JP2023144354A - Control device for electric motor - Google Patents

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JP2023144354A JP2022051281A JP2022051281A JP2023144354A JP 2023144354 A JP2023144354 A JP 2023144354A JP 2022051281 A JP2022051281 A JP 2022051281A JP 2022051281 A JP2022051281 A JP 2022051281A JP 2023144354 A JP2023144354 A JP 2023144354A
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炳 林
Bing Lin
彬夫 丹羽
Akio Niwa
知也 吉野
Tomoya Yoshino
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Abstract

To solve the problem that an electric motor in which winding inductance is small cannot be re-driven from an idle state because a large current ripple may occur and make the electric motor go into an abnormal state when re-driving the electric motor from the idle state.SOLUTION: A control device for controlling an electric motor having a plurality of phase windings has an inverter that converts DC voltage to AC voltage of a sine wave and supplies the same to the electric motor, a control unit that generates a switching signal in accordance with a frequency of the sinusoidal AC voltage, and phase detection means for detecting a phase of the electric motor during idling and outputting a phase signal when an output of the switching signal from the control unit is stopped. The control unit generates a switching signal on the basis of the phase signal after temporarily setting the control frequency of the inverter to a higher level when the electric motor is re-driven from idling. Further, the control unit returns the control frequency of the inverter to the normal state immediately after the motor is successfully re-driven and the control is stabilized.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電動機の制御装置に関し、特に磁極位置検出手段、モータ電流検出手段を省略したセンサレス制御方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an electric motor, and particularly to a sensorless control method and device that omit magnetic pole position detection means and motor current detection means.

従来、電動機の制御装置において、部品削減による信頼性向上、及び設置場所における
制約の排除を目的に、電動機の磁極位置を検出するための磁極位置センサ、あるいはモータ電流センサを省略するセンサレス制御技術が提案されている。
Conventionally, in electric motor control devices, sensorless control technology that eliminates the magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the motor or the motor current sensor has been developed with the aim of improving reliability by reducing parts and eliminating restrictions on installation location. Proposed.

特許文献1では、このセンサレス制御においてインバータのスイッチング動作が停止している状態、即ち電動機が空転している状態において、位相検出手段により空転中の実際の位相を検出し、インバータのスイッチング動作再開時には前記の実際の位相を用いることで、空転状態からの再駆動を可能としている。また、特許文献2では電動機が同期PWM制御方式で制御された場合に、空転状態から電動機を駆動させたとしても、電気ショックの発生を抑止し、過電流や脱調等の異常状態に陥ることを低減可能な電動機の制御装置を提供されている。 In Patent Document 1, in this sensorless control, when the switching operation of the inverter is stopped, that is, when the motor is idling, a phase detection means detects the actual phase during the idling, and when the switching operation of the inverter is resumed, By using the above-mentioned actual phase, re-driving from the idle state is possible. Further, in Patent Document 2, when an electric motor is controlled by a synchronous PWM control method, even if the electric motor is driven from an idle state, occurrence of an electric shock is suppressed and abnormal conditions such as overcurrent and step-out occur. A motor control device that can reduce the

一方で、電気掃除機は軽量タイプの需要が伸びており、搭載されているモータもさらなる小型化が求められている。一般的に小型モータほど巻き線インダクタンスが小さい傾向にある。 On the other hand, demand for lightweight vacuum cleaners is increasing, and the motors installed in them are also required to be further downsized. Generally, the smaller the motor, the smaller the winding inductance.

特開2005-137106号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-137106 特開2020-005472号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-005472

特許文献1並び2に示されるような電動機を空転状態から再駆動させる(空転再駆動とも呼ぶ)技術において、巻き線インダクタンスがより小さい電動機を再駆動させようとした場合、大きな電流リップルが発生し、過電流や脱調等の異常状態に陥る可能性がある。対策として、インバータの制御周波数をより高く設定した状態でモータを駆動し、特許文献1に記載の手法を実行することが考えられるが、特許文献2の同期PWM制御との併用が不可能であること、高い制御周波数では回路損失が増大し、インバータ回路の温度が上昇すること等が課題となる。 In the technology of re-driving a motor from an idling state (also called idling re-driving) as shown in Patent Documents 1 and 2, when an attempt is made to re-drive a motor with smaller winding inductance, a large current ripple occurs. , there is a possibility of falling into abnormal conditions such as overcurrent or loss of synchronization. As a countermeasure, it is possible to drive the motor with the inverter control frequency set higher and execute the method described in Patent Document 1, but it is impossible to use it in combination with the synchronous PWM control of Patent Document 2. In other words, at a high control frequency, circuit loss increases and the temperature of the inverter circuit increases.

