JP4486195B2 - Position sensorless motor controller - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサを用いることなくブラシレスモータをスムーズに起動させる位置センサレスモータ制御装置であり、特に、ロータが回転状態であっても、ブラシレスモータをスムーズに起動させることができる位置センサレスモータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブラシレスモータは、界磁に永久磁石を使用するため高効率であり、機械的な転流機構を用いないため保守性に優れている。そのため、ブラシレスモータはファン用やポンプ用など様々な用途に使用されている。
しかし、ブラシレスモータは、ロータの回転に同期して、ステータの相巻線に電流を流す必要がある。
このようなブラシレスモータを駆動制御する従来のモータ制御装置においては、ブラシレスモータに取り付けられたホール素子、レゾルバ、あるいは光エンコーダなどの位置センサを用いてロータの角度情報を得ていた。したがって、このような位置センサを設ける必要がある分、従来のブラシレスモータはコストが上昇し、大型化していた。
【0003】
このような位置センサを省略することにより、低コスト化と小型化とを実現した従来の位置センサレスモータ制御装置としては、電気学会論文集、D117巻、1号、平成9年、98頁〜104頁に記載されたものと、電気学会研究会資料、半導体電力変換研究会、SPC−97−7、37頁〜42頁に記載されたものが知られている。以下、これらの従来の位置センサレスモータ制御装置について説明する。
【0004】
前者の従来の位置センサレスモータ制御装置は、ある程度の速さでの回転時において、ブラシレスモータのロータの角度を推定するものである。
この従来の位置センサレスモータ制御装置は、まず、相巻線に流れる相電流を検知し、これらの相電流値を座標変換して、γ軸電流値iγとδ軸電流値iδとを作成する。次に、ブラシレスモータのモデルを示すd軸とq軸の電圧方程式にモータ定数をあてはめ、γ軸電流モデル値iγmとδ軸電流モデル値iδmとを作成する。さらに、これらの電流値と電流モデル値との誤差であるγ軸電流誤差値Δiγとδ軸電流誤差値Δiδとを作成する。そして、これらの電流誤差値に基づき推定角度と推定誘起電圧とを補正する。このようにして作成した推定角度を用いて相巻線に所定の電流を流し、ロータを所定の向きに回転させていた。
【0005】
一方、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置は、停止時、あるいは低速時において、突極性を有するブラシレスモータのロータの角度を推定するものである。
この従来の位置センサレスモータ制御装置は、まず、γ軸に電圧パルスを印加する。次に、この電圧パルスによる相電流の電流応答を検知し、これらの相電流の電流応答を座標変換して、γ軸電流応答Δiγとδ軸電流応答Δiδとを作成する。ところで、突極性を有するブラシレスモータは、ロータの回転に応じて、インダクタンスが変化する。そこで、インダクタンスにより電流応答が変化することを利用して、これらのγ軸電流応答Δiγとδ軸電流応答Δiδとに基づき推定角度を作成する。このようにして作成した推定角度を用いて相巻線に電流を流し、ロータを所定の向きに回転させていた。
【0006】
また、起動時に停止しているモータを高速で回転させるためには、以下の方法により駆動する。
まず、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式で起動する。次に、適宜、前者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式に切り替えて、高速まで加速して回転させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ブラシレスモータをファン用に使用した場合等において、起動時に強い風がふいているとき、その風の影響でモータが回転する場合がある。このようにモータが起動時に回転している場合、前述のように起動時に停止している場合と同様に、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置に用いられている方式により起動すると、スムーズに起動させることはできなかった。
本発明は、起動時においてロータが回転している場合であっても、ブラシレスモータをスムーズに起動させることができる位置センサレスモータ制御装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る第1の観点の位置センサレスモータ制御装置は、永久磁石が配置され回転自在に支持されたロータと、前記ロータに近接して配置されたステータと、前記ステータに巻回された相巻線と、を有するブラシレスモータを制御する位置センサレスモータ制御装置であって、
前記相巻線に印加する電圧の指令値を表す電圧指令値に基づき電圧を印加する駆動手段と、
前記ブラシレスモータを起動させるための複数の起動手段と、
前記相巻線に流れる電流を零に制御するための電圧指令値を作成する電流零制御部と、
前記電流零制御部の作成した前記電圧指令値に基づき前記複数の起動手段から1つの起動手段を選択する選択手段と、を具備し、
前記選択手段において選択された起動手段において、前記相巻線に流れる電流を零にする前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている。
この構成により、第1の観点の位置センサレスモータ制御装置は、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、第1の観点の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【0009】
本発明に係る第2の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第1の観点における前記複数の起動手段が、高速時にブラシレスモータを起動させるための第1の起動手段と、低速時に前記ブラシレスモータを起動させるための第2の起動手段と、を有し、
前記選択手段は、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より大きいとき前記第1の起動手段を選択し、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より小さいとき前記第2の起動手段を選択するよう構成されている
この構成により、第2の観点の位置センサレスモータ制御装置は、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択することが可能な位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【0010】
本発明に係る第3の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第2の起動手段を、前記ブラシレスモータのロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用するよう構成してもよい。この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【0011】
本発明に係る第4の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第2の起動手段を、磁束の飽和を利用するよう構成してもよい。この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【0012】
本発明に係る第5の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第1の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第2の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、前記ロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている
この構成により、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、この構成により、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。さらに、この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【0013】
本発明に係る第6の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第1の起動手段が前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第2の起動手段が前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、磁束の飽和を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている
この構成により、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、この構成により、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。さらに、この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
本発明に係る第7の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第1の起動手段を、前記電圧指令値に基づき誘起電圧を推定し、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成してもよい。
本発明に係る第8の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記第2の起動手段を、電圧パルスを印加したときの電流応答に基づき、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成してもよい。
本発明に係る第9の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第2の観点における前記電流零制御部(60)が、前記相巻線に流れる電流値(id,iq)が零を示す電流指令値(id*,iq*)となるように比例積分制御を用いて電圧指令値を作成するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る位置センサレスモータ制御装置の一実施の形態である具体的な実施例について添付の図面を参照して説明する。
【0015】
《実施例1》
以下、本発明の実施例1である位置センサレスモータ制御装置について説明する。実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、電流を0に制御したときの電圧の大きさに基づき高速用起動部あるいは低速用起動部のうち1つを選択し動作させるものである。
【0016】
まず、実施例1の位置センサレスモータ制御装置の構成を説明する。図1は、実施例1における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
ブラシレスモータ1には、電磁鋼板から構成されたステータ(図示せず)と、相電流が流れ被覆銅線から構成されステータに巻回された相巻線2u、2v、2wと、このステータに対向し近接して配置されたロータ3とが設けられている。ここで、相巻線2u、2v、2wはY結線(各相巻線2u、2v、2wの片端が1点で接続される結線)されている。ロータ3は、電磁鋼板から構成されたロータヨーク4とこのロータヨーク4の内部に配置された永久磁石5とロータヨーク4と同一の回転中心を持つシャフト6とから構成されている。このロータ3は回転自在に支持され、相電流により生成される磁束と永久磁石5による磁束との相互作用によりロータ3が回転する。
【0017】
実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと略称)10と、相巻線2u、2vに流れる相電流をそれぞれ検知してアナログu相電流値iuaとアナログv相電流値ivaをそれぞれ出力する電流センサ8u、8vと、スイッチング指令信号guh、gul、gvh、gvl、gwh、gwlが入力されて相巻線2u、2v、2wに印加する電圧を制御する駆動部9とを具備している。
【0018】
マイコン10には、アナログu相電流値iuaとアナログv相電流値ivaがそれぞれ入力され、u相電流値iuとv相電流値ivをそれぞれ出力するADC(アナログ・デジタル・コンバータ)11uとADC11vが設けられている。また、マイコン10は、u相電流値iuとv相電流値ivとが入力されてu相電圧指令値vu*とv相電圧指令値vv*とw相電圧指令値vw*とを出力するモータ制御部12と、u相電圧指令値vu*とv相電圧指令値vv*とw相電圧指令値vw*とが入力されてスイッチング信号guh、gul、gvh、gvl、gwh、gwlを出力するPWM制御部13とを有している。
【0019】
モータ制御部12は、機能的に、選択部20と、高速用起動部30と、低速用起動部40と、運転部50と、電流零制御部60とから構成される。このモータ制御部12は、ハード的に、CPU、ROM、RAM、タイマ、ポート、およびこれらをつなぐバスなどから構成される。
【0020】
図2は、実施例1における駆動部9の構成を示す回路図である。図2に示すように、駆動部9には、電源91と、コレクタが電源91の正極に接続され、エミッタが相巻線2u、2v、2wにそれぞれ接続された上側IGBT(絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ)92u、92v、92wと、これらの上側IGBT92u、92v、92wにそれぞれ逆並列接続された上側フライホイールダイオード93u、93v、93wが設けられている。また、駆動部9には、コレクタがステータ巻線2u、2v、2wにそれぞれ接続され、エミッタが電源91の負極に接続された下側IGBT94u、94v、94wと、これらの下側IGBT94u、94v、94wにそれぞれ逆並列接続された下側フライホイールダイオード95u、95v、95wと、スイッチング指令信号guh、gul、gvh、gvl、gwh、gwlに基づきそれぞれ上側IGBT92u、92v、92wのゲート電圧と下側IGBT94u、94v、94wのゲート電圧とを制御するプリドライブ器96が設けられている。
【0021】
次に、実施例1の位置センサレスモータ制御装置の動作について説明する。
図1に示したマイコン10におけるモータ制御部12は、本発明の特徴であり、ブラシレスモータ5の起動制御および運転制御を行う。この動作の詳細については後述する。
【0022】
電流センサ8u、8vは、それぞれ相巻線2u、2vに流れる電流を検知し、アナログu相電流値iua、アナログv相電流値ivaを作成する。作成されたアナログu相電流値iuaとアナログv相電流値ivaは、ADC11uとADC11vに入力される。
ADC11u、ADC11vは、それぞれアナログ値であるアナログu相電流値iua、アナログv相電流値ivaをディジタル値であるu相電流値iu、v相電流値ivに変換する。
【0023】
マイコン10におけるPWM制御部13は、u相電圧指令値vu*とv相電圧指令値vv*とw相電圧指令値vw*とをパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)する。PWM制御部13においては、ある設定された周波数と振幅とを持つ三角波を発生し、この三角波とu相電圧指令値vu*とを比較する。そして、u相電圧指令値vu*のほうが大きいとき、スイッチング信号guhをH、スイッチング信号gulをLにする。一方、u相電圧指令値vu*のほうが小さいとき、スイッチング信号guhをL、スイッチング信号gulをHにする。なお、スイッチング信号guh、gulの状態が遷移するとき、スイッチング信号guh、gulを双方ともLにする短い時間を設ける(この短い時間はデッドタイムと呼ばれる)。また、v相、およびw相についても同様に、それぞれv相電圧指令値vv*、およびw相電圧指令値vw*に基づきスイッチング信号gvh、gvl、およびスイッチング信号gwh、gwlを作成する。
【0024】
駆動部9は、スイッチング信号guh、gul、gvh、gvl、gwh、gwlで表される電圧を相巻線2u、2v、2wに印加する。
電源91は、駆動部9に電力を供給する。
そして、プリドライブ器96は、スイッチング信号guhがHのとき上側IGBT92uが通電し、スイッチング信号guhがLのとき上側IGBT92uが非通電となるように、上側IGBT92uのゲート電圧を制御する。一方、スイッチング信号gulがHのとき下側IGBT94uが通電し、スイッチング信号gulがLのとき下側IGBT94uが非通電となるように、下側IGBT94uのゲート電圧を制御する。また、v相、およびw相についても同様に、スイッチング信号gvh、gvl、gwh、gwlに基づき上側IGBT92v、92w、下側IGBT94v、94wのゲート電圧を制御する。
【0025】
次に、実施例1の位置センサレスモータ制御装置の動作の原理について説明する。
まず、誘起電圧の大小により、起動方式を切り替える必要があることを説明する。
ブラシレスモータ1は回転すると誘起電圧が誘起される。そのため、高速時において、この誘起電圧を利用し、モータのモデル式を用いて、角度を推定する。
一方、停止時はもちろんのこと低速時においては、十分な誘起電圧が誘起されないため、高速時と同様の方法を用いることができない。ブラシレスモータ1は、永久磁石5がロータヨーク4の内部に埋め込まれた突極性を有するモータである。そのため、ロータ3が回転するとインダクタンスが変化する。そこで、このインダクタンスの変化を利用して、角度を推定する。
このように、誘起電圧の大小により、起動時の角度推定の方式を切り替える必要がある。そのため、起動時に誘起電圧が大きいときは、高速用の方式で起動する。一方、起動時に誘起電圧が小さいときは、低速用の方式で起動する。
【0026】
次に、誘起電圧の大小の求め方を説明する。
まず、電流指令値を0にし、電流が0になるように比例積分制御を用いて電圧指令値を制御する。そして、この電圧指令値で表される電圧を駆動部9により相巻線2u、2v、2wに印加する。
ここで、電流を0に制御するため、印加する電圧は誘起電圧に等しい。したがって、電流を0に制御したときの電圧指令値が誘起電圧を表す。
これらのことから、電流を0に制御したときの電圧指令値の大小により起動方式を切り替える。つまり、電圧指令値の大きさが大きいとき、高速用の方式で起動する。一方、電圧指令値の大きさが小さいとき、低速用の方式で起動する。
【0027】
次に、実施例1のモータ制御部12の動作の詳細を説明する。
