JP4817745B2 - Vector control inverter device - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、永久磁石界磁式モータを駆動するベクトル制御インバータ装置に関する。   The present invention relates to a vector control inverter device for driving a permanent magnet field motor.

洗濯機の回転槽あるいは撹拌体を駆動するモータには、洗濯/乾燥工程に応じて様々な値の駆動トルク、回転速度、そして回転方向が要求される。例えば、洗濯工程においては大きな駆動トルクでの可逆動作が要求され、脱水工程においては比較的小さい駆動トルクでの高速回転が要求される。このような動作においてはモータが過負荷になって焼損したり、トリップにより停止したり、あるいは回転速度制御が機能不全に陥ったりすることのないように制御することが求められる。   Various values of driving torque, rotational speed, and rotational direction are required for a motor that drives a rotating tub or a stirring body of a washing machine in accordance with a washing / drying process. For example, a reversible operation with a large driving torque is required in the washing process, and a high-speed rotation with a relatively small driving torque is required in the dehydration process. In such an operation, it is required to control the motor so that it does not burn out due to overload, stop due to a trip, or malfunction of the rotational speed control.

こうしたモータの異常動作を監視する従来と方法としては、例えばDCブラシレスモータを電圧制御するものにおいてモータ電流が所定のしきい値を超えた場合には一旦、電流異常と判定して緊急停止させ、その後、何度か再起動を試みて異常が再発する場合にエラー停止させるものがある。また、モータ電流が所定のしきい値に達した場合にはモータ電流がそれ以上に上昇しないよう出力電圧を制限するものもある。いずれの方法による場合も、モータ電流のしきい値(上限値)は一定の値とされる。   As a conventional method and method for monitoring the abnormal operation of such a motor, for example, in the case of controlling the voltage of a DC brushless motor, when the motor current exceeds a predetermined threshold, it is temporarily determined that the current is abnormal, After that, there are things that try to restart several times and stop the error if the abnormality reoccurs. In some cases, when the motor current reaches a predetermined threshold, the output voltage is limited so that the motor current does not increase further. In either case, the motor current threshold (upper limit) is set to a constant value.

また、最近の洗濯機にはDCブラシレスモータをベクトル制御インバータで駆動して駆動力を得ているものが多い。この場合にはモータ電流値をA/D変換してマイコンに取り込み、その値がしきい値を超えた場合に緊急停止が行なわれる。また、マイコン内部でベクトル制御の電流指令値を所定値以下に制限する制御も行なわれるがこの場合の制限値も通常、固定の値とされる。   Also, many recent washing machines obtain a driving force by driving a DC brushless motor with a vector control inverter. In this case, the motor current value is A / D converted and taken into the microcomputer, and an emergency stop is performed when the value exceeds a threshold value. In addition, control for limiting the current command value of vector control to a predetermined value or less is also performed inside the microcomputer, but the limit value in this case is also usually a fixed value.

また、特許文献1には、モータの過電流検出しきい値を洗い時と脱水時とで異なる値とする洗濯機の例が開示されている。この公知例の場合には攪拌翼のみを駆動する洗い時にはクラッチ切換え機構により減速機構を介してモータトルクが伝達される。このため洗濯負荷の大きい場合に減速機構に異常トルクが加わることがあり、これを防止するため過電流検出しきい値を減速機構のトルク制限レベルに下げて減速機構を保護する。一方、脱水時にはクラッチ切換え機構によりモータと脱水槽とが直結されるため、過電流検出しきい値をモータの減磁レベルにまで上昇させる。   Patent Document 1 discloses an example of a washing machine in which the motor overcurrent detection threshold value is different between when washing and when dehydrating. In the case of this known example, the motor torque is transmitted through the speed reduction mechanism by the clutch switching mechanism during washing in which only the stirring blade is driven. For this reason, abnormal torque may be applied to the speed reduction mechanism when the washing load is large. To prevent this, the overcurrent detection threshold is lowered to the torque limit level of the speed reduction mechanism to protect the speed reduction mechanism. On the other hand, since the motor and the dewatering tank are directly connected by the clutch switching mechanism at the time of dewatering, the overcurrent detection threshold is raised to the demagnetization level of the motor.

しかしながら、以上の何れの方法にも次のような欠点がある。即ち、いずれの方法も洗い時においてはモータ電流が一定の制限値以下となるように制御している。洗い時においては、攪拌翼を一定周期で正転、逆転動作させる。モータは起動→正転高速回転→停止→起動→逆転高速回転→停止の動作を繰り返す。この動作中を通してモータを一つの制限値により保護しようとする場合には、その制限値を高速回転時に対応した低い電流値にしておく必要がある。   However, any of the above methods has the following drawbacks. That is, in any method, the motor current is controlled to be equal to or less than a certain limit value at the time of washing. At the time of washing, the stirring blade is rotated forward and backward at a constant cycle. The motor repeats the operations of start-up, forward rotation high-speed rotation, stop, start-up, reverse rotation high-speed rotation, stop. In order to protect the motor with one limit value during this operation, it is necessary to set the limit value to a low current value corresponding to high speed rotation.

しかし、モータ電流の制限値をそのような高速回転時に対応した一定の低い電流値に設定したのでは、起動、低速時にモータ電流が制限を受けて十分なトルクが発生しない。こきため、起動に時間を要して洗浄力が低下したり旨く起動しなかったりする問題を引き起こす。
特開2003−326084号公報 特開昭61−262084号公報
However, if the limit value of the motor current is set to a constant low current value corresponding to such high speed rotation, the motor current is limited at startup and low speed, and sufficient torque is not generated. For this reason, it takes time to start up, causing a problem that the cleaning power decreases or does not start up properly.
JP 2003-326084 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-262084

本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、モータを駆動するベクトル制御インバータ装置が回転速度上昇に伴う誘起電圧の上昇により機能不全に陥ったり、あるいはモータが過負荷になったりすることを防止しながらモータの能力を十分に引き出すことのできるベクトル制御インバータ装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and the problem is that the vector control inverter device for driving the motor may malfunction due to an increase in the induced voltage accompanying an increase in the rotational speed, or the motor It is an object of the present invention to provide a vector control inverter device that can fully extract the capacity of a motor while preventing an overload of the motor.

前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、界磁用永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なd軸電流(Id )とこれに直交するq軸電流(Iq )とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定するベクトル制御インバータ装置において、指示された角速度指令値(ωr)と前記回転子の角速度推定値(ωe)との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記d軸電流とq軸電流の各電流操作量(Idc、Iqc)を決める電流操作量決定手段(65)と、該電流操作量決定手段にて決定されたq軸電流操作量(Iqc)の大きさを制限しその値をq軸電流指令値(Iqr)として、また前記d軸電流操作量(Idc)をd軸電流指令値(Idr)としてそれぞれ出力する電流指令値制限手段(60)と、を備え、該電流指令値制限手段は前記q軸電流操作量(Iqc)の制限値を、前記回転子の角速度推定値(ωe)が大きくなるほど減少させ、前記d軸電流操作量(Idc)が負の方向に大きな値になるほど高い値にすることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is directed to a d-axis current (Id) parallel to a magnetic flux generated by a permanent magnet. The current flowing through a three-phase permanent magnet motor having a permanent magnet for a field provided on a rotor. ) And q-axis current (Iq) orthogonal thereto, and the current component is controlled independently so as to match each command value and the angular velocity of the rotor is estimated. On the basis of a value obtained by subjecting the deviation between the angular velocity command value (ωr) thus determined and the estimated angular velocity value (ωe) of the rotor to a proportional-integral calculation, the current operation amounts (Idc, Iqc) of the d-axis current and the q-axis current ) And the q-axis current manipulated variable (Iqc) determined by the current manipulated variable determiner and the value thereof as the q-axis current command value (Iqr) The d-axis current manipulated variable (Idc) A command value current command value limiting means (60) for output as (Idr), provided with, said current command value limiting unit, the q-axis current manipulated variable limit value (Iqc), the estimated angular velocity of the rotor The value is reduced as the value (ωe) increases, and the value increases as the d-axis current manipulated variable (Idc) increases in the negative direction .