本発明は、巻き線インダクタンスが小さい電動機において、空転状態から電動機を再駆動させる際に、大きな電流リップルを抑制し、異常状態に陥らず正常に再駆動可能な電動機の制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a control device for an electric motor that suppresses large current ripples when redriving the motor from an idling state in an electric motor having a small winding inductance, and can normally redrive the motor without falling into an abnormal state. purpose.

本発明は上記課題を解決するために、複数相の巻き線を有する電動機を制御する電動機の制御装置であって、直流電圧を正弦波の交流電圧に変換し電動機に供給するインバータと、正弦波の交流電圧の周波数に応じてスイッチング信号を生成する制御部と、制御部からのスイッチング信号の出力が停止したときに、電動機の空転中位相を検出し、位相信号を出力する位相検出手段と、を有し、制御部は、電動機が空転再駆動を行う際に一時的に前記インバータの制御周波数を高く設定した上で、位相信号に基づいて、スイッチング信号を生成する。さらに再駆動に成功し、制御が安定した後に、直ちにインバータの制御周波数を通常の状態に戻す。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a motor control device that controls a motor having multiple phase windings, and includes an inverter that converts a DC voltage into a sine wave AC voltage and supplies it to the motor, and a sine wave AC voltage. a control unit that generates a switching signal according to the frequency of the AC voltage; and a phase detection unit that detects the phase of the motor during idling and outputs a phase signal when the output of the switching signal from the control unit is stopped. The control unit temporarily sets the control frequency of the inverter to a high value when the electric motor resumes idling, and then generates a switching signal based on the phase signal. Furthermore, after the re-driving is successful and the control becomes stable, the control frequency of the inverter is immediately returned to the normal state.

本発明によれば、巻き線インダクタンスが低い電動機において、空転再駆動を行ったとしても、大きな電流リップルを抑制し、異常状態に陥らない電動機の制御装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a control device for an electric motor with low winding inductance, which suppresses large current ripples and does not fall into an abnormal state even if the motor is idled again.

本発明に係る電動機の制御装置の一構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a control device for an electric motor according to the present invention. 電気掃除機の外観を示す図である。It is a figure showing the appearance of a vacuum cleaner. 本発明の電動機の制御装置の処理部の制御ブロックを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a control block of a processing section of the electric motor control device of the present invention. 本発明の電動機の制御装置の全体動作フローを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the overall operation flow of the electric motor control device of the present invention. 本発明の電動機の制御装置の位相信号の処理フローを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a processing flow of a phase signal of the electric motor control device of the present invention. 本発明の位相検出手段の一回路例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit of a phase detection means of the present invention. 本発明の位相信号と分圧信号の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between a phase signal and a divided voltage signal according to the present invention. 本発明の位相検出手段の他の回路図を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another circuit diagram of the phase detection means of the present invention.

本発明は、複数相の巻線を有する電動機103を制御する電動機103の制御装置に関し、本発明の実施例として、電動機103を含む電気掃除機10の制御装置に利用した場合について、以下詳細に説明する。 The present invention relates to a control device for a motor 103 that controls a motor 103 having multiple phase windings.As an embodiment of the present invention, a case where the present invention is applied to a control device for a vacuum cleaner 10 including the motor 103 will be described in detail below. explain.

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、本発明に関わるモータ制御装置の基本構成図である。図1において、モータ制御装置はエネルギを供給する充電池100、平滑コンデンサ101、負荷としてのファン102が取り付けられた電動機103、直流電圧を正弦波の交流電圧に変換し、変換した交流電力を電動機103であるモータ(本実施例では永久磁石同期モータ)に出力するインバータ104、それを駆動するドライバ回路105、ドライバ回路105にPWM信号を出力する処理部であるマイコン106、電源電圧を検出する為の電圧検知手段107、掃除機のスイッチ入切信号を伝えるスイッチ信号生成部108、インバータ104からの電力出力を停止し、電動機103が空転しているときに磁極位置信号を生成する位相検出手段109、直流電流検出器110、過電流検出回路111、直流電流検出抵抗117と、を備えて構成されている。 FIG. 2 shows an external appearance of a vacuum cleaner 10 according to the present invention. FIG. 1 is a basic configuration diagram of a motor control device according to the present invention. In FIG. 1, a motor control device includes a rechargeable battery 100 that supplies energy, a smoothing capacitor 101, a motor 103 to which a fan 102 as a load is attached, a motor 103 that converts DC voltage into a sinusoidal AC voltage, and uses the converted AC power to drive the motor. An inverter 104 that outputs output to a motor (permanent magnet synchronous motor in this embodiment) which is 103, a driver circuit 105 that drives it, a microcomputer 106 that is a processing unit that outputs a PWM signal to the driver circuit 105, and a microcomputer 106 that detects the power supply voltage. voltage detection means 107, a switch signal generation section 108 that transmits a vacuum cleaner switch on/off signal, and a phase detection means 109 that stops power output from the inverter 104 and generates a magnetic pole position signal when the motor 103 is idling. , a DC current detector 110, an overcurrent detection circuit 111, and a DC current detection resistor 117.