まず、動作の流れを説明する。
図1に示すように、まず、モータ制御部12は選択部20を動作させる。次に、選択部20は、高速用起動部30と低速用起動部40のうちどちらを動作させるかを選択する。次に、高速用起動部30と低速用起動部40のうち選択されたものを動作させる。そして、次に、運転部50を動作させる。なお、選択部20、および高速用起動部30または低速用起動部40の内部において、電流零制御部60が実行される。
【0028】
モータ制御部12において、具体的に高速用起動部30又は低速用起動部40が選択されるときの動作について、以下に説明する。
まず、高速用起動部30が選択される場合には、選択部20を動作させて高速用起動部30が選択される。次に、高速用起動部30を動作させ、続いて運転部50を動作させる。
一方、低速用起動部40が選択されるときは、まず、選択部20を動作させて、低速用起動部40が選択される。次に、低速用起動部40を動作させ、続いて運転部50を動作させる。
【0029】
[選択部20の動作]
次に、選択部20の動作について説明する。
選択部20は、電流を0に制御し、一定時間経過後に、電圧指令値の大きさを判断する。そして、電圧指令値の大きさがしきい値に比べて大きいとき、高速用起動部30を選択する。一方、電圧指令値の大きさがしきい値に比べて小さいとき、低速用起動部40を選択する。
【0030】
図3は、実施例1における選択部20の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップS201において、選択部20の動作を開始する。
次に、ステップS202を実行する。ステップS202においては、カウンタiを0にする。
次に、ステップS203を実行する。ステップS203においては、電流零制御部60を動作させる。この動作の詳細は後述する。
【0031】
次に、ステップS204を実行する。ステップS204において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS205を実行する。ステップS205において、カウンタiがある設定された値i020より小さいとき、次に、ステップS203を実行する。このようにして、ステップS203の電流零制御部60の動作をi020回だけ繰り返す。
一方、ステップS205において、カウンタiがある設定された値i020以上のとき、ステップS206を実行する。このように、ステップS205においては、カウンタiの値により分岐する。
【0032】
ステップS206においては、電圧指令値の二乗値v2を作成する。下記式(1)のように、d軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*との二乗和を電圧指令値の二乗値v2とする。ここで、d軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*は、電流零制御部60において求められる。
【0033】
v2 = vd*・vd* + vq*・vq* ・・・(1)
【0034】
次に、ステップS207を実行する。
ステップS207において、電圧指令値の二乗値v2の大小により何れかの起動部を選択する。電圧指令値の二乗値v2がある設定された値v020より大きいとき、高速用起動部30を選択するために、ステップS208を実行する。
また、ステップS207において、電圧指令値の二乗値v2がv020以下のとき、低速用起動部40を選択するために、ステップS209を実行する。
【0035】
ステップS208において、選択部20の動作を終了する。次に、ステップS301を実行して、高速用起動部30の動作を開始する。
一方、ステップS209において、選択部20の動作を終了する。次に、ステップS401を実行して、低速用起動部40の動作を開始する。
【0036】
次に、実施例1におけるモータ制御部12の電流零制御部60について説明する。
電流零制御部60は、電流を0に制御するための電圧指令値を作成する。なお、角度と電流指令値とを0にし、通常の電流制御をすることにより、制御ルーチンを共有化している。
【0037】
[電流零制御部60の構成]
まず、電流零制御部60の構成について説明する。
図4は、実施例1における電流零制御部60の構成を示すブロック図である。図4に示すように、電流零制御部60は、仮角度θtを出力する仮角度作成部61と、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*とを出力する電流指令値作成部62とを有している。また、電流零制御部60は、三相二相変換部63と電圧指令値作成部64と二相三相変換部65とを具備している。
三相二相変換部63は、角度θtとu相電流値iuとv相電流値ivとが入力され、d軸電流値idとq軸電流値iqとを出力する。電圧指令値作成部64は、d軸電流指令値id*とq軸電流指令値iq*とd軸電流値idとq軸電流値iqとが入力され、d軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*とを出力する。二相三相変換部65は仮角度θtとd軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*とが入力され、u相電圧指令値vu*とv相電圧指令値vv*とw相電圧指令値vw*とを出力する。
【0038】
[電流零制御部60の動作]
次に、電流零制御部60の動作について説明する。電流零制御部60は、仮角度作成部61、電流指令値作成部62、三相二相変換部63、電圧指令値作成部64、および二相三相変換部65の順に、各構成を動作させる。
仮角度作成部61は、下記式(2)のように、仮角度θtを0にする。これは、通常の電流制御と制御ルーチンを共有化するためである。電流零制御部60において、常に角度を0°とし、後述するように三相二相変換部63と二相三相変換部65において演算する。
電流指令値作成部62は、下記式(3)、(4)のように、d軸電流指令値id*、およびq軸電流指令値iq*を0にする。
【0039】
θt = 0 ・・・(2)
id* = 0 ・・・(3)
iq* = 0 ・・・(4)
【0040】
三相二相変換部63は、ステータに固定された座標系上の値であるu相電流値iuとv相電流値ivとをdq軸上の値であるd軸電流値idとq軸電流値iqとに変換する。通常は、ロータ3の角度を求め、dq軸はロータ3の永久磁石5に固定された座標系として変換するが、ここでは、仮角度θt=0を用いて変換する。そのため、この三相二相変換において、実質的に、三相値が二相値に変換されるのみである。具体的には、下記式(5)、(6)のように変換する。以下の式において、aの平方根を√(a)と表示する。
【0041】
id={√(2)}・{iu・sin(θt+60°)+iv・sinθt}
・・・(5)
iq={√(2)}・{iu・cos(θt+60°)+iv・cosθt}
・・・(6)
【0042】
電圧指令値作成部64は、d軸電流値idがd軸電流指令値id*のとおりになるように比例積分制御(PI制御)を用いてd軸電圧指令値vd*を制御する。また、q軸電流値iqがq軸電流指令値iq*のとおりになるように比例積分制御を用いてq軸電圧指令値vq*を制御する。
下記式(7)のように、d軸電流指令値id*とd軸電流値idの差に比例ゲインKPDを乗じたものと、d軸電流指令値id*とd軸電流値idの差を積分したものに積分ゲインKIDを乗じたものとを加算した結果をd軸電圧指令値vd*とする。
また、下記式(8)のように、q軸電流指令値iq*とq軸電流値iqの差に比例ゲインKPQを乗じたものと、q軸電流指令値iq*とq軸電流値iqの差を積分したものに積分ゲインKIQを乗じたものとを加算した結果をq軸電圧指令値vq*とする。
【0043】
vd* = KPD・(id*−id)+KID・Σ(id*−id)・・・(7)
vq* = KPQ・(iq*−iq)+KIQ・Σ(iq*−iq)・・・(8)
【0044】
二相三相変換部65は、dq軸上の値であるd軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*とをステータに固定された座標系上の値であるu相電圧指令値vu*とv相電圧指令値vv*とw相電圧指令値vw*とに変換する。通常は、ロータ3の角度を求め、dq軸はロータ3の永久磁石5に固定された座標系として変換するが、ここでは、仮角度θt=0を用いて変換する。そのため、この二相三相変換において、二相値が三相値に変換されるのみである。具体的には、下記式(9)、(10)、(11)のように変換する。
【0045】
vu* ={√(2/3)}・{vd*・cosθt−vq*・sinθt}
・・・(9)
vv* ={√(2/3)}・{vd*・cos(θt−120°)
−vq*・sin(θt−120°)} ・・・(10)
vw* ={√(2/3)}・{vd*・cos(θt+120°)
−vq*・sin(θt+120°)} ・・・(11)
【0046】
以上のように、実施例1におけるモータ制御部12の電流零制御部60は、電流が0になるように、電圧指令値を制御する。
このように、モータ制御部12における選択部20は、以上の動作をすることにより、電圧指令値の大きさが大きいとき高速用起動部30を選択し、電圧指令値の大きさが小さいとき低速用起動部40を選択する。
【0047】
[高速用起動部30の動作]
次に、実施例1におけるモータ制御部12の高速用起動部30の動作について説明する。
高速用起動部30は、誘起電圧が大きいときのための起動方式であり、電流を0に制御したときの電圧指令値に基づき推定角度θmと推定速度ωmとを作成する。
図5は、実施例1における高速用起動部30の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップS301において、高速用起動部30の動作を開始する。次に、ステップS302を実行する。ステップS302において、カウンタiを0にする。
【0048】
次に、ステップS303を実行する。ステップS303において、電流零制御部60を動作させる。この電流零制御部60は前述の動作を行うため、その説明は省略する。
次に、ステップS304を実行する。ステップS304において、推定角度θmを作成する。電流を0に制御したときの電圧指令値は誘起電圧を表す。図6は、実施例1における高速用起動部30で電流を零に制御したときの電圧指令値の変化を示す波形図である。図6に示すように、角度θ(実際のロータの角度を示す)が変化すると、d軸電圧指令値vd*とq軸電圧指令値vq*とは互いに90°ずれて正弦波状に変化する。そこで、この関係より角度を推定する。具体的には、下記式(12)のように、逆正接関数atan(アークタンジェント)を用いて推定角度θmを求める。ここで、d軸電圧指令値vd*の符号により、推定角度θmを180°ずらす。
【0049】
θm = atan(vd*/vq*) (vd*≦0のとき)
θm = atan(vd*/vq*)+180° (vd*>0のとき)
・・・(12)
【0050】
次に、ステップS305を実行する。ステップS305において、推定速度ωmを作成する。下記式(13)のように、推定角度θmを差分し、ローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωmとする。式(13)において、KW30はローパスフィルタの係数である。このKW30は、1以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、θm(i)は今回にステップS304で作成された推定角度θmであり、θm(i−1)は前回にステップS304で作成された推定角度θmである。さらに、ΔT30は、ステップS305を動作させる周期である。
【0051】
ωm = KW30・{θm(i)−θm(i−1)}/ΔT30
+(1−KW30)・ωm ・・・(13)
【0052】
次に、ステップS306を実行する。ステップS306において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS307を実行する。ステップS307において、カウンタiがある設定された値i030より小さいとき、次に、ステップS303を実行する。このようにして、ステップS303の電流零制御部60の動作とステップS304の推定角度θmの作成とステップS305の推定速度ωmの作成とをi030回だけ繰り返す。
一方、ステップS307において、カウンタiがある設定された値i030以上のとき、ステップS308を実行する。このように、ステップS307においては、カウンタiの値により分岐する。ステップS308においては、高速用起動部30の動作を終了させる。
【0053】
次に、ステップS501を実行し、運転部50の動作を開始する。高速用起動部30において求められた推定角度θmと推定速度ωmとを初期値として、前述の従来の技術の欄で述べた前者の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式でブラシレスモータ1を駆動する。
【0054】
[低速用起動部40の動作]
次に、実施例1におけるモータ制御部12の低速用起動部40の動作について説明する。低速用起動部40は、誘起電圧が小さいときのための起動方式であり、ロータ2の回転に伴いインダクタンスが変化することを利用して推定角度θmと推定速度ωmとを作成する。
図7は、実施例1における低速用起動部40の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップS401において、低速用起動部40の動作が開始する。次に、ステップS402を実行する。ステップS402において、カウンタiを0にする。
次に、ステップS403を実行する。ステップS403において、カウンタjを0にする。次に、ステップS404を実行する。ステップS404において、電流零制御部60を動作させる。この電流零制御部60は、前述と同様の動作を行うため、その説明は省略する。
【0055】
次に、ステップS405を実行する。ステップS405において、カウンタjに1を加える。
次に、ステップS406を実行する。ステップS406において、カウンタjがある設定された値j040より小さいとき、次に、ステップS404を実行する。このようにして、ステップS404の電流零制御部60の動作をj040回だけ繰り返す。
一方、ステップS406において、カウンタjがある設定された値j040以上のとき、ステップS407を実行する。このように、ステップS406においては、カウンタjの値により分岐する。
ステップS407において、推定角度θmを作成する。このステップS407の動作の詳細は後述する。
【0056】
次に、ステップS408において、推定速度ωmを作成する。下記式(14)のように、推定角度θmを差分し、ローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωmとする。式(14)において、KW40はローパスフィルタの係数である。このKW40は、1以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、θm(i)は今回にステップS407で作成された推定角度θmであり、θm(i−1)は前回にステップS407で作成された推定角度θmである。さらに、ΔT40は、ステップS408を動作させる周期である。
【0057】
ωm = KW40・{θm(i)−θm(i−1)}/ΔT40
+(1−KW40)・ωm ・・・(14)
【0058】
次に、ステップS409を実行する。ステップS409において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS410を実行する。ステップS410において、カウンタiがある設定された値i040より小さいとき、次に、ステップS403を実行する。このようにして、ステップS407の推定角度θmの作成とステップS408の推定速度ωmの作成とをi040回だけ繰り返す。
一方、ステップS410において、カウンタiがある設定された値i040以上のとき、ステップS411を実行する。このように、ステップS410において、カウンタiの値により分岐する。
ステップS411においては、極性が判断される。このステップS411の動作の詳細については後述する。
【0059】
次に、ステップS412を実行する。ステップS412において、低速用起動部40の動作を終了する。
次に、ステップS502を実行し、運転部50の動作を開始する。低速用起動部40において求められた推定角度θmと推定速度ωmとを初期値として、前述の従来の技術の欄で述べた後者の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式によりブラシレスモータ1を駆動する。
【0060】
次に、推定角度θmを作成するステップS407の動作について説明する。
まず、推定角度θmを作成するステップS407の動作の原理を説明する。
図8は、実施例1における電圧パルスと電流応答との関係を示す波形図である。誘起電圧が小さいため、d軸電圧指令値vd*、およびq軸電圧指令値vq*は小さい。ここで、d軸電圧指令値vd*にパルス電圧を重畳する。この重畳により、パルス電圧に応答して、d軸電流値idがd軸電流応答Δidだけ変化する。また、q軸電流値iqがq軸電流応答Δiqだけ変化する。なお、演算における角度は仮角度θt=0として固定する。
【0061】
図9は、実施例1における角度と電流応答との関係を示す波形図である。ブラシレスモータ1は、突極性を有するため、角度θ(実際のロータの角度を示す)が変化すると、インダクタンスが変化する。そのため、角度θが変化すると、d軸電流応答Δidとq軸電流応答Δiqとが変化する。この関係から推定角度θmを求める。なお、インダクタンスの変化は、180°の周期を持つため、推定角度θmは0〜180°の範囲で求められるのみである。
【0062】
次に、推定角度θmを作成するステップS407の動作の詳細について説明する。
図10は、実施例1における低速用起動部40での推定角度θmを作成するステップS407の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップS701において、推定角度θmを作成するステップS407の動作を開始する。
次に、ステップS702を実行する。ステップS702において、仮角度θtを0にする。次に、ステップS703を実行する。ステップS703において、電圧パルスの正パルス部を印加し、この状態をある設定された時間だけ保持する。下記式(15)、(16)、(17)のように、d軸電圧指令値vd*に電圧パルスを重畳し、二相三相変換したものをu相電圧指令値vu*、v相電圧指令値vv*、w相電圧指令値vw*とする。そして、この状態をある設定された時間だけ保持する。
【0063】
vu*={√(2/3)}・{(vd*+ΔV)・cosθt
−vq*・sinθt} ・・・(15)
vv*={√(2/3)}・{(vd*+ΔV)・cos(θt−120°)
−vq*・sin(θt−120°)} ・・・(16)
vw*={√(2/3)}・{(vd*+ΔV)・cos(θt+120°)
−vq*・sin(θt+120°)} ・・・(17)
