ステップは、更に、d軸方向の電流成分であるd軸電流の電流指令値に基づく通電指示により、コイルに電流を流して強め界磁制御を行った状態で検出すると好適である。これにより、永久磁石が発生する界磁磁束と同じ方向であるd軸電流を流すことで、永久磁石からの界磁磁束を強めることになる、コギングトルクを際立たせるようにすることができる。したがって、ロータの位置の推定をより容易に行うことが可能となる。 Here, in the coil current detection step, it is preferable to perform detection in a state in which field intensifying control is performed by applying a current to the coil according to an energization instruction based on a current command value of the d-axis current, which is a current component in the d-axis direction. . As a result, by passing a d-axis current in the same direction as the field magnetic flux generated by the permanent magnet, the cogging torque that strengthens the field magnetic flux from the permanent magnet can be emphasized. Therefore, it is possible to more easily estimate the position of the rotor.

また、回転状態演算部25は、推定されたロータの位置に基づいてロータの回転速度を推定することも可能である。上述したように、コギングトルクに起因する脈動の周期に基づきロータの位置を推定するが、この脈動の周期の変化に基づきロータの回転速度を推定することが可能である。なお、この時、コイル電流検出ステップにおけるd軸電流の電流指令値は、回転速度が増大するほど、大きくすると好適である。このような推定されたロータの位置に基づいてロータの回転速度を推定する工程は、モータ駆動方法における回転速度推定ステップと称される。 Further, the rotational state calculator 25 can also estimate the rotation speed of the rotor based on the estimated position of the rotor. As described above, the position of the rotor is estimated based on the period of pulsation caused by the cogging torque, and it is possible to estimate the rotation speed of the rotor based on the change in the period of this pulsation. At this time, it is preferable to increase the current command value of the d-axis current in the coil current detection step as the rotational speed increases. The step of estimating the rotation speed of the rotor based on the estimated rotor position is called a rotation speed estimation step in the motor driving method.

次に、モータ駆動方法についてロータの挙動と電流波形とを用いて説明する。図2の(A)には、交流モータMの始動時における制御状態が示され、(B)にはロータの挙動が示される。また、(C)には、交流モータMの始動時における電流波形及び差分が示される。なお、(B)では理解を容易にするために、ロータとして1つの永久磁石を例示しているが、永久磁石は複数備えていても良い。 Next, a method of driving the motor will be described using behavior of the rotor and current waveforms. FIG. 2A shows the control state when the AC motor M is started, and FIG. 2B shows the behavior of the rotor. (C) shows the current waveform and the difference when the AC motor M is started. In addition, in order to facilitate understanding, one permanent magnet is illustrated as the rotor in (B), but a plurality of permanent magnets may be provided.

交流モータMの始動前(#1)にあっては、(B)にロータの状態が例示されているが、実際にはロータの位置は不明である。そこで、モータ駆動装置1は、永久磁石のN極がU相コイルに対向するようにU相コイルに通電(一相通電)を行う(#2)。この時、(C)に示されるように、d軸電流指令に基づく通電と共に、q電流指令値に基づく通電も行われる。このような永久磁石のN極がU相コイルに対向させるためのU相コイルへの通電は、U相アラインと称される。これにより、(B)の#2に示されるように、永久磁石のN極がU相コイルに対向する状態とされる。 Before the AC motor M is started (#1), the state of the rotor is illustrated in (B), but the actual position of the rotor is unknown. Therefore, the motor drive device 1 energizes the U-phase coil (one-phase energization) so that the N pole of the permanent magnet faces the U-phase coil (#2). At this time, as shown in (C), along with energization based on the d-axis current command, energization based on the q current command value is also performed. Such energization of the U-phase coil for making the N pole of the permanent magnet face the U-phase coil is called U-phase alignment. As a result, the N pole of the permanent magnet faces the U-phase coil, as indicated by #2 in (B).