このように、本実施例は直接、磁極位置やモータ電流を検出する手段を省略した、センサレス構成となっている。 In this way, this embodiment has a sensorless configuration in which means for directly detecting the magnetic pole position and motor current is omitted.

なお、本図ではエネルギ供給手段として充電池100を用いているが、交流電力を直流電力に変換する手段を用いることにより、直流電力を利用することも可能である。 In addition, although the rechargeable battery 100 is used as an energy supply means in this figure, it is also possible to utilize DC power by using means for converting AC power into DC power.

スイッチ信号生成部108からのスイッチ信号112が入の状態になると、マイコン106は充電池100の電圧を電圧検知手段107によって、また、磁極位置を直流電流検出器110から得た電流情報114をもとにして出力演算を行い、ドライバ回路105にPWM波形を出力する。インバータ104はこの出力を受けて駆動され、電源100からの直流電力を交流電力として電動機103へ供給する。この結果、電動機103とそれに取り付けられたファン102が回転し、吸い込み力が発生、ゴミを吸引する風力を得る。 When the switch signal 112 from the switch signal generator 108 is turned on, the microcomputer 106 detects the voltage of the rechargeable battery 100 using the voltage detection means 107 and also detects the current information 114 obtained from the DC current detector 110 regarding the magnetic pole position. It performs an output calculation and outputs a PWM waveform to the driver circuit 105. Inverter 104 is driven upon receiving this output, and supplies DC power from power supply 100 to electric motor 103 as AC power. As a result, the electric motor 103 and the fan 102 attached thereto rotate, generating suction force and obtaining wind power to suck the dust.

スイッチ信号112が入から切の状態になると、マイコン106は、位相検出手段109からの位相信号113を受け付け、空転中の電動機103の状態を監視する。位相検出手段109は、電動機103とインバータ104を結ぶ各相の配線116からそれぞれの逆起電力を検出し、位相信号113としてマイコン106へ出力する。 When the switch signal 112 changes from on to off, the microcomputer 106 receives the phase signal 113 from the phase detection means 109 and monitors the state of the motor 103 during idle rotation. The phase detection means 109 detects each back electromotive force from the wiring 116 of each phase connecting the electric motor 103 and the inverter 104, and outputs it to the microcomputer 106 as a phase signal 113.

また、スイッチ信号生成部108は、入切情報の他にも数種類の動作モードを持っている。マイコン106は、それぞれの動作モードに応じて回転数等の制御を行い、吸い込み力に変化をつける。 Further, the switch signal generation unit 108 has several types of operation modes in addition to the on/off information. The microcomputer 106 controls the number of rotations and the like according to each operation mode, and changes the suction force.

なお、本実施例において、位相検出手段109は、制御部であるPWM生成回路243からのスイッチング信号の出力が停止したときに、電動機103の空転中位相を検出し、位相信号を出力するものであり、図6のように構成している。図6ではU相とV相の逆起電力を用いる場合で説明する。 In this embodiment, the phase detection means 109 detects the phase of the electric motor 103 during idling and outputs a phase signal when the output of the switching signal from the PWM generation circuit 243, which is the control section, is stopped. Yes, it is configured as shown in Figure 6. In FIG. 6, a case will be explained in which U-phase and V-phase back electromotive forces are used.

分圧回路150、151はU相の逆起電力を、また、分圧回路152、153はV相の逆起電力を、分圧し、比較回路であるコンパレータ160へ出力する。 The voltage dividing circuits 150 and 151 divide the U-phase back electromotive force, and the voltage dividing circuits 152 and 153 divide the V-phase back electromotive force, and output the divided voltages to a comparator 160, which is a comparing circuit.

比較回路であるコンパレータ160は、電動機103の固定子巻線とインバータ104間の複数の配線にかかる線間電圧を分圧した複数の電圧を比較するものであり、具体的には、分圧回路150~153によって得られた信号154、155を受け、位相信号113としてHまたはLを出力する。 The comparator 160, which is a comparison circuit, compares a plurality of voltages obtained by dividing line voltages applied to a plurality of wirings between the stator winding of the motor 103 and the inverter 104. Specifically, the comparator 160 is a voltage dividing circuit. It receives signals 154 and 155 obtained from signals 150 to 153 and outputs H or L as a phase signal 113.