【0064】
u相電圧指令値vu*、v相電圧指令値vv*、w相電圧指令値vw*が設定された時から、ある設定された時間だけ経過した後、ステップS704を実行する。
ステップS704において、u相電流値iu、およびv相電流値ivをそれぞれu相電流応答Δiu、およびv相電流応答Δivとして保存する。
【0065】
次に、ステップS705を実行する。ステップS705において、電圧パルスの負パルス部を印加し、この状態をある設定された時間だけ保持する。下記式(18)、(19)、(20)のように、d軸電圧指令値vd*に電圧パルスを重畳し、二相三相変換したものをu相電圧指令値vu*、v相電圧指令値vv*、w相電圧指令値vw*とする。そして、この状態をある設定された時間だけ保持する。
【0066】
vu*={√(2/3)}・{(vd*−ΔV)・cosθt
−vq*・sinθt} ・・・(18)
vv*={√(2/3)}・{(vd*−ΔV)・cos(θt−120°)
−vq*・sin(θt−120°)} ・・・(19)
vw*={√(2/3)}・{(vd*−ΔV)・cos(θt+120°)
−vq*・sin(θt+120°)} ・・・(20)
【0067】
その後、u相電圧指令値vu*、v相電圧指令値vv*、w相電圧指令値vw*を、それぞれ前述の式(9)、(10)、(11)で設定された、電圧パルスを印加する前の値に戻す。
次に、ステップS706を実行する。ステップS706において、ステータに固定された座標系上の値であるu相電流応答Δiuとv相電流応答Δivとをdq軸上の値であるd軸電流応答Δidとq軸電流応答Δiqとに変換する。ここで、q軸電流応答Δiqは、変換後、さらに、−1を乗じる。通常は、ロータ3の角度を求め、dq軸はロータ3の永久磁石5に固定された座標系として変換する。しかし、ここでは、仮角度θt=0とし変換する。そのため、この三相二相変換において、実質的に、三相値が二相値に変換されるのみである。具体的には、下記式(21)、(22)のように変換する。
【0068】
Δid={√(2)}・{Δiu・sin(θt+60°)
+Δiv・sinθt} ・・・(21)
Δiq= −{√(2)}・{Δiu・cos(θt+60°)
+Δiv・cosθt} ・・・(22)
【0069】
次に、ステップS707を実行する。ステップS707において、推定角度θmを演算する。角度θ(実際のロータ3の角度)と電流応答には、図9に示した関係がある。そのため、下記式(23)のように、逆正接関数atan(アークタンジェント)を用いて推定角度θmを求める。ここで、推定角度θmの範囲を0〜180°に限定する。
【0070】
θm = atan(Δiq/Δid)/2 (Δiq≧0のとき)
θm ={atan(Δiq/Δid)/2}+90° (Δiq<0のとき)
・・・(23)
【0071】
次に、ステップS708を実行する。ステップS708において、推定角度θmを作成するステップS407の動作を終了する。
【0072】
次に、極性を判断するステップS411の動作について説明する。
まず、推定角度θmの位置とこの位置と180°ずれた位置に電圧パルスを印加する。このように電圧パルスを印加することにより、2つの位置における電流応答の大きさが磁気飽和の影響により異なる。そこで、この大きさから極性を判断する。
【0073】
図11は、実施例1における低速起動部40での極性を判断するステップS411の動作を示すフローチャートである。
ステップS801において、極性を判断するステップS411の動作を開始する。
次に、ステップS811を実行する。ステップS811において、カウンタiを0にする。次に、ステップS812を実行する。ステップS812において、電流零制御部60を動作させる。この電流零制御部60は、前述の動作と同様に動作するため、その説明は省略する。
【0074】
次に、ステップS813を実行する。ステップS813において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS814を実行する。ステップS814において、カウンタiがある設定された値i080より小さいとき、次に、ステップS812を実行する。このようにして、ステップS812の電流零制御部60の動作をi080回だけ繰り返す。
一方、ステップS814において、カウンタiがある設定された値i080以上のとき、ステップS821を実行する。このように、ステップS814においては、カウンタiの値により分岐する。
ステップS821において、仮角度θtを推定角度θmとする。次に、ステップS822を実行する。ステップS822からステップS824までは、前述のステップS703からステップS705までと同様の内容を実行する。そのため、その実行内容の説明は、前述のステップS703からステップS705までの説明を援用して、ここでは省略する。
【0075】
次に、ステップS825を実行する。ステップS825において、ステータに固定された座標系上の値であるu相電流応答Δiuとv相電流応答Δivとをdq軸上の値であるd軸電流応答Δidに変換する。この変換は、前述のステップS706においてなされたものと同様であり、その説明は省略する。
【0076】
次に、ステップS826を実行する。ステップS826において、d軸電流応答Δidを第1のd軸電流応答Δid1として保存する。次に、ステップS831を実行する。ステップS831において、カウンタiを0にする。次に、ステップS832を実行する。ステップS832において、電流零制御部60を動作させる。この電流零制御部60の動作は、前述の動作と同様であるため、その説明は省略する。
【0077】
次に、ステップS833を実行する。ステップS833において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS834を実行する。ステップS834において、カウンタiがある設定された値i080より小さいとき、次に、ステップS832を実行する。このようにして、ステップS832の電流零制御部60の動作をi080回だけ繰り返す。
【0078】
一方、ステップS834において、カウンタiがある設定された値i080以上のとき、ステップS841を実行する。このように、ステップS834においては、カウンタiの値により分岐する。
ステップS841においては、仮角度θtを推定角度θm+180°とする。
次に、ステップS842を実行する。ステップS842からステップS845までは、前述のステップS822からステップS825までと同様の内容を実行する。このため、その実行内容の説明を省略する。
【0079】
ステップS846において、d軸電流応答Δidを第2のd軸電流応答Δid2として保存する。次に、ステップS851を実行する。ステップS851において、第1のd軸電流応答Δid1と第2のd軸電流応答Δid2とを比較し、分岐する。第1のd軸電流応答Δid1が第2のd軸電流応答Δid2以上のとき、ステップS852を実行する。ステップS852において、推定角度θmを推定角度θmとする。次に、ステップS861を実行する。
【0080】
一方、ステップS851において、第1のd軸電流応答Δid1が第2のd軸電流応答Δid2未満のとき、ステップS853を実行する。ステップS853において、推定角度θmを推定角度θm+180°とする。次に、ステップS861を実行する。
ステップS861において、極性を判断するステップS411の動作を終了する。
以上のように、実施例1の位置センサレスモータ制御装置を構成して、動作させることにより、ロータ2が回転していても、ブラシレスモータ5のスムーズな起動が実現可能となる。
【0081】
次に、実施例1の位置センサレスモータ制御装置の効果について説明する。
従来の位置センサレスモータ制御装置においては、前述の従来の技術の欄で述べたように、ロータ3が停止しているとして、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式により起動する。そして、適宜、前者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられている方式に切り替えて、高速まで加速させていた。
そのため、起動直前にロータ3が回転しているとき、前述のように起動時に停止しているとして、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式で起動させると、スムーズに起動できないという問題があった。
【0082】
実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、まず、電流を零に制御する。このときの電圧指令値は、誘起電圧と等価になるため、この電圧指令値の大きさにより起動方式を選択する。すなわち、電圧指令値の大きさが大きいとき、電圧指令値に基づき角度と速度とを推定する高速用起動部を動作させる。一方、電圧指令値の大きさが小さいとき、ロータ3の回転に伴うインダクタンスの変化を利用して角度と速度とを推定する低速用起動部を動作させる。
このように、実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることで、ロータ3が回転していても、ブラシレスモータ1のスムーズな起動を実現している。
【0083】
次に、回転数により起動方式を選択することを考える。誘起電圧は、ブラシレスモータ1の製造のばらつきにより、個体差がある。また、永久磁石5の温度が変化すると誘起電圧の大きさが変化する。そのため、回転数により起動方式を選択する場合には、常に最適な起動部を選択することができなかった。
実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、まず、電流を零に制御する。このときの電圧指令値は、誘起電圧と等価になるため、この電圧指令値の大きさにより起動方式を選択する。
このように、実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することで、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部の選択を実現する。
【0084】
次に、起動期間中に電流を流すことを考える。起動期間中は、角度を正確に推定することができない。このため、ある電流を流すためにある電流指令値を与えても、この電流指令値のとおりに電流を流すことができなかった。そのため、起動期間中に電流を流すと、不適切な電流が流れ、振動や異音が発生する場合があった。
実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、選択部20において電流を零に制御し、トルクを発生させない。また、高速用起動部30において電流を零に制御し、トルクを発生させない。同様に、低速用起動部40において電流を零に制御し、トルクを発生させない。このように、実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生させない構成である。このため、実施例1の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間中に電流を流しても、異常な電流が流れることがなく、振動や異音の発生が防止されている。
【0085】
《実施例2》
次に、本発明に係る実施例2の位置センサレスモータ制御装置について添付の図面を参照しつつ説明する。
前述の実施例1の位置センサレスモータ制御装置において、低速用起動部40は、ロータ3の回転に伴うインダクタンスの変化を利用して角度と速度とを推定した。実施例2の位置センサレスモータ制御装置においては、低速用起動部2040が磁束の飽和を利用して角度と速度とを推定するものである。
また、実施例1の位置センサレスモータは、永久磁石5がロータヨーク4の内部に埋め込まれた埋込磁石型モータを制御する構成である。実施例2の位置センサレスモータは、永久磁石2005がロータヨーク2004の表面に配置された表面磁石型モータを制御するものである。
【0086】
以下、実施例2の位置センサレスモータ制御装置の構成について説明する。図12は、実施例2における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
実施例2のブラシレスモータ2001には、電磁鋼板から構成されたステータ(図示せず)と、被覆銅線から構成され相電流が流れるステータに巻回された相巻線2u、2v、2wと、このステータに対向し近接して配置されたロータ2003とが設けられている。相巻線2u、2v、2wはY結線されている。ロータ2003は、電磁鋼板から構成されたロータヨーク2004とこのロータヨーク2004の表面に配置された永久磁石2005とロータヨーク2004と同一の回転中心を持つシャフト2006とから構成される。このロータ2003は回転自在に支持され、相電流により生成される磁束と永久磁石2005による磁束との相互作用によりロータ2003が回転する。
【0087】
実施例2の位置センサレスモータ制御装置に含まれる構成のうち、マイコン2010が実施例1と異なる。このマイコン2010に含まれる構成のうち、モータ制御部2012が実施例1と異なる。このモータ制御部2012に含まれる構成のうち、低速用起動部2040が実施例1と異なる。その他の構成は、実施例1と同様であるため、それらの構成と動作の説明は実施例1の説明を援用して、実施例2においては省略する。
【0088】
次に、実施例2における低速用起動部2040の動作について説明する。
低速用起動部2040は、誘起電圧が小さいときのための起動方法であり、磁束の飽和を利用して推定角度θmと推定速度ωmとを作成する。
まず、低速用起動部2040の動作の原理について説明する。
図8に示したように、誘起電圧は小さいため、d軸電圧指令値vd*、およびq軸電圧指令値vq*は小さい。ここで、d軸電圧指令値にパルス電圧を重畳すると、この電圧パルスに応答して、d軸電流値idがd軸電流応答Δidだけ変化する。なお、演算における角度は仮角度θt=0として固定する。
【0089】
図13は、実施例2における角度(横軸)と電流応答(縦軸)との関係を示す波形図である。角度θ(実際のロータ2003の角度)が0のとき、電圧パルスにより、永久磁石2005が発生する磁束を強める方向に磁束が発生する。このように磁束が発生すると、ステータにおいて磁束飽和が発生するため、電流応答が大きくなる。したがって、電流応答が一番大きくなるとき、推定角度θm=0とすればよい。
【0090】
次に、低速用起動部2040の動作の詳細について説明する。
図14は、実施例2における低速用起動部2040の動作を示すフローチャートである。
ステップS2401において、低速用起動部2040の動作を開始する。
次に、ステップS2402を実行する。ステップS2402において、カウンタiの値を0にする。次に、ステップS2403を実行する。ステップS2403において、カウンタjの値を0にする。
次に、ステップS2404を実行する。ステップS2404において、電流零制御部60を動作させる。この電流零制御部60の動作は、前述の実施例1における電流零制御部60の動作と同様であるため、その説明は省略する。
【0091】
次に、ステップS2405を実行する。ステップS2405において、カウンタjに1を加える。
次に、ステップS2406を実行する。ステップS2406において、カウンタjがある設定された値j02040より小さいとき、次に、ステップS2404を実行する。このようにして、ステップS2404の電流零制御部60の動作をj02040回だけ繰り返す。
一方、ステップS2406において、カウンタjがある設定された値j02040以上のとき、ステップS2407を実行する。このように、ステップS2406においては、カウンタjの値により分岐する。
ステップS2407からステップS2410までは、前述の図10に示した実施例1におけるステップS702からステップS705までの動作と同様の内容を実行する。このため、その実行内容の説明は省略する。
【0092】
ステップS2411において、ステータに固定された座標系上の値であるu相電流応答Δiuとv相電流応答Δivとをdq軸上の値であるd軸電流応答Δidに変換する。この変換は、前述の実施例1におけるステップS825の動作と同様であり、その説明は省略する。
次に、ステップS2412を実行する。ステップS2412において、d軸電流応答Δidが極大か否かを判断して分岐する。d軸電流応答Δidが極大のとき、ステップS2413を実行する。一方、d軸電流応答Δidが極大でないとき、ステップS2403を実行する。なお、d軸電流応答Δidの傾きが正から負に転じたとき、d軸電流応答Δidが極大であると判断する。このようにして、ステップS2411のd軸電流応答Δidの演算をd軸電流応答Δidが極大となるまで繰り返す。
【0093】
ステップS2413において、推定角度θmを0にする。次に、ステップS2414を実行する。ステップS2414において、推定速度ωmを作成する。ステップS2414は、電気角で360°おきに実行される。そのため、速度は、360°をステップS2414が実行される時間間隔で除算したものとなる。そして、この除算結果にローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωmとする。具体的には、下記式(24)のようにする。式(24)において、KW2040はローパスフィルタの係数である。このKW2040は、1以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、ΔT2040は、前回ステップS2414が実行されたときから今回ステップS2414が実行されるまでの時間である。
【0094】
ωm = KW2040・360°/ΔT2040
+(1−KW2040)・ωm ・・・(24)
【0095】
次に、ステップS2415を実行する。ステップS2415において、カウンタiに1を加える。
次に、ステップS2416を実行する。ステップS2416において、カウンタiがある設定された値i02040より小さいとき、次に、ステップS2403を実行する。このようにして、ステップS2413の推定角度θmの作成とステップS2414の推定速度ωmの作成とをi02040回だけ繰り返す。
一方、ステップS2416において、カウンタiがある設定された値i02040以上のとき、ステップS2417を実行する。このように、ステップS2416においては、カウンタiの値により分岐する。ステップS2417においては、低速用起動部2040の動作を終了させる。
【0096】
次に、ステップS503を実行して、運転部50の動作を開始する。低速用起動部2040において求められた推定角度θmと推定速度ωmとを初期値として、例えば、特願平10−329049号公報に示される位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式によりブラシレスモータ2001を駆動する。
【0097】
以上のように、実施例2の位置センサレスモータ制御装置を構成して動作させることにより、起動時にロータ2003が回転していても、ブラシレスモータ2001のスムーズな起動を実現することができる。