この状態で、モータ駆動装置1は上述したようにd軸電流をコイルに通電する(#3)。この時、(C)に示されるように、q軸電流の通電は停止される。(B)では、d軸電流の通電によりコイルの生じる界磁が白抜き矢印で示される。このd軸電流の通電によりコイルの生じる界磁の方向は、N極の界磁の方向と一致しているため、N極の界磁が強められることになる。そして、コイルにq軸電流を通電し、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異を算定する(#4)。この算定したq軸電流の差分に基づき、ロータの位置を推定する。(C)の#4には、q軸電流の指令値とq軸駆動電流との差分が示される。この差分には、コギングトルク周期と同期した脈動、すなわち永久磁石の位置に応じた周期の脈動(波形)が含まれる。したがって、この脈動の周期に基づきロータの位置(角度)及び回転数を推定することが可能となる。なお、このような脈動の周期は、永久磁石とコイルとの数(最小公倍数)に応じたものとなるので、永久磁石及びコイルの数に基づき容易に推定することが可能である。 In this state, the motor driving device 1 applies the d-axis current to the coil as described above (#3). At this time, as shown in (C), the q-axis current is stopped. In (B), the magnetic field generated in the coil by energization of the d-axis current is indicated by the white arrow. Since the direction of the magnetic field generated by the coil due to this d-axis current application coincides with the direction of the magnetic field of the N pole, the magnetic field of the N pole is strengthened. Then, a q-axis current is applied to the coil, and the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current is calculated (#4). The position of the rotor is estimated based on the calculated difference between the q-axis currents. #4 in (C) shows the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. This difference includes pulsation synchronized with the cogging torque period, that is, pulsation (waveform) with a period corresponding to the position of the permanent magnet. Therefore, it is possible to estimate the position (angle) and rotation speed of the rotor based on the period of this pulsation. Since the period of such pulsation corresponds to the number of permanent magnets and coils (least common multiple), it can be easily estimated based on the number of permanent magnets and coils.

このような交流モータMの始動時にあっては、上述した推定ステップによるロータの位置の推定は、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異に基づく推定を行わずに、一般的な直交ベクトル座標系に基づいて駆動した場合には、ロータの位置を検出することが困難である。このため、推定ステップによるロータの位置の推定は、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異に基づく推定を行わずに、直交ベクトル座標系に基づいて交流モータMを駆動した場合において、ロータの位置が検出できない回転速度で回転する低速領域において実行すると好適である。 When the AC motor M is started, the rotor position is estimated by the above-described estimation step without performing estimation based on the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. When driven based on the vector coordinate system, it is difficult to detect the position of the rotor. Therefore, the rotor position is estimated by the estimation step when the AC motor M is driven based on the orthogonal vector coordinate system without performing estimation based on the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. It is preferable to perform this operation in a low speed region where the rotor position cannot be detected.

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、コイル電流検出ステップは、d軸方向の電流成分であるd軸電流の電流指令値に基づく通電指示により、コイルに電流を流して強め界磁制御を行った状態で検出するとして説明したが、コイル電流検出ステップにおいて強め界磁制御を行わずにコイル電流を検出するように構成することも可能である。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the coil current detection step is described as detecting in a state in which field intensifying control is performed by applying a current to the coil according to an energization instruction based on the current command value of the d-axis current, which is the current component in the d-axis direction. However, it is also possible to detect the coil current without performing field-strengthening control in the coil current detection step.

上記実施形態では、推定されたロータの位置に基づいてロータの回転速度を推定する回転速度推定ステップを備えているとして説明したが、回転速度を推定しないように構成することも可能である。また、d軸電流の電流指令値は、回転速度が増大するほど、大きくなるとして説明したが、d軸電流の電流指令値は回転速度にかかわらずに構成することも可能である。 In the above embodiment, the rotation speed estimation step of estimating the rotation speed of the rotor based on the estimated position of the rotor is provided, but it is also possible to configure so as not to estimate the rotation speed. Further, although it has been described that the current command value of the d-axis current increases as the rotation speed increases, the current command value of the d-axis current can be configured regardless of the rotation speed.

上記実施形態では、推定ステップによるロータの位置の推定は、q軸電流指令値とq軸駆動電流との差異に基づく推定を行わずに、直交ベクトル座標系に基づいて交流モータMを駆動した場合において、ロータの位置が検出できない回転速度で回転する低速領域において実行されるとして説明したが、推定ステップによるロータの位置の推定は低速領域とは異なる状態において行うように構成することも可能である。 In the above embodiment, the rotor position is estimated by the estimation step when the AC motor M is driven based on the orthogonal vector coordinate system without performing estimation based on the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. , described as being performed in a low-speed region where the rotor position cannot be detected, but the estimation of the rotor position by the estimation step can be performed in a state different from the low-speed region. .

