JP5388089B2 - Motor control device and motor system - Google Patents

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本発明は、モータ制御装置およびモータシステムに関し、特に、モータの乱調を抑制するモータ制御装置およびモータシステムに関する。   The present invention relates to a motor control device and a motor system, and more particularly, to a motor control device and a motor system that suppress motor turbulence.

空気調和機および冷蔵庫などの商品の圧縮機として広く使用されているシングルロータリ圧縮機およびレシプロ型圧縮機などでは、モータ1回転中において、冷媒の吸入および吐出のタイミングによって負荷トルクが大きく変動し、1回転中の速度むらが生じることによりモータの振動が大きくなるという問題がある。   In single rotary compressors and reciprocating compressors that are widely used as compressors for products such as air conditioners and refrigerators, the load torque varies greatly depending on the timing of refrigerant suction and discharge during one rotation of the motor. There is a problem that the vibration of the motor increases due to uneven speed during one rotation.

このようなモータの振動を抑制する装置として、たとえば、特許文献1には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置は、モータロータの1回転中の回転位置情報に基づいてモータロータの1回転中における機器の負荷トルクの変動を算出する。そして、この算出結果に基づいてモータに供給される電流および電圧のうち少なくとも一方を制御して機器の負荷トルクとモータの出力トルクを略等しくする。これにより、モータ出力トルクと1回転中において脈動する実際の負荷トルクとの差に起因して生じていた振動を小さくすることができる。   As an apparatus for suppressing such motor vibration, for example, Patent Document 1 discloses the following configuration. That is, this apparatus calculates the fluctuation of the load torque of the device during one rotation of the motor rotor based on the rotational position information during one rotation of the motor rotor. Based on this calculation result, at least one of the current and voltage supplied to the motor is controlled to make the load torque of the device and the output torque of the motor substantially equal. Thereby, the vibration which has arisen due to the difference between the motor output torque and the actual load torque pulsating during one rotation can be reduced.

また、特許文献2には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置は、電流を検出する電流センサおよび電流アンプと、機械角を検出する機械角判定部と、電圧データを作成する正弦波データ作成部と、制御データに基づいて各コイルに通電するインバータ回路と、機械角に対応し、第1の補正値を記憶するトルク記憶部と、インバータ回路を制御するマイクロコンピュータとを備える。マイクロコンピュータは、電流の積算値同士の比率を算出する検出部と、検出部により算出された比率を目標の比率に制御するように第2の補正値を算出するPI(Proportional Integral)演算部と、制御データを算出するPWM(Pulse Width Modulation)作成部とを含む。このように、ホールIC(Integrated Circuit)に代表されるようなロータ位置センサを利用せず、予め測定された負荷トルクの変動パターンに基づいてモータへの変調率または周波数を制御することにより、モータの振動を抑制する。   Patent Document 2 discloses the following configuration. That is, this device energizes each coil based on control data, a current sensor and a current amplifier that detect current, a mechanical angle determination unit that detects mechanical angle, a sine wave data generation unit that generates voltage data, and the control data. An inverter circuit, a torque storage unit corresponding to the mechanical angle and storing a first correction value, and a microcomputer for controlling the inverter circuit are provided. The microcomputer includes a detection unit that calculates a ratio between the integrated current values, a PI (Proportional Integral) calculation unit that calculates a second correction value so as to control the ratio calculated by the detection unit to a target ratio, And a PWM (Pulse Width Modulation) generator for calculating control data. In this way, by controlling the modulation rate or frequency of the motor based on the load torque fluctuation pattern measured in advance without using the rotor position sensor represented by the Hall IC (Integrated Circuit), the motor Suppresses vibration.

一方、圧縮機の機械的な共振により乱調現象が発生する。ある特有の周波数における乱調現象を抑制する装置として、たとえば、特許文献3には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置では、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御するマイクロコンピュータにおいて、交流電圧と交流電流との位相差を検出し、この検出した交流電圧/電流位相差情報と目標とする位相差情報との誤差に応じたデューティ基準値を算出する。また、交流電流の振動成分を検出し、この振動成分に基づいて同期モータの回転数の補正量を算出する。算出したデューティ基準値および補正された回転数指令値に応じた正弦波データに基づいて、PWM波形信号を作成してインバータ回路に出力する。このように、ロータ位置センサを利用しない制御システムによって、予期しないような乱調現象を、特定の電圧位相における電流の変動として検出し、その変動を抑えるようにモータへの周波数(角速度)を調整することにより、乱調現象を抑制することができる。
特開平8−322275号公報 特開2004−274841号公報 特開2006−115576号公報
On the other hand, a turbulence phenomenon occurs due to mechanical resonance of the compressor. As a device that suppresses a turbulence phenomenon at a specific frequency, for example, Patent Document 3 discloses the following configuration. That is, in this apparatus, in a microcomputer that controls an inverter circuit that converts DC power into AC power, a phase difference between an AC voltage and an AC current is detected, and the detected AC voltage / current phase difference information and a target are detected. A duty reference value corresponding to an error from the phase difference information is calculated. Further, a vibration component of the alternating current is detected, and a correction amount for the rotational speed of the synchronous motor is calculated based on the vibration component. Based on the calculated duty reference value and sine wave data corresponding to the corrected rotation speed command value, a PWM waveform signal is created and output to the inverter circuit. In this way, the control system that does not use the rotor position sensor detects unexpected turbulence as a current fluctuation at a specific voltage phase, and adjusts the frequency (angular velocity) to the motor to suppress the fluctuation. Thus, the turbulence phenomenon can be suppressed.
JP-A-8-322275 JP 2004-274841 A JP 2006-115576 A

しかしながら、特許文献1および2に記載の負荷トルク変動抑制制御と、特許文献3に記載の乱調抑制制御との両者が同じシステムに存在した場合、これらの制御が互いに干渉し合い、制御動作が不安定になり、また、制御ゲインの最適化が困難になるといった不具合が生じる。   However, when both the load torque fluctuation suppression control described in Patent Documents 1 and 2 and the turbulence suppression control described in Patent Document 3 exist in the same system, these controls interfere with each other, and the control operation is not effective. There arises a problem that it becomes stable and it becomes difficult to optimize the control gain.

これは、一般的に負荷トルク変動抑制制御によりモータ電流波形が大きく歪む特性があるため、乱調現象がない状態においても、乱調抑制制御システムが乱調を誤検出して不必要に制御してしまうためである。   This is because the motor current waveform is generally greatly distorted by load torque fluctuation suppression control, so even when there is no turbulence phenomenon, the turbulence suppression control system erroneously detects turbulence and performs unnecessary control. It is.

図25は、ある圧縮機用6極同期モータにおいて負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合う状態を示す図である。   FIG. 25 is a diagram illustrating a state where load torque fluctuation suppression control and turbulence suppression control interfere with each other in a certain compressor 6-pole synchronous motor.

図25において、グラフG21は、乱調制御を行ない、かつ負荷トルク変動の抑制制御による振動抑制効果(制振性能)を最適化したシステムにおける同期モータのU相の電流波形を示している。また、グラフG22は、グラフG21で示すシステムにおいて乱調制御を停止した状態における同期モータのU相の電流波形を示している。   In FIG. 25, a graph G21 shows the U-phase current waveform of the synchronous motor in the system that performs the turbulence control and optimizes the vibration suppression effect (vibration suppression performance) by the load torque fluctuation suppression control. A graph G22 shows a U-phase current waveform of the synchronous motor in a state where the turbulence control is stopped in the system shown by the graph G21.

グラフG21が示す振動の大きさは124μmであり、グラフG22が示す振動の大きさは423μmである。グラフG21およびG22から、乱調制御を停止した場合、振動抑制効果(制振性能)に影響が及んでいる、すなわち負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合っていることが分かる。   The magnitude of vibration indicated by the graph G21 is 124 μm, and the magnitude of vibration indicated by the graph G22 is 423 μm. From the graphs G21 and G22, it can be seen that when the turbulence control is stopped, the vibration suppression effect (damping performance) is affected, that is, the load torque fluctuation suppression control and the turbulence suppression control interfere with each other.

それゆえに、本発明の目的は、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、モータを安定して運転することが可能なモータ制御装置およびモータシステムを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device and a motor system capable of preventing the load torque fluctuation suppression control and the turbulence suppression control from interfering with each other and operating the motor stably. is there.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるモータ制御装置は、回転子およびコイルを含むモータを制御するためのモータ制御装置であって、モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、検出された駆動電流に基づいてモータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、スイッチング素子を含み、制御データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、コイルの通電を制御するインバータ回路と、複数のトルク補正量を記憶し、検出された機械角に基づいてトルク補正量を出力するトルク記憶部と、複数の第1の回転速度補正量を記憶し、検出された機械角に基づいて複数の第1の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、検出された駆動電流に基づいて、回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、検出された電流振動を相殺するための第2の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、モータの回転速度指令値を第1の回転速度補正量および第2の回転速度補正量に基づいて補正し、補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、正弦波データおよびトルク記憶部から受けたトルク補正量に基づいて、PWM信号を制御データとして算出するPWM作成部とを備える。   In order to solve the above problems, a motor control device according to an aspect of the present invention is a motor control device for controlling a motor including a rotor and a coil, and detects a drive current flowing through the motor coil. The sensor includes a sensor, a mechanical angle determination unit that detects the mechanical angle of the rotor of the motor based on the detected drive current, and a switching element, and controls the on / off of the switching element based on the control data. An inverter circuit that controls energization of the motor, a torque storage unit that stores a plurality of torque correction amounts, and outputs a torque correction amount based on the detected mechanical angle, and stores a plurality of first rotation speed correction amounts, A frequency storage unit that outputs one of a plurality of first rotational speed correction amounts based on the detected mechanical angle, and a rotation based on the detected drive current A current vibration detection unit that detects current vibration occurring in a cycle longer than the mechanical angular cycle of the motor, a rotation speed correction amount calculation unit that generates a second rotation speed correction amount for canceling the detected current vibration, and a motor A sine wave data generating unit that corrects the rotation speed command value of the first rotation speed based on the first rotation speed correction amount and the second rotation speed correction amount, and generates sine wave data based on the corrected rotation speed; And a PWM creation unit that calculates a PWM signal as control data based on the data and the torque correction amount received from the torque storage unit.

好ましくは、モータ制御装置は、さらに、正弦波データおよび検出された駆動電流に基づいて、モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、PI制御値を算出するPI演算部とを備え、PWM作成部は、正弦波データ、トルク記憶部から受けたトルク補正量およびPI制御値に基づいて、PWM信号を制御データとして算出する。   Preferably, the motor control device is further calculated by a phase difference calculation unit that calculates a phase difference between the motor drive voltage and the drive current based on the sine wave data and the detected drive current, and the phase difference calculation unit. And a PI calculation unit that calculates a PI control value based on the difference between the phase difference and the target value. The PWM creation unit is based on the sine wave data, the torque correction amount received from the torque storage unit, and the PI control value. The PWM signal is calculated as control data.

好ましくは、電流振動検出部は、正弦波データから得られたモータの駆動電圧の位相に基づいて、回転子の機械角を算出し、算出した機械角が回転子の機械角周期における1または複数の特定の機械角に一致するときの駆動電流を複数の機械角周期にわたって測定し、駆動電流の測定ごとに、現測定データまでの所定回数の測定データの平均値を算出して、算出した平均値と現測定データとの差を電流振動値として算出するように構成されている。 Preferably, the current vibration detection unit, based on the drive voltage of the motor obtained from the sine wave data phase to calculate the mechanical angle of the rotor, 1 calculated mechanical angle in mechanical angle cycle of the rotor or Measured the drive current when it coincides with multiple specific mechanical angles over multiple mechanical angle cycles, and calculated the average value of the measured data for a predetermined number of times up to the current measurement data for each drive current measurement A difference between the average value and the current measurement data is calculated as a current oscillation value.

好ましくは、モータ制御装置は、さらに、モータの回転速度指令値と、第1の回転速度補正量と、第2の回転速度補正量とを乗算する乗算器を備え、正弦波データ作成部は、乗算器の乗算結果に基づく周波数を有する正弦波データを作成する。   Preferably, the motor control device further includes a multiplier that multiplies the rotational speed command value of the motor, the first rotational speed correction amount, and the second rotational speed correction amount, and the sine wave data creation unit includes: Sine wave data having a frequency based on the multiplication result of the multiplier is created.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるモータシステムは、回転子およびコイルを含むモータと、モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、検出された駆動電流に基づいてモータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、スイッチング素子を含み、制御データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、コイルの通電を制御するインバータ回路と、複数のトルク補正量を記憶し、検出された機械角に基づいてトルク補正量を出力するトルク記憶部と、複数の第1の回転速度補正量を記憶し、検出された機械角に基づいて複数の第1の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、検出された駆動電流に基づいて、回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、検出された電流振動を相殺するための第2の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、モータの回転速度指令値を第1の回転速度補正量および第2の回転速度補正量に基づいて補正し、補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、正弦波データおよびトルク記憶部から受けたトルク補正量に基づいて、PWM信号を制御データとして算出するPWM作成部とを備える。   In order to solve the above problems, a motor system according to an aspect of the present invention is based on a motor including a rotor and a coil, a current sensor that detects a drive current flowing through the coil of the motor, and a detected drive current. A mechanical angle determination unit that detects the mechanical angle of the rotor of the motor; a switching element; an inverter circuit that controls energization of the coil by controlling on / off of the switching element based on control data; A torque storage unit that stores the torque correction amount and outputs the torque correction amount based on the detected mechanical angle, stores a plurality of first rotational speed correction amounts, and stores a plurality of first rotation speeds based on the detected mechanical angle. Based on the frequency storage unit that outputs any one of the rotational speed correction amounts of 1 and the detected drive current, the cycle occurs longer than the mechanical angle cycle of the rotor. A current vibration detection unit for detecting a flow vibration, a rotation speed correction amount calculation unit for generating a second rotation speed correction amount for canceling the detected current vibration, and a motor rotation speed command value as a first rotation. A sine wave data generation unit that corrects based on the speed correction amount and the second rotation speed correction amount and generates sine wave data based on the corrected rotation speed, and torque correction received from the sine wave data and torque storage unit And a PWM creation unit that calculates a PWM signal as control data based on the quantity.

