JP5533140B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device.
例えば電気角120度毎に通電相を切り替えてモータを駆動する120度通電方式では、モータのステータに誘起される誘起電圧のゼロクロス点からロータの位置検出情報を取得して、位置検出情報に従ってマイクロコンピュータからインバータ回路に駆動信号を出力し、モータを駆動する位置検出運転モードがある。 For example, in the 120-degree energization method in which the motor is driven by switching the energization phase every 120 degrees of electrical angle, the rotor position detection information is acquired from the zero cross point of the induced voltage induced in the stator of the motor, and the micro is detected according to the position detection information. There is a position detection operation mode in which a drive signal is output from the computer to the inverter circuit to drive the motor.
一方、起動時にはロータの位置検出に必要な誘起電圧が得られないため、一定のタイミングで強制的に通電相を切り換える同期運転モードによりモータを駆動している。 On the other hand, since an induced voltage necessary for detecting the rotor position cannot be obtained at the time of startup, the motor is driven in a synchronous operation mode in which the energized phase is forcibly switched at a fixed timing.
近年、エアコンなどに用いるコンプレッサ用モータでは、省エネ性追求の要求からより低回転数領域での運転制御が求められている。しかし、モータを位置検出運転モードで駆動している状態から回転数を低下させると、誘起電圧はモータの回転数に比例して低下するため、ロータの位置検出できなくなり、モータの回転制御が不可能になる。このような不具合を解決する技術として、下記特許文献1などが存在する。
In recent years, a compressor motor used in an air conditioner or the like has been required to have operation control in a lower rotational speed region because of a demand for energy saving. However, if the rotational speed is decreased from the state in which the motor is driven in the position detection operation mode, the induced voltage decreases in proportion to the rotational speed of the motor, so that the rotor position cannot be detected and the motor rotational control is disabled. It becomes possible. As a technique for solving such a problem, there is
特許文献1に示された技術では、モータの回転数を低下させ極低速になった時には運転モードを位置検出運転モードから同期運転モードに切り換えて低回転数領域でのモータの運転を可能とする技術が開示されている。
In the technique disclosed in
しかしながら、トルクリップルのあるコンプレッサなどをモータの負荷とした場合は、低回転数領域ではトルク変動によりモータの回転速度に脈動が発生し、モータの機械角の一回転の間で回転速度が変動するため、誘起電圧が検出できる場合とできない場合が生じ、位置検出運転モードと同期運転モードとを頻繁に切り換えることとなり、モータの回転制御が不安定となる。したがって、特許文献1に示された技術では、位置検出運転モードと同期運転モードとを切り換える回転数の閾値は、モータの駆動を安定して行うためには、誘起電圧による位置検出が不安定となる回転数より大きな値に設定する必要があるため、ロータの位置検出が可能な回転数領域を拡張することができず、低回転領域では省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことができない、という問題があった。
However, when a motor with a torque ripple compressor is used as the load on the motor, the pulsation occurs in the rotational speed of the motor due to torque fluctuations in the low rotational speed region, and the rotational speed varies between rotations of the mechanical angle of the motor. Therefore, there are cases where the induced voltage can be detected and cases where it cannot be detected, the position detection operation mode and the synchronous operation mode are frequently switched, and the rotation control of the motor becomes unstable. Therefore, in the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロータの位置検出によるモータの回転制御が可能な回転数領域をより低回転数領域に拡張し、低回転数領域においても省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことを可能とするモータ駆動装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and extends the rotation speed region in which the rotation of the motor can be controlled by detecting the position of the rotor to a lower rotation speed region, so that energy can be saved even in the low rotation speed region. It is an object of the present invention to obtain a motor drive device that enables fine control of a motor and control for preventing step-out.
