JP3551911B2

JP3551911B2 - Brushless DC motor control method and device

Info

Publication number: JP3551911B2
Application number: JP2000322026A
Authority: JP
Inventors: 敏行前田; 学小坂; 正信喜多
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002136172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、センサを用いることなく回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の機器の駆動源としてブラシレスＤＣモータが採用されているが、このブラシレスＤＣモータに対しては、電圧利用率の向上（過変調）による運転範囲拡大と高効率化、制御性向上、低騒音化が要求されているとともに、回転子の回転位置を検出するためのセンサを不要とすることによる信頼性向上とコストダウン、およびセンサレス制御を行う場合にはその緻密化が要求されている。
【０００３】
そして、このような要求を満足させるためのブラシレスＤＣモータ制御方法として、
（１）「ＩＰＭモータのセンサレス制御」、モータ技術シンポジウムＢ−５、１９９９／３に示すように、誘起電圧を外乱として考える外乱オブザーバを用いたセンサレスベクトル制御が提案されている。このセンサレスベクトル制御は、外乱オブザーバ、および過変調を伴わない電流制御を用いる制御方法である。
【０００４】
また、（２）ブラシレスＤＣモータの固定子巻線に通電する期間を１２０°に設定することによってモータの無通電相の誘起電圧を観測し、モータ誘起電圧から回転子回転位置を検出するとともに、電圧位相制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００５】
さらに、（３）制御ブラシレスＤＣモータのＹ結線された固定子巻線の中性点の電位を検出し、中性点電位から回転子回転位置を検出するとともに、電圧制御もしくは電流制御を行ってブラシレスＤＣモータを制御する方法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）の方法を採用した場合には、電流制御を用いている関係上、電圧利用率を上げることができないので、モータ巻線を少なくして誘起電圧を下げることが必要になり、ひいては効率が低下してしまうという不都合がある。
【０００７】
（２）の方法を採用した場合には、無通電相における誘起電圧を観測する関係上、通電幅を拡大することができず、電圧利用率を上げることができないという不都合がある。また、電圧位相の制御範囲が小さく、ＩＰＭ（埋込磁石構造の回転子を有するブラシレスＤＣモータ）を効率よく運転することができないという不都合もある。さらに、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００８】
（３）の方法を採用した場合には、誘起電圧を観測する場合のような不都合は発生しないが、モータ構造、モータ特性により制御性が大きく変化し、運転することができないモータが存在する可能性があるという不都合がある。また、６０°毎の回転位置検出を行うことができるだけであるから、制御を緻密化することが困難であるという不都合もある。
【０００９】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、モータ特性の影響を殆ど受けることなく、電圧利用率の向上、騒音低減、効率向上、制御の緻密化を達成することができるブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１１】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御する方法である。
【００１３】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法は、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御する方法である。
【００１４】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行う方法である。
【００１５】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用する方法である。
【００１６】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用する方法である。
【００１７】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用する方法である。
【００１８】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とする波形設定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００１９】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するものであって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定する印加電圧決定手段と、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【００２１】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するものである。
【００２２】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置は、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するものである。
【００２３】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するものである。
【００２４】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置は、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するものである。
【００２５】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置は、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するものである。
【００２６】
【作用】
請求項１のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とし、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２７】
請求項２のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定し、しかもインバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御するのであるから、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００２９】
請求項３のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するのであるから、請求項１または請求項２の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００３０】
請求項４のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うのであるから、請求項１から請求項３の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００３１】
請求項５のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項６のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項７のブラシレスＤＣモータ制御方法であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項１から請求項６の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００３４】
請求項８のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転位置推定手段によって回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、波形設定手段によって、インバータの出力電流または出力電圧の波形を、任意の調波成分が重畳した波形とすることができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３５】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３６】
請求項９のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ電流、電圧および機器定数を用いて回転子の回転位置を推定し、回転位置推定結果に基づいてブラシレスＤＣモータを制御するに当たって、印加電圧決定手段によって、回転位置推定結果を用いてブラシレスＤＣモータに重畳すべき電圧を決定することができ、しかもインバータ制御手段によって、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧の基本波成分を増加させるべく出力電圧波形を矩形波に近づけるようにインバータを制御することができる。
【００３７】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００３９】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、インバータの出力電圧が限界電圧に達した場合に、出力電圧指令の増加に対する出力電圧波形に含まれる基本波成分の増加割合を一定にすべくインバータ制御のためのゲインを制御するものを採用するのであるから、請求項９の作用に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。
【００４０】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、前記回転位置推定手段として、モータ逆モデルに基づく演算およびフィルタ演算によって回転位置の推定を行うものを採用するのであるから、請求項８から請求項１０の何れかの作用に加え、回転位置推定の精度を高めることができる。
【００４１】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして回転座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４２】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、モータ逆モデルとして固定座標モデルを採用するのであるから、請求項１１と同様の作用を達成することができる。
【００４３】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ制御装置であれば、ブラシレスＤＣモータとして圧縮機駆動用ブラシレスＤＣモータを採用するのであるから、請求項８から請求項１３の何れかの作用に加え、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のブラシレスＤＣモータ制御方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００４５】
図１はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【００４６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置は、交流電源１を入力として直流電力を得るコンバータ２と、この直流電力を入力として交流電力を得てブラシレスＤＣモータ４に供給するインバータ３と、ブラシレスＤＣモータ４に供給されるモータ電流を検出する電流検出部５ａと、ブラシレスＤＣモータ４の端子における電圧を検出する電圧検出手段５ｂと、モータモデルが設定されているとともに、モータ電流および電圧を入力として所定の演算を行い、回転子の回転速度（以下、単に速度と称する）および回転子の回転位置｛以下、ロータ位置（θ）と称する｝を推定する位置・速度推定部６と、推定された速度および外部から与えられる速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する速度制御部７と、推定されたロータ位置（＾θ）を入力として任意の調波成分に対応する波形信号を発生する波形発生部８と、電流指令と波形信号とを加算する加算部９と、加算部９による加算結果、モータ電流、およびロータ位置（＾θ）を入力として電流制御演算を行って電圧指令を出力し、インバータ３に供給する電流制御部１０とを有している。
【００４７】
図２は前記位置・速度推定部６の構成の一例を示すブロック図である。
【００４８】
この位置・速度推定部６は、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電圧を入力としてγδ変換（数１参照）を行ってγδ電圧ベクトルを出力する３相→γδ変換部６１と、ロータ位置（＾θ）に応じて３相電流を入力としてγδ変換を行ってγδ電流ベクトルを出力する３相→γδ変換部６２と、γδ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを出力するモータ逆モデル部６３と、モータ逆モデル部６３から出力される電圧ベクトルと３相→γδ変換部６１から出力される電圧ベクトルとの差を算出する差算出部６４と、差算出部６４から出力される差を入力とするフィルタ６５と、フィルタからの出力を入力としてロータ位置（θ）の推定を行う位置推定部６６と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部６７とを有している。
【００４９】
【数１】