q軸電流指令値(Iqr)に対してこのような制限を加えるようにし、その制限値をモータの回路定数に合わせて決定すれば、モータ電流が定格値を超えて過負荷になることを防止できる。また、回転子の角速度が上昇して誘起電圧も上昇することにより、モータ端子電圧がインバータ回路に供給される直流電圧(Vdc)を超えてベクトル制御が不能になる事態を防止することができる。   If such a limit is added to the q-axis current command value (Iqr) and the limit value is determined according to the circuit constants of the motor, the motor current will be prevented from exceeding the rated value and being overloaded. it can. Further, the angular velocity of the rotor is increased and the induced voltage is also increased, so that a situation in which the motor terminal voltage exceeds the DC voltage (Vdc) supplied to the inverter circuit and the vector control becomes impossible can be prevented.

d軸電流操作量(Idc)を負の値として弱め磁束制御を行なう場合、発生する誘起電圧は小さくなる。従って、同じ角速度に対するq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めても差し支えない。このようにq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。   When the flux control is performed with the d-axis current manipulated variable (Idc) set to a negative value, the generated induced voltage becomes small. Therefore, the limit value of the q-axis current command value (Iqr) for the same angular velocity may be increased. Thus, if the limit value of the q-axis current command value (Iqr) is increased, a high torque can be generated at the same angular velocity.

また、請求項に記載の発明は、請求項1に記載のベクトル制御インバータ装置において、前記電流指令値制限手段における前記q軸電流操作量(Iqc)の前記制限値を、インバータ装置内のインバータ回路(44)に与えられる直流電圧(Vdc)が高くなる程、高い値にすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the vector controlled inverter device according to the first aspect, the limit value of the q-axis current manipulated variable (Iqc) in the current command value limiting means is set as an inverter in the inverter device. The higher the DC voltage (Vdc) applied to the circuit (44), the higher the value.

インバータ回路(44)に与えられる直流電圧(Vdc)が高くなれば、その分だけ高い誘起電圧の発生が許容される。従って、同じ角速度に対するq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めて差し支えない。このようにq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。   If the DC voltage (Vdc) applied to the inverter circuit (44) increases, generation of a higher induced voltage is allowed. Therefore, the limit value of the q-axis current command value (Iqr) for the same angular velocity may be increased. Thus, if the limit value of the q-axis current command value (Iqr) is increased, a high torque can be generated at the same angular velocity.

以下、本発明に係るベクトル制御インバータ装置およびそれを用いた洗濯機の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の縦形洗濯機の全体構成を縦断面図で概略的に示したものである。図において、洗濯機本体1の外箱2は矩形箱状をなしていて、上部にはトップカバー3が装着されている。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a vector control inverter device and a washing machine using the vector control inverter device according to the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a vertical washing machine of the present embodiment in a longitudinal sectional view. In the figure, the outer box 2 of the washing machine main body 1 has a rectangular box shape, and a top cover 3 is mounted on the top.

外箱2の内部には、脱水された水を受ける外槽である水受槽5が弾性吊持機構6により弾性支持された状態で配設されている。水受槽5の内部には、洗い槽および脱水槽を兼ねる回転槽7が回転可能に配設されている。回転槽7の周壁部には多数の脱水孔8が形成されており、脱水時には衣類から脱水された水がこの脱水孔8を通って水受槽5内へ放出される。また、回転槽7の上端部には、脱水時における回転槽7の回転バランスをとるためのバランスリング9が設けられている。回転槽7の内底部には撹拌体11が回転可能に配設されている。   Inside the outer box 2, a water receiving tank 5 that is an outer tank for receiving dehydrated water is disposed in a state of being elastically supported by an elastic suspension mechanism 6. Inside the water receiving tank 5, a rotating tank 7 serving as a washing tank and a dehydrating tank is rotatably arranged. A large number of dewatering holes 8 are formed in the peripheral wall portion of the rotating tank 7, and water dehydrated from the clothing is discharged into the water receiving tank 5 through the dewatering holes 8 during dehydration. In addition, a balance ring 9 is provided at the upper end of the rotating tub 7 for balancing the rotation of the rotating tub 7 during dehydration. A stirring body 11 is rotatably disposed on the inner bottom of the rotating tub 7.

水受槽5の外底部には駆動機構部12が配設されている。この駆動機構部12はモータ13及びクラッチ機構(図示せず)により構成されている。モータ13はアウターロータ形の三相永久磁石モータで、中央部に配設された電機子巻線を有する固定子14の回りを界磁用永久磁石が埋設された回転子15が回転する構成となっている。固定子14は、駆動機構部ベース16を介して水受槽5に固定され、回転子15は撹拌体11に直結されている。   A driving mechanism 12 is disposed on the outer bottom of the water receiving tank 5. The drive mechanism 12 includes a motor 13 and a clutch mechanism (not shown). The motor 13 is an outer rotor type three-phase permanent magnet motor, and has a configuration in which a rotor 15 having a permanent magnet for field rotation rotates around a stator 14 having an armature winding disposed in the center. It has become. The stator 14 is fixed to the water receiving tank 5 through the drive mechanism unit base 16, and the rotor 15 is directly connected to the stirring body 11.

「洗い」と「すすぎ」の工程時には、モータ13により撹拌体11のみがモータ13により正逆回転駆動される。「脱水」工程時には回転槽7がクラッチ機構により回転子15に連繋され、撹拌体11と一体となって一方向に高速回転駆動される。   During the “washing” and “rinsing” processes, only the stirrer 11 is driven to rotate forward and backward by the motor 13 by the motor 13. During the “dehydration” process, the rotating tub 7 is connected to the rotor 15 by a clutch mechanism, and is driven to rotate at a high speed in one direction together with the stirring body 11.

水受槽5の底部には排水口18が形成されている。この排水口18には排水弁19が取り付けられ、その出口に排水ホース20が接続されている。
なお、トップカバー3は、上面に洗濯物投入口を開閉する二つ折り可能な外蓋22が設けられ、前部上面には操作パネル23が設けられている。操作パネル23の背面側には制御装置24が取り付けられている。さらに、トップカバー3の後部内面には、給水機構や乾燥運転のための温風ユニット等の電装品25が収容設置されている。
A drain port 18 is formed at the bottom of the water receiving tank 5. A drain valve 19 is attached to the drain port 18, and a drain hose 20 is connected to the outlet.
In addition, the top cover 3 is provided with an outer lid 22 that can be folded in half to open and close the laundry inlet on the upper surface, and an operation panel 23 on the upper surface of the front part. A control device 24 is attached to the back side of the operation panel 23. Furthermore, an electrical component 25 such as a water supply mechanism or a warm air unit for drying operation is accommodated and installed on the inner surface of the rear portion of the top cover 3.

次に、上記洗濯機のモータ13の駆動回路について説明する。モータ13はアウターロータ形の三相永久磁石モータであり、センサレスのベクトル制御インバータ装置により駆動される。図2はそのベクトル制御インバータ装置30の回路構成を示したものである。ベクトル制御インバータ装置30は、電流制御回路31、回転位置推定回路32、電流指令値決定回路33、直流電源回路34を備えて構成される。   Next, the drive circuit of the motor 13 of the washing machine will be described. The motor 13 is an outer rotor type three-phase permanent magnet motor, and is driven by a sensorless vector control inverter device. FIG. 2 shows a circuit configuration of the vector control inverter device 30. The vector control inverter device 30 includes a current control circuit 31, a rotational position estimation circuit 32, a current command value determination circuit 33, and a DC power supply circuit 34.

ベクトル制御は電機子に流れる電流を界磁である永久磁石の磁束方向、これに直交する成分とに分離してそれぞれを独立に調整することにより磁束及び発生トルクを制御する方法である。電流制御には、回転子と共に回転する回転座標系、いわゆるd−q座標系で表わした電流値が用いられる。ここに、d軸は回転子に取り付けられた永久磁石の作る磁束方向であり、q軸はd軸に直交する方向(回転方向に電気角でπ/2進んだ方向)である。電機子に流れる電流の内、q軸電流Iqは回転トルクを発生させる成分でありトルク成分電流とも呼ばれる。他方のd軸電流Idは磁束を作る成分であり磁化成分電流とも呼ばれる。   Vector control is a method of controlling the magnetic flux and the generated torque by separating the current flowing through the armature into the magnetic flux direction of the permanent magnet, which is the field, and the component orthogonal thereto, and independently adjusting the components. For the current control, a current value represented by a rotating coordinate system rotating with the rotor, that is, a so-called dq coordinate system is used. Here, the d-axis is a magnetic flux direction created by a permanent magnet attached to the rotor, and the q-axis is a direction orthogonal to the d-axis (a direction advanced by π / 2 in the rotation direction by an electrical angle). Of the current flowing through the armature, the q-axis current Iq is a component that generates rotational torque and is also referred to as torque component current. The other d-axis current Id is a component that generates magnetic flux and is also called a magnetization component current.