上記実施形態では、図1にモータ駆動装置1の機能部を示し、各機能部の機能について説明したが、機能部の構成及び機能は適宜変更することが可能である。 In the above embodiment, FIG. 1 shows the functional units of the motor drive device 1 and the functions of the respective functional units have been described, but the configuration and functions of the functional units can be changed as appropriate.

本発明は、交流モータを駆動するモータ駆動方法、及びモータ駆装置に用いることが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a motor driving method and a motor driving device for driving an AC motor.

M:交流モータ
1:モータ駆動装置
M: AC motor 1: Motor drive device

Claims (5)

交流モータのロータに設けられた永久磁石が発生する界磁磁束の方向であるd軸と当該d軸に直交するq軸との直交ベクトル座標系に基づいて、前記交流モータのステータに設けられたコイルに流れる電流を制御して前記交流モータを駆動するモータ駆動方法であって、
前記q軸方向の電流成分であるq軸電流の電流指令値をq軸電流指令値として取得するq軸電流指令値取得ステップと、
前記q軸電流指令値に基づく通電指示により、前記コイルに流れる電流をコイル電流として検出するコイル電流検出ステップと、
前記コイル電流の検出結果に基づいて前記q軸上における駆動電流をq軸駆動電流として演算する駆動電流演算ステップと、
前記q軸電流指令値と前記q軸駆動電流との差異を算定する差異算定ステップと、
前記差異に基づいて、前記ロータの位置を推定する推定ステップと、
を備えるモータ駆動方法。
Based on the orthogonal vector coordinate system of the d-axis, which is the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnet provided in the rotor of the AC motor, and the q-axis, which is orthogonal to the d-axis, the stator of the AC motor A motor driving method for driving the AC motor by controlling current flowing through a coil,
a q-axis current command value acquiring step of acquiring a current command value of the q-axis current, which is the current component in the q-axis direction, as a q-axis current command value;
a coil current detection step of detecting the current flowing through the coil as a coil current in accordance with the energization instruction based on the q-axis current command value;
a drive current calculation step of calculating the drive current on the q-axis as the q-axis drive current based on the detection result of the coil current;
a difference calculation step of calculating a difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current;
an estimating step of estimating the position of the rotor based on the difference;
A motor driving method comprising:
前記コイル電流検出ステップは、更に、前記d軸方向の電流成分であるd軸電流の電流指令値に基づく通電指示により、前記コイルに電流を流して強め界磁制御を行った状態で検出する請求項1に記載のモータ駆動方法。 2. The coil current detecting step further detects the coil current in a state in which a strong field control is performed by applying a current to the coil according to an energization instruction based on a current command value of the d-axis current, which is the current component in the d-axis direction. The motor driving method described in . 推定された前記ロータの位置に基づいて前記ロータの回転速度を推定する回転速度推定ステップを、更に備え、
前記d軸電流の電流指令値は、前記回転速度が増大するほど、大きくなる請求項2に記載のモータ駆動方法。
further comprising a rotational speed estimation step of estimating the rotational speed of the rotor based on the estimated position of the rotor;
3. The motor driving method according to claim 2, wherein the current command value of the d-axis current increases as the rotation speed increases.
前記推定ステップによる前記ロータの位置の推定は、前記q軸電流指令値と前記q軸駆動電流との差異に基づく推定を行わずに、前記直交ベクトル座標系に基づいて前記交流モータを駆動した場合において、前記ロータの位置が検出できない回転速度で回転する低速領域において実行される請求項1から3の何れか一項に記載のモータ駆動方法。 When the position of the rotor is estimated by the estimation step, the AC motor is driven based on the orthogonal vector coordinate system without performing estimation based on the difference between the q-axis current command value and the q-axis drive current. 4. The motor driving method according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotor is rotated at a rotational speed at which the position of the rotor cannot be detected. 請求項1から4のいずれか一項に記載の前記モータ駆動方法を用いて前記交流モータを駆動するモータ駆動装置。 A motor driving device that drives the AC motor using the motor driving method according to any one of claims 1 to 4.
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