これらの波形の関係は図7のようになっており、U-V間線間電圧のゼロクロス点を閾値として、HかLを出力する回路と等価である。 The relationship between these waveforms is as shown in FIG. 7, and is equivalent to a circuit that outputs either H or L using the zero-crossing point of the UV line voltage as a threshold.

本実施例では、位相信号113のみを検出して空転中の状態を監視しているが、正転、逆転させる場合は図8のように第2の位相信号170を出力させることで、回転方向の検出を行うことも可能である。 In this embodiment, only the phase signal 113 is detected to monitor the idling state, but when rotating forward or reverse, the rotation direction is output by outputting the second phase signal 170 as shown in FIG. It is also possible to detect.

次に、図3~図5を用いて、処理部であるマイコン106内の動作について説明する。 Next, the operation within the microcomputer 106, which is the processing section, will be explained using FIGS. 3 to 5.

図3において、マイコン106の動作は、ベクトル制御系200、空転中位相検出系300から構成されている。 In FIG. 3, the operation of the microcomputer 106 is comprised of a vector control system 200 and an idle phase detection system 300.

ベクトル制御系200は、特許文献1、2で提案されているスマートベクトル方式であり、磁極位置センサ、モータ電流センサを省略した構成に対応している。キャリア周波数制御器245と、空転再駆動要求生成器246を除き、詳細は特許文献1、2に記載のものであるため、ここでは概略のみ説明する。 The vector control system 200 is a smart vector method proposed in Patent Documents 1 and 2, and corresponds to a configuration in which a magnetic pole position sensor and a motor current sensor are omitted. Except for the carrier frequency controller 245 and the idle re-drive request generator 246, the details are described in Patent Documents 1 and 2, so only an outline will be described here.

まず、相電流再現器201により、増幅器114からの直流電流の電流情報IDCから得た情報からモータ電流を再現する。これを、d-q変換器202により3相のIu、Iv、Iwの交流電流情報から回転座標系に変換し、トルク電流成分Iqcと、励磁電流成分Idcに変換する。 First, the phase current reproducer 201 reproduces the motor current from information obtained from the current information I DC of the direct current from the amplifier 114. The dq converter 202 converts the three-phase Iu, Iv, and Iw alternating current information into a rotating coordinate system, and converts it into a torque current component Iqc and an excitation current component Idc.

また、回転子位置推定器220は、これらのトルク電流成分Iqc、励磁電流成分Idcと、電圧指令演算器240の出力である電圧指令値Vdc*、Vqc*をもとにして、制御系で推定した磁極位置と、実際の電動機103との磁極位置のずれΔθcを算出する。ずれΔθcは、PLL制御器221によって周波数指令値ω1に反映される。 Furthermore, the rotor position estimator 220 uses the control system to estimate the torque current component Iqc, the exciting current component Idc, and the voltage command values Vdc* and Vqc* that are the outputs of the voltage command calculator 240. The deviation Δθc between the obtained magnetic pole position and the actual magnetic pole position of the electric motor 103 is calculated. The deviation Δθc is reflected in the frequency command value ω1 by the PLL controller 221.

電圧指令演算器240は、Id*、Iq*、ω1*から出力する電圧指令値Vdc*、Vqc*を演算する。 The voltage command calculator 240 calculates voltage command values Vdc* and Vqc* to be output from Id*, Iq*, and ω1*.

キャリア周波数制御器245は、制御部であるPWM生成回路243の制御周波数Fcを可変させるものである。キャリア周波数制御器245の一つの入力である空転再駆動要求生成器246は、電動機103の測定指令値ωr*と電動機103が空転時周波数ωfrから空転再駆動要求の有無を判定するものである。具体的にはスイッチ108の切以外を押下された場合、すなわち運転要求(ωr*≠0)があった場合に、空転時周波数ωfrが十分に大きいと、電動機が停止するまで待ってから再駆動させるより、空転中に電動機を再駆動させる方が早いため、空転再駆動を要求する。空転再駆動要求の有無に応じてキャリア周波数制御器245から制御周波数Fcを出力する。ここで図3に示されていような同期PWM制御方式を用いる場合には、Vdc*、Vdq*、θdc、ω1*をキャリア周波数制御器245に入力しω1*と同期した制御周波数Fcを出力する。前記空転再駆動の要求により出力されるFcは同期PWM制御により出力されるFcよりも優先されるものとする。これにより一時的に非同期PWM制御となるが、後述の手順で空転再駆動終了後に同期PWM制御へ復帰させることができる。 The carrier frequency controller 245 varies the control frequency Fc of the PWM generation circuit 243, which is a control section. The idle re-drive request generator 246, which is one input of the carrier frequency controller 245, determines whether there is an idle re-drive request based on the measured command value ωr* of the electric motor 103 and the frequency ωfr when the electric motor 103 idles. Specifically, when the switch 108 is pressed other than OFF, that is, when there is an operation request (ωr*≠0), if the idling frequency ωfr is sufficiently large, the motor waits until it stops and then restarts. Since it is faster to re-drive the motor during idling than to let it idle, re-driving the motor is requested. A control frequency Fc is output from the carrier frequency controller 245 depending on whether or not there is a request for idle re-driving. When using the synchronous PWM control method as shown in FIG. 3, Vdc*, Vdq*, θdc, and ω1* are input to the carrier frequency controller 245, and a control frequency Fc synchronized with ω1* is output. . It is assumed that the Fc output due to the request for idling re-drive is given priority over the Fc output due to synchronous PWM control. Although this temporarily results in asynchronous PWM control, it is possible to return to synchronous PWM control after the idle re-driving is completed using the procedure described later.