また、実施例2の位置センサレスモータ制御装置は、実施例1の位置センサレスモータ制御装置と同様の作用を有し、実施例1と同様の効果を実現することができる。
【0098】
なお、実施例1においては埋込磁石型モータ(ブラシレスモータ1)を制御し、実施例2においては表面磁石型モータ(ブラシレスモータ2001)を制御する構成の例で説明した。しかし、実施例1の方式により表面磁石型モータを制御し、実施例2の方式により埋込磁石型モータを制御する構成でもよい。
一般に、表面磁石型モータは、ロータの回転に伴うインダクタンスの変化が小さい。しかし、特定の表面磁石型モータにおいては、比較的インダクタンスの変化に富むものがある。このような表面磁石型モータにおいては、実施例2の方式よりも実施例1の方式のほうが有効である。
また、一般に、埋込磁石型モータは、ロータの回転に伴うインダクタンスの変化が大きい。しかし、特定の埋込磁石型モータにおいては、インダクタンスの変化が乏しいものがある。このような埋込磁石型モータにおいては、実施例1の方式よりも実施例2の方式がほうが有効である。
【0099】
また、前述の実施例の低速用起動部40、2040において、電圧パルスを印加する方式を用いたが、本発明はこの方式に限定されるものではない。例えば、高周波電圧や高周波電流を重畳し、その電流応答や電圧応答により角度を推定する方式を用いてもよい。また、PWMキャリア内での電流応答から角度を推定してもよい。
同様に、前述の実施例の高速用起動部30においては、実施例1の方式に限定されるものではなく、電流を制御して、このときの電圧指令値を用いる構成のものであれば本発明に含まれる。
【0100】
さらに、本発明は起動時に正転している場合のみに限定されるものではなく、起動時に逆転している場合でもよい。
起動時に逆転の向きに低速で回転しているとき、正転の向きに高速で回転させるために、本発明の位置センサレスモータ制御装置は、以下のように動作する。
まず、選択部20が動作し、低速用起動部40、2040を選択し、低速用起動部40、2040が動作する。低速用起動部40、2040は、推定角度θmと負の推定速度ωmを作成し、これらに基づき運転部50が動作する。そして、運転部50は、低速用の角度推定を行い、正の向きのトルクを発生する。やがて、逆転の向きで回転していたものが、正転の向きに回転し始める。さらに、適宜、高速用の角度推定を行い、高速まで加速する。
【0101】
一方、起動時に逆転の向きに高速で回転しているとき、正転の向きに高速で回転させるために、本発明の位置センサレスモータ制御装置は、以下のように動作する。
まず、選択部20が動作して、高速用起動部30を選択し、高速用起動部30を動作させる。高速用起動部30は、推定角度θmと負の推定速度ωmを作成し、これらに基づき運転部50が動作する。そして、運転部50は、高速用の角度推定を行い、正の向きのトルクを発生する。やがて、減速され、適宜、低速用の角度推定を行い、逆転の向きで回転していたものが、正転の向きに回転し始める。さらに、適宜、高速用の角度推定を行い、高速まで加速する。
なお、電流零制御部60において、仮角度θtを0としたが、その他の角度にしてもよい。この場合、高速起動部30のステップS304における推定角度θmの作成を適切に変更する必要がある。
【0102】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動させる位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
また、本発明によれば、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
また、本発明によれば、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクが発生せず、スムーズな起動が可能となる位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例1の位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】実施例1における駆動部の構成を示す回路図である。
【図3】実施例1における選択部の動作を示すフローチャートである。
【図4】実施例1における電流零制御部の構成を示すブロック図である。
【図5】実施例1における高速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【図6】実施例1における高速用起動部で電流を零に制御したときの電圧指令値の変化を示す波形図である。
【図7】実施例1における低速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【図8】実施例1における電圧パルスと電流応答との関係を示す波形図である。
【図9】実施例1における角度と電流応答との関係を示す波形図である。
【図10】実施例1における低速用起動部での推定角度を作成するステップの動作を示すフローチャートである。
【図11】実施例1における低速用起動部での極性を判断するステップの動作を示すフローチャートである。
【図12】本発明に係る実施例2における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図13】実施例2における角度と電流応答との関係を示す波形図である。
【図14】実施例2における低速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ
2u、2v、2w 相巻線
3 ロータ
5 永久磁石
8u、8v 電流センサ
9 駆動部
10 マイコン
12 モータ制御部
20 選択部
30 高速用起動部
40 低速用起動部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a position sensorless motor control device that smoothly starts a brushless motor without using a position sensor, and in particular, position sensorless motor control that can smoothly start a brushless motor even when the rotor is in a rotating state. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
The brushless motor is highly efficient because it uses a permanent magnet for the field, and has excellent maintainability because it does not use a mechanical commutation mechanism. Therefore, brushless motors are used for various purposes such as fans and pumps.
However, the brushless motor needs to pass a current through the phase winding of the stator in synchronization with the rotation of the rotor.
In a conventional motor control device that controls the drive of such a brushless motor, the rotor angle information is obtained using a position sensor such as a Hall element, a resolver, or an optical encoder attached to the brushless motor. Therefore, since it is necessary to provide such a position sensor, the conventional brushless motor has been increased in cost and increased in size.
[0003]
As a conventional position sensorless motor control device that realizes cost reduction and miniaturization by omitting such a position sensor, the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 117, No. 1, 1997, p. 98-104. Those described in the page, and those described in the Institute of Electrical Engineers of Japan, Semiconductor Power Conversion Study Group, SPC-97-7, pages 37-42 are known. Hereinafter, these conventional position sensorless motor control devices will be described.
[0004]
The former conventional position sensorless motor control device estimates the angle of the rotor of the brushless motor during rotation at a certain speed.
This conventional position sensorless motor control device first detects a phase current flowing through a phase winding, and performs coordinate conversion of these phase current values to create a γ-axis current value iγ and a δ-axis current value iδ. Next, motor constants are applied to the d-axis and q-axis voltage equations indicating the model of the brushless motor to create a γ-axis current model value iγm and a δ-axis current model value iδm. Furthermore, a γ-axis current error value Δiγ and a δ-axis current error value Δiδ, which are errors between these current values and current model values, are created. Then, the estimated angle and the estimated induced voltage are corrected based on these current error values. Using the estimated angle thus created, a predetermined current is passed through the phase winding to rotate the rotor in a predetermined direction.
[0005]
On the other hand, the latter conventional position sensorless motor control device estimates the angle of the rotor of a brushless motor having a saliency when stopped or at a low speed.
This conventional position sensorless motor control device first applies a voltage pulse to the γ-axis. Next, the current response of the phase current due to this voltage pulse is detected, and the current response of these phase currents is transformed to create a γ-axis current response Δiγ and a δ-axis current response Δiδ. By the way, the inductance of the brushless motor having saliency changes in accordance with the rotation of the rotor. Therefore, an estimated angle is created based on the γ-axis current response Δiγ and the δ-axis current response Δiδ using the fact that the current response changes due to the inductance. Using the estimated angle thus created, a current is passed through the phase winding to rotate the rotor in a predetermined direction.
[0006]
Moreover, in order to rotate the motor stopped at the time of starting at high speed, it drives by the following method.
First, the system is activated by the method used in the latter conventional position sensorless motor control device. Next, the system is appropriately switched to the method used in the former conventional position sensorless motor control device, and accelerated to high speed and rotated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When a brushless motor is used for a fan or the like, when a strong wind is blowing at the time of startup, the motor may rotate due to the influence of the wind. In this way, when the motor is rotating at the time of start-up, as with the case where the motor is stopped at the time of start-up as described above, if it is started by the method used in the latter conventional position sensorless motor control device, it starts smoothly I couldn't make it.
An object of the present invention is to realize a position sensorless motor control device capable of smoothly starting a brushless motor even when the rotor is rotating at the time of startup.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, according to the present invention.Of the first viewpointThe position sensorless motor control devicePosition sensorless motor control apparatus for controlling a brushless motor having a rotor in which a permanent magnet is disposed and rotatably supported, a stator disposed in the vicinity of the rotor, and a phase winding wound around the stator Because
  Drive means for applying a voltage based on a voltage command value representing a command value of the voltage applied to the phase winding;
  SaidA plurality of activation means for activating the brushless motor;
  A current zero control unit for creating a voltage command value for controlling the current flowing in the phase winding to zero;
  Created the current zero control unitSelecting means for selecting one starting means from the plurality of starting means based on the voltage command value;And
  The starting means selected by the selecting means is configured to calculate the angle and speed of the rotor based on the voltage command value that makes the current flowing through the phase winding zero.