本発明にかかるモータ駆動装置は、ロータおよびステータを有するモータを、非通電区間を有する通電方式により駆動するモータ駆動装置であって、直流電源に接続され、前記直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給するインバータ回路と、前記ステータに誘起される誘起電圧のゼロクロス点を検出し、前記ロータの位置を検出するための位置検出信号を出力する位置検出回路と、前記位置検出信号に基づいて前記インバータ回路の通電相を切り換える位置検出運転と、一定の通電切換時間が経過する毎に前記インバータ回路の通電相を切り換える同期運転とを、前記モータの回転数に応じて切り換えて前記インバータ回路を駆動制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな回転数閾値が予め設定され、前記モータの回転数が前記回転数閾値より大きい場合には、前記位置検出運転を行い、前記モータの回転数が前記回転数閾値以下であり、且つ、前記誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが可能である場合には、前記位置検出信号に基づいて前記モータの機械角の1回転中における位置検出タイミング間毎に位置検出区間を順次割り当て、前記位置検出区間毎に各位置検出区間時間を算出し、前記各位置検出区間時間の平均区間時間を算出し、直前の前記位置検出区間時間が前記平均区間時間より大きく、且つ、前記位置検出区間時間が前記平均区間時間以下となる前記位置検出区間から、前記同期運転を開始することを特徴とする。 A motor drive device according to the present invention is a motor drive device that drives a motor having a rotor and a stator by an energization method having a non-energization section, and is connected to a DC power source and receives a DC voltage supplied from the DC power source. An inverter circuit that converts the AC voltage into the motor and supplies the motor; a position detection circuit that detects a zero-cross point of the induced voltage induced in the stator and outputs a position detection signal for detecting the position of the rotor; A position detection operation for switching the energized phase of the inverter circuit based on the position detection signal, and a synchronous operation for switching the energized phase of the inverter circuit every time a certain energization switching time elapses, according to the rotational speed of the motor. And a control circuit for driving and controlling the inverter circuit, and the control circuit includes a zero cross point of the induced voltage. When a rotation speed threshold value greater than the rotation speed at which detection becomes unstable is preset and the rotation speed of the motor is greater than the rotation speed threshold value, the position detection operation is performed, and the rotation speed of the motor is set to the rotation speed. If it is not more than the threshold and it is possible to detect the zero cross point of the induced voltage, the position is detected at every position detection timing during one rotation of the mechanical angle of the motor based on the position detection signal. Sequentially assigning detection sections, calculating each position detection section time for each position detection section, calculating an average section time of each position detection section time, the previous position detection section time is greater than the average section time, And the said synchronous driving | operation is started from the said position detection area from which the said position detection area time is below the said average area time .
この発明によれば、ロータの位置検出によるモータの回転制御が可能な回転数領域をより低回転数領域に拡張し、低回転数領域においても省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことが可能となる、という効果を奏する。 According to the present invention, the rotation speed range in which the rotation control of the motor can be controlled by detecting the position of the rotor is expanded to a lower rotation speed range, and even in the low rotation speed range, detailed control of the motor for energy saving and prevention of step-out are prevented. It is possible to perform control for this purpose.
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a motor driving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
実施の形態.
