JP3689327B2 - Motor control device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータを位置センサレスで制御・駆動するモータ制御装置に関し、特に、外乱に応じて同期モータの駆動方式を切換えて使用する構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、モータロータ位置センサを用いずに同期モータを制御・駆動するセンサレス駆動方式においては、モータコイルへの通電を行なう際に、一定期間の通電休止期間を設け、その間にモータの回転によってモータコイルに発生する逆起電圧をモータコイル端子から検出し、この逆起電圧からモータへの通電タイミングを決定する間欠通電駆動が行なわれている。このような通電駆動方式の中でも、通電角を120度とした、いわゆる120度通電駆動方式が特に一般的である。
【0003】
これに対し、3相のモータコイル中性点と当該3相コイルと並列に抵抗を接続し、この中性点と抵抗中性点との電圧を比較することでモータ起動電圧を検出してモータへの通電タイミングを決定して駆動する方法、モータ電流を高速演算することでモータ位置を検出して通電タイミングを決定して駆動する方法、あるいはモータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて通電タイミングを決定して駆動する方法などにより、同期モータを通電休止期間を設けずに駆動する、正弦波通電をはじめとするいわゆる180度通電駆動がある。
【0004】
一般的に、120度通電駆動に比べて、180度通電駆動方式の方が駆動波形の滑らかさからトルク変動、回転変動が少ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、永久磁石ロータ構造の同期モータにおいては、永久磁石位置に対応して正確なタイミングでモータに通電を行なう、いわゆる通電タイミングの最適化がモータ駆動の絶対条件となっている。さらに、当該絶対条件に加えて高効率化、回転の安定化のためには、通電タイミングを各回転条件ごとに決まる最適値に設定することが必要である。
【0006】
120度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動では、永久磁石磁束および電機子磁束に関する逆起電圧を直接検出しており、実際に永久磁石位置すなわち回転位置を検出している。このため、ノイズ除去などを行ない検出精度を高めることで正確な通電タイミングでのモータ駆動が可能となっている。つまり、モータ回転位置を直接検出しているため、外乱が発生した場合でもモータ停止などの不具合が生じにくい。
【0007】
一方、位置センサレスの180度通電駆動は、120度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて高効率、低騒音および低振動であるが、一般的に駆動・制御が複雑で困難であるという課題が存在している。これは、直接モータ回転位置を検出していないため、または通電タイミングの検出精度が低いためであり、外乱に対してモータ停止などの不具合が生じ易い。
【0008】
たとえば、コイル中性点と抵抗中性点とを比較することで通電タイミングを決定する180度通電駆動方式では、駆動電圧の通電タイミングを制御する。しかし、実際にモータトルクに起因するのはモータ電流である。そして、休止期間を設けない180度通電駆動では、永久磁石の逆起電圧とコイルインダクタンスとの影響で、駆動電圧とモータ電流との間に位相差が生じてしまう。これを通電タイミングとしてみると、モータ電流は駆動電圧に対して感度が高くなってしまうことになる。実験では回転条件によっては間欠通電駆動時に比べ2〜3倍感度が高くなるという結果が得られた。このため、非常に厳密な通電タイミング検出が要求されてしまう。すなわち、180度通電駆動では、間欠通電駆動と比べて2〜3倍の精度が必要になるということである。
【0009】
また、モータ電流を高速演算によって解析し、通電タイミングを決定する180度通電駆動方式では、通電タイミングの検出分解能は、モータ電流の検出誤差、演算誤差、演算遅れ等から間欠通電駆動に比べて電気角で5度程度悪化してしまうのが現状である。
【0010】
さらに、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて180度通電駆動を行なう方式では、いわゆる強制励磁で時間経過とともに通電を切換えていき、このときのモータ電流位相差すなわち通電タイミングを制御する。ところが、モータ電流位相差の制御誤差はそのまま通電タイミングの誤差となってしまう。このため、安定駆動およびモータ回転の維持のためには位相差を厳密に制御しなくてはならず、外乱が発生していないときはよいが、外乱が発生したときに特に制御が不安定になるという問題がある。なお、間欠通電駆動における通電タイミングは、検出される逆起電圧に依存しているので、制御性能にかかわらずいかなるときでも正確な通電タイミングが実現できる。したがって、位相差制御の場合には、間欠通電駆動に比べて正確で高度な制御が求められる。
【0011】
このように、180度通電駆動では正確でかつ厳密な制御が求められるため、制御マージンを減少させるような外乱要求が発生してしまうと、高効率な運転が実現できないばかりではなく、モータ通電の脱調、モータ停止といった問題が発生する確率が120度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて非常に高くなる。
【0012】
ここでいう外乱要因とは、装置あるいは同期モータを駆動するインバータへの供給電源電圧の変化、モータ回転数の変化および負荷トルクの変化などであり、一般的に見て180度通電駆動においては120度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて制御が困難であるため、これら外乱に対するロバスト性も低い傾向がある。
【0013】
このように、180度通電駆動方式は、効率、トルク変動、回転むら、騒音の面で優れているが、制御ロバスト性が低い。また、180度通電駆動方式は、各外乱要因への対策は、制御ゲインを上げるなどの制御性能そのものを向上させることは行なわれているものの、これらでカバーしきれない外乱に対しては何ら回避策がなく、モータの停止などが発生してしまうという問題がある。
【0014】
「電気車用制御装置(特開平10−341594号公報)」には、120度通電駆動方式と180度通電駆動方式とを切換える構成が開示されている(文献1と称す)。
【0015】
しかしながら、文献1に示される構成は、180度通電駆動時にエンコーダ等の回転パルス発生手段を使用する構成であり、モータ位置を検出する位置センサを必要とする。したがって、位置センサレスでモータを駆動する構成には適用不可能である。
【0016】
また、文献1では、位置センサや回転パルス発生手段の出力が得られない場合に、120度通電駆動方式に切換え、または、逆起電圧の検出が困難な低速域では180度通電駆動、中高速域では120度通電駆動と回転数によって一義的に駆動方式を切換えるものである。したがって、モータ駆動に影響を及ぼす外乱の発生状況に対応することができず、高効率、低騒音、低振動かつ信頼性の高いモータ駆動を実現することはできない。
【0017】
そこで、本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、その目的は、位置センサレスで、外乱に対応して、高効率、低騒音、低振動かつ信頼性の高いモータ駆動を実現することができるモータ制御装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明によるモータ制御装置は、永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータと同期モータを駆動する駆動手段とを、位置センサレスで駆動および制御するモータ制御装置において、同期モータを、180度通電駆動するための180度通電駆動手段と、同期モータを、通電角180度未満の間欠通電駆動するための間欠通電駆動手段と、同期モータまたは駆動手段の外乱を監視するモータ外乱監視手段と、モータ外乱監視手段の出力に応じて、同期モータの駆動方式を180度通電駆動とするか、または間欠通電駆動とするかを選択する駆動方式選択手段とを備える。180度通電駆動から間欠通電駆動への切り替えは、コイル端子への全通電をオフする通電休止期間を設け、通電休止期間にコイル端子に誘起される逆起電圧からモータ回転位置が検出されて駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される。間欠通電駆動から180度通電駆動への切り替えは、間欠通電タイミングに対する正弦波位相の算出に基づいてモータ回転位置が検出されて駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される。
【0019】
したがって、外乱に応じて、180度通電駆動と間欠通電駆動とを適切に切換えることができる。この結果、外乱の少ない定常状態時には、高効率、低騒音、低振動のモータ駆動を実現し、外乱が検出される特異状態時には、モータ停止などの不具合を生じさせず、信頼性の高いモータ駆動を実現することができる。
また、180度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時には、同期モータへの通電を休止する期間を設ける。したがって、間欠通電駆動への切換えを確実に行なうことができる。また、間欠通電駆動から、180度通電駆動への切換え時には、切換え直前の通電タイミングに基づき、180度通電駆動の通電位相を決定する。したがって、確実に駆動方式を切換えることができるので、駆動切換えの信頼性を高めることができる。さらに、間欠通電駆動は、同期モータのモータ端子に発生する逆起電圧を検出することにより通電切換えを行なう駆動方式である。これにより、外乱の影響を受けずに、通電タイミングの検出が確実に行なえる。この結果、モータ駆動における信頼性を高めることができる。
【0020】
好ましくは、間欠通電駆動手段の通電角は、120度とする。したがって、各相に供給する駆動電圧波形が作成しやすく、また、逆起電圧の検出間隔も長くなるため検出の信頼性が向上する。
【0021】
好ましくは、駆動手段は、同期モータを駆動するインバータと、インバータに対して設けれる交流電源電圧を供給するための交流電源供給部とを含み、モータ外乱監視手段は、インバータにおける直流電源電圧または交流電源電圧供給手段により供給される交流電源電圧を監視する。
【0022】
したがって、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。この結果、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0023】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの回転数を監視する。したがって、モータ回転数の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、回転数変更などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータのトルクを監視する。したがって、負荷トルクの変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、負荷トルク変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0024】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータのモータ電流を監視する。したがって、モータ電流の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0025】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの特定相の駆動電圧と同期モータのモータ電流との位相差を監視する。したがって、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0026】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか1つ以上の外乱または外乱信号を監視する。したがって、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動に基づき外乱の発生を検出し、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0027】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、駆動方式選択手段は、モータ外乱監視手段において定常状態が検出されているときには、180度通電駆動を、特異状態が検出されているときには、間欠通電駆動を選択するように切換えを行なう。
【0028】
したがって、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い180度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択することができる。これにより、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【0029】
好ましくは、モータ外乱監視手段は定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、駆動方式選択手段は、モータ外乱監視手段において、定常状態が検出されているときには180度通電駆動を選択し、特異状態が検出されると、間欠通電駆動を選択した後、所定時間経過後に180度通電駆動を選択する。
【0030】
したがって、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い180度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択し、外乱の収まる所定期間後に180度通電駆動に復帰することができる。これにより、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【0031】
特に、特異状態とは、電源電圧の変動である。したがって、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。この結果、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0032】
特に、特異状態とは、同期モータの回転数の変更、または回転数の変動である。したがって、モータ回転数に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、回転数変更などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0033】
特に、特異状態とは、同期モータのトルクの変動である。したがって、負荷トルクの変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、負荷トルク変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0034】
特に、特異状態とは、同期モータのモータ電流の変動である。したがって、モータ電流の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0035】
特に、特異状態とは、同期モータの特定相の駆動電圧と同期モータのモータ電流との位相差の変動である。したがって、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0036】
特に、特異状態とは、同期モータのモータ駆動において影響を及ぼす外乱または外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか1つ以上外乱または外乱信号の変動である。したがって、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0037】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、所定のしきい値データに基づき定常状態か特異状態かを判定し、所定のしきい値データは、同期モータの回転条件によって変更する。したがって、回転数や定常負荷トルク等の回転条件によってしきい値データを切換えることができる。これにより、的確な通電駆動方式を選択することができる。
【0039】
好ましくは、同期モータが低速に回転している場合には、180度通電駆動から間欠通電駆動への切換えを行なう際には、間欠通電駆動への移行後の回転速度を180度通電駆動時の回転速度より上げる。したがって、回転速度を上げることにより、間欠通電駆動の通電タイミング検出が確実になるため、モータ駆動の信頼性を高めることができる。
【0042】
好ましくは、180度通電駆動は、同期モータにおける特定相のモータ端子に印加する駆動電圧と、モータ端子に流れるモータ電流との位相差である電流位相差情報を制御することによりモータ駆動を行なう駆動方式である。したがって、簡単な構成および処理で通電駆動することができ、低コスト化が実現される。
【0043】
好ましくは、電流位相差情報は、同期モータにおける駆動電圧位相を基準とした第1の位相期間中のモータ電流の積算値である第1のモータ電流面積と、第2の位相期間中のモータ電流の積算値である第2のモータ電流面積との比を算出することにより得られる。したがって、ゼロクロス検出よりも簡単な処理・かつ構成で位相差情報を検出することができる。ノイズやモータ電流の変動に対して誤動作を少なくすることができる。
【0044】
特に、第1のモータ電流面積は、第1の位相期間中のモータ電流を所定回数サンプリングし、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求め、第2のモータ電流面積は、第2の位相期間中のモータ電流を所定回数サンプリングし、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求める。
【0045】
したがって、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることができる。さらに、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【0046】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の判定におけるしきい値データとして使用する。したがって、突発的な外乱に対して的確な通電駆動方式を選択することができる。
【0047】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、しきい値データとして、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算と、外乱または外乱信号の定常的な値から設定したしきい値データとを使用する。これにより、さらに的確な通電駆動方式の選択を実現できる。
【0048】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させる。したがって、モータ回転中に周期的な変動が生じる場合であっても的確な通電駆動方式を選択することができる。
【0049】
モータ外乱監視手段に入力する外乱または外乱信号は、同期モータのn回転分(前記nは、1以上の整数)を平均化した値とする。したがって、モータ回転中に周期的な変動が生じる場合であっても的確な通電駆動方式を選択することができる。
【0050】
好ましくは、モータ外乱監視手段を、前記同期モータの加減速中にオフする。したがって、通電駆動方式選択のための誤検出を防止でき、的確な通電駆動方式の選択が実現できる。
【0051】
このように本発明にかかるモータ制御装置によれば、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする180度通電駆動におけるモータ駆動を行なう際に、180度通電駆動の優位性を保ちつつ、なおかつ各外乱によって180度通電駆動による制御・駆動が不能となった場合でも、間欠通電駆動に切換えることで、効率低下あるいはモータ回転を停止させることなくモータ回転を維持することができる。これにより、モータを含める装置全体としての信頼性を高めることが可能となる。
【0052】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による構成を図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一部分には同一符号または記号を付し、その説明を省略する。
【0053】
本発明の実施の形態によるモータ制御装置について、図1を用いて説明する。図1において、1は、同期モータ、2は、同期モータ1を駆動するインバータ回路、3は、AC電源を直流に変換してインバータ回路2に直流電流を供給するコンバータ回路(図中記号AC−DC)、4は、AC電源、5は、同期モータ1を駆動・制御する制御マイコンである。
【0054】
さらに、図1において、6は、同期モータ1またはインバータ回路2から外乱を示す信号を入力し、駆動状態を監視するモータ外乱監視部、7は、モータ外乱監視部6の出力に基づき、駆動方式を決定する駆動方式選択部、8は、同期モータ1を通電角180度未満の通電休止期間を設けた間欠通電駆動とするため、通電タイミングの設定や駆動電圧(PWMデューティ)基準値の設定などの制御を行なう間欠通電駆動部、9は、同期モータ1を180度通電駆動するため、通電タイミングの設定や駆動電圧(PWMデューティ)基準値の設定などの制御を行なう180度通電駆動部、10は、駆動方式選択部7の選択結果に応じて、選択された駆動方式によるPWMデューティ基準値および通電タイミングをPWM作成/各相分配部11に入力するためのスイッチ、11は、インバータ回路2の各モータ駆動素子を駆動するためのPWM信号を各駆動素子ごとに作成し出力するPWM作成/各相分配部である。
【0055】
なお、インバータ回路2への電源供給は、可変電源供給方式である、いわゆるPAM方式としてもよい。
【0056】
モータ外乱監視部6で検出された同期モータ1またはインバータ回路2などの外乱によって、同期モータ1を間欠通電駆動するか、180度通電駆動するかを駆動方式選択部7で選択する。
【0057】
モータ外乱監視部6に入力する同期モータ1またはインバータ回路2などの外乱を示す信号は、モータ制御・駆動においての制御変数に影響を及ぼす、すなわち外乱となるものである。これらはたとえば、インバータ回路2の各駆動素子の電源である直流電源電圧、同期モータ1の回転数、同期モータ1に発生する負荷トルクおよびこれらに付随して変化するモータコイルのモータ電流、駆動電圧とモータ電流との位相差などである。
【0058】
なお、これらを直接検出する必要はなく、他の外乱要素でもよく、上記した情報以外の付随する外乱情報であってもよい。通常、これらの外乱情報は、定常値がどのくらい変動したかが重要なパラメータであることが多く、モータ外乱監視部6においてこれらの値の変動を検出することが望ましい。
【0059】
本発明の実施の形態によるモータ制御装置は、各種外乱に対して、その都度適切な、すなわち制御性能のよい、さらに言い換えれば当該外乱に対してモータが停止してしまうなどの不具合が生じない駆動方式を選択してモータ駆動を行なう。これにより、信頼性の高い効果的なモータ運動を実現する。
【0060】
なお、効率の向上、トルク変動、振動、騒音の抑制のためには、180度通電駆動として、駆動波形の滑らかな変化が実現できる正弦波通電であることが望ましい。
【0061】
また、間欠通電駆動の駆動波形としては、通電角を180度未満として駆動波形中に通電休止期間を設け、その間に発生する逆起電圧が検出できればいかなる駆動波形であってもかまわない。たとえば、120度通電駆動は、完全二相通電であり、矩形波通電が可能であるため、各相に供給する駆動波形が作成しやすいという利点がある。
【0062】
ここで、各相の駆動波形について説明する。図2は、180度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形を示す図である。図3は、間欠通電駆動の一例である矩形波120度通電の駆動波形を示す図である。また、図4は、間欠通電駆動の他の一例である150度通電駆動の駆動波形を示す図である。図2〜4では、インバータ回路2の駆動素子を駆動する信号(PWM作成/各相分配部11の出力)を各コイル端子ごとにアナログ値で示している。なお、実際の通電期間中の駆動波形はPWM波形であり、通電期間中にPWMデューティは変更される。各図において、横軸はコイル通電電気角、縦軸は電圧にそれぞれ対応している。駆動対象となるモータのコイルは、U相、V相、W相の3相である。
【0063】
図2に示されるように、180度通電駆動方式においては、各相は正弦波形通電をしており、たとえばU相コイルを基準とすると、V相、W相に対する通電波形は、U相に対する通電波形と120度または240度の位相差を有している。
【0064】
図3に示されるように、120度矩形波通電駆動方式においては、各相ともに、120度期間は矩形波通電をしており、残りの60度期間は通電休止期間となる。たとえばU相コイルを基準とすると、V相、W相は、U相に対して120度または240度の位相差を有している。
【0065】
図4に示されるように、150度矩形波通電駆動方式においては、各相ともに、150度期間は矩形波通電をしており、残りの30度期間が通電休止期間となる。
【0066】
ここで、180度通電駆動中に外乱が発生したときのU相コイル端子の実際のモータ電流波形を、図5および図6を用いて説明する。図5および図6における実験では、正弦波180度通電駆動とし、モータ回転数は3000rpm、定常負荷トルクは約1.5Nmとした。
【0067】