  With this configuration,The position sensorless motor control device of the first aspect isA position sensorless motor control device that smoothly starts a brushless motor even when the rotor is rotating is realized by selecting and operating an appropriate starting unit according to the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero. be able to.In addition, the position sensorless motor control device according to the first aspect can realize a position sensorless motor control device that does not generate torque by controlling the current to zero during the startup period.
[0009]
  Second aspect of the present inventionThe position sensorless motor control device ofThe plurality of activation means in the first aspect are:First activation means for activating the brushless motor at high speed, and second activation means for activating the brushless motor at low speed,Have
  The selection means includes the phase windingCurrent flowing throughTo zeroWhen controllingSaidSelecting the first starting means when the voltage command value is greater than the threshold value;Said phase windingCurrent flowing throughTo zeroThe second activation means is selected when the voltage command value when controlled to be smaller than a threshold valueIs configured as.
  With this configuration,The position sensorless motor control device of the second aspect isRealizing a position sensorless motor control device that can always select the optimal starting part even if the induced voltage changes due to temperature change, etc., by selecting the starting part according to the voltage command value equivalent to the induced voltage Can do.
[0010]
  Third aspect of the present inventionThe position sensorless motor control device ofYou may comprise the said 2nd starting means in a said 2nd viewpoint so that the change of the inductance accompanying rotation of the rotor of the said brushless motor may be utilized. With this configuration, it is possible to realize a position sensorless motor control device that does not generate torque by controlling the current to zero during the startup period.
[0011]
  In the position sensorless motor control apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the second starting means according to the second aspect may be configured to utilize magnetic flux saturation.With this configuration, it is possible to realize a position sensorless motor control device that does not generate torque by controlling the current to zero during the startup period.
[0012]
  Fifth aspect of the present inventionThe position sensorless motor control device ofIn the second aspectThe first starting means has a current flowing through the phase winding.To zeroControlling the voltage command value so as to calculate the angle and speed of the rotor based on the voltage command value,
  The second starting means has a current flowing through the phase winding.To zeroAnd calculate the angle and speed of the rotor using the change in inductance caused by the rotation of the rotor.Is configured as.
  With this configuration, position sensorless motor control that smoothly starts the brushless motor even when the rotor is rotating by selecting and operating the appropriate starting unit according to the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero An apparatus can be realized. In addition, this configuration realizes a position sensorless motor control device that always selects the optimum starting part even if the induced voltage changes due to temperature change, etc., by selecting the starting part with a voltage command value equivalent to the induced voltage. can do. Furthermore, with this configuration, it is possible to realize a position sensorless motor control device that does not generate torque by controlling the current to zero during the startup period.
[0013]
  Sixth aspect of the present inventionThe position sensorless motor control device ofIn the second aspectThe first activation means,Current flowing in the phase windingTo zeroControlling the voltage command value so as to calculate the angle and speed of the rotor based on the voltage command value,
  The second starting means,Current flowing in the phase windingTo zeroAnd calculate the rotor angle and speed using magnetic flux saturation.Is configured as.
  With this configuration, position sensorless motor control that smoothly starts the brushless motor even when the rotor is rotating by selecting and operating the appropriate starting unit according to the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero An apparatus can be realized. In addition, this configuration realizes a position sensorless motor control device that always selects the optimum starting part even if the induced voltage changes due to temperature change, etc., by selecting the starting part with a voltage command value equivalent to the induced voltage. can do. Furthermore, with this configuration, it is possible to realize a position sensorless motor control device that does not generate torque by controlling the current to zero during the startup period.
  In a seventh aspect of the position sensorless motor control device according to the present invention, the first starting means in the second aspect estimates an induced voltage based on the voltage command value, and calculates an angle and a speed of the rotor. You may comprise so that it may calculate.
  According to an eighth aspect of the position sensorless motor control device of the present invention, the second starting means according to the second aspect is configured to determine the angle and speed of the rotor based on a current response when a voltage pulse is applied. You may comprise so that it may calculate.
  In the position sensorless motor control apparatus according to the ninth aspect of the present invention, the current zero control unit (60) according to the second aspect is configured such that the current value (id, iq) flowing through the phase winding is zero. The position sensorless motor control device according to claim 2, wherein the voltage command value is generated by using proportional integral control so that the command value (id *, iq *) is obtained.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific examples which are one embodiment of a position sensorless motor control device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
Example 1
A position sensorless motor control apparatus that is Embodiment 1 of the present invention will be described below. The position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment selects and operates one of the high-speed starter and the low-speed starter based on the magnitude of the voltage when the current is controlled to zero.
[0016]
First, the configuration of the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment.
The brushless motor 1 includes a stator (not shown) made of an electromagnetic steel plate, phase windings 2u, 2v, and 2w made of coated copper wire through which a phase current flows and wound around the stator. And a rotor 3 arranged close to each other. Here, the phase windings 2u, 2v, 2w are Y-connected (connection in which one end of each phase winding 2u, 2v, 2w is connected at one point). The rotor 3 includes a rotor yoke 4 made of an electromagnetic steel plate, a permanent magnet 5 disposed inside the rotor yoke 4, and a shaft 6 having the same center of rotation as the rotor yoke 4. The rotor 3 is rotatably supported, and the rotor 3 is rotated by the interaction between the magnetic flux generated by the phase current and the magnetic flux generated by the permanent magnet 5.
[0017]
The position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment detects an analog u-phase current value iua and an analog v-phase current value by detecting a phase current flowing in a microcomputer (hereinafter simply referred to as a microcomputer) 10 and phase windings 2u and 2v. current sensors 8u and 8v for outputting iva, and a drive unit 9 for controlling voltages applied to the phase windings 2u, 2v and 2w when switching command signals guh, ul, gvh, gvl, gwh and gwl are input. It has.
[0018]
An analog u-phase current value iua and an analog v-phase current value iva are input to the microcomputer 10, and an ADC (analog / digital converter) 11 u and an ADC 11 v that respectively output the u-phase current value iu and the v-phase current value iv. Is provided. Further, the microcomputer 10 receives the u-phase current value iu and the v-phase current value iv and outputs a u-phase voltage command value vu *, a v-phase voltage command value vv *, and a w-phase voltage command value vw *. PWM that outputs the switching signals guh, gul, gvh, gvl, gwh, and gwl when the control unit 12 receives the u-phase voltage command value vu *, the v-phase voltage command value vv *, and the w-phase voltage command value vw *. And a control unit 13.
[0019]
The motor control unit 12 is functionally composed of a selection unit 20, a high speed start unit 30, a low speed start unit 40, an operation unit 50, and a zero current control unit 60. The motor control unit 12 is composed of a CPU, a ROM, a RAM, a timer, a port, a bus connecting these, and the like in hardware.
[0020]
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of the drive unit 9 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the drive unit 9 includes a power source 91, an upper IGBT (insulated gate bipolar bipolar transistor) whose collector is connected to the positive electrode of the power source 91, and whose emitter is connected to the phase windings 2u, 2v, and 2w, respectively. Transistors) 92u, 92v, 92w, and upper flywheel diodes 93u, 93v, 93w connected in reverse parallel to the upper IGBTs 92u, 92v, 92w, respectively. The drive unit 9 includes lower IGBTs 94u, 94v, and 94w whose collectors are connected to the stator windings 2u, 2v, and 2w and whose emitters are connected to the negative electrode of the power source 91, and the lower IGBTs 94u, 94v, The lower flywheel diodes 95u, 95v, 95w connected in reverse parallel to 94w, and the gate voltages and lower IGBTs 94u of the upper IGBTs 92u, 92v, 92w, respectively, based on the switching command signals guh, ul, gvh, gvl, gwh, gwl, respectively. , 94v and 94w are provided with a pre-drive device 96 for controlling the gate voltages.
[0021]
Next, the operation of the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment will be described.
The motor control unit 12 in the microcomputer 10 shown in FIG. 1 is a feature of the present invention, and performs start-up control and operation control of the brushless motor 5. Details of this operation will be described later.
[0022]
Current sensors 8u and 8v detect currents flowing through phase windings 2u and 2v, respectively, and generate analog u-phase current value iua and analog v-phase current value iva. The created analog u-phase current value iua and analog v-phase current value iva are input to the ADC 11u and the ADC 11v.
The ADC 11 u and ADC 11 v convert the analog u-phase current value iua and analog v-phase current value iva, which are analog values, into digital phase u-phase current value iu and v-phase current value iv, respectively.
[0023]
The PWM controller 13 in the microcomputer 10 performs pulse width modulation (PWM) on the u-phase voltage command value vu *, the v-phase voltage command value vv *, and the w-phase voltage command value vw *. The PWM control unit 13 generates a triangular wave having a certain set frequency and amplitude, and compares this triangular wave with the u-phase voltage command value vu *. When the u-phase voltage command value vu * is larger, the switching signal guh is set to H and the switching signal ul is set to L. On the other hand, when the u-phase voltage command value vu * is smaller, the switching signal guh is set to L and the switching signal ul is set to H. Note that when the states of the switching signals guh and ul transition, a short time is set for both of the switching signals guh and ul to be L (this short time is called a dead time). Similarly, for the v phase and the w phase, the switching signals gvh and gvl and the switching signals gwh and gwl are created based on the v phase voltage command value vv * and the w phase voltage command value vw *, respectively.
[0024]
The drive unit 9 applies the voltages represented by the switching signals guh, ul, gvh, gvl, gwh, gwl to the phase windings 2u, 2v, 2w.
The power source 91 supplies power to the drive unit 9.
The pre-drive unit 96 controls the gate voltage of the upper IGBT 92u so that the upper IGBT 92u is energized when the switching signal guh is H and the upper IGBT 92u is de-energized when the switching signal guh is L. On the other hand, the gate voltage of the lower IGBT 94u is controlled so that the lower IGBT 94u is energized when the switching signal ul is H and the lower IGBT 94u is not energized when the switching signal ul is L. Similarly, for the v-phase and the w-phase, the gate voltages of the upper IGBTs 92v and 92w and the lower IGBTs 94v and 94w are controlled based on the switching signals gvh, gvl, gwh, and gwl.
[0025]
Next, the principle of operation of the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment will be described.
First, it will be explained that it is necessary to switch the starting method depending on the magnitude of the induced voltage.
When the brushless motor 1 rotates, an induced voltage is induced. Therefore, at high speed, the induced voltage is used and the angle is estimated using the model equation of the motor.
On the other hand, since a sufficient induced voltage is not induced at a low speed as well as at a stop time, a method similar to that at a high speed cannot be used. The brushless motor 1 is a motor having a saliency in which a permanent magnet 5 is embedded in a rotor yoke 4. Therefore, when the rotor 3 rotates, the inductance changes. Therefore, the angle is estimated using the change in inductance.
Thus, it is necessary to switch the angle estimation method at the time of startup depending on the magnitude of the induced voltage. Therefore, when the induced voltage is large at the time of start-up, the start-up is performed by a high-speed method. On the other hand, when the induced voltage is small at the start-up, the start-up is performed by a low-speed method.
[0026]
Next, how to determine the magnitude of the induced voltage will be described.
First, the current command value is set to 0, and the voltage command value is controlled using proportional integral control so that the current becomes 0. Then, a voltage represented by this voltage command value is applied to the phase windings 2u, 2v, 2w by the drive unit 9.
Here, since the current is controlled to 0, the applied voltage is equal to the induced voltage. Therefore, the voltage command value when the current is controlled to 0 represents the induced voltage.
For these reasons, the starting method is switched depending on the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero. That is, when the magnitude of the voltage command value is large, the system is activated by a high-speed method. On the other hand, when the magnitude of the voltage command value is small, the system is started by a low speed method.
[0027]
Next, the detail of operation | movement of the motor control part 12 of Example 1 is demonstrated.
First, the flow of operation will be described.
As shown in FIG. 1, first, the motor control unit 12 operates the selection unit 20. Next, the selection unit 20 selects which of the high-speed activation unit 30 and the low-speed activation unit 40 is to be operated. Next, the selected one of the high speed starter 30 and the low speed starter 40 is operated. Next, the operating unit 50 is operated. The zero current control unit 60 is executed in the selection unit 20 and the high speed start unit 30 or the low speed start unit 40.
[0028]
The operation when the motor control unit 12 specifically selects the high speed start unit 30 or the low speed start unit 40 will be described below.
First, when the high speed activation unit 30 is selected, the high speed activation unit 30 is selected by operating the selection unit 20. Next, the high speed start-up unit 30 is operated, and then the driving unit 50 is operated.
On the other hand, when the low speed activation unit 40 is selected, first, the selection unit 20 is operated to select the low speed activation unit 40. Next, the low speed starting unit 40 is operated, and then the driving unit 50 is operated.
[0029]
[Operation of Selection Unit 20]
Next, the operation of the selection unit 20 will be described.
The selection unit 20 controls the current to 0, and determines the magnitude of the voltage command value after a predetermined time has elapsed. Then, when the magnitude of the voltage command value is larger than the threshold value, the high speed starter 30 is selected. On the other hand, when the magnitude of the voltage command value is smaller than the threshold value, the low speed starter 40 is selected.