好ましくは、モータシステムは、さらに、正弦波データおよび検出された駆動電流に基づいて、モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、PI制御値を算出するPI演算部とを備え、PWM作成部は、正弦波データ、トルク記憶部から受けたトルク補正量およびPI制御値に基づいて、PWM信号を制御データとして算出する。   Preferably, the motor system further includes a phase difference calculation unit that calculates a phase difference between the drive voltage and the drive current of the motor based on the sine wave data and the detected drive current, and a level calculated by the phase difference calculation unit. A PI calculation unit that calculates a PI control value based on the difference between the phase difference and the target value, and the PWM creation unit, based on the sine wave data, the torque correction amount received from the torque storage unit, and the PI control value, The PWM signal is calculated as control data.

本発明によれば、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、モータを安定して運転することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the load torque fluctuation suppression control and the turbulence suppression control from interfering with each other, and to drive the motor stably.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態に係るモータシステムの構成を示す図である。
図1を参照して、モータシステム201は、IPM(Interior Permanent Magnet)モータ51と、同期モータ制御装置101とを備える。同期モータ制御装置101は、IPMモータ51に接続され、IPMモータ51を駆動するインバータ回路52と、インバータ回路52に接続され、交流電力を直流電力に変換して供給するコンバータ回路53と、コンバータ回路53に接続され、交流電力を供給する交流電源54と、IPMモータ51の巻線端子U、V、Wの各相のうち特定の相(図1ではU相)に流れる巻線電流を検出し、信号を出力する電流センサ55と、電流センサ55に接続され、電流センサ55が出力した信号に対して所定量の増幅およびオフセット加算を行ない、巻線電流信号を出力する電流アンプ56と、電流アンプ56に接続されるマイクロコンピュータ57とを含む。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor system according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, motor system 201 includes an IPM (Interior Permanent Magnet) motor 51 and a synchronous motor control device 101. Synchronous motor control device 101 is connected to IPM motor 51, inverter circuit 52 that drives IPM motor 51, converter circuit 53 that is connected to inverter circuit 52, converts AC power to DC power, and supplies the converter circuit. 53, an AC power supply 54 for supplying AC power, and a winding current flowing in a specific phase (U phase in FIG. 1) among the winding terminals U, V, W of the IPM motor 51 are detected. A current sensor 55 that outputs a signal, a current amplifier 56 that is connected to the current sensor 55, performs a predetermined amount of amplification and offset addition on the signal output from the current sensor 55, and outputs a winding current signal; And a microcomputer 57 connected to an amplifier 56.

IPMモータ51は、逆起電圧パルスなどを検出して速度を制御する方式とは異なり、いわゆる強制励磁駆動により制御される。強制励磁駆動とは、モータ巻線に通電するPWM(Pulse Width Modulation)波からなる正弦波電圧の周波数でモータの回転速度を決定する駆動方式をいう。IPMモータ51を駆動する電流の波形は特に特定されないが、ロータの磁束分布に合わせた巻線電流が得られるような波形であれば、より高効率に駆動される。本実施の形態において、IPMモータ51は、変化が滑らかなため、電流を供給することにより振動および騒音を少なくできる正弦波を用いて駆動される。   The IPM motor 51 is controlled by so-called forced excitation drive, unlike the method of controlling the speed by detecting a counter electromotive voltage pulse or the like. Forced excitation drive refers to a drive method in which the rotational speed of the motor is determined by the frequency of a sine wave voltage composed of a PWM (Pulse Width Modulation) wave that energizes the motor winding. The waveform of the current that drives the IPM motor 51 is not particularly specified, but the waveform is such that a winding current that matches the magnetic flux distribution of the rotor can be obtained. In the present embodiment, the IPM motor 51 is driven using a sine wave that can reduce vibration and noise by supplying a current because the change is smooth.

IPMモータ51は、同期モータの一種で、ロータ内部に永久磁石を埋め込んで配置した埋込み磁石型ブラシレスモータである。本実施の形態において、IPMモータ51は、3相4極ブラシレスモータである。これにより、駆動の際、磁石磁束および巻線電流によって発生するフレミングトルクと、ロータ形状によってモータ巻線のインダクタンスが変化することを利用したリラクタンストルクとが合成される。その結果、IPMモータは他の同期モータに比べて大きなトルクが得られるため、モータの高効率化が可能である。フレミングトルクとリラクタンストルクとはそれぞれロータとステータとの相対位置の関数となっている。フレミングトルクとリラクタンストルクとの和を最大とするには、ロータとステータとの相対位置が適当な時にモータ巻線へ通電することが必要である。   The IPM motor 51 is a kind of synchronous motor, and is an embedded magnet type brushless motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. In the present embodiment, IPM motor 51 is a three-phase four-pole brushless motor. As a result, the framing torque generated by the magnet magnetic flux and the winding current at the time of driving and the reluctance torque utilizing the change in the inductance of the motor winding depending on the rotor shape are synthesized. As a result, since the IPM motor can obtain a larger torque than other synchronous motors, the efficiency of the motor can be increased. The framing torque and the reluctance torque are functions of the relative positions of the rotor and the stator, respectively. In order to maximize the sum of the framing torque and the reluctance torque, it is necessary to energize the motor winding when the relative position between the rotor and the stator is appropriate.

IPMモータ51には、シングルロータリ型圧縮機(図示せず)が負荷として接続される。シングルロータリ型圧縮機は、冷蔵庫(図示せず)の冷媒または空気調和機(図示せず)の空気を圧縮する圧縮機である。図2を参照して、シングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を説明する。シングルロータリ型圧縮機の特徴は、構造が簡単で製造コストが安価である反面、負荷トルク変動が非常に大きいことである。シングルロータリ型圧縮機は、モータ1回転の間に冷媒の吸入、圧縮、吐出というサイクルを順次繰り返す。吐出の直前は冷媒が圧縮されているので負荷トルクは大きくなる。吐出の直後は冷媒が抜けているので負荷トルクは小さくなる。その結果、ロータの機械角に対応して負荷トルクが変動する。冷媒の吸入、圧縮、吐出を連続的に行なうスクロール型圧縮機はこのような負荷トルク変動を生じない。   A single rotary type compressor (not shown) is connected to the IPM motor 51 as a load. The single rotary type compressor is a compressor that compresses a refrigerant in a refrigerator (not shown) or air in an air conditioner (not shown). With reference to FIG. 2, the load torque characteristics of the single rotary compressor and the scroll compressor will be described. The feature of the single rotary type compressor is that the structure is simple and the manufacturing cost is low, but the load torque fluctuation is very large. The single rotary type compressor sequentially repeats the cycle of refrigerant suction, compression, and discharge during one rotation of the motor. Immediately before the discharge, the refrigerant is compressed, so the load torque increases. Immediately after the discharge, the refrigerant is removed and the load torque becomes small. As a result, the load torque varies according to the mechanical angle of the rotor. A scroll compressor that continuously sucks, compresses, and discharges refrigerant does not cause such load torque fluctuations.

インバータ回路52は、複数のスイッチング素子を含む。このスイッチング素子のオン・オフを制御することで、IPMモータ51における複数のモータ巻線の通電が制御される。   Inverter circuit 52 includes a plurality of switching elements. By controlling on / off of the switching element, energization of the plurality of motor windings in the IPM motor 51 is controlled.

電流センサ55は、カレントトランスでもよいが、本実施の形態においては巻線とホール素子で構成されたいわゆる電流センサとする。   The current sensor 55 may be a current transformer, but in the present embodiment, it is a so-called current sensor composed of a winding and a Hall element.

マイクロコンピュータ57は、検出部60と、位相差記憶部61と、加算器62と、PI(Proportion Integral)演算部63と、設定部65と、正弦波記憶部66と、正弦波データ作成部67と、PWM作成部68と、機械角判定部70と、トルク記憶部72と、第1乗算器75と、周波数記憶部80と、第2乗算器85と、電流振動検出部81と、回転速度補正量演算部82とを含む。   The microcomputer 57 includes a detection unit 60, a phase difference storage unit 61, an adder 62, a PI (Proportion Integral) calculation unit 63, a setting unit 65, a sine wave storage unit 66, and a sine wave data creation unit 67. A PWM creation unit 68, a mechanical angle determination unit 70, a torque storage unit 72, a first multiplier 75, a frequency storage unit 80, a second multiplier 85, a current vibration detection unit 81, and a rotation speed. A correction amount calculation unit 82.

検出部60は、位相差情報を算出する。位相差記憶部61は、位相差情報の目標値を記憶する。加算器62は位相差情報の目標値と検出部60から出力された位相差情報との誤差を表わす誤差データを算出し、PI演算部63に出力する。PI演算部63は、加算器62から受けた誤差データに基づいて比例データ(P)および積分データ(I)を算出し、PWM波形信号の基となるPI制御信号を第1乗算器75に出力する。   The detection unit 60 calculates phase difference information. The phase difference storage unit 61 stores a target value of phase difference information. The adder 62 calculates error data representing an error between the target value of the phase difference information and the phase difference information output from the detection unit 60, and outputs the error data to the PI calculation unit 63. PI calculation unit 63 calculates proportional data (P) and integral data (I) based on the error data received from adder 62, and outputs a PI control signal that is the basis of the PWM waveform signal to first multiplier 75. To do.

設定部65は、IPMモータ51の回転速度の指令値を設定する。正弦波記憶部66は、連続してグラフ上にプロットすると正弦波が表れるデータ列を記憶する。正弦波データ作成部67は、モータ巻線端子U、V、Wの各相に対応する、正弦波記憶部66に記憶された正弦波データをPWM作成部68に出力するとともに、U相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部60に出力する。正弦波データは、正弦波記憶部66に記憶されたデータ列から、IPMモータ51の回転速度に応じて定められる間隔ごとに読出される。正弦波データは、モータ巻線端子U、V、Wの各相の電圧と位相との標準的な設定を特定するデータである。IPMモータ51の回転速度を速くする場合はこの間隔を大きくする。IPMモータ51の回転速度を遅くする場合はこの間隔を小さくする。すなわち、モータ回転速度は、IPMモータ51の構造的なものを除外すると、PWMキャリア周波数とこの間隔とで決まる。正弦波記憶部66から巻線の各相ごとにデータを読出す際、読出されるデータの順番の差は、各相間の位相差に相当する。たとえば3相であれば、それぞれの相のデータの順番の差は、電気角で120°のずれに相当する。U相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報は、U相の正弦波データに基づいて作成される。なお、検出部60は、正弦波データ作成部67が出力するU相の正弦波データに基づいてU相のモータの駆動電圧の位相を算出する構成であってもよい。   The setting unit 65 sets a command value for the rotational speed of the IPM motor 51. The sine wave storage unit 66 stores a data string in which a sine wave appears when continuously plotted on a graph. The sine wave data creation unit 67 outputs the sine wave data stored in the sine wave storage unit 66 corresponding to each phase of the motor winding terminals U, V, and W to the PWM creation unit 68 and also uses a U-phase motor. Information indicating the phase of the drive voltage is output to the detection unit 60. The sine wave data is read from the data string stored in the sine wave storage unit 66 at intervals determined according to the rotational speed of the IPM motor 51. The sine wave data is data for specifying a standard setting of the voltage and phase of each phase of the motor winding terminals U, V, and W. When the rotational speed of the IPM motor 51 is increased, this interval is increased. When the rotational speed of the IPM motor 51 is decreased, this interval is reduced. That is, the motor rotation speed is determined by the PWM carrier frequency and this interval, excluding the structural one of the IPM motor 51. When data is read for each phase of the winding from the sine wave storage unit 66, the difference in the order of the read data corresponds to the phase difference between the phases. For example, in the case of three phases, the difference in the order of the data of each phase corresponds to a deviation of 120 ° in electrical angle. Information representing the phase of the driving voltage of the U-phase motor is created based on the U-phase sine wave data. The detection unit 60 may be configured to calculate the phase of the drive voltage of the U-phase motor based on the U-phase sine wave data output from the sine wave data creation unit 67.

PWM作成部68はいわゆるPWM波形発生器を含む。本実施の形態においてPWM作成部68は、各相ごとの正弦波データおよび後述するデューティ基準値を乗算した結果に基づいてPWM波形信号を出力する。   The PWM generator 68 includes a so-called PWM waveform generator. In the present embodiment, the PWM creation unit 68 outputs a PWM waveform signal based on a result obtained by multiplying sine wave data for each phase and a duty reference value described later.