電流制御回路31は、モータ13に実際に流れる電流のd軸電流Id及びq軸電流Iqの値が指定されたd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrにそれぞれ一致するように制御する回路である。電流制御回路31は、減算回路36、37、比例積分演算回路38、39、dq/αβ座標変換回路41、αβ/UVW座標変換回路42、PWM形成回路43、インバータ回路44、電流検出回路46を備える。電流検出回路46は、モータ13に実際に流れている電流のd軸電流Idとq軸電流Iqを検出する回路である。   The current control circuit 31 performs control so that the values of the d-axis current Id and the q-axis current Iq of the current that actually flows through the motor 13 coincide with the designated d-axis current command value Idr and q-axis current command value Iqr, respectively. Circuit. The current control circuit 31 includes subtraction circuits 36 and 37, proportional-integral calculation circuits 38 and 39, a dq / αβ coordinate conversion circuit 41, an αβ / UVW coordinate conversion circuit 42, a PWM formation circuit 43, an inverter circuit 44, and a current detection circuit 46. Prepare. The current detection circuit 46 is a circuit that detects the d-axis current Id and the q-axis current Iq of the current actually flowing through the motor 13.

電流検出回路46は、UVW電流検出回路47、UVW/αβ座標変換回路48、αβ/dq座標変換回路49により構成される。UVW電流検出回路47はモータ13の各相(U相、V相、W相)に流れる電流Iu、Iv、Iwを検出する回路である。UVW電流検出回路47は、インバータ回路44に設けられている3式のハーフブリッジ回路51の接地側スイッチング素子52と接地電位GNDとの間に接続した3個のシャント抵抗54の両端電圧に基づいて電流Iu、Iv、Iwを検出する。UVW電流検出回路47の回路構成については、例えば特許文献1に詳述してある回路を使用する。   The current detection circuit 46 includes a UVW current detection circuit 47, a UVW / αβ coordinate conversion circuit 48, and an αβ / dq coordinate conversion circuit 49. The UVW current detection circuit 47 is a circuit that detects currents Iu, Iv, and Iw flowing through the phases (U phase, V phase, and W phase) of the motor 13. The UVW current detection circuit 47 is based on the voltages across the three shunt resistors 54 connected between the ground-side switching element 52 of the three types of half-bridge circuit 51 provided in the inverter circuit 44 and the ground potential GND. Currents Iu, Iv, and Iw are detected. As a circuit configuration of the UVW current detection circuit 47, for example, a circuit described in detail in Patent Document 1 is used.

検出された電流Iu、Iv、Iwは、UVW/αβ座標変換回路48によりこれと等価な2相電流Iα、Iβに変換される。変換された2相電流Iα、Iβは、αβ/dq座標変換回路49により更に変換されてd軸電流Id、q軸電流Iqが算出される。α、βはモータ13の固定子に固定された2軸座標系の座標軸である。このαβ/dq座標変換回路49における座標変換の計算には、後述する回転子の回転位置推定値(α軸とd軸との位相差の推定値)θeが用いられる。   The detected currents Iu, Iv, and Iw are converted into equivalent two-phase currents Iα and Iβ by the UVW / αβ coordinate conversion circuit 48. The converted two-phase currents Iα and Iβ are further converted by an αβ / dq coordinate conversion circuit 49 to calculate a d-axis current Id and a q-axis current Iq. α and β are coordinate axes of a biaxial coordinate system fixed to the stator of the motor 13. In the calculation of the coordinate conversion in the αβ / dq coordinate conversion circuit 49, a rotor rotational position estimated value (estimated value of phase difference between α axis and d axis) θe described later is used.

こうして求められたd軸電流Id、q軸電流Iqは、減算回路36、37にてそれぞれ後述の電流指令値制限回路60が出力するd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrと比較して偏差ΔId 、ΔIq が求められる。偏差ΔId、ΔIqは比例積分演算回路38、39にて比例積分演算が施され、d−q座標系で表わした出力電圧指令値Vd、Vqが算出される。出力電圧指令値Vd、Vqは、dq/αβ座標変換回路41にてα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ/UVW座標変換回路42により固定子の各相電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換される。なお、dq/αβ座標変換回路41における座標変換の計算にも後述する回転子の回転位置推定値θeが用いられる。 The d-axis current Id and the q-axis current Iq thus obtained are compared with the d-axis current command value Idr and the q-axis current command value Iqr output from a current command value limiting circuit 60 described later in the subtraction circuits 36 and 37, respectively. Thus, deviations ΔId and ΔIq are obtained. Deviations ΔId and ΔIq are subjected to proportional-integral calculation by proportional-integral calculation circuits 38 and 39, and output voltage command values Vd and Vq expressed in the dq coordinate system are calculated. The output voltage command values Vd and Vq are converted into values expressed in the α-β coordinate system by the dq / αβ coordinate conversion circuit 41, and further, the αβ / UVW coordinate conversion circuit 42 converts the phase voltage command values Vu, Converted to Vv and Vw. Note that the rotor rotational position estimation value θe, which will be described later, is also used for calculation of coordinate conversion in the dq / αβ coordinate conversion circuit 41.

この各相電圧指令値Vu、Vv、VwはPWM形成回路43に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路44は3式のハーフブリッジ回路51で構成された周知のインバータ回路で、直流電源回路34より直流電圧Vdcの供給を受けている。PWM形成回路43で形成されたゲート駆動信号は各ハーフブリッジ回路51を構成するスイッチング素子52、53等のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Vu、Vv、Vwに一致するPWM変調された三相交流電圧が生成されて電機子コイルに印加される。   The phase voltage command values Vu, Vv, and Vw are input to the PWM forming circuit 43 to form a pulse drive modulated gate drive signal for supplying a voltage that matches the command value. The inverter circuit 44 is a known inverter circuit composed of three types of half-bridge circuits 51, and is supplied with a DC voltage Vdc from the DC power supply circuit 34. The gate drive signal formed by the PWM forming circuit 43 is given to the gates of the switching elements 52, 53, etc. constituting each half bridge circuit 51, and thereby PWM modulated in accordance with the phase voltage command values Vu, Vv, Vw. A three-phase AC voltage is generated and applied to the armature coil.

このような構成の下で減算回路36、37と比例積分演算回路38、39によって比例積分演算によるフィードバック制御が行なわれ、d軸電流Id、q軸電流Iqはそれぞれd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrに一致するように調整される。   Under such a configuration, the subtractor circuits 36 and 37 and the proportional-integral arithmetic circuits 38 and 39 perform feedback control by proportional-integral calculation, and the d-axis current Id and the q-axis current Iq are d-axis current command values Idr and q, respectively. Adjustment is made to match the shaft current command value Iqr.

以上のような電流制御の過程では、αβ/dq座標変換回路49、dq/αβ座標変換回路41における座標変換の際に回転子の回転位置(α軸とd軸との位相差)θの値を必要とする。この回転位置θの値はエンコーダなどの回転位置検出器をモータ13に取り付けて検出することも可能であるがメンテナンスやコストを考えると問題も大きい。本実施形態ではそのような回転位置検出器を用いないで、センサレスで回転位置θを推定する方式を採用している。   In the process of current control as described above, the value of the rotational position (phase difference between the α axis and the d axis) θ of the rotor during coordinate conversion in the αβ / dq coordinate conversion circuit 49 and the dq / αβ coordinate conversion circuit 41. Need. The value of the rotational position θ can be detected by attaching a rotational position detector such as an encoder to the motor 13, but there are significant problems in view of maintenance and cost. In this embodiment, a method for estimating the rotational position θ without using a sensor is used without using such a rotational position detector.