d-q変換器242は、電圧指令値Vdc*、Vqc*を3相交流成分であるVu*、Vv*、Vw*に変換し、キャリア周波数制御器の出力であるキャリア周波数Fcに応じたVu*、Vv*、Vw*を制御部であるPWM生成回路243へ出力する。 The dq converter 242 converts the voltage command values Vdc* and Vqc* into three-phase AC components Vu*, Vv*, and Vw*, and converts the voltage command values Vdc* and Vqc* into three-phase AC components Vu*, Vv*, and Vw*, and converts the voltage command values Vdc* and Vqc* into Vu*, Vv*, and Vw* according to the carrier frequency Fc that is the output of the carrier frequency controller. *, Vv*, and Vw* are output to the PWM generation circuit 243, which is a control section.

制御部であるPWM生成回路243は、正弦波の交流電圧の周波数に応じてスイッチング信号を生成するものであり、これらのVu*、Vv*、Vw*と、電圧検知手段107から得た情報Edcをもとに、出力パルスをドライバ回路105へ出力し、ドライバ回路105はインバータ104へ、パルスを出力する。 The PWM generation circuit 243, which is a control unit, generates a switching signal according to the frequency of the sine wave AC voltage, and uses these Vu*, Vv*, Vw* and the information Edc obtained from the voltage detection means 107. Based on this, an output pulse is output to the driver circuit 105, and the driver circuit 105 outputs the pulse to the inverter 104.

なお、励磁電流指令値Id*はd軸電流生成器241で、トルク電流指令値Iq*は、トルク電流フィードバック値Iqcからフィルタ244を介することによって求めている。 Note that the excitation current command value Id* is obtained by the d-axis current generator 241, and the torque current command value Iq* is obtained from the torque current feedback value Iqc via the filter 244.

空転中位相検出系300は、インバータ104のパルス出力が停止し、電動機103が空転している時に動作するもので、電動機103が空転中の状態から再駆動できるようにするものである。 The idling phase detection system 300 operates when the pulse output of the inverter 104 is stopped and the electric motor 103 is idling, and enables the electric motor 103 to be driven again from the idling state.

空転時位相検出器301は、位相検出手段109からの位相信号113を受け、信号レベルがH→L、あるいはL→Hに変化したときのタイミングで位相θfrを更新する。 The idling phase detector 301 receives the phase signal 113 from the phase detection means 109 and updates the phase θfr at the timing when the signal level changes from H to L or from L to H.

空転時周波数計測器302は、空転時位相検出器301と同様に位相信号113を受け、その信号レベルの変化ごとに電動機103の空転時周波数ωfrを演算する。 The idling frequency measuring device 302 receives the phase signal 113 similarly to the idling phase detector 301, and calculates the idling frequency ωfr of the electric motor 103 for each change in the signal level.

スイッチ310は、電動機103が空転中であるか否かによって、使用する指令値を切り替えるものである。 The switch 310 switches the command value to be used depending on whether or not the electric motor 103 is idling.

空転時、スイッチ310は状態Aを選択する。このため、位相検出手段109からの位相信号113は空転時位相検出器301、空転時周波数計測器302で検出され、空転時の電動機103の状態を監視できるようになる。 During idle rotation, switch 310 selects state A. Therefore, the phase signal 113 from the phase detection means 109 is detected by the idling phase detector 301 and the idling frequency measuring device 302, making it possible to monitor the state of the electric motor 103 during idling.

また、電圧指令生成器240への電流指令値Id*、Iq*として0を選択し、周波数指令として、空転時周波数ωfrを選択する。この結果、空転中の電圧指令値を常に演算することが可能となるため、空転中から電動機103を再駆動させる際、この電圧指令値を即座に利用することが可能となる。 Further, 0 is selected as the current command values Id*, Iq* to the voltage command generator 240, and the idling frequency ωfr is selected as the frequency command. As a result, it is possible to constantly calculate the voltage command value during idling, so that this voltage command value can be immediately used when re-driving the electric motor 103 from idling.