[0030]
FIG. 3 is a flowchart illustrating the operation of the selection unit 20 according to the first embodiment.
First, in step S201, the operation of the selection unit 20 is started.
Next, step S202 is executed. In step S202, the counter i is set to zero.
Next, step S203 is executed. In step S203, the zero current control unit 60 is operated. Details of this operation will be described later.
[0031]
Next, step S204 is executed. In step S204, 1 is added to the counter i.
Next, step S205 is executed. In step S205, when the counter i is smaller than a set value i020, next, step S203 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S203 is repeated i020 times.
On the other hand, when the counter i is greater than or equal to a set value i020 in step S205, step S206 is executed. Thus, in step S205, the process branches depending on the value of the counter i.
[0032]
In step S206, a square value v2 of the voltage command value is created. As shown in the following equation (1), the square sum of the d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * is defined as the square value v2 of the voltage command value. Here, the d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * are obtained by the current zero control unit 60.
[0033]
v2 = vd * .vd * + vq * .vq * (1)
[0034]
Next, step S207 is executed.
In step S207, one of the activation units is selected depending on the magnitude of the square value v2 of the voltage command value. When the square value v2 of the voltage command value is larger than a set value v020, step S208 is executed to select the high-speed activation unit 30.
In step S207, when the square value v2 of the voltage command value is equal to or less than v020, step S209 is executed in order to select the low speed activation unit 40.
[0035]
In step S208, the operation of the selection unit 20 is terminated. Next, Step S301 is executed to start the operation of the high-speed startup unit 30.
On the other hand, in step S209, the operation of the selection unit 20 is terminated. Next, step S401 is executed to start the operation of the low speed activation unit 40.
[0036]
Next, the zero current control unit 60 of the motor control unit 12 in the first embodiment will be described.
The zero current control unit 60 creates a voltage command value for controlling the current to zero. The control routine is shared by setting the angle and the current command value to 0 and performing normal current control.
[0037]
[Configuration of Current Zero Control Unit 60]
First, the configuration of the zero current control unit 60 will be described.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the zero current control unit 60 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the zero current control unit 60 generates a temporary angle creation unit 61 that outputs a temporary angle θt, and a current command value creation that outputs a d-axis current command value id * and a q-axis current command value iq *. Part 62. In addition, the zero current control unit 60 includes a three-phase two-phase conversion unit 63, a voltage command value creation unit 64, and a two-phase three-phase conversion unit 65.
The three-phase to two-phase converter 63 receives the angle θt, the u-phase current value iu, and the v-phase current value iv, and outputs a d-axis current value id and a q-axis current value iq. The voltage command value creation unit 64 receives the d-axis current command value id *, the q-axis current command value iq *, the d-axis current value id, and the q-axis current value iq, and receives the d-axis voltage command value vd * and the q-axis. The voltage command value vq * is output. The two-phase / three-phase converter 65 receives the temporary angle θt, the d-axis voltage command value vd *, and the q-axis voltage command value vq *, and inputs the u-phase voltage command value vu *, the v-phase voltage command value vv *, and the w-phase. The voltage command value vw * is output.
[0038]
[Operation of Zero Current Control Unit 60]
Next, the operation of the zero current control unit 60 will be described. The zero current control unit 60 operates each component in the order of a temporary angle creation unit 61, a current command value creation unit 62, a three-phase two-phase conversion unit 63, a voltage command value creation unit 64, and a two-phase three-phase conversion unit 65. Let
The temporary angle creation unit 61 sets the temporary angle θt to 0 as shown in the following formula (2). This is to share the normal current control and control routine. In the zero current control unit 60, the angle is always set to 0 °, and calculation is performed in the three-phase two-phase conversion unit 63 and the two-phase three-phase conversion unit 65 as described later.
The current command value creation unit 62 sets the d-axis current command value id * and the q-axis current command value iq * to 0 as in the following formulas (3) and (4).
[0039]
θt = 0 (2)
id * = 0 (3)
iq * = 0 (4)
[0040]
The three-phase to two-phase converter 63 converts a u-phase current value iu and a v-phase current value iv, which are values on a coordinate system fixed to the stator, into a d-axis current value id and a q-axis current. Convert to value iq. Usually, the angle of the rotor 3 is obtained, and the dq axis is converted as a coordinate system fixed to the permanent magnet 5 of the rotor 3, but here, the conversion is performed using the temporary angle θt = 0. Therefore, in this three-phase to two-phase conversion, the three-phase value is substantially only converted into the two-phase value. Specifically, conversion is performed as in the following formulas (5) and (6). In the following formula, the square root of a is expressed as √ (a).
[0041]
id = {√ (2)} · {iu · sin (θt + 60 °) + iv · sinθt}
... (5)
iq = {√ (2)} · {iu · cos (θt + 60 °) + iv · cosθt}
... (6)
[0042]
The voltage command value creation unit 64 controls the d-axis voltage command value vd * using proportional-integral control (PI control) so that the d-axis current value id becomes the d-axis current command value id *. Further, the q-axis voltage command value vq * is controlled using proportional integral control so that the q-axis current value iq becomes the q-axis current command value iq *.
As shown in the following equation (7), the difference between the d-axis current command value id * and the d-axis current value id multiplied by the proportional gain KPD and the difference between the d-axis current command value id * and the d-axis current value id The result obtained by adding the integrated value multiplied by the integral gain KID is defined as a d-axis voltage command value vd *.
Further, as shown in the following formula (8), the difference between the q-axis current command value iq * and the q-axis current value iq is multiplied by the proportional gain KPQ, and the q-axis current command value iq * and the q-axis current value iq The result obtained by adding the integral of the difference multiplied by the integral gain KIQ is defined as a q-axis voltage command value vq *.
[0043]
vd * = KPD · (id * −id) + KID · Σ (id * −id) (7)
vq * = KPQ · (iq * −iq) + KIQ · Σ (iq * −iq) (8)
[0044]
The two-phase / three-phase conversion unit 65 is a u-phase voltage command value that is a value on a coordinate system in which a d-axis voltage command value vd * and a q-axis voltage command value vq * that are values on the dq axis are fixed to the stator. It converts into vu *, v phase voltage command value vv *, and w phase voltage command value vw *. Usually, the angle of the rotor 3 is obtained, and the dq axis is converted as a coordinate system fixed to the permanent magnet 5 of the rotor 3, but here, the conversion is performed using the temporary angle θt = 0. Therefore, in this two-phase three-phase conversion, the two-phase value is only converted into a three-phase value. Specifically, conversion is performed as in the following formulas (9), (10), and (11).
[0045]
vu * = {√ (2/3)} · {vd * · cos θt−vq * · sin θt}
... (9)
vv * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θt−120 °)
−vq * · sin (θt−120 °)} (10)
vw * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θt + 120 °)
−vq * · sin (θt + 120 °)} (11)
[0046]
As described above, the zero current control unit 60 of the motor control unit 12 in the first embodiment controls the voltage command value so that the current becomes zero.
As described above, the selection unit 20 in the motor control unit 12 performs the above operation to select the high-speed starter 30 when the voltage command value is large, and to select the low speed when the voltage command value is small. The activation unit 40 is selected.
[0047]
[Operation of High-Speed Starter 30]
Next, the operation of the high speed starter 30 of the motor controller 12 in the first embodiment will be described.
The high-speed starter 30 is a start-up method for when the induced voltage is large, and creates an estimated angle θm and an estimated speed ωm based on a voltage command value when the current is controlled to 0.
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the high-speed activation unit 30 according to the first embodiment.
First, in step S301, the operation of the high-speed startup unit 30 is started. Next, step S302 is executed. In step S302, the counter i is set to zero.
[0048]
Next, step S303 is executed. In step S303, the zero current control unit 60 is operated. Since the current zero control unit 60 performs the above-described operation, the description thereof is omitted.
Next, step S304 is executed. In step S304, an estimated angle θm is created. The voltage command value when the current is controlled to 0 represents the induced voltage. FIG. 6 is a waveform diagram showing a change in the voltage command value when the current is controlled to be zero by the high speed starter 30 in the first embodiment. As shown in FIG. 6, when the angle θ (indicating the actual rotor angle) changes, the d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * are shifted by 90 ° and change in a sine wave shape. Therefore, the angle is estimated from this relationship. Specifically, the estimated angle θm is obtained using an arctangent function atan (arc tangent) as in the following formula (12). Here, the estimated angle θm is shifted by 180 ° according to the sign of the d-axis voltage command value vd *.
[0049]
θm = atan (vd * / vq *) (when vd * ≦ 0)
θm = atan (vd * / vq *) + 180 ° (when vd *> 0)
(12)
[0050]
Next, step S305 is executed. In step S305, an estimated speed ωm is created. As shown in the following equation (13), the estimated angle θm is subtracted, and a value obtained by applying a low-pass filter is defined as an estimated speed ωm. In Equation (13), KW30 is a low-pass filter coefficient. The KW30 is a positive value of 1 or less. The smaller the KW30, the greater the action of the low-pass filter. Θm (i) is the estimated angle θm created at step S304 this time, and θm (i−1) is the estimated angle θm created at step S304 last time. Furthermore, ΔT30 is a cycle for operating step S305.
[0051]
ωm = KW30 · {θm (i) −θm (i−1)} / ΔT30
+ (1-KW30) · ωm (13)
[0052]
Next, step S306 is executed. In step S306, 1 is added to the counter i.
Next, step S307 is executed. In step S307, when the counter i is smaller than a set value i030, next, step S303 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S303, the creation of the estimated angle θm in step S304, and the creation of the estimated speed ωm in step S305 are repeated i030 times.
On the other hand, when the counter i is equal to or larger than a set value i030 in step S307, step S308 is executed. Thus, in step S307, the process branches depending on the value of the counter i. In step S308, the operation of the high-speed activation unit 30 is terminated.
[0053]
Next, step S501 is executed and the operation of the driving unit 50 is started. The brushless motor 1 is driven by the method used in the former position sensorless motor control device described in the section of the prior art described above, using the estimated angle θm and the estimated speed ωm obtained in the high-speed starter 30 as initial values. .
[0054]
[Operation of Low-Speed Starter 40]
Next, the operation of the low speed activation unit 40 of the motor control unit 12 in the first embodiment will be described. The low-speed starter 40 is a start-up method for when the induced voltage is small, and creates the estimated angle θm and the estimated speed ωm by using the fact that the inductance changes as the rotor 2 rotates.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the low speed activation unit 40 according to the first embodiment.
First, in step S401, the operation of the low speed activation unit 40 starts. Next, step S402 is executed. In step S402, the counter i is set to zero.
Next, step S403 is executed. In step S403, the counter j is set to zero. Next, step S404 is executed. In step S404, the zero current control unit 60 is operated. Since the zero current control unit 60 performs the same operation as described above, the description thereof is omitted.
[0055]
Next, step S405 is executed. In step S405, 1 is added to the counter j.
Next, step S406 is executed. In step S406, when the counter j is smaller than a set value j040, next, step S404 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S404 is repeated j040 times.
On the other hand, when the counter j is greater than or equal to a certain set value j040 in step S406, step S407 is executed. Thus, in step S406, the process branches depending on the value of the counter j.
In step S407, an estimated angle θm is created. Details of the operation in step S407 will be described later.
[0056]
Next, in step S408, an estimated speed ωm is created. As shown in the following equation (14), the estimated angle θm is subtracted, and a value obtained by applying a low-pass filter is defined as an estimated speed ωm. In Equation (14), KW40 is a low-pass filter coefficient. This KW40 is a positive value of 1 or less, and the smaller the KW40, the greater the action of the low-pass filter. Θm (i) is the estimated angle θm created at step S407 this time, and θm (i−1) is the estimated angle θm created last time at step S407. Furthermore, ΔT40 is a cycle for operating step S408.
[0057]
ωm = KW40 · {θm (i) −θm (i−1)} / ΔT40
+ (1-KW40) · ωm (14)
[0058]
Next, step S409 is executed. In step S409, 1 is added to the counter i.
Next, step S410 is executed. In step S410, when the counter i is smaller than a set value i040, next, step S403 is executed. In this way, the creation of the estimated angle θm in step S407 and the creation of the estimated speed ωm in step S408 are repeated i040 times.
On the other hand, when the counter i is greater than or equal to a set value i040 in step S410, step S411 is executed. Thus, in step S410, the process branches depending on the value of the counter i.
In step S411, the polarity is determined. Details of the operation in step S411 will be described later.
[0059]
Next, step S412 is executed. In step S412, the operation of the low speed activation unit 40 is terminated.
Next, step S502 is executed and the operation of the driving unit 50 is started. The brushless motor 1 is driven by the method used in the latter position sensorless motor control device described in the section of the prior art described above, using the estimated angle θm and the estimated speed ωm obtained in the low speed starting unit 40 as initial values. .
[0060]
Next, the operation of step S407 for creating the estimated angle θm will be described.
First, the principle of the operation in step S407 for creating the estimated angle θm will be described.
FIG. 8 is a waveform diagram showing the relationship between the voltage pulse and the current response in the first embodiment. Since the induced voltage is small, the d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * are small. Here, the pulse voltage is superimposed on the d-axis voltage command value vd *. This superposition changes the d-axis current value id by the d-axis current response Δid in response to the pulse voltage. Further, the q-axis current value iq changes by the q-axis current response Δiq. Note that the angle in the calculation is fixed as the temporary angle θt = 0.