回転位置推定回路32は、その回転子の回転位置θの推定値θeを求めるための回路である。回転位置推定回路32は、誘起電圧推定回路61、比例積分演算回路62、積分回路63により構成される。誘起電圧推定回路61には、d軸電流Id、q軸電流Iq、及びd軸の出力電圧指令値Vd、回転子の角速度推定値ωeが入力されている。更に、誘起電圧推定回路61には、モータ13の回路定数である電機子コイルのd軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、コイル抵抗Rが記憶されている。   The rotational position estimation circuit 32 is a circuit for obtaining an estimated value θe of the rotational position θ of the rotor. The rotational position estimation circuit 32 includes an induced voltage estimation circuit 61, a proportional integration calculation circuit 62, and an integration circuit 63. The induced voltage estimation circuit 61 receives the d-axis current Id, the q-axis current Iq, the d-axis output voltage command value Vd, and the estimated angular velocity value ωe of the rotor. Furthermore, the induced voltage estimation circuit 61 stores the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the coil resistance R of the armature coil, which are circuit constants of the motor 13.

誘起電圧推定回路61はこれらの入力値と回路定数を用いて、永久磁石の作る磁束によって電機子コイル内に発生するd軸方向の誘起電圧推定値Edを次式で計算する。
Ed=Vd−R・Id−Ld・p・Id+ωe・Lq・Iq (1)式
ここで、pは微分演算子である。
The induced voltage estimation circuit 61 uses these input values and circuit constants to calculate an induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction generated in the armature coil by the magnetic flux generated by the permanent magnet by the following equation.
Ed = Vd-R.Id-Ld.p.Id + .omega.e.Lq.Iq (1) where p is a differential operator.

こうして計算されたd軸方向の誘起電圧推定値Edは比例積分演算回路62に入力されて比例積分演算が施され、その結果が回転子の角速度推定値ωeとして出力される。角速度推定値ωeは積分回路63にて積分され、その値が回転位置推定値θeとして出力される。   The induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction thus calculated is input to the proportional-plus-integral calculation circuit 62 and subjected to proportional-integral calculation, and the result is output as the estimated angular velocity value ωe of the rotor. The angular velocity estimated value ωe is integrated by the integrating circuit 63, and the value is output as the rotational position estimated value θe.

回転位置推定値θeは前述したようにαβ/dq座標変換回路49、dq/αβ座標変換回路41における座標変換に使用される。角速度推定値ωeは、誘起電圧推定回路61に与えられて(1)式による誘起電圧推定値Edの計算に使用される。また、角速度推定値ωeは後述の電流操作量決定回路65にも与えられる。   The rotational position estimated value θe is used for coordinate conversion in the αβ / dq coordinate conversion circuit 49 and the dq / αβ coordinate conversion circuit 41 as described above. The estimated angular velocity value ωe is given to the induced voltage estimating circuit 61 and used for calculating the induced voltage estimated value Ed according to the equation (1). The estimated angular velocity value ωe is also given to a current operation amount determination circuit 65 described later.

ところで(1)式の右辺の計算に用いられているωeは回転子の角速度推定値であり実際の角速度ωではない。また、(1)式右辺のd軸電流Id、q軸電流Iqも、回転位置推定値θeを使用して算出された値であり、更にその回転位置推定値θe自身も角速度推定値ωeを積分して求められた値である。また、(1)式の右辺のd軸の出力電圧指令値Vd及び(1)式には現れていないq軸の出力電圧指令値Vqは、同じく回転位置推定値θeを使用して各相電圧指令値Vu、Vv、Vwが算出されている。そして、その値に基づいてインバータ回路44により電圧が生成されて電機子コイルに与えられている。即ち、(1)式中の回路定数以外の変数は全て角速度推定値ωeによる影響を受けている。   By the way, ωe used for the calculation of the right side of the equation (1) is an estimated value of the angular velocity of the rotor, not the actual angular velocity ω. Further, the d-axis current Id and q-axis current Iq on the right side of the equation (1) are values calculated using the rotational position estimated value θe, and the rotational position estimated value θe itself also integrates the angular velocity estimated value ωe. This is the value obtained by Further, the d-axis output voltage command value Vd on the right side of the equation (1) and the q-axis output voltage command value Vq that does not appear in the equation (1) are similarly applied to each phase voltage using the rotational position estimation value θe. Command values Vu, Vv, and Vw are calculated. Based on the value, a voltage is generated by the inverter circuit 44 and applied to the armature coil. That is, all variables other than the circuit constants in the equation (1) are affected by the estimated angular velocity value ωe.

(1)式の左辺のEdは誘起電圧のd軸方向の成分という意味である。誘起電圧は永久磁石の作る磁束が電機子コイルと鎖交して発生する電圧でありq軸にのみ発生してd軸には発生しない筈である。従って、角速度推定値ωeが正確に実際の角速度ωに一致していれば、(1)式の右辺で計算したd軸方向の誘起電圧推定値Edはゼロになる筈である。その値がゼロにならないことは、計算に使用している角速度推定値ωeが実際の角速度ωに対して誤差を持っていることを意味する。   Ed on the left side of the equation (1) means a component of the induced voltage in the d-axis direction. The induced voltage is a voltage generated by interlinking the magnetic flux generated by the permanent magnet with the armature coil, and should be generated only on the q axis and not on the d axis. Therefore, if the estimated angular velocity value ωe exactly matches the actual angular velocity ω, the induced voltage estimated value Ed in the d-axis direction calculated on the right side of the equation (1) should be zero. That the value does not become zero means that the estimated angular velocity value ωe used in the calculation has an error with respect to the actual angular velocity ω.

このことは逆に言えば(1)式の右辺で計算したEdの値がゼロとなるように角速度推定値ωeを調整してやれば、ゼロとなった時の角速度推定値ωeは実際の角速度ωと一致していることを意味する。このd軸方向の誘起電圧推定値Edがゼロとなるように調整するのが比例積分演算回路62である。比例積分演算回路62の調整動作により誘起電圧推定値Edがゼロに収束すれば、そのときの比例積分演算回路62の出力である角速度推定値ωeは実際の角速度ωと一致した値となる。本実施形態ではこのような動作を行なう誘起電圧推定回路61を用いることにより回転位置検出器を用いることなく、回転子の実際の角速度ωと回転子位置θの値に一致する角速度推定値ωeと回転位置推定値θeを得ている。   In other words, if the estimated angular velocity value ωe is adjusted so that the value of Ed calculated on the right side of the equation (1) becomes zero, the estimated angular velocity value ωe when it becomes zero becomes the actual angular velocity ω. It means that they match. The proportional-integral operation circuit 62 adjusts the estimated induced voltage Ed in the d-axis direction to zero. If the induced voltage estimated value Ed converges to zero by the adjustment operation of the proportional-integral arithmetic circuit 62, the angular velocity estimated value ωe, which is the output of the proportional-integral arithmetic circuit 62 at that time, becomes a value that matches the actual angular velocity ω. In the present embodiment, by using the induced voltage estimation circuit 61 that performs such an operation, the actual angular velocity ω of the rotor and the estimated angular velocity ωe that matches the value of the rotor position θ are obtained without using the rotational position detector. An estimated rotational position value θe is obtained.

次に、本発明の特徴である電流指令値決定回路33の構成と動作について説明する。電流指令値決定回路33は、電流操作量決定回路65と電流指令値制限回路60により構成される。電流操作量決定回路65は、角速度推定値ωeをマイコン64が出力する角速度指令値ωrと比較し、その比較結果に従ってd軸とq軸の各電流操作量を形成する回路である。また、電流指令値制限回路60は、電流操作量決定回路65にて形成された電流操作量に制限を加えるリミッタ回路である。電流操作量決定回路65で形成された電流操作量が電流指令値制限回路60にて大きさの制限を受けることで、最終的にd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrの値が決定される。   Next, the configuration and operation of the current command value determination circuit 33, which is a feature of the present invention, will be described. The current command value determining circuit 33 includes a current operation amount determining circuit 65 and a current command value limiting circuit 60. The current manipulated variable determining circuit 65 is a circuit that compares the angular velocity estimated value ωe with the angular velocity command value ωr output from the microcomputer 64 and forms the d-axis and q-axis current manipulated variables according to the comparison result. The current command value limit circuit 60 is a limiter circuit that limits the current operation amount formed by the current operation amount determination circuit 65. The current manipulated variable formed by the current manipulated variable determining circuit 65 is limited in magnitude by the current command value limiting circuit 60, so that the values of the d-axis current command value Idr and the q-axis current command value Iqr are finally changed. It is determined.