【００５０】
この場合には、回転座標モータモデルを用いてロータ位置（θ）を推定することができる。
【００５１】
なお、この図、および以下の図において、αβ座標は２相直交固定座標、γδ座標は＾θ回転座標、θは電気角、＾ωは推定電気角速度、ｖ_３は三相電圧、ｉ_３は三相電流、ｖγδはγδ軸電圧、ｉγδはγδ軸電流、εγδはγδ軸誘起電圧、α１、β１はフィルタ伝達関数の極、Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンス、Ｒは電機子抵抗、φは電機子鎖交磁束、ｋθはフィードバックゲイン、ｓは微分演算子、｜｜・｜｜は２乗和の平方根、ｓｉｇｎ（ｘ）はｘが正なら＋、負なら−を返す関数、Δはモータモデルと実モータとの誤差、￣はセンサ値、＾は推定値をそれぞれ示し、数２のように与えられる。
【００５２】
【数２】

【００５３】
図３は前記波形発生部８の構成の一例を示すブロック図である。
【００５４】
この波形発生部８は、１／Ｎ次調波、・・・、１／２次調波、０次調波、１次調波、２次調波、・・・、ｎ次調波の振幅、位相を記憶している１／Ｎ次調波記憶部、・・・、１／２次調波記憶部、０次調波記憶部、１次調波記憶部、２次調波記憶部、・・・、ｎ次調波記憶部を有しているとともに、ロータ位置（θ）がこれらの記憶部に供給されることにより各記憶部から読み出される振幅を加算する加算部を有しており、全ての記憶部からの読み出し値を加算した結果を波形信号として出力する。
【００５５】
上記の構成のブラシレスＤＣモータ制御装置の作用は次のとおりである。
【００５６】
モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６に供給することによってロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００５７】
そして、推定された速度を速度制御部７に供給することにより電流指令を得ることができる。
【００５８】
また、ロータ位置（＾θ）を波形発生部８に供給することにより、任意の調波成分を表す波形信号を発生する。
【００５９】
このようにして得られた電流指令と波形信号とを加算して電流制御部１０に供給するとともに、モータ電流およびロータ位置（＾θ）をも電流制御部１０に供給して電圧指令を得てインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００６０】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００６１】
なお、この実施態様においては、電圧を直接検出するようにしているが、インバータ３を駆動するためのＰＷＭパターンなどから推定するようにしてもよい。
【００６２】
図４は位置・速度推定部６の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６３】
この位置・速度推定部６が図２の位置・速度推定部６と大きく異なる点は、回転座標モータモデルに代えて固定座標モータモデルを採用した点である。
【００６４】
この位置・速度推定部６は、３相電圧を入力としてαβ電圧ベクトルを出力する３相→２相変換部７１と、３相電流を入力としてαβ電流ベクトルを出力する３相→２相変換部７２と、αβ電流ベクトルを入力として電圧ベクトルを得て３相→２相変換部７１から出力される電圧ベクトルとの差を算出し、積分した後に、αβ電流ベクトルおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づく処理結果との差を算出するモータ逆モデル部７３と、モータ逆モデル部７３からの出力に対してｔａｎ^−１処理を行ってロータ位置（＾θ）を出力するロータ位置算出部７４と、ロータ位置（＾θ）を入力として微分処理を行って速度を出力する微分部７５とを有している。
【００６５】
この場合にも図２の位置・速度推定部６と同様にロータ位置（＾θ）および速度を推定することができる。
【００６６】
図５は波形発生部８の構成の他の例を示すブロック図である。
【００６７】
この波形発生部８においては、ロータ位置（θ）に応じた振幅を記憶する波形メモリを設けているので、図３の場合と比較して構成を簡単化することができる。
【００６８】
ここで、波形メモリに記憶される波形は、例えば、図６に示すように、ロータ位置（θ）が０〜２πに範囲に対応する振幅の変化波形である。
【００６９】
ただし、波形メモリに記憶される波形の長さは必要とされる調波に応じて設定される。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。また、メモリ容量を低減するために、対称性から推定できる最小長さの波形のみを記憶すればよい。例えば、１／２次調波が必要な場合には、０〜４πまでの振幅の変化波形を記憶する。
【００７０】
図７はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【００７１】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、速度制御部７に代えて、推定速度、ロータ位置（＾θ）、および速度指令を入力として速度制御演算を行って電圧指令を出力する速度制御部７’を採用した点、および電流制御部１０を省略した点のみである。
【００７２】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合には、モータ電流および電圧を検出して位置・速度推定部６によってロータ位置（＾θ）および速度を推定する。
【００７３】
そして、推定されたロータ位置（＾θ）、速度、および速度指令に基づいて電圧指令を算出する。
【００７４】
一方、ロータ位置（＾θ）に基づいて波形信号を発生し、電圧指令と加算して電圧指令を補正し、インバータ３に供給してインバータ３を制御し、インバータ３からの出力を供給することによりブラシレスＤＣモータ４を制御する。
【００７５】
この場合において、電圧波形が正弦波であっても、モータの特性や負荷の影響を受けて電流波形は非正弦波になる。しかし、位置・速度推定部６において、モータ逆モデルおよびフィルタを用いてロータ位置（＾θ）の推定を行っているので、ロータ位置の推定精度を高めることができる。
【００７６】
したがって、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができる。
【００７７】
図８はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００７８】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、電流制御部１０から出力される電圧指令を電圧リミッタ１１を介してインバータ３に供給する点のみである。
【００７９】
この構成のブラシレスＤＣモータ制御装置を採用した場合の作用は次のとおりである。
【００８０】
電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越えていない場合には、電圧指令がそのままインバータ３に供給されるので、図１のブラシレスＤＣモータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【００８１】
逆に、電圧指令が電圧リミッタ１１に設定された電圧限界を越える場合には、単相分のみを示す図９に示すように、電圧指令が電圧限界でクリップされ｛図９中（Ａ）参照｝、矩形波に近づくので、インバータ出力電圧も矩形波に近づく｛図９中（Ｃ）参照｝。この結果、同じ出力限界電圧であっても基本波成分を大きくすることができ｛図９中（Ｂ）参照｝、ブラシレスＤＣモータ４の運転範囲を高速側に拡大することができる。
【００８２】
これは、図１０に示すように、電圧指令が電圧限界以下である場合｛図１０中（Ａ）参照｝における基本波成分｛図１０中（Ｂ）参照｝と比較することにより簡単に理解することができる。
【００８３】
また、電圧リミッタを用いない場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ａ）参照｝、電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示すシミュレーション結果｛図１１中（Ｂ）参照｝、および電圧リミッタを用いる場合の運転範囲を示す実測結果｛図１１中（Ｃ）参照｝を比較しても、電圧リミッタを用いることにより運転範囲を高速側に拡大できることが分かる。
【００８４】
なお、インバータ出力電圧波形を矩形波に近づける方法としては、電圧リミッタを用いて電圧指令をクリップする代わりに、電圧指令を電圧限界に漸近させる特性を持たせるようにすることが可能であるほか、基本波のピークを下げるように３次調波を加えるようにすることが可能である。
【００８５】
図１２はこの発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【００８６】
このブラシレスＤＣモータ制御装置が図８のブラシレスＤＣモータ制御装置と異なる点は、出力電圧指令の増加に対する基本波成分の増加割合が一定となるように電圧指令を補正する電圧補正部１２をさらに含む点のみである。
【００８７】
この電圧補正部１２は、例えば電圧指令に対して補正係数を乗算するものである。
【００８８】
さらに説明する。
【００８９】
図１３は、出力波形が基本波のみ、単相の場合の電圧補正係数を示す図である。なお、横軸は、電圧指令（ｐ−ｐ）／インバータ入力電圧である。
【００９０】
この値は指令電圧の基本波と電圧リミット後の基本波を計算し、その比をプロットすることにより得られたものであり、３相の場合にも容易に算出することができる。
【００９１】
したがって、電圧補正部１２に、この電圧補正係数を表す式、テーブルなどを持たせておき、電圧指令に応じて電圧補正係数を選択させればよい。
【００９２】
図８のブラシレスＤＣモータ制御装置では、電圧リミッタ１１によってクリップされることにより電圧指令に対して基本波成分が削減される｛図１４中（Ａ）（Ｂ）参照｝。なお、図１４中（Ｃ）が電圧指令を、図１４中（Ｄ）が出力電圧を、それぞれ示している。
【００９３】
しかし、この実施態様では、図１５中（Ａ）（Ｂ）に示すように電圧補正部１２によって電圧指令を補正するので、図１５中（Ｃ）に示すように出力電圧の基本波を電圧指令の基本波と等しくすることができ、ひいては、出力電圧の基本波成分をリニアに増加させることができ、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができる。なお、図１５中（Ｄ）が出力電圧を示している。
【００９４】
上記の各実施態様においては、磁束、誘起電圧などの回転による電圧、電流へのリアクションを検出してロータ位置を推定するのであるから、モータ停止時にはロータ位置を推定することができない。しかし、圧縮機は極低速領域での運転が必要でないから、上記の特性と良好にマッチする。したがって、ブラシレスＤＣモータによって圧縮機を駆動する場合に上記の各実施態様を採用することが好ましく、各実施態様の持つ不都合が顕在化することを未然に防止することができる。
【００９５】
また、任意の調波成分を電流、電圧波形に重畳することで、低騒音化、高効率化を達成することができる。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【００９７】
請求項２の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００９９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１００】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０１】
請求項５の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０２】
請求項６の発明は、請求項４と同様の効果を奏する。
【０１０３】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【０１０４】
請求項８の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０５】
請求項９の発明は、電圧利用率を向上させることができ、モータ特性の影響を大幅に低減することができ、回転位置推定を緻密化して制御性を向上させることができ、しかも騒音の低減、効率の向上を達成することができ、さらに運転範囲を高速側に拡大することができるという特有の効果を奏する。
【０１０７】
請求項１０の発明は、請求項８または請求項９の効果に加え、制御の不安定化や制御性の劣化を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【０１０８】
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０の何れかの効果に加え、回転位置推定の精度を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０９】
請求項１２の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１０】
請求項１３の発明は、請求項１１と同様の効果を奏する。
【０１１１】
請求項１４の発明は、請求項８から請求項１３の何れかの効果に加え、低騒音化、高効率化を達成することができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】位置・速度推定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】波形発生部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】位置・速度推定部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図５】波形発生部の構成の他の例を示すブロック図である。
【図６】波形メモリに記憶される波形の一例を示す図である。