[0061]
FIG. 9 is a waveform diagram showing the relationship between the angle and the current response in the first embodiment. Since the brushless motor 1 has saliency, when the angle θ (indicating the actual rotor angle) changes, the inductance changes. Therefore, when the angle θ changes, the d-axis current response Δid and the q-axis current response Δiq change. The estimated angle θm is obtained from this relationship. Since the change in inductance has a period of 180 °, the estimated angle θm is only obtained in the range of 0 to 180 °.
[0062]
  Next, details of the operation in step S407 for creating the estimated angle θm will be described.
  FIG. 10 is a flowchart showing the operation of step S407 for creating the estimated angle θm in the low speed activation unit 40 according to the first embodiment.
  First, in step S701, the operation of step S407 for creating the estimated angle θm is started.
  Next, step S702 is executed. In step S702, the temporary angle θt is set to zero. Next, step S703 is executed. In step S703, the positive pulse portion of the voltage pulse is applied, and this state is held for a set time. As in the following formulas (15), (16), and (17),d-axis voltage command value vd *Voltage pulses are superimposed on the two-phase and three-phase converted to u-phase voltage command value vu *, v-phase voltage command value vv *, and w-phase voltage command value vw *. This state is held for a set time.
[0063]
vu * = {√ (2/3)} · {(vd * + ΔV) · cos θt
−vq * · sin θt} (15)
vv * = {√ (2/3)} · {(vd * + ΔV) · cos (θt−120 °)
−vq * · sin (θt−120 °)} (16)
vw * = {√ (2/3)} · {(vd * + ΔV) · cos (θt + 120 °)
-Vq * · sin (θt + 120 °)} (17)
[0064]
Step S704 is executed after a set time has elapsed since the u-phase voltage command value vu *, the v-phase voltage command value vv *, and the w-phase voltage command value vw * have been set.
In step S704, the u-phase current value iu and the v-phase current value iv are stored as a u-phase current response Δiu and a v-phase current response Δiv, respectively.
[0065]
  Next, step S705 is executed. In step S705, the negative pulse portion of the voltage pulse is applied, and this state is held for a set time. As in the following formulas (18), (19), (20),d-axis voltage command value vd *Voltage pulses are superimposed on the two-phase and three-phase converted to u-phase voltage command value vu *, v-phase voltage command value vv *, and w-phase voltage command value vw *. This state is held for a set time.
[0066]
vu * = {√ (2/3)} · {(vd * −ΔV) · cos θt
−vq * · sin θt} (18)
vv * = {√ (2/3)} · {(vd * −ΔV) · cos (θt−120 °)
−vq * · sin (θt−120 °)} (19)
vw * = {√ (2/3)} · {(vd * −ΔV) · cos (θt + 120 °)
−vq * · sin (θt + 120 °)} (20)
[0067]
Thereafter, the u-phase voltage command value vu *, the v-phase voltage command value vv *, and the w-phase voltage command value vw * are set to the voltage pulses set by the above-described equations (9), (10), and (11), respectively. Return to the value before applying.
Next, step S706 is executed. In step S706, the u-phase current response Δiu and the v-phase current response Δiv that are values on the coordinate system fixed to the stator are converted into a d-axis current response Δid and a q-axis current response Δiq that are values on the dq axis. To do. Here, the q-axis current response Δiq is further multiplied by −1 after the conversion. Usually, the angle of the rotor 3 is obtained, and the dq axis is converted as a coordinate system fixed to the permanent magnet 5 of the rotor 3. However, here, the temporary angle θt = 0 is converted. Therefore, in this three-phase to two-phase conversion, the three-phase value is substantially only converted into the two-phase value. Specifically, conversion is performed as shown in the following formulas (21) and (22).
[0068]
Δid = {√ (2)} · {Δiu · sin (θt + 60 °)
+ Δiv · sin θt} (21)
Δiq = − {√ (2)} · {Δiu · cos (θt + 60 °)
+ Δiv · cos θt} (22)
[0069]
Next, step S707 is executed. In step S707, the estimated angle θm is calculated. The relationship shown in FIG. 9 is related to the angle θ (the actual angle of the rotor 3) and the current response. Therefore, the estimated angle θm is obtained using an arctangent function atan (arc tangent) as shown in the following equation (23). Here, the range of the estimated angle θm is limited to 0 to 180 °.
[0070]
θm = atan (Δiq / Δid) / 2 (when Δiq ≧ 0)
θm = {atan (Δiq / Δid) / 2} + 90 ° (when Δiq <0)
(23)
[0071]
Next, step S708 is executed. In step S708, the operation of step S407 for creating the estimated angle θm is terminated.
[0072]
Next, the operation of step S411 for determining polarity will be described.
First, a voltage pulse is applied to the position of the estimated angle θm and a position shifted from this position by 180 °. By applying the voltage pulse in this way, the magnitude of the current response at the two positions differs due to the influence of magnetic saturation. Therefore, the polarity is determined from this size.
[0073]
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation in step S411 for determining the polarity in the low speed activation unit 40 according to the first embodiment.
In step S801, the operation of step S411 for determining polarity is started.
Next, step S811 is executed. In step S811, the counter i is set to zero. Next, step S812 is executed. In step S812, the zero current control unit 60 is operated. Since this zero current controller 60 operates in the same manner as described above, its description is omitted.
[0074]
Next, step S813 is executed. In step S813, 1 is added to the counter i.
Next, step S814 is executed. In step S814, when the counter i is smaller than a set value i080, next, step S812 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S812 is repeated i080 times.
On the other hand, when the counter i is greater than or equal to a set value i080 in step S814, step S821 is executed. Thus, in step S814, the process branches according to the value of the counter i.
In step S821, the provisional angle θt is set as the estimated angle θm. Next, step S822 is executed. In steps S822 to S824, the same contents as in steps S703 to S705 described above are executed. Therefore, the description of the execution contents is omitted here by using the description from step S703 to step S705 described above.
[0075]
Next, step S825 is executed. In step S825, the u-phase current response Δiu and the v-phase current response Δiv that are values on the coordinate system fixed to the stator are converted into a d-axis current response Δid that is a value on the dq axis. This conversion is the same as that performed in step S706 described above, and a description thereof will be omitted.
[0076]
Next, step S826 is executed. In step S826, the d-axis current response Δid is stored as the first d-axis current response Δid1. Next, step S831 is executed. In step S831, the counter i is set to zero. Next, step S832 is executed. In step S832, the zero current control unit 60 is operated. Since the operation of the zero current control unit 60 is the same as that described above, the description thereof is omitted.
[0077]
Next, step S833 is executed. In step S833, 1 is added to the counter i.
Next, step S834 is executed. In step S834, when the counter i is smaller than a set value i080, next, step S832 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S832 is repeated i080 times.
[0078]
On the other hand, in step S834, when the counter i is greater than or equal to a set value i080, step S841 is executed. Thus, in step S834, the process branches depending on the value of the counter i.
In step S841, the provisional angle θt is set to the estimated angle θm + 180 °.
Next, step S842 is executed. In steps S842 to S845, the same contents as in steps S822 to S825 described above are executed. For this reason, description of the execution contents is omitted.
[0079]
In step S846, the d-axis current response Δid is stored as the second d-axis current response Δid2. Next, step S851 is executed. In step S851, the first d-axis current response Δid1 is compared with the second d-axis current response Δid2, and the process branches. When the first d-axis current response Δid1 is greater than or equal to the second d-axis current response Δid2, step S852 is executed. In step S852, the estimated angle θm is set as the estimated angle θm. Next, step S861 is executed.
[0080]
On the other hand, when the first d-axis current response Δid1 is less than the second d-axis current response Δid2 in step S851, step S853 is executed. In step S853, the estimated angle θm is set to the estimated angle θm + 180 °. Next, step S861 is executed.
In step S861, the operation of step S411 for determining polarity is terminated.
As described above, the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment is configured and operated, so that the brushless motor 5 can be smoothly started even when the rotor 2 is rotating.
[0081]
Next, the effect of the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment will be described.
In the conventional position sensorless motor control device, as described in the above-mentioned section of the prior art, the rotor 3 is stopped and started by the method used in the latter conventional position sensorless motor control device. And it switched to the system currently used with the former conventional position sensorless motor control apparatus suitably, and accelerated to high speed.
Therefore, when the rotor 3 is rotating immediately before starting, if it is stopped at the time of starting as described above, if it is started by the method used in the latter conventional position sensorless motor control device, it cannot start smoothly. was there.
[0082]
The position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment first controls the current to zero. Since the voltage command value at this time is equivalent to the induced voltage, the starting method is selected according to the magnitude of the voltage command value. That is, when the magnitude of the voltage command value is large, the high-speed starter that estimates the angle and speed based on the voltage command value is operated. On the other hand, when the magnitude of the voltage command value is small, the low-speed starter that estimates the angle and speed using the change in inductance accompanying the rotation of the rotor 3 is operated.
As described above, the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment selects and operates an appropriate starter according to the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero, so that the rotor 3 rotates. Smooth start-up of the brushless motor 1 is realized.
[0083]
Next, consider selecting an activation method according to the number of rotations. The induced voltage has individual differences due to manufacturing variations of the brushless motor 1. Further, when the temperature of the permanent magnet 5 changes, the magnitude of the induced voltage changes. For this reason, when selecting an activation method based on the number of rotations, the optimum activation unit cannot always be selected.
The position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment first controls the current to zero. Since the voltage command value at this time is equivalent to the induced voltage, the starting method is selected according to the magnitude of the voltage command value.
As described above, the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment always selects the starting unit based on the voltage command value equivalent to the induced voltage, so that even if the induced voltage changes due to a temperature change or the like, Realize the selection.
[0084]
Next, let us consider flowing a current during the startup period. During the startup period, the angle cannot be estimated accurately. For this reason, even if a certain current command value is given to cause a certain current to flow, the current cannot be caused to flow according to this current command value. For this reason, if a current is passed during the start-up period, an improper current flows, and vibration and noise may occur.
In the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment, the selection unit 20 controls the current to zero and does not generate torque. Further, the current is controlled to zero in the high-speed starter 30 so that no torque is generated. Similarly, the current is controlled to zero in the low speed starter 40, and no torque is generated. As described above, the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment has a configuration in which torque is not generated by controlling the current to zero during the startup period. For this reason, the position sensorless motor control apparatus according to the first embodiment does not cause an abnormal current to flow even when a current is passed during the start-up period, and the occurrence of vibrations and noise is prevented.
[0085]
Example 2
Next, a position sensorless motor control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the above-described position sensorless motor control apparatus of the first embodiment, the low speed starter 40 estimates the angle and the speed by using the change in inductance accompanying the rotation of the rotor 3. In the position sensorless motor control apparatus according to the second embodiment, the low speed starter 2040 estimates the angle and the speed by using the saturation of the magnetic flux.
The position sensorless motor according to the first embodiment is configured to control an embedded magnet type motor in which the permanent magnet 5 is embedded in the rotor yoke 4. The position sensorless motor according to the second embodiment controls a surface magnet type motor in which a permanent magnet 2005 is disposed on the surface of a rotor yoke 2004.
[0086]
Hereinafter, the configuration of the position sensorless motor control apparatus according to the second embodiment will be described. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the position sensorless motor control device according to the second embodiment.
The brushless motor 2001 according to the second embodiment includes a stator (not shown) made of an electromagnetic steel plate, phase windings 2u, 2v, 2w wound on a stator made of coated copper wire and flowing a phase current, A rotor 2003 is provided so as to face and be close to the stator. The phase windings 2u, 2v, 2w are Y-connected. The rotor 2003 includes a rotor yoke 2004 made of an electromagnetic steel plate, a permanent magnet 2005 disposed on the surface of the rotor yoke 2004, and a shaft 2006 having the same rotation center as the rotor yoke 2004. The rotor 2003 is rotatably supported, and the rotor 2003 is rotated by the interaction between the magnetic flux generated by the phase current and the magnetic flux generated by the permanent magnet 2005.
[0087]
Of the configurations included in the position sensorless motor control device of the second embodiment, the microcomputer 2010 is different from the first embodiment. Among the configurations included in the microcomputer 2010, the motor control unit 2012 is different from the first embodiment. Of the configurations included in the motor control unit 2012, the low-speed activation unit 2040 is different from the first embodiment. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the configuration and operation thereof is omitted in the second embodiment by using the description of the first embodiment.
[0088]
Next, the operation of the low speed activation unit 2040 in the second embodiment will be described.
The low-speed starter 2040 is a start-up method for when the induced voltage is small, and creates the estimated angle θm and the estimated speed ωm using the saturation of the magnetic flux.
First, the principle of operation of the low speed activation unit 2040 will be described.
As shown in FIG. 8, since the induced voltage is small, the d-axis voltage command value vd * and the q-axis voltage command value vq * are small. Here, when a pulse voltage is superimposed on the d-axis voltage command value, the d-axis current value id changes by the d-axis current response Δid in response to the voltage pulse. Note that the angle in the calculation is fixed as the temporary angle θt = 0.