機械角判定部70は、巻線電流におけるIPMモータ51の1回転中の脈動を表わす脈動データからロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部72に出力する。   Mechanical angle determination unit 70 detects the mechanical angle of the rotor from the pulsation data representing the pulsation during one rotation of IPM motor 51 at the winding current, and outputs rotor information representing the mechanical angle of the rotor to torque storage unit 72.

トルク記憶部72は、メモリ(図示せず)とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路(図示せず)とを含む。トルク記憶部72は、予めロータの機械角に対応したステート毎のトルク補正量を記憶し、ロータの回転速度やロータ情報に応じたトルク補正量を第1乗算器75に出力する。ステートとは、ロータ1回転をたとえば電気角60°(=機械角30°)といった一定の範囲毎に分割したものをいう。ステートの範囲は、IPMモータ51のステータの配置に基づいて特定できる。図3を参照して、本実施の形態におけるトルク補正量のデータを説明する。本実施の形態の場合、モータトルクをPWMデューティにより制御するので、トルク記憶部72に記憶するトルク補正量とは、PWMデューティの補正量を表わす。振動の低減に適したトルクパターンは回転速度および負荷トルクにより変化するため、トルク記憶部72は複数の区分に分けられた回転速度および負荷トルク(本実施の形態では回転速度のみ)に応じて、複数のトルクパターンを記憶する。トルク記憶部72が回転速度に応じたトルクパターンを出力すると、制御性能は向上する。トルクパターンは相数と極数との積である12に分割された第0ステート〜第11ステートまでの12ステートを有する。ただし、第Sステートと第(S+6)ステート(S:0〜5の整数)のインバータ駆動電圧位相は同一である。図4に3相4極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す。トルク記憶部72がロータの回転速度を検知する方法は特に限定されないが、本実施の形態においては、機械角判定部70が検出するIPMモータ51のロータの機械角の時間的な変化に基づいて回転速度を検知するものとする。   The torque storage unit 72 includes a memory (not shown) and a circuit (not shown) that selects and outputs an appropriate one from information stored in the memory. The torque storage unit 72 stores in advance a torque correction amount for each state corresponding to the mechanical angle of the rotor, and outputs a torque correction amount according to the rotational speed of the rotor and the rotor information to the first multiplier 75. The state refers to a state in which one rotation of the rotor is divided into predetermined ranges such as an electrical angle of 60 ° (= mechanical angle of 30 °). The range of the state can be specified based on the arrangement of the stator of the IPM motor 51. With reference to FIG. 3, the torque correction amount data in the present embodiment will be described. In the present embodiment, since the motor torque is controlled by the PWM duty, the torque correction amount stored in the torque storage unit 72 represents the correction amount of the PWM duty. Since the torque pattern suitable for reducing the vibration varies depending on the rotation speed and the load torque, the torque storage unit 72 corresponds to the rotation speed and the load torque (only the rotation speed in the present embodiment) divided into a plurality of sections. A plurality of torque patterns are stored. When the torque storage unit 72 outputs a torque pattern corresponding to the rotation speed, the control performance is improved. The torque pattern has 12 states from 0th state to 11th state divided into 12 which is the product of the number of phases and the number of poles. However, the inverter drive voltage phases of the S state and the (S + 6) state (S: integer of 0 to 5) are the same. FIG. 4 shows the relationship between the mechanical angle and the electrical angle in each state in the case of a three-phase four-pole brushless motor. The method for detecting the rotational speed of the rotor by the torque storage unit 72 is not particularly limited, but in the present embodiment, based on the temporal change in the mechanical angle of the rotor of the IPM motor 51 detected by the mechanical angle determination unit 70. Rotation speed shall be detected.

第1乗算器75は、PI演算部63から出力されたPI制御信号と、トルク記憶部72から出力された、ロータの機械角に対応するステートのトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をPWM作成部68に出力する。最終的にPWM作成部68に出力されるデューティ基準値は、図3のトルク補正量を用いて式(1)にしたがって算出される。   The first multiplier 75 multiplies the PI control signal output from the PI calculation unit 63 and the torque correction amount of the state corresponding to the mechanical angle of the rotor output from the torque storage unit 72, and calculates the duty reference value. Output to the PWM creation unit 68. The duty reference value that is finally output to the PWM generator 68 is calculated according to the equation (1) using the torque correction amount of FIG.

デューティ基準値=トルク補正量×PI制御信号 ・・・・・(1)
図5および図6を参照して、PI制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由について説明する。図5はモータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。図5(A)はシングルロータリーコンプレッサの負荷トルクが小さい場合を示し、図5(B)は負荷トルクが大きい場合を示す。モータに脱調を起こさせず、かつ高効率でモータを駆動させるためには、ロータへの通電タイミングが、ロータとステータとの相対位置に基づき、適切な値に制御される必要がある。通電タイミングが適切な値に制御されるためには、マイクロコンピュータ57は位相差情報を適切な値に制御する必要がある。本実施の形態でいう適切な値とは、図5に示す位相差範囲に含まれる値をいう。位相差情報が過小であると、IPMモータ51は負荷トルクを駆動するモータ発生トルクを出力できない。その結果モータ脱調が発生する。たとえば、図5(A)の位相差情報と図5(B)の位相差情報とが同じ値とすると、負荷トルクが小さい場合、IPMモータ51は高い効率で駆動するが、負荷トルクが大きい場合、モータ脱調を起こす。これは位相差情報の値が位相差範囲に含まれなくなるためである。
Duty reference value = torque correction amount × PI control signal (1)
The reason why the duty reference value is calculated by multiplying the PI control signal by the torque correction amount will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing characteristics of motor efficiency, phase difference information, and motor drive voltage. FIG. 5A shows a case where the load torque of the single rotary compressor is small, and FIG. 5B shows a case where the load torque is large. In order to drive the motor with high efficiency without causing the motor to step out, the energization timing to the rotor needs to be controlled to an appropriate value based on the relative position between the rotor and the stator. In order to control the energization timing to an appropriate value, the microcomputer 57 needs to control the phase difference information to an appropriate value. An appropriate value in this embodiment refers to a value included in the phase difference range shown in FIG. If the phase difference information is too small, the IPM motor 51 cannot output the motor generated torque that drives the load torque. As a result, motor step-out occurs. For example, assuming that the phase difference information in FIG. 5A and the phase difference information in FIG. 5B have the same value, when the load torque is small, the IPM motor 51 is driven with high efficiency, but the load torque is large. Causes motor step-out. This is because the value of the phase difference information is not included in the phase difference range.

図6は本実施の形態における位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。駆動電圧と位相差情報とには線形な関係があることが知られているので、位相差情報は、位相差情報=K(1)×駆動電圧+K(2)(K(1)、K(2)は相関係数)という式によって表わすことができる。相関係数K(1)、K(2)は負荷トルクなどの条件によって異なる。図6によると、位相差情報の値が一定の場合、負荷トルクが大きいと駆動電圧V(2)はV(1)より大きくなる。これに基づき、駆動電圧として適切な値が出力されると、マイクロコンピュータ57は位相差情報を適切な値に制御することができる。駆動電圧として適切な値が出力されるためには、マイクロコンピュータ57は駆動電圧の値を負荷トルクに基づいて定める必要がある。駆動電圧の値は、デューティ基準値によって定められる。これが、PI制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由である。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the phase difference information and the motor drive voltage in the present embodiment. Since it is known that there is a linear relationship between the drive voltage and the phase difference information, the phase difference information is expressed as phase difference information = K (1) × drive voltage + K (2) (K (1), K ( 2) can be expressed by the equation of correlation coefficient). The correlation coefficients K (1) and K (2) vary depending on conditions such as load torque. According to FIG. 6, when the value of the phase difference information is constant, the driving voltage V (2) becomes larger than V (1) when the load torque is large. On the basis of this, when an appropriate value is output as the drive voltage, the microcomputer 57 can control the phase difference information to an appropriate value. In order to output an appropriate value as the drive voltage, the microcomputer 57 needs to determine the value of the drive voltage based on the load torque. The value of the drive voltage is determined by the duty reference value. This is the reason why the duty reference value is calculated by multiplying the PI control signal by the torque correction amount.

周波数記憶部80は、メモリ(図示せず)とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路(図示せず)とを含む。周波数記憶部80は、予め記憶した駆動電圧の周波数を補正する駆動周波数補正量のうち、機械角判定部70から出力されたロータ情報と、ロータ情報の単位時間あたりの変化率(回転速度)とに対応する駆動周波数補正量を第2乗算器85に出力する。図7を参照して、周波数記憶部80が記憶する駆動周波数補正量について説明する。駆動周波数補正量の平均値は「1」となるように設定されている。これは、モータの回転速度の目標値から決定される、所定周期当たりの駆動電圧の周波数の平均値を一定とするためである。複数の領域に区分された回転速度に対応する複数の補正量パターンが記憶されているのは、高効率運転などに適した補正量パターンが回転速度および負荷トルクにより変化するためである。周波数記憶部80が回転速度に応じた駆動周波数補正量を出力することにより、制御性能は向上する。ただしモータの起動直後の場合、周波数記憶部80は駆動周波数補正量を出力しない。圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が小さいため、シングルロータリ型圧縮機に接続されたIPMモータ51の回転中の負荷変動も小さくなる結果、IPMモータ51は駆動周波数の補正を必要としないからである。   The frequency storage unit 80 includes a memory (not shown) and a circuit (not shown) that selects and outputs an appropriate one from information stored in the memory. Of the drive frequency correction amount for correcting the frequency of the drive voltage stored in advance, the frequency storage unit 80 outputs the rotor information output from the mechanical angle determination unit 70 and the rate of change (rotation speed) per unit time of the rotor information. Is output to the second multiplier 85. The drive frequency correction amount stored in the frequency storage unit 80 will be described with reference to FIG. The average value of the drive frequency correction amount is set to be “1”. This is because the average value of the frequency of the drive voltage per predetermined cycle, which is determined from the target value of the rotation speed of the motor, is made constant. The plurality of correction amount patterns corresponding to the rotation speeds divided into the plurality of regions are stored because the correction amount patterns suitable for high-efficiency operation and the like vary depending on the rotation speed and the load torque. The control performance is improved by the frequency storage unit 80 outputting the drive frequency correction amount corresponding to the rotational speed. However, immediately after the start of the motor, the frequency storage unit 80 does not output the drive frequency correction amount. Since the differential pressure between the condensing pressure and the evaporation pressure of the compressor is small, the load fluctuation during rotation of the IPM motor 51 connected to the single rotary compressor is also reduced. As a result, the IPM motor 51 needs to correct the driving frequency. Because it does not.

電流振動検出部81は、正弦波データ作成部67から受けたU相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報に基づいて、IPMモータ51のU相の機械角を算出する。そして、電流振動検出部81は、電流アンプ56から受けたIPMモータ51のU相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角1周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。   The current vibration detection unit 81 calculates the U-phase mechanical angle of the IPM motor 51 based on the information indicating the phase of the drive voltage of the U-phase motor received from the sine wave data creation unit 67. Then, the current vibration detection unit 81 detects current vibration generated in a cycle of one mechanical angle or more based on the U-phase current value of the IPM motor 51 received from the current amplifier 56 and the calculated mechanical angle. .

図8は、U相電流の波形および電流サンプルタイミングの一例を示す図である。
図8を参照して、まず、電流振動検出部81は、U相のモータの駆動電圧の機械角を算出する。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a waveform of a U-phase current and current sample timing.
Referring to FIG. 8, first, current vibration detection unit 81 calculates the mechanical angle of the drive voltage of the U-phase motor.

本実施の形態において、IPMモータ51は、3相4極ブラシレスモータであることから、機械角1周期はU相のモータの駆動電圧の電気角周期2回分である。   In the present embodiment, since the IPM motor 51 is a three-phase four-pole brushless motor, one cycle of the mechanical angle is two electrical angular cycles of the drive voltage of the U-phase motor.

よって、電流振動検出部81は、電気角周期の1周期目であって、かつU相のモータ駆動電圧の位相が360度から0度にクリアされるタイミング、すなわちゼロクロスにて電気角周期の2周期目に切り替わったと判定する。さらに、電流振動検出部81は、電気角周期の2周期目において、次のゼロクロスのタイミングにて電気角周期の1周期目に切り替わったと判定する。以後これらの判定を繰り返す。   Therefore, the current vibration detection unit 81 is the first period of the electrical angular period and the timing at which the phase of the U-phase motor drive voltage is cleared from 360 degrees to 0 degrees, that is, the electrical angular period of 2 at zero crossing. It is determined that the cycle has been switched. Further, the current vibration detection unit 81 determines that the switching has been performed in the first period of the electrical angular period at the next zero-cross timing in the second period of the electrical angular period. Thereafter, these determinations are repeated.

そして、電流振動検出部81は、電気角周期の1周期目では、U相のモータの駆動電圧の機械角すなわちIPMモータ51のU相の機械角を以下の式で算出する。   Then, the current vibration detection unit 81 calculates the mechanical angle of the driving voltage of the U-phase motor, that is, the U-phase mechanical angle of the IPM motor 51 in the first period of the electrical angle cycle by the following equation.

U相のモータの駆動電圧の機械角=U相のモータの駆動電圧の位相/2
また、電流振動検出部81は、電気角周期の2周期目では、U相のモータの駆動電圧の機械角を以下の式で算出する。
Mechanical angle of drive voltage of U-phase motor = phase of drive voltage of U-phase motor / 2
Further, the current vibration detection unit 81 calculates the mechanical angle of the drive voltage of the U-phase motor in the second period of the electrical angle period by the following formula.