図5は、約0.5Nmのトルク変動を発生させるパルスを与えたときのモータ電流波形を示している。図5に示されるように、トルク変動を発生すると、モータ電流波形の振幅が大きくなってしまい、さらに変動が収まった直後も正弦波波形が乱れていることがわかる。
【0068】
図6は、インバータ回路2の直流電源電圧が変動したときのモータ電流波形を示すものである。図6に示される実験では、直流電源電圧は約20V変動している。図6に示されるように、直流電源電圧が変化しても、負荷トルクが変化したときと同様にモータ電流が乱れてしまうことがわかる。
【0069】
これは、トルク変動によって通電タイミングが瞬時的に変化してしまい、正確な通電タイミングでの駆動がなされないためである。なお、図5および図6の実験とも、外乱変動による悪影響は、制御が追いつかず、適切な通電タイミングでの駆動ができないことによる効率の低下などの発生のみに留まっている。しかしながら、これよりも各外乱変動量が大きくなる、またはさらに変動終了までの時間が長くなるとモータ回転を続けることができずモータが停止してしまう。
【0070】
これは、180度通電駆動の各駆動方法が、上述したように制御の困難性から制御ロバスト性が低く、外乱に対して影響を受けやすいという特性を有しているためである。
【0071】
このように外乱の影響を受けやすいという一方で、180度通電駆動、とりわけ正弦波180度通電駆動は、駆動波形の滑らかさからモータ騒音や振動が低く、巻線使用率の高さから高効率が可能であるという利点がある。このため、上記外乱が存在しない場合には、回転性能の高い180度通電駆動によるモータ運動を行なうことが望ましい。
【0072】
一方、120度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動では、モータ電流を通電しない休止期間を設け、純粋にモータ回転位置を表わす逆起電圧を検出する。このため、トルク変動などの外乱が発生しても回転速度が変動することはあるものの、通電タイミングが大きく変化してしまうことは少ない。したがって、180度通電駆動に比べて、外乱などによってモータが停止してしまうなどの不具合が生じる確率が低く、モータ駆動に関する信頼性は高い。
【0073】
そこで、本発明の実施の形態によるモータ制御装置は、外乱の発生していない、または外乱が少ない定常状態時には、回転性能の高い180度通電駆動を、外乱が検出される、または外乱が大きい特異状態時には、信頼性の高い間欠通電駆動を選択する。
【0074】
ここで、モータ外乱監視部6および駆動方式選択部7の処理内容を、図7〜図10のフローチャートを用いて説明する。なお、これらの処理は、駆動電圧(PWMデューティ)基準値の作成タイミング、またはPWMキャリヤ周期ごとに行なわれ、通常、制御マイコンの割込によって処理が開始される。
【0075】
まず、現在が180度通電駆動であるときの処理を説明する。図7は、180度通電駆動時における処理内容を示している。まず、ステップS71で、外乱信号が、その許容変化量を示すしきい値データと比較される。
【0076】
ここで外乱信号とは、上記の負荷トルク変動を示す信号、電源電圧を示す信号などが挙げられる。負荷トルクの変動を示す信号としては、トルクセンサの信号、あるいは図5から明らかなようにモータ電流の振幅の変動を示す信号、駆動電圧に対するモータ電流の位相差を示す信号、またはトルク変動に伴って発生する回転速度変動であってもよい。また、回転速度変動情報を入力した場合、同期モータの無理な加減速時におけるモータ通電の不良にも対応することが可能になる。また、電源電圧を示す信号とは、直流電源を抵抗分割した電圧値などでもよく、AC電源電圧を示す値であってもよい。
【0077】
さらにこのような外乱信号は、1入力だけに留まらず、複数の信号を入力することにより、さらに厳密にモータ駆動を監視することができる。
【0078】
しきい値データには、外乱に対して180度通電駆動が大きな効率低下を生じない、またはモータ停止が発生しないような変化量を示す値が設定されている。図5および図6の結果を例に挙げれば、負荷トルク変動については、モータ回転を維持できる0.5Nmに対応する値を、直流電源電圧変動については、20Vに対応する値を設定すればよい。
【0079】
なお、しきい値データは、定常回転数、定常負荷トルクによって異なることがあり、各回転条件によって値を切換えるようにすればより効果的な通電駆動選択を行なうことが可能となる。さらに、定常値に対する変動量の割合としてしきい値データを用い、この変動量としきい値データとを比較するように構成してもよい。
【0080】
なお、ステップS71の比較処理は、検出ノイズの影響を除去するために、比較結果が複数回連続していることを検出するようにすれば信頼性がさらに高まる。
【0081】
ステップS71において外乱信号がしきい値データを超えていなかった場合には、ステップS72の処理に移る。ステップS72においては、外乱が少なく180度通電駆動が可能な状態であるとして、180度通電駆動を継続する信号を出力する。
【0082】
外乱信号がしきい値データを超えていた場合、ステップS73の処理に移る。ステップS73においては、外乱が大きく180度通電駆動が不可能な状態であるとして、後述する間欠通電駆動に移行する処理(切換え)が行なわれる。以上で処理を終了する。
【0083】
上記処理の内容を、図19を用いて説明する。図19においては、外乱信号として駆動電圧に対するモータ電流の位相差情報を使用するものとする。これは、位相差によってモータ駆動を制御する場合に、その位相差情報を外乱信号として使用することができ、効率的な方法といえるからである。
【0084】
図19には、電源電圧が変動したときの電源電圧波形、モータ電流波形、外乱信号として駆動電圧に対するモータ電流の位相差情報、モータ外乱監視部6の出力、および駆動方式選択部7の選択状態を示している。
【0085】
外乱発生により位相差情報が変動する。モータ外乱監視部6は、位相差情報が設定されたしきい値データを超えると、出力を変化させる。駆動方式選択部7は、モータ外乱監視部6の出力が変化したことを受けて、駆動方式を選択するための信号を出力する。
【0086】
モータ外乱監視部6の最も簡単な構成は、ある一定期間出力値をホールドする機能を備えた外乱信号としきい値データとを比較するコンパレータによるものであり、さらに比較結果の平均化などを行なう構成などを取入れることで高精度化が図れる。なお、後述する間欠通電駆動から180度通電駆動への復帰についても同様な構成で処理を行なえばよい。
【0087】
次に、現在が間欠通電駆動であるときの処理状況について説明する。図8は、間欠通電駆動時における処理内容を示している。ステップS81では、外乱信号がしきい値データで表わされる値よりも小さくなったか否かが判断される。なお外乱信号、しきい値データについては、上述したとおりである。
【0088】
外乱信号がしきい値データ内に収まらなかった場合、ステップS82の処理に移る。ステップS82では、外乱が大きい状態であると判断して、間欠通電駆動を継続する信号が出力される。
【0089】
外乱信号がしきい値データ内に収まった場合、ステップS83の処理に移る。ステップS83では、外乱が小さい状態であると判断して、後述する180度通電駆動に復帰する処理(切換え)が行なわれる。以上で処理を終了する。
【0090】
ここで、しきい値データの別の設定方法およびそれによる処理の流れについて説明する。外乱信号として電源電圧、駆動電圧に対するモータ電流の位相差などを用いた場合、同期モータ1の回転数、負荷トルクによって外乱信号の値がその都度変化してしまうことがある。これは、たとえば、外乱信号に直流成分遮断フィルタを設けていない時などが考えられる。
【0091】
したがって、図19のように定常値をもとにしきい値データを設定した場合、外乱信号と定常値とがずれていると正確な外乱が検出できないという不都合が生じる。
【0092】
たとえば、図20に示す例では、a点で大きな外乱信号の変動が発生しているが、外乱は検出されない。また、b点では、小さい外乱であるにも関わらず外乱が発生したと誤検出してしまう。
【0093】
そこで、図21に示すように、外乱信号の入力ごとに当該入力に対して所定量を加減算して外乱加減値を算出し、当該外乱加減値を次回の外乱信号入力でのしきい値データとして使用する。この結果、正確な外乱発生検出、正確な通電駆動方法の選択が実現できる。
【0094】
外乱加減値による処理の流れについて、図22を用いて説明する。現在が180度通電駆動であるとする。図22を参照して、ステップS221では、外乱信号Sdとしきい値データ+Sr,−Srとを比較する。比較処理の結果、外乱信号Sdがしきい値データを越えていれば、ステップS73で間欠通電駆動が選択され、図10の処理が行なわれる。
【0095】
一方、外乱信号Sdがしきい値データ内に入っていれば、ステップS72に移り、180度通電駆動を継続する。そして、ステップS72またはS73からステップS222に移り、外乱信号Sdに所定値Svを加減算した外乱加減値を計算し、これを新たなしきい値データ+Sr,―Srとする。
【0096】
図22では、現在が180度通電駆動である場合の処理の流れを示しているが、間欠通電駆動であっても同様の処理を行なえばよいことは言うまでもない。なお、所定値Svは、たとえば、180度通電駆動で外乱によって同期モータ1が停止しないような値を実験的に求めて設定すればよい。
【0097】
外乱加減値をしきい値データとする方法と、図19に示すような定常値から設定したしきい値データを使用する方法とを併用するようにしておけば、さらに効果的である。
【0098】
たとえば、外乱信号が定常値からずれているようであれば、図22で説明したような外乱加減値からしきい値データを求める方法が有効である。一方、外乱信号の定常値からのずれが少ないと分かった場合には、定常値から設定したしきい値データを使用した方が外乱加減値の計算処理を省けるので処理が簡素化できる。なお、外乱信号と定常値とのずれは、たとえば、外乱信号を所定回数取込み平均化した値と定常値とを比較すればよい。
【0099】
あるいは、複数の外乱信号を使用して外乱監視を行なう場合には、定常値からのずれが少ないなどといった外乱信号の性質によって、どちらのしきい値データを使用するかを選択するようにしておけば効率的かつ効果的な処理が実現できる。
【0100】
間欠通電駆動時における他の処理の一例について、図9を用いて説明する。図9に示される処理は、図8に示されるステップS81に代わり、ステップS91の処理を含む。ステップS91では、外乱信号が発生してから所定時間経過したか否かが検出される。外乱信号が発生してから所定時間が経過した場合には、ステップS83に移り180度通電駆動に復帰する処理(切換え)が行なわれる。外乱信号が発生してから所定期間が経過していない場合には、ステップS82に移り、間欠通電駆動を選択(継続)する。
【0101】
一般に、外乱は、瞬時停電・負荷の切換えなど瞬間的に発生し、その後はもとに戻る、または新たな値を保持することが多い。すなわち、瞬間的な変動が収まれば、その後は定常状態に復帰する。したがって、たとえば2秒などの一定期間経過後は、180度通電駆動に復帰するように処理してもかまわない。
【0102】
このように、負荷トルク、回転数、電源電圧、またはこれらに付随する信号を監視し、これらの信号の変化量を許容値と比較することにより、適切な駆動方式、すなわち外乱が少ない定常状態時には180度通電駆動を、外乱が多い特異状態時には間欠通電駆動を選択するように処理をする。これにより、高効率、低騒音、低振動でかつ信頼性の高いモータ運動を実現することができる。
【0103】
続いて、間欠通電駆動への移行処理ステップS73、および180度通電駆動への復帰処理ステップS83について説明する。図10は、図7に示される180度通電駆動から間欠通電駆動へ移行するステップS73における処理を示している。ステップS101では、同期モータの全コイル端子への通電をオフする。これは、180度通電駆動では休止期間がないためコイル端子からは正確な逆起電圧が検出できなかったが、全コイル端子をオフすることで純粋な逆起電圧を検出して正確なモータ回転位置を検出するためである。
【0104】
ステップS102では、逆起電圧を検出し、逆起電圧パルスの入力を検出する。そして、パルス入力があるまで逆起電圧の検出を繰返す。
【0105】
なお、180度通電駆動によるコイル端子電圧の影響を完全になくして正確な回転位置検出を行なうため、パルス入力を2回程度検出し、2回目の検出を正確なパルス検出とすることで正確性を高めることができる。検出回数を増加させるほど正確性は高まるが、この間はモータ通電をオフしている。このため、検出回数を増加させすぎるとモータが停止してしまうことも懸念される。実験的には、2回程度の検出が最適であった。
【0106】
逆起電圧パルスが検出された場合、ステップS103の処理に移る。ステップS103では、逆起電圧パルスに応じて、図3や図4に示されるような波形で通電相を切換えていく間欠通電駆動を選択し、同期モータを駆動する。以上で処理を終了する。
【0107】
なお、効率を向上させるなどの目的で通電タイミングを逆起電圧パルスから進ませる/遅らせる場合には、調整後の逆起電圧パルスを使用して上記処理を行なえばよい。
【0108】
なお、移行時における駆動電圧(PWMデューティ)基準値は、180度通電駆動時の値を考慮して設定すればよい。
【0109】
低速時においては、回転速度に比例して発生する逆起電圧が低いため正確に移行できないことが考えられる。しかしながら、間欠通電駆動への移行直後の駆動を、駆動電圧(PWMデューティ)基準値を高く設定し、高速回転にすることでこの問題を回避することができる。あるいは、極低速域では、間欠通電駆動への移行が非常に困難になるため、同期モータによっては移行を禁止することも必要である。
【0110】
実験によると、移行直後に高速回転が必要な回転数は500〜1000rpmであり、移行が困難となる極低速回転数は500rpm以下であった。なお、この回転数は逆起電圧の振幅、S/Nなどに左右されるため、これらを考慮して設定することが望ましい。
【0111】
180度通電駆動から間欠通電駆動への移行を実験した結果について、図11に示すモータ電流波形を用いて説明する。本実験では、回転数は3000rpm、負荷トルクは1.5Nmであった。外乱であるインバータ回路2の電源電圧変動の発生に応じて、間欠通電駆動に移行させたときの各種波形を示している。なお、間欠通電駆動として120度通電駆動を使用している。
【0112】
図11に示されるように、移行時においては、すべてのコイル端子への通電がオフされ、確実に間欠通電駆動へ移行していることがわかる。このように、全コイル端子への通電を休止する期間を設けることで、逆起電圧の正確な検出が可能となり、間欠通電駆動への移行処理が確実に行なえ、信頼性を高めることができる。
【0113】
次に、図8および図9における間欠通電駆動から180度通電駆動へ復帰するステップS83の処理について、図12を用いて説明する。ステップS121では、通電タイミングから現在の通電位相を算出する。これは、たとえば120度通電駆動であれば、U相コイル端子からV相コイル端子へ通電を開始した時点では、正弦波波形が正弦波位相で何度に相当するかを計算することで求めることができる。
【0114】
ステップS122では、計算された位相で正弦波データを設定する。ステップS123では、一度すべてのコイル端子への通電をオフする。これは、復帰時に通電を切換えるに際して、間欠通電駆動の影響を完全に除去するためである。
【0115】
ステップS124では、180度通電駆動を選択して復帰処理を終了する。なお、復帰時における駆動電圧(PWMデューティ)基準値は、間欠通電駆動時の値を考慮して設定すればよい。
【0116】
間欠通電駆動から180度通電駆動への移行を実験した実験結果について、図13を用いて説明する。本実験では、回転数は3000rpm、負荷トルクは1.5Nmであった。間欠通電駆動には、120度通電駆動を使用している。図13には、外乱が減少あるいは所定時間が経過したことに対して、180度通電駆動に復帰したときのモータ電流波形を示している。
【0117】
図13に示されるように、復帰時においては位相情報が引き継がれ、正確な位相で確実に180度通電駆動に復帰していることがわかる。
【0118】
このように、間欠通電駆動の位相情報を計算して、180度通電駆動の通電位相の設定の際にこれを参考にすることで、モータ駆動動作の信頼性を高めることができる。
【0119】
ところで、モータ外乱監視部6での外乱信号としきい値データとの比較処理(すなわち外乱検出)を上記したようにPWMキャリア周期ごとに行なうことで、早急な外乱検出が実現される。しかしながら、モータ回転に同期した負荷トルク変動などの外乱が発生している場合には、モータ回転に同期して外乱検出を行った方が正確な検出が行なえる。
【0120】
エアコン用コンプレッサ駆動用モータを例にとると、シングルロータリーコンプレッサなどではモータの1回転に同期した負荷トルク変動が非常に大きく発生することが知られている。
【0121】
これら負荷トルク変動はモータ回転中に定常的に発生するものであり、モータ駆動が停止してしまうものではないことが多く、これら負荷トルク変動を外乱とみなしてしまうと本来の外乱に対する処理に影響を及ぼし、不要な通電駆動方法の切換えが生じてしまう。
【0122】
モータ回転に同期して変動する外乱信号と定常値に基づき設定したしきい値データとの関係を、図23に示す。図23に示す場合、負荷トルク変動により外乱信号がしきい値データ内で変化してしまい、外乱検出の正確性が低下してしまう。したがって、しきい値データ作成時にこの負荷トルク変動分を考慮しなくてはならず、余計な処理が必要となってしまう。
【0123】
また、このような負荷トルク変動を有するものは、負荷トルクが変動する箇所もモータ回転に同期していることが多く、PWMキャリア周期毎に外乱検出を行なわなければならない事は少ない。たとえば、図23に示す場合であれば、負荷トルク変動がピークとなる点P(変動ピーク点)は、負荷トルク変動が顕著に発生する箇所であるので、この変動ピーク点Pで外乱検出をすることで効率的な外乱検出ができる。
【0124】
次に示すモータ制御装置は、これらに着目したもので外乱検出をモータの回転に同期させて行なう。モータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の一例を、図24を用いて説明する。図24に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部6に代わりモータ外乱監視部61を含む。
【0125】
モータ外乱監視部61には、モータ回転の特定の位置を示す信号を含むモータ回転情報が入力されている。モータ外乱監視部61では、モータ回転情報にしたがって外乱検出を行なう。これにより、正確な外乱検出を実現する。
【0126】
好ましくは、当該モータ回転情報として、図23の変動ピーク点Pを示す場所に対応した情報を入力すれば、外乱検出の正確性が向上できる。あるいは、モータ回転情報をもとに外乱信号を同期モータ1の1回転分取込み、外乱信号のピーク点を検出し、このピーク点で外乱検出しても同様に正確な外乱検出が実現できる。
【0127】
なお、モータ回転情報として、同期モータ1の回転軸に取付けたセンサの出力するセンサ信号を用いてもよいし、モータ電流、モータ駆動電圧などモータ駆動に使用している情報を使用すれば新たな回路を追加する必要がなく、コストアップを防ぐことができる。
【0128】
上述したモータ回転に同期した負荷トルク変動などに対しては、次の図25に示す構成を用いても効果的である。モータ回転に同期し外乱検出を行なうモータ制御装置の他の一例を、図25を用いて説明する。図25に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部61と外乱信号とモータ回転情報とを入力に受ける外乱平均部12とを含む。
【0129】
外乱平均部12は、同期モータ1のn回転分(nは、1以上の整数)の外乱信号を平均化する。外乱平均部12で外乱信号をモータの回転に同期して平均化し、この平均化した値をモータ外乱監視部61に入力して、上記と同様の外乱検出処理を行なう。
【0130】
外乱信号を平均化することにより、モータ1の回転中の変動を除去することができる。これにより、上記した場合と同様に正確な外乱検出が実現できる。
【0131】
以上説明したモータ外乱監視部6、61による外乱検出は、モータ回転中、常に行なうものであるが、モータ運転の状況によっては外乱検出を行なわないほうが望ましい場合もある。
【0132】
ここで、外乱信号としてモータ電流を用いた場合の外乱検出状況について、図26を用いて説明する。図26では、定常値をもとに設定したしきい値データとモータ電流(外乱信号)との関係が示されている。図中、期間T1では、モータ回転が加速中であり、期間T2では、モータ回転が減速中である。外乱信号が変動している箇所があるが、これはモータ回転を上昇(すなわち加速)あるいは下降(すなわち減速)させた箇所である。
【0133】
通常、モータ回転を加減速させるとモータ電流が変化することが知られている。加速時には、現回転数で回転を持続しようとするモータイナーシャに打ち勝って回転を上昇させるために定常時に比べて多くのモータ電流が必要になる。逆に、減速時には、モータは現回転数で回転を持続しようとするためモータ電流を定常時より落として回転数を下げている。
【0134】
したがって、モータ回転を加減速させると図26のようなモータ電流の変動が発生してしまい、外乱検出の誤検出が発生してしまうのである。
【0135】
なお、当然ながらモータ回転加減速時にしきい値データを新たに設定してもよい。しかしながらモータ回転加減速時の外乱信号の変動は制御系の特性などと深く関わっており,正確なしきい値データの設定は困難である。
【0136】
そこで、次に示すモータ制御装置はこれらに着目したものでモータ回転の加減速中に外乱検出処理をオフさせる。モータ回転の加減速中に外乱検出処理をオフさせるモータ制御装置の一例を、図27を用いて説明する。図27に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部6に代わりモータ外乱監視部62を含む。
【0137】
モータ外乱監視部62には、モータ回転速度指令が入力されている。モータ外乱監視部62は、モータ回転速度指令に変化があった場合にモータ回転の加減速が起こっていると判断して外乱検出処理をオフする。
【0138】
モータ回転速度指令は、モータ駆動で使用している目標回転数情報を用いればよい。これによって、正確な外乱検出が実現できる。
【0139】
次に、間欠通電駆動部8によるモータ駆動の代表的な構成について、図14を用いて説明する。図14において、141は、モータコイル端子の信号をフィルタリングし、基準電圧比較を行なって同期モータ1の回転位置を検出する磁極位置検出部、142は、同期モータ1の目標回転数情報を格納する目標速度情報格納部、143は、磁極位置検出部141の周期情報と目標速度情報格納部142の目標周期情報との誤差を計算する加算器、144は、加算器143の出力する誤差を増幅する速度制御ゲイン部である。
【0140】
速度制御ゲイン部144の出力はPWMデューティ基準値として、磁極位置検出部141の位置信号は通電タイミングとして、PWM作成/各相分配部11に入力される。インバータ回路2は、PWM作成/各相分配部11から駆動信号を受ける。これに基づき同期モータ1が駆動される。
【0141】
120度通電駆動の場合、図3に示されるように各モータコイル端子には休止期間が存在し、この休止期間にはモータロータの永久磁石の移動・回転によって逆起電圧が発生する。この休止期間中に現れる逆起電圧波形は通電タイミングによってずれている。したがって、モータコイル端子からモータ回転位置であるモータロータの磁極位置を検出することが可能となる。
【0142】
磁極位置検出部141におけるフィルタリングとしては、1次遅れのローパスフィルタを、電圧比較としてはモータコイル端子の中間電位との比較を行なうことが簡単かつ確実である。進み位相あるいは遅れ位相で通電を行なう場合、磁極位置検出信号パルスをタイマなどでカウントして、所望の通電タイミングを求めて位置信号として出力する。磁極位置検出部141は、フィルタリングなどの複雑な処理が必要であり、電圧変換も必要であることから、制御マイコン5内で行なわず外部の回路で構成してもよい。
【0143】
磁極位置検出部141は、上述した構成に限定されず、フィルタリングを行なわずにモータコイル端子信号をそのまま基準電圧と比較し、PWM成分、ノイズ成分を除去して、モータ回転位置を検出するように構成してもよい。
【0144】
このような間欠通電駆動部8を用いることにより、モータコイル端子に発生する逆起電圧から確実にモータ回転位置を検出することができるため、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【0145】
続いて、180度通電駆動部9によるモータ駆動の構成を、図15を用いて説明する。上述したように、180度通電駆動では、モータ電流の演算によるもの、中性点を利用するもの等があるが、図15に示される駆動電圧とモータ電流との位相差に基づく、いわゆる位相差制御は構成および処理が簡単であり、低コスト化が実現できるという利点を有している。
【0146】
ところで、位相差制御では、処理の簡単なモータ電流のゼロクロスを検出する方式が一般的であるが、図15を用いて説明する方式によれば、ゼロクロス検出よりも信頼性が高く、確実な駆動を実現することができる。
【0147】
図15において、151は、モータコイル端子U相、V相、W相の各相の中での特定相(図においては、U相)に流れるモータ電流を検出する電流センサ、152は、検出されたモータ電流を、所定量増幅およびオフセット計算してモータ電流信号を出力するモータ電流検出アンプ部である。この電流センサ151、モータ電流検出アンプ部152は、制御マイコン5内で構成するより、外部回路で構成した方が簡易的であるし、実用的である。153は、モータ電流信号を所定のタイミングでアナログ/デジタル変換して取込み、位相差情報を算出して出力する位相差検出部、154は、目標とする位相差情報(目標位相差情報)を格納した目標位相差情報格納部である。
【0148】
位相差検出部153は、2つのモータ駆動電圧位相期間ごとにモータ電流を複数回サンプリングして積算し、各位相期間におけるモータ電流信号面積を算出する。そして、位相差情報として、これらモータ電流信号面積の面積比を算出し、出力する。