【図７】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【図８】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図９】電圧指令のクリップによる基本波成分の増加を説明する図である。
【図１０】基本波成分の増加を行わない場合の出力限界を説明する図である。
【図１１】電圧指令のクリップによる運転範囲の拡大を説明する図である。
【図１２】この発明のブラシレスＤＣモータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図１３】電圧補正係数の一例を示す図である。
【図１４】電圧指令のクリップによる電圧指令に対する基本波成分の減少を説明する図である。
【図１５】補正後の電圧指令とインバータ出力電圧との関係を説明する図である。
【符号の説明】
３インバータ４ブラシレスＤＣモータ
６位置・速度推定部７、７’ 速度制御部
８波形発生部９加算部
１１電圧リミッタ１２電圧補正部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless DC motor control method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for estimating the rotational position of a rotor without using a sensor and controlling the brushless DC motor based on the rotational position estimation result. About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a brushless DC motor has been employed as a drive source for various devices. However, for this brushless DC motor, the operating range is increased by improving the voltage utilization rate (overmodulation), and the efficiency and controllability are improved. In addition to the demand for low noise, there is a need for improved reliability and cost reduction by eliminating the need for a sensor for detecting the rotational position of the rotor. I have.
[0003]
As a brushless DC motor control method for satisfying such demands,
(1) “Sensorless control of IPM motor”, as shown in Motor Technology Symposium B-5, 1999/3, sensorless vector control using a disturbance observer that considers an induced voltage as a disturbance has been proposed. This sensorless vector control is a control method using a disturbance observer and current control without overmodulation.
[0004]
Also, (2) by setting the period during which the stator winding of the brushless DC motor is energized to 120 °, to observe the induced voltage in the non-energized phase of the motor, to detect the rotor rotational position from the motor induced voltage, A method of controlling a brushless DC motor by performing voltage phase control has also been proposed.
[0005]
Further, (3) detecting the potential of the neutral point of the Y-connected stator winding of the control brushless DC motor, detecting the rotor rotation position from the neutral point potential, and performing voltage control or current control. A method for controlling a brushless DC motor has also been proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the method (1) is adopted, the voltage utilization cannot be increased due to the use of the current control. Therefore, it is necessary to reduce the number of motor windings and reduce the induced voltage. As a result, there is a disadvantage that the efficiency is reduced.
[0007]
When the method (2) is adopted, there is a disadvantage that the width of the current cannot be increased and the voltage utilization rate cannot be increased because the induced voltage in the non-energized phase is observed. Further, there is also a disadvantage that the control range of the voltage phase is small and the IPM (brushless DC motor having a rotor having an embedded magnet structure) cannot be efficiently operated. Furthermore, since it is only possible to perform the rotation position detection at every 60 °, there is an inconvenience that it is difficult to refine the control.
[0008]
When the method (3) is adopted, there is no inconvenience such as the case where the induced voltage is observed. However, the controllability greatly changes depending on the motor structure and motor characteristics, and there is a possibility that there is a motor that cannot be operated. There is a disadvantage that there is. In addition, since it is only possible to perform the rotation position detection at every 60 °, there is an inconvenience that it is difficult to perform precise control.
[0009]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and is a brushless DC that can achieve an improvement in voltage utilization, a reduction in noise, an improvement in efficiency, and a finer control without being substantially affected by motor characteristics. An object of the present invention is to provide a motor control method and a device thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The brushless DC motor control method according to claim 1 estimates a rotational position of a rotor using a motor current, a voltage, and a device constant, and controls the brushless DC motor based on the rotational position estimation result. The output voltage waveform should be a waveform in which any harmonic component is superimposed, and when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the output voltage waveform should be close to a rectangular wave to increase the fundamental wave component of the output voltage. This is a method of controlling the inverter.
[0011]
In the brushless DC motor control method according to the second aspect, the rotational position of the rotor is estimated using the motor current, the voltage, and the device constant, and in controlling the brushless DC motor based on the rotational position estimation result, the rotational position estimation result is calculated. To determine the voltage to be superimposed on the brushless DC motor, and when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, set the inverter so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave to increase the fundamental wave component of the output voltage. How to control.
[0013]
According to the brushless DC motor control method of the third aspect, when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the inverter control is performed so as to keep the increase rate of the fundamental wave component included in the output voltage waveform with respect to the increase of the output voltage command constant. This is a method of controlling the gain for this.
[0014]
A brushless DC motor control method according to a fourth aspect is a method of estimating a rotational position by a calculation based on a motor inverse model and a filter calculation.
[0015]
A brushless DC motor control method according to a fifth aspect is a method that employs a rotation coordinate model as a motor inverse model.
[0016]
A brushless DC motor control method according to claim 6 is a method in which a fixed coordinate model is adopted as a motor inverse model.