図1は、実施の形態にかかるモータ駆動装置の一構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかるモータ駆動装置は、インバータ回路2と、位置検出回路4と、制御回路5とを備え、直流電源1から直流電圧Vdcが供給され、モータ3に交流電圧を供給する。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor driving device according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the motor driving apparatus according to the first embodiment includes an
インバータ回路2は、U相スイッチング素子21、V相スイッチング素子22、W相スイッチング素子23、X相スイッチング素子24、Y相スイッチング素子25、およびZ相スイッチング素子26を備え、各スイッチング素子21,22,23,24,25,26が3相ブリッジ接続され、制御回路5から供給される各スイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号により駆動される。
The
モータ3は、120度通電方式により駆動される4極モータであり、ステータ31とロータ32とを備えている。なお、モータ3の極数は4極に限らず、また、モータ駆動方式は、非通電区間を有する方式であれば何でもよい。
The
位置検出回路4は、各抵抗41〜46およびコンパレータ47を備えている。各抵抗41〜43の一端は、ステータ31の各相に接続され、各抵抗41〜43の他端間が接続されている。各抵抗41〜43の接続点とグランドとの間に抵抗44が接続され、各抵抗41〜44の接続点がコンパレータ47の反転入力端子に接続されている。以下、この各抵抗41〜44の接続点の電圧を、仮想中性点電圧という。また、直流電源1の正極側とグランドとの間に抵抗45および抵抗46が直列に接続され、抵抗45および抵抗46の接続点の電圧を基準電圧として、コンパレータ47の非反転入力端子に供給される。この基準電圧は、仮想中性点電圧の正弦波成分のゼロクロス点(正負の変曲点)の電圧と一致するように設定される。コンパレータ47は、仮想中性点電圧と基準電圧とを比較することにより、仮想中性点電圧のゼロクロス点(すなわち、誘起電圧のゼロクロス点)を検出し、ロータ32の位置を検出(以下、単に「位置検出」という)するための位置検出信号を出力する。
The
制御回路5は、位置検出回路4から出力される位置検出信号に基づいて位置検出を行い、この位置検出結果および外部からの回転数指令信号(図示せず)に基づいて各スイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号を生成して出力する。
The
つぎに、位置検出運転モードおよび同期運転モードについて説明する。図2は、位置検出運転モードにおけるタイミングチャートの一例を示す図である。また、図3は、同期運転モードにおけるタイミングチャートの一例を示す図である。 Next, the position detection operation mode and the synchronous operation mode will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a timing chart in the position detection operation mode. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a timing chart in the synchronous operation mode.
図2(a)は、仮想中性点電圧を示している。図2(a)において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は仮想中性点電圧値を示している。図2(b)は、位置検出回路4から出力される位置検出信号に基づいて仮想中性点電圧のゼロクロス点が検出される位置検出タイミングを示し、図2(c)は、位置検出運転モードにおける各相のスイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号を示している。
FIG. 2A shows a virtual neutral point voltage. In FIG. 2A, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the virtual neutral point voltage value. FIG. 2B shows the position detection timing at which the zero-cross point of the virtual neutral point voltage is detected based on the position detection signal output from the
図3(a)は、同期運転モードにおける通電切換タイミングを示している。図3(a)において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は通電切換を行うまでの時間を示している。図3(b)は、同期運転モードにおける各相のスイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号を示している。
FIG. 3A shows the energization switching timing in the synchronous operation mode. In FIG. 3A, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the time until the energization switching is performed. FIG. 3B shows drive signals to the
位置検出運転モードでは、図2に示すように、仮想中性点電圧のゼロクロス点(すなわち、誘起電圧のゼロクロス点)において通電相が切り換えられ、各相のスイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号が出力される。 In the position detection operation mode, as shown in FIG. 2, the energized phase is switched at the zero-cross point of the virtual neutral point voltage (that is, the zero-cross point of the induced voltage), and the switching elements 21, 22, 23, 24, Drive signals to 25 and 26 are output.
一方、同期運転モードでは、図3に示すように、通電切換時間Tが経過する毎に一定のタイミングで通電相が切り換えられ、各相のスイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号が出力される。ここで、通電切換時間Tは、モータの回転数指令値から1回転あたりの時間を求め、その時間を、モータの極数および相数で決定される1回転中の通電切換回数(本実施の形態では12回)で割った時間である。
On the other hand, in the synchronous operation mode, as shown in FIG. 3, every time the energization switching time T elapses, the energized phase is switched at a constant timing, and the
つぎに、実施の形態にかかるモータ駆動装置の運転モードの概念について説明する。位置検出運転モードでの運転中において回転数が低下すると、位置検出運転モードから同期運転モードに切り換えることにより低回転数領域での運転を行うことができる。しかしながら、例えば特開平5−227787号公報に示される技術を用いた場合には、位置検出運転モードと同期運転モードとを切り換える回転数閾値は、モータの駆動を安定して行うためには、誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな値に設定する必要がある。この同期運転モード時にはロータの位置検出を行なわないため、省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことができない。 Below, the concept of the operation mode of the motor drive device concerning embodiment is demonstrated. When the rotational speed decreases during the operation in the position detection operation mode, the operation in the low rotation speed region can be performed by switching from the position detection operation mode to the synchronous operation mode. However, for example, when the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-227787 is used, the rotation speed threshold value for switching between the position detection operation mode and the synchronous operation mode is induced in order to stably drive the motor. It is necessary to set a value larger than the rotation speed at which the detection of the zero cross point of the voltage becomes unstable. Since the rotor position is not detected in this synchronous operation mode, it is impossible to perform fine control of the motor for energy saving or control for preventing step-out.