電流操作量決定回路65は、減算回路66、比例積分演算回路67、操作量配分回路68により構成される。減算回路66は、マイコン64が出力する角速度指令値ωrと角速度推定値ωeとの偏差Δωを算出する。マイコン64には操作パネル23(図2参照)が接続されていて洗濯機の操作条件が入力されている。マイコン64は入力された操作条件に従い、各工程の各時期におけるモータ13の回転速度を決定し、角速度指令値ωrとして出力している。   The current operation amount determination circuit 65 includes a subtraction circuit 66, a proportional integration operation circuit 67, and an operation amount distribution circuit 68. The subtraction circuit 66 calculates a deviation Δω between the angular velocity command value ωr output from the microcomputer 64 and the estimated angular velocity value ωe. An operation panel 23 (see FIG. 2) is connected to the microcomputer 64, and operating conditions for the washing machine are input. The microcomputer 64 determines the rotational speed of the motor 13 at each time of each process according to the input operation condition, and outputs it as an angular speed command value ωr.

減算回路66の出力である偏差Δωは、比例積分演算回路67に入力される。比例積分演算回路67は、入力された偏差Δωに所定の比例積分演算を施して結果をモータ電流操作量Icとして出力する。このモータ電流操作量Icは偏差Δωをゼロに近づけるためのモータ電流の操作量である。操作量配分回路68はこのモータ電流操作量Icに基づいて、d軸電流に対する操作量Idcとq軸電流に対する操作量Iqcを形成する。   The deviation Δω that is the output of the subtraction circuit 66 is input to the proportional-integral calculation circuit 67. The proportional integration calculation circuit 67 performs a predetermined proportional integration calculation on the input deviation Δω and outputs the result as a motor current manipulated variable Ic. This motor current manipulated variable Ic is a motor current manipulated variable for making the deviation Δω close to zero. The operation amount distribution circuit 68 forms an operation amount Idc for the d-axis current and an operation amount Iqc for the q-axis current based on the motor current operation amount Ic.

モータ電流操作量Icの値に基づくd軸電流操作量Idcとq軸電流操作量Iqcの形成の仕方は、希望するモータ動作条件(回転速度、発生トルク等)により予め決められたルールに従って決定される。その決定の仕方は、「洗い」工程においては例えばd軸電流操作量Idcは常にゼロとし、モータ電流操作量Icの値をそのままq軸電流操作量Iqcとする。電流指令値制限回路60の制限を受けない場合にはゼロであるd軸電流操作量Idcがそのままd軸電流指令値Idrとなり、モータ電流操作量Icに等しいq軸電流操作量Iqcがそのままq軸電流指令値Iqrとして電流制御回路31に出力される。   The method of forming the d-axis current manipulated variable Idc and the q-axis current manipulated variable Iqc based on the value of the motor current manipulated variable Ic is determined according to a predetermined rule according to the desired motor operating conditions (rotational speed, generated torque, etc.). The In the “washing” process, for example, the d-axis current manipulated variable Idc is always zero, and the motor current manipulated variable Ic is directly used as the q-axis current manipulated variable Iqc. When not limited by the current command value limit circuit 60, the d-axis current manipulated variable Idc that is zero becomes the d-axis current command value Idr as it is, and the q-axis current manipulated variable Iqc equal to the motor current manipulated variable Ic remains as q-axis. The current command value Iqr is output to the current control circuit 31.

この場合、モータ13の発生トルクはq軸電流指令値Iqrであるモータ電流操作量Icに比例する。モータ13の突極性が弱い場合には、d軸電流Idはトルク発生に寄与しない。従って、d軸電流Idを流さないこのような電流指令値の決定の仕方は、同一発生トルクに対する電流が最小となって効率的である。   In this case, the torque generated by the motor 13 is proportional to the motor current manipulated variable Ic which is the q-axis current command value Iqr. When the saliency of the motor 13 is weak, the d-axis current Id does not contribute to torque generation. Therefore, such a method of determining the current command value that does not flow the d-axis current Id is efficient with a minimum current for the same generated torque.

一方、「脱水」工程においてはモータ13に高速回転が要求される。モータ13の回転速度が上昇すると、それに比例して回転子の永久磁石の電機子鎖交磁束による誘起電圧も高くなりモータ13の端子電圧が上昇する。端子電圧は電源電圧(直流電源回路34の出力電圧Vdc)を超えてはならない。このため「脱水」工程では、弱め磁束制御が行なわれる。   On the other hand, in the “dehydration” step, the motor 13 is required to rotate at high speed. When the rotation speed of the motor 13 is increased, the induced voltage due to the armature linkage magnetic flux of the permanent magnet of the rotor is also increased in proportion thereto, and the terminal voltage of the motor 13 is increased. The terminal voltage must not exceed the power supply voltage (the output voltage Vdc of the DC power supply circuit 34). For this reason, in the “dehydration” step, flux-weakening control is performed.

弱め磁束制御を行なわせるためにはd軸電流Idを負の値とする。このため操作量配分回路68では、d軸電流操作量Idcは負の一定値としモータ電流操作量Icをそのままq軸電流操作量Iqcとするように電流操作量を形成する。電流指令値制限回路60の制限を受けない場合には負の一定値であるd軸電流操作量Idcがそのままd軸電流指令値Idrとして、またモータ電流操作量Icに等しいq軸電流操作量Iqcがそのままq軸電流指令値Iqrとして電流制御回路31に出力される。   In order to perform the flux weakening control, the d-axis current Id is set to a negative value. Therefore, the operation amount distribution circuit 68 forms the current operation amount so that the d-axis current operation amount Idc is a negative constant value and the motor current operation amount Ic is directly used as the q-axis current operation amount Iqc. When not limited by the current command value limit circuit 60, the negative d-axis current manipulated variable Idc is directly used as the d-axis current command value Idr and is equal to the motor current manipulated variable Ic. Is directly output to the current control circuit 31 as the q-axis current command value Iqr.

このようにすれば負の一定値であるd軸電流指令値Idrによって負のd軸電流Idが流れd軸方向の磁束が減少する。それにより誘起電圧が減少してモータ13の端子電圧の上昇が抑えられるためモータ13を高速回転させることができ、結果として脱水を効率的に行なわせることができる。   In this way, the negative d-axis current Id flows by the d-axis current command value Idr which is a negative constant value, and the magnetic flux in the d-axis direction is reduced. As a result, the induced voltage is reduced and the increase in the terminal voltage of the motor 13 is suppressed, so that the motor 13 can be rotated at a high speed, and as a result, dehydration can be performed efficiently.

洗濯機が現在どのような工程にあり、モータ13にどのような動作を要求しているかの情報はマイコン64から操作量配分回路68に常時知らされている。操作量配分回路68はその情報を受け、予め決められたルールに従いある場合はd軸電流操作量Idcはゼロとしてq軸電流操作量Iqcを比例積分演算回路67の出力であるモータ電流操作量Icに等しくし、またある場合はd軸電流操作量Idcは負の一定値としてq軸電流操作量Iqcをモータ電流操作量Icに等しくするという具合にd軸電流操作量Idcとq軸電流操作量Iqcの形成の仕方を変える。   Information regarding what process the washing machine is currently in and what operation is required of the motor 13 is constantly informed from the microcomputer 64 to the operation amount distribution circuit 68. The manipulated variable distribution circuit 68 receives the information, and if it follows a predetermined rule, the d-axis current manipulated variable Idc is set to zero, and the q-axis current manipulated variable Iqc is the motor current manipulated variable Ic that is the output of the proportional integral calculating circuit 67. In some cases, the d-axis current manipulated variable Idc is set to a negative constant value so that the q-axis current manipulated variable Iqc is equal to the motor current manipulated variable Ic. Change the way Iqc is formed.