[0017]
The brushless DC motor control method according to claim 7 is a method in which a brushless DC motor for driving a compressor is adopted as the brushless DC motor.
[0018]
The brushless DC motor control device according to claim 8 estimates a rotational position of a rotor by a rotational position estimating means using a motor current, a voltage and a device constant, and controls the brushless DC motor based on the rotational position estimation result. A waveform setting means for setting the waveform of the output current or the output voltage of the inverter to a waveform on which an arbitrary harmonic component is superimposed; and, when the output voltage of the inverter reaches a limit voltage, the fundamental wave component of the output voltage is changed. It includes inverter control means for controlling the inverter so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave to increase the voltage.
[0019]
The brushless DC motor control device according to claim 9 estimates a rotational position of a rotor using a motor current, a voltage, and a device constant, and controls the brushless DC motor based on a rotational position estimation result. An applied voltage determining means for determining a voltage to be superimposed on the brushless DC motor using the estimation result, and a rectangular output voltage waveform for increasing a fundamental wave component of the output voltage when the output voltage of the inverter reaches a limit voltage. It includes inverter control means for controlling the inverter to approach the wave.
[0021]
The brushless DC motor control device according to claim 10, wherein, as the inverter control means, when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the increase rate of the fundamental wave component included in the output voltage waveform with respect to the increase in the output voltage command is kept constant. In this case, a device for controlling a gain for inverter control is adopted.
[0022]
The brushless DC motor control device according to claim 11 employs, as the rotation position estimating means, one that estimates a rotation position by a calculation based on a motor inverse model and a filter calculation.
[0023]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a brushless DC motor control device employing a rotation coordinate model as a motor inverse model.
[0024]
The brushless DC motor control device according to claim 13 employs a fixed coordinate model as a motor inverse model.
[0025]
A brushless DC motor control device according to claim 14 employs a brushless DC motor for driving a compressor as the brushless DC motor.
[0026]
[Action]
According to the brushless DC motor control method of the first aspect, the rotational position of the rotor is estimated using the motor current, the voltage, and the device constant, and the output of the inverter is controlled in controlling the brushless DC motor based on the rotational position estimation result. The current or output voltage waveform is a waveform with any harmonic components superimposed, and when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the output voltage waveform is changed to a square wave to increase the fundamental wave component of the output voltage. Since the inverter is controlled to be close to each other, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be greatly reduced, and the controllability can be improved by elaborating the rotational position estimation, In addition, noise can be reduced and efficiency can be improved, and the operating range can be extended to higher speeds.
[0027]
According to the brushless DC motor control method of the second aspect, the rotational position of the rotor is estimated using the motor current, the voltage, and the device constant, and when controlling the brushless DC motor based on the rotational position estimation result, the rotational position is estimated. The voltage to be superimposed on the brushless DC motor is determined using the result, and when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the output voltage waveform is approximated to a rectangular wave to increase the fundamental wave component of the output voltage. Since the inverter is controlled, the voltage utilization rate can be improved, the influence of motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position estimation can be made more precise, controllability can be improved, and noise can be reduced. Reduction and improvement in efficiency can be achieved, and the operation range can be expanded to a higher speed side.
[0029]
According to the brushless DC motor control method of the third aspect, when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the inverter controls the increase rate of the fundamental wave component included in the output voltage waveform with respect to the increase of the output voltage command. Since the gain for control is controlled, in addition to the effects of claim 1 or claim 2, instability of control and deterioration of controllability can be significantly suppressed.
[0030]
According to the brushless DC motor control method of the fourth aspect, since the rotation position is estimated by the calculation based on the motor inverse model and the filter operation, in addition to the operation of any one of the first to third aspects, the rotation position is estimated. The accuracy of the estimation can be improved.
[0031]
According to the brushless DC motor control method of the fifth aspect, since the rotating coordinate model is adopted as the motor reverse model, the same operation as the fourth aspect can be achieved.
[0032]
According to the brushless DC motor control method of the sixth aspect, since the fixed coordinate model is adopted as the motor inverse model, the same operation as the fourth aspect can be achieved.
[0033]
According to the brushless DC motor control method of claim 7, since a brushless DC motor for driving a compressor is adopted as the brushless DC motor, in addition to the operation of any of claims 1 to 6, noise reduction, High efficiency can be achieved.
[0034]