ところが、上述したように、位置検出運転モードと同期運転モードとを切り換える回転数閾値を誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな値に設定すると、回転数閾値から誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数までの回転数領域では、位置検出が可能となるので、同期運転モードであっても位置検出結果をモータ3の駆動制御に適用することが可能となる。したがって、実施の形態にかかるモータ駆動装置では、モータの回転数が回転数閾値以下であり、且つ、位置検出が可能である回転数領域では、同期運転を行いながら位置検出を行い、その位置検出結果をモータ3の回転制御に適用することにより、省エネのためのモータ3のきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことを可能とする。この同期運転を行いながら位置検出結果をモータ3の回転制御に適用する運転モードを、以下「位置検出併用同期運転モード」という。
However, as described above, if the rotation speed threshold value for switching between the position detection operation mode and the synchronous operation mode is set to a value larger than the rotation speed at which the detection of the zero cross point of the induced voltage becomes unstable, the induced voltage is changed from the rotation speed threshold value. Since the position can be detected in the rotational speed region up to the rotational speed where the detection of the zero cross point becomes unstable, the position detection result can be applied to the drive control of the
一方、トルクリップルのあるコンプレッサなどをモータの負荷とした場合は、低回転数領域ではトルク変動により一回転の間で回転速度が変動するため、モータの誘起電圧のゼロクロス点間の時間が変動し、位置検出タイミングは変動する。 On the other hand, when a motor with a torque ripple is used as the motor load, the rotation speed fluctuates during one rotation due to torque fluctuation in the low rotation speed range, so the time between the zero cross points of the induced voltage of the motor fluctuates. The position detection timing varies.
図4は、低回転領域における位置検出タイミングの変動の一例を示す図である。図4において、横軸は各位置検出タイミング間の区間(以下「位置検出区間」という)毎に便宜的に割り当てた位置検出区間番号を示し、縦軸は各位置検出区間時間を示している。この位置検出区間番号は、図4に示す例では、120度通電方式により駆動される4極モータの機械角の一回転の間における各位置検出区間毎に便宜的に割り当てた番号である。図4に示す例では、位置検出区間番号「0」において最も位置検出区間時間が短く、すなわち回転速度が最も速くなっていることを示し、位置検出区間番号「6」において最も位置検出区間時間が長く、すなわち回転速度が最も遅くなっていることを示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of variation in position detection timing in the low rotation region. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the position detection section number assigned for convenience in each section between the position detection timings (hereinafter referred to as “position detection section”), and the vertical axis indicates each position detection section time. In the example shown in FIG. 4, this position detection section number is a number assigned for convenience in each position detection section during one rotation of the mechanical angle of the 4-pole motor driven by the 120-degree energization method. In the example shown in FIG. 4, the position detection section time is the shortest in the position detection section number “0”, that is, the rotational speed is fastest, and the position detection section time is the longest in the position detection section number “6”. It is long, that is, the rotation speed is the slowest.
同期運転中における通電相の切り換えは、通電切換時間T毎に一定の通電切換タイミングで行われる。したがって、通電切換タイミングの前に誘起電圧のゼロクロス点が現れると位置検出が正しく行われるが、位置検出タイミングが変動して通電切換タイミングの後に誘起電圧のゼロクロス点が現れた場合は、位置検出が正しく行われない。 Switching between energized phases during the synchronous operation is performed at a certain energization switching timing every energization switching time T. Therefore, position detection is performed correctly when the zero cross point of the induced voltage appears before the energization switching timing, but if the position detection timing fluctuates and the zero cross point of the induced voltage appears after the energization switching timing, position detection is performed. Not done correctly.