このようにしてd軸電流操作量Idcとq軸電流操作量Iqcが形成され、電流指令値制限回路60を経てd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrが決定されて電流制御回路31に与えられる。電流制御回路31は前述したように指令された値と一致する電流をモータ13に供給する制御を行なう。その結果としての回転子の角速度ωが推定され、その推定値ωeが電流操作量決定回路65にフィードバックされる。電流操作量決定回路65内の減算回路66と比例積分演算回路67は、フィードバックされた角速度推定値ωeがマイコン64の出力する角速度指令値ωrに収束させるような制御動作を行なう。こうした一連の速度フィードバック制御によりモータ13の角速度ωはマイコン64からの角速度指令値ωrに一致させられる。   In this way, the d-axis current manipulated variable Idc and the q-axis current manipulated variable Iqc are formed, the d-axis current command value Idr and the q-axis current command value Iqr are determined through the current command value limiting circuit 60, and the current control circuit 31. Given to. The current control circuit 31 performs control to supply the motor 13 with a current that matches the commanded value as described above. As a result, the angular velocity ω of the rotor is estimated, and the estimated value ωe is fed back to the current manipulated variable determining circuit 65. The subtraction circuit 66 and the proportional-integral calculation circuit 67 in the current manipulated variable determination circuit 65 perform a control operation so that the fed back angular velocity estimated value ωe converges to the angular velocity command value ωr output from the microcomputer 64. By such a series of speed feedback control, the angular speed ω of the motor 13 is matched with the angular speed command value ωr from the microcomputer 64.

次に、電流指令値制限回路60の電流制限値について説明する。本実施形態ではモータ13の電流に対し、次の2つの条件を満たすように制限を加える。第1の制限条件はモータ13の電流は最大定格電流Im以下に制限されることであり、第2の制限条件はモータ13の端子電圧(d−q座標系で表わした電圧)Vaが直流電源回路34からインバータ回路44に供給さる直流電圧Vdc以下に制限されることである。   Next, the current limit value of the current command value limit circuit 60 will be described. In the present embodiment, the current of the motor 13 is limited so as to satisfy the following two conditions. The first limiting condition is that the current of the motor 13 is limited to the maximum rated current Im or less, and the second limiting condition is that the terminal voltage (voltage expressed in the dq coordinate system) Va of the motor 13 is a DC power supply. It is limited to the DC voltage Vdc or less supplied from the circuit 34 to the inverter circuit 44.

第1の制限条件は、モータ13の焼損を防止するための当然の条件である。第2の制限条件、センサレスのベクトル制御インバータ装置30の制御動作を正常に行なわせるための条件である。モータ13の端子電圧Vaがインバータ回路44への供給直流電圧Vdcを超えてしまうと電流制御回路31は、モータ電流Id、Iqを電流指令値Idr、Iqrに一致させることができなくなる。即ち、ベクトル制御が機能しなくなる。   The first limiting condition is a natural condition for preventing the motor 13 from burning out. The second restriction condition is a condition for causing the sensorless vector control inverter device 30 to normally perform the control operation. If the terminal voltage Va of the motor 13 exceeds the DC voltage Vdc supplied to the inverter circuit 44, the current control circuit 31 cannot make the motor currents Id and Iq coincide with the current command values Idr and Iqr. That is, the vector control does not function.

また、本実施形態ではセンサレスでモータ13の角速度ωと回転位置θを推定している。その推定値が正確であるためには検出したd軸電流Id、q軸電流Iqの値がそれぞれd軸電流指令値Idr、q軸電流指令値Iqrに一致していることが要件である。従って、端子電圧Vaが直流電圧Vdcを上回って電流制御回路31が正常動作しない状態になると、角速度推定値ωe、回転位置推定値θeの値も実際の値と異なっている。回転位置推定値θeは電流制御回路31内のdq/αβ座標変換回路41、αβ/dq座標変換回路49における座標変換に使用されている。回転位置推定値θeの値が実際の値と異なってくるとそれら座標変換の計算も不正確となる。座標変換が不正確になると電流制御回路31の動作も不正常になるという具合に悪循環が連鎖して電流制御回路31は動作不能の事態に至る。従って、この点からも端子電圧Vaをインバータ回路44への供給直流電圧Vdc以下に制限することが重要となる。   In the present embodiment, the angular velocity ω and the rotational position θ of the motor 13 are estimated without a sensor. In order for the estimated values to be accurate, it is a requirement that the detected values of the d-axis current Id and the q-axis current Iq match the d-axis current command value Idr and the q-axis current command value Iqr, respectively. Therefore, when the terminal voltage Va exceeds the DC voltage Vdc and the current control circuit 31 does not operate normally, the angular velocity estimated value ωe and the rotational position estimated value θe are also different from the actual values. The estimated rotational position value θe is used for coordinate conversion in the dq / αβ coordinate conversion circuit 41 and the αβ / dq coordinate conversion circuit 49 in the current control circuit 31. If the rotational position estimated value θe is different from the actual value, the calculation of the coordinate conversion becomes inaccurate. If the coordinate conversion becomes inaccurate, the operation of the current control circuit 31 also becomes abnormal. As a result, a vicious circle is chained and the current control circuit 31 becomes inoperable. Therefore, from this point, it is important to limit the terminal voltage Va to the supply DC voltage Vdc or less to the inverter circuit 44.

第1の制限条件は、最大定格電流をImとすると次の式で表わされる。
(Id2+Iq21/2≦Im (1)式
また、第2の制限条件は誘起電圧の条件に置き替えて次のように表わせる。
((Ld・Id+Ψa)2+(Lq・Iq)21/2≦(Vdc−Ra・Im)/ω (2)式
ここで、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、Raはコイル抵抗、Ψaは永久磁石による電機子鎖交磁束、ωは角速度である。
The first limiting condition is expressed by the following equation when the maximum rated current is Im.
(Id 2 + Iq 2 ) 1/2 ≦ Im (1) The second limiting condition can be expressed as follows by replacing it with the condition of the induced voltage.
((Ld · Id + Ψa) 2 + (Lq · Iq) 2 ) 1/2 ≦ (Vdc−Ra · Im) / ω (2) where Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, and Ra is the coil Resistance, Ψa is an armature flux linkage by a permanent magnet, and ω is an angular velocity.

d軸電流Idをゼロとした場合の(1)、(2)式を満足するq軸電流Iqの値の範囲は、図3のグラフにおける直線(1)と曲線(2)の下の範囲となる。横軸は角速度ωである。なお、図中の直線(1)は(1)式の等号が成立する場合の直線であり、曲線(2)は(2)式の等号が成立する場合の曲線である。
When the d-axis current Id is zero, the range of the value of the q-axis current Iq that satisfies the expressions (1 ) and (2) is the range below the straight line (1 ) and the curve (2) in the graph of FIG. Become. The horizontal axis is the angular velocity ω. In addition, the straight line (1) in a figure is a straight line when the equal sign of (1) Formula is materialized, and a curve (2) is a curve when the equal sign of (2) Formula is materialized.

本実施形態の電流指令値制限回路60では(1)、(2)式が多少の余裕を持って成立するように、且つ電流制限値の計算を単純化するために、角速度推定値ωeに対するq軸電流指令値Iqrの制限値を図3の折れ線(3)のように設定している。即ち、所定の第1の角速度ω1以下の範囲においては制限電流値は一定の値とし、その角速度ω1以上で第2の角速度ω2以下の範囲においては角速度ωの増大に従い制限電流値は直線的に減少するようにし、第2の角速度ω2以上においては一定の値としている。なお、実際の角速度ωは把握できないので代わりに角速度推定値ωeに対してその時の制限電流値を決定する。   In the current command value limiting circuit 60 of the present embodiment, q in relation to the estimated angular velocity value ωe so that the expressions (1) and (2) are established with some allowance and the calculation of the current limit value is simplified. The limit value of the shaft current command value Iqr is set as shown by the broken line (3) in FIG. That is, the limiting current value is a constant value in a range of a predetermined first angular velocity ω1 or less, and the limiting current value is linearly increased as the angular velocity ω increases in a range of the angular velocity ω1 or more and the second angular velocity ω2 or less. It is set to a constant value at the second angular velocity ω2 or higher. Since the actual angular velocity ω cannot be grasped, the current limit value at that time is determined for the angular velocity estimated value ωe instead.