U相のモータの駆動電圧の機械角=180度+U相のモータの駆動電圧の位相/2
電流振動検出部81は、算出した現在のU相のモータの駆動電圧の機械角と予め設定された特定の機械角(本実施の形態では60度とする)とを比較することにより、図8の矢印で示すように機械角周期の各々における同一のタイミングでU相電流の絶対値を検出する。
Mechanical angle of driving voltage of U-phase motor = 180 degrees + phase of driving voltage of U-phase motor / 2
The current vibration detection unit 81 compares the calculated mechanical angle of the drive voltage of the current U-phase motor with a specific mechanical angle set in advance (60 degrees in the present embodiment), thereby obtaining the FIG. As shown by the arrows, the absolute value of the U-phase current is detected at the same timing in each mechanical angular period.

次に、電流振動検出部81は、検出した電流絶対値(以下、I60と称する。)の平均値を算出する。   Next, the current vibration detection unit 81 calculates an average value of the detected current absolute value (hereinafter referred to as I60).

電流振動検出部81は、たとえば、過去4回分の平均値を、サイクリングバッファ方式にて算出する。具体的には、電流振動検出部81は、検出したI60を古い値からI60[3]、I60[2]、I60[1]、I60[0]の順で格納する。そして、次の検出タイミングで、I60[3]にI60[2]の値を、I60[2]にI60[1]の値を、I60[1]にI60[0]の値を、I60[0]に最新のI60の値を順次格納することで、常に最新の過去4回分のデータを更新していき、この過去4回分のデータの平均値を算出する。   For example, the current vibration detection unit 81 calculates an average value for the past four times by a cycling buffer method. Specifically, the current vibration detection unit 81 stores the detected I60 from the oldest value in the order of I60 [3], I60 [2], I60 [1], I60 [0]. At the next detection timing, the value of I60 [2] is set in I60 [3], the value of I60 [1] is set in I60 [2], the value of I60 [0] is set in I60 [1], and I60 [0]. ], The latest I60 values are sequentially stored, so that the latest data for the past four times are always updated, and the average value of the data for the past four times is calculated.

そして、電流振動検出部81は、算出した平均値と最新のI60との差を電流振動値として算出する。   Then, the current vibration detection unit 81 calculates a difference between the calculated average value and the latest I60 as a current vibration value.

図9は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたU相電流の振動波形の一例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing an example of a vibration waveform of the U-phase current detected in the motor system according to the embodiment of the present invention.

図9を参照して、上記のような算出方法により、電流振動検出部81は、機械角周期より長い周期の電流振動のみを検出していることが分かる。   Referring to FIG. 9, it can be seen that the current vibration detection unit 81 detects only current vibration having a period longer than the mechanical angular period by the calculation method as described above.

図10は、U相電流の波形および電流サンプルタイミングの他の例を示す図である。
図10を参照して、電流振動検出部81は、1つの機械角周期における複数の機械角におけるU相の電流を複数の機械角周期において測定し、この測定結果に基づいて電流振動を検出する構成であってもよい。図10では、電流振動検出部81は、1つの機械角周期における2つの位相、たとえば60度および285度における電流を測定している。
FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the waveform of the U-phase current and the current sample timing.
Referring to FIG. 10, current vibration detection unit 81 measures U-phase currents at a plurality of mechanical angles in one mechanical angle period at a plurality of mechanical angle periods, and detects current vibration based on the measurement results. It may be a configuration. In FIG. 10, the current vibration detection unit 81 measures currents in two phases in one mechanical angular period, for example, 60 degrees and 285 degrees.

電流振動検出部81は、算出した現在のU相のモータの駆動電圧の機械角と予め設定された特定の機械角(ここでは60度および285度)とを比較することにより、図10の矢印で示すように機械角周期の各々における同一のタイミングでU相電流の絶対値を検出する。   The current vibration detection unit 81 compares the calculated mechanical angle of the driving voltage of the current U-phase motor with a specific mechanical angle (60 degrees and 285 degrees in this case) set in advance, as shown in FIG. The absolute value of the U-phase current is detected at the same timing in each mechanical angular period as shown in FIG.

次に、機械角60度における電流絶対値I60の平均値と、機械角285度における電流絶対値(以下、I285と称する。)の平均値とを算出する。平均値の算出方法は、上記した方法と同様である。そして、電流振動検出部81は、算出したI60およびI285の平均値と最新のI60およびI285との差をそれぞれ電流振動値として算出する。   Next, an average value of current absolute value I60 at a mechanical angle of 60 degrees and an average value of current absolute value at a mechanical angle of 285 degrees (hereinafter referred to as I285) are calculated. The calculation method of the average value is the same as that described above. Then, the current vibration detection unit 81 calculates the difference between the calculated average value of I60 and I285 and the latest I60 and I285 as the current vibration value.

図11は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたU相電流の振動波形の他の例を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing another example of the vibration waveform of the U-phase current detected in the motor system according to the embodiment of the present invention.

図11を参照して、上記のような算出方法により、電流振動検出部81は、1つの機械角周期における1つの機械角の電流を測定する構成と比べて電流振動を正確かつ高速に検出することができ、応答性が向上する。   Referring to FIG. 11, by the calculation method as described above, current vibration detection unit 81 detects current vibration more accurately and at a higher speed than a configuration that measures the current of one mechanical angle in one mechanical angle period. Responsiveness can be improved.

回転速度補正量演算部82は、電流振動検出部81から受けた電流振動値に適切なゲインを乗算することにより、電流振動を相殺するための乱調補正量を算出する。   The rotational speed correction amount calculation unit 82 calculates a turbulence correction amount for canceling the current vibration by multiplying the current vibration value received from the current vibration detection unit 81 by an appropriate gain.

第2乗算器85は、設定部65からの出力値と周波数記憶部80からの駆動周波数補正量と回転速度補正量演算部82からの乱調補正量とを乗算し、正弦波データ作成部67に電圧の位相を表わす情報を出力する。   The second multiplier 85 multiplies the output value from the setting unit 65, the drive frequency correction amount from the frequency storage unit 80, and the turbulence correction amount from the rotation speed correction amount calculation unit 82, and causes the sine wave data creation unit 67 to Information indicating the phase of the voltage is output.

このマイクロコンピュータ57は、コンピュータハードウェアと図示しない制御部により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、FD(Flexible Disk)またはCD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)などの記録媒体に格納されて流通し、記録媒体として入力部(図示せず)により読込まれる。制御部は入力部に読込まれたソフトウェアを実行する。   The microcomputer 57 is realized by computer hardware and software executed by a control unit (not shown). Generally, such software is stored and distributed in a recording medium such as an FD (Flexible Disk) or a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), and is read by an input unit (not shown) as the recording medium. The control unit executes software read into the input unit.

図12および図13を参照して、マイクロコンピュータ57で実行されるプログラムは、IPMモータ51の制御に関し、以下のような制御構造を有する。   Referring to FIGS. 12 and 13, the program executed by microcomputer 57 has the following control structure with respect to control of IPM motor 51.

ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、検出部60は、設定部65が設定したIPMモータ51の回転速度の指令値を検出する。この回転速度の指令値は、正弦波データ作成部67を介して検出される。S102にて、検出部60は、IPMモータ51の回転速度の指令値が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が大きくなっているとして設計時に定められた回転速度まで上昇したか否かを判断する。IPMモータ51は、設定部65が設定した回転速度で回転する。設定部65が当初設定する回転速度は、最終的な回転速度より小さい。これは、IPMモータ51を安定して回転させるためである。IPMモータ51が回転を開始した後、設定部65は次第に回転速度の指令値を増加させる。設計時に定められた回転速度まで上昇したと判断した場合には(S102にてYES)、処理はS104へと移される。もしそうでないと(S102にてNO)、処理はS100へと移される。S104にて、検出部60は、ステートをいったん任意の方法で仮設定し、仮設定した第4ステートの巻線電流値IP(4)と第10ステートの巻線電流値IP(10)とを測定する。   In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, detection unit 60 detects the command value for the rotational speed of IPM motor 51 set by setting unit 65. This rotational speed command value is detected via a sine wave data creation unit 67. In S102, detection unit 60 determines whether or not the command value for the rotational speed of IPM motor 51 has increased to the rotational speed determined at the time of design on the assumption that the differential pressure between the condensation pressure and the evaporation pressure of the compressor has increased. Judging. The IPM motor 51 rotates at the rotation speed set by the setting unit 65. The rotation speed initially set by the setting unit 65 is smaller than the final rotation speed. This is for rotating the IPM motor 51 stably. After the IPM motor 51 starts rotating, the setting unit 65 gradually increases the rotational speed command value. If it is determined that the rotational speed has been increased to the speed determined at the time of design (YES in S102), the process proceeds to S104. If not (NO in S102), the process proceeds to S100. In S104, the detection unit 60 temporarily sets the state by an arbitrary method, and temporarily sets the winding current value IP (4) of the fourth state and the winding current value IP (10) of the tenth state. taking measurement.

S106にて、検出部60は、巻線電流値IP(4)とIP(10)との差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値以上か否かを判断する。これは、比較する巻線電流値の差が小さい場合、巻線電流値の検出誤差が大きくなるので、ロータの機械角の判定が間違われる可能性が高いからである。しきい値以上と判断した場合には(S106にてYES)、処理はS108へと移される。もしそうでないと(S106にてNO)、処理はS104へと移される。   In S106, detection unit 60 determines whether or not the difference between winding current values IP (4) and IP (10) is greater than or equal to a threshold value determined in advance according to the motor rotation speed. This is because when the difference in the winding current values to be compared is small, the detection error of the winding current value becomes large, and therefore there is a high possibility that the determination of the mechanical angle of the rotor is wrong. If it is determined that the threshold value is exceeded (YES in S106), the process proceeds to S108. If not (NO in S106), the process proceeds to S104.

S108にて、検出部60は、巻線電流値を測定し、巻線電流値IP(4)がIP(10)より大きいか否かを判断する。巻線電流値IP(4)がIP(10)より大きいと判断した場合には(S108にてYES)、処理はS110へと移される。もしそうでないと(S108にてNO)、処理はS112へと移される。   In S108, detection unit 60 measures the winding current value and determines whether or not winding current value IP (4) is larger than IP (10). If it is determined that winding current value IP (4) is larger than IP (10) (YES in S108), the process proceeds to S110. If not (NO in S108), the process proceeds to S112.

S110にて、検出部60は、内部の第1レジスタ(図示せず)の値に「1」を加算するとともに、内部の第2レジスタ(図示せず)の値を「0」とする。S112にて、PWM作成部68は、内部の第2レジスタの値に「1」を加算するとともに、内部の第1レジスタの値を「0」とする。   In S110, detection unit 60 adds “1” to the value of the internal first register (not shown) and sets the value of the internal second register (not shown) to “0”. In S112, PWM creation unit 68 adds “1” to the value of the internal second register and sets the value of the internal first register to “0”.

S114にて、検出部60は、S108〜S112の処理が数回繰り返された結果、第1レジスタおよび第2レジスタのいずれかの値が、たとえば「3」といった予め定められた値以上となったか否かを判断する。予め定められた値以上と判断した場合には(S114にてYES)、処理はS116へと移される。もしそうでないと(S114にてNO)、処理はS118へと移される。   In S114, the detection unit 60 determines whether the value of either the first register or the second register is equal to or greater than a predetermined value such as “3” as a result of the processes of S108 to S112 being repeated several times. Judge whether or not. If it is determined that the value is equal to or greater than the predetermined value (YES in S114), the process proceeds to S116. If not (NO in S114), the process proceeds to S118.

S116にて、検出部60は、現在のステートの設定を正規の設定と決定する。S118にて、検出部60は、現在第10ステートに該当するロータの機械角が第4ステートとなるように、ステートの設定を機械角180°分シフトさせ、正規のステートの設定とする。   In S116, detection unit 60 determines that the current state setting is a normal setting. In S118, detection unit 60 shifts the setting of the state by a mechanical angle of 180 ° so that the mechanical angle of the rotor corresponding to the tenth state is the fourth state, thereby setting the normal state.

S120にて、検出部60は、サンプリングタイミングTSを、正弦波データ作成部67から出力された情報に基づいて設定する。あわせて、サンプリング回数Nなどの各変数を初期化する。本実施の形態においては、サンプリングタイミングTSは、モータ駆動電圧の位相が90°を中心とする一定かつ対称なタイミングとなるように設定される。目標位相差の設定などの制御設計を容易にするためである。図14を参照して、位相期間について説明する。モータ駆動電圧がピークとなる位相を90°とする。この場合、第1の位相期間θ(0)はモータ駆動電圧の位相が0°〜90°となる期間である。第2の位相期間θ(1)はモータ駆動電圧の位相が90°〜180°となる期間である。本実施の形態においては位相期間の幅を90°としたが、その他の値であってもよく、特に限定されない。   In S120, detection unit 60 sets sampling timing TS based on the information output from sine wave data creation unit 67. In addition, each variable such as the number of samplings N is initialized. In the present embodiment, the sampling timing TS is set so that the phase of the motor drive voltage is a constant and symmetric timing centered on 90 °. This is to facilitate control design such as setting of the target phase difference. The phase period will be described with reference to FIG. The phase at which the motor drive voltage reaches a peak is 90 °. In this case, the first phase period θ (0) is a period in which the phase of the motor driving voltage is 0 ° to 90 °. The second phase period θ (1) is a period in which the phase of the motor drive voltage is 90 ° to 180 °. In the present embodiment, the width of the phase period is 90 °, but other values may be used and are not particularly limited.