【0149】
回転条件やモータ電流のひずみによって最高効率の通電タイミングが変化するので、目標位相差情報は、回転条件等によって随時設定できるように構成されることが好ましい。
【0150】
図15に示される155は、目標位相差情報と位相差検出部153から出力される位相差情報との誤差データを算出する加算器、156は、加算器155において算出された誤差データに対して比例誤差データおよび積算誤差データを算出しデューティ基準値を出力するPI演算部である。PI制御を用いることにより、位相差の残留誤差をゼロに制御することができる。
【0151】
さらに図15において、157は、同期モータの回転数指令を設定する回転数設定部、158は、所定のデータ個数で構成された正弦波データテーブル、159は、正弦波データ作成部である。正弦波データ作成部159は、回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル158からモータコイル端子U相、V相、W相の各相に対応した正弦波データを読出し、U相の正弦波データからU相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。
【0152】
電流センサ151の一例としては、コイル素子とホール素子とで構成された、いわゆる電流センサでもよく、またカレントトランス等であってもよい。また、本発明の実施の形態では、複数相のうちの1の特定相(U相)についてモータ電流を検出しているが、これに限定されず、各相のモータ電流を検出するように構成してもよい。この場合、さらに高精度のモータ駆動を実現することが可能となる。
【0153】
正弦波データは、予め格納した正弦波データテーブル158に基づき作成せずに、演算によって作成するようにしてもよい。
【0154】
また、図15においては、180度通電駆動として、正弦波通電駆動の場合の構成を示した。正弦波通電駆動によると、正弦波波形を用いることにより滑らかなモータ電流の供給が可能となるため、振動、騒音を少なくすることができる。しかしながら、駆動波形は正弦波形に限定されず、モータロータの磁束分布に合わせたモータ電流が得られるような駆動波形通電を用いれば、より高効率の駆動が可能となる。
【0155】
上述したように、位相差検出部153においては、2つのモータ駆動電位位相期間で検出された2つのモータ電流信号面積の面積比を計算し、この結果を位相差情報として出力する。位相差検出部153から出力される位相差情報と、目標位相差情報との誤差量に対し、PI演算が行なわれる。PWM作成/各相分配部11では、PI演算部156の出力であるデューティ基準値と、別途回転数指令から求められる正弦波データとから、その都度の出力デューティを計算する。このようにして計算された値によりインバータ回路2を介してモータコイルを制御することにより、同期モータ1を駆動する。
【0156】
すなわち、図15に示される構成は、モータ駆動電圧(出力デューティ)に対するモータ電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックによって、駆動電圧の大きさ(PWMデューティのデューティ幅)を決定し、同期モータ1を所望の回転数で回転させるために所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数を決定する。これによって、所望の位相差および所望の回転数でモータを駆動・制御することができる。
【0157】
なお、起動は、各相に強制的に通電し回転磁界を与えていく、強制励磁で行ない、通常駆動時には上記手法により制御を行なえばよい。また、上述のように位相差を制御してもよい。
【0158】
ここで、上述した位相差制御により同期モータ1が駆動・制御できることを、IPM(Interior Permanent Magnet)モータでの実験結果をもとに説明する。
【0159】
永久磁石をロータ内部に詰込んだ形状のいわゆるIPMモータの場合、磁石磁束とコイル電流とに伴って発生する、いわゆるマグネットトルクと、ロータ形状によってモータコイルのインダクタンスが変化することを利用したリダクタンストルクとを利用する。マグネットトルクとリダクタンストルクとの和が最大となるロータとステータとの相対位置は、回転条件によって変化する。このIPMモータを高効率に駆動させるためには、前記ロータとステータとの相対位置を検出し、最適な位置関係でモータコイルに通電を行なうための通電タイミングの最適化が必要である。また同期モータの場合、効率を考えず単に駆動させる場合でも通電タイミングをある範囲の値にしておかなければ、ブレーキトルクが発生してモータが停止してしまうことがある。たとえば、間欠通電駆動では、ロータとステータとの相対位置を検出するために逆起電圧を利用している。
【0160】
本発明の実施の形態による位相差制御に基づき同期モータを駆動させた実験における実験結果について、図16を用いて説明する。図16における縦軸は位相差情報、横軸はモータ回転位置を示すエンコーダで測定したロータとステータとの相対位置に対応している。本実験の回転条件は、回転数が1000rpmであり、負荷トルクが15kgf・cmであった。
【0161】
本発明の実施の形態による位相差制御は、直接ロータとステータとの相対位置を検出するものではない。しかしながら、図16に示されるように、位相差情報と、ロータとステータとの相対位置との関係は、ほぼ比例関係にあることがわかる。したがって、位相差情報を所定の値に制御することで、間接的にロータとステータとの相対位置を制御することができることになり、目標とする位相差情報を最適化することで最高の効率が得られる通電タイミングでモータを駆動することができることがわかる。
【0162】
図16と同様の実験条件において、駆動電圧(PWMデューティ基準値)と位相差情報との関係を測定した結果を、図17を用いて説明する。図17において、縦軸は位相差情報、横軸はモータ駆動電圧(デューティ基準値)に対応している。図17に示されるように、位相差情報とモータ駆動電圧とはほぼ比例関係にあることがわかる。したがって、駆動電圧(PWMデューティ基準値)を増減することにより、位相差情報が制御できることがわかる。
【0163】
すなわち、一定の回転数時に駆動電圧(デューティ基準値)を増減させると電流/電圧位相差(位相差情報)が変化するのであり、本発明の実施の形態の構成により位相差情報によって駆動電圧(デューティ基準値)を増減させる位相差制御フィードバックループが有効であることがわかる。
【0164】
また、上記実験結果から、実際のモータ電流は純粋な正弦波でなく歪み成分が重畳されているにもかかわらず、位相差制御が可能であることがわかる。さらに、2つの位相期間におけるモータ電流信号面積比に基づく位相差情報の検出精度は、充分であることがわかる。また、ゼロクロスなどのモータ電流のある1点を検出するような位相差検出方法に比べ、上記課題が解消され、検出精度が高まることは言うまでもない。
【0165】
なお、これらの実験結果の各特性はほぼ比例と見られるが、厳密には完全な直線上にデータが乗るわけではない。これは、測定誤差の他にモータ電流の歪みが原因になるためと考えられる。このため、位相差制御系の制御系ゲインが位相差の値によって変化してしまうが、この非線形性を見越して制御系としてのゲインを設定すればよく、位相差の値によって制御系のゲインを変更すればさらに高精度な制御系が構成できる。
【0166】
また、回転条件によっても各特性の傾きが変化することが考えられるが、回転条件による制御系ゲインの変化量を見越して制御系を構成すればよく、回転条件によって制御系のゲインを変更すればさらに高精度な制御系が構成できる。
【0167】
なお、本実験においては、モータ電流検出アンプ部152として反転増幅器を使用した。
【0168】
次に、位相差制御における回転数の設定について正弦波データテーブルを使用して設定する方法とPWM出力とについて説明する。
【0169】
本発明の実施の形態による位相差制御方式は、逆起電圧パルスなどを検出して、速度制御を行なう方式とは異なり、モータ回転数は、モータコイルに通電する正弦波電圧(PWM)の周波数で決定される、いわゆる強制励磁駆動である。
【0170】
正弦波データテーブル158には、連続的にD/A出力すると正弦波波形が出力されるデータ列が格納されている。たとえば、1周期分が360個の正弦波データで構成されているとすると、それぞれの正弦波データは電気角で1度ごとに対応する値となる。以下、正弦波データテーブルについては、1周期分として360個の正弦波データが格納されているものとし、PWMキャリア周波数は3kHzとし、また1相について正弦波2周期で同期モータ1が1回転するものとする。
【0171】
正弦波180度通電の場合、モータ駆動電圧(出力デューティ)を正弦波波形にする必要があるため、PWMキャリア周期ごとに正弦波データを更新する必要がある。また、同期モータ1回転分には、360×2=720回の更新が必要である。
【0172】
ここで、PWMキャリア周期ごとに正弦波データテーブルの参照データを1づつ更新していくとすれば、PWMキャリア周期は1/3000=0.333msecなので、1回転には720×0.333=0.24secが必要であり、約250rpmの回転数で回転することになる。つまり、モータ回転数は、モータの構造的なものを除外すると、PWMキャリア周波数と正弦波データテーブルの参照データの更新間隔とで決まる。また、たとえばコイル相数が3相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で120度づつずらした正弦波データを参照すればいい。なお、その都度正弦波演算を行って、正弦波データを作成してもよい。
【0173】
求まった各相ごとの正弦波データは、位相差制御によって算出されたデューティ基準値と乗算される。いわゆるPWM波形発生器などのPWM作成部は、乗算された値を受けて、PWM波形を出力する。PWM波形発生器は、たとえばPWMキャリア周期で三角波を作成し、この三角波の波高値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいてハイ/ロウ出力する。
【0174】
このPWM波形発生器は、専用のICで用意されている、あるいは制御用マイコンの機能として設けられていることが多く、これらを利用することで各駆動素子に対応したPWM波形が簡単に得られる。
【0175】
続いて、位相差情報の検出からデューティ基準値の算出までの処理、構成について説明する。
【0176】
図18は、位相差情報の検出について説明するための図である。U相のモータ電流はゼロレベルを中心としたほぼ正弦波状の波形とする。このモータ電流をモータ電流検出アンプ部152によって増幅、オフセット設定して、モータ電流信号を作成する。これは、モータ電流を、図示しないA/D変換器の変換可能電圧範囲(たとえば、0V〜+5V)に合せるために行なわれる。
【0177】
また、U相のモータ駆動電圧位相情報は、正弦波データ作成部159においてU相の正弦波データから作成される。なお、モータ駆動電圧位相情報は、実際には正弦波波形とする必要はなく、位相情報だけが分かっていればよい。
【0178】
位相差検出部153には、図18のようなモータ電流信号およびモータ駆動電圧位相情報が入力される。位相差検出部153では、モータ駆動電圧位相情報から、あらかじめ決定された所定の位相期間において、所定のサンプリング位相(サンプリングタイミング)で、1位相期間あたりn回(図18の場合、2回)、モータ電流信号をサンプリングする。
【0179】
たとえば、位相期間θ0であれば、サンプリングタイミングs0、s1で、モータ電流信号(I0、I1)をサンプリングする。位相期間θ1であれば、サンプリングタイミングs2、s3で、モータ電流信号(I2、I3)をサンプリングする。位相期間θ2であれば、サンプリングタイミングs4、s5で、モータ電流信号(I4、I5)をサンプリングする。位相期間θ3であれば、サンプリングタイミングs6、s7で、モータ電流信号(I6、I7)をサンプリングする。
【0180】
たとえば、あらかじめ決定された所定の位相期間をθ0、θ1とすると、位相期間θ0、θ1のそれぞれにおいて、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算し、モータ電流信号面積Is0、Is1を算出する(Is0=I0+I1、Is1=I2+I3)。
【0181】
そして、各モータ電流信号面積Is0、Is1の比を計算して。これを位相差情報とする。サンプリングタイミングs0〜s3の間隔を一定にすることで処理を簡素化することができる。
【0182】
なお、あらかじめ決定された所定の位相期間がθ2、θ3であれば、位相期間θ2、θ3のそれぞれにおいて、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算し、モータ電流信号面積Is2、Is3を算出する(Is2=I4+I5、Is3=I6+I7)。そして、各モータ電流信号面積Is2、Is3の比を計算する。
【0183】
位相期間は、図18に示されるとおり、駆動電圧電気角90度、またあるいはその反転である270度を中心としたほうが、目標値の設定などで有利である。なお、位相差情報は複数回平均化したほうが信頼性が高くなる。
【0184】
このように、180度通電駆動の駆動方式として、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差を検出する構成とすることで、処理、回路を簡単に実現することができる。また、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることで、信頼性の高い位相差検出が実現できる。さらに、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【0185】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0186】
【発明の効果】
このように、本発明によるモータ制御装置によれば、180度通電駆動と間欠通電駆動とを外乱によって適切に切換えることができる。これにより、定常状態時には、高効率、低騒音、低振動のモータ駆動を実現し、特異状態時には、モータ停止などの不具合を生じさせず、信頼性の高いモータ駆動を実現することができる。
【0187】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、間欠通電駆動手段の通電角を120度通電駆動とする。これにより、各相に供給する駆動電圧波形が作成しやすくなる。また、逆起電圧の検出間隔も長くなるため、検出の信頼性が向上する。
【0188】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0189】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ回転数の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、回転数変更または変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0190】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、負荷トルクの変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、負荷トルク変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0191】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ電流の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0192】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0193】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【0194】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い180度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択することで、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【0195】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、どのような回転条件でモータが駆動されていても、的確に駆動方式を切換えることができ、駆動切換えの信頼性を高めることができる。
【0196】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、確実に駆動方式を切換えることができるので、駆動切換えの信頼性を高めることができる。
【0197】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、逆起電圧を検出することができる、間欠通電駆動の通電タイミング検出が確実になる。このため、モータ駆動の信頼性を高めることができる。
【0198】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、ゼロクロス検出よりも簡単な処理・かつ構成で位相差情報を検出することができる。ノイズやモータ電流の変動に対して誤動作を少なくすることができる。また、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることで、信頼性の高い位相差検出が実現できる。特に、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【0199】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の判定におけるしきい値データとして使用することができる。したがって、外乱信号が定常値からずれているような場合、定常値をもとにしたしきい値データより正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【0200】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させることができる。したがって、モータ1回転中における外乱変動が大きい場合であっても、正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【0201】
さらに、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ加減速時の外乱検出をオフすることで外乱検出の誤検出を防止でき、正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態によるモータ制御装置について説明するための図である。
【図2】 180度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形を示す図である。
【図3】 間欠通電駆動の一例である矩形波120度通電の駆動波形を示す図である。
【図4】 間欠通電駆動の他の一例である150度通電駆動の駆動波形を示す図である。
【図5】 トルク変動を発生させるパルスを与えたときのモータ電流波形を示す図である。
【図6】 インバータ回路2の直流電源電圧の変動に対するモータ電流波形を示す図である。
【図7】 間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部6および駆動方式選択部7の処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】 間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部6および駆動方式選択部7の処理の流れを示すフローチャートである。
【図9】 間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部6および駆動方式選択部7の処理の流れを示すフローチャートである。
【図10】 180度通電駆動から間欠通電駆動へ移行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図11】 180度通電駆動から間欠通電駆動への移行を実験した実験結果を示す図である。
【図12】 間欠通電駆動から180度通電駆動へ復帰する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図13】 間欠通電駆動から180度通電駆動への移行を実験した実験結果を示す図である。
【図14】 間欠通電駆動部8の具体的な構成の一例について説明するための図である。
【図15】 180度通電駆動部9の具体的な構成の一例について説明するための図である。
【図16】 位相差制御に基づき同期モータを駆動させる実験で得られた実験結果を示す図である。
【図17】 駆動電圧(PWMデューティ基準値)と位相差情報との関係を測定した実験の実験結果を示す図である。
【図18】 位相差情報検出について説明するための図である。
【図19】 電源電圧が変動した場合のモータ外乱監視部6の出力と駆動方式選択部7の出力とを説明するための図である。
【図20】 外乱信号が変動した場合における外乱信号と定常値をもとに設定したしきい値データとの関係を示す図である。
【図21】 外乱信号が変動した場合における外乱信号と外乱加減値(しきい値データ)との関係を示す図である。
【図22】 外乱加減値を基準とした外乱検出処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図23】 モータ回転に同期した変動を持つ外乱信号と定常値に基づき設定したしきい値データとの関係を示す図である。
【図24】 本発明の実施の形態によるモータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の構成例を示す図である。
【図25】 本発明の実施の形態によるモータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図26】 定常値をもとに設定したしきい値データとモータ電流(外乱信号)との関係を示す図である。
【図27】 本発明の実施の形態によるモータ回転の加減速中に外乱検出をオフするモータ制御装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1 同期モータ、2 インバータ回路、3 コンバータ回路、4 AC電源、5 制御マイコン、6,61,62 モータ外乱監視部、7 駆動方式選択部、8 間欠通電駆動部、9 180度通電駆動部、10 スイッチ、11 PWM作成/各相分配部、12 外乱平均部、141 磁極位置検出部、142 目標速度情報格納部、143 加算器、144 速度制御ゲイン部、151 電流センサ、152 モータ電流検出アンプ部、153 位相差検出部、154 目標位相差情報格納部、157 回転数設定部、158 正弦波データテーブル、159 正弦波データ作成部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device for controlling and driving a synchronous motor constituted by a rotor with a permanent magnet mounted without a position sensor, and more particularly to a configuration for switching the synchronous motor drive system in accordance with a disturbance. It is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a sensorless driving method in which a synchronous motor is controlled and driven without using a motor rotor position sensor, when energizing the motor coil, an energization stop period is provided for a certain period, and the motor coil is rotated by the motor during that period. Intermittent energization driving is performed in which the generated counter electromotive voltage is detected from the motor coil terminal and the energization timing to the motor is determined from the counter electromotive voltage. Among such energization drive systems, a so-called 120 degree energization drive system in which the energization angle is 120 degrees is particularly common.
[0003]