図4は、このようなベクトル制御インバータ装置30による洗濯機の「洗い」工程における電流制限動作を例示したものである。「洗い」工程においてはモータ13に一定周期で正転、逆転動作をさせる必要から、マイコン64からは図4の(1)に示すような角速度指令値ωrが出力される。このときモータ13には前述した速度フィードバック制御により図4の(2)に示すような曲線の回転トルクが発生する。モータ13の突極性が弱い場合を考えるとモータトルクとq軸電流Iqとはほぼ比例するので、q軸電流Iqも図4の(2)と同じ曲線を描く。起動開始から定常回転速度に至るまでの加速期間である時刻t1〜t2間では大きな電流が流れ、定常速度に達した時刻t2〜t3の期間では電流は少なくなる。減速期間である時間t3〜t4間では逆方向に大きな電流が流れる。起動から停止までの時刻t1〜t4間におけるq軸電流Iqの絶対値は図4の(3)に示すような曲線を描く。また、検出される角速度推定値ωeは図4の(4)に示すような曲線を描く。   FIG. 4 illustrates the current limiting operation in the “washing” process of the washing machine by the vector control inverter device 30. In the “washing” step, since the motor 13 needs to rotate forward and reverse at regular intervals, the microcomputer 64 outputs an angular velocity command value ωr as shown in (1) of FIG. At this time, a rotational torque having a curve as shown in FIG. 4B is generated in the motor 13 by the speed feedback control described above. Considering the case where the saliency of the motor 13 is weak, since the motor torque and the q-axis current Iq are substantially proportional, the q-axis current Iq also draws the same curve as (2) in FIG. A large current flows between times t1 and t2, which is the acceleration period from the start of startup to the steady rotational speed, and the current decreases during the period between times t2 and t3 when the steady speed is reached. A large current flows in the reverse direction between times t3 and t4, which is a deceleration period. The absolute value of the q-axis current Iq between time t1 and time t4 from start to stop draws a curve as shown in (3) of FIG. Further, the detected angular velocity estimated value ωe draws a curve as shown in (4) of FIG.

角速度推定値ωeが図4の(4)のように変化することから、電流指令値制限回路60はq軸電流指令値Iqrの制限値を図4の(5)における制限値曲線のように変化させる。即ち、加速期間であり角速度ωの値の小さい時刻t1〜t2では制限値は大きな値とされる。従って、この間は大きな電流が流れることが許容され、大きな起動トルクを発生させることができる。但し、q軸電流操作量Iqcは所定の値に制限されることから定格以上の電流が流れることは防止される。   Since the estimated angular velocity value ωe changes as shown in FIG. 4 (4), the current command value limit circuit 60 changes the limit value of the q-axis current command value Iqr as shown in the limit value curve in FIG. 4 (5). Let That is, the limit value is set to a large value at times t1 to t2 during the acceleration period and when the value of the angular velocity ω is small. Accordingly, a large current is allowed to flow during this period, and a large starting torque can be generated. However, since the q-axis current manipulated variable Iqc is limited to a predetermined value, it is possible to prevent a current exceeding the rated value from flowing.

定常回転速度である時刻t2〜t3では角速度ωの値が大きいため制限値は低く設定される。このため何らかの原因で角速度ωが上昇してモータ13の誘起電圧も上昇し、端子電圧がインバータ回路44への供給直流電圧Vdcを超えようとしてもq軸電流指令値Iqrが制限されるため端子電圧が直流電圧Vdcを超えることは阻止される。従って、ベクトル制御インバータ装置30が機能不全に陥ることが防止される。   At times t2 to t3, which are steady rotational speeds, the limit value is set low because the value of the angular speed ω is large. For this reason, the angular velocity ω increases for some reason, the induced voltage of the motor 13 also increases, and even if the terminal voltage exceeds the DC voltage Vdc supplied to the inverter circuit 44, the q-axis current command value Iqr is limited, so the terminal voltage Is prevented from exceeding the DC voltage Vdc. Therefore, the vector control inverter device 30 is prevented from malfunctioning.

このように本実施形態のベクトル制御インバータ装置30においては電流指令値制限回路60にて電流操作量決定回路65から出力されたq軸電流操作量Iqcに対して図3の折れ線(3)の示すような電流制限(電流リミット)を課している。従って、様々な運転条件の下でもモータ13の電流は定格値以内に収まり、且つモータ13の端子電圧がインバータ回路44への供給直流電圧Vdcを超えないように制御される。このため、モータ13が過負荷になったりベクトル制御インバータ装置30が機能不全に陥ったりすることが防止される効果を奏する。   Thus, in the vector control inverter device 30 of the present embodiment, the broken line (3) in FIG. 3 indicates the q-axis current manipulated variable Iqc output from the current manipulated variable determining circuit 65 in the current command value limiting circuit 60. Imposes such a current limit (current limit). Therefore, even under various operating conditions, the current of the motor 13 is controlled within the rated value, and the terminal voltage of the motor 13 is controlled so as not to exceed the DC voltage Vdc supplied to the inverter circuit 44. As a result, the motor 13 is prevented from being overloaded and the vector controlled inverter device 30 is prevented from malfunctioning.

(変形実施形態)
前記実施形態は次のように変形実施してもよい。
(1)前記実施形態では、第1の角速度ω1以下の範囲ではq軸電流指令値Iqrの制限値を一定値としたが、この範囲においても上記実施形態の第1の角速度ω1と第2の角速度ω2との間の範囲のように角速度ωが増大するに従い制限電流値が直線的に減少するように(角速度ωが減少するに従い制限電流値が直線的に増大するように)してもよい。即ち、図5の折れ線(3−1)に示すように、図3の折れ線(3)における角速度ω1とω2との間の直線を角速度ゼロまで延長した曲線とする。
(Modified embodiment)
The above embodiment may be modified as follows.
(1) In the above-described embodiment, the limit value of the q-axis current command value Iqr is set to a constant value in the range of the first angular velocity ω1 or less, but the first angular velocity ω1 and the second The limit current value may decrease linearly as the angular velocity ω increases as in the range between the angular velocity ω2 (so that the limit current value increases linearly as the angular velocity ω decreases). . That is, as indicated by a broken line (3-1) in FIG. 5, a straight line between the angular velocities ω1 and ω2 in the broken line (3) in FIG.

前記実施形態における第1の角速度ω1以下の範囲は低角速度でありモータの起動開始時の角速度はこの範囲に入る。そして、この範囲におけるq軸電流指令値Iqrの制限値はモータの定格により決められる。ところでモータの焼損は流れる電流の大きさとその継続時間により決まり、継続時間が短い場合は高速連続回転時の電流定格よりも大きな電流が許容される。従って、第1の角速度ω1以下の範囲で動作するのは起動開始時だけであり継続時間は短いと考えられるので、その範囲における電流制限値は高い値として差し支えない。   The range below the first angular velocity ω1 in the embodiment is a low angular velocity, and the angular velocity at the start of the start of the motor falls within this range. The limit value of the q-axis current command value Iqr in this range is determined by the motor rating. By the way, the burnout of the motor is determined by the magnitude of the flowing current and its duration, and if the duration is short, a current larger than the current rating during high-speed continuous rotation is allowed. Accordingly, since it is considered that the operation in the range of the first angular velocity ω1 or less is only at the start of activation and the duration is short, the current limit value in that range may be a high value.

本変形実施形態はそうした観点から、前述の実施形態における第1の角速度ω1以下の低角速度の範囲においても制限値を角速度の減少と共に直線的に上昇する曲線として高い値に設定できるようにしたものである。このようにしても、低角速度での動作継続時間は短いのでモータの焼損を防ぐことができる。そして、このように低角速度の範囲における電流制限値を高めれば、起動トルクが大きくなり起動時間を短くすることができる効果を奏する。   In this modified embodiment, the limit value can be set to a high value as a curve that rises linearly as the angular velocity decreases even in the low angular velocity range equal to or lower than the first angular velocity ω1 in the above-described embodiment. It is. Even in this case, since the operation duration time at the low angular velocity is short, the motor can be prevented from being burned out. If the current limit value in the low angular velocity range is increased in this way, the starting torque is increased and the starting time can be shortened.