図5は、同期運転中において位置検出が正しく行われない場合のタイミングチャートの一例を示す図である。図5(a)は、同期運転モードにおける通電切換タイミングを示している。図5(a)において、縦軸は通電切換を行うまでの時間を示し、横軸は時間の経過を示している。図5(b)は、同期運転モードにおける各相のスイッチング素子21,22,23,24,25,26への駆動信号を示している。図5(c)は、仮想中性点電圧を示している。図5(c)において、縦軸は仮想中性点電圧値を示し、横軸は時間の経過を示している。図5(d)は、位置検出回路4から出力される位置検出信号に基づいて仮想中性点電圧のゼロクロス点が検出される位置検出タイミングを示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a timing chart when position detection is not performed correctly during synchronous operation. FIG. 5A shows the energization switching timing in the synchronous operation mode. In FIG. 5A, the vertical axis indicates the time until the energization switching is performed, and the horizontal axis indicates the passage of time. FIG. 5B shows drive signals to the
図5では、通電切換タイミングが位置検出タイミングより早く訪れた例を示している(図5(a)参照)。この場合は、図5(c)、図5(d)に示すように、誘起電圧に重畳するチョッピング波形のゼロクロス点を検出してしまうため、誘起電圧のゼロクロス点を正しく検出することができず、正しく位置検出を行うことができない。 FIG. 5 shows an example in which the energization switching timing arrives earlier than the position detection timing (see FIG. 5A). In this case, as shown in FIGS. 5C and 5D, since the zero cross point of the chopping waveform superimposed on the induced voltage is detected, the zero cross point of the induced voltage cannot be correctly detected. The position cannot be detected correctly.
図6は、同期運転中において位置検出が正しく行われない場合の通電切換タイミングと位置検出タイミングとの関係を示す図である。図6(a)は、通電切換タイミングを示しており、番号「0」乃至「11」は、各位置検出区間番号に対応して割り当てられた通電区間番号を示している。図6(b)は、位置検出タイミングを示しており、番号「0」乃至「11」は、各位置検出区間番号を示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the energization switching timing and the position detection timing when the position detection is not correctly performed during the synchronous operation. FIG. 6A shows the energization switching timing, and the numbers “0” to “11” indicate the energization section numbers assigned corresponding to the respective position detection section numbers. FIG. 6B shows the position detection timing, and the numbers “0” to “11” show the position detection section numbers.
図6に示す例では、通電区間番号「0」乃至「7」および「11」では、通電切換タイミングより前に位置検出タイミングが訪れているが、通電区間番号「8」乃至「10」では、通電切換タイミングより後に位置検出タイミングが訪れている。このため、図5において説明したように、誘起電圧のゼロクロス点を正しく検出することができず、正しく位置検出を行うことができない。 In the example shown in FIG. 6, the position detection timing has come before the energization switching timing in the energization section numbers “0” to “7” and “11”, but in the energization section numbers “8” to “10”, The position detection timing comes after the energization switching timing. For this reason, as explained in FIG. 5, the zero cross point of the induced voltage cannot be detected correctly, and the position cannot be detected correctly.
図7は、同期運転中において位置検出が正しく行われる場合の通電切換タイミングと位置検出タイミングとの関係を示す図である。図7(a)は、図4において説明した低回転領域における位置検出タイミングの変動の一例を示す図であり、図7(a)中に実線で示した直線は、各位置検出区間時間の平均値を示している。 FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the energization switching timing and the position detection timing when the position detection is correctly performed during the synchronous operation. FIG. 7A is a diagram illustrating an example of fluctuations in position detection timing in the low-rotation region described in FIG. 4, and a straight line indicated by a solid line in FIG. 7A indicates an average of each position detection section time. The value is shown.