In contrast, a resistance is connected in parallel with the three-phase motor coil neutral point and the three-phase coil, and the motor starting voltage is detected by comparing the voltage between the neutral point and the resistance neutral point. Based on the phase difference between the motor drive voltage and the motor current, or the method of driving the motor by detecting the motor position by calculating the motor current at a high speed There is a so-called 180-degree energization drive, such as sine wave energization, in which the synchronous motor is driven without providing an energization stop period by a method of driving by determining the energization timing.
[0004]
In general, the 180-degree energization drive method has less torque fluctuation and rotation fluctuation due to the smoothness of the drive waveform than the 120-degree energization drive.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a synchronous motor having a permanent magnet rotor structure, so-called optimization of energization timing, in which the motor is energized at an accurate timing corresponding to the permanent magnet position, is an absolute condition for motor driving. Furthermore, in addition to the absolute conditions, in order to increase efficiency and stabilize rotation, it is necessary to set the energization timing to an optimum value determined for each rotation condition.
[0006]
In intermittent energization driving such as 120-degree energization driving, the back electromotive force related to the permanent magnet magnetic flux and the armature magnetic flux is directly detected, and the permanent magnet position, that is, the rotational position is actually detected. For this reason, it is possible to drive the motor at an accurate energization timing by removing noise and improving detection accuracy. That is, since the motor rotation position is directly detected, problems such as motor stop are less likely to occur even when a disturbance occurs.
[0007]
On the other hand, the 180 ° energization drive without position sensor has higher efficiency, lower noise, and lower vibration than the intermittent energization drive including 120 ° energization drive, but it is generally difficult to drive and control. There are challenges. This is because the motor rotational position is not directly detected or the detection accuracy of the energization timing is low, and problems such as motor stop are likely to occur due to disturbance.
[0008]
For example, in the 180-degree energization driving method in which the energization timing is determined by comparing the coil neutral point and the resistance neutral point, the energization timing of the drive voltage is controlled. However, the motor current is actually caused by the motor torque. In 180-degree energization driving without a pause period, a phase difference occurs between the driving voltage and the motor current due to the influence of the counter electromotive voltage of the permanent magnet and the coil inductance. When this is considered as the energization timing, the motor current becomes highly sensitive to the drive voltage. In the experiment, the result was obtained that the sensitivity was 2 to 3 times higher than in the intermittent energization drive depending on the rotation condition. For this reason, very strict energization timing detection is required. That is, the 180-degree energization drive requires 2-3 times higher accuracy than the intermittent energization drive.
[0009]
Also, in the 180-degree energization drive method that analyzes the motor current by high-speed computation and determines the energization timing, the energization timing detection resolution is higher than that of intermittent energization drive due to motor current detection error, computation error, computation delay, etc. The current situation is that the angle deteriorates by about 5 degrees.
[0010]
Further, in the method of performing energization driving at 180 degrees based on the phase difference between the motor drive voltage and the motor current, the energization is switched over time by so-called forced excitation, and the motor current phase difference, that is, the energization timing at this time is controlled. . However, the control error of the motor current phase difference becomes the error of the energization timing as it is. For this reason, the phase difference must be strictly controlled in order to maintain stable driving and motor rotation, and it is good when there is no disturbance, but control is particularly unstable when a disturbance occurs. There is a problem of becoming. Since the energization timing in the intermittent energization drive depends on the detected back electromotive voltage, an accurate energization timing can be realized at any time regardless of the control performance. Therefore, in the case of phase difference control, accurate and advanced control is required as compared with intermittent energization driving.
[0011]
As described above, since accurate and strict control is required in the 180-degree energization drive, if a disturbance request that reduces the control margin occurs, not only high-efficiency operation cannot be realized but also motor energization is not possible. The probability of occurrence of problems such as step-out and motor stop is very high compared to intermittent energization drive including 120 degree energization drive.
[0012]
The disturbance factor mentioned here is a change in the power supply voltage to the inverter that drives the apparatus or the synchronous motor, a change in the motor rotation speed, a change in the load torque, and the like. Since control is difficult compared to intermittent energization driving including high-frequency energization driving, the robustness against these disturbances also tends to be low.
[0013]
As described above, the 180-degree energization driving method is excellent in terms of efficiency, torque fluctuation, rotation unevenness, and noise, but has low control robustness. In the 180-degree conduction drive method, countermeasures against each disturbance factor have been made to improve the control performance itself, such as increasing the control gain, but avoid any disturbance that cannot be covered by these. There is no solution, and there is a problem that the motor stops.
[0014]
The “electric vehicle control device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-341594)” discloses a configuration for switching between a 120-degree energization drive method and a 180-degree energization drive method (referred to as Document 1).
[0015]
However, the configuration shown in Document 1 is a configuration that uses rotation pulse generation means such as an encoder during 180-degree energization drive, and requires a position sensor that detects the motor position. Therefore, it cannot be applied to a configuration in which a motor is driven without a position sensor.
[0016]
Further, in Reference 1, when the output of the position sensor and the rotation pulse generating means cannot be obtained, switching to the 120-degree energization drive system, or 180-degree energization drive in the low speed region where the detection of the back electromotive voltage is difficult, In the region, the drive system is uniquely switched according to the 120-degree energization drive and the rotational speed. Therefore, it is impossible to cope with the occurrence of disturbances affecting the motor drive, and it is impossible to realize a motor drive with high efficiency, low noise, low vibration and high reliability.
[0017]
Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to realize a highly efficient, low-noise, low-vibration and highly reliable motor drive in response to disturbance without a position sensor. An object of the present invention is to provide a motor control device that can perform the above-described operation.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  A motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a synchronous motor constituted by a rotor with a permanent magnet and a driving means for driving the synchronous motor without position sensors. 180 degree energization drive means for energizing drive and a synchronous motor, ThroughThe intermittent energization driving means for intermittent energization driving with an electrical angle of less than 180 degrees, the motor disturbance monitoring means for monitoring the disturbance of the synchronous motor or the driving means, and the driving method of the synchronous motor according to the output of the motor disturbance monitoring means. Drive type selection means for selecting whether to perform 180-degree energization drive or intermittent energization drive.Switching from 180-degree energization drive to intermittent energization drive has an energization pause period in which all energization to the coil terminals is turned off, and the motor rotation position is detected from the back electromotive voltage induced in the coil terminals during the energization pause period. The switching timing by the method selection means is calculated. In the switching from the intermittent energization drive to the 180-degree energization drive, the motor rotation position is detected based on the calculation of the sine wave phase with respect to the intermittent energization timing, and the switching timing by the drive method selection means is calculated.
[0019]
  Therefore, the 180-degree energization drive and the intermittent energization drive can be appropriately switched according to the disturbance. As a result, high-efficiency, low-noise, low-vibration motor drive is realized in steady state with little disturbance, and high-reliable motor drive does not cause problems such as motor stop in singular state where disturbance is detected. Can be realized.
  In addition, when switching from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive, a period for stopping energization of the synchronous motor is provided. Therefore, switching to intermittent energization driving can be performed reliably. When switching from intermittent energization drive to 180-degree energization drive, the energization phase of 180-degree energization drive is determined based on the energization timing immediately before switching. Therefore, since the drive system can be switched reliably, the drive switching reliability can be improved. Further, intermittent energization driving is a driving method in which energization switching is performed by detecting a counter electromotive voltage generated at the motor terminal of the synchronous motor. Thereby, it is possible to reliably detect the energization timing without being affected by disturbance. As a result, the reliability in driving the motor can be improved.
[0020]
Preferably, the energization angle of the intermittent energization drive means is 120 degrees. Therefore, it is easy to create a drive voltage waveform to be supplied to each phase and the detection interval of the counter electromotive voltage becomes long, so that the detection reliability is improved.
[0021]
Preferably, the driving means includes an inverter for driving the synchronous motor and an AC power supply unit for supplying an AC power supply voltage provided to the inverter, and the motor disturbance monitoring means is a DC power supply voltage or an AC in the inverter. The AC power supply voltage supplied by the power supply voltage supply means is monitored.
[0022]
Therefore, it is possible to determine that a fluctuation in the power supply voltage such as an instantaneous power failure occurs as a disturbance and switch to an appropriate driving method. As a result, it is possible to prevent problems such as motor stoppage caused by fluctuations in the power supply voltage and to realize highly reliable motor driving.
[0023]
Preferably, the motor disturbance monitoring means monitors the rotational speed of the synchronous motor. Therefore, it is possible to determine that the fluctuation of the motor rotation number is a disturbance and switch to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to rotation speed change can be prevented, and highly reliable motor drive can be realized.
Preferably, the motor disturbance monitoring means monitors the torque of the synchronous motor. Therefore, it is possible to determine that the fluctuation of the load torque is a disturbance and switch to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to load torque fluctuations can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0024]
Preferably, the motor disturbance monitoring means monitors the motor current of the synchronous motor. Therefore, it is possible to determine that the fluctuation of the motor current is a disturbance and switch to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in motor current can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0025]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit monitors a phase difference between a driving voltage of a specific phase of the synchronous motor and a motor current of the synchronous motor. Therefore, it is possible to determine that the fluctuation of the phase difference between the drive voltage and the motor current is the occurrence of a disturbance and switch to an appropriate drive system. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in the phase difference can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0026]
Preferably, the motor disturbance monitoring means monitors any one or more disturbances or disturbance signals among disturbances affecting the driving of the synchronous motor or disturbance signals changing in synchronization with the disturbances. Therefore, it is possible to detect the occurrence of a disturbance based on the disturbance affecting the driving of the synchronous motor or the fluctuation of the signal that changes due to the disturbance and switch to an appropriate driving method. As a result, it is possible to prevent a malfunction such as a motor stop accompanying fluctuations in various disturbances and to realize a highly reliable motor drive.
[0027]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit detects whether the motor disturbance monitoring unit is in a steady state or a singular state, and the driving method selection unit performs 180-degree energization driving when the steady state is detected in the motor disturbance monitoring unit. When the singular state is detected, switching is performed so that intermittent energization driving is selected.
[0028]
Therefore, high-efficiency, low-noise, low-vibration and high-performance 180-degree conduction drive is selected in steady state with little disturbance, and intermittent conduction drive with low motor stoppage and high reliability is selected in singular state with large disturbance. can do. Thereby, high efficiency of motor drive, low vibration, low noise, and high reliability can be realized.
[0029]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit detects whether the motor disturbance monitoring unit is in a steady state or a singular state, and the drive method selection unit selects 180-degree energization driving when the motor disturbance monitoring unit detects a steady state. When the singular state is detected, the intermittent energization drive is selected, and then the 180-degree energization drive is selected after a predetermined time has elapsed.
[0030]
Therefore, high-efficiency, low-noise, low-vibration and high-performance 180-degree conduction drive is selected in steady state with little disturbance, and intermittent conduction drive with low motor stoppage and high reliability is selected in singular state with large disturbance. Then, it can return to the 180-degree energization drive after a predetermined period when the disturbance is settled. Thereby, high efficiency of motor drive, low vibration, low noise, and high reliability can be realized.
[0031]
In particular, the singular state is a fluctuation in power supply voltage. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving system based on fluctuations in power supply voltage such as instantaneous power failure. As a result, it is possible to prevent problems such as motor stoppage caused by fluctuations in the power supply voltage and to realize highly reliable motor driving.
[0032]
In particular, the singular state is a change in the rotational speed of the synchronous motor or a change in the rotational speed. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving method based on the motor rotation speed. As a result, it is possible to prevent problems such as a motor stop associated with a change in the rotational speed, and to realize highly reliable motor driving.
[0033]
In particular, the singular state is a fluctuation in torque of the synchronous motor. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving method based on the fluctuation of the load torque. As a result, problems such as motor stop due to load torque fluctuations can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0034]
In particular, the singular state is a fluctuation in the motor current of the synchronous motor. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving method based on the fluctuation of the motor current. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in motor current can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0035]
In particular, the singular state is a fluctuation in the phase difference between the driving voltage of a specific phase of the synchronous motor and the motor current of the synchronous motor. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving method based on the fluctuation of the phase difference between the driving voltage and the motor current. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in the phase difference can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0036]
In particular, the singular state is any one or more disturbances or disturbance signal fluctuations among disturbances affecting the motor drive of the synchronous motor or disturbance signals changing in synchronization with the disturbances. Therefore, it is possible to switch to an appropriate driving method based on a disturbance that affects the driving of the synchronous motor or a fluctuation of a signal that changes due to the disturbance. As a result, it is possible to prevent a malfunction such as a motor stop accompanying fluctuations in various disturbances and to realize a highly reliable motor drive.
[0037]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit determines whether the state is a steady state or a singular state based on predetermined threshold data, and the predetermined threshold data is changed according to a rotation condition of the synchronous motor. Therefore, the threshold data can be switched depending on the rotation conditions such as the rotation speed and the steady load torque. Thereby, an accurate energization drive system can be selected.
[0039]
Preferably, when the synchronous motor is rotating at a low speed, when switching from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive, the rotational speed after the transition to the intermittent energization drive is the same as that at the 180-degree energization drive. Increase from the rotational speed. Accordingly, since the energization timing detection of the intermittent energization drive is ensured by increasing the rotation speed, the reliability of the motor drive can be improved.
[0042]
Preferably, the 180-degree energization drive is a drive that drives a motor by controlling current phase difference information that is a phase difference between a drive voltage applied to a motor terminal of a specific phase in a synchronous motor and a motor current flowing through the motor terminal. It is a method. Therefore, it is possible to drive by energization with a simple configuration and processing, and to realize cost reduction.
[0043]
Preferably, the current phase difference information includes a first motor current area that is an integrated value of the motor current during the first phase period based on the drive voltage phase in the synchronous motor, and a motor current during the second phase period. It is obtained by calculating the ratio with the second motor current area which is the integrated value of. Therefore, phase difference information can be detected with a simpler process and configuration than zero-cross detection. Malfunctions can be reduced against fluctuations in noise and motor current.
[0044]
In particular, the first motor current area is obtained by sampling the motor current during the first phase period a predetermined number of times and integrating the sampled current sampling data, and the second motor current area is determined by the second phase period. The motor current inside is sampled a predetermined number of times, and the sampled current sampling data is integrated.
[0045]
Therefore, the area of the motor current can be obtained, and the phase difference information can be obtained from the ratio. Further, in this area ratio detection, by using motor current sampling data obtained by a plurality of samplings, highly reliable phase difference detection can be realized by a simple process.
[0046]
Preferably, the motor disturbance monitoring means determines whether it is a steady state or a singular state based on the threshold data, and adds and subtracts a predetermined amount to the disturbance or disturbance signal input to the motor disturbance monitoring means. The resulting disturbance addition / subtraction is used as threshold data in the next disturbance or determination at the time of disturbance signal input. Therefore, it is possible to select an accurate energization driving method against sudden disturbance.
[0047]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit determines whether the motor disturbance monitoring unit is in a steady state or a singular state based on the threshold value data, and determines whether the threshold value data is a disturbance or a disturbance signal input to the motor disturbance monitoring unit. Disturbance addition / subtraction obtained as a result of addition and subtraction of quantitative values and threshold data set from disturbances or steady values of disturbance signals are used. This makes it possible to select a more accurate energization drive method.
[0048]
Preferably, the motor disturbance monitoring unit determines whether the motor disturbance monitoring unit is in a steady state or a singular state, and synchronizes the determination timing of the steady state or the singular state in the motor disturbance monitoring unit with the motor rotation. Therefore, an accurate energization drive method can be selected even when periodic fluctuations occur during motor rotation.
[0049]
The disturbance or disturbance signal input to the motor disturbance monitoring means is a value obtained by averaging n rotations of the synchronous motor (where n is an integer of 1 or more). Therefore, an accurate energization drive method can be selected even when periodic fluctuations occur during motor rotation.
[0050]
Preferably, the motor disturbance monitoring means is turned off during acceleration / deceleration of the synchronous motor. Therefore, erroneous detection for energization drive method selection can be prevented, and an accurate energization drive method selection can be realized.
[0051]
As described above, according to the motor control device of the present invention, when motor driving is performed in 180-degree energization driving including sinusoidal energization with low noise, low vibration, and high efficiency, the superiority of 180-degree energization driving is achieved. The motor rotation can be maintained without switching to intermittent energization driving or stopping the motor rotation even when control and driving by 180-degree energization driving becomes impossible due to each disturbance. . Thereby, it becomes possible to improve the reliability of the entire apparatus including the motor.
[0052]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a configuration according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol or symbol is attached | subjected to the same part in a figure, and the description is abbreviate | omitted.
[0053]
A motor control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is a synchronous motor, 2 is an inverter circuit that drives the synchronous motor 1, and 3 is a converter circuit that converts an AC power source into direct current and supplies a direct current to the inverter circuit 2 (symbol AC- in the figure). DC), 4 is an AC power source, and 5 is a control microcomputer for driving and controlling the synchronous motor 1.
[0054]
Further, in FIG. 1, 6 is a motor disturbance monitoring unit that receives a signal indicating disturbance from the synchronous motor 1 or the inverter circuit 2 and monitors the driving state, and 7 is a driving method based on the output of the motor disturbance monitoring unit 6. The drive system selection unit 8 determines the energization timing, the setting of the drive voltage (PWM duty) reference value, etc. in order to set the synchronous motor 1 to the intermittent energization drive with the energization stop period of less than 180 degrees. The intermittent energization drive unit 9 that controls the 180 degree energization drive unit that controls the setting of the energization timing and the setting of the drive voltage (PWM duty) reference value in order to drive the synchronous motor 1 by 180 degrees energization. The PWM duty reference value and the energization timing according to the selected drive method are sent to the PWM creation / each phase distribution unit 11 according to the selection result of the drive method selection unit 7. Switch to force, 11 is PWM created / phase distribution unit for creating a PWM signal for driving the motor driving device of the inverter circuit 2 for each drive element output.
[0055]
The power supply to the inverter circuit 2 may be a so-called PAM system that is a variable power supply system.
[0056]
The drive system selection unit 7 selects whether the synchronous motor 1 is intermittently energized or 180-degree energized according to the disturbance of the synchronous motor 1 or the inverter circuit 2 detected by the motor disturbance monitoring unit 6.
[0057]
A signal indicating a disturbance such as the synchronous motor 1 or the inverter circuit 2 input to the motor disturbance monitoring unit 6 affects a control variable in motor control / drive, that is, becomes a disturbance. These include, for example, a DC power supply voltage that is a power supply for each drive element of the inverter circuit 2, the rotational speed of the synchronous motor 1, the load torque generated in the synchronous motor 1, and the motor current and drive voltage of the motor coil that change accompanying these. And the phase difference between the motor current and the motor current.
[0058]
It is not necessary to directly detect these, other disturbance elements may be used, and accompanying disturbance information other than the information described above may be used. Usually, the disturbance information is often an important parameter indicating how much the steady-state value fluctuates, and it is desirable for the motor disturbance monitoring unit 6 to detect fluctuations in these values.
[0059]
The motor control apparatus according to the embodiment of the present invention is suitable for each type of disturbance, that is, has good control performance, in other words, driving that does not cause a problem such as stopping the motor against the disturbance. Select the method and drive the motor. This realizes an effective motor motion with high reliability.
[0060]
In order to improve efficiency, suppress torque fluctuation, vibration, and noise, it is desirable that the 180-degree energization drive is sine wave energization that can realize a smooth change in the drive waveform.
[0061]
Further, the drive waveform of intermittent energization drive may be any drive waveform as long as the energization angle is less than 180 degrees and an energization stop period is provided in the drive waveform and the counter electromotive voltage generated during that period can be detected. For example, 120-degree energization driving is complete two-phase energization, and rectangular wave energization is possible. Therefore, there is an advantage that a drive waveform supplied to each phase can be easily created.
[0062]
Here, the drive waveform of each phase will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a driving waveform of sinusoidal energization that is an example of 180-degree energization driving. FIG. 3 is a diagram illustrating a drive waveform of rectangular-wave 120-degree energization, which is an example of intermittent energization drive. FIG. 4 is a diagram illustrating a driving waveform of 150-degree energization driving, which is another example of intermittent energization driving. 2 to 4, a signal for driving the drive element of the inverter circuit 2 (PWM creation / output of each phase distribution unit 11) is shown as an analog value for each coil terminal. Note that the drive waveform during the actual energization period is a PWM waveform, and the PWM duty is changed during the energization period. In each figure, the horizontal axis corresponds to the coil energization electrical angle, and the vertical axis corresponds to the voltage. The coils of the motor to be driven are three phases of U phase, V phase, and W phase.
[0063]
As shown in FIG. 2, in the 180-degree energization drive method, each phase is energized in a sine waveform. For example, when a U-phase coil is used as a reference, the energization waveforms for the V-phase and W-phase are energized for the U-phase. It has a phase difference of 120 degrees or 240 degrees with the waveform.
[0064]
As shown in FIG. 3, in the 120-degree rectangular wave energization driving method, the rectangular wave energization is performed for the 120-degree period in each phase, and the remaining 60-degree period is the energization suspension period. For example, on the basis of the U-phase coil, the V-phase and W-phase have a phase difference of 120 degrees or 240 degrees with respect to the U-phase.
[0065]
As shown in FIG. 4, in the 150-degree rectangular wave energization driving method, the rectangular wave energization is performed for the 150-degree period for each phase, and the remaining 30-degree period is the energization suspension period.
[0066]
Here, the actual motor current waveform of the U-phase coil terminal when a disturbance occurs during the 180-degree energization drive will be described with reference to FIGS. In the experiments shown in FIGS. 5 and 6, a sine wave 180 ° energization drive was performed, the motor rotation speed was 3000 rpm, and the steady load torque was about 1.5 Nm.
[0067]
FIG. 5 shows a motor current waveform when a pulse for generating a torque fluctuation of about 0.5 Nm is given. As shown in FIG. 5, it can be seen that when torque fluctuation occurs, the amplitude of the motor current waveform increases, and the sine wave waveform is disturbed immediately after the fluctuation has subsided.
[0068]
FIG. 6 shows a motor current waveform when the DC power supply voltage of the inverter circuit 2 fluctuates. In the experiment shown in FIG. 6, the DC power supply voltage fluctuates by about 20V. As shown in FIG. 6, it can be seen that even if the DC power supply voltage changes, the motor current is disturbed in the same manner as when the load torque changes.
[0069]
This is because the energization timing changes instantaneously due to torque fluctuations, and driving at an accurate energization timing is not performed. In both the experiments of FIG. 5 and FIG. 6, the adverse effect due to the disturbance fluctuation is limited to the occurrence of a decrease in efficiency due to the fact that the control cannot catch up and the drive cannot be performed at an appropriate energization timing. However, if the amount of fluctuation of each disturbance becomes larger than this, or if the time until the end of the fluctuation becomes longer, the rotation of the motor cannot be continued and the motor stops.
[0070]
This is because each driving method of 180-degree energization driving has the characteristic that control robustness is low due to the difficulty of control as described above, and it is easily affected by disturbance.
[0071]
On the other hand, while being easily affected by disturbances, 180-degree drive, especially sine-wave 180-degree drive, has low motor noise and vibration due to the smooth drive waveform, and high efficiency due to high winding utilization. There is an advantage that is possible. For this reason, when the above disturbance does not exist, it is desirable to perform motor motion by 180 degree energization driving with high rotational performance.
[0072]
On the other hand, in intermittent energization driving such as 120-degree energization driving, a pause period during which no motor current is energized is provided, and a counter electromotive voltage that purely represents the motor rotation position is detected. For this reason, even if a disturbance such as torque fluctuation occurs, the rotational speed may fluctuate, but the energization timing hardly changes. Therefore, compared with the 180-degree energization drive, there is a low probability that a problem such as a motor stopping due to a disturbance or the like occurs, and the motor drive reliability is high.
[0073]
In view of this, the motor control device according to the embodiment of the present invention has a 180 degree conduction drive with high rotational performance in a steady state in which no disturbance is generated or there is little disturbance. In the state, a reliable intermittent energization drive is selected.
[0074]
Here, the processing contents of the motor disturbance monitoring unit 6 and the driving method selection unit 7 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. These processes are performed every time the drive voltage (PWM duty) reference value is created or every PWM carrier cycle, and are usually started by an interrupt from the control microcomputer.
[0075]
First, a process when the current is 180-degree energization drive will be described. FIG. 7 shows the processing contents during 180-degree energization driving. First, in step S71, the disturbance signal is compared with threshold data indicating the allowable change amount.
[0076]
Here, the disturbance signal includes a signal indicating the load torque fluctuation and a signal indicating the power supply voltage. As a signal indicating the fluctuation of the load torque, a signal of the torque sensor, a signal indicating a fluctuation of the amplitude of the motor current, as shown in FIG. 5, a signal indicating the phase difference of the motor current with respect to the driving voltage, or accompanying a torque fluctuation It may be a fluctuation in the rotational speed generated. In addition, when rotational speed fluctuation information is input, it is possible to cope with motor energization failure during the forced acceleration / deceleration of the synchronous motor. Further, the signal indicating the power supply voltage may be a voltage value obtained by resistance-dividing the DC power supply, or a value indicating the AC power supply voltage.
[0077]
Further, such a disturbance signal is not limited to only one input, and the motor drive can be monitored more strictly by inputting a plurality of signals.
[0078]
In the threshold data, a value indicating a change amount is set such that the 180-degree energization drive does not cause a large efficiency drop or a motor stop does not occur due to disturbance. Taking the results of FIGS. 5 and 6 as an example, a value corresponding to 0.5 Nm capable of maintaining the motor rotation is set for the load torque fluctuation, and a value corresponding to 20 V is set for the DC power supply voltage fluctuation. .
[0079]
The threshold data may vary depending on the steady rotational speed and the steady load torque, and more effective energization drive selection can be performed if the value is switched according to each rotational condition. Further, threshold data may be used as a ratio of the fluctuation amount to the steady value, and the fluctuation amount may be compared with the threshold data.
[0080]
Note that the reliability of the comparison process in step S71 is further improved if it is detected that the comparison results are continuous a plurality of times in order to remove the influence of the detection noise.
[0081]
If the disturbance signal does not exceed the threshold data in step S71, the process proceeds to step S72. In step S72, a signal for continuing the 180-degree energization drive is output assuming that the 180-degree energization drive is possible with little disturbance.
[0082]
If the disturbance signal exceeds the threshold data, the process proceeds to step S73. In step S73, assuming that the disturbance is large and the 180-degree energization drive is impossible, a process (switching) for shifting to intermittent energization drive described later is performed. The process ends here.
[0083]
The contents of the above process will be described with reference to FIG. In FIG. 19, the phase difference information of the motor current with respect to the drive voltage is used as the disturbance signal. This is because when the motor drive is controlled by the phase difference, the phase difference information can be used as a disturbance signal, which is an efficient method.
[0084]
FIG. 19 shows the power supply voltage waveform when the power supply voltage fluctuates, the motor current waveform, the phase difference information of the motor current with respect to the drive voltage as a disturbance signal, the output of the motor disturbance monitoring unit 6, and the selection state of the drive method selection unit 7. Is shown.
[0085]
The phase difference information fluctuates due to the occurrence of disturbance. When the phase difference information exceeds the set threshold data, the motor disturbance monitoring unit 6 changes the output. In response to the change in the output of the motor disturbance monitoring unit 6, the drive method selection unit 7 outputs a signal for selecting a drive method.
[0086]
The simplest configuration of the motor disturbance monitoring unit 6 is based on a comparator that compares a disturbance signal having a function of holding an output value for a certain period of time and threshold data, and further performs averaging of the comparison results. High accuracy can be achieved by incorporating the above. In addition, what is necessary is just to perform a process with the same structure also about the return from the intermittent energization drive mentioned later to 180 degree energization drive.
[0087]
Next, the processing situation when the current is intermittent energization drive will be described. FIG. 8 shows the processing contents during intermittent energization driving. In step S81, it is determined whether or not the disturbance signal has become smaller than the value represented by the threshold data. The disturbance signal and the threshold data are as described above.
[0088]
If the disturbance signal does not fall within the threshold data, the process proceeds to step S82. In step S82, it is determined that the disturbance is in a large state, and a signal for continuing the intermittent energization drive is output.
[0089]
If the disturbance signal falls within the threshold data, the process proceeds to step S83. In step S83, it is determined that the disturbance is in a small state, and processing (switching) for returning to 180-degree energization driving, which will be described later, is performed. The process ends here.
[0090]
Here, another setting method of threshold data and the flow of processing by the setting method will be described. When the phase difference of the motor current with respect to the power supply voltage and the driving voltage is used as the disturbance signal, the value of the disturbance signal may change each time depending on the rotation speed of the synchronous motor 1 and the load torque. This can be considered, for example, when a disturbance signal is not provided with a DC component cutoff filter.
[0091]
Accordingly, when threshold data is set based on a steady value as shown in FIG. 19, there is a disadvantage that an accurate disturbance cannot be detected if the disturbance signal and the steady value are deviated.
[0092]
For example, in the example shown in FIG. 20, a large disturbance signal fluctuation occurs at point a, but no disturbance is detected. Further, at point b, it is erroneously detected that a disturbance has occurred even though the disturbance is small.
[0093]
Therefore, as shown in FIG. 21, for each input of a disturbance signal, a predetermined amount is added to or subtracted from the input to calculate a disturbance adjustment value, and the disturbance adjustment value is used as threshold data at the next disturbance signal input. use. As a result, accurate disturbance detection and accurate energization drive method selection can be realized.
[0094]
The flow of processing based on the disturbance adjustment value will be described with reference to FIG. It is assumed that the current is 180-degree energization drive. Referring to FIG. 22, in step S221, disturbance signal Sd is compared with threshold value data + Sr, -Sr. If the disturbance signal Sd exceeds the threshold data as a result of the comparison processing, intermittent energization driving is selected in step S73, and the processing of FIG. 10 is performed.
[0095]
On the other hand, if the disturbance signal Sd is within the threshold data, the process proceeds to step S72, and the 180 ° energization drive is continued. Then, the process proceeds from step S72 or S73 to step S222, and a disturbance addition / subtraction value obtained by adding / subtracting the predetermined value Sv to / from the disturbance signal Sd is calculated, and this is set as new threshold data + Sr, -Sr.
[0096]
FIG. 22 shows the flow of processing when the current is 180-degree energization driving, but it goes without saying that similar processing may be performed even with intermittent energization driving. The predetermined value Sv may be set, for example, by experimentally obtaining a value that does not stop the synchronous motor 1 due to disturbance in 180-degree energization drive.
[0097]
It is more effective if the method of using the disturbance addition / subtraction value as threshold data and the method of using threshold data set from steady values as shown in FIG. 19 are used in combination.
[0098]
For example, if the disturbance signal seems to deviate from the steady value, a method of obtaining threshold data from the disturbance adjustment value as described with reference to FIG. 22 is effective. On the other hand, if it is found that the deviation of the disturbance signal from the steady value is small, the calculation of the disturbance addition / subtraction value can be omitted by using the threshold data set from the steady value, so that the processing can be simplified. The deviation between the disturbance signal and the steady value may be, for example, a comparison between a value obtained by capturing the disturbance signal a predetermined number of times and averaging it.
[0099]
Alternatively, when monitoring disturbances using multiple disturbance signals, you can select which threshold data to use depending on the nature of the disturbance signal, such as little deviation from the steady value. Efficient and effective processing can be realized.
[0100]
An example of other processing during intermittent energization driving will be described with reference to FIG. The process shown in FIG. 9 includes the process of step S91 instead of step S81 shown in FIG. In step S91, it is detected whether or not a predetermined time has elapsed since the generation of the disturbance signal. When a predetermined time has elapsed since the generation of the disturbance signal, the process proceeds to step S83 to perform processing (switching) for returning to the 180-degree energization drive. If the predetermined period has not elapsed since the generation of the disturbance signal, the process proceeds to step S82 to select (continue) intermittent energization drive.
[0101]
In general, a disturbance occurs instantaneously, such as an instantaneous power failure or load switching, and then often returns or maintains a new value. That is, when the instantaneous fluctuation is settled, the steady state is restored thereafter. Therefore, for example, after a certain period of time such as 2 seconds has elapsed, processing may be performed so as to return to 180-degree energization driving.
[0102]
In this way, by monitoring the load torque, rotation speed, power supply voltage, or signals associated therewith, and comparing the amount of change of these signals with an allowable value, an appropriate drive system, that is, in a steady state with little disturbance. The 180-degree energization drive is processed so that intermittent energization drive is selected in a singular state with many disturbances. As a result, it is possible to realize a motor motion with high efficiency, low noise, low vibration and high reliability.
[0103]
Next, the transition process step S73 to intermittent energization drive and the return process step S83 to 180 degree energization drive will be described. FIG. 10 shows the processing in step S73 for shifting from the 180-degree energization drive shown in FIG. 7 to the intermittent energization drive. In step S101, energization to all coil terminals of the synchronous motor is turned off. This is because in the 180-degree energization drive, there is no pause period, so an accurate counter electromotive voltage cannot be detected from the coil terminals. However, by turning off all the coil terminals, a pure counter electromotive voltage is detected and an accurate motor rotation is detected. This is to detect the position.
[0104]
In step S102, the counter electromotive voltage is detected, and the input of the counter electromotive voltage pulse is detected. The detection of the counter electromotive voltage is repeated until a pulse is input.
[0105]
In addition, in order to eliminate the influence of the coil terminal voltage due to the 180-degree energization drive and perform accurate rotational position detection, the pulse input is detected about twice, and the second detection is made accurate pulse detection. Can be increased. Although the accuracy increases as the number of detections is increased, the motor energization is turned off during this period. For this reason, there is a concern that the motor will stop if the number of detections is increased too much. Experimentally, detection about twice was optimal.
[0106]
If a back electromotive voltage pulse is detected, the process proceeds to step S103. In step S103, in accordance with the back electromotive voltage pulse, intermittent energization drive that switches the energization phase with a waveform as shown in FIG. 3 or FIG. 4 is selected, and the synchronous motor is driven. The process ends here.
[0107]
When the energization timing is advanced / delayed from the counter electromotive voltage pulse for the purpose of improving efficiency or the like, the above process may be performed using the adjusted counter electromotive voltage pulse.
[0108]
Note that the drive voltage (PWM duty) reference value at the time of transition may be set in consideration of the value at the 180-degree energization drive.
[0109]
At low speeds, the back electromotive voltage generated in proportion to the rotational speed is low, and it is considered that the transition cannot be made accurately. However, this problem can be avoided by setting the drive voltage (PWM duty) reference value to a high value and driving at a high speed immediately after the transition to the intermittent energization drive. Alternatively, in the extremely low speed range, the transition to the intermittent energization drive becomes very difficult, and therefore it is necessary to prohibit the transition depending on the synchronous motor.
[0110]
According to the experiment, the rotational speed that required high-speed rotation immediately after the transition was 500 to 1000 rpm, and the extremely low speed that makes the transition difficult was 500 rpm or less. Note that the rotation speed depends on the back electromotive force amplitude, S / N, and the like, and is preferably set in consideration of these.
[0111]
The result of experiment on the transition from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive will be described using the motor current waveform shown in FIG. In this experiment, the rotation speed was 3000 rpm and the load torque was 1.5 Nm. Various waveforms are shown when transitioning to intermittent energization driving in accordance with the occurrence of fluctuations in the power supply voltage of the inverter circuit 2 that is a disturbance. Note that the 120-degree energization drive is used as the intermittent energization drive.
[0112]
As shown in FIG. 11, at the time of transition, it can be seen that the energization of all the coil terminals is turned off, and the transition to the intermittent energization drive is surely made. Thus, by providing a period in which energization of all the coil terminals is suspended, it is possible to accurately detect the back electromotive voltage, and the transition process to the intermittent energization drive can be reliably performed, and the reliability can be improved.
[0113]
Next, the processing in step S83 for returning from the intermittent energization drive to the 180-degree energization drive in FIGS. 8 and 9 will be described with reference to FIG. In step S121, the current energization phase is calculated from the energization timing. For example, in the case of 120-degree energization driving, when energization is started from the U-phase coil terminal to the V-phase coil terminal, it is obtained by calculating how many times the sine wave waveform corresponds to the sine wave phase. Can do.
[0114]
In step S122, sine wave data is set with the calculated phase. In step S123, the power supply to all the coil terminals is turned off once. This is to completely remove the influence of intermittent energization drive when switching energization at the time of return.
[0115]
In step S124, the 180-degree energization drive is selected and the return process is terminated. The drive voltage (PWM duty) reference value at the time of return may be set in consideration of the value at the time of intermittent energization drive.
[0116]
An experimental result obtained by experimenting the transition from the intermittent energization drive to the 180-degree energization drive will be described with reference to FIG. In this experiment, the rotation speed was 3000 rpm and the load torque was 1.5 Nm. For intermittent energization drive, 120-degree energization drive is used. FIG. 13 shows a motor current waveform when the disturbance is reduced or a predetermined time has elapsed and the motor is returned to the 180-degree energization drive.
[0117]
As shown in FIG. 13, it can be seen that the phase information is taken over at the time of return, and the drive is reliably returned to the 180-degree energization drive with an accurate phase.
[0118]
Thus, by calculating the phase information of the intermittent energization drive and referring to this when setting the energization phase of the 180-degree energization drive, the reliability of the motor drive operation can be improved.
[0119]
By the way, the comparison between the disturbance signal and the threshold data in the motor disturbance monitoring unit 6 (that is, disturbance detection) is performed for each PWM carrier period as described above, so that immediate disturbance detection is realized. However, when a disturbance such as a load torque fluctuation synchronized with the motor rotation occurs, more accurate detection can be performed by detecting the disturbance synchronized with the motor rotation.
[0120]
Taking an air conditioner compressor drive motor as an example, it is known that a load torque fluctuation in synchronization with one rotation of the motor is very large in a single rotary compressor or the like.
[0121]
These load torque fluctuations occur constantly during motor rotation, and often do not stop the motor drive. If these load torque fluctuations are regarded as disturbances, they will affect the processing for the original disturbances. As a result, unnecessary energization drive method switching occurs.
[0122]
FIG. 23 shows the relationship between the disturbance signal that varies in synchronization with the motor rotation and the threshold data set based on the steady value. In the case shown in FIG. 23, the disturbance signal changes in the threshold data due to the load torque fluctuation, and the accuracy of the disturbance detection is lowered. Therefore, this load torque fluctuation must be taken into account when creating threshold data, and extra processing is required.
[0123]
In addition, in the case of such a load torque fluctuation, the part where the load torque fluctuates is often synchronized with the motor rotation, and it is rare that the disturbance must be detected every PWM carrier cycle. For example, in the case shown in FIG. 23, a point P (fluctuation peak point) at which the load torque fluctuation reaches a peak is a place where the load torque fluctuation is remarkably generated. Therefore, the disturbance is detected at the fluctuation peak point P. This enables efficient disturbance detection.
[0124]
The following motor control device focuses on these and performs disturbance detection in synchronization with the rotation of the motor. An example of a motor control device that detects disturbance in synchronization with motor rotation will be described with reference to FIG. The motor control device shown in FIG. 24 includes a motor disturbance monitoring unit 61 instead of the motor disturbance monitoring unit 6.
[0125]
The motor disturbance monitoring unit 61 receives motor rotation information including a signal indicating a specific position of motor rotation. The motor disturbance monitoring unit 61 detects disturbance according to the motor rotation information. Thereby, accurate disturbance detection is realized.
[0126]
Preferably, if the information corresponding to the location indicating the fluctuation peak point P in FIG. 23 is input as the motor rotation information, the accuracy of disturbance detection can be improved. Alternatively, a disturbance signal can be taken for one rotation of the synchronous motor 1 based on the motor rotation information, the peak point of the disturbance signal can be detected, and the disturbance can be detected accurately at the same peak point.
[0127]
As the motor rotation information, a sensor signal output from a sensor attached to the rotating shaft of the synchronous motor 1 may be used, or new information can be obtained by using information used for motor driving such as motor current and motor driving voltage. There is no need to add a circuit, and an increase in cost can be prevented.
[0128]
For the above-described load torque fluctuation synchronized with the motor rotation, it is effective to use the configuration shown in FIG. Another example of the motor control device that detects disturbance in synchronization with the motor rotation will be described with reference to FIG. The motor control device shown in FIG. 25 includes a motor disturbance monitoring unit 61, and a disturbance averaging unit 12 that receives a disturbance signal and motor rotation information as input.
[0129]
The disturbance averaging unit 12 averages disturbance signals for n rotations (n is an integer of 1 or more) of the synchronous motor 1. The disturbance averaging unit 12 averages the disturbance signal in synchronization with the rotation of the motor, and inputs the averaged value to the motor disturbance monitoring unit 61 to perform the same disturbance detection processing as described above.
[0130]
By averaging the disturbance signal, fluctuations during rotation of the motor 1 can be removed. Thereby, accurate disturbance detection can be realized as in the case described above.
[0131]
Although the disturbance detection by the motor disturbance monitoring units 6 and 61 described above is always performed while the motor is rotating, it may be desirable not to detect the disturbance depending on the state of motor operation.
[0132]
Here, a disturbance detection situation when a motor current is used as a disturbance signal will be described with reference to FIG. FIG. 26 shows the relationship between threshold data set based on steady values and motor current (disturbance signal). In the figure, during the period T1, the motor rotation is accelerating, and during the period T2, the motor rotation is decelerating. There are places where the disturbance signal fluctuates. This is where the motor rotation is increased (ie, accelerated) or lowered (ie, decelerated).
[0133]
Normally, it is known that the motor current changes when the motor rotation is accelerated or decelerated. When accelerating, more motor current is required than in the steady state in order to overcome the motor inertia that tries to continue the rotation at the current rotation speed and increase the rotation. On the other hand, at the time of deceleration, the motor tries to continue the rotation at the current rotation speed, and therefore the motor current is decreased from the normal time to decrease the rotation speed.
[0134]
Therefore, if the motor rotation is accelerated or decelerated, the motor current fluctuates as shown in FIG. 26 and erroneous detection of disturbance detection occurs.
[0135]
Needless to say, threshold value data may be newly set during motor rotation acceleration / deceleration. However, disturbance signal fluctuations during motor rotation acceleration / deceleration are closely related to the characteristics of the control system, and it is difficult to set accurate threshold data.
[0136]
Therefore, the following motor control device pays attention to these, and turns off the disturbance detection process during acceleration / deceleration of motor rotation. An example of a motor control device that turns off disturbance detection processing during acceleration / deceleration of motor rotation will be described with reference to FIG. The motor control device shown in FIG. 27 includes a motor disturbance monitoring unit 62 instead of the motor disturbance monitoring unit 6.
[0137]
A motor rotation speed command is input to the motor disturbance monitoring unit 62. The motor disturbance monitoring unit 62 determines that acceleration / deceleration of the motor rotation is occurring when there is a change in the motor rotation speed command, and turns off the disturbance detection process.
[0138]
For the motor rotation speed command, target rotation speed information used in motor driving may be used. Thereby, accurate disturbance detection can be realized.
[0139]
Next, a typical configuration of motor drive by the intermittent energization drive unit 8 will be described with reference to FIG. In FIG. 14, 141 is a magnetic pole position detection unit that filters the signal of the motor coil terminal and compares the reference voltage to detect the rotational position of the synchronous motor 1, and 142 stores target rotational speed information of the synchronous motor 1. A target speed information storage unit 143 is an adder that calculates an error between the period information of the magnetic pole position detection unit 141 and the target period information of the target speed information storage unit 142, and 144 amplifies the error output from the adder 143. It is a speed control gain unit.
[0140]
The output of the speed control gain unit 144 is input to the PWM creation / each phase distribution unit 11 as the PWM duty reference value, and the position signal of the magnetic pole position detection unit 141 is input as the energization timing. The inverter circuit 2 receives a drive signal from the PWM creation / phase distribution unit 11. Based on this, the synchronous motor 1 is driven.
[0141]
In the case of 120-degree energization drive, each motor coil terminal has a pause period as shown in FIG. 3, and a back electromotive force is generated during the pause period by the movement and rotation of the permanent magnet of the motor rotor. The counter electromotive voltage waveform appearing during the pause period is shifted depending on the energization timing. Therefore, it is possible to detect the magnetic pole position of the motor rotor which is the motor rotation position from the motor coil terminal.
[0142]
As filtering in the magnetic pole position detection unit 141, it is simple and reliable to use a low-pass filter with a first-order lag and as a voltage comparison to compare with the intermediate potential of the motor coil terminal. When energization is performed in the advance phase or the delay phase, the magnetic pole position detection signal pulses are counted by a timer or the like to obtain a desired energization timing and output it as a position signal. Since the magnetic pole position detection unit 141 requires complicated processing such as filtering and voltage conversion, the magnetic pole position detection unit 141 may be configured by an external circuit without being performed in the control microcomputer 5.
[0143]
The magnetic pole position detection unit 141 is not limited to the above-described configuration, and compares the motor coil terminal signal with the reference voltage as it is without filtering, and removes the PWM component and noise component to detect the motor rotation position. It may be configured.
[0144]
By using such an intermittent energization drive unit 8, the motor rotation position can be reliably detected from the back electromotive voltage generated at the motor coil terminal, so that highly reliable motor driving can be realized.
[0145]
Next, the motor drive configuration by the 180-degree energization drive unit 9 will be described with reference to FIG. As described above, 180-degree energization drive includes a motor current calculation and a neutral point, but a so-called phase difference based on the phase difference between the drive voltage and the motor current shown in FIG. The control has the advantage that the configuration and processing are simple and the cost can be reduced.
[0146]
By the way, in the phase difference control, a method of detecting a zero cross of a motor current that is easy to process is common. However, according to the method described with reference to FIG. Can be realized.
[0147]
In FIG. 15, 151 is a current sensor that detects a motor current flowing in a specific phase (U phase in the figure) among the motor coil terminals U phase, V phase, and W phase, and 152 is detected. The motor current detection amplifier unit outputs the motor current signal by amplifying and offsetting the motor current by a predetermined amount. The current sensor 151 and the motor current detection amplifier unit 152 are simpler and more practical when configured with an external circuit than when configured within the control microcomputer 5. Reference numeral 153 denotes a phase difference detection unit that takes in a motor current signal by performing analog / digital conversion at a predetermined timing, calculates and outputs phase difference information, and 154 stores target phase difference information (target phase difference information). The target phase difference information storage unit.
[0148]
The phase difference detection unit 153 samples and integrates the motor current a plurality of times every two motor drive voltage phase periods, and calculates the motor current signal area in each phase period. Then, the area ratio of these motor current signal areas is calculated and output as phase difference information.
[0149]
Since the highest-efficiency energization timing varies depending on the rotation conditions and motor current distortion, it is preferable that the target phase difference information is configured to be set as needed depending on the rotation conditions and the like.
[0150]
155 shown in FIG. 15 is an adder that calculates error data between the target phase difference information and the phase difference information output from the phase difference detector 153, and 156 is an error data calculated by the adder 155. A PI calculation unit that calculates proportional error data and accumulated error data and outputs a duty reference value. By using the PI control, the residual error of the phase difference can be controlled to zero.
[0151]
Further, in FIG. 15, reference numeral 157 denotes a rotational speed setting unit for setting a rotational speed command for the synchronous motor, 158 denotes a sine wave data table composed of a predetermined number of data, and 159 denotes a sine wave data creation unit. The sine wave data creation unit 159 reads out sine wave data corresponding to each phase of the motor coil terminal U-phase, V-phase, and W-phase from the sine wave data table 158 according to the rotational speed command and the passage of time, and the U-phase sine wave Outputs U-phase motor drive voltage phase information from the data.
[0152]
As an example of the current sensor 151, a so-called current sensor configured by a coil element and a Hall element may be used, or a current transformer or the like may be used. In the embodiment of the present invention, the motor current is detected for one specific phase (U phase) of the plurality of phases. However, the present invention is not limited to this, and the motor current of each phase is detected. May be. In this case, it is possible to realize motor driving with higher accuracy.
[0153]
The sine wave data may be created by calculation instead of being created based on the sine wave data table 158 stored in advance.
[0154]
FIG. 15 shows a configuration in the case of sine wave energization drive as 180 degree energization drive. According to the sine wave energization drive, a smooth motor current can be supplied by using a sine wave waveform, and therefore vibration and noise can be reduced. However, the drive waveform is not limited to a sine waveform, and driving with higher efficiency can be achieved by using drive waveform energization that can obtain a motor current that matches the magnetic flux distribution of the motor rotor.
[0155]
As described above, the phase difference detection unit 153 calculates the area ratio of the two motor current signal areas detected in the two motor drive potential phase periods, and outputs the result as phase difference information. PI calculation is performed on the error amount between the phase difference information output from the phase difference detection unit 153 and the target phase difference information. The PWM creation / each phase distribution unit 11 calculates the output duty each time from the duty reference value that is the output of the PI calculation unit 156 and sine wave data that is separately obtained from the rotation speed command. The synchronous motor 1 is driven by controlling the motor coil via the inverter circuit 2 with the value calculated in this way.
[0156]
That is, the configuration shown in FIG. 15 determines the magnitude of the drive voltage (duty width of the PWM duty) by the phase difference control feedback for controlling the motor current phase difference constant with respect to the motor drive voltage (output duty). In order to rotate the synchronous motor 1 at a desired rotational speed, the rotational speed is determined by sine wave data output at a desired frequency. As a result, the motor can be driven and controlled with a desired phase difference and a desired rotational speed.
[0157]
The start-up is performed by forcible excitation in which each phase is forcibly energized to give a rotating magnetic field, and control may be performed by the above method during normal driving. Further, the phase difference may be controlled as described above.
[0158]
Here, the fact that the synchronous motor 1 can be driven and controlled by the above-described phase difference control will be described based on an experimental result with an IPM (Interior Permanent Magnet) motor.
[0159]
In the case of a so-called IPM motor having a shape in which a permanent magnet is packed in a rotor, a reductance using a so-called magnet torque generated along with a magnetic flux and a coil current and a change in the inductance of the motor coil depending on the rotor shape. Use torque. The relative position between the rotor and the stator where the sum of the magnet torque and the reductance torque is maximum varies depending on the rotation conditions. In order to drive the IPM motor with high efficiency, it is necessary to optimize the energization timing for detecting the relative position between the rotor and the stator and energizing the motor coil with the optimum positional relationship. In the case of a synchronous motor, even if it is simply driven without considering efficiency, if the energization timing is not set to a value within a certain range, brake torque may be generated and the motor may stop. For example, in intermittent energization driving, a counter electromotive voltage is used to detect the relative position between the rotor and the stator.
[0160]
An experimental result in an experiment in which the synchronous motor is driven based on the phase difference control according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 16 corresponds to the phase difference information, and the horizontal axis corresponds to the relative position between the rotor and the stator measured by the encoder indicating the motor rotation position. The rotation conditions of this experiment were a rotation speed of 1000 rpm and a load torque of 15 kgf · cm.
[0161]
The phase difference control according to the embodiment of the present invention does not directly detect the relative position between the rotor and the stator. However, as shown in FIG. 16, it can be seen that the relationship between the phase difference information and the relative position between the rotor and the stator is substantially proportional. Therefore, by controlling the phase difference information to a predetermined value, the relative position between the rotor and the stator can be indirectly controlled. By optimizing the target phase difference information, the highest efficiency can be obtained. It can be seen that the motor can be driven at the obtained energization timing.
[0162]
The result of measuring the relationship between the drive voltage (PWM duty reference value) and the phase difference information under the same experimental conditions as in FIG. 16 will be described with reference to FIG. In FIG. 17, the vertical axis corresponds to the phase difference information, and the horizontal axis corresponds to the motor drive voltage (duty reference value). As shown in FIG. 17, it can be seen that the phase difference information and the motor drive voltage are in a substantially proportional relationship. Therefore, it can be seen that the phase difference information can be controlled by increasing or decreasing the drive voltage (PWM duty reference value).
[0163]
That is, when the drive voltage (duty reference value) is increased or decreased at a constant rotation speed, the current / voltage phase difference (phase difference information) changes, and the drive voltage (phase difference information is determined by the configuration of the embodiment of the present invention). It can be seen that a phase difference control feedback loop for increasing or decreasing (duty reference value) is effective.
[0164]
From the above experimental results, it can be seen that the actual motor current is not a pure sine wave, but the phase difference control is possible even though the distortion component is superimposed. Further, it can be seen that the detection accuracy of the phase difference information based on the motor current signal area ratio in the two phase periods is sufficient. Further, it goes without saying that the above problem is solved and the detection accuracy is improved as compared with a phase difference detection method in which one point having a motor current such as zero cross is detected.
[0165]
Although each characteristic of these experimental results seems to be almost proportional, strictly speaking, the data is not on a complete straight line. This is considered to be due to the distortion of the motor current in addition to the measurement error. For this reason, the control system gain of the phase difference control system changes depending on the value of the phase difference, but it is sufficient to set the gain as the control system in anticipation of this non-linearity. If changed, a more accurate control system can be configured.
[0166]
In addition, the slope of each characteristic may change depending on the rotation condition, but it is sufficient to configure the control system in anticipation of the amount of change in the control system gain due to the rotation condition. If the gain of the control system is changed according to the rotation condition, In addition, a highly accurate control system can be configured.
[0167]
In this experiment, an inverting amplifier was used as the motor current detection amplifier unit 152.
[0168]
Next, a method for setting the rotational speed in the phase difference control using the sine wave data table and the PWM output will be described.
[0169]
The phase difference control method according to the embodiment of the present invention is different from the method of detecting the back electromotive voltage pulse and controlling the speed, and the motor rotation speed is the frequency of the sine wave voltage (PWM) energized to the motor coil. This is the so-called forced excitation drive determined by
[0170]
The sine wave data table 158 stores a data string in which a sine wave waveform is output when D / A is output continuously. For example, if one period is composed of 360 pieces of sine wave data, each sine wave data has a value corresponding to an electrical angle every one degree. Hereinafter, regarding the sine wave data table, 360 sine wave data are stored for one cycle, the PWM carrier frequency is 3 kHz, and the synchronous motor 1 rotates once in two sine wave cycles for one phase. Shall.
[0171]
In the case of 180-degree sine wave energization, the motor drive voltage (output duty) needs to be a sine wave waveform, and therefore it is necessary to update the sine wave data for each PWM carrier cycle. In addition, 360 × 2 = 720 updates are required for one rotation of the synchronous motor.
[0172]
Here, if the reference data in the sine wave data table is updated one by one for each PWM carrier period, the PWM carrier period is 1/3000 = 0.333 msec, so that 720 × 0.333 = 0 for one rotation. .24 sec is required, and the rotation speed is about 250 rpm. That is, the motor rotation speed is determined by the PWM carrier frequency and the reference data update interval of the sine wave data table, excluding the motor structure. For example, if the number of coil phases is three, the data of each phase may be referred to sine wave data shifted by 120 degrees in electrical angle. Note that sine wave data may be generated by performing sine wave calculation each time.
[0173]
The obtained sine wave data for each phase is multiplied by the duty reference value calculated by the phase difference control. A PWM generator such as a so-called PWM waveform generator receives the multiplied value and outputs a PWM waveform. The PWM waveform generator creates a triangular wave with, for example, a PWM carrier period, compares the peak value of this triangular wave with the multiplied value, and outputs high / low based on the comparison result.
[0174]
This PWM waveform generator is often prepared by a dedicated IC or provided as a function of a control microcomputer. By using these, a PWM waveform corresponding to each drive element can be easily obtained. .
[0175]
Next, processing and configuration from detection of phase difference information to calculation of a duty reference value will be described.
[0176]
FIG. 18 is a diagram for describing detection of phase difference information. The U-phase motor current has a substantially sinusoidal waveform centered on zero level. The motor current is amplified and set by the motor current detection amplifier 152 to create a motor current signal. This is performed to adjust the motor current to a convertible voltage range (for example, 0 V to +5 V) of an A / D converter (not shown).
[0177]
Also, the U-phase motor drive voltage phase information is created from the U-phase sine wave data by the sine wave data creation unit 159. Note that the motor drive voltage phase information does not actually need to be a sine wave waveform, and only the phase information needs to be known.
[0178]
A motor current signal and motor drive voltage phase information as shown in FIG. 18 are input to the phase difference detection unit 153. In the phase difference detection unit 153, n times per phase period (twice in the case of FIG. 18) at a predetermined sampling phase (sampling timing) in a predetermined phase period determined in advance from the motor drive voltage phase information, Sample the motor current signal.
[0179]
For example, in the phase period θ0, the motor current signals (I0, I1) are sampled at the sampling timings s0, s1. In the phase period θ1, the motor current signals (I2, I3) are sampled at the sampling timings s2, s3. In the phase period θ2, the motor current signals (I4, I5) are sampled at the sampling timings s4, s5. In the phase period θ3, the motor current signals (I6, I7) are sampled at the sampling timings s6, s7.
[0180]
For example, if the predetermined phase periods determined in advance are θ0 and θ1, the sampled current sampling data is integrated in each of the phase periods θ0 and θ1, and motor current signal areas Is0 and Is1 are calculated (Is0 = I0 + I1). , Is1 = I2 + I3).
[0181]
Then, calculate the ratio of each motor current signal area Is0, Is1. This is referred to as phase difference information. The processing can be simplified by making the interval between the sampling timings s0 to s3 constant.
[0182]
If the predetermined phase periods determined in advance are θ2 and θ3, the sampled current sampling data is integrated in each of the phase periods θ2 and θ3 to calculate motor current signal areas Is2 and Is3 (Is2 = I4 + I5, Is3 = I6 + I7). Then, the ratio of the motor current signal areas Is2 and Is3 is calculated.
[0183]
As shown in FIG. 18, it is more advantageous for setting the target value that the phase period is centered on the drive voltage electrical angle of 90 degrees and / or its inversion of 270 degrees. It should be noted that the phase difference information is more reliable when averaged multiple times.
[0184]
As described above, by adopting a configuration in which the phase difference between the motor drive voltage and the motor current is detected as the drive method of the 180-degree energization drive, the processing and the circuit can be easily realized. Further, by obtaining the area of the motor current and obtaining the phase difference information based on the ratio, highly reliable phase difference detection can be realized. Further, in this area ratio detection, by using motor current sampling data obtained by a plurality of samplings, highly reliable phase difference detection can be realized by a simple process.
[0185]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
[0186]
【The invention's effect】
As described above, according to the motor control device of the present invention, the 180-degree energization drive and the intermittent energization drive can be appropriately switched by disturbance. As a result, high-efficiency, low-noise, low-vibration motor driving can be realized in the steady state, and high-reliability motor driving can be realized in the singular state without causing problems such as motor stoppage.
[0187]
According to the motor control device of the present invention, the energization angle of the intermittent energization drive means is set to 120 degrees energization drive. This makes it easy to create a drive voltage waveform to be supplied to each phase. In addition, since the detection interval of the back electromotive voltage becomes longer, the detection reliability is improved.
[0188]
Further, according to the motor control apparatus of the present invention, the fluctuation of the power supply voltage including the instantaneous power failure is monitored, and the fluctuation is determined to be the occurrence of the disturbance, and the driving method is switched to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop caused by power supply voltage fluctuation can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0189]
Further, according to the motor control device of the present invention, the fluctuation of the motor rotation number is monitored, and the fluctuation is judged as the occurrence of disturbance, and the driving method is switched to an appropriate driving method. As a result, it is possible to prevent a problem such as a motor stop accompanying a change or fluctuation in the rotational speed, and to realize a highly reliable motor drive.
[0190]
Further, according to the motor control device of the present invention, the fluctuation of the load torque is monitored, and the fluctuation is determined to be a disturbance occurrence, and the driving method is switched to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to load torque fluctuation can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0191]
In addition, according to the motor control device of the present invention, the fluctuation of the motor current is monitored, and the fluctuation is judged to be a disturbance occurrence and switched to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in motor current can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0192]
Further, according to the motor control device of the present invention, the fluctuation of the phase difference between the driving voltage and the motor current is monitored, and this fluctuation is judged as the occurrence of disturbance, and is switched to an appropriate driving method. As a result, problems such as motor stop due to fluctuations in the phase difference can be prevented, and highly reliable motor driving can be realized.
[0193]
Further, according to the motor control device of the present invention, the disturbance that affects the driving of the synchronous motor or the fluctuation of the signal that changes due to the disturbance is monitored, and the fluctuation is judged as the occurrence of the disturbance, and the appropriate driving is performed. You can switch to the method. As a result, it is possible to prevent a malfunction such as a motor stop accompanying fluctuations in various disturbances and to realize a highly reliable motor drive.
[0194]
Further, according to the motor control device of the present invention, 180 degree conduction drive with high efficiency, low noise, low vibration, and high driving performance is performed in a steady state with little disturbance, and the motor is stopped in a singular state with large disturbance. By selecting a small and highly reliable intermittent energization drive, high motor drive efficiency, low vibration, low noise, and high reliability can be realized.
[0195]
Further, according to the motor control device of the present invention, it is possible to switch the drive system accurately regardless of the rotation condition of the motor, and to improve the reliability of drive switching.
[0196]
In addition, according to the motor control device of the present invention, the driving method can be switched reliably, so that the reliability of driving switching can be improved.
[0197]
In addition, according to the motor control device of the present invention, it is possible to reliably detect the energization timing of the intermittent energization drive that can detect the back electromotive voltage. For this reason, the reliability of motor drive can be improved.
[0198]
Further, according to the motor control device of the present invention, it is possible to detect phase difference information with a simpler process and configuration than zero cross detection. Malfunctions can be reduced against fluctuations in noise and motor current. Further, by obtaining the area of the motor current and obtaining the phase difference information based on the ratio, highly reliable phase difference detection can be realized. In particular, in this area ratio detection, highly reliable phase difference detection can be realized with simple processing by using motor current sampling data obtained by a plurality of samplings.
[0199]
Further, according to the motor control device of the present invention, disturbance addition / subtraction obtained as a result of adding and subtracting a predetermined amount to the disturbance or disturbance signal input to the motor disturbance monitoring means is performed in the determination at the next disturbance or disturbance signal input. Can be used as threshold data. Therefore, when the disturbance signal deviates from the steady value, it is possible to realize a more accurate disturbance detection than the threshold data based on the steady value. Thereby, motor driving with high reliability can be realized.
[0200]
Further, according to the motor control device of the present invention, the determination timing of the steady state or the singular state in the motor disturbance monitoring means can be synchronized with the motor rotation. Therefore, accurate disturbance detection can be realized even when the disturbance fluctuation during one rotation of the motor is large. Thereby, motor driving with high reliability can be realized.
[0201]
Furthermore, according to the motor control device of the present invention, it is possible to prevent erroneous detection of disturbance detection by turning off disturbance detection during motor acceleration / deceleration, thereby realizing accurate disturbance detection. Thereby, motor driving with high reliability can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a driving waveform of sinusoidal energization that is an example of 180-degree energization driving.
FIG. 3 is a diagram illustrating a drive waveform of rectangular wave 120-degree energization, which is an example of intermittent energization drive.
FIG. 4 is a diagram illustrating a driving waveform of 150-degree energization driving, which is another example of intermittent energization driving.
FIG. 5 is a diagram showing a motor current waveform when a pulse for generating torque fluctuation is given.
FIG. 6 is a diagram showing a motor current waveform with respect to fluctuations in the DC power supply voltage of the inverter circuit 2;
FIG. 7 is a flowchart showing a processing flow of a motor disturbance monitoring unit 6 and a driving method selection unit 7 during intermittent energization driving.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of a motor disturbance monitoring unit 6 and a driving method selection unit 7 during intermittent energization driving.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing flow of a motor disturbance monitoring unit 6 and a driving method selection unit 7 during intermittent energization driving.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing for shifting from 180 degree energization driving to intermittent energization driving.
FIG. 11 is a diagram showing an experimental result of an experiment of a transition from a 180-degree energization drive to an intermittent energization drive.
FIG. 12 is a flowchart for explaining a flow of processing for returning from intermittent energization driving to 180-degree energization driving.
FIG. 13 is a diagram showing an experimental result of an experiment of transition from intermittent energization driving to 180-degree energization driving.
FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a specific configuration of the intermittent energization drive unit 8;
FIG. 15 is a diagram for explaining an example of a specific configuration of the 180-degree energization drive unit 9;
FIG. 16 is a diagram showing experimental results obtained in an experiment of driving a synchronous motor based on phase difference control.
FIG. 17 is a diagram illustrating an experimental result of an experiment in which a relationship between a drive voltage (PWM duty reference value) and phase difference information is measured.
FIG. 18 is a diagram for explaining detection of phase difference information.
FIG. 19 is a diagram for explaining the output of the motor disturbance monitoring unit 6 and the output of the drive method selection unit 7 when the power supply voltage fluctuates.
FIG. 20 is a diagram illustrating a relationship between a disturbance signal and threshold data set based on a steady value when the disturbance signal fluctuates.
FIG. 21 is a diagram illustrating a relationship between a disturbance signal and a disturbance adjustment value (threshold data) when the disturbance signal fluctuates.
FIG. 22 is a flowchart for explaining the flow of a disturbance detection process based on a disturbance adjustment value.
FIG. 23 is a diagram showing a relationship between a disturbance signal having a fluctuation synchronized with motor rotation and threshold data set based on a steady value.
FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration example of a motor control device that performs disturbance detection in synchronization with motor rotation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a diagram illustrating another configuration example of the motor control device that performs disturbance detection in synchronization with the motor rotation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing a relationship between threshold data set based on a steady value and a motor current (disturbance signal).
FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration example of a motor control device that turns off disturbance detection during acceleration / deceleration of motor rotation according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous motor, 2 Inverter circuit, 3 Converter circuit, 4 AC power supply, 5 Control microcomputer, 6, 61, 62 Motor disturbance monitoring part, 7 Drive system selection part, 8 Intermittent conduction drive part, 9 180 degree conduction drive part, 10 Switch, 11 PWM creation / each phase distribution unit, 12 disturbance averaging unit, 141 magnetic pole position detection unit, 142 target speed information storage unit, 143 adder, 144 speed control gain unit, 151 current sensor, 152 motor current detection amplifier unit, 153 phase difference detection unit, 154 target phase difference information storage unit, 157 rotation speed setting unit, 158 sine wave data table, 159 sine wave data creation unit.

Claims (26)

永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータと前記同期モータを駆動する駆動手段とを、位置センサレスで駆動および制御するモータ制御装置において、
前記同期モータを、180度通電駆動するための180度通電駆動手段と、
前記同期モータを、通電角180度未満の間欠通電駆動するための間欠通電駆動手段と、
前記同期モータまたは前記駆動手段の外乱を監視するモータ外乱監視手段と、
前記モータ外乱監視手段の出力に応じて、前記同期モータの駆動方式を前記180度通電駆動とするか、または前記間欠通電駆動とするかを選択する駆動方式選択手段とを備え
前記180度通電駆動から前記間欠通電駆動への切り替えは、コイル端子への全通電をオフする通電休止期間を設け、前記通電休止期間に前記コイル端子に誘起される逆起電圧からモータ回転位置が検出されて前記駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出され、
前記間欠通電駆動から前記180度通電駆動への切り替えは、間欠通電タイミングに対する正弦波位相の算出に基づいて前記駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される、モータ制御装置。
In a motor control device that drives and controls a synchronous motor constituted by a rotor mounted with a permanent magnet and a driving means for driving the synchronous motor, without a position sensor,
180 degree energization driving means for energizing the synchronous motor 180 degrees;
The synchronous motor, the intermittent conduction drive means for intermittently energizing the drive below conductible angle 180 degrees,
Motor disturbance monitoring means for monitoring disturbance of the synchronous motor or the driving means;
Drive system selection means for selecting whether to drive the synchronous motor according to the output of the motor disturbance monitoring means as the 180-degree energization drive or the intermittent energization drive ;
The switching from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive includes an energization pause period in which all energization to the coil terminals is turned off, and the motor rotation position is determined from the back electromotive voltage induced in the coil terminals during the energization pause period. Is detected and the switching timing by the driving method selection means is calculated,
Switching from the intermittent energization drive to the 180-degree energization drive is a motor control device in which the switching timing by the drive method selection unit is calculated based on calculation of a sine wave phase with respect to the intermittent energization timing .
前記間欠通電駆動手段の通電角は、120度であることを特徴とする、請求項1に記載のモータ制御装置。  The motor control device according to claim 1, wherein an energization angle of the intermittent energization drive unit is 120 degrees. 前記駆動手段は、
前記同期モータを駆動するインバータと、
前記インバータに対して設けれる、交流電源電圧を供給するための交流電源供給部とを含み、
前記モータ外乱監視手段は、
前記インバータにおける直流電源電圧または前記交流電源供給手段により供給される交流電源電圧を監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The driving means includes
An inverter for driving the synchronous motor;
The provided et the the inverter includes an AC power supply unit for supplying an AC power supply voltage,
The motor disturbance monitoring means is
The motor control device according to claim 1 or 2, wherein a DC power supply voltage in the inverter or an AC power supply voltage supplied by the AC power supply means is monitored.
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの回転数を監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
The motor control device according to claim 1, wherein the number of rotations of the synchronous motor is monitored.
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータのトルクを監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
The motor control device according to claim 1, wherein torque of the synchronous motor is monitored.
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータのモータ電流を監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
The motor control device according to claim 1, wherein the motor current of the synchronous motor is monitored.
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの特定相の駆動電圧と前記同期モータのモータ電流との位相差を監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
The motor control device according to claim 1, wherein a phase difference between a driving voltage of a specific phase of the synchronous motor and a motor current of the synchronous motor is monitored.
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または前記外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか1つ以上の前記外乱または前記外乱信号を監視することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
The disturbance or the disturbance signal, which is any one or more of disturbances affecting driving of the synchronous motor or disturbance signals changing in synchronization with the disturbances, is monitored. 2. The motor control device according to 2.
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、
前記駆動方式選択手段は、
前記モータ外乱監視手段において前記定常状態が検出されているときには、前記180度通電駆動を、前記特異状態が検出されているときには、前記間欠通電駆動を選択するように切換えを行なうことを特徴とする、請求項1ないし8のいずれかに記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Detect whether it is steady or singular,
The driving method selection means includes
When the steady state is detected in the motor disturbance monitoring means, the 180-degree energization drive is switched, and when the singular state is detected, the intermittent energization drive is selected. The motor control device according to claim 1.
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、
前記駆動方式選択手段は、
前記モータ外乱監視手段において、前記定常状態が検出されているときには前記180度通電駆動を選択し、前記特異状態が検出されると、前記間欠通電駆動を選択した後、所定時間経過後に前記180度通電駆動を選択することを特徴とする、請求項1ないし8のいずれかに記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Detect whether it is steady or singular,
The driving method selection means includes
In the motor disturbance monitoring means, when the steady state is detected, the 180-degree energization drive is selected, and when the singular state is detected, the intermittent energization drive is selected, and after the elapse of a predetermined time, the 180-degree energization drive is selected. 9. The motor control device according to claim 1, wherein energization driving is selected.
前記特異状態とは、
電源電圧の変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is a fluctuation of a power supply voltage.
前記特異状態とは、
前記同期モータの回転数の変更、または前記回転数の変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
11. The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is a change in the rotation speed of the synchronous motor or a change in the rotation speed.
前記特異状態とは、
前記同期モータのトルクの変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is a fluctuation in torque of the synchronous motor.
前記特異状態とは、
前記同期モータのモータ電流の変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is a fluctuation of a motor current of the synchronous motor.
前記特異状態とは、
前記同期モータの特定相の駆動電圧と前記同期モータのモータ電流との位相差の変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
11. The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is a variation in a phase difference between a driving voltage of a specific phase of the synchronous motor and a motor current of the synchronous motor.
前記特異状態とは、
前記同期モータのモータ駆動において影響を及ぼす外乱または前記外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか1つ以上外乱または外乱信号の変動であることを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The singular state is
The disturbance according to claim 9 or 10, wherein the disturbance is one or more disturbances or disturbance signal fluctuations among disturbances affecting the motor driving of the synchronous motor or disturbance signals changing in synchronization with the disturbances. The motor control apparatus described.
前記モータ外乱監視手段は、
所定のしきい値データに基づき前記定常状態か前記特異状態かを判定し、
前記所定のしきい値データは、
前記同期モータの回転条件によって変更することを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Determine whether the steady state or the singular state based on predetermined threshold data,
The predetermined threshold data is
The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device is changed according to a rotation condition of the synchronous motor.
前記同期モータが低速に回転している場合には、前記180度通電駆動から前記間欠通電駆動への切換えを行なう際には、前記間欠通電駆動への移行後の回転速度を前記180度通電駆動時の回転速度より上げることを特徴とする、請求項1ないし17のいずれかに記載のモータ制御装置。 When the synchronous motor rotates at a low speed, when switching from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive, the rotational speed after the transition to the intermittent energization drive is set to the 180-degree energization drive. wherein the raised Rukoto than the rotational speed of the time, the motor control device according to any one of claims 1 to 17. 前記180度通電駆動は、前記同期モータにおける特定相のモータ端子に印加する駆動電圧と、前記モータ端子に流れるモータ電流との位相差である電流位相差情報を制御することによりモータ駆動を行なう駆動方式であることを特徴とする、請求項1ないし18のいずれかに記載のモータ制御装置。 The 180-degree energization drive is a drive that drives a motor by controlling current phase difference information that is a phase difference between a drive voltage applied to a motor terminal of a specific phase in the synchronous motor and a motor current flowing through the motor terminal. wherein the method der Rukoto, motor control device according to any one of claims 1 to 18. 前記電流位相差情報は、
前記同期モータにおける駆動電圧位相を基準とした第1の位相期間中のモータ電流の積算値である第1のモータ電流面積と、第2の位相期間中のモータ電流の積算値である第2のモータ電流面積との比を算出することにより得られることを特徴とする、請求項19に記載のモータ制御装置。
The current phase difference information is
The first motor current area, which is an integrated value of the motor current during the first phase period with reference to the drive voltage phase in the synchronous motor, and the second integrated value of the motor current during the second phase period. wherein the obtained Rukoto by calculating the ratio of the motor current area, the motor control device according to claim 19.
前記第1のモータ電流面積は、前記第1の位相期間中の前記モータ電流を所定回数サンプリングし、前記サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求め、前記第2のモータ電流面積は、前記第2の位相期間中の前記モータ電流を所定回数サンプリングし、前記サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求めることを特徴とする、請求項20に記載のモータ制御装置。 The first motor current area is obtained by sampling the motor current during the first phase period a predetermined number of times and integrating the sampled current sampling data, and the second motor current area is the motor current during the second phase period predetermined number of times of sampling, and wherein Rukoto determined by integrating the current sampling data the sampled motor control device according to claim 20. 前記モータ外乱監視手段は、
しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の前記判定における前記しきい値データとして使用することを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Determine whether it is steady or singular based on threshold data,
That you use the motor disturbance monitoring means adding and subtracting the resulting disturbance adding or subtracting a predetermined amount to the input disturbance or a disturbance signal, as the threshold data in the determination of the next disturbance or when a disturbance signal input wherein the motor control device according to any one of claims 1 to 16.
前記モータ外乱監視手段は、
しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記しきい値データとして、前記モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算と、前記外乱または外乱信号の定常的な値から設定したしきい値データとを使用することを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Determine whether it is steady or singular based on threshold data,
As the threshold data, a threshold value set based on disturbance addition / subtraction obtained as a result of adding and subtracting a predetermined amount to the disturbance or disturbance signal input to the motor disturbance monitoring means and a steady value of the disturbance or disturbance signal. characterized that you use the value data, the motor control device according to any one of claims 1 to 16.
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させることを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載のモータ制御装置。
The motor disturbance monitoring means is
Determine whether it is steady or singular,
Determining timing of a steady state or specific condition in the motor disturbance monitoring means and Rukoto in synchronism with motor rotation, the motor control device according to any one of claims 1 to 16.
前記モータ外乱監視手段に入力する外乱または外乱信号は、前記同期モータのn回転分(前記nは、1以上の整数)を平均化した値とすることを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載のモータ制御装置。 Disturbance or a disturbance signal input to said motor disturbance monitoring means, n rotations of the synchronous motor (the n is an integer of 1 or more), characterized in averaged value and to Rukoto and claims 1 16 The motor control apparatus in any one of. 前記モータ外乱監視手段を、前記同期モータの加減速中にオフすることを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載のモータ制御装置。The motor control device according to claim 1, wherein the motor disturbance monitoring unit is turned off during acceleration / deceleration of the synchronous motor .
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