電動機103が完全停止している、あるいはインバータ104が電動機103へ電力を出力している状態において、スイッチ310は状態Bを選択する。このため、空転中位相検出系300はベクトル制御系200に何ら影響を与えない。 Switch 310 selects state B when motor 103 is completely stopped or when inverter 104 is outputting power to motor 103. Therefore, the phase detection system 300 during idling does not affect the vector control system 200 at all.

以下、本実施例におけるシステムの動作の流れを、図4、図5を用いて説明する。
図4は、本実施例の全体的な動作の流れについて示したものである。
The flow of operation of the system in this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
FIG. 4 shows the overall operation flow of this embodiment.

まず、インバータ104へパルス出力処理を行っているかどうかを、インバータ出力中判定401で判断する。このとき、出力を停止していた場合、空転時周波数ωfrをもとにして判定405を行う。判定405は、再駆動可能か不可能かを判定するものであり、位相検出手段109からの信号が検出できない所定の電動機103の回転数未満、又は位相検出手段109からの信号が検出可能な所定の電動機103の回転数以上かどうかを判定するものである。具体的には、空転時周波数ωfrが、予め定めた下限値以上か否かを判定する。もし再駆動不可状態と判定した場合、具体的には、空転時周波数ωfrが、予め定めた下限値以上と判定された場合、処理407において空転中位相検出系300にあるスイッチ310をBに設定し、電動機を停止する停止処理408を実行する。また、空転中からの再駆動可能状態と判定した場合、具体的には、空転時周波数ωfrが、予め定めた下限値より小さいと判定された場合、インバータ制御周波数の高速化処理406を実施した後に処理410で空転中位相検出系300にあるスイッチ310をAに設定し、再駆動に備える。 First, whether pulse output processing is being performed to the inverter 104 is determined in an inverter output status determination 401. At this time, if the output has been stopped, determination 405 is performed based on the idle frequency ωfr. Determination 405 is to determine whether re-driving is possible or not, and is less than a predetermined rotation speed of the motor 103 where the signal from the phase detection means 109 cannot be detected, or a predetermined rotation speed where the signal from the phase detection means 109 can be detected. It is determined whether or not the rotation speed of the electric motor 103 is higher than or equal to the rotation speed of the electric motor 103. Specifically, it is determined whether the idle frequency ωfr is equal to or greater than a predetermined lower limit value. If it is determined that re-driving is not possible, specifically, if the idling frequency ωfr is determined to be equal to or higher than a predetermined lower limit value, the switch 310 in the idling phase detection system 300 is set to B in step 407. Then, a stop process 408 is executed to stop the electric motor. In addition, when it is determined that the re-driving state is possible after idling, specifically, when it is determined that the idling frequency ωfr is smaller than a predetermined lower limit value, inverter control frequency speed-up processing 406 is performed. Later, in step 410, the switch 310 in the idling phase detection system 300 is set to A to prepare for re-driving.

判定401において、インバータ104へパルス出力中であった場合、空転中位相検出系300にあるスイッチ310を判定402で実行する。このとき、状態Bだった場合、判定411を実行する。 If it is determined in determination 401 that pulses are being output to the inverter 104, the switch 310 in the idling phase detection system 300 is activated in determination 402. At this time, if the state is B, determination 411 is executed.

判定411は制御が安定したか否かの判定を行う。制御が安定したか否かについては「空転再駆動からの規定時間経過」や「磁極の位置ずれΔθcが規定範囲内」や「モータ相電流の大きさが定常時相当」等から判断可能である。また、その他のパラメータを用い、制御安定を定義しても良い。制御が安定した場合、処理412にてインバータの制御周波数Fcを高い設定値から通常の設定値に戻し、電圧演算処理409を行う。なお、制御周波数Fcを通常の設定値に戻す際には、非同期PWM制御、同期PWM制御ともに、即時通常の設定値に復帰させると変化が大きくショックが生じる可能性があるため、制御周波数Fcを段階的に戻す手法を取っても良い。一方、制御が安定していない場合、そのまま電圧演算409を行い、電動機103を制御する。 A determination 411 determines whether the control is stable. Whether or not the control has stabilized can be determined based on things like ``a specified time has elapsed since the restart of idling'', ``the magnetic pole position deviation Δθc is within the specified range'', and ``the magnitude of the motor phase current is equivalent to steady state''. . Furthermore, control stability may be defined using other parameters. When the control is stabilized, the control frequency Fc of the inverter is returned from the high set value to the normal set value in process 412, and voltage calculation process 409 is performed. In addition, when returning the control frequency Fc to the normal setting value, for both asynchronous PWM control and synchronous PWM control, the change is large and there is a possibility of a shock if the normal setting value is returned immediately. You can also take a step-by-step approach. On the other hand, if the control is not stable, voltage calculation 409 is performed as is, and the electric motor 103 is controlled.