According to the brushless DC motor control device of the eighth aspect, the rotational position of the rotor is estimated by the rotational position estimating means using the motor current, the voltage and the device constant, and the brushless DC motor is controlled based on the rotational position estimation result. In this case, when the waveform of the output current or the output voltage of the inverter can be set to a waveform in which an arbitrary harmonic component is superimposed by the waveform setting means, and the output voltage of the inverter reaches the limit voltage by the inverter control means. In addition, the inverter can be controlled so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave in order to increase the fundamental wave component of the output voltage.
[0035]
Therefore, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be greatly reduced, the controllability can be improved by elaborating the rotational position estimation, and the noise and efficiency can be reduced. And the operating range can be extended to higher speeds.
[0036]
According to the brushless DC motor control device of the ninth aspect, the rotational position of the rotor is estimated using the motor current, the voltage, and the device constant, and when controlling the brushless DC motor based on the rotational position estimation result, the applied voltage is determined. Means for determining the voltage to be superimposed on the brushless DC motor using the rotational position estimation result. In addition, when the output voltage of the inverter reaches the limit voltage, the fundamental wave component of the output voltage is determined by the inverter control means. Can be controlled so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave in order to increase the voltage.
[0037]
Therefore, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be greatly reduced, the controllability can be improved by elaborating the rotational position estimation, and the noise and efficiency can be reduced. And the operating range can be extended to higher speeds.
[0039]
11. The brushless DC motor control device according to claim 10, wherein, as the inverter control means, when an output voltage of the inverter reaches a limit voltage, an increase ratio of a fundamental wave component included in an output voltage waveform with respect to an increase in an output voltage command. Therefore, in addition to the function of claim 9, instability of the control and deterioration of the controllability can be significantly suppressed in addition to the operation of the ninth aspect.
[0040]
In the brushless DC motor control device according to the eleventh aspect, since the rotational position estimating means employs a device that estimates the rotational position by a calculation based on a motor inverse model and a filter operation, the claims 8 to In addition to the operation of any one of the tenth aspects, the accuracy of the rotational position estimation can be improved.
[0041]
According to the brushless DC motor control device of the twelfth aspect, since the rotating coordinate model is adopted as the motor inverse model, the same operation as the eleventh aspect can be achieved.
[0042]
According to the brushless DC motor control device of the thirteenth aspect, since the fixed coordinate model is adopted as the motor inverse model, the same operation as the eleventh aspect can be achieved.
[0043]
According to the brushless DC motor control device of the fourteenth aspect, a brushless DC motor for driving a compressor is adopted as the brushless DC motor. High efficiency can be achieved.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a brushless DC motor control method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0045]
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a brushless DC motor control device according to the present invention.
[0046]
The brushless DC motor control device includes a converter 2 for obtaining DC power from an AC power supply 1, an inverter 3 for obtaining AC power from the DC power and supplying the AC power to a brushless DC motor 4, and a brushless DC motor 4. A current detection unit 5a for detecting a motor current to be detected, voltage detection means 5b for detecting a voltage at a terminal of the brushless DC motor 4, a motor model are set, and a predetermined calculation is performed using the motor current and the voltage as inputs. A position / speed estimating unit 6 for estimating the rotational speed of the rotor (hereinafter simply referred to as speed) and the rotational position of the rotor {hereinafter referred to as the rotor position (θ)}; A speed control unit 7 that performs a speed control operation with a given speed command as input and outputs a current command, and an estimated rotor position ＾ θ) as an input, a waveform generator 8 for generating a waveform signal corresponding to an arbitrary harmonic component, an adder 9 for adding a current command and a waveform signal, an addition result by the adder 9, motor current, and A current control unit 10 that performs a current control operation using the rotor position (＾ θ) as an input, outputs a voltage command, and supplies the voltage command to the inverter 3.
[0047]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the position / velocity estimating unit 6.
[0048]
The position / velocity estimating unit 6 performs a γδ conversion (see Equation 1) with a three-phase voltage as an input according to the rotor position (＾ θ) and outputs a γδ voltage vector and a three-phase → γδ conversion unit 61; A three-phase → γδ conversion unit 62 that performs γδ conversion with a three-phase current as input and outputs a γδ current vector according to the position (＾ θ), and a motor inverse model unit 63 that outputs a voltage vector with γδ current vector as input A difference calculator 64 for calculating a difference between a voltage vector output from the motor inverse model unit 63 and a voltage vector output from the three-phase → γδ converter 61; and a difference output from the difference calculator 64. , A position estimating unit 66 for estimating a rotor position (θ) using an output from the filter as an input, and a differentiating unit 67 for performing a differentiation process using the rotor position (＾ θ) as an input and outputting a speed. have.
[0049]
(Equation 1)