図7に示す例では、直前の位置検出区間時間が各位置検出区間時間の平均値より大きく、且つ、位置検出区間時間が各位置検出区間時間の平均値以下となる位置検出区間(図7に示す例では、位置検出区間番号「9」の位置検出区間)から、同期運転を開始するように制御している。これにより、図7(b)に示すように、全ての通電区間において通電切換タイミングより前に位置検出タイミングが訪れるため、正しく位置検出を行うことができる。したがって、実施の形態にかかるモータ駆動装置では、位置検出併用同期運転モードに移行する際に、上述した制御を適用することにより、安定して位置検出を行うことを可能とする。 In the example shown in FIG. 7, a position detection section in which the immediately preceding position detection section time is larger than the average value of each position detection section time and the position detection section time is equal to or less than the average value of each position detection section time (see FIG. 7). In the example shown, the control is performed so that the synchronous operation is started from the position detection section (position detection section number “9”). As a result, as shown in FIG. 7B, the position detection timing comes before the energization switching timing in all the energization sections, so that position detection can be performed correctly. Therefore, in the motor drive device according to the embodiment, the position detection can be stably performed by applying the above-described control when shifting to the position detection combined synchronous operation mode.
図8は、位置検出併用同期運転モードの有無による差異を示す図である。図8(a)は、位置検出併用同期運転モードを適用しない場合のモード遷移を示す図であり、図8(b)は、位置検出併用同期運転モードを適用した場合のモード遷移を示す図である。何れの場合も、回転数閾値は、誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな値に設定されている。位置検出併用同期運転モードを適用しない場合は(図8(a)参照)、回転数閾値以下の回転数領域では同期運転モードとなる。上述したように、この同期運転モード時には位置検出を行なわない。 FIG. 8 is a diagram illustrating differences depending on the presence / absence of the position detection combined synchronous operation mode. FIG. 8A is a diagram showing mode transition when the position detection combined synchronous operation mode is not applied, and FIG. 8B is a diagram showing mode transition when the position detection combined synchronous operation mode is applied. is there. In any case, the rotation speed threshold is set to a value larger than the rotation speed at which detection of the zero cross point of the induced voltage becomes unstable. When the position detection combined synchronous operation mode is not applied (see FIG. 8A), the synchronous operation mode is set in the rotational speed region below the rotational speed threshold. As described above, position detection is not performed in this synchronous operation mode.
一方、位置検出併用同期運転モードを適用した場合は(図8(b)参照)、回転数閾値以下であり、且つ、位置検出が可能である回転数領域では位置検出併用同期運転モードとなる。上述したように、この位置検出併用同期運転モード時には同期運転を行いながら位置検出を行い、その位置検出結果をモータ3の回転制御に適用するため、位置検出併用同期運転モードを適用しない場合(図8(a)参照)と比べて、位置検出によるモータ3の回転制御が可能な回転数領域をより低回転数領域に拡張することができる。
On the other hand, when the position detection combined use synchronous operation mode is applied (see FIG. 8B), the position detection combined use synchronous operation mode is set in the rotation speed region that is equal to or less than the rotation speed threshold and the position can be detected. As described above, in this position detection combined synchronous operation mode, position detection is performed while performing synchronous operation, and the position detection result is applied to the rotation control of the
つぎに、実施の形態にかかるモータ駆動装置の運転モード切換動作について、図1、図9、図10、および図11を参照して説明する。図9は、実施の形態にかかるモータ駆動装置の運転モード切換メインフローチャートである。図10は、位置検出区間時間算出サブフローチャートである。図11は、位置検出併用同期運転モードの開始区間決定サブフローチャートである。 Next, the operation mode switching operation of the motor drive device according to the embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. FIG. 9 is an operation mode switching main flowchart of the motor drive device according to the embodiment. FIG. 10 is a position detection section time calculation sub-flowchart. FIG. 11 is a sub-flowchart for determining the start interