JP4426433B2 - Motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、パルス幅変調信号をインバータに入力してモータの制御を行なうモータ制御装置に係り、詳しくは、3相ブラシレスDCモータ等のモータの回転を安定して維持し得るようにしたモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control apparatus that controls a motor by inputting a pulse width modulation signal to an inverter, and more specifically, motor control that can stably maintain the rotation of a motor such as a three-phase brushless DC motor. Relates to the device.

従来より、固定子(ステータ)と、ステータの内側において回転自在に配設された回転子(ロータ)とを備えてなる3相ブラシレスDCモータが知られている。このブラシレスDCモータにあっては、ステータに巻かれたコイルに対して一定の順に通電することで回転磁界を発生させ、その強弱、周期を制御することによって、ロータに生じるトルクや回転数を変位させ、これにより回転制御を行なっている。   Conventionally, a three-phase brushless DC motor including a stator (stator) and a rotor (rotor) rotatably disposed inside the stator is known. In this brushless DC motor, a rotating magnetic field is generated by energizing a coil wound around the stator in a certain order, and the torque and the number of rotations generated in the rotor are displaced by controlling the intensity and cycle. Thus, rotation control is performed.

上述のモータ回転制御についてより詳しく述べると、2個のスイッチング素子を直列に組合わせた回路を3組並列に接続してなる3相回路を備えたインバータにより、3相ブラシレスDCモータに備えたU,V,Wの3相の夫々に印加させる電圧が制御される。この際の電圧の生成には、一般的にパルス幅変調(PWM)方式が用いられる。このPWM方式では、各相の電圧指令値に基づいて生成されたPWM信号をインバータに送信し、このPWM信号に基づいて3相回路の各スイッチング素子を数kHzの周波数でオン/オフ制御する。そして、そのオン時間の占める割合を調整することにより、3相ブラシレスDCモータへの出力の平均電圧を変位させ、トルクや回転速度の制御を行なう。3相変調では、一般に、上記したようにインバータ内のスイッチング素子全てを用いて3相ブラシレスDCモータの制御を行なう。   The motor rotation control described above will be described in more detail. The U-phase provided in the three-phase brushless DC motor is provided with an inverter having a three-phase circuit formed by connecting three sets of switching elements connected in series to each other in parallel. , V and W are controlled in voltage applied to each of the three phases. In general, a pulse width modulation (PWM) method is used to generate the voltage at this time. In this PWM system, a PWM signal generated based on the voltage command value of each phase is transmitted to the inverter, and each switching element of the three-phase circuit is controlled on / off at a frequency of several kHz based on this PWM signal. Then, by adjusting the proportion of the ON time, the average voltage of the output to the three-phase brushless DC motor is displaced, and torque and rotation speed are controlled. In the three-phase modulation, the control of the three-phase brushless DC motor is generally performed using all the switching elements in the inverter as described above.

ところで、上述したようなモータ制御を、通常速度での回転制御時には1相分のパルスを休電状態にした2相ゲート信号制御(2相変調)にて制御を行ない、低速での回転制御時には2相ゲート信号制御に基づいて生成する3相ゲート信号にて制御を行なうものが提案されている。これにあっては、低速時における2相ゲート信号がパルス幅の小さい極小波形となることで、スイッチング素子が充分反応できなくなる不都合を防ぎ、これによってトルクムラを発生させずにモータを円滑に回転させるように制御している(例えば、特許文献1参照)。   By the way, the motor control as described above is performed by the two-phase gate signal control (two-phase modulation) in which the pulse for one phase is in a rest state at the time of rotation control at the normal speed, and at the time of rotation control at the low speed. Proposals have been made to perform control using a three-phase gate signal generated based on two-phase gate signal control. In this case, the two-phase gate signal at a low speed becomes a minimal waveform with a small pulse width, thereby preventing a problem that the switching element cannot sufficiently react, thereby smoothly rotating the motor without generating torque unevenness. (See, for example, Patent Document 1).

また、2相変調にあっては、3相回路に備えた6つのスイッチング素子を上下段の2通りに区分してモータ制御を行なう変調方式も存在する。この上下段型の変調方式では、或る時点での電圧指令値の絶対値が最も大きい相のスイッチング素子のオン/オフの切換えを停止させた状態で、他の2相を切換えることで2相変調を実現する。そして、この上下段型の変調方式では、上記した最も大きい相の電圧指令値が、正の値の場合には上段型の変調方式で、負の値の場合には下段型の変調方式で制御するように切換えながらモータ制御を行なっている。   In the case of two-phase modulation, there is also a modulation method in which motor control is performed by dividing six switching elements provided in a three-phase circuit into two upper and lower stages. In this upper-and-lower type modulation system, switching of the other two phases is performed by switching the other two phases in a state in which the switching of the switching element of the phase having the largest absolute value of the voltage command value at a certain time is stopped. Realize modulation. In this upper and lower stage modulation scheme, the largest phase voltage command value is controlled by the upper modulation scheme when the value is positive, and by the lower modulation scheme when the value is negative. The motor control is performed while switching so as to.

特開2003−199381号公報JP 2003-199381 A

ところで、上述した特許文献1及び上下段型の変調方式に記載されるようなモータ駆動装置では、インバータ内の3相回路の中から2相分のスイッチング素子をスイッチングさせて3相ブラシレスDCモータの各相に流れる電流の制御を行なうため、従来の3相全てをスイッチングさせるものに比してスイッチングされる素子の個数が減少し、スイッチング損失は軽減される。しかしながら、3相ブラシレスDCモータを低速域で継続して回転させるような場合には、各スイッチング素子に通電される時間が長くなる等による発熱を招来し、その際、連続運転時間の低下、最大トルクの低下を招くことになる。   By the way, in the motor drive device described in the above-described Patent Document 1 and the upper and lower modulation methods, the switching element for two phases is switched from the three-phase circuit in the inverter to change the three-phase brushless DC motor. Since the current flowing in each phase is controlled, the number of elements to be switched is reduced as compared with the conventional one that switches all three phases, and the switching loss is reduced. However, when the three-phase brushless DC motor is continuously rotated in a low speed region, heat is generated due to the energization time of each switching element being increased. This will cause a reduction in torque.

そこで本発明は、スイッチング素子及びインバータの温度上昇を可及的に抑えながらも、モータ回転時におけるスイッチング損失の少ない2相変調によるPWM信号生成を速度域に応じて適切に制御し得るように構成し、もって上述した課題を解決したモータ制御装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention is configured so that PWM signal generation by two-phase modulation with low switching loss during motor rotation can be appropriately controlled according to the speed range while suppressing temperature rise of the switching element and the inverter as much as possible. Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device that solves the above-described problems.

請求項1に係る本発明は(例えば図1ないし図16参照)、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第1及び第2スイッチング素子群(A,B)からなる3相回路(13)を有するインバータ(3)を備え、モータ(2)の第1、第2及び第3相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータ(3)に入力することで前記モータ(2)の制御を行なうモータ制御装置(1)において、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相(a,b,c)に対応する前記第1スイッチング素子群(A)のスイッチング素子(a1,b1,c1)を、前記パルス幅変調信号の1パルス生成に要するスイッチング周期(T)の全体に亘って通電状態とする第1パルス生成手段(11,12)と、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相(a,b,c)に対応する前記第2スイッチング素子群(B)のスイッチング素子(a2,b2,c2)を、前記スイッチング周期(T)の全体に亘って通電状態とする第2パルス生成手段(11,12)と、
前記第1パルス生成手段(11,12)又は前記第2パルス生成手段(11,12)が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータ(3)への入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定時間(RD1,RD2)を経過したか否かを判定する経過時間判定手段(7)と、
前記経過時間判定手段(7)により前記所定時間(RD1,RD2)の経過が判定される毎に前記第1パルス生成手段(11,12)による制御と前記第2パルス生成手段(11,12)による制御とを切換える切換え手段(10)と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置(1)にある。
The present invention according to claim 1 (see, for example, FIGS. 1 to 16) is a three-phase circuit (13) comprising first and second switching element groups (A, B) that generate waveform signals whose logics are opposite to each other. The motor (2) is provided with an inverter (3), and a pulse width modulation signal generated based on voltage command values for the first, second and third phases of the motor (2) is input to the inverter (3). In the motor control device (1) that performs the control of (2),
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the first switching element group (A) corresponding to a phase (a, b, c) that is a positive value and has the largest absolute value. First pulse generating means (11, 12) for energizing the switching elements (a1, b1, c1) of the switching elements (a1, b1, c1) over the entire switching period (T c ) required for generating one pulse of the pulse width modulation signal;
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the second switching element group (B) corresponding to the phase (a, b, c) which is a negative value and has the largest absolute value. Second switching means (11, 12) for energizing the switching elements (a2, b2, c2) in the energized state throughout the switching period (T c );
The power loss caused by the input of the pulse width modulation signal generated by the first pulse generation means (11, 12) or the second pulse generation means (11, 12) to the inverter (3) is within a certain value. An elapsed time determination means (7) for determining whether or not a predetermined time (RD1, RD2) set in advance for storage has elapsed;
Control by the first pulse generation means (11, 12) and the second pulse generation means (11, 12) every time the predetermined time (RD1, RD2) is determined by the elapsed time determination means (7). Switching means (10) for switching between control by
The motor control device (1) is characterized by comprising:

請求項2に係る本発明は(例えば図1,9,10、図12ないし図14、及び図16参照)、前記モータ(2)の回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段(5)、を更に備え、
前記切換え手段(10)は、
前記回転速度判定手段(5)により前記モータ(2)の回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記経過時間判定手段(7)が前記所定時間(RD1,RD2)の経過を判定する毎に前記第1パルス生成手段(11,12)による制御と前記第2パルス生成手段(11,12)による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置(1)にある。
According to the second aspect of the present invention (see, for example, FIGS. 1, 9, 10, FIGS. 12 to 14, and FIG. 16), the rotation for determining whether or not the rotation speed of the motor (2) is less than a predetermined value. A speed determining means (5),
The switching means (10)
While the rotation speed determination means (5) determines that the rotation speed of the motor (2) is less than the predetermined value, the elapsed time determination means (7) has passed the predetermined time (RD1, RD2). Switching between the control by the first pulse generation means (11, 12) and the control by the second pulse generation means (11, 12) each time
It exists in the motor control apparatus (1) of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

請求項3に係る本発明は(例えば図1,9,10、及び図12ないし図14参照)、前記切換え手段(10)は、
前記回転速度判定手段(5)により前記モータ(2)の回転速度が前記所定値以上であると判定される間は、前記第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が正の値の範囲では前記第1パルス生成手段(11,12)による制御に切換え、前記第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が負の値の範囲では前記第2パルス生成手段(11,12)による制御に切換える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置(1)にある。
The present invention according to claim 3 (see, for example, FIGS. 1, 9, 10 and FIGS. 12 to 14), the switching means (10)
While the rotation speed determination means (5) determines that the rotation speed of the motor (2) is equal to or higher than the predetermined value, the absolute value of the voltage command values corresponding to the first to third phases is determined. In the range where the voltage command value is positive and the voltage command value is positive, the control is switched to the control by the first pulse generating means (11, 12), and the absolute value of the voltage command values corresponding to the first to third phases Is switched to the control by the second pulse generating means (11, 12) in the range where the voltage command value is negative and the voltage command value is negative.
It exists in the motor control apparatus (1) of Claim 2 characterized by the above-mentioned.

請求項4に係る本発明は(例えば図2ないし図11、図15、及び図17参照)、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第1及び第2スイッチング素子群(A,B)からなる3相回路(13)を有するインバータ(3)を備え、モータ(2)の第1、第2及び第3相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータ(3)に入力することで前記モータ(2)の制御を行なうモータ制御装置(1)において、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相(a,b,c)に対応する前記第1スイッチング素子群(A)のスイッチング素子(a1,b1,c1)を、前記パルス幅変調信号の1パルス生成に要するスイッチング周期(T)の全体に亘って通電状態とする第1パルス生成手段(11,12)と、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相(a,b,c)に対応する前記第2スイッチング素子群(B)のスイッチング素子(a2,b2,c2)を、前記スイッチング周期(T)の全体に亘って通電状態とする第2パルス生成手段(11,12)と、
前記第1又は前記第2パルス生成手段(11,12)が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータ(3)への入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定温度(Lim)に基づき、前記第1及び前記第2スイッチング素子群(A,B)の夫々に生じる温度が該所定温度(Lim)以上であるか否かを判定する温度判定手段(22)と、
前記温度判定手段(22)により前記第1スイッチング素子群(A)が前記所定温度(Lim)以上と判定された際には前記第2パルス生成手段(11,12)による制御に切換え、且つ、前記第2スイッチング素子群(B)が前記所定温度(Lim)以上と判定された際には前記第1パルス生成手段(11,12)による制御に切換える切換え手段(10)と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置(20)にある。
The present invention according to claim 4 (see, for example, FIGS. 2 to 11, 15, and 17) includes first and second switching element groups (A, B) that generate waveform signals whose logics are opposite to each other. An inverter (3) having a three-phase circuit (13), and a pulse width modulation signal generated based on voltage command values for the first, second and third phases of the motor (2). In the motor control device (1) for controlling the motor (2) by inputting to
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the first switching element group (A) corresponding to a phase (a, b, c) that is a positive value and has the largest absolute value. First pulse generating means (11, 12) for energizing the switching elements (a1, b1, c1) of the switching elements (a1, b1, c1) over the entire switching period (T c ) required for generating one pulse of the pulse width modulation signal;
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the second switching element group (B) corresponding to the phase (a, b, c) which is a negative value and has the largest absolute value. Second switching means (11, 12) for energizing the switching elements (a2, b2, c2) in the energized state throughout the switching period (T c ),
The power loss caused by the input of the pulse width modulation signal generated by the first or second pulse generation means (11, 12) to the inverter (3) is set within a predetermined value. Based on a predetermined temperature (Lim), temperature determining means (22) for determining whether or not the temperature generated in each of the first and second switching element groups (A, B) is equal to or higher than the predetermined temperature (Lim). When,
When the temperature determining means (22) determines that the first switching element group (A) is equal to or higher than the predetermined temperature (Lim), the control is switched to the control by the second pulse generating means (11, 12), and Switching means (10) for switching to control by the first pulse generating means (11, 12) when the second switching element group (B) is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature (Lim);
The motor control device (20) is characterized by comprising:

請求項5に係る本発明は(例えば図1,9,10、図17参照)、前記モータ(2)の回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段(5)、を更に備え、
前記切換え手段(10)は、
前記回転速度判定手段(5)により前記モータ(2)の回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記温度判定手段(22)が前記所定温度(Lim)を判定する毎に前記第1パルス生成手段(11,12)による制御と前記第2パルス生成手段(11,12)による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置(20)にある。
The present invention according to claim 5 (see, for example, FIGS. 1, 9, 10, and 17), a rotational speed determination means (5) for determining whether the rotational speed of the motor (2) is less than a predetermined value, Further comprising
The switching means (10)
Each time the temperature determination means (22) determines the predetermined temperature (Lim) while the rotation speed determination means (5) determines that the rotation speed of the motor (2) is less than the predetermined value. Switching between control by the first pulse generating means (11, 12) and control by the second pulse generating means (11, 12);
It exists in the motor control apparatus (20) of Claim 4 characterized by the above-mentioned.

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。   In addition, although the code | symbol in the said parenthesis is for contrast with drawing, this is for convenience for making an understanding of invention easy, and has no influence on the structure of a claim. It is not a thing.

請求項1に係る本発明によると、切換え手段が、経過時間判定手段によって所定時間の経過が判定される毎に第1パルス生成手段による制御と第2パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータ制御を行なう際、常に2相変調方式を用いることによって、3相変調方式を用いる場合に比してスイッチングさせる素子の数が減少し、第1及び第2スイッチング素子群にて夫々生じるスイッチング損失(電力損失)が低減することで、各素子で生じる発熱が有効に抑制される。更に、2通りの変調方式を一定時間毎に交互に切換えてパルス幅変調信号を生成することにより、第1及び第2スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収めることができる。すなわち、一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、安定したモータ制御が行なわれると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, the switching means switches between the control by the first pulse generating means and the control by the second pulse generating means every time when the predetermined time has been determined by the elapsed time determining means. When the control is performed, by always using the two-phase modulation method, the number of elements to be switched is reduced as compared with the case of using the three-phase modulation method, and the switching loss (which occurs in each of the first and second switching element groups ( As the power loss is reduced, the heat generated in each element is effectively suppressed. Furthermore, by alternately switching the two modulation methods at regular time intervals to generate the pulse width modulation signal, it is possible to keep the power loss generated in each of the first and second switching element groups within a certain value. That is, it is possible to suppress the decrease in continuous operation time and the maximum torque due to the heat generated in the switching element and the inverter as much as possible by leveling the temperature rise that occurs every fixed time within a predetermined range. It becomes like this. As a result, stable motor control can be performed, and reliability for motor rotation control can be improved.

請求項2に係る本発明によると、切換え手段が、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満(例えば低速回転域)であると判定される間は、経過時間判定手段によって所定時間の経過が判定される毎に第1パルス生成手段による制御と第2パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータの低速回転時における、第1及び第2スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による第1及び第2スイッチング素子群毎での電力損失の増加が有効に抑えられ、パルス生成手段が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、低速時における安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。   According to the second aspect of the present invention, while the switching means determines that the rotation speed of the motor is less than a predetermined value (for example, the low speed rotation range) by the rotation speed determination means, the elapsed time determination means determines whether the predetermined time has elapsed. Since the control by the first pulse generation means and the control by the second pulse generation means are switched every time the progress is judged, the energization time in each of the first and second switching element groups during the low-speed rotation of the motor is increased. It becomes possible to suppress. That is, an increase in power loss in each of the first and second switching element groups due to an increase in energization time is effectively suppressed, and the temperature rise that occurs each time the pulse generating means is switched is adjusted within a predetermined range. Thus, it is possible to suppress the decrease in continuous operation time and the maximum torque due to heat generated in the switching element and the inverter as much as possible. As a result, stable motor control at low speed can be realized, and reliability for motor rotation control can be improved.

請求項3に係る本発明によると、切換え手段が、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満(例えば低速回転域)であると判定される間は、所定時間が経過される毎に第1パルス生成手段による制御と第2パルス生成手段による制御とを切換え、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値以上(例えば高速回転域)であると判定される間は、第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が正の範囲のときには第1パルス生成手段による制御に切換え、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が負の範囲のときには第2パルス生成手段による制御に切換えるので、モータの低速回転時においては、パルス生成手段を一定時間毎に切換えることによって第1及び第2スイッチング素子群での温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることができる。一方、それ以外の速度域においては、モータの回転角度毎にパルス生成手段を有効に切換えることによって第1及び第2スイッチング素子群の温度上昇を夫々所定の範囲内に抑えることができる。これにより、モータ制御時における、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになり、低速時及びそれ以外の速度域において、安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。   According to the third aspect of the present invention, while the switching means determines that the rotation speed of the motor is less than a predetermined value (for example, the low speed rotation range) by the rotation speed determination means, every time a predetermined time elapses. While the control by the first pulse generation means and the control by the second pulse generation means are switched and the rotation speed determination means determines that the rotation speed of the motor is not less than a predetermined value (for example, a high speed rotation range), the first to Among the voltage command values corresponding to the third phase, when the absolute value is the largest and the voltage command value is in the positive range, the control is switched to the control by the first pulse generating means, and the absolute value is the largest and the voltage command value is the negative. Since the control is switched to the control by the second pulse generating means when it is within the range, the first and second switching elements are switched by switching the pulse generating means at regular intervals during the low-speed rotation of the motor. Can be proportioned within the temperature increase each predetermined in the group. On the other hand, in other speed ranges, the temperature rise of the first and second switching element groups can be suppressed within a predetermined range by effectively switching the pulse generating means for each rotation angle of the motor. This makes it possible to suppress a decrease in continuous operation time and a decrease in maximum torque due to heat generated in the switching element and inverter during motor control, and it is stable at low speeds and other speed ranges. Motor control can be realized, and reliability for motor rotation control can be improved.

請求項4に係る本発明によると、温度判定手段が、上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、第1パルス生成手段による制御と第2パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータ制御を行なう際、常に2相変調方式を用いることによって、3相変調方式を用いる場合に比してスイッチングさせる素子の数が減少し、第1及び第2スイッチング素子群にて夫々生じるスイッチング損失(電力損失)が低減することで、各素子で生じる発熱が有効に抑制される。更に、2通りの変調方式を第1及び第2スイッチング素子群に生じる温度毎に交互に切換えてPWM信号を生成することにより、第1及び第2スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収めることができる。すなわち、一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、安定したモータ制御が行なわれると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, every time when the temperature determination unit determines that either the upper stage or the lower stage switching element is equal to or higher than the predetermined temperature, the control by the first pulse generation unit and the second pulse generation unit are performed. Therefore, when the motor control is performed, the two-phase modulation method is always used, so that the number of elements to be switched is reduced as compared with the case where the three-phase modulation method is used. By reducing the switching loss (power loss) generated in each group, the heat generated in each element is effectively suppressed. Further, by alternately switching the two modulation methods for each temperature generated in the first and second switching element groups and generating a PWM signal, the power loss generated in each of the first and second switching element groups is a constant value. Can fit within. That is, it is possible to suppress the decrease in continuous operation time and the maximum torque due to the heat generated in the switching element and the inverter as much as possible by leveling the temperature rise that occurs every fixed time within a predetermined range. It becomes like this. As a result, stable motor control can be performed, and reliability for motor rotation control can be improved.

請求項5に係る本発明によると、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満(例えば低速回転域)であると判定される間は、温度判定手段が第1及び第2スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、第1パルス生成手段による制御と第2パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータの低速回転時における、第1及び第2スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による第1及び第2スイッチング素子群毎での電力損失の増加が有効に抑えられ、パルス生成手段が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、低速時における安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, while the rotation speed determination means determines that the rotation speed of the motor is less than a predetermined value (for example, the low speed rotation range), the temperature determination means is the first and second switching elements. Each time it is determined that any one of the temperature is higher than the predetermined temperature, the control by the first pulse generation means and the control by the second pulse generation means are switched, so that the first and second switching elements at the time of low-speed rotation of the motor An increase in energization time for each group can be suppressed. That is, an increase in power loss in each of the first and second switching element groups due to an increase in energization time is effectively suppressed, and the temperature rise that occurs each time the pulse generating means is switched is adjusted within a predetermined range. Thus, it is possible to suppress the decrease in continuous operation time and the maximum torque due to heat generated in the switching element and the inverter as much as possible. As a result, stable motor control at low speed can be realized, and reliability for motor rotation control can be improved.

<第1の実施の形態>
以下、本発明の第1の実施の形態に係るモータ制御装置を図面に沿って説明する。図1は、第1の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a motor control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the motor control device according to the first embodiment.

本モータ制御装置1は、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第1及び第2スイッチング素子群からなる3相回路を有するインバータ3を備え、モータ2の第1、第2及び第3相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号をインバータ2に入力することでモータ2の制御を行なうように構成される。すなわち、モータ制御装置1は、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ3に入力する(送り込む)ことでブラシレスDCモータ2の制御を行なうものであり、回転速度検知手段(回転速度判定手段)5と、電圧指令値検知手段6と、タイマ検知手段(経過時間判定手段)7と、変調方式モード設定手段9と、変調方式設定手段(切換え手段)10と、パルス信号演算手段(第1パルス生成手段、第2パルス生成手段)11と、PWM信号生成手段(第1パルス生成手段、第2パルス生成手段)12とを備えている。また、図2に後述するように、インバータ3はその内部に3対の半導体スイッチング素子(以降、スイッチング素子と略す)を備えており、インバータ3の近傍には、不図示のインバータケースの内部温度を検出するためのサーミスタセンサ等の温度検出素子(不図示)が設けられている。   The motor control apparatus 1 includes an inverter 3 having a three-phase circuit including first and second switching element groups that generate waveform signals whose logics are opposite to each other, and the first, second, and third phases of the motor 2. The motor 2 is controlled by inputting a pulse width modulation signal generated based on the voltage command value to the inverter 2. That is, the motor control device 1 generates a pulse width modulation (PWM) signal and inputs (sends) it to the inverter 3 to control the brushless DC motor 2. Rotational speed determination means) 5, voltage command value detection means 6, timer detection means (elapsed time determination means) 7, modulation method mode setting means 9, modulation method setting means (switching means) 10, pulse signal calculation Means (first pulse generation means, second pulse generation means) 11 and PWM signal generation means (first pulse generation means, second pulse generation means) 12 are provided. As will be described later with reference to FIG. 2, the inverter 3 includes three pairs of semiconductor switching elements (hereinafter abbreviated as switching elements), and an internal temperature of an inverter case (not shown) is provided in the vicinity of the inverter 3. A temperature detection element (not shown) such as a thermistor sensor is provided.

回転速度検知手段5は、ブラシレスDCモータ2の現在の(つまり検知時点での)回転速度を、回転センサ等を用いて検知し、その検知信号を出力する。電圧指令値検知手段6は、与えられたトルク指令値から得られる電流指令値と実電流値とを比較し、これら電流指令値と実電流値とが一致するように演算した結果としての電圧指令値を検知する。電圧指令値は、ブラシレスDCモータ2の回転制御の基本とすべき値であり、ブラシレスDCモータ2のU相、V相及びW相からなる3相分の正弦波として生成される。タイマ検知手段7は、任意の時点から所定の時間間隔が経過したことを検知する。   The rotation speed detection means 5 detects the current rotation speed (that is, at the time of detection) of the brushless DC motor 2 using a rotation sensor or the like, and outputs a detection signal thereof. The voltage command value detection means 6 compares the current command value obtained from the given torque command value with the actual current value, and calculates the voltage command as a result of calculation so that these current command value and the actual current value match. Detect value. The voltage command value is a value that should be the basis of the rotation control of the brushless DC motor 2, and is generated as a sine wave for three phases including the U phase, the V phase, and the W phase of the brushless DC motor 2. The timer detection means 7 detects that a predetermined time interval has elapsed from an arbitrary time point.

変調方式モード設定手段9は、所定のモード設定又は回転速度検知手段5による検知結果に基づき、後述する2通りの変調方式モードのうちの何れに切換えるかの指令(モード指令)を発行する。この2通りの変調方式モードには、ブラシレスDCモータ2に与えられる3相分の電圧指令値のうち、その絶対値が最も大きい相に応じて2つの変調方式の切換えを行なう電圧指令値切換えモードと、一定時間が経過する毎に2つの変調方式の切換えを行なう一定時間切換えモードとがある。また、これら各モード内で夫々切換えられる2つの変調方式は、一方を上段還流型2相変調方式、他方を下段還流型2相変調方式とするが、その詳細は図3ないし図9にて後述する。   The modulation mode setting unit 9 issues a command (mode command) for switching to one of two modulation mode modes to be described later based on a predetermined mode setting or a detection result by the rotation speed detection unit 5. The two modulation method modes include a voltage command value switching mode for switching between two modulation methods in accordance with the phase having the largest absolute value among the voltage command values for three phases given to the brushless DC motor 2. And a constant time switching mode in which the two modulation methods are switched every time a certain time elapses. In addition, two modulation systems that can be switched in each of these modes are an upper-stage reflux type two-phase modulation system and one of them is a lower-stage reflux type two-phase modulation system, the details of which will be described later with reference to FIGS. To do.

上述した変調方式モード設定手段9は、回転速度検知手段5によって検知されたモータ2の回転数が所定の値(例えば、100rpm)以上であること(高速域であること)を判定した時点で、電圧指令値切換えモードに切換える旨の信号を変調方式設定手段10に送信する。また、モータ2の回転数が所定の値未満である(低速域である)と判定した時点においては、一定時間切換えモードに切換える旨の信号を変調方式設定手段10に送信する。上記した各モード指令は、切換え後のスイッチング周期(以下、パルス生成区間とも言う)T(図3及び図6参照)の直前のパルス生成区間Tでのパルス生成中に発行される。 When the above-described modulation method mode setting means 9 determines that the rotational speed of the motor 2 detected by the rotational speed detection means 5 is a predetermined value (for example, 100 rpm) or more (that is, a high speed range), A signal for switching to the voltage command value switching mode is transmitted to the modulation method setting means 10. Further, when it is determined that the rotation speed of the motor 2 is less than a predetermined value (a low speed range), a signal for switching to the constant time switching mode is transmitted to the modulation method setting means 10. Each mode command described above is issued during pulse generation in the pulse generation period T c immediately before the switching period after switching (hereinafter also referred to as pulse generation period) T c (see FIGS. 3 and 6).

変調方式設定手段10は、上述したモード指令が電圧指令値切換えモードのとき、電圧指令値検知手段6からの3相分の電圧指令値のうち、正の値であって且つ絶対値が最も大きい相がある場合に、上段還流型2相変調方式に切換える旨の指令(切換え指令)をパルス信号演算手段11に送信する。また、電圧指令値検知手段6からの3相分の電圧指令値のうち、負の値であって且つ絶対値が最も大きい相がある場合には、下段還流型2相変調方式に切換える旨の切換え指令をパルス信号演算手段11に送信する。   When the above-described mode command is the voltage command value switching mode, the modulation method setting unit 10 is a positive value and has the largest absolute value among the voltage command values for three phases from the voltage command value detection unit 6. When there is a phase, a command (switching command) for switching to the upper-stage reflux type two-phase modulation method is transmitted to the pulse signal computing means 11. Further, when there is a phase that is a negative value and has the largest absolute value among the voltage command values for three phases from the voltage command value detection means 6, it is switched to the lower-stage reflux type two-phase modulation method. A switching command is transmitted to the pulse signal calculation means 11.

また、変調方式設定手段10は、上述したモード指令が一定時間切換えモードである場合に、タイマ検知手段7によって所定の時間間隔が検知された際には、その時点まで有効となっていた変調方式を他方の変調方式に切換える切換え指令を、パルス信号演算手段11に送信する。例えば、それまで上段還流型2相変調方式による制御が有効となっていた場合には、その時点から下段還流型2相変調方式による制御に切換える旨の切換え指令を送信する。   Further, when the mode command described above is the fixed time switching mode, the modulation method setting means 10 is the modulation method that has been valid until that time when the timer detection means 7 detects a predetermined time interval. Is sent to the pulse signal computing means 11 to switch to the other modulation method. For example, when the control by the upper-stage reflux type two-phase modulation method has been effective so far, a switching command for switching to the control by the lower-stage reflux type two-phase modulation method is transmitted from that point.

パルス信号演算手段11は、変調方式設定手段10から送信された切換え指令に基づき、所要のパルス幅変調信号(PWM信号)を演算し、上段又は下段還流型2相変調方式によるPWM信号に関してのパルス幅及びタイミング等に基づく制御指令を、PWM信号生成手段12に送信する。このパルス信号演算手段11による演算は、上段あるいは下段還流型2相変調方式を切換えるべきパルス生成区間Tの実施直前のタイミングで行なわれるもので、本モータ制御装置1が車輌に搭載されると想定した場合には、アクセルの踏み込み操作等に対応して行なわれることになる。 The pulse signal calculation means 11 calculates a required pulse width modulation signal (PWM signal) based on the switching command transmitted from the modulation method setting means 10, and pulses related to the PWM signal by the upper or lower reflux type two-phase modulation method. A control command based on the width and timing is transmitted to the PWM signal generation unit 12. The calculation by the pulse signal calculation means 11 is performed at a timing immediately before the execution of the pulse generation section Tc in which the upper stage or lower stage reflux type two-phase modulation system should be switched. When the motor control apparatus 1 is mounted on a vehicle. If it is assumed, it is performed in response to an accelerator depression operation or the like.

PWM信号生成手段12は、パルス信号演算手段11からの制御指令に基づき、その時点で有効となっている上段又は下段還流型2相変調方式に応じたPWM信号を生成し、インバータ3内の所要のスイッチング素子に入力する(送り込む)。このPWM信号の入力に基づき、図2に示すインバータ3内に実装される3相のスイッチング回路13が3相交流電圧を生成する。ブラシレスDCモータ2は、この3相交流電圧が印加されることによって回転制御されることとなる。   The PWM signal generation means 12 generates a PWM signal corresponding to the upper stage or lower stage reflux type two-phase modulation system which is effective at that time based on the control command from the pulse signal calculation means 11, Is input (sent into) the switching element. Based on this PWM signal input, the three-phase switching circuit 13 mounted in the inverter 3 shown in FIG. 2 generates a three-phase AC voltage. The brushless DC motor 2 is rotationally controlled by applying the three-phase AC voltage.

ここで、インバータ3内部に実装される3相のスイッチング回路13について図2を用いて説明する。図2は、インバータ内のモータ制御を行なうスイッチング回路を示す結線図である。   Here, the three-phase switching circuit 13 mounted in the inverter 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a connection diagram showing a switching circuit that performs motor control in the inverter.

図2に示す回路は、インバータ3の主回路内に実装される3相のスイッチング回路であり、バッテリ等からの直流電圧を3相交流電圧に変換する機能を備える。スイッチング回路13は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子からなるトランジスタを、a1及びa2の対、b1及びb2の対、c1及びc2の各対として夫々直列に組み合わせたトランジスタ対p1,p2,p3を、3組並列に接続されることで3相回路をなしている。   The circuit shown in FIG. 2 is a three-phase switching circuit mounted in the main circuit of the inverter 3 and has a function of converting a DC voltage from a battery or the like into a three-phase AC voltage. The switching circuit 13 is a transistor pair in which transistors composed of switching elements such as bipolar transistors and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are combined in series as a pair of a1 and a2, a pair of b1 and b2, and a pair of c1 and c2, respectively. Three sets of p1, p2, and p3 are connected in parallel to form a three-phase circuit.

そして、トランジスタ対p1,p2,p3毎に接続されている2つのトランジスタ間の各ノードは、ブラシレスDCモータ2のU相、V相、W相端子に夫々結線されており、各トランジスタ対からブラシレスDCモータ2へ、あるいはブラシレスDCモータ2から各トランジスタ対へ、と通電される。また、トランジスタa1,a2,b1,b2,c1,c2には、これらと並列の位置に各トランジスタを保護する機能を有するダイオードda1,da2,db1,db2,dc1,dc2が接続されており、これらダイオードは、ブラシレスDCモータ2の逆起電力等により生じた電流を回避させることで、各トランジスタを保護するように働く。   Each node between the two transistors connected to each of the transistor pairs p1, p2, and p3 is connected to the U-phase, V-phase, and W-phase terminals of the brushless DC motor 2, respectively. Electricity is supplied to the DC motor 2 or from the brushless DC motor 2 to each transistor pair. The transistors a1, a2, b1, b2, c1, c2 are connected to diodes da1, da2, db1, db2, dc1, dc2 having a function of protecting each transistor in parallel with these transistors. The diode works to protect each transistor by avoiding a current generated by the back electromotive force of the brushless DC motor 2 or the like.

なお、以降記載する本実施の形態及び第2の実施の形態においては、スイッチング素子群A(第1スイッチング素子群)に含まれる3つのトランジスタa1,b1,c1を、3相回路の上段に属するスイッチング素子として「上段スイッチング素子」と記載する。また、スイッチング素子群B(第2スイッチング素子群)に含まれる3つのトランジスタa2,b2,c2を、3相回路の下段に属するスイッチング素子として「下段スイッチング素子」と記載する。また、単にスイッチング素子と記載した場合には、上記トランジスタa1,a2,b1,b2,c1,c2の全体を総称して指す場合と、一般名称としての単体のスイッチング素子を指す場合とがあるものとする。   In the present embodiment and the second embodiment described below, the three transistors a1, b1, and c1 included in the switching element group A (first switching element group) belong to the upper stage of the three-phase circuit. The switching element is described as “upper stage switching element”. Further, the three transistors a2, b2, and c2 included in the switching element group B (second switching element group) are described as “lower switching elements” as switching elements belonging to the lower stage of the three-phase circuit. In addition, when simply described as a switching element, the transistor a1, a2, b1, b2, c1, and c2 may be collectively referred to, or a general switching element may be referred to as a single switching element. And

本第1の実施の形態においては、上段還流型2相変調方式及び下段還流型2相変調方式に基づいてPWM信号生成手段12がPWM信号を生成し、このPWM信号が上記スイッチング回路13が有するトランジスタa1,a2,b1,b2,c1,c2に入力される(送り込まれる)ことで、各スイッチングの制御が行われる。   In the first embodiment, the PWM signal generating means 12 generates a PWM signal based on the upper-stage reflux type two-phase modulation method and the lower-stage return type two-phase modulation method, and the PWM signal is included in the switching circuit 13. Each switching is controlled by being input (sent into) the transistors a1, a2, b1, b2, c1, and c2.

次いで、PWM信号を生成する際の変調方式である上段還流型2相変調方式及び下段還流型2相変調方式について、図3ないし図8に沿って説明する。   Next, an upper-stage reflux type two-phase modulation method and a lower-stage reflux type two-phase modulation method, which are modulation methods for generating a PWM signal, will be described with reference to FIGS.

図3は、上段還流型2相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。図3には、上記スイッチング周期としてのPWMキャリア期間(パルス生成区間)Tを1パルスとするPWM信号の第1相(a相)、第2相(b相)及び第3相(c相)の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子の状態が示されている。これらスイッチング素子の状態は、ハイレベルのときにオンになり、ローレベルのときにオフとなるものとする。なお、上記したa相、b相、c相は、その時点で与えられる電圧指令値によって、ブラシレスDCモータ2の各U相、V相、W相の中から該当するものが割当てられる。 FIG. 3 is a timing chart showing an example of the switch states of the upper and lower stages of each phase in the upper-stage reflux type two-phase modulation method. FIG. 3 shows a first phase (a phase), a second phase (b phase), and a third phase (c phase) of a PWM signal having a PWM carrier period (pulse generation period) T c as the switching period as one pulse. The state of each switching element of the upper stage and lower stage switching element groups) is shown. These switching elements are turned on when the level is high and turned off when the level is low. Note that the a-phase, b-phase, and c-phase are assigned to the U-phase, V-phase, and W-phase of the brushless DC motor 2 according to the voltage command value given at that time.

まず、上段還流型2相変調方式では、ブラシレスDCモータ2が有するU相ないしW相の3相の中から、電圧指令値が正に最も大きく指令されている相の上段スイッチング素子の中の1つの状態を100%オン状態(通電状態)とし、図3においてはこれをa相とする。そして、a,b,c相に指令される電圧指令値は、夫々Va,Vb,Vcであるとし、これらがVa>Vb>Vcの関係にあるとき、図3に示したようなタイミングチャートとして表わされる。   First, in the upper-stage reflux type two-phase modulation system, one of the upper-stage switching elements in which the voltage command value is commanded to be the largest positive among the three phases U-phase or W-phase that the brushless DC motor 2 has. One state is set to 100% ON state (energized state), and in FIG. The voltage command values commanded to the a, b, and c phases are Va, Vb, and Vc, respectively. When these are in the relationship of Va> Vb> Vc, the timing chart as shown in FIG. Represented.

図3において、a,b,c各相の上段スイッチング素子のうち1相だけがオンとなる時間をt、2相がオンとなる時間をt、3相全てがオンとなる時間をtとする。このt〜tの各時間中に出力されるa,b,c相毎の各電圧を、Va1,Vb1,Vc1(t時間)、Va2,Vb2,Vc2(t時間)、Va3,Vb3,Vc3(t時間)とし、インバータ入力電圧をVDCとした場合、各電圧は夫々以下の式(1)ないし式(9)で求まる値となる。 In FIG. 3, the time when only one phase is turned on among the upper switching elements of the a, b, and c phases is t 1 , the time when the two phases are on is t 2 , and the time when all the three phases are on is t 3 . The voltages a, b, and c output during the respective times t 1 to t 3 are expressed as V a1 , V b1 , V c1 (t 1 hour), V a2 , V b2 , V c2 (t 2 hours), V a3 , V b3 , V c3 (t 3 hours), and when the inverter input voltage is V DC , each voltage is a value obtained by the following equations (1) to (9).

Figure 0004426433
Figure 0004426433

これにより、パルス生成区間Tの間に出力される各相の電圧の平均値V,V,Vは、以下の式(10)ないし式(12)で求まる値となる。 As a result, the average values V a , V b , and V c of the voltages of the respective phases that are output during the pulse generation period T c are values obtained by the following equations (10) to (12).

Figure 0004426433
Figure 0004426433

また、各相の電圧指令値が与えられたときの各相の上段オン時間t,t,tは、以下の式(13)ないし式(15)より、 Further, the upper on-time t a , t b , and t c of each phase when the voltage command value of each phase is given can be obtained from the following equations (13) to (15):

Figure 0004426433
Figure 0004426433

以下の式(16)ないし式(18)となり、   The following equations (16) to (18) are obtained.

Figure 0004426433
Figure 0004426433

これらによってa,b,c各相の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン/オフ状態がパルス波形として導かれる。   As a result, the on / off states of the switching elements in the upper and lower switching element groups of the a, b, and c phases are derived as pulse waveforms.

ここで、上段還流型2相変調方式におけるa,b,c相の各電圧指令値と、図3に示したa,b,c相の各パルス波形のオン状態の時間との関係を説明する。   Here, the relationship between the voltage command values of the a, b, and c phases in the upper-stage reflux type two-phase modulation method and the on-state time of each pulse waveform of the a, b, and c phases shown in FIG. 3 will be described. .

図4は、a,b,c相への各電圧指令値及び上段還流型2相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。図4の上側のグラフでは、縦軸が電圧指令値であり、横軸は時間である。図4の下側のグラフでは、縦軸がデューティを示し、横軸は時間である。なお、デューティとは、図3に示したタイミングチャートにおける各a,b,c相のオン状態の時間をパルス生成区間Tで除算した値をいう。また、グラフ横軸の幅は、図4の上側のグラフにおける各電圧指令値の1周期分の長さとして示されている。 FIG. 4 is a graph showing an example of voltage command values for the a, b, and c phases and the duty in the upper-stage reflux type two-phase modulation. In the upper graph of FIG. 4, the vertical axis is a voltage command value, and the horizontal axis is time. In the lower graph of FIG. 4, the vertical axis represents the duty and the horizontal axis represents time. Note that the duty is a value obtained by dividing the on-state time of each of the a, b, and c phases in the timing chart shown in FIG. 3 by the pulse generation interval Tc . The width of the horizontal axis of the graph is shown as the length of one cycle of each voltage command value in the upper graph of FIG.

ブラシレスDCモータ2等のモータでは、回転速度やトルク等の目標値が与えられると、これに従って速度指令値や電圧指令値等が求められ、回転速度やトルクが制御される。本実施形態におけるブラシレスDCモータ2の場合には、まずトルク指令値が与えられ、他のバッテリ電圧やロータ回転数と共に演算されることで電流指令値を得る。一方、電流センサ等から得られるモータ電流とロータ位置情報とから、その時点で通電している実電流値を得る。そして、これら時間的な推移変化に応じた操作量となる電流指令値と実電流値とを比較し、実電流値が電流指令値に一致するように、PI(Proportion Integral)制御によるフィードバック制御等を用いて電圧指令値が演算される。   In a motor such as the brushless DC motor 2, when a target value such as a rotational speed or torque is given, a speed command value, a voltage command value, or the like is obtained in accordance with the target value, and the rotational speed or torque is controlled. In the case of the brushless DC motor 2 in the present embodiment, a torque command value is first given, and a current command value is obtained by being calculated together with other battery voltages and the rotor rotational speed. On the other hand, the actual current value energized at that time is obtained from the motor current obtained from the current sensor or the like and the rotor position information. Then, a current command value that is an operation amount corresponding to the temporal change and the actual current value are compared, and feedback control by PI (Proportion Integral) control or the like so that the actual current value matches the current command value. Is used to calculate the voltage command value.

図4の上側のグラフは、上記のように演算された電圧指令値の一例である。正弦波LN1aはa相に対する電圧指令値、正弦波LN2aはb相に対する電圧指令値、正弦波LN3aはc相に対する電圧指令値であり、この順に120度ずつ位相が進んでいる。また、範囲RAには、a相の電圧指令値が正に最も大きな値をとる範囲が示されており、図3に示したタイミングチャートのパルス波形が生成される時点もこの範囲内に含まれる。   The upper graph in FIG. 4 is an example of the voltage command value calculated as described above. The sine wave LN1a is a voltage command value for the a phase, the sine wave LN2a is a voltage command value for the b phase, and the sine wave LN3a is a voltage command value for the c phase, and the phase advances 120 degrees in this order. Further, the range RA shows a range where the a-phase voltage command value takes the largest positive value, and the time point when the pulse waveform of the timing chart shown in FIG. 3 is generated is also included in this range. .

一方、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づいて生成されるパルス波形のデューティが示されている。例えば、下側のグラフの範囲RAには、図3のタイミングチャートからも明らかなように、デューティが100%であるa相上段のオン時間がラインLN1bで示されている。そして、上段のグラフに示す電圧指令に合わせて、範囲RA以降は引き続きb相、c相の上段オン時間が、夫々ラインLN2b、ラインLN3bとして示される。   On the other hand, the lower graph shows the duty of the pulse waveform generated based on the voltage command shown in the upper graph. For example, in the range RA of the lower graph, as is apparent from the timing chart of FIG. 3, the on-time of the upper phase of the a phase with a duty of 100% is indicated by a line LN1b. Then, in accordance with the voltage command shown in the upper graph, after the range RA, the upper on time of the b-phase and the c-phase is indicated as the line LN2b and the line LN3b, respectively.

なお、上段還流型2相変調方式においては、図3に示すt時間の各出力電圧が0となり、モータの逆起電力に起因した還流が発生する。 In the upper reflux type two-phase modulation scheme, each output voltage of the t 3 hours shown in FIG. 3 0, reflux due to counter electromotive force of the motor is generated.

図5は、上段還流型2相変調方式における還流の一例を示す回路図である。上段還流型2相変調方式ではa,b,c全相の上段がオン(ON)状態となるt時間に、図5に示す各相の上段スイッチング素子を経由する還流電流blineが流れる。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of reflux in the upper-stage reflux type two-phase modulation method. A is in the upper reflux type 2-phase modulation method, b, the t 3 hours upper c all phases are turned on (ON) state, it flows return current bline passing through the upper stage switching element of each phase shown in FIG.

次に、下段還流型2相変調方式について説明する。   Next, the lower-stage reflux type two-phase modulation method will be described.

図6は、下段還流型2相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。図6には、図3と同様の各スイッチング素子の状態が示されている。なお、上記したa相、b相、c相は、その時点で与えられる電圧指令値によって、ブラシレスDCモータ2の各U相、V相、W相の中から該当するものが割当てられる。   FIG. 6 is a timing chart showing an example of the switch states of the upper and lower stages of each phase in the lower-stage reflux type two-phase modulation method. FIG. 6 shows the state of each switching element similar to FIG. Note that the a-phase, b-phase, and c-phase are assigned to the U-phase, V-phase, and W-phase of the brushless DC motor 2 according to the voltage command value given at that time.

まず、下段還流型2相変調方式では、ブラシレスDCモータ2が有するU相ないしW相の3相の中から、電圧指令値が負に最も小さく指令されている相の上段スイッチング素子の中の1つの状態を100%オフ状態(休止状態)とし、図6においてはこれをc相とする。そして、a,b,c相に指令される電圧指令値は、夫々Va,Vb,Vcであるとし、これらがVa>Vb>Vcの関係にあるとき、図6に示したようなタイミングチャートとして表わされる。   First, in the lower-stage reflux type two-phase modulation method, one of the upper switching elements of the phase in which the voltage command value is commanded to be the smallest negative among the three phases U-phase or W-phase that the brushless DC motor 2 has. One state is defined as a 100% off state (rest state), and in FIG. The voltage command values commanded to the a, b, and c phases are Va, Vb, and Vc, respectively. When these are in the relationship of Va> Vb> Vc, the timing chart as shown in FIG. Represented.

図6において、a,b,c各相の上段スイッチング素子のうち1相だけがオンとなる時間をt、2相がオンとなる時間をt、3相ともオンしない時間をtとする。このt〜tの各時間中に出力されるa,b,c相毎の各電圧は、Va1,Vb1,Vc1(t時間)、Va2,Vb2,Vc2(t時間)、Va0,Vb0,Vc0(t時間)とし、インバータ入力電圧をVDCとした場合、上記した各電圧は夫々以下の式(19)ないし式(27)で求まる値となる。 In FIG. 6, the time when only one phase is turned on among the upper switching elements of the respective phases a, b and c is t 1 , the time when the two phases are turned on is t 2 , and the time when both the three phases are not turned on is t 0 . To do. The voltages for the a, b, and c phases output during each time from t 0 to t 2 are V a1 , V b1 , V c1 (t 1 hour), V a2 , V b2 , V c2 (t 2 hours), V a0 , V b0 , V c0 (t 0 hours), and the inverter input voltage is V DC , the voltages described above are values obtained by the following equations (19) to (27), respectively. Become.

Figure 0004426433
Figure 0004426433

これにより、パルス生成区間Tの間に出力される各相の電圧の平均値V,V,Vは、以下の式(28)ないし式(30)で求まる値となる。 As a result, the average values V a , V b , and V c of the voltages of the respective phases that are output during the pulse generation period T c are values obtained by the following expressions (28) to (30).

Figure 0004426433
Figure 0004426433

また、各相の電圧指令値が与えられたときの各相の上段オン時間t,t,tは、以下の式(31)ないし式(33)より、 Further, the upper on-time t a , t b , and t c of each phase when the voltage command value of each phase is given can be obtained from the following equations (31) to (33):

Figure 0004426433
Figure 0004426433

以下の式(34)ないし式(36)となり、   The following equations (34) to (36) are obtained.

Figure 0004426433
Figure 0004426433

これらによってa,b,c各相の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン/オフ状態がパルス波形として導かれる。   As a result, the on / off states of the switching elements in the upper and lower switching element groups of the a, b, and c phases are derived as pulse waveforms.

ここで、下段還流型2相変調方式におけるa,b,c相の各電圧指令値と、a,b,c相の各パルス波形のオン状態の時間との関係を説明する。   Here, the relationship between the voltage command values of the a, b, and c phases in the lower-stage reflux type two-phase modulation method and the on-state time of each pulse waveform of the a, b, and c phases will be described.

図7は、a,b,c相への各電圧指令値及び下段還流型2相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。グラフの座標軸の設定については図4と同様であるため図4の説明を援用する。   FIG. 7 is a graph showing an example of the voltage command values for the a, b, and c phases and the duty in the lower-stage reflux type two-phase modulation. Since the setting of the coordinate axes of the graph is the same as in FIG. 4, the description of FIG. 4 is used.

図7の上側のグラフには、電圧指令値の一例が示されている。正弦波LN4aはa相に対する電圧指令値、正弦波LN5aはb相に対する電圧指令値、正弦波LN6aはc相に対する電圧指令値であり、この順に120度ずつ位相が進んでいる。また、範囲RBには、c相の電圧指令値が負に最も大きな値をとる範囲が示されており、図6に示したタイミングチャートのパルス波形が生成される時点もこの範囲内に含まれる。 An example of the voltage command value is shown in the upper graph of FIG. The sine wave LN4a is a voltage command value for the a phase, the sine wave LN5a is a voltage command value for the b phase, and the sine wave LN6a is a voltage command value for the c phase, and the phase advances by 120 degrees in this order. Further, the range RB 1 shows a range in which the c-phase voltage command value takes the largest negative value, and the time point when the pulse waveform of the timing chart shown in FIG. 6 is generated is also included in this range. It is.

一方、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づいて生成されるパルス波形のデューティが示されている。例えば、下側のグラフの範囲RBには、図6のタイミングチャートからも明らかなように、デューティが0%であるc相上段のオフ時間がラインLN6bで示されている。そして、上側のグラフに示す電圧指令に合わせて、範囲RBより前の範囲RBにはb相の上段オフ時間が示され、範囲RB以降の範囲RBにはa相の上段オフ時間が示されている。 On the other hand, the lower graph shows the duty of the pulse waveform generated based on the voltage command shown in the upper graph. For example, the range RB 1 in the lower graph, as is apparent from the timing chart of FIG. 6, the off time of the c-phase upper duty of 0% is indicated by line LN6b. Then, in accordance with the voltage command shown in the upper graph, the range RB 2 before the range RB 1 shows the b-phase upper off time, and the range RB 3 after the range RB 1 shows the a phase upper off time. It is shown.

なお、下段還流型2相変調方式においては、図6に示すt時間の各出力電圧が0となり、モータの逆起電力に起因した還流が発生する。図8は、下段還流型2相変調方式における還流の一例を示す回路図である。下段還流型2相変調方式では、a,b,c全相の上段がオフ(OFF)状態となるt時間に、図8に示す各相の下段スイッチング素子を経由する還流電流blineが流れる。 In the lower-stage reflux type two-phase modulation method, each output voltage at time t 0 shown in FIG. 6 becomes 0, and reflux due to the counter electromotive force of the motor occurs. FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of reflux in the lower-stage reflux type two-phase modulation method. In the lower-stage reflux type two-phase modulation method, the reflux current bline flows through the lower-stage switching element of each phase shown in FIG. 8 at time t 0 when the upper stages of all phases a, b, and c are turned off.

次に、上述した上段還流型2相変調方式及び下段還流型2相変調方式の2つの切換えについて説明する。   Next, two switching between the above-described upper reflux type two-phase modulation method and lower stage reflux type two-phase modulation method will be described.

図9は、a,b,c相への各電圧指令値と、それに基づく上段及び下段還流型2相変調を交互に用いたデューティの一例を示すグラフである。グラフの座標軸の設定については図4と同様であり、図4の説明を援用する。   FIG. 9 is a graph showing an example of the duty using each voltage command value for the a, b, and c phases and the upper and lower reflux type two-phase modulation based on the voltage command values alternately. The setting of the coordinate axes of the graph is the same as in FIG. 4, and the description of FIG.

図9の上側のグラフには、電圧指令値の一例が示されている。正弦波LN7aはa相に対する電圧指令値、正弦波LN8aはb相に対する電圧指令値、正弦波LN9aはc相に対する電圧指令値とし、この順に120度ずつ位相が進んでいる。また、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づき、上段及び下段還流型2相変調が交互に切換えられて生成されるパルス波形のデューティが示されている。   An example of the voltage command value is shown in the upper graph of FIG. The sine wave LN7a is a voltage command value for the a phase, the sine wave LN8a is a voltage command value for the b phase, and the sine wave LN9a is a voltage command value for the c phase. The lower graph shows the duty of the pulse waveform generated by alternately switching the upper and lower reflux type two-phase modulation based on the voltage command shown in the upper graph.

上側のグラフにおける範囲RCは、b相の電圧指令値が負に最も大きな値をとる範囲であることから、当該範囲は下段還流型2相変調により変調され(図の下部において下段還流と記載)、下側のグラフに示されるようなb相のデューティが0%のオフ状態となる。次に、範囲RCは、a相の電圧指令値が正に最も大きな値をとる範囲であることから、当該範囲は上段還流型2相変調により変調され(図の下部において上段還流と記載)、下側のグラフに示されるようなa相のデューティが100%のオン状態となる。続く、範囲RC以降、範囲RCまで、上段又は下段還流型2相変調方式が交互に切換わる。このように、ブラシレスDCモータ2が一定速度で回転している間の各相の電圧指令値は、図9の上側のグラフに示したような正弦波となり、これらの電圧指令値に基づいて上段及び下段還流型2相変調を適用すると、1/6周期(すなわち、モータの回転角度では60度)毎に上段及び下段還流型2相変調方式が交互に切換わる。 The range RC 1 in the upper graph is a range in which the b-phase voltage command value takes the largest negative value. Therefore, the range is modulated by lower-stage reflux type two-phase modulation (described as lower-stage reflux in the lower part of the figure). ), And the b-phase duty is 0% as shown in the lower graph. Next, since the range RC 2 is a range in which the voltage command value of the a phase takes the largest positive value, the range is modulated by upper-stage reflux type two-phase modulation (described as upper-stage reflux in the lower part of the figure). As shown in the lower graph, the a-phase duty is turned on at 100%. Subsequently, the upper stage or the lower stage reflux type two-phase modulation method is alternately switched from the range RC 3 to the range RC 6 . As described above, the voltage command value of each phase while the brushless DC motor 2 is rotating at a constant speed becomes a sine wave as shown in the upper graph of FIG. 9, and based on these voltage command values, the upper stage When the lower-stage reflux type two-phase modulation is applied, the upper-stage and lower-stage reflux type two-phase modulation methods are alternately switched every 1/6 period (that is, 60 degrees in the rotation angle of the motor).

なお、上段還流型2相変調方式と下段還流型2相変調方式とは、上述したような切換えを行なわず、いかなる場合においても任意に選択し、適用させることができる。但し、スイッチング素子に生じるスイッチング損失を低減するためには、上述したように上段還流型2相変調方式と下段還流型2相変調方式とを交互に切換えた方がよい。   The upper-stage reflux type two-phase modulation system and the lower-stage reflux type two-phase modulation system can be arbitrarily selected and applied in any case without performing the switching as described above. However, in order to reduce the switching loss generated in the switching element, it is better to alternately switch the upper-stage reflux type two-phase modulation method and the lower-stage reflux type two-phase modulation method as described above.

上記したスイッチング素子に生じるスイッチング損失は、各素子に印加される電圧と各素子に流れる電流との積に比例する。このことから、スイッチング損失を低減するためには、ブラシレスDCモータ2の各相に流す電流のうち、最も大きな電流を流す相のスイッチング素子のオン/オフを切換えないようにする(すなわち、スイッチング素子の切換えを停止させる)ことが望ましい。   The switching loss generated in the switching element is proportional to the product of the voltage applied to each element and the current flowing through each element. Therefore, in order to reduce the switching loss, the switching element of the phase through which the largest current among the currents flowing through each phase of the brushless DC motor 2 is not switched on / off (that is, the switching element) It is desirable to stop the switching of

そこで、電圧指令値の位相とブラシレスDCモータ2に流す電流との位相が略等しいとみなし、電圧指令値の絶対値が最も大きい相のスイッチング素子の切換えを停止させる。このとき、停止させる相の電圧指令値の正弦波が正の範囲にある場合、この相の電圧指令値の絶対値は最も大きく且つ正の値となるため、上段還流型2相変調を用いてスイッチング素子の切換えを停止させる。一方、停止させる相の電圧指令値の正弦波が負の範囲にある場合、この相の電圧指令値の絶対値は最も小さく且つ負の値となるため、下段還流型2相変調を用いてスイッチング素子の切換えを停止させる。これにより、スイッチング損失の低減を図る際には、上段還流型2相変調と下段還流型2相変調とを交互に切換えた方がよいこととなる。   Therefore, it is assumed that the phase of the voltage command value and the phase of the current flowing through the brushless DC motor 2 are substantially equal, and switching of the switching element of the phase having the largest absolute value of the voltage command value is stopped. At this time, if the sine wave of the voltage command value of the phase to be stopped is in the positive range, the absolute value of the voltage command value of this phase is the largest and positive value. The switching of the switching element is stopped. On the other hand, when the sine wave of the voltage command value of the phase to be stopped is in the negative range, the absolute value of the voltage command value of this phase is the smallest and negative value, so switching is performed using lower-stage reflux type two-phase modulation. Stop switching the element. As a result, when reducing the switching loss, it is better to alternately switch the upper-stage reflux type two-phase modulation and the lower-stage reflux type two-phase modulation.

次に、上段及び下段還流型2相変調時に発生する還流電流に起因したスイッチング素子の温度上昇について、図10及び図11を用いて説明する。   Next, the temperature rise of the switching element due to the reflux current generated during the upper-stage and lower-stage reflux type two-phase modulation will be described with reference to FIGS.

図9に示したように、上段還流型2相変調方式では、出力電圧が0の際に上段スイッチング素子で電流が還流する。従って、下段スイッチング素子よりも上段スイッチング素子での通電率が高くなり、上段スイッチング素子の発熱が大きくなる。逆に、下段還流型2相変調では、上段スイッチング素子よりも下段スイッチング素子での通電率が高くなるため、下段スイッチング素子の発熱が大きくなる。   As shown in FIG. 9, in the upper-stage reflux type two-phase modulation method, when the output voltage is 0, current flows back through the upper-stage switching element. Therefore, the energization rate in the upper switching element is higher than that in the lower switching element, and the heat generation in the upper switching element is increased. On the other hand, in the lower-stage reflux type two-phase modulation, the energization rate in the lower-stage switching element is higher than that in the upper-stage switching element, so that the lower-stage switching element generates more heat.

以上のことを、モータが所定の回転数以上で且つ一定回転している際のグラフとして表わすと図10のようになる。図10は、変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。   The above can be expressed as a graph when the motor is rotating at a predetermined rotation speed or higher and at a constant rotation as shown in FIG. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the switching of the modulation method and the temperature rise of the upper and lower switching elements.

図10の上側のグラフには、モータのU,V,W相へ与えられる各電圧指令値の正弦波が示され、左端のグラフ開始位置からモータの回転角度である60度の範囲毎に、グラフ上部に示すように下段還流型2相変調と上段還流型2相変調とが交互に切換えられている。そして、下側のグラフには、上段のグラフのタイミングに合わせて上段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線lnと、下段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線lnとが示されている。 The upper graph of FIG. 10 shows the sine wave of each voltage command value given to the U, V, and W phases of the motor. For each range of 60 degrees that is the rotation angle of the motor from the graph start position on the left end, As shown in the upper part of the graph, the lower-stage reflux type two-phase modulation and the upper-stage reflux type two-phase modulation are alternately switched. The lower graph shows a polygonal line ln 1 indicating the temperature change of the upper switching element and a polygonal line ln 2 indicating the temperature change of the lower switching element in accordance with the timing of the upper graph.

図10に示されるように、下段還流型2相変調が適用されている際には、折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度が減少する。逆に、上段還流型2相変調が適用されている際には、折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度が減少する。このように、上段還流型2相変調と下段還流型2相変調とが交互に切換わることによって、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子の何れの温度も温度制限値Limを超過することがない。 As shown in FIG. 10, when the lower-stage reflux type two-phase modulation is applied, the temperature of the lower switching element indicated by the broken line ln 2 rises, and the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 1 during that time. Decrease. On the contrary, when the upper-stage reflux type two-phase modulation is applied, the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 1 rises, and the temperature of the lower switching element indicated by the broken line ln 2 decreases. Thus, by alternately switching between the upper-stage reflux type two-phase modulation and the lower-stage reflux type two-phase modulation, the temperature of either the upper stage switching element or the lower stage switching element does not exceed the temperature limit value Lim.

次いで、モータが低速で回転された場合には、図11に示すようなグラフとなる。図11は、モータの低速域での変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。   Next, when the motor is rotated at a low speed, a graph as shown in FIG. 11 is obtained. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the switching of the modulation method in the low speed region of the motor and the temperature rise of the upper and lower switching elements.

図11では、図10のときと同様、上段還流型2相変調が適用されている際には、折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度が減少する。逆に、下段還流型2相変調が適用されている際には、折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度が減少することが示されている。 In FIG. 11, as in FIG. 10, when the upper-stage reflux type two-phase modulation is applied, the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 3 rises, and the lower switching element indicated by the broken line ln 4 in the meantime. Decreases in temperature. Conversely, when the lower-stage reflux type two-phase modulation is applied, the temperature of the lower switching element indicated by the broken line ln 4 rises, and the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 3 decreases during this time. Has been.

しかし、図11のグラフは、モータの低速回転時の態様であり、図10のグラフに比して電圧指令値の1周期の長さが長くなる。電圧指令値の周波数は、モータの回転速度に比例するため、モータが低速回転すると電圧指令値の周期が長くなる。モータが低速回転する場合には、同じ変調方式が継続される時間が増加し、その増加した時間分の温度上昇を招くこととなり、下側のグラフに示す温度制限値Limを超えてしまうという問題が生じる。本発明は、このようなモータの低速回転時における上段及び下段スイッチング素子に発生する熱を抑制することを目的の1つとしている。   However, the graph of FIG. 11 is an aspect at the time of low-speed rotation of the motor, and the length of one cycle of the voltage command value is longer than that of the graph of FIG. Since the frequency of the voltage command value is proportional to the rotation speed of the motor, the cycle of the voltage command value becomes longer when the motor rotates at a low speed. When the motor rotates at a low speed, the time during which the same modulation method is continued increases, leading to a temperature rise for the increased time, and exceeding the temperature limit value Lim shown in the lower graph. Occurs. An object of the present invention is to suppress the heat generated in the upper and lower switching elements during such low-speed rotation of the motor.

次に、本発明の特徴となるモータ制御装置1の動作について図12ないし図14に沿って説明する。   Next, the operation of the motor control device 1 which is a feature of the present invention will be described with reference to FIGS.

図12は、モータ制御装置におけるPWM信号生成時の動作の流れを示すフローチャートである。まず、モータ制御装置1は、インバータ3に設けられたサーミスタ等の不図示の温度センサによってスイッチング素子の温度を取得する(ステップS101)。次に、スイッチング素子の温度が所定の温度(例えば、80度)以上であるか否かを判断する(ステップS102:≧所定の温度)。所定の温度以上である場合には、スイッチング素子のスイッチングを停止する(ステップS103)。   FIG. 12 is a flowchart showing a flow of operation when generating a PWM signal in the motor control device. First, the motor control device 1 acquires the temperature of the switching element by a temperature sensor (not shown) such as a thermistor provided in the inverter 3 (step S101). Next, it is determined whether or not the temperature of the switching element is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 80 degrees) (step S102: ≧ predetermined temperature). If the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, switching of the switching element is stopped (step S103).

スイッチング素子の温度が所定の温度未満である場合には(ステップS102:<所定の温度)、電流指令値を取得し(ステップS104)、更にモータ電流、ロータ位置、モータ回転数を取得する(ステップS105)。また、不図示の電流センサ等から得られるモータ電流とロータ位置情報とにより、3相電流値を2相(d−q軸)電流値に変換する(ステップS106)。そして、d,q各軸の電流指令値と実電流値とを比較し、実電流が電流指令値に一致するようにd,q各軸の電圧指令値を演算する(ステップS107,S108)。d,q各軸の2相の電圧指令値をロータ位置情報により3相電圧指令値に変換する(ステップS109)。   When the temperature of the switching element is lower than the predetermined temperature (step S102: <predetermined temperature), the current command value is acquired (step S104), and further the motor current, rotor position, and motor rotation speed are acquired (step S104). S105). Further, a three-phase current value is converted into a two-phase (dq axis) current value based on a motor current and rotor position information obtained from a current sensor (not shown) (step S106). Then, the current command value for each axis d and q is compared with the actual current value, and the voltage command value for each axis d and q is calculated so that the actual current matches the current command value (steps S107 and S108). The two-phase voltage command values for the d and q axes are converted into three-phase voltage command values based on the rotor position information (step S109).

次に、モータの回転数を回転速度検知手段5によって検知し、一定値(本実施の形態では100rpm)以上であるか否かを判断する(ステップS110)。モータの回転数が一定値以上である場合は(ステップS110:≧一定値)、変調方式モード設定手段9により電圧指令値切換えモードが指令される(ステップS111)。電圧指令値切換えモードの動作の流れについては図13に詳述する。   Next, the rotational speed of the motor is detected by the rotational speed detection means 5, and it is determined whether or not the rotational speed is equal to or greater than a certain value (100 rpm in the present embodiment) (step S110). When the rotational speed of the motor is equal to or greater than a certain value (step S110: ≧ constant value), the voltage command value switching mode is commanded by the modulation mode setting means 9 (step S111). The operation flow in the voltage command value switching mode will be described in detail with reference to FIG.

一方、モータの回転数が一定値未満である場合は(ステップS110:<一定値)、変調方式モード設定手段9により一定時間切換えモードが指令される(ステップS112)。一定時間切換えモードの動作の流れについては図14に詳述する。そして、ステップS111又はステップS112が終了した時点でPWM信号生成手段12により、U,V,W相の各上下段のパルス信号を演算し(ステップS113)、処理を終える。   On the other hand, when the rotational speed of the motor is less than a certain value (step S110: <constant value), the modulation mode setting means 9 commands a certain time switching mode (step S112). The operation flow in the fixed time switching mode will be described in detail with reference to FIG. When step S111 or step S112 is completed, the PWM signal generator 12 calculates the U, V, and W phase upper and lower pulse signals (step S113), and the process ends.

つづいて、図13は、電圧指令値切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart showing the flow of operation in the voltage command value switching mode.

図12のステップS110において、モータの回転数が一定値以上であると判断され(ステップS110:≧一定値)、電圧指令値切換えモードの処理に移行した際には、U,V,Wの3相の電圧指令値のうち、その絶対値が最大の相のものを取得する(ステップS121)。そして、取得した電圧指令値がゼロ以上であるか否かを判断する(ステップS122)。取得した電圧指令値がゼロ以上である場合には(ステップS122:≧0)、変調方式設定手段10により変調方式を上段還流型2相変調に切換える指令をパルス信号演算手段11に送信し(ステップS123)、図12のフローチャートのステップS111の処理へ戻る。一方、取得した電圧指令値がゼロ未満である場合には(ステップS122:<0)、変調方式設定手段10により変調方式を下段還流型2相変調に切換える指令をパルス信号演算手段11に送信し(ステップS124)、図12のフローチャートのステップS111の処理へ戻る。   In step S110 of FIG. 12, when it is determined that the rotational speed of the motor is equal to or greater than a certain value (step S110: ≧ constant value) and the process proceeds to the voltage command value switching mode, U, V, W 3 Among the phase voltage command values, the phase with the maximum absolute value is acquired (step S121). Then, it is determined whether or not the acquired voltage command value is zero or more (step S122). If the acquired voltage command value is greater than or equal to zero (step S122: ≧ 0), the modulation method setting means 10 transmits a command for switching the modulation method to upper-stage reflux type two-phase modulation to the pulse signal calculation means 11 (step S122). S123), the process returns to step S111 in the flowchart of FIG. On the other hand, when the acquired voltage command value is less than zero (step S122: <0), a command for switching the modulation method to the lower-stage reflux type two-phase modulation is transmitted to the pulse signal calculation unit 11 by the modulation method setting means 10. (Step S124), the process returns to step S111 in the flowchart of FIG.

次いで、本発明の特徴となる、モータ制御装置1における一定時間切換えモードについて説明する。図14は、一定時間切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。   Next, the fixed time switching mode in the motor control device 1 which is a feature of the present invention will be described. FIG. 14 is a flowchart showing a flow of operations in the constant time switching mode.

図12のステップS110にて、モータの回転数が一定値未満であると判断され(ステップS110:<一定値)、一定時間切換えモードの処理に移行した際には、前回の一定時間切換えモードによって変調方式が切換えられた後、タイマ検知手段7により検知される一定時間間隔が経過したか否かを判断する(ステップS131)。一定時間が経過していない場合には(ステップS131:No)、前回の変調方式の指令をそのままパルス信号演算手段11に送信し(ステップS132)、図12のフローチャートのステップS111の処理へ戻る。一方、一定時間が経過した場合には(ステップ131:Yes)、前回の変調方式ではないもう片方の変調方式(例えば、前回が上段還流型2相変調方式であった場合には、もう片方の下段還流型2相変調方式に切換える)に切換えた指令をパルス信号演算手段11に送信し(ステップS133)、図12のフローチャートのステップS111の処理へ戻る。   In step S110 of FIG. 12, when it is determined that the rotational speed of the motor is less than a certain value (step S110: <constant value) and the process moves to the certain time switching mode, the previous certain time switching mode is used. After the modulation method is switched, it is determined whether or not a certain time interval detected by the timer detection means 7 has passed (step S131). If the predetermined time has not elapsed (step S131: No), the previous modulation method command is transmitted as it is to the pulse signal calculation means 11 (step S132), and the process returns to the process of step S111 in the flowchart of FIG. On the other hand, when a certain time has elapsed (step 131: Yes), the other modulation method that is not the previous modulation method (for example, if the previous time was the upper-stage reflux type two-phase modulation method, the other modulation method). The command switched to the lower-stage reflux type two-phase modulation method is transmitted to the pulse signal calculation means 11 (step S133), and the process returns to the process of step S111 in the flowchart of FIG.

上述した図14のフローチャートに示した一定時間切換えモードにてブラシレスDCモータ2の制御を行なうと、図16に示すような結果のグラフを得ることができる。図16は、一定時間切換えモードによるモータの低速域での変調方式の切換わりと、上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。   When the brushless DC motor 2 is controlled in the constant time switching mode shown in the flowchart of FIG. 14 described above, a graph of results as shown in FIG. 16 can be obtained. FIG. 16 is a graph showing the relationship between the switching of the modulation method in the low speed region of the motor in the constant time switching mode and the temperature rise of the upper and lower switching elements.

すなわち、図16の上側のグラフには、モータのU,V,W相へ与えられる各電圧指令値の正弦波が示され、左端のグラフ開始位置から一定時間間隔毎に下段還流型2相変調と上段還流型2相変調とが交互に切換えられている。そして、下側のグラフには、上段のグラフのタイミングに合わせて上段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線lnと、下段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線lnとが示されている。 That is, the upper graph in FIG. 16 shows the sine wave of each voltage command value given to the U, V, and W phases of the motor, and lower-stage reflux type two-phase modulation at regular time intervals from the leftmost graph start position. And upper-stage reflux type two-phase modulation are alternately switched. The lower graph shows a polygonal line ln 5 indicating the temperature change of the upper switching element and a polygonal line ln 6 indicating the temperature change of the lower switching element in accordance with the timing of the upper graph.

図16の下側のグラフでは、グラフの開始位置から下段還流型2相変調されている間(範囲RD1)に、折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度は上昇し、逆に折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度は低減している。しかし、図16におけるブラシレスDCモータ2は低速域で回転しているため、範囲RD1で示される所定時間が経過した場合には、上段還流型2相変調に切換えられる。これにより、下段スイッチング素子の温度が温度制限値Limを超える前に変調方式が切換わるので(時刻tim)、今度は折れ線lnの示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、逆に折れ線lnの示す下段スイッチング素子の温度が低減する(範囲RD2)。 In the lower graph of FIG. 16, the temperature of the lower switching element indicated by the broken line ln 6 rises while the lower-stage reflux type two-phase modulation is performed from the start position of the graph (range RD1), and conversely, the broken line ln 5 The temperature of the upper switching element shown is decreasing. However, since the brushless DC motor 2 in FIG. 16 rotates in the low speed region, when the predetermined time indicated by the range RD1 has elapsed, the brushless DC motor 2 is switched to the upper-stage reflux type two-phase modulation. As a result, since the modulation method is switched before the temperature of the lower switching element exceeds the temperature limit value Lim (time tim), the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 5 is increased, and conversely, the broken line ln 6 The temperature of the lower switching element shown decreases (range RD2).

続く、上記以降も、所定時間が経過する毎に2つの変調方式が切換えられるので、折れ線lnに示される上段スイッチング素子の温度、及び折れ線lnに示される下段スイッチング素子の温度は、互いに発熱しつつも温度制限値Limを超えることがなくなる。これにより、図11にて示した、上段及び下段還流型2相変調時の還流に起因したスイッチング素子の発熱を防止することができるようになる。 Subsequently, since the two modulation schemes are switched every time a predetermined time passes, the temperature of the upper switching element indicated by the broken line ln 5 and the temperature of the lower switching element indicated by the broken line ln 6 are mutually exothermic. However, the temperature limit value Lim is not exceeded. Accordingly, it is possible to prevent the switching element from generating heat due to the reflux in the upper-stage and lower-stage reflux type two-phase modulation shown in FIG.

一方、図15は、モータの回転数に対する同一変調方式の継続時間を示すグラフであり、同図には、同一の変調方式が継続される時間はモータの回転数の逆数に反比例することが示されている。また、図15によると、モータの回転数が一定値以下となった際(図15に示す境界値Limkの示すモータ回転数以下となった際)には、同一変調方式の継続期間が制限値Limtを超えてしまうことも示されている。ここで、仮にモータ制御装置1が、スイッチング素子の温度上昇が著しい場合にそのスイッチング動作を停止させるような温度保護制御機能を有していると、この制限値Limtを超えてしまった場合に、その温度保護制御機能によりスイッチング動作を停止してしまうこととなる。   On the other hand, FIG. 15 is a graph showing the duration of the same modulation method with respect to the rotational speed of the motor, and shows that the time during which the same modulation method is continued is inversely proportional to the inverse of the rotational speed of the motor. Has been. Further, according to FIG. 15, when the motor rotation speed becomes a certain value or less (when it becomes less than the motor rotation speed indicated by the boundary value Limk shown in FIG. 15), the duration of the same modulation method is the limit value. It is also shown that the limit is exceeded. Here, if the motor control device 1 has a temperature protection control function that stops the switching operation when the temperature rise of the switching element is significant, if the limit value Limt is exceeded, The switching operation is stopped by the temperature protection control function.

このような温度保護制御機能を有するモータ制御装置1にあっては、ブラシレスDCモータ2の回転数が一定値未満となった場合に、電圧指令値切換えモードを用いず、図14にて前述した本発明の特徴である一定時間切換えモードを用いるようにする。これにより、その時点で設定されている変調方式を一定時間ごとに切換え、上段及び下段スイッチング素子群の温度上昇を夫々一定範囲内にバランスさせることで、上述した温度保護制御を機能させないようにすることができる。   In the motor control device 1 having such a temperature protection control function, when the rotation speed of the brushless DC motor 2 becomes less than a predetermined value, the voltage command value switching mode is not used and the above-described operation is performed with reference to FIG. The fixed time switching mode, which is a feature of the present invention, is used. As a result, the above-described temperature protection control is prevented from functioning by switching the modulation method set at that time at regular intervals and balancing the temperature rise of the upper and lower switching elements within a certain range. be able to.

以上説明した第1の実施の形態によると、変調方式設定手段10が、タイマ検知手段7によって所定時間の経過を判定する毎に上段還流型2相変調方式による制御と下段還流型2相変調方式による制御とを切換えるので、ブラシレスDCモータ2の制御を行なう際に、常に2相変調方式を用いることにより、3相変調方式を用いる場合と比してスイッチングさせる素子の数が減少し、上段及び下段スイッチング素子群にて夫々生じる電力損失が低減することで各素子で生じる発熱が抑制される。更に、2通りの変調方式を一定時間毎に交互に切換えてPWM信号を生成することにより、上段及び下段スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収める、すなわち一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、各スイッチング素子やインバータ3に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。   According to the first embodiment described above, every time the modulation method setting means 10 determines that the predetermined time has elapsed by the timer detection means 7, the control based on the upper reflux type two-phase modulation method and the lower stage reflux type two-phase modulation method are performed. Therefore, when the brushless DC motor 2 is controlled, the two-phase modulation method is always used, thereby reducing the number of elements to be switched as compared with the case of using the three-phase modulation method. The heat loss generated in each element is suppressed by reducing the power loss generated in the lower switching element group. Further, by alternately switching the two modulation methods at regular time intervals to generate a PWM signal, the power loss generated in each of the upper and lower switching element groups is kept within a certain value, that is, the temperature generated at regular time intervals. By leveling the increase within a predetermined range, it is possible to suppress a decrease in continuous operation time and a maximum torque due to heat that can be generated in each switching element and the inverter 3.

また、変調方式設定手段10が、回転速度検知手段5によってモータ2の回転速度が所定値未満であると判定される間は、タイマ検知手段7によって所定時間の経過が判定される毎に上段又は下段還流型2相変調方式を切換えるので、モータ2の低速回転時における、上段及び下段スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による上段及び下段スイッチング素子群毎での電力損失の増加が抑えられ、2つの変調方式が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータ3に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。   Further, while the modulation method setting means 10 determines that the rotation speed of the motor 2 is less than the predetermined value by the rotation speed detection means 5, the upper stage or Since the lower-stage reflux type two-phase modulation method is switched, it is possible to suppress an increase in energization time in each of the upper-stage and lower-stage switching element groups when the motor 2 rotates at a low speed. That is, an increase in power loss due to an increase in energization time is suppressed, and a temperature rise that occurs each time the two modulation methods are switched is balanced within a predetermined range. In addition, it is possible to suppress a decrease in continuous operation time and a maximum torque due to heat that can be generated in the inverter 3.

また、変調方式設定手段10が、回転速度検知手段5によってモータの回転速度が所定値未満であると判定される間は、所定時間が経過される毎に上段還流型2相変調方式と下段還流型2相変調方式とを切換え、回転速度検知手段5によってモータの回転速度が所定値以上であると判定される間は、第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が正の範囲のときには上段還流型2相変調方式による制御に切換え、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が負の範囲のときには下段還流型2相変調方式による制御に切換えるので、モータの低速回転時においては、変調方式を一定時間毎に切換えることによって上段及び下段スイッチング素子群での温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることができる。一方、それ以外の速度域においては、モータの回転角度毎に変調方式を有効に切換えることによって上段及び下段スイッチング素子群の温度上昇を夫々所定の範囲内に抑えることができる。これにより、モータ制御時における、スイッチング素子やインバータに発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。   Further, while the modulation method setting means 10 determines that the rotation speed of the motor is less than the predetermined value by the rotation speed detection means 5, the upper-stage reflux type two-phase modulation method and the lower-stage reflux are performed every time a predetermined time elapses. The absolute value of the voltage command values corresponding to the first to third phases is determined while the rotational speed detecting means 5 determines that the rotational speed of the motor is equal to or higher than a predetermined value. Is switched to control by the upper-stage reflux type two-phase modulation method when the voltage command value is in the positive range, and control is performed by the lower-stage reflux type two-phase modulation method when the absolute value is the largest and the voltage command value is in the negative range. Since switching is performed, when the motor rotates at a low speed, the temperature rise in the upper and lower switching elements can be balanced within a predetermined range by switching the modulation method at regular intervals. On the other hand, in other speed ranges, the temperature rise of the upper and lower switching element groups can be suppressed within a predetermined range by effectively switching the modulation method for each rotation angle of the motor. This makes it possible to suppress a decrease in continuous operation time and a decrease in maximum torque due to heat that can be generated in the switching element and the inverter during motor control.

以上で説明した第1の実施の形態においては、回転速度検知手段5が検知する回転速度の設定値を1つだけ用いて説明を行なったが、複数の値を設定自在とし、回転速度検知手段5が夫々の設定値を検知することにより、それら複数の速度毎で段階的に、モードの切換え、又は、上段もしくは下段還流型2相変調方式の切換えを行なうようにしてもよい。   In the first embodiment described above, the description has been made using only one set value of the rotation speed detected by the rotation speed detection means 5, but a plurality of values can be set freely, and the rotation speed detection means. When 5 detects each set value, mode switching or upper-stage or lower-stage reflux type two-phase modulation system switching may be performed step by step for each of the plurality of speeds.

また、第1の実施の形態においては、変調方式モード設定手段9が、回転速度検知手段5によって検知されたモータ2の回転数が所定の値以上である際を高速域であると判定し、モータ2の回転数が所定の値未満である際を低速域であると判定するとして説明を行なったが、本モータ制御は、上記所定の値を閾値(つまり境界値)として「値の大きい側」と「値の小さい側」とを判別するようにした当該判定手法に限らず、次のようにすることもできる。即ち、「モータ2の回転数が所定の値以上である」という上記判定条件を、「モータ2の回転数が所定の値を超える」という判定条件に代えて該判定条件を満たした際を高速域であると判定し、また「モータ2の回転数が所定の値未満である」という判定条件を、「モータ2の回転数が所定の値以下である」という上記判定条件に代えて該判定条件を満たした際を低速域であると判定する判定手法としてもよいことは勿論である。この場合も、前者の判定手法と同様の作用効果を奏することができることは言うまでもない。   In the first embodiment, the modulation mode setting unit 9 determines that the rotation speed of the motor 2 detected by the rotation speed detection unit 5 is equal to or higher than a predetermined value as a high speed range, Although it has been described that the low speed range is determined when the rotational speed of the motor 2 is less than a predetermined value, this motor control is performed with the predetermined value as a threshold value (that is, a boundary value). The determination method is not limited to the above-described determination method, and the following can also be performed. In other words, the above determination condition that “the rotation speed of the motor 2 is equal to or greater than a predetermined value” is replaced with the determination condition that “the rotation speed of the motor 2 exceeds a predetermined value” and the determination condition is satisfied. The determination condition that “the rotation speed of the motor 2 is less than a predetermined value” is replaced with the above determination condition that the rotation speed of the motor 2 is equal to or less than a predetermined value. Of course, a determination method for determining that the low-speed range is satisfied when the condition is satisfied may be used. In this case, it goes without saying that the same effects as the former determination method can be obtained.

<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係るモータ制御装置を図17を用いて説明する。図17は、第2の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、第2の実施の形態に係るモータ制御装置20は、上記第1の実施の形態に示したモータ制御装置1と略同様の構成であって、図1ないし図16と同一の符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a motor control device according to the second embodiment. The motor control device 20 according to the second embodiment has substantially the same configuration as the motor control device 1 shown in the first embodiment, and the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 16 are the same. Or an equivalent part is shown and the description is abbreviate | omitted.

図17に示すように、モータ制御装置20は、回転速度検知手段5と、変調方式モード設定手段9と、変調方式設定手段10と、パルス信号演算手段11と、PWM信号生成手段12と、温度判定手段22とから構成されている。この温度判定手段22は、サーミスタセンサ等の温度検出素子21から送られるインバータ3に実装された上段及び下段スイッチング素子の温度データを受信し、夫々所定温度(例えば80℃)以上であるか否かの判定を行なう。   As shown in FIG. 17, the motor control device 20 includes a rotation speed detection unit 5, a modulation mode setting unit 9, a modulation mode setting unit 10, a pulse signal calculation unit 11, a PWM signal generation unit 12, and a temperature. The determination means 22 is comprised. This temperature determination means 22 receives the temperature data of the upper and lower switching elements mounted on the inverter 3 sent from the temperature detection element 21 such as a thermistor sensor, and whether or not each is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 80 ° C.). Judgment is made.

本実施の形態における変調方式モード設定手段9は、所定のモード設定又は回転速度検知手段5による検知結果に基づき、以下の2通りの変調方式モードのうち何れに切換えるかの指令(モード指令)を変調方式設定手段10に対して発行する。この2通りの変調方式モードには、第1の実施の形態にて説明を行なった電圧指令値切換えモードと、上段又は下段スイッチング素子の温度毎に2つの変調方式の切換えを行なう温度切換えモードとがある。   The modulation mode setting means 9 in the present embodiment gives a command (mode command) for switching to one of the following two modulation mode modes based on a predetermined mode setting or a detection result by the rotation speed detection means 5. Issued to the modulation scheme setting means 10. The two modulation method modes include a voltage command value switching mode described in the first embodiment, and a temperature switching mode in which two modulation methods are switched for each temperature of the upper or lower switching element. There is.

変調方式設定手段10は、変調方式モード設定手段9からのモード指令が温度切換えモードである際に、上段スイッチング素子の温度が所定温度以上である場合には下段還流型2相変調方式に切換える切換え指令をパルス信号演算手段11に送信し、下段スイッチング素子の温度が所定温度以上である場合には上段還流型2相変調方式に切換える切換え指令をパルス信号演算手段11に送信する。なお、変調方式モード設定手段9からのモード指令が電圧指令値切換えモードである際には、第1の実施の形態の場合と同様の処理が行なわれる。また、上記変調方式設定手段10に続くパルス信号演算手段11及びPWM信号生成手段12の処理については、第1の実施の形態と同様の処理が行なわれるため、その説明は省略する。   When the mode command from the modulation system mode setting means 9 is the temperature switching mode, the modulation system setting means 10 performs switching to switch to the lower reflux type two-phase modulation system when the temperature of the upper switching element is equal to or higher than a predetermined temperature. A command is transmitted to the pulse signal calculation means 11, and when the temperature of the lower switching element is equal to or higher than a predetermined temperature, a switching command for switching to the upper reflux type two-phase modulation method is transmitted to the pulse signal calculation means 11. When the mode command from the modulation mode setting means 9 is the voltage command value switching mode, the same processing as in the case of the first embodiment is performed. Further, the processing of the pulse signal calculation means 11 and the PWM signal generation means 12 subsequent to the modulation method setting means 10 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

ところで、第1の実施の形態にて示した本発明の基礎となるモータ制御装置では、以下のような問題点が挙げられていた。このモータ制御装置においてモータが回転制御される際には、その回転数に拘らず常に電圧指令値切換えモードが設定され、その変調方式が上段又は下段還流型2相変調方式に切換えられていた。そして、この電圧指令値切換えモード設定のまま、モータの回転数が所定値未満となる低速域に入ると、図11に示したように電圧指令値の正弦波周期が長くなる、すなわち同一変調方式の継続時間が増加することによるインバータ3内(詳しくは、上段スイッチング素子或いは下段スイッチング素子)の温度上昇が生じる。   By the way, in the motor control device that is the basis of the present invention shown in the first embodiment, the following problems have been raised. In this motor control device, when the rotation of the motor is controlled, the voltage command value switching mode is always set regardless of the number of rotations, and the modulation method is switched to the upper or lower reflux type two-phase modulation method. If the motor enters the low speed range where the rotational speed of the motor is less than the predetermined value with the voltage command value switching mode set, the sine wave cycle of the voltage command value becomes longer as shown in FIG. Increases in the temperature of the inverter 3 (specifically, the upper switching element or the lower switching element).

図11にて示した上記問題点に対し、本実施の形態におけるモータ制御装置20では、以下の制御動作が行なわれる。   In response to the above-described problem shown in FIG. 11, the following control operation is performed in the motor control device 20 in the present embodiment.

まず、モータ2の回転時、回転速度検知手段5によって検知されたモータ2の回転数が所定値以上の高速回転域と判定されている間は、変調方式モード設定手段9によって電圧指令値切換えモードが設定される。この高速回転域において、上段又は下段還流型2相変調変調方式がモータの回転角度毎(60度)に夫々切換えられている間は、温度検出素子21によって検出される上段及び下段スイッチング素子の各温度は温度制限値Limを超過することはない(図10の下側のグラフ参照)。   First, during the rotation of the motor 2, while the rotation speed of the motor 2 detected by the rotation speed detection means 5 is determined to be a high-speed rotation range that is equal to or greater than a predetermined value, the voltage mode switching mode is set by the modulation mode setting means 9. Is set. In this high-speed rotation range, each of the upper and lower switching elements detected by the temperature detection element 21 is switched while the upper stage or lower stage reflux type two-phase modulation modulation system is switched for each rotation angle (60 degrees) of the motor. The temperature does not exceed the temperature limit value Lim (see the lower graph in FIG. 10).

一方、モータ2の回転数が所定値未満の低速回転域となり、この低速回転域においても電圧指令値切換えモードが継続した場合には、温度検出素子21によって検出される上段又は下段スイッチング素子の各温度は交互に上昇し、図11の下側のグラフに示されたように夫々が温度制限値Limを超過する状態となる。   On the other hand, when the rotational speed of the motor 2 is in a low speed rotation range less than a predetermined value and the voltage command value switching mode continues in this low speed rotation range, each of the upper and lower switching elements detected by the temperature detection element 21 is detected. The temperature rises alternately, and each of the temperatures exceeds the temperature limit value Lim as shown in the lower graph of FIG.

このような各スイッチング素子の温度が超過状態となることを抑えるために、本実施の形態では、変調方式モード設定手段9が、モータ2の回転数が所定値未満の低速域となった際には、電圧指令値切換えモードから温度切換えモードに設定を切換える。   In order to prevent the temperature of each switching element from exceeding the state, in this embodiment, when the modulation method mode setting means 9 is in a low speed range where the rotational speed of the motor 2 is less than a predetermined value. Switches the setting from the voltage command value switching mode to the temperature switching mode.

上記温度切換えモードにおいては、温度検出素子21からの温度データを温度判定手段22によって判定し、上段スイッチング素子の温度が温度制限値Lim以上となった際には下段還流型2相変調変調方式に切換え、下段スイッチング素子の温度が温度制限値Lim以上となった際には上段還流型2相変調変調方式に切換える。かかる切換え動作を行なうことにより、上段及び下段スイッチング素子の温度は夫々温度制限値Limを超過しなくなり、上段及び下段スイッチング素子の何れか一方の温度が偏って上昇することがなく、温度が一定以内の均整された状態に保たれる。   In the temperature switching mode, the temperature data from the temperature detection element 21 is determined by the temperature determination means 22, and when the temperature of the upper switching element becomes equal to or higher than the temperature limit value Lim, the lower-stage reflux type two-phase modulation modulation method is used. When the temperature of the switching / lower switching element becomes equal to or higher than the temperature limit value Lim, switching to the upper reflux type two-phase modulation modulation method is performed. By performing such switching operation, the temperature of the upper and lower switching elements does not exceed the temperature limit value Lim, and the temperature of one of the upper and lower switching elements does not rise unevenly, and the temperature is within a certain range. It is kept in a balanced state.

以上説明した第2の実施の形態によると、温度判定手段22が上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、変調方式設定手段10が上段還流型2相変調方式による制御と下段還流型2相変調方式による制御とを切換えるので、ブラシレスDCモータ2の制御を行なう際に、常に2相変調方式を用いることにより、3相変調方式を用いる場合と比してスイッチングさせる素子の数が減少し、上段及び下段スイッチング素子群にて夫々生じる電力損失が低減することで各素子で生じる発熱が抑制される。更に、2通りの変調方式を上段及び下段スイッチング素子群に生じる温度毎に交互に切換えてPWM信号を生成することにより、上段及び下段スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収める、すなわち一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、各スイッチング素子やインバータ3に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。   According to the second embodiment described above, every time the temperature determination means 22 determines that either the upper stage or the lower stage switching element has reached a predetermined temperature or higher, the modulation method setting means 10 is provided with the upper-stage reflux type two-phase. Since the control by the modulation method and the control by the lower-stage reflux type two-phase modulation method are switched, when the brushless DC motor 2 is controlled, the two-phase modulation method is always used as compared with the case where the three-phase modulation method is used. Thus, the number of elements to be switched is reduced, and the power loss generated in each of the upper and lower switching element groups is reduced, thereby suppressing the heat generated in each element. Further, by alternately switching two modulation methods for each temperature generated in the upper and lower switching element groups and generating a PWM signal, the power loss generated in each of the upper and lower switching element groups is kept within a certain value. That is, it is possible to suppress a decrease in continuous operation time and a decrease in maximum torque caused by heat that can be generated in each switching element and inverter 3 by leveling the temperature rise that occurs every certain time within a predetermined range. Become.

また、変調方式設定手段10が、回転速度検知手段5によってモータ2の回転速度が所定値未満であると判定される間は、温度判定手段22によって上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に変調方式を切換えるので、モータ2の低速回転時における、上段及び下段スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による上段及び下段スイッチング素子群毎での電力損失の増加が抑えられ、2つの変調方式が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータ3に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。   Further, while the modulation method setting means 10 determines that the rotation speed of the motor 2 is less than the predetermined value by the rotation speed detection means 5, either the upper stage or the lower stage switching element is higher than the predetermined temperature by the temperature determination means 22. Since the modulation method is switched every time it is determined that the current value is determined, increase in energization time in each of the upper and lower switching elements when the motor 2 rotates at a low speed can be suppressed. That is, an increase in power loss due to an increase in energization time is suppressed, and a temperature rise that occurs each time the two modulation methods are switched is balanced within a predetermined range. In addition, it is possible to suppress a decrease in continuous operation time and a maximum torque due to heat that can be generated in the inverter 3.

以上で説明した第2の実施の形態においては、変調方式モード設定手段9が、回転速度検知手段5によって検知されたモータ2の回転数が所定の値以上である際を高速域であると判定し、モータ2の回転数が所定の値未満である際を低速域であると判定するとして説明を行なったが、既に第1の実施の形態において述べたように、モータ2の回転数が所定の値を超える場合を高速域であるとし、モータ2の回転数が所定の値以下の場合を低速域であると判定して各モード指令を切換えさせてもよいことは勿論である。この場合も、前者の判定手法と同様の作用効果を奏することができることは言うまでもない。   In the second embodiment described above, the modulation method mode setting means 9 determines that the speed is high when the rotation speed of the motor 2 detected by the rotation speed detection means 5 is greater than or equal to a predetermined value. Although it has been described that the low speed region is determined when the rotational speed of the motor 2 is less than a predetermined value, the rotational speed of the motor 2 is predetermined as described in the first embodiment. Of course, it is possible to switch the mode commands by determining that the high speed range is exceeded and the rotation speed of the motor 2 is equal to or lower than the predetermined value as the low speed range. In this case, it goes without saying that the same effects as the former determination method can be obtained.

また、第2の実施の形態においては、温度判定手段22が、上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったか否かを判定するとして説明を行なったが、これにおいても上記した回転数の場合と同様、所定温度を超過したか否かによって判定させることで変調方式を切換えさせるようにしてもよく、その場合も、所定温度以上となったか否かを判定する上記手法と同様の作用効果を奏することができることは勿論である。   In the second embodiment, the temperature determination means 22 has been described as determining whether either the upper stage or the lower stage switching element has reached a predetermined temperature or higher. As in the case of the number, the modulation method may be switched by determining whether or not the predetermined temperature has been exceeded. In this case, the same method as the above method for determining whether or not the predetermined temperature has been exceeded is used. Of course, it is possible to achieve the effects.

以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明のモータ制御装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したモータ制御装置も、本発明の範囲に含まれる。   Although the present invention has been described based on the preferred embodiment, the motor control device of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications and changes can be made to the configuration of the above embodiment. The modified motor control device is also included in the scope of the present invention.

第1の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the motor control apparatus in 1st Embodiment. インバータ内のモータ制御を行なうスイッチング回路を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the switching circuit which performs the motor control in an inverter. 上段還流型2相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。It is a timing chart showing an example of the switch state of the upper and lower stages of each phase in the upper-stage reflux type two-phase modulation system. a,b,c相への各電圧指令値及び上段還流型2相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of each voltage command value to a, b, and c phase, and a duty in upper stage return type 2 phase modulation. 上段還流型2相変調方式における還流の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the recirculation | reflux in an upper stage recirculation | reflux type | mold 2 phase modulation system. 下段還流型2相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed an example of the switch state of each phase upper and lower stage in a lower stage recirculation | reflux type | mold 2 phase modulation system. a,b,c相への各電圧指令値及び下段還流型2相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the duty in each voltage command value to a phase, b, and c phase and lower stage return type 2 phase modulation. 下段還流型2相変調方式における還流の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the recirculation | reflux in a lower stage recirculation | reflux type | mold 2 phase modulation system. a,b,c相への各電圧指令値と、それに基づく上段及び下段還流型2相変調を交互に用いたデューティの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the duty which used each voltage command value to a phase, b, and c phase, and the upper stage and lower stage return type 2 phase modulation based on it alternately. 変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the switching of a modulation system, and the temperature rise of an upper stage and a lower stage switching element. モータの低速域での変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the switching of the modulation system in the low speed region of a motor, and the temperature rise of an upper stage and a lower stage switching element. モータ制御装置におけるPWM信号生成時の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement at the time of the PWM signal generation in a motor control apparatus. 電圧指令値切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of voltage command value switching mode. 一定時間切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of fixed time switching mode. モータの回転数に対する同一変調方式の継続時間を示すグラフである。It is a graph which shows the duration of the same modulation system with respect to the rotation speed of a motor. 一定時間切換えモードによるモータの低速域での変調方式の切換わりと、上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the switching of the modulation system in the low speed range of the motor by a fixed time switching mode, and the temperature rise of an upper stage and a lower stage switching element. 第2の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the motor control apparatus in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ制御装置
2 ブラシレスDCモータ(モータ)
3 インバータ
5 回転速度検知手段(回転速度判定手段)
7 タイマ検知手段(経過時間判定手段)
10 変調方式設定手段(切換え手段)
11 パルス信号演算手段(第1パルス生成手段、第2パルス生成手段)
12 PWM信号生成手段(第1パルス生成手段、第2パルス生成手段)
20 モータ制御装置
A スイッチング素子群(第1スイッチング素子群)
B スイッチング素子群(第2スイッチング素子群)
Lim 温度制限値
1 Motor control device 2 Brushless DC motor (motor)
3 Inverter 5 Rotational speed detection means (Rotational speed determination means)
7 Timer detection means (elapsed time judgment means)
10 Modulation method setting means (switching means)
11 Pulse signal calculation means (first pulse generation means, second pulse generation means)
12 PWM signal generating means (first pulse generating means, second pulse generating means)
20 Motor control device A Switching element group (first switching element group)
B Switching element group (second switching element group)
Lim temperature limit value

Claims (5)

論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第1及び第2スイッチング素子群からなる3相回路を有するインバータを備え、モータの第1、第2及び第3相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータに入力することで前記モータの制御を行なうモータ制御装置において、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第1スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記パルス幅変調信号の1パルス生成に要するスイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第1パルス生成手段と、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第2スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記スイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第2パルス生成手段と、
前記第1パルス生成手段又は前記第2パルス生成手段が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータへの入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定時間を経過したか否かを判定する経過時間判定手段と、
前記経過時間判定手段により前記所定時間の経過が判定される毎に前記第1パルス生成手段による制御と前記第2パルス生成手段による制御とを切換える切換え手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
An inverter having a three-phase circuit composed of first and second switching element groups each generating a waveform signal whose logic is opposite to each other is generated based on voltage command values for the first, second and third phases of the motor. In the motor control device for controlling the motor by inputting a pulse width modulation signal to the inverter,
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, a switching element of the first switching element group corresponding to a phase that is a positive value and has the largest absolute value is the pulse width modulation signal. First pulse generating means for energizing the entire switching period required for generating one pulse of
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the switching elements of the second switching element group corresponding to the phase having a negative value and the largest absolute value are set to the entire switching period. Second pulse generating means for energizing over a period of time;
A preset predetermined time has passed to keep the power loss caused by the input of the pulse width modulation signal generated by the first pulse generation means or the second pulse generation means to the inverter within a certain value. Elapsed time determining means for determining whether or not,
Switching means for switching between the control by the first pulse generation means and the control by the second pulse generation means each time the passage of the predetermined time is determined by the elapsed time determination means;
A motor control device comprising:
前記モータの回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段、を更に備え、
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記経過時間判定手段が前記所定時間の経過を判定する毎に前記第1パルス生成手段による制御と前記第2パルス生成手段による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
A rotation speed determination means for determining whether or not the rotation speed of the motor is less than a predetermined value;
The switching means is
While the rotation speed determination unit determines that the rotation speed of the motor is less than the predetermined value, the first pulse generation unit performs the control every time the elapsed time determination unit determines the elapse of the predetermined time. Switching between the control by the second pulse generating means,
The motor control device according to claim 1.
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値以上であると判定される間は、前記第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が正の値の範囲では前記第1パルス生成手段による制御に切換え、前記第1ないし第3相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が負の値の範囲では前記第2パルス生成手段による制御に切換える、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
The switching means is
While the rotation speed determination means determines that the rotation speed of the motor is greater than or equal to the predetermined value, the absolute value of the voltage command value corresponding to the first to third phases is the largest and the voltage When the command value is in a positive value range, the control is switched to the control by the first pulse generating means, and the absolute value is the largest among the voltage command values corresponding to the first to third phases, and the voltage command value is negative. In the range of values, the control is switched to the control by the second pulse generating means.
The motor control device according to claim 2.
論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第1及び第2スイッチング素子群からなる3相回路を有するインバータを備え、モータの第1、第2及び第3相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータに入力することで前記モータの制御を行なうモータ制御装置において、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第1スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記パルス幅変調信号の1パルス生成に要するスイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第1パルス生成手段と、
前記第1ないし第3相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第2スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記スイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第2パルス生成手段と、
前記第1又は前記第2パルス生成手段が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータへの入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定温度に基づき、前記第1及び前記第2スイッチング素子群の夫々に生じる温度が該所定温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、
前記温度判定手段により前記第1スイッチング素子群が前記所定温度以上と判定された際には前記第2パルス生成手段による制御に切換え、且つ、前記第2スイッチング素子群が前記所定温度以上と判定された際には前記第1パルス生成手段による制御に切換える切換え手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
An inverter having a three-phase circuit composed of first and second switching element groups each generating a waveform signal whose logic is opposite to each other is generated based on voltage command values for the first, second and third phases of the motor. In the motor control device for controlling the motor by inputting a pulse width modulation signal to the inverter,
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, a switching element of the first switching element group corresponding to a phase that is a positive value and has the largest absolute value is the pulse width modulation signal. First pulse generating means for energizing the entire switching period required for generating one pulse of
Of the voltage command values corresponding to each of the first to third phases, the switching elements of the second switching element group corresponding to the phase having a negative value and the largest absolute value are set to the entire switching period. Second pulse generating means for energizing over a period of time;
Based on a predetermined temperature set in advance for keeping the power loss caused by the input to the inverter of the pulse width modulation signal generated by the first or second pulse generation means within a predetermined value, the first And temperature determination means for determining whether or not the temperature generated in each of the second switching element groups is equal to or higher than the predetermined temperature;
When the temperature determining means determines that the first switching element group is equal to or higher than the predetermined temperature, the control is switched to the control by the second pulse generating means, and the second switching element group is determined to be equal to or higher than the predetermined temperature. Switching means for switching to the control by the first pulse generating means,
A motor control device comprising:
前記モータの回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段、を更に備え、
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記温度判定手段が前記所定温度を判定する毎に前記第1パルス生成手段による制御と前記第2パルス生成手段による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。
A rotation speed determination means for determining whether or not the rotation speed of the motor is less than a predetermined value;
The switching means is
While the rotation speed determination means determines that the rotation speed of the motor is less than the predetermined value, the control by the first pulse generation means and the second time each time the temperature determination means determines the predetermined temperature. Switching between control by pulse generation means,
The motor control device according to claim 4.
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