S122にて、検出部60は、内蔵するタイマのカウント周期に基づき、サンプリングするタイミングを待つ。S124にて、検出部60は、電流アンプ56を介し、電流センサ55を用いてIPMモータ51のU相の電流値を測定する。   In S122, detection unit 60 waits for sampling timing based on the count cycle of the built-in timer. In S <b> 124, detection unit 60 measures the U-phase current value of IPM motor 51 using current sensor 55 via current amplifier 56.

S126にて、検出部60は、サンプリング回数Nの値に「1」を加算する。S128にて、検出部60は、サンプリング回数Nの値に基づき、現在の位相期間がθ(0)か否かを判断する。現在の位相期間がθ(0)と判断した場合には(S128にてYES)、処理はS130へと移される。もしそうでないと(S128にてNO)、処理はS134へと移される。   In S126, detection unit 60 adds “1” to the value of sampling count N. In S128, detection unit 60 determines whether or not the current phase period is θ (0) based on the value of sampling count N. If it is determined that the current phase period is θ (0) (YES in S128), the process proceeds to S130. If not (NO in S128), the process proceeds to S134.

S130にて、検出部60は、サンプリング回数Nが予め定められた値(本実施の形態の場合3回)以上か否かを判断する。サンプリング回数Nが予め定められた値以上と判断した場合には(S130にてYES)、処理はS132へと移される。もしそうでないと(S130にてNO)、処理はS124へと移される。   In S130, detection unit 60 determines whether sampling number N is equal to or greater than a predetermined value (three times in the present embodiment). If it is determined that sampling number N is equal to or greater than a predetermined value (YES in S130), the process proceeds to S132. If not (NO in S130), the process proceeds to S124.

S132にて、検出部60は、位相期間θ(0)でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積S(0)(=I(0)+I(1)+I(2))を計算する。   In S132, the detection unit 60 integrates the current sampling data on the assumption that the sampling in the phase period θ (0) is completed, and the motor current signal area S (0) (= I (0) + I (1) + I (2)).

S134にて、検出部60は、サンプリング回数Nが予め定められた値(本実施の形態の場合6回)以上か否かを判断する。サンプリング回数Nが予め定められた値以上と判断した場合には(S134にてYES)、処理はS136へと移される。もしそうでないと(S134にてNO)、処理はS124へと移される。   In S134, detection unit 60 determines whether sampling number N is equal to or greater than a predetermined value (six times in the case of the present embodiment). If it is determined that sampling number N is equal to or greater than a predetermined value (YES in S134), the process proceeds to S136. If not (NO in S134), the process proceeds to S124.

S136にて、検出部60は、位相期間θ(1)でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積S(1)(=I(3)+I(4)+I(5))を計算する。   In S136, assuming that sampling in phase period θ (1) has been completed, detection unit 60 integrates current sampling data, and motor current signal area S (1) (= I (3) + I (4) + I (5)).

S138にて、検出部60は、モータ電流信号面積S(0)およびS(1)の計算が終了したか否かを判断する。計算が終了したと判断した場合には(S138にてYES)、処理はS140へと移される。もしそうでないと(S138にてNO)、処理はS124へと移される。   In S138, detection unit 60 determines whether or not calculation of motor current signal areas S (0) and S (1) has been completed. If it is determined that the calculation has been completed (YES in S138), the process proceeds to S140. If not (NO in S138), the process proceeds to S124.

S140にて、検出部60は、モータ電流信号面積S(0)およびS(1)の比(S(0)/S(1))を計算して位相差情報とし、加算器62に出力する。S142にて、機械角判定部70は、電流アンプ56を介し、電流センサ55を用いてIPMモータ51のU相におけるIPMモータ51回転中の脈動を表わす脈動データを読込む。   In S140, detection unit 60 calculates the ratio (S (0) / S (1)) of motor current signal areas S (0) and S (1) to obtain phase difference information, which is output to adder 62. . At S142, mechanical angle determination unit 70 reads pulsation data representing pulsation during rotation of IPM motor 51 in the U phase of IPM motor 51 using current sensor 55 via current amplifier 56.

S144にて、機械角判定部70は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部72に出力する。S146にて、トルク記憶部72は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第1乗算器75に出力する。ロータの機械角を検出するのは、たとえば4極ブラシレスモータの場合、機械角180°および360°の場合に電気角が360°となるなど、ロータの電気角ではロータの位置を明確に検出できないからである。   In S144, mechanical angle determination unit 70 detects the mechanical angle of the rotor based on the pulsation data, and outputs rotor information representing the mechanical angle of the rotor to torque storage unit 72. In S 146, torque storage unit 72 outputs a torque correction amount corresponding to the rotational speed of the rotor and the rotor information to first multiplier 75. The rotor mechanical angle is detected, for example, in the case of a 4-pole brushless motor, the electrical angle of the rotor is 360 ° when the mechanical angle is 180 ° and 360 °, and the rotor position cannot be clearly detected. Because.

図15を参照して、3相4極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判別する方法を説明する。図15は、1回転中のステートと負荷トルクと巻線電流(1相分)との関係を示す図である。1回転中に大きく3つの過程(吸入、圧縮、吐出)の行程があるため、負荷トルクが大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図15のIP(1)、IP(4)、IP(7)、IP(10)のように変動する。この現象から、機械角判定部70は、予め実験するなどして定められたステートの巻線電流値の大小とロータの機械角との関係を基に、ロータの機械角を判定する。比較対象とする巻線電流値の差が小さいと、その判定に誤りが生じる可能性が高まるので、機械角判定部70は、比較する巻線電流値の組合せを、インバータ駆動電圧位相が同一となる区間において最も差が大きくなる組合せとする。本実施の形態においては、第4ステートの巻線電流値IP(4)と第10ステートの巻線電流値IP(10)との差が最も大きくなるので、機械角判定部70は第4ステートと第10ステートとを比較する。   With reference to FIG. 15, a method for determining the mechanical angle of the rotor in the three-phase four-pole brushless motor will be described. FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship among a state during one rotation, load torque, and winding current (for one phase). Since there are three strokes (inhalation, compression, and discharge) during one rotation, the load torque varies greatly. As the refrigerant is compressed from the suction state, the load torque increases rapidly, and when the discharge valve opens and the refrigerant is discharged, the load torque decreases. Due to the influence of the load torque fluctuation, the winding current value also fluctuates like IP (1), IP (4), IP (7), IP (10) in FIG. From this phenomenon, the mechanical angle determination unit 70 determines the mechanical angle of the rotor on the basis of the relationship between the magnitude of the winding current value of the state determined in advance through experiments or the like and the mechanical angle of the rotor. If the difference between the winding current values to be compared is small, the possibility of an error in the determination increases. Therefore, the mechanical angle determination unit 70 determines that the combination of the winding current values to be compared has the same inverter drive voltage phase. The combination having the largest difference in the section. In the present embodiment, the difference between the winding current value IP (4) in the fourth state and the winding current value IP (10) in the tenth state is the largest, so the mechanical angle determination unit 70 is in the fourth state. And the tenth state.

図16および図17を参照して、3相6極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判定する方法を参考として説明する。図16は、3相6極ブラシレスモータのロータ1回転中のステートと負荷トルクと巻線電流(1相分)との関係を示す図である。図17は3相6極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。図17に示すように3相6極ブラシレスモータの場合、トルクパターンは相数と極数との積である18に分割された第0ステート〜第17ステートまでの18ステートを有する。ただし、第Sステートと第(S+6)ステートと第(S+12)ステート(S:0〜5の整数)のインバータ駆動電圧位相は同一である。   A method for determining the mechanical angle of the rotor in a three-phase six-pole brushless motor will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a diagram showing the relationship among the state during one rotation of the rotor of the three-phase six-pole brushless motor, the load torque, and the winding current (for one phase). FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the mechanical angle and the electrical angle in each state in the case of a three-phase six-pole brushless motor. As shown in FIG. 17, in the case of a three-phase six-pole brushless motor, the torque pattern has 18 states from the 0th state to the 17th state divided into 18 which is the product of the number of phases and the number of poles. However, the inverter drive voltage phases of the S state, the (S + 6) state, and the (S + 12) state (S: integer of 0 to 5) are the same.

4極ブラシレスモータの場合と同様、6極ブラシレスモータにおいても負荷トルクは大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図16のIP(1)、IP(4)、IP(7)、IP(10)、IP(13)、IP(16)のように変動する。この現象を用いて、機械角判定部70は、これらの巻線電流値の大小を比較し、ロータの機械角を判定する。この場合、機械角判定部70は、第1ステート、第7ステートおよび第13ステートの大小を比較する。たとえば、機械角判定部70は、ステートを一旦仮設定し、第1ステート、第7ステートおよび第13ステートの巻線の電流値を測定する。巻線の電流値が測定されると、機械角判定部70は、測定された巻線の電流値の比較により最小のステートを判定する。第7ステートが最小の場合、機械角判定部70は、現在のステートの定義を維持する。第1ステートが最小の場合、機械角判定部70は、現在の第1ステートが第7ステートとなるようにステートの設定を機械角120°分シフトさせる。第13ステートが最小の場合、機械角判定部70は、現在の第13ステート13が第7ステートとなるように機械角240°分シフトさせる。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができるので、トルク制御を許可しトルク制御を行なうとともに、駆動周波数の補正を許可し、駆動周波数を制御する。   As in the case of the 4-pole brushless motor, the load torque varies greatly in the 6-pole brushless motor. As the refrigerant is compressed from the suction state, the load torque increases rapidly, and when the discharge valve opens and the refrigerant is discharged, the load torque decreases. Under the influence of the load torque fluctuation, the winding current value also fluctuates like IP (1), IP (4), IP (7), IP (10), IP (13), IP (16) in FIG. . Using this phenomenon, the mechanical angle determination unit 70 compares the magnitudes of these winding current values to determine the mechanical angle of the rotor. In this case, the mechanical angle determination unit 70 compares the sizes of the first state, the seventh state, and the thirteenth state. For example, the mechanical angle determination unit 70 temporarily sets the state and measures the current values of the windings in the first state, the seventh state, and the thirteenth state. When the current value of the winding is measured, the mechanical angle determination unit 70 determines the minimum state by comparing the measured current value of the winding. When the seventh state is the minimum, the mechanical angle determination unit 70 maintains the definition of the current state. When the first state is the minimum, the mechanical angle determination unit 70 shifts the setting of the state by a mechanical angle of 120 ° so that the current first state becomes the seventh state. When the thirteenth state is the minimum, the mechanical angle determination unit 70 shifts the mechanical angle by 240 ° so that the current thirteenth state 13 becomes the seventh state. Thereby, since the correspondence between the mechanical angle of the rotor and the phase of the torque pattern can be taken, torque control is permitted and torque control is performed, and correction of the drive frequency is permitted, and the drive frequency is controlled.

S148にて、加算器62は検出部60が求めた位相差情報と位相差記憶部61が出力した位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、PI演算部63に出力する。   In S <b> 148, the adder 62 obtains the difference between the phase difference information obtained by the detection unit 60 and the target value of the phase difference information outputted by the phase difference storage unit 61 as error data, and outputs it to the PI calculation unit 63.

S150にて、PI演算部63は、加算器62が出力した誤差データに基づき比例データ(P)および積分データ(I)を算出し、これらのデータを含むPI制御値を第1乗算器75に出力する。S152にて、第1乗算器75は、PI制御値とトルク記憶部72が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をPWM作成部68に出力する。   In S150, PI calculation unit 63 calculates proportional data (P) and integral data (I) based on the error data output from adder 62, and supplies PI control value including these data to first multiplier 75. Output. In S 152, first multiplier 75 multiplies the PI control value and the torque correction amount output from torque storage unit 72, and outputs the duty reference value to PWM creation unit 68.

S154にて、設定部65は、IPMモータ51の回転速度の設定値を第2乗算器85に出力する。S156にて、周波数記憶部80は、ロータのステートと回転速度とに対応する駆動周波数補正量を、第2乗算器85に出力する。   In S 154, setting unit 65 outputs the set value of the rotational speed of IPM motor 51 to second multiplier 85. In S 156, the frequency storage unit 80 outputs a drive frequency correction amount corresponding to the rotor state and the rotation speed to the second multiplier 85.

S157にて、電流振動検出部81は、電流アンプ56から受けたIPMモータ51のU相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角1周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。そして、回転速度補正量演算部82は、電流振動検出部81から受けた電流振動値に基づいて乱調補正量を出力する。   In S157, the current vibration detection unit 81 detects current vibration generated at a cycle of one mechanical angle or more based on the U-phase current value of the IPM motor 51 received from the current amplifier 56 and the calculated mechanical angle. To detect. Then, the rotational speed correction amount calculation unit 82 outputs a turbulence correction amount based on the current vibration value received from the current vibration detection unit 81.