[0089]
FIG. 13 is a waveform diagram showing the relationship between the angle (horizontal axis) and the current response (vertical axis) in Example 2. When the angle θ (the actual angle of the rotor 2003) is 0, a magnetic flux is generated in a direction in which the magnetic flux generated by the permanent magnet 2005 is strengthened by a voltage pulse. When magnetic flux is generated in this way, magnetic flux saturation occurs in the stator, and the current response increases. Therefore, when the current response becomes the largest, the estimated angle θm = 0 may be set.
[0090]
Next, details of the operation of the low-speed activation unit 2040 will be described.
FIG. 14 is a flowchart illustrating the operation of the low speed activation unit 2040 according to the second embodiment.
In step S2401, the operation of the low speed activation unit 2040 is started.
Next, step S2402 is executed. In step S2402, the value of the counter i is set to zero. Next, step S2403 is executed. In step S2403, the value of the counter j is set to zero.
Next, step S2404 is executed. In step S2404, the zero current control unit 60 is operated. Since the operation of the zero current control unit 60 is the same as the operation of the zero current control unit 60 in the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0091]
Next, step S2405 is executed. In step S2405, 1 is added to the counter j.
Next, step S2406 is executed. In step S2406, when the counter j is smaller than a certain set value j02040, next, step S2404 is executed. In this way, the operation of the zero current control unit 60 in step S2404 is repeated j02040 times.
On the other hand, when the counter j is greater than or equal to a set value j02040 in step S2406, step S2407 is executed. Thus, in step S2406, the process branches depending on the value of the counter j.
From step S2407 to step S2410, the same content as the operation from step S702 to step S705 in the first embodiment shown in FIG. 10 is executed. For this reason, description of the execution contents is omitted.
[0092]
In step S2411, the u-phase current response Δiu and the v-phase current response Δiv that are values on the coordinate system fixed to the stator are converted into a d-axis current response Δid that is a value on the dq axis. This conversion is the same as the operation in step S825 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
Next, step S2412 is executed. In step S2412, it is determined whether or not the d-axis current response Δid is maximal. When the d-axis current response Δid is maximum, step S2413 is executed. On the other hand, when the d-axis current response Δid is not maximal, step S2403 is executed. When the slope of the d-axis current response Δid changes from positive to negative, it is determined that the d-axis current response Δid is maximal. In this way, the calculation of the d-axis current response Δid in step S2411 is repeated until the d-axis current response Δid reaches a maximum.
[0093]
In step S2413, the estimated angle θm is set to zero. Next, step S2414 is executed. In step S2414, an estimated speed ωm is created. Step S2414 is executed every 360 ° in electrical angle. Therefore, the speed is 360 ° divided by the time interval at which step S2414 is executed. Then, an estimated speed ωm is obtained by applying a low-pass filter to the division result. Specifically, the following equation (24) is used. In Equation (24), KW2040 is a low-pass filter coefficient. This KW2040 is a positive value of 1 or less, and the smaller the value, the greater the action of the low-pass filter. ΔT2040 is the time from when the previous step S2414 was executed until this time step S2414 is executed.
[0094]
ωm = KW2040 · 360 ° / ΔT2040
+ (1-KW2040) · ωm (24)
[0095]
Next, step S2415 is executed. In step S2415, 1 is added to the counter i.
Next, step S2416 is executed. In step S2416, when the counter i is smaller than a set value i02040, next, step S2403 is executed. In this manner, the creation of the estimated angle θm in step S2413 and the creation of the estimated speed ωm in step S2414 are repeated i02040 times.
On the other hand, if it is determined in step S2416 that the counter i is greater than or equal to a set value i02040, step S2417 is executed. Thus, in step S2416, the process branches depending on the value of the counter i. In step S2417, the operation of the low speed activation unit 2040 is terminated.
[0096]
Next, step S503 is performed and the operation | movement of the driving | operation part 50 is started. For example, the brushless motor 2001 is driven by the method used in the position sensorless motor control device disclosed in Japanese Patent Application No. 10-329049, using the estimated angle θm and the estimated speed ωm obtained by the low speed starting unit 2040 as initial values. To do.
[0097]
As described above, by configuring and operating the position sensorless motor control apparatus according to the second embodiment, the brushless motor 2001 can be smoothly started even when the rotor 2003 is rotating at the time of startup.
Further, the position sensorless motor control device of the second embodiment has the same operation as that of the position sensorless motor control device of the first embodiment, and can achieve the same effects as those of the first embodiment.
[0098]
In the first embodiment, an example of a configuration in which the embedded magnet type motor (brushless motor 1) is controlled, and in the second embodiment, the surface magnet type motor (brushless motor 2001) is controlled. However, the configuration may be such that the surface magnet type motor is controlled by the method of the first embodiment and the embedded magnet type motor is controlled by the method of the second embodiment.
In general, the surface magnet type motor has a small change in inductance accompanying the rotation of the rotor. However, some specific surface magnet type motors are relatively rich in inductance changes. In such a surface magnet type motor, the system of the first embodiment is more effective than the system of the second embodiment.
In general, an embedded magnet type motor has a large change in inductance with the rotation of the rotor. However, there are certain embedded magnet type motors in which the change in inductance is poor. In such an embedded magnet type motor, the method of the second embodiment is more effective than the method of the first embodiment.
[0099]
In the low speed start-up units 40 and 2040 of the above-described embodiment, a method of applying a voltage pulse is used. However, the present invention is not limited to this method. For example, a method may be used in which a high frequency voltage or a high frequency current is superimposed and the angle is estimated based on the current response or voltage response. Further, the angle may be estimated from the current response in the PWM carrier.
Similarly, the high-speed start-up unit 30 of the above-described embodiment is not limited to the method of the first embodiment, and any configuration may be used as long as the current is controlled and the voltage command value at this time is used. Included in the invention.
[0100]
Furthermore, the present invention is not limited to the case of normal rotation at the time of activation, and may be the case of reverse rotation at the time of activation.
When rotating at a low speed in the reverse direction at the time of startup, the position sensorless motor control device of the present invention operates as follows in order to rotate at a high speed in the normal direction.
First, the selection unit 20 operates to select the low-speed activation units 40 and 2040, and the low-speed activation units 40 and 2040 operate. The low speed activation units 40 and 2040 create an estimated angle θm and a negative estimated speed ωm, and the driving unit 50 operates based on these. Then, the driving unit 50 performs angle estimation for low speed, and generates a positive torque. Eventually, what was rotating in the reverse direction starts to rotate in the normal direction. Furthermore, the angle estimation for high speed is performed as appropriate to accelerate to high speed.
[0101]
On the other hand, the position sensorless motor control device of the present invention operates as follows in order to rotate at high speed in the forward direction when rotating at high speed in the reverse direction at startup.
First, the selection unit 20 operates to select the high-speed activation unit 30 and operate the high-speed activation unit 30. The high-speed activation unit 30 creates an estimated angle θm and a negative estimated speed ωm, and the driving unit 50 operates based on these. Then, the driving unit 50 performs angle estimation for high speed and generates torque in a positive direction. Eventually, the vehicle is decelerated, the angle estimation for low speed is performed as appropriate, and the object that has been rotated in the reverse direction starts to rotate in the normal direction. Furthermore, the angle estimation for high speed is performed as appropriate to accelerate to high speed.
In the current zero control unit 60, the temporary angle θt is set to 0, but other angles may be used. In this case, it is necessary to appropriately change the creation of the estimated angle θm in step S304 of the high speed activation unit 30.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the brushless motor can be smoothly operated even when the rotor is rotating by selecting and operating an appropriate starting unit according to the magnitude of the voltage command value when the current is controlled to zero. It is possible to realize a position sensorless motor control device that is activated at the same time.
Further, according to the present invention, the position sensorless motor control device that always selects the optimum starting part even if the induced voltage changes due to a temperature change or the like by selecting the starting part based on a voltage command value equivalent to the induced voltage. Can be realized.
In addition, according to the present invention, it is possible to realize a position sensorless motor control device that does not generate torque and can be smoothly started by controlling the current to zero during the startup period.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position sensorless motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a drive unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a selection unit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a zero current control unit according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the high-speed activation unit according to the first embodiment.
6 is a waveform diagram showing a change in voltage command value when the current is controlled to be zero by the high-speed start-up unit in Embodiment 1. FIG.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the low speed activation unit according to the first embodiment.
FIG. 8 is a waveform diagram showing the relationship between voltage pulses and current response in Example 1.
9 is a waveform diagram showing the relationship between the angle and the current response in Example 1. FIG.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a step of creating an estimated angle in the low speed activation unit according to the first embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the step of determining the polarity in the low-speed startup unit in the first embodiment.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a position sensorless motor control device according to a second embodiment of the present invention.
13 is a waveform chart showing the relationship between the angle and the current response in Example 2. FIG.
FIG. 14 is a flowchart illustrating the operation of the low speed activation unit according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Brushless motor
2u, 2v, 2w phase winding
3 Rotor
5 Permanent magnet
8u, 8v current sensor
9 Drive unit
10 Microcomputer
12 Motor controller
20 Selector
30 Starter for high speed
40 Low speed starter

Claims (9)

永久磁石が配置され回転自在に支持されたロータと、前記ロータに近接して配置されたステータと、前記ステータに巻回された相巻線と、を有するブラシレスモータを制御する位置センサレスモータ制御装置であって、
前記相巻線に印加する電圧の指令値を表す電圧指令値に基づき電圧を印加する駆動手段と、
前記ブラシレスモータを起動させるための複数の起動手段と、
前記相巻線に流れる電流を零に制御するための電圧指令値を作成する電流零制御部と、
前記電流零制御部の作成した前記電圧指令値に基づき前記複数の起動手段から1つの起動手段を選択する選択手段と、を具備し、
前記選択手段において選択された起動手段において、前記相巻線に流れる電流を零にする前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された位置センサレスモータ制御装置。
Position sensorless motor control apparatus for controlling a brushless motor having a rotor in which a permanent magnet is disposed and rotatably supported, a stator disposed in the vicinity of the rotor, and a phase winding wound around the stator Because
Drive means for applying a voltage based on a voltage command value representing a command value of the voltage applied to the phase winding;
A plurality of activation means for activating said brushless motor,
A current zero control unit for creating a voltage command value for controlling the current flowing in the phase winding to zero;
Selecting means for selecting one starting means from the plurality of starting means based on the voltage command value created by the current zero control unit ,
A position sensorless motor control device configured to calculate an angle and a speed of the rotor based on the voltage command value that makes the current flowing through the phase winding zero in the starting means selected by the selection means .
前記複数の起動手段は、高速時にブラシレスモータを起動させるための第1の起動手段と、低速時に前記ブラシレスモータを起動させるための第2の起動手段と、を有し、
前記選択手段は、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より大きいとき前記第1の起動手段を選択し、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より小さいとき前記第2の起動手段を選択するよう構成された請求項1に記載の位置センサレスモータ制御装置。
The plurality of activation means includes first activation means for activating the brushless motor at a high speed, and second activation means for activating the brushless motor at a low speed ,
It said selection means, the phase the voltage command value when controlling the current to zero flowing through the windings to select the first activating means is greater than the threshold, to zero the current flowing in the phase windings The position sensorless motor control device according to claim 1, wherein the second starter is selected when the voltage command value when controlled is smaller than a threshold value.
前記第2の起動手段が前記ブラシレスモータのロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。The position sensorless motor control device according to claim 2 , wherein the second activation unit is configured to use a change in inductance accompanying rotation of a rotor of the brushless motor. 前記第2の起動手段が磁束の飽和を利用するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。The position sensorless motor control device according to claim 2 , wherein the second activation unit is configured to use magnetic flux saturation. 前記第1の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第2の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、前記ロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。
The first activation means controls said voltage command value to zero the current flowing through the phase windings, calculates the angle and speed of the rotor based on the voltage command value,
It said second activation means, the phase current flowing in the windings is controlled to be zero, by utilizing the change in inductance caused by the rotation of the rotor is configured for calculating the angle and speed of the rotor The position sensorless motor control device according to claim 2 .
前記第1の起動手段が前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第2の起動手段が前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、磁束の飽和を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。
The first activation means controls said voltage command value to zero the current flowing through the phase windings, calculates the angle and speed of the rotor based on the voltage command value,
Said second activation means controls so as to zero the current flowing through the phase windings, according to claim 2 configured to utilize the magnetic flux saturation calculating the angle and speed of the rotor position sensorless motor control apparatus.
前記第1の起動手段は、前記電圧指令値に基づき誘起電圧を推定し、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。The position sensorless motor control device according to claim 2, wherein the first starting unit is configured to estimate an induced voltage based on the voltage command value and to calculate an angle and a speed of the rotor. 前記第2の起動手段は、電圧パルスを印加したときの電流応答に基づき、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。The position sensorless motor control device according to claim 2, wherein the second starting unit is configured to calculate an angle and a speed of the rotor based on a current response when a voltage pulse is applied. 前記電流零制御部が、前記相巻線に流れる電流値が零を示す電流指令値となるように比例積分制御を用いて電圧指令値を作成するよう構成された請求項2に記載の位置センサレスモータ制御装置。 3. The position sensorless device according to claim 2, wherein the current zero control unit is configured to create a voltage command value using proportional integral control so that a current value flowing through the phase winding becomes a current command value indicating zero. Motor control device.
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