(2)前記(2)式を満足させるq軸電流Iqの値はd軸電流Idを負の値にするとゼロの場合によりも高い値が許容される(図6の曲線(2)、(2−1)参照)。従って、「脱水」工程のように弱め磁束制御を行なうために負のd軸電流Idを流す場合には、q軸電流指令値Iqrの制限値を高めに設定するとよい。例えば、d軸電流Idがゼロの場合の制限値曲線が図6の折れ線(3−1)に示すものであった場合、d軸電流Idが負の場合には折れ線(3−2)のように折れ線(3−1)を高い方に移動させる。このようにq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。 (2) The value of the q-axis current Iq that satisfies the expression (2) is allowed to be higher than the zero value when the d-axis current Id is a negative value (curves (2), (2 in FIG. 6). -1)). Therefore, when the negative d-axis current Id is flowed to perform the flux-weakening control as in the “dehydration” step, the limit value of the q-axis current command value Iqr may be set higher. For example, when the limit value curve when the d-axis current Id is zero is as shown by the broken line (3-1) in FIG. 6, when the d-axis current Id is negative, the broken line (3-2) Move the polygonal line (3-1) to the higher side. Thus, if the limit value of the q-axis current command value (Iqr) is increased, a high torque can be generated at the same angular velocity.

(3)また、直流電源回路34からインバータ回路44に供給される直流電圧Vdcは、商用電源70の電圧により変化する。前記(2)式によれば直流電圧Vdcが高い程、q軸電流Iqは高い値が許される(図7の曲線(2)、(2−2)参照)。従って、直流電圧Vdcの値によりq軸電流指令値Iqrの制限値を高めに設定するとよい。例えば、直流電圧Vdcの値が100Vの場合の制限値曲線が図7の折れ線(3−1)に示すものであった場合、流電圧Vdcの値が110Vとなった場合には図7の折れ線(3−3)ように折れ線(3−1)を高い方に移動させる。このようにq軸電流指令値(Iqr)の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。 (3) The DC voltage Vdc supplied from the DC power supply circuit 34 to the inverter circuit 44 varies depending on the voltage of the commercial power supply 70. According to the equation (2), the higher the DC voltage Vdc, the higher the q-axis current Iq is allowed (see curves (2) and (2-2) in FIG. 7). Therefore, the limit value of the q-axis current command value Iqr may be set higher depending on the value of the DC voltage Vdc. For example, the value of the DC voltage Vdc is a limit value curve for 100V if it was intended to show to the lines (3-1) of FIG. 7, when the value of the dc voltage Vdc becomes 110V is 7 The broken line (3-1) is moved higher as the broken line (3-3). Thus, if the limit value of the q-axis current command value (Iqr) is increased, a high torque can be generated at the same angular velocity.

洗濯機の縦断面図の例である。It is an example of the longitudinal cross-sectional view of a washing machine. ベクトル制御インバータ装置30の回路構成図である。3 is a circuit configuration diagram of a vector control inverter device 30. FIG. 電流指令値制限回路60の電流制限曲線を説明する図である。It is a figure explaining the current limiting curve of the current command value limiting circuit. 「洗い」工程における電流制限動作の説明図である。It is explanatory drawing of the electric current limiting operation | movement in a "washing" process. 電流指令値制限回路60の他の電流制限曲線を説明する図である。It is a figure explaining the other current limiting curve of the current command value limiting circuit. 弱め磁束制御における電流制限曲線を説明する図である。It is a figure explaining the current limiting curve in the flux weakening control. 直流電圧Vdcが変動した場合の電流制限曲線を説明する図である。It is a figure explaining the current limiting curve when direct-current voltage Vdc fluctuates.

符号の説明Explanation of symbols

図面中、1は洗濯機本体、13はモータ、14は固定子、15は回転子、30はベクトル制御インバータ装置、31は電流制御回路、32は回転位置推定回路、33は電流指令値決定回路、44はインバータ回路、46は電流検出回路、61は誘起電圧推定回路、60は電流指令値制限回路(電流指令値制限手段)、65は電流操作量決定回路(電流操作量決定手段)、Idはd軸電流、Idcはd軸電流操作量、Idrはd軸電流指令値、Iqはq軸電流、Iqcはq軸電流操作量、Iqrはq軸電流指令値、ω1は第1の角速度、ω2は第2の角速度、ωeは角速度推定値、ωrは角速度指令値、Vdcは直流電圧、Δωは角速度偏差を示す。   In the drawings, 1 is a washing machine body, 13 is a motor, 14 is a stator, 15 is a rotor, 30 is a vector control inverter device, 31 is a current control circuit, 32 is a rotational position estimation circuit, and 33 is a current command value determination circuit. , 44 is an inverter circuit, 46 is a current detection circuit, 61 is an induced voltage estimation circuit, 60 is a current command value limiting circuit (current command value limiting means), 65 is a current manipulated variable determining circuit (current manipulated variable determining means), Id Is the d-axis current, Idc is the d-axis current manipulated value, Idr is the d-axis current command value, Iq is the q-axis current, Iqc is the q-axis current manipulated value, Iqr is the q-axis current command value, ω1 is the first angular velocity, ω2 is a second angular velocity, ωe is an estimated angular velocity value, ωr is an angular velocity command value, Vdc is a DC voltage, and Δω is an angular velocity deviation.

Claims (2)

界磁用永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なd軸電流(Id )とこれに直交するq軸電流(Iq )とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定するベクトル制御インバータ装置において、
指示された角速度指令値(ωr)と前記回転子の角速度推定値(ωe)との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記d軸電流とq軸電流の各電流操作量(Idc、Iqc)を決める電流操作量決定手段(65)と、
該電流操作量決定手段にて決定されたq軸電流操作量(Iqc)の大きさを制限しその値をq軸電流指令値(Iqr)として、また前記d軸電流操作量(Idc)をd軸電流指令値(Idr)としてそれぞれ出力する電流指令値制限手段(60)と、を備え、
該電流指令値制限手段は前記q軸電流操作量(Iqc)の制限値を、前記回転子の角速度推定値(ωe)が大きくなるほど減少させ、前記d軸電流操作量(Idc)が負の方向に大きな値になるほど高い値にすることを特徴とするベクトル制御インバータ装置。
A current flowing through a three-phase permanent magnet motor having a permanent magnet for a field provided on a rotor is separated into a d-axis current (Id) parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet and a q-axis current (Iq) orthogonal thereto. In the vector control inverter device that controls the current components independently so as to match the respective command values and estimates the angular velocity of the rotor,
Based on a value obtained by subjecting the deviation between the commanded angular velocity command value (ωr) and the estimated angular velocity value (ωe) of the rotor to a proportional-integral operation, the current manipulated variables (Idc, Current operating amount determining means (65) for determining Iqc);
The magnitude of the q-axis current manipulated variable (Iqc) determined by the current manipulated variable determining means is limited, the value is set as the q-axis current command value (Iqr), and the d-axis current manipulated variable (Idc) is set as d. Current command value limiting means (60) for outputting each as a shaft current command value (Idr),
Said current command value limiting means, the limiting value of the q-axis current manipulated variable (Iqc), the angular velocity estimate of the rotor (.omega.e) decreases as the increase, the d-axis current manipulated variable (Idc) is negative A vector control inverter device characterized in that the higher the value in the direction, the higher the value .
請求項1に記載のベクトル制御インバータ装置において、前記電流指令値制限手段における前記q軸電流操作量(Iqc)の前記制限値を、インバータ装置内のインバータ回路(44)に与えられる直流電圧(Vdc)が高くなる程、高い値にすることを特徴とするベクトル制御インバータ装置。 2. The vector control inverter device according to claim 1, wherein the limit value of the q-axis current manipulated variable (Iqc) in the current command value limiting means is a DC voltage (Vdc) applied to an inverter circuit (44) in the inverter device. ), The vector control inverter device is characterized in that the higher the value, the higher the value.
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