S158にて、第2乗算器85は、周波数記憶部80が出力した駆動周波数補正量および回転速度補正量演算部82が出力した乱調補正量に基づいて、各ステートの駆動電圧の周波数を補正する。そして、第2乗算器85は、補正した駆動電圧の周波数に基づいて、電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部67に出力する。本実施の形態において第2乗算器85は、図7の駆動周波数補正量を用いて位相データを式(2)のように計算する。   In S158, the second multiplier 85 corrects the frequency of the drive voltage in each state based on the drive frequency correction amount output from the frequency storage unit 80 and the turbulence correction amount output from the rotation speed correction amount calculation unit 82. . Then, the second multiplier 85 creates phase data representing the voltage phase based on the corrected frequency of the drive voltage and outputs it to the sine wave data creation unit 67. In the present embodiment, the second multiplier 85 calculates the phase data as shown in Expression (2) using the drive frequency correction amount of FIG.

位相データ=駆動周波数補正量×乱調補正量×IPMモータ51の回転速度の指令値 ・・・・・(2)
S160にて、正弦波データ作成部67は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをPWM作成部68に出力するとともに、U相の正弦波データからU相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部60に出力する。正弦波データは、演算によって作成しても構わないが、本実施の形態においては、正弦波記憶部66からモータ巻線端子U、V、Wの各相に対応した正弦波データを読み出す。
Phase data = drive frequency correction amount × disturbance correction amount × command value of rotational speed of IPM motor 51 (2)
In S160, sine wave data creation unit 67 outputs sine wave data to PWM creation unit 68 based on the phase data and the sine wave data, and from the U-phase sine wave data, the drive voltage of the U-phase motor is calculated. Information representing the phase is output to the detector 60. Although the sine wave data may be created by calculation, in the present embodiment, sine wave data corresponding to each phase of the motor winding terminals U, V, and W is read from the sine wave storage unit 66.

S162にて、PWM作成部68は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路52の各駆動素子にモータ駆動電圧であるPWM波形信号をインバータ回路52に出力する。   In S162, the PWM creation unit 68 multiplies the sine wave data and the duty reference value, and outputs a PWM waveform signal, which is a motor drive voltage, to each drive element of the inverter circuit 52 to the inverter circuit 52 for each phase.

S164にて、PWM作成部68は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったか否かを判断する。トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったと判断した場合には(S164にてYES)、処理はS166へと移される。もしそうでないと(S164にてNO)、処理はS120へと移される。   In S164, PWM creation unit 68 determines whether or not the torque pattern or the frequency correction pattern has been switched. If it is determined that the torque pattern or the frequency correction pattern has been switched (YES in S164), the process proceeds to S166. If not (NO in S164), the process proceeds to S120.

S166にて、PWM作成部68は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をT(1)とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をT(2)とする。   In S166, the PWM creation unit 68 waits until a predetermined time elapses as necessary to stabilize the rotation of the motor. The predetermined time is T (1) which is a predetermined time necessary for the motor rotation to be stable after switching the torque pattern, etc., and is necessary for the motor rotation to be stable after the motor target rotation speed is changed. Let T (2) be a predetermined time.

S168にて、PWM作成部68は、正弦波データに基づき、IPMモータ51の回転速度を推定する。S170にて、PWM作成部68は、回転速度の推定値が駆動周波数を補正する必要がないとして予め定められた所定の回転速度以上となったか否かを判断する。所定の回転速度以上となったと判断した場合には(S168にてYES)、処理を終了する。もしそうでないと(S168にてNO)、処理はS122へと移される。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、IPMモータ51の回転速度が高くなると、IPMモータ51回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。   In S168, PWM creation unit 68 estimates the rotational speed of IPM motor 51 based on the sine wave data. In S170, PWM creation unit 68 determines whether or not the estimated value of the rotational speed is equal to or higher than a predetermined rotational speed that is determined in advance as it is not necessary to correct the drive frequency. If it is determined that the rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed (YES in S168), the process is terminated. If not (NO in S168), the process proceeds to S122. This determination is made because, in the case of a single rotary compressor, when the rotational speed of the IPM motor 51 is increased, the load fluctuation during the rotation of the IPM motor 51 is reduced, and the rotational speed fluctuation is accordingly reduced.

以上のような構造およびフローチャートに基づく、モータシステム201の動作について説明する。   The operation of the motor system 201 based on the structure and flowchart as described above will be described.

検出部60は、IPMモータ51の回転速度の指令値を検出し(S100)、IPMモータ51の回転速度が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が大きくなったとして予め定められた回転速度に上昇するまで待つ(S102)。   The detection unit 60 detects a command value for the rotational speed of the IPM motor 51 (S100), and the rotational speed of the IPM motor 51 is determined in advance as a difference between the condensation pressure and the evaporation pressure of the compressor increases. Wait until the speed increases (S102).

予め定められた回転速度まで上昇したと判断されると、検出部60は、ステートをいったん任意に設定し、仮設定した第4ステートの巻線電流値IP(4)と第10ステートの巻線電流値IP(10)とを測定する(S104)。巻線電流値が測定されると検出部60は、測定された巻線電流値の差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値を上回るまで待つ(S106)。しきい値を上回ったと判断されると、検出部60は、巻線電流値を測定し、巻線電流値IP(4)とIP(10)との大小を比較する(S108)。巻線電流値の測定と比較とが数回繰り返されると(S108〜S114)、検出部60は、ステートの設定を正式に決定する(S116、S118)。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができたので、トルクを制御するとともに、駆動周波数を制御する。   When it is determined that the rotational speed has increased to a predetermined rotational speed, the detection unit 60 sets the state once and arbitrarily, and temporarily sets the winding current value IP (4) of the fourth state and the winding of the tenth state. The current value IP (10) is measured (S104). When the winding current value is measured, the detection unit 60 waits until the difference between the measured winding current values exceeds a predetermined threshold value according to the motor rotation speed (S106). If it is determined that the threshold value has been exceeded, the detection unit 60 measures the winding current value and compares the winding current values IP (4) and IP (10) with each other (S108). When the measurement and comparison of the winding current value are repeated several times (S108 to S114), the detection unit 60 formally determines the state setting (S116, S118). Thus, since the correspondence between the mechanical angle of the rotor and the phase of the torque pattern can be taken, the torque is controlled and the drive frequency is controlled.

検出部60は、サンプリングタイミングTSを、正弦波データ作成部67から出力された情報に基づいて設定する。あわせて検出部60は、サンプリング回数Nなどの各変数を初期化する(S120)。サンプリングタイミングTSの設定と各変数の初期化とがなされると、検出部60は、位相差情報を算出する。   The detection unit 60 sets the sampling timing TS based on the information output from the sine wave data creation unit 67. In addition, the detection unit 60 initializes each variable such as the number of samplings N (S120). When the sampling timing TS is set and each variable is initialized, the detection unit 60 calculates phase difference information.

図14を参照して、位相差情報の算出方法について説明する。検出部60は、モータ駆動電圧を基準とする2箇所の位相期間において、両位相期間におけるサンプリングタイミングが対称となるような所定のサンプリングタイミングSP(0)〜SP(5)を待つ(S122)。タイミングが到来すると検出部60は、IPMモータ51のU相の電流値を測定する(S124)。電流値が測定されると、検出部60は、各位相期間での巻線電流値I(0)〜I(2)を積算しモータ電流信号面積S(0)(=I(0)+I(1)+I(2))を計算する(S126〜S132)。モータ電流信号面積S(0)が計算されると、検出部60は、ふたたびIPMモータ51のU相の電流値を測定して、位相期間θ(1)についてモータ電流信号面積S(1)(=I(3)+I(4)+I(5))を計算する(S122〜S136)。モータ電流信号面積S(0)およびS(1)が計算されると(S138にてYES)、検出部60はそれぞれの値の比(S(0)/S(1))を計算し、加算器62に出力する(S140)。この計算結果が位相差情報である。本実施の形態においては、この位相差情報が所定の値になるように制御する。図14の場合、検出部60は2箇所の位相期間で対称となるタイミングでA/Dサンプリングするので、図14に示すように電圧と電流の位相差が0°のときには、S(0)=S(1)となる。その結果、位相差情報は「1」となる。このことは、位相差0°で制御するには位相差情報を「1」になるように制御すればよいことを表わす。   A method for calculating phase difference information will be described with reference to FIG. The detection unit 60 waits for predetermined sampling timings SP (0) to SP (5) such that the sampling timings in both phase periods are symmetric in the two phase periods based on the motor drive voltage (S122). When the timing comes, the detection unit 60 measures the U-phase current value of the IPM motor 51 (S124). When the current value is measured, the detection unit 60 integrates the winding current values I (0) to I (2) in each phase period, and accumulates the motor current signal area S (0) (= I (0) + I ( 1) + I (2)) is calculated (S126 to S132). When the motor current signal area S (0) is calculated, the detection unit 60 again measures the U-phase current value of the IPM motor 51, and the motor current signal area S (1) ( = I (3) + I (4) + I (5)) is calculated (S122 to S136). When motor current signal areas S (0) and S (1) are calculated (YES in S138), detection unit 60 calculates the ratio (S (0) / S (1)) of the respective values and adds them. The data is output to the device 62 (S140). This calculation result is phase difference information. In the present embodiment, the phase difference information is controlled to be a predetermined value. In the case of FIG. 14, the detection unit 60 performs A / D sampling at a timing that is symmetric in two phase periods. Therefore, when the phase difference between the voltage and the current is 0 ° as shown in FIG. 14, S (0) = S (1). As a result, the phase difference information is “1”. This means that the phase difference information may be controlled to be “1” in order to control at a phase difference of 0 °.

位相差情報が出力されると、機械角判定部70は、IPMモータ51のU相におけるIPMモータ51回転中の脈動を表わす脈動データを読込む(S142)。脈動データが読込まれると、機械角判定部70は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部72に出力する(S144)。ロータ情報が出力されると、トルク記憶部72は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第1乗算器75に出力する(S146)。   When the phase difference information is output, the mechanical angle determination unit 70 reads pulsation data representing pulsation during rotation of the IPM motor 51 in the U phase of the IPM motor 51 (S142). When the pulsation data is read, the mechanical angle determination unit 70 detects the mechanical angle of the rotor based on the pulsation data, and outputs rotor information representing the mechanical angle of the rotor to the torque storage unit 72 (S144). When the rotor information is output, the torque storage unit 72 outputs a torque correction amount corresponding to the rotational speed of the rotor and the rotor information to the first multiplier 75 (S146).

トルク補正量が出力されると、加算器62は位相差情報と位相差記憶部61から出力された位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、PI演算部63に出力する。加算器62は位相差情報の目標値と検出部60から出力された位相差情報とをPI演算部63に出力する(S148)。位相差情報などが出力されると、PI演算部63は、加算器62が出力した誤差データに基づき比例データ(P)および積分データ(I)を算出し、PI制御値を第1乗算器75に出力する(S150)。PI制御値が出力されると、第1乗算器75は、PI制御値とトルク記憶部72が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をPWM作成部68に出力する(S152)。   When the torque correction amount is output, the adder 62 obtains the difference between the phase difference information and the target value of the phase difference information output from the phase difference storage unit 61 as error data, and outputs it to the PI calculation unit 63. The adder 62 outputs the target value of the phase difference information and the phase difference information output from the detection unit 60 to the PI calculation unit 63 (S148). When the phase difference information or the like is output, the PI calculation unit 63 calculates proportional data (P) and integral data (I) based on the error data output from the adder 62, and sets the PI control value to the first multiplier 75. (S150). When the PI control value is output, the first multiplier 75 multiplies the PI control value by the torque correction amount output from the torque storage unit 72, and outputs the duty reference value to the PWM creation unit 68 (S152).

シングルロータリ型圧縮機の振動は以上のようにしてトルクを制御しても完全には消滅せず、ある程度の振動が残存する。モータの角速度の変動もトルクを制御しない場合よりは小さくなるが、ある程度残るので、ステータへの通電タイミングを適切な値に制御するため、強制励磁を行なっている駆動周波数をモータの角速度の変動に応じて補正する。これにより、IPMモータ51の駆動電力の周波数が補正量パターンにしたがって増減され、回転速度の変動に応じた通電が行われる。回転速度の変動に応じた通電が行われるので、マイクロコンピュータ57は、IPMモータ51の脱調を防止し、さらには高効率で運転することができる。   The vibration of the single rotary compressor does not disappear completely even if the torque is controlled as described above, and some vibration remains. The fluctuation of the motor angular speed is also smaller than when the torque is not controlled, but it remains to some extent, so the drive frequency for forced excitation is changed to the fluctuation of the motor angular speed in order to control the energization timing to the stator to an appropriate value. Correct accordingly. As a result, the frequency of the driving power of the IPM motor 51 is increased or decreased according to the correction amount pattern, and energization is performed according to the fluctuation of the rotation speed. Since energization is performed according to fluctuations in the rotational speed, the microcomputer 57 can prevent the IPM motor 51 from stepping out and can be operated with high efficiency.

デューティ基準値が出力されると、設定部65は、IPMモータ51の回転速度の設定値を第2乗算器85に出力する(S154)。設定値が出力されると、周波数記憶部80は、ロータのステートと回転速度とに対応する駆動周波数補正量を、第2乗算器85に出力する(S156)。電流振動検出部81は、電流アンプ56から受けたIPMモータ51のU相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角1周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。そして、回転速度補正量演算部82は、電流振動検出部81から受けた電流振動値に基づいて乱調補正量を出力する(S157)。駆動周波数補正量および乱調補正量が出力されると、第2乗算器85は、出力された駆動周波数補正量および乱調補正量に基づいて、各ステートの駆動電圧の周波数を補正する。そして、第2乗算器85は、補正した駆動電圧の周波数に基づいて、電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部67に出力する(S158)。   When the duty reference value is output, the setting unit 65 outputs the setting value of the rotational speed of the IPM motor 51 to the second multiplier 85 (S154). When the set value is output, the frequency storage unit 80 outputs a drive frequency correction amount corresponding to the rotor state and the rotation speed to the second multiplier 85 (S156). Based on the U-phase current value of the IPM motor 51 received from the current amplifier 56 and the calculated mechanical angle, the current vibration detection unit 81 detects current vibration that occurs at a cycle of one mechanical angle or more. Then, the rotational speed correction amount calculation unit 82 outputs a turbulence correction amount based on the current vibration value received from the current vibration detection unit 81 (S157). When the drive frequency correction amount and the irregularity correction amount are output, the second multiplier 85 corrects the frequency of the drive voltage in each state based on the output drive frequency correction amount and the irregularity correction amount. Then, the second multiplier 85 creates phase data representing the voltage phase based on the corrected frequency of the drive voltage and outputs the phase data to the sine wave data creation unit 67 (S158).

図18を参照して位相データに補正量を乗算する理由を説明する。図18は、シングルロータリ型圧縮機の負荷トルク変動を負荷トルクの大きいときと小さいときとに分けてパラメータ化した位相差情報−効率特性である。ここで、注意すべき事実は、モータ駆動電圧が同一であっても、負荷トルクが変化すると位相差情報も変化することである。たとえば図18においてモータ駆動電圧VJでモータが駆動されている場合、負荷トルクの大きいときと小さいときとでは異なる位相差情報でモータが駆動される。これは負荷トルクが大きいときには大きなモータ駆動電圧が必要なためである。このことを前述したシングルロータリ型圧縮機にあてはめると、モータ1回転に同期した急激で大きな負荷トルク変動に位相差を制御して追従することは困難なことを意味する。位相差を制御して追従することが困難になると、モータ駆動電圧の制御や変更はできない。   The reason why the phase data is multiplied by the correction amount will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows phase difference information-efficiency characteristics parameterized by dividing the load torque fluctuation of the single rotary compressor when the load torque is large and when the load torque is small. Here, it should be noted that even if the motor drive voltage is the same, the phase difference information also changes when the load torque changes. For example, in FIG. 18, when the motor is driven with the motor drive voltage VJ, the motor is driven with different phase difference information when the load torque is large and small. This is because a large motor drive voltage is required when the load torque is large. If this is applied to the single rotary type compressor described above, it means that it is difficult to follow a sudden and large load torque fluctuation synchronized with one rotation of the motor by controlling the phase difference. If it becomes difficult to control and follow the phase difference, the motor drive voltage cannot be controlled or changed.

位相データが出力されると、正弦波データ作成部67は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをPWM作成部68に出力する。正弦波データ作成部67は、正弦波データを出力するとともに、U相の正弦波データからU相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部60に出力する(S160)。   When the phase data is output, the sine wave data creation unit 67 outputs the sine wave data to the PWM creation unit 68 based on the phase data and the sine wave data. The sine wave data creation unit 67 outputs sine wave data and outputs information representing the phase of the driving voltage of the U-phase motor from the U-phase sine wave data to the detection unit 60 (S160).

正弦波データなどが出力されると、PWM作成部68は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路52の各駆動素子にモータ駆動電圧であるPWM波形信号をインバータ回路52に出力する(S162)。これにより、インバータ回路52を介してモータ巻線に電流が印加されるのでIPMモータ51が駆動される。その結果、IPMモータ51の出力トルクがトルクパターンにしたがって増減され、負荷トルクに応じたトルク制御が行われるため、マイクロコンピュータ57は、モータ脱調を防止し、かつIPMモータ51の回転速度の変動を抑制できる。   When the sine wave data or the like is output, the PWM generator 68 multiplies the sine wave data by the duty reference value, and inverts the PWM waveform signal that is the motor drive voltage to each drive element of the inverter circuit 52 for each phase. The data is output to the circuit 52 (S162). As a result, current is applied to the motor windings via the inverter circuit 52, so that the IPM motor 51 is driven. As a result, the output torque of the IPM motor 51 is increased or decreased according to the torque pattern, and torque control according to the load torque is performed. Therefore, the microcomputer 57 prevents motor step-out and changes in the rotational speed of the IPM motor 51. Can be suppressed.

PWM波形信号が出力されると、PWM作成部68は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があるまで(S164にてNO)、駆動電圧の大きさ(PWMデューティのデューティ幅)を決定する。駆動電圧の大きさは、モータ駆動電圧(出力デューティ)に対する巻線電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって決定される(S120〜S162)。駆動電圧の大きさを決定する際、所望の周波数で出力される正弦波データによってIPMモータ51の回転速度が決定される。これによって所望の位相差、所望の回転速度でIPMモータ51が駆動・制御される。   When the PWM waveform signal is output, PWM creation unit 68 determines the magnitude of the drive voltage (the duty width of the PWM duty) until the torque pattern or the frequency correction pattern is switched (NO in S164). The magnitude of the drive voltage is determined by a phase difference control feedback loop for controlling the winding current phase difference with respect to the motor drive voltage (output duty) to be constant (S120 to S162). When determining the magnitude of the drive voltage, the rotational speed of the IPM motor 51 is determined by sine wave data output at a desired frequency. As a result, the IPM motor 51 is driven and controlled with a desired phase difference and a desired rotation speed.

トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があると(S164にてYES)、PWM作成部68は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ(S166)。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をT(1)とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をT(2)とする。予め定めた時間が経過すると、PWM作成部68は、正弦波データに基づき、IPMモータ51の回転速度を推定し(S168)、所定の回転速度以上になると(S168にてYES)処理を終了する。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、IPMモータ51の回転速度が高くなると、IPMモータ51回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。   When the torque pattern or the frequency correction pattern is switched (YES in S164), PWM creation unit 68 waits until a predetermined time elapses to stabilize the motor rotation (S166). The predetermined time is T (1) which is a predetermined time necessary for the motor rotation to be stable after switching the torque pattern, etc., and is necessary for the motor rotation to be stable after the motor target rotation speed is changed. Let T (2) be a predetermined time. When the predetermined time has elapsed, PWM creation unit 68 estimates the rotational speed of IPM motor 51 based on the sine wave data (S168), and ends the process when the rotational speed exceeds a predetermined rotational speed (YES in S168). . This determination is made because, in the case of a single rotary compressor, when the rotational speed of the IPM motor 51 is increased, the load fluctuation during the rotation of the IPM motor 51 is reduced, and the rotational speed fluctuation is accordingly reduced.

図19および図20を参照して、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧(1相分)と角速度との関係を示す。図19が従来例の場合であり、図20が本実施の形態のトルク制御を行なった場合である。従来例では、角速度の変動が大きく、ひいては圧縮機の振動も大きくなる。本実施の形態の場合、トルクパターンによりデューティ基準値が補正され、モータ駆動電圧が補正されることにより、巻線電流が負荷トルクと一致するモータトルクを発生すべく補正される。これにより、角速度変動が小さくなり、圧縮機の振動も小さくなる。   Referring to FIGS. 19 and 20, the relationship among load torque, motor drive voltage (for one phase), and angular velocity when a single rotary compressor motor having a large load fluctuation during one rotation is driven is shown. FIG. 19 shows the case of the conventional example, and FIG. 20 shows the case where the torque control of the present embodiment is performed. In the conventional example, the fluctuation of the angular velocity is large, and the vibration of the compressor is also large. In the case of this embodiment, the duty reference value is corrected by the torque pattern, and the motor drive voltage is corrected, so that the winding current is corrected to generate a motor torque that matches the load torque. Thereby, the angular velocity fluctuation is reduced, and the compressor vibration is also reduced.

図21および図22を参照して、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧(1相分)と位相差情報との関係を説明する。図21が従来例の場合である。図22が本実施の形態において駆動電力の周波数を補正した場合である。図21に示す従来例の場合、位相差情報の変動が大きく、ひいては位相差情報が高効率点から離れてしまい、効率の悪い運転となる。最悪の場合は前述した位相差範囲以上に位相差情報が変動し、脱調が発生する。図22に示す本実施の形態の場合、補正量パターンによりIPMモータ51回転中の負荷変動に応じて位相データを補正することにより、マイクロコンピュータ57は、位相差情報を常に高効率点に制御することが可能となる。   With reference to FIG. 21 and FIG. 22, the relationship between the load torque, motor drive voltage (for one phase), and phase difference information when a single rotary compressor motor having a large load fluctuation during one rotation is driven will be described. . FIG. 21 shows a conventional example. FIG. 22 shows a case where the frequency of the driving power is corrected in the present embodiment. In the case of the conventional example shown in FIG. 21, the fluctuation of the phase difference information is large, and as a result, the phase difference information moves away from the high efficiency point, resulting in an inefficient operation. In the worst case, the phase difference information fluctuates beyond the above-described phase difference range, and step-out occurs. In the case of the present embodiment shown in FIG. 22, the microcomputer 57 always controls the phase difference information to the high efficiency point by correcting the phase data according to the load fluctuation during the rotation of the IPM motor 51 by the correction amount pattern. It becomes possible.

以上のようにして、本実施の形態に係る駆動装置は、予め記憶部に記憶されたトルクパターンに応じて駆動電圧を制御する。トルクパターンに応じて駆動電圧が制御されるので、電流の位相は制御可能な範囲にとどまる。電流の位相が制御可能な範囲にとどめられるので、シングルロータリ型圧縮機をはじめとする急激で大きな負荷トルク変動を持つ負荷に対してもモータ脱調などを生じずに駆動させることができる。さらにロータの機械角をコイルの誘起電流から検出するのではなく、巻線電流のピークに基づいて検出するので、180°通電による制御が可能である。あわせて、回転速度の補正も行なうので、回転速度の変動により位相差情報が影響を受けることを防ぐことができる。その結果、低騒音、低振動、高効率である180°通電による制御をより幅広い分野に適用できる制御装置を提供できる。   As described above, the drive device according to the present embodiment controls the drive voltage according to the torque pattern stored in the storage unit in advance. Since the drive voltage is controlled according to the torque pattern, the phase of the current remains in a controllable range. Since the phase of the current is kept within the controllable range, it is possible to drive a load having a sudden and large load torque fluctuation such as a single rotary compressor without causing motor step-out. Furthermore, since the mechanical angle of the rotor is not detected from the induced current of the coil but based on the peak of the winding current, control by 180 ° energization is possible. In addition, since the rotational speed is also corrected, it is possible to prevent the phase difference information from being affected by fluctuations in the rotational speed. As a result, it is possible to provide a control device that can apply control by 180 ° energization that is low noise, low vibration, and high efficiency to a wider range of fields.

なお、S154にて設定部65は、位相差情報の変動量が任意に定められた第1の変動量以上となった後、駆動周波数補正を開始してもよい。   In S154, the setting unit 65 may start the drive frequency correction after the fluctuation amount of the phase difference information becomes equal to or larger than a first fluctuation amount that is arbitrarily determined.

また、S154にて設定部65は、位相差情報の変動量が任意に定められた第2の変動量以下となった場合は、直ちにS157およびS158の処理を行なってもよい。   In S154, the setting unit 65 may immediately perform the processes of S157 and S158 when the fluctuation amount of the phase difference information is equal to or less than the arbitrarily determined second fluctuation amount.

さらに、比較する巻線電流値は、4極ブラシレスモータの場合でロータの機械角が180度離れたステート同士であってよい。   Furthermore, the winding current values to be compared may be states in which the mechanical angle of the rotor is 180 degrees apart in the case of a 4-pole brushless motor.

その他、比較する巻線電流値は、3相6極ブラシレスモータの場合にはモータ駆動電圧の位相が等しくなるステート同士であってもよい。   In addition, in the case of a three-phase six-pole brushless motor, the winding current values to be compared may be states in which the phases of the motor driving voltages are equal.

図23は、ある圧縮機用6極同期モータにおいて乱調現象が生じている様子を示す図である。図23において、グラフG1は、U相電流を示している。   FIG. 23 is a diagram showing a state where a turbulence phenomenon occurs in a certain compressor 6-pole synchronous motor. In FIG. 23, a graph G1 indicates a U-phase current.

グラフG1から分かるように、U相電流において、圧縮機特有の負荷トルク変動の周期であるモータ2回転すなわちモータ電流6周期分の周期で1周期分の脈動すなわち乱調現象が発生している。   As can be seen from the graph G1, in the U-phase current, a pulsation, that is, a turbulence phenomenon corresponding to one cycle occurs in the motor two rotations, that is, the cycle of the motor current that is a cycle of the load torque fluctuation peculiar to the compressor.

図24は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて、電流振動抑制制御の開始前後のU相電流波形を示す図である。図24において、グラフG11は、U相電流を示している。グラフG12は、グラフG11に示すU相電流に対して機械角1周期以下のモータ電流振動をフィルタリングした後の電流波形を示している。また、Sは、電流振動検出部81および回転速度補正量演算部82による電流振動抑制制御の開始タイミングを示している。   FIG. 24 is a diagram showing U-phase current waveforms before and after the start of current vibration suppression control in the motor system according to the embodiment of the present invention. In FIG. 24, a graph G11 indicates the U-phase current. Graph G12 shows the current waveform after filtering the motor current oscillation of one mechanical angle or less with respect to the U-phase current shown in graph G11. S indicates the start timing of the current vibration suppression control by the current vibration detection unit 81 and the rotation speed correction amount calculation unit 82.