[0050]
In this case, the rotor position (θ) can be estimated using the rotating coordinate motor model.
[0051]
In this figure and the following figures, αβ coordinates are two-phase orthogonal fixed coordinates, γδ coordinates are ＾ θ rotation coordinates, θ is an electric angle, ＾ ω is an estimated electric angular velocity, v ₃ Is the three-phase voltage, i ₃ Is a three-phase current, vγδ is a γδ-axis voltage, iγδ is a γδ-axis current, εγδ is a γδ-axis induced voltage, α1, β1 are poles of a filter transfer function, L _d Is the d-axis inductance, L _q Is the q-axis inductance, R is the armature resistance, φ is the armature interlinkage magnetic flux, kθ is the feedback gain, s is the differential operator, || · || is the square root of the sum of squares, and sign (x) is x positive. Is a function that returns + if it is negative, and-if it is negative, Δ is the error between the motor model and the actual motor, ￣ is the sensor value, and ＾ is the estimated value, and is given by Equation 2.
[0052]
(Equation 2)

[0053]
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the waveform generator 8.
[0054]
.., 1/2 harmonic, 0th harmonic, 1st harmonic, 2nd harmonic,..., Nth harmonic , A 1 / Nth harmonic storage unit that stores a phase,..., A 1 / 2th harmonic storage unit, a 0th harmonic storage unit, a 1st harmonic storage unit, a 2nd harmonic storage unit, .., And an addition unit that adds the amplitude read from each storage unit when the rotor position (θ) is supplied to these storage units. , And outputs the result of adding the read values from all the storage units as a waveform signal.
[0055]
The operation of the brushless DC motor control device having the above configuration is as follows.
[0056]
The rotor position (＾ θ) and the speed can be estimated by detecting the motor current and the voltage and supplying them to the position / speed estimating unit 6.
[0057]
Then, a current command can be obtained by supplying the estimated speed to the speed control unit 7.
[0058]
Further, by supplying the rotor position (＾ θ) to the waveform generator 8, a waveform signal representing an arbitrary harmonic component is generated.
[0059]
The current command thus obtained and the waveform signal are added and supplied to the current control unit 10, and the motor current and the rotor position (＾ θ) are also supplied to the current control unit 10 to obtain a voltage command. The brushless DC motor 4 is controlled by controlling the inverter 3 and supplying an output from the inverter 3.
[0060]
Therefore, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be greatly reduced, the controllability can be improved by elaborating the rotational position estimation, and the noise and efficiency can be reduced. Can be achieved.
[0061]
In this embodiment, the voltage is directly detected. However, the voltage may be estimated from a PWM pattern for driving the inverter 3 or the like.
[0062]
FIG. 4 is a block diagram showing another example of the configuration of the position / velocity estimating unit 6.
[0063]
This position / speed estimating unit 6 is significantly different from the position / speed estimating unit 6 in FIG. 2 in that a fixed coordinate motor model is adopted instead of the rotating coordinate motor model.
[0064]
The position / velocity estimating unit 6 includes a three-phase to two-phase conversion unit 71 that outputs an αβ voltage vector with a three-phase voltage as an input and a three-phase to two-phase conversion unit that outputs an αβ current vector with a three-phase current as an input 72, a voltage vector is obtained by inputting the αβ current vector, a difference between the voltage vector output from the three-phase → two-phase conversion unit 71 is calculated and integrated, and then processing based on the αβ current vector and the q-axis inductance Lq is performed. A motor inverse model unit 73 for calculating the difference from the result, and tan for the output from the motor inverse model unit 73. ^-1 It has a rotor position calculating unit 74 that performs processing and outputs a rotor position (＾ θ), and a differentiating unit 75 that performs differential processing with the rotor position (＾ θ) as input and outputs speed.
[0065]
Also in this case, the rotor position (＾ θ) and the speed can be estimated in the same manner as the position / speed estimating unit 6 in FIG.
[0066]
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of the waveform generator 8.
[0067]
Since the waveform generator 8 is provided with a waveform memory for storing an amplitude corresponding to the rotor position (θ), the configuration can be simplified as compared with the case of FIG.
[0068]
Here, the waveform stored in the waveform memory is, for example, a change waveform of the amplitude corresponding to the range of the rotor position (θ) from 0 to 2π as shown in FIG.
[0069]
However, the length of the waveform stored in the waveform memory is set according to the required harmonic. For example, when a 1/2 harmonic is required, a change waveform having an amplitude of 0 to 4π is stored. Also, in order to reduce the memory capacity, only the waveform having the minimum length that can be estimated from the symmetry need be stored. For example, when a 1/2 harmonic is required, a change waveform having an amplitude of 0 to 4π is stored.
[0070]
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
[0071]
This brushless DC motor control device is different from the brushless DC motor control device of FIG. 1 in that, instead of the speed control unit 7, a speed control calculation is performed using an estimated speed, a rotor position (＾ θ), and a speed command as inputs. The only difference is that a speed control unit 7 'for outputting a voltage command is adopted, and the current control unit 10 is omitted.
[0072]
When the brushless DC motor control device having this configuration is employed, the motor current and voltage are detected, and the position / speed estimating unit 6 estimates the rotor position (＾ θ) and speed.
[0073]
Then, a voltage command is calculated based on the estimated rotor position (＾ θ), speed, and speed command.
[0074]
On the other hand, a waveform signal is generated based on the rotor position (＾ θ), added to the voltage command to correct the voltage command, supplied to the inverter 3 to control the inverter 3, and to supply the output from the inverter 3. Controls the brushless DC motor 4.
[0075]
In this case, even if the voltage waveform is a sine wave, the current waveform becomes a non-sinusoidal wave under the influence of the characteristics and load of the motor. However, since the position / speed estimation unit 6 estimates the rotor position (＾ θ) using the motor inverse model and the filter, the estimation accuracy of the rotor position can be improved.
[0076]
Therefore, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be greatly reduced, the controllability can be improved by elaborating the rotational position estimation, and the noise and efficiency can be reduced. Can be achieved.
[0077]
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
[0078]
This brushless DC motor control device differs from the brushless DC motor control device of FIG. 1 only in that a voltage command output from a current control unit 10 is supplied to an inverter 3 via a voltage limiter 11.
[0079]
The operation when the brushless DC motor control device having this configuration is adopted is as follows.
[0080]
When the voltage command does not exceed the voltage limit set in the voltage limiter 11, the voltage command is supplied to the inverter 3 as it is, so that the same operation as the brushless DC motor control device of FIG. 1 can be achieved. .
[0081]