判定402の判定結果が状態Aの場合、まだ空転時からの再駆動処理が継続されていることを示す。このときの電流指令値は、図3にもあるとおりId*、Iq*共に0であり、また周波数指令値は、インバータ104へのパルス出力を開始する直前のままとなっている。 If the determination result of determination 402 is state A, this indicates that the re-driving process from the time of idling is still being continued. As shown in FIG. 3, the current command values at this time are both 0, Id* and Iq*, and the frequency command value remains as it was immediately before starting pulse output to the inverter 104.

そこで、通常のベクトル制御を行うため、状態Bに戻すためには、相電流再現器201から再現される相電流波形が正確である必要がある。このため、相電流波形が正常に再現されるまで状態Aを継続する。 Therefore, in order to perform normal vector control and return to state B, the phase current waveform reproduced from the phase current reproducer 201 needs to be accurate. Therefore, state A continues until the phase current waveform is normally reproduced.

判定403にて、電流再現可能となった場合、処理404にて、スイッチ310を初めて状態Bに変更し通常の制御を行う。 If it is determined in determination 403 that the current can be reproduced, then in process 404 the switch 310 is changed to state B for the first time and normal control is performed.

次に、電動機103が空転中のときにおいて、位相信号113の信号変化毎に実行される処理を、図5を用いて示す。 Next, processing executed every time the phase signal 113 changes while the electric motor 103 is idling will be described using FIG. 5.

電動機103が空転中の間、位相信号検出処理501は、位相検出手段109から出力された位相信号113が変化した直後の状態を検出する。 While the electric motor 103 is idling, the phase signal detection processing 501 detects the state immediately after the phase signal 113 output from the phase detection means 109 changes.

また、空転中周波数演算処理502は、位相検出手段109から出力された位相信号113が変化した時間間隔を計測する。 Further, the idle frequency calculation processing 502 measures the time interval at which the phase signal 113 output from the phase detection means 109 changes.

位相信号113がH→L、L→Hに変化するタイミングは、図7に示すように検出回路の波形、つまり磁極位置と常に1対1の対応を示す。このため、電動機103の正確な位相情報、空転時周波数を正確に得ることができる。 The timing at which the phase signal 113 changes from H to L and from L to H always shows a one-to-one correspondence with the waveform of the detection circuit, that is, the magnetic pole position, as shown in FIG. Therefore, accurate phase information and idle frequency of the electric motor 103 can be accurately obtained.

インバータ出力開始判定503は、スイッチ108からの信号を監視し、入になったときに有効となる。スイッチ108が入になると、磁極位置設定処理504により、ソフトウェア内で保持している位相と実際の磁極の位相を合わせる。次に、インバータ104へパルスを出力することを許可するインバータ出力開始処理要求505を出力する。最後に、インバータ104から電動機103へ電力を出力している間、位相検出手段109は意味の無い位相信号を送出する。これを受け付けないようにするため、割り込み禁止処理506を実行する。 The inverter output start determination 503 monitors the signal from the switch 108 and becomes valid when it is turned on. When the switch 108 is turned on, the magnetic pole position setting process 504 matches the phase held in the software with the actual magnetic pole phase. Next, an inverter output start processing request 505 is output that permits outputting pulses to the inverter 104. Finally, while power is being output from the inverter 104 to the electric motor 103, the phase detection means 109 sends out a meaningless phase signal. In order to prevent this from being accepted, interrupt prohibition processing 506 is executed.

以上のように、本発明では、電動機103が空転中から再駆動する際に、空転中の再駆動が不可能と判定された場合、停止制御を行い、回転停止後、再駆動させる。空転中の再駆動が可能と判定された場合、制御が安定するまでに、キャリア周波数制御器245にて一時的にインバータの制御周波数を高く設定し、制御する。制御が安定したら、直ちにインバータの制御周波数を通常の制御周波数に戻し、通常の制御を行うことで、巻き線インダクタンスが低い電動機においても大きな電流リップルなく再駆動できる。 As described above, in the present invention, when the electric motor 103 is re-driven from idling, if it is determined that re-driving during idling is impossible, stop control is performed, and after the rotation is stopped, the motor is re-driven. If it is determined that re-driving during idling is possible, the carrier frequency controller 245 temporarily sets the control frequency of the inverter to a high value and controls the inverter until the control becomes stable. Once the control is stabilized, the inverter control frequency is immediately returned to the normal control frequency and normal control is performed, allowing even motors with low winding inductance to be driven again without large current ripples.