本発明の実施の形態に係るモータシステムでは、圧縮機特有の負荷トルク変動の周期であるモータ1回転周期以上の周期で乱調現象が発生している場合、その乱調現象特有の周期変動のみを検出するように、モータ1回転周期以下すなわち機械角1周期以下のモータ電流振動をフィルタリングする。そして、フィルタリングされた信号をフィードバックしてモータ駆動周波数を補正することにより、モータ電流振動を相殺する。モータ駆動周波数を補正することにより、モータ1回転周期で動作する負荷トルク変動抑制制御に干渉することなく乱調現象を抑制することができるため、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、同期モータを安定して運転することが可能となる。   In the motor system according to the embodiment of the present invention, when a turbulence phenomenon occurs at a cycle of one rotation period or more of the motor, which is a cycle of load torque fluctuation unique to the compressor, only the periodic fluctuation peculiar to the turbulence phenomenon is detected As described above, motor current oscillations that are less than one motor rotation cycle, that is, less than one mechanical angle cycle, are filtered. Then, the filtered motor current is fed back to correct the motor drive frequency, thereby canceling the motor current oscillation. By correcting the motor drive frequency, it is possible to suppress the turbulence phenomenon without interfering with the load torque fluctuation suppression control that operates at one rotation period of the motor. Therefore, the load torque fluctuation suppression control and the turbulence suppression control interfere with each other. Thus, the synchronous motor can be stably operated.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a drive device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を表わす図である。It is a figure showing the load torque characteristic of the single rotary type compressor and scroll type compressor which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るトルク補正量のデータの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the data of the torque correction amount which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における、3相4極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the mechanical angle and electric angle of each state in the case of the 3 phase 4 pole brushless motor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る、モータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of motor efficiency, phase difference information, and a motor drive voltage based on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。It is a figure showing the relationship between the phase difference information which concerns on embodiment of this invention, and the drive voltage of a motor. 本発明の実施の形態に係る周波数記憶部が記憶する補正量について説明する図である。It is a figure explaining the corrected amount which the frequency memory | storage part which concerns on embodiment of this invention memorize | stores. U相電流の波形および電流サンプルタイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of U phase electric current, and an electric current sample timing. 本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたU相電流の振動波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vibration waveform of the U-phase current detected in the motor system which concerns on embodiment of this invention. U相電流の波形および電流サンプルタイミングの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the waveform of U phase electric current, and an electric current sample timing. 本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたU相電流の振動波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the vibration waveform of the U-phase current detected in the motor system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るIPMモータ51の駆動処理の制御の手順を示す第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the procedure of control of the drive process of the IPM motor 51 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るIPMモータ51の駆動処理の制御の手順を示す第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the procedure of control of the drive process of the IPM motor 51 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る位相期間を表わす概念図である。It is a conceptual diagram showing the phase period which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る3相4極ブラシレスモータのロータ1回転中のステートと負荷トルクと1相分の巻線電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state in 1 rotation of the rotor of the 3 phase 4 pole brushless motor which concerns on embodiment of this invention, load torque, and the winding current for 1 phase. 本発明の実施の形態に係る3相6極ブラシレスモータのロータ1回転中のステートと負荷トルクと1相分の巻線電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state in 1 rotation of the rotor of the 3 phase 6 pole brushless motor which concerns on embodiment of this invention, load torque, and the winding current for 1 phase. 本発明の実施の形態における、3相6極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the mechanical angle and electric angle of each state in the case of the 3 phase 6 pole brushless motor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機の位相差情報−効率特性を表わす図である。It is a figure showing the phase difference information-efficiency characteristic of the single rotary type compressor concerning an embodiment of the invention. 従来例に係るトルク制御を行なった場合の、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと1相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load torque of the single rotary type | mold compressor motor with a large load fluctuation | variation during 1 rotation, the motor drive voltage for one phase, and angular velocity at the time of performing the torque control which concerns on a prior art example. 本発明の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと1相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。The figure which shows the relationship between the load torque of the single rotary type | mold compressor motor with a large load fluctuation | variation in 1 rotation, the motor drive voltage for one phase, and angular velocity at the time of performing torque control which concerns on embodiment of this invention. is there. 従来例に係るトルク制御を行なった場合の、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと1相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load torque of the single rotary compressor motor with a large load fluctuation | variation during 1 rotation, the motor drive voltage for 1 phase, and phase difference information at the time of performing torque control which concerns on a prior art example. 本発明の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、1回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと1相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。FIG. 5 shows the relationship between the load torque of a single rotary compressor motor having a large load fluctuation during one rotation, the motor driving voltage for one phase, and phase difference information when torque control according to the embodiment of the present invention is performed. FIG. ある圧縮機用6極同期モータにおいて乱調現象が生じている様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the turbulence phenomenon has arisen in a certain 6-pole synchronous motor for compressors. 本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて、電流振動抑制制御の開始前後のU相電流波形を示す図である。In the motor system which concerns on embodiment of this invention, it is a figure which shows the U-phase current waveform before and after the start of current vibration suppression control. ある圧縮機用6極同期モータにおいて負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合う状態を示す図である。It is a figure which shows the state which load torque fluctuation suppression control and disorder | damage | failure suppression control mutually interfere in a certain 6-pole synchronous motor for compressors.

符号の説明Explanation of symbols

51 IPMモータ、52 インバータ回路、53 コンバータ回路、54 交流電源、55 電流センサ、56 電流アンプ、57 マイクロコンピュータ、60 検出部、61 位相差記憶部、62 加算器、63 PI演算部、65 設定部、66 正弦波記憶部、67 正弦波データ作成部、68 PWM作成部、70 機械角判定部、72 トルク記憶部、75 第1乗算器、80 周波数記憶部、81 電流振動検出部、82 回転速度補正量演算部、85 第2乗算器、101 同期モータ制御装置、201 モータシステム。   51 IPM motor, 52 inverter circuit, 53 converter circuit, 54 AC power supply, 55 current sensor, 56 current amplifier, 57 microcomputer, 60 detection unit, 61 phase difference storage unit, 62 adder, 63 PI operation unit, 65 setting unit , 66 sine wave storage unit, 67 sine wave data generation unit, 68 PWM generation unit, 70 mechanical angle determination unit, 72 torque storage unit, 75 first multiplier, 80 frequency storage unit, 81 current vibration detection unit, 82 rotational speed Correction amount calculation unit, 85 second multiplier, 101 synchronous motor control device, 201 motor system.

Claims (6)

回転子およびコイルを含むモータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、
前記検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、
スイッチング素子を含み、制御データに基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記コイルの通電を制御するインバータ回路と、
複数のトルク補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記トルク補正量を出力するトルク記憶部と、
複数の第1の回転速度補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記複数の第1の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、
前記検出された駆動電流に基づいて、前記回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、
前記検出された電流振動を相殺するための第2の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、
前記モータの回転速度指令値を前記第1の回転速度補正量および前記第2の回転速度補正量に基づいて補正し、前記補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、
前記正弦波データおよび前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量に基づいて、PWM(Pulse Width Modulation)信号を前記制御データとして算出するPWM作成部とを備えるモータ制御装置。
A motor control device for controlling a motor including a rotor and a coil,
A current sensor for detecting a drive current flowing through the motor coil;
A mechanical angle determination unit that detects a mechanical angle of the rotor of the motor based on the detected drive current;
An inverter circuit that includes a switching element and controls energization of the coil by controlling on / off of the switching element based on control data;
A torque storage unit that stores a plurality of torque correction amounts and outputs the torque correction amount based on the detected mechanical angle;
A frequency storage unit that stores a plurality of first rotation speed correction amounts, and outputs any one of the plurality of first rotation speed correction amounts based on the detected mechanical angle;
Based on the detected drive current, a current vibration detection unit that detects current vibration generated in a cycle longer than the mechanical angle cycle of the rotor;
A rotational speed correction amount calculation unit for generating a second rotational speed correction amount for canceling the detected current oscillation;
Sine wave data creation for correcting the rotational speed command value of the motor based on the first rotational speed correction amount and the second rotational speed correction amount and creating sine wave data based on the corrected rotational speed And
A motor control device comprising: a PWM creation unit that calculates a PWM (Pulse Width Modulation) signal as the control data based on the sine wave data and the torque correction amount received from the torque storage unit.
前記モータ制御装置は、さらに、
前記正弦波データおよび前記検出された駆動電流に基づいて、前記モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、PI(Proportional Integral)制御値を算出するPI演算部とを備え、
前記PWM作成部は、前記正弦波データ、前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量および前記PI制御値に基づいて、PWM信号を前記制御データとして算出する請求項1に記載のモータ制御装置。
The motor control device further includes:
A phase difference calculation unit that calculates a phase difference between the drive voltage and the drive current of the motor based on the sine wave data and the detected drive current;
A PI calculation unit that calculates a PI (Proportional Integral) control value based on a difference between the phase difference calculated by the phase difference calculation unit and a target value;
The motor control device according to claim 1, wherein the PWM creation unit calculates a PWM signal as the control data based on the sine wave data, the torque correction amount received from the torque storage unit, and the PI control value.
前記電流振動検出部は
記正弦波データから得られた前記モータの駆動電圧の位相に基づいて、前記回転子の機械角を算出し、
算出した機械角が前記回転子の機械角周期における1または複数の特定の機械角に一致するときの前記駆動電流を複数の前記機械角周期にわたって測定し、
前記駆動電流の測定ごとに、現測定データまでの所定回数の測定データの平均値を算出して、算出した平均値と現測定データとの差を電流振動値として算出するように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置。
The current oscillation detection section,
Based on the phase of the drive voltage of the motor obtained from the previous SL sine wave data to calculate the mechanical angle of the rotor,
Measuring the drive current when the calculated mechanical angle matches one or more specific mechanical angles in the mechanical angle period of the rotor over a plurality of the mechanical angle periods;
For each measurement of the drive current, an average value of a predetermined number of measurement data up to the current measurement data is calculated, and a difference between the calculated average value and the current measurement data is calculated as a current oscillation value. the motor control device according to claim 1.
前記モータ制御装置は、さらに、
前記モータの回転速度指令値と、前記第1の回転速度補正量と、前記第2の回転速度補正量とを乗算する乗算器を備え、
前記正弦波データ作成部は、前記乗算器の乗算結果に基づく周波数を有する前記正弦波データを作成する請求項1に記載のモータ制御装置。
The motor control device further includes:
A multiplier for multiplying the rotational speed command value of the motor, the first rotational speed correction amount, and the second rotational speed correction amount;
The motor control device according to claim 1, wherein the sine wave data creating unit creates the sine wave data having a frequency based on a multiplication result of the multiplier.
回転子およびコイルを含むモータと、
前記モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、
前記検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、
スイッチング素子を含み、制御データに基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記コイルの通電を制御するインバータ回路と、
複数のトルク補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記トルク補正量を出力するトルク記憶部と、
複数の第1の回転速度補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記複数の第1の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、
前記検出された駆動電流に基づいて、前記回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、
前記検出された電流振動を相殺するための第2の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、
前記モータの回転速度指令値を前記第1の回転速度補正量および前記第2の回転速度補正量に基づいて補正し、前記補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、
前記正弦波データおよび前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量に基づいて、PWM信号を前記制御データとして算出するPWM作成部とを備えるモータシステム。
A motor including a rotor and a coil;
A current sensor for detecting a drive current flowing through the motor coil;
A mechanical angle determination unit that detects a mechanical angle of the rotor of the motor based on the detected drive current;
An inverter circuit that includes a switching element and controls energization of the coil by controlling on / off of the switching element based on control data;
A torque storage unit that stores a plurality of torque correction amounts and outputs the torque correction amount based on the detected mechanical angle;
A frequency storage unit that stores a plurality of first rotation speed correction amounts, and outputs any one of the plurality of first rotation speed correction amounts based on the detected mechanical angle;
Based on the detected drive current, a current vibration detection unit that detects current vibration generated in a cycle longer than the mechanical angle cycle of the rotor;
A rotational speed correction amount calculation unit for generating a second rotational speed correction amount for canceling the detected current oscillation;
Sine wave data creation for correcting the rotational speed command value of the motor based on the first rotational speed correction amount and the second rotational speed correction amount and creating sine wave data based on the corrected rotational speed And
A motor system comprising: a PWM creation unit that calculates a PWM signal as the control data based on the sine wave data and the torque correction amount received from the torque storage unit.
前記モータシステムは、さらに、
前記正弦波データおよび前記検出された駆動電流に基づいて、前記モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、PI制御値を算出するPI演算部とを備え、
前記PWM作成部は、前記正弦波データ、前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量および前記PI制御値に基づいて、PWM信号を前記制御データとして算出する請求項に記載のモータシステム。
The motor system further includes:
A phase difference calculation unit that calculates a phase difference between the drive voltage and the drive current of the motor based on the sine wave data and the detected drive current;
A PI calculation unit that calculates a PI control value based on a difference between the phase difference calculated by the phase difference calculation unit and a target value;
The motor system according to claim 5 , wherein the PWM creation unit calculates a PWM signal as the control data based on the sine wave data, the torque correction amount received from the torque storage unit, and the PI control value.
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