Conversely, when the voltage command exceeds the voltage limit set in the voltage limiter 11, the voltage command is clipped at the voltage limit as shown in FIG. 9 showing only a single-phase component. {Since it approaches a square wave, the inverter output voltage also approaches a square wave {see (C) in FIG. 9}. As a result, even with the same output limit voltage, the fundamental wave component can be increased (see FIG. 9B), and the operating range of the brushless DC motor 4 can be expanded to a higher speed side.
[0082]
This can be easily understood by comparing with the fundamental wave component in the case where the voltage command is equal to or lower than the voltage limit {see FIG. 10A} as shown in FIG. 10 {see FIG. 10B}. be able to.
[0083]
Also, a simulation result showing an operation range when the voltage limiter is not used {see FIG. 11A}, a simulation result showing an operation range when the voltage limiter is used {see FIG. 11B}, and a voltage limiter Comparing the actual measurement results (see FIG. 11 (C) in FIG. 11) showing the operating range in the case of using, it can be seen that the operating range can be expanded to the high speed side by using the voltage limiter.
[0084]
In addition, as a method of bringing the inverter output voltage waveform closer to a rectangular wave, instead of using a voltage limiter to clip the voltage command, it is possible to have a characteristic that causes the voltage command to gradually approach the voltage limit. It is possible to add a third harmonic so as to lower the peak of the fundamental wave.
[0085]
FIG. 12 is a block diagram showing still another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
[0086]
This brushless DC motor control device is different from the brushless DC motor control device of FIG. 8 in that it further includes a voltage correction unit 12 that corrects the voltage command so that the increase rate of the fundamental wave component with respect to the increase of the output voltage command is constant. Only points.
[0087]
The voltage correction unit 12 multiplies, for example, a voltage command by a correction coefficient.
[0088]
Further explanation will be given.
[0089]
FIG. 13 is a diagram showing voltage correction coefficients when the output waveform is only the fundamental wave and has a single phase. Note that the horizontal axis is voltage command (pp) / inverter input voltage.
[0090]
This value is obtained by calculating the fundamental wave of the command voltage and the fundamental wave after the voltage limit and plotting the ratio, and can be easily calculated even in the case of three phases.
[0091]
Therefore, the voltage correction unit 12 may be provided with an expression, a table, or the like representing the voltage correction coefficient, and the voltage correction coefficient may be selected according to the voltage command.
[0092]
In the brushless DC motor control device in FIG. 8, the fundamental component is reduced with respect to the voltage command by being clipped by the voltage limiter 11 (see FIGS. 14A and 14B). 14 (C) shows a voltage command, and FIG. 14 (D) shows an output voltage.
[0093]
However, in this embodiment, since the voltage command is corrected by the voltage correction unit 12 as shown in FIGS. 15A and 15B, the fundamental wave of the output voltage is changed to the voltage command as shown in FIG. The fundamental wave component of the output voltage can be linearly increased, and control instability and controllability can be greatly suppressed. In FIG. 15, (D) indicates the output voltage.
[0094]
In each of the above embodiments, the rotor position is estimated by detecting the reaction to the voltage and current due to rotation such as the magnetic flux and the induced voltage. Therefore, the rotor position cannot be estimated when the motor is stopped. However, since the compressor does not need to be operated in an extremely low speed region, the above characteristics are well matched. Therefore, when the compressor is driven by the brushless DC motor, it is preferable to adopt each of the above embodiments, and it is possible to prevent the disadvantages of each embodiment from becoming apparent.
[0095]
Further, by superimposing an arbitrary harmonic component on the current and voltage waveforms, it is possible to achieve low noise and high efficiency.
[0096]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the invention, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position can be estimated more precisely, the controllability can be improved, and the noise can be reduced. Thus, it is possible to achieve an improvement in efficiency, and to achieve a specific effect that the operation range can be expanded to a higher speed side.
According to the second aspect of the present invention, the voltage utilization factor can be improved, the influence of motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position can be estimated more precisely, controllability can be improved, and noise can be reduced. Thus, it is possible to achieve an improvement in efficiency, and to achieve a specific effect that the operation range can be expanded to a higher speed side.
[0097]
According to the second aspect of the present invention, the voltage utilization factor can be improved, the influence of motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position can be estimated more precisely, controllability can be improved, and noise can be reduced. This has a specific effect that improvement in efficiency can be achieved.
[0099]
The invention of claim 3 has a unique effect that instability of control and deterioration of controllability can be significantly suppressed in addition to the effects of claim 1 or claim 2.
[0100]
The invention of claim 4 has a unique effect that the accuracy of the rotational position estimation can be improved in addition to the effect of any of claims 1 to 3.
[0101]
The invention of claim 5 has the same effect as that of claim 4.
[0102]
The invention of claim 6 has the same effect as that of claim 4.
[0103]
The invention of claim 7 has a unique effect that noise reduction and high efficiency can be achieved in addition to the effects of any one of claims 1 to 6.
[0104]
According to the eighth aspect of the present invention, the voltage utilization factor can be improved, the influence of the motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position can be estimated more precisely, the controllability can be improved, and the noise can be reduced. Thus, it is possible to achieve an improvement in efficiency, and to achieve a specific effect that the operation range can be expanded to a higher speed side.
[0105]
According to the ninth aspect of the present invention, the voltage utilization rate can be improved, the influence of the motor characteristics can be significantly reduced, the rotational position can be estimated more precisely, the controllability can be improved, and the noise can be reduced. Thus, it is possible to achieve an improvement in efficiency, and to achieve a specific effect that the operation range can be expanded to a higher speed side.
[0107]
The invention of claim 10 has a unique effect that instability of control and deterioration of controllability can be significantly suppressed in addition to the effects of claim 8 or claim 9.
[0108]
According to the eleventh aspect of the invention, in addition to the effects of any one of the eighth to tenth aspects, a unique effect that the accuracy of the rotational position estimation can be improved can be achieved.
[0109]
The invention of claim 12 has the same effect as that of claim 11.
[0110]
The thirteenth aspect has the same effect as the eleventh aspect.
[0111]
The invention of claim 14 has a unique effect that noise reduction and high efficiency can be achieved in addition to the effects of any of claims 8 to 13.