本発明を電気掃除機のような、軽負荷で電動機の出力を停止しても数秒間回転し続け、なおかつ、頻繁にスイッチの入切動作が実行可能な製品に適用することにより、再駆動までの時間を短くする効果を得ることができる。 By applying the present invention to a product such as a vacuum cleaner, which continues to rotate for several seconds even if the motor output is stopped under light load, and which can be switched on and off frequently, it can be used until the product is restarted. The effect of shortening the time can be obtained.

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 embodiment, an example of a vacuum cleaner including an electric motor has been described, but the present invention may be applied to other home appliances such as an electric washing machine.

10 電気掃除機
100 充電池
101 平滑コンデンサ
102 ファン
103 電動機
104 インバータ
105 ドライバ回路
106 マイコン
107 電圧検知手段
108 スイッチ信号生成部
109 位相検出手段
110 直流電流検知器
111 過電流検出回路
160 コンバータ
10 Vacuum cleaner 100 Rechargeable battery 101 Smoothing capacitor 102 Fan 103 Motor 104 Inverter 105 Driver circuit 106 Microcomputer 107 Voltage detection means 108 Switch signal generation section 109 Phase detection means 110 DC current detector 111 Overcurrent detection circuit 160 Converter

Claims (6)

複数相の巻き線を有する電動機を制御する電動機の制御装置であって、直流電圧を正弦波の交流電圧に変換し電動機に供給するインバータと、正弦波の交流電圧の周波数に応じてスイッチング信号を生成する制御部と、制御部からのスイッチング信号の出力が停止したときに、電動機の空転中位相を検出し、位相信号を出力する位相検出手段と、を有し、前記制御部は、前記電動機が空転中から再駆動する際に一時的に前記インバータの制御周波数を高く設定した上で、位相信号に基づいて、スイッチング信号を生成し、再駆動後に制御の安定を確認したのちに前記インバータの制御周波数を通常状態に復帰することを特徴とする、電動機の制御装置。 This is a motor control device that controls a motor having multiple phase windings, and includes an inverter that converts DC voltage into a sinusoidal AC voltage and supplies it to the motor, and a switching signal that is controlled according to the frequency of the sinusoidal AC voltage. a control unit that generates a switching signal; and a phase detection unit that detects a phase during idling of the electric motor and outputs a phase signal when the output of the switching signal from the control unit is stopped, and the control unit When re-driving the inverter from idling, the control frequency of the inverter is temporarily set high, a switching signal is generated based on the phase signal, and after confirming that the control is stable after re-driving, the control frequency of the inverter is set high. A control device for an electric motor, characterized in that the control frequency is returned to a normal state. 請求項1記載の電動機の制御装置であって、前記電動機は、永久磁石同期モータである、電動機の制御装置。 2. The electric motor control apparatus according to claim 1, wherein the electric motor is a permanent magnet synchronous motor. 請求項1記載の電動機の制御装置において、前記位相検出手段は、前記電動機の固定子巻線と前記インバータ間の複数の配線にかかる線間電圧を分圧した複数の電圧を比較する比較回路を有する、電動機の制御装置。 2. The motor control device according to claim 1, wherein the phase detection means includes a comparison circuit that compares a plurality of voltages obtained by dividing line voltages applied to a plurality of wirings between the stator winding of the motor and the inverter. A control device for an electric motor. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動機の制御装置であって、前記位相検出手段からの信号が検出できない所定の電動機の回転数未満の場合は、停止制御を行い、回転停止後、再駆動させ、前記位相検出手段からの信号が検出可能な所定の電動機の回転数以上のときに、前記位相検出手段の位相信号に基づいて、スイッチング信号を生成する、電動機の制御装置。 4. The electric motor control device according to claim 1, wherein if the rotational speed of the electric motor is less than a predetermined number of rotations at which the signal from the phase detection means cannot be detected, stop control is performed, and after the rotation has stopped. , a control device for an electric motor that generates a switching signal based on a phase signal from the phase detection means when the motor is driven again and the signal from the phase detection means exceeds a detectable predetermined rotational speed of the motor. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電動機の制御装置であって、前記電動機は電気掃除機の電動機である電動機の制御装置。 5. The electric motor control device according to claim 1, wherein the electric motor is a vacuum cleaner motor. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電動機の制御装置であって、前記電動機は電気洗濯機の電動機である電動機の制御装置。 5. The electric motor control device according to claim 1, wherein the electric motor is a motor for an electric washing machine.
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