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a brushless DC motor control device of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a position / velocity estimating unit.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a waveform generation unit.
FIG. 4 is a block diagram showing another example of the configuration of the position / velocity estimating unit.
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of the waveform generator.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a waveform stored in a waveform memory.
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an increase in a fundamental wave component due to clipping of a voltage command.
FIG. 10 is a diagram illustrating an output limit when the fundamental wave component is not increased.
FIG. 11 is a diagram illustrating expansion of an operation range due to clipping of a voltage command.
FIG. 12 is a block diagram showing still another embodiment of the brushless DC motor control device of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a voltage correction coefficient.
FIG. 14 is a diagram illustrating a decrease in a fundamental wave component with respect to a voltage command due to clipping of the voltage command.
FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship between a corrected voltage command and an inverter output voltage.
[Explanation of symbols]
3 Inverter 4 Brushless DC motor
6 Position / speed estimator 7, 7 'Speed controller
8 Waveform generator 9 Adder
11 Voltage limiter 12 Voltage correction unit

Claims

A method of estimating a rotational position of a rotor using a motor current, a voltage, and a device constant, and controlling a brushless DC motor (4) based on the rotational position estimation result,
The waveform of the output current or output voltage of the inverter (3) is a waveform in which an arbitrary harmonic component is superimposed, and when the output voltage of the inverter (3) reaches the limit voltage, the fundamental wave component of the output voltage is increased. A method of controlling a brushless DC motor, comprising: controlling an inverter (3) so that an output voltage waveform approximates a rectangular wave to make the output voltage waveform closer to a rectangular wave.

A method of estimating a rotational position of a rotor using a motor current, a voltage, and a device constant, and controlling a brushless DC motor (4) based on the rotational position estimation result,
The voltage to be superimposed on the brushless DC motor (4) is determined using the rotational position estimation result, and when the output voltage of the inverter (3) reaches the limit voltage, the output is increased to increase the fundamental wave component of the output voltage. A brushless DC motor control method, comprising: controlling an inverter (3) such that a voltage waveform approximates a rectangular wave.

When the output voltage of the inverter (3) reaches a limit voltage, a gain for inverter control is controlled so as to keep the increase rate of the fundamental wave component included in the output voltage waveform with respect to the increase of the output voltage command. The brushless DC motor control method according to claim 1 or 2.

4. The brushless DC motor control method according to claim 1, wherein the rotational position is estimated by a calculation based on a motor inverse model and a filter calculation.

The brushless DC motor control method according to claim 4, wherein the motor inverse model is a rotation coordinate model.

The brushless DC motor control method according to claim 4, wherein the motor inverse model is a fixed coordinate model.

The brushless DC motor control method according to any one of claims 1 to 6, wherein the brushless DC motor (4) is a brushless DC motor (4) for driving a compressor.

An apparatus for estimating a rotational position of a rotor by a rotational position estimating means (6) using a motor current, a voltage and a device constant, and controlling a brushless DC motor (4) based on the rotational position estimation result,
Waveform setting means (7), (8), (9) for making the waveform of the output current or output voltage of the inverter (3) a waveform on which an arbitrary harmonic component is superimposed, and the output voltage of the inverter (3) becomes the limit voltage. A brushless DC including inverter control means (11) and (12) for controlling an inverter (3) so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave so as to increase a fundamental wave component of the output voltage when the output voltage reaches the basic wave component. Motor control device.

An apparatus for estimating a rotational position of a rotor by a rotational position estimating means (6) using a motor current, a voltage and a device constant, and controlling a brushless DC motor (4) based on the rotational position estimation result,
The applied voltage determining means (7 ') (8) (9) for determining the voltage to be superimposed on the brushless DC motor (4) using the rotational position estimation result, and the output voltage of the inverter (3) has reached the limit voltage. A brushless DC motor control characterized by including inverter control means (11) and (12) for controlling the inverter (3) so that the output voltage waveform approaches a rectangular wave so as to increase the fundamental wave component of the output voltage. apparatus.

When the output voltage of the inverter (3) reaches the limit voltage, the inverter control means (12) controls the inverter so as to keep the increase rate of the fundamental wave component included in the output voltage waveform with respect to the increase of the output voltage command constant. The brushless DC motor control device according to claim 8 or 9, wherein the gain is controlled.

The brushless DC motor control device according to any one of claims 8 to 10, wherein the rotational position estimating means (6) estimates the rotational position by a calculation based on a motor inverse model and a filter calculation.

The brushless DC motor control device according to claim 11, wherein the motor inverse model is a rotation coordinate model.

The brushless DC motor control device according to claim 11, wherein the motor inverse model is a fixed coordinate model.

The brushless DC motor control device according to any one of claims 8 to 13, wherein the brushless DC motor (4) is a brushless DC motor (4) for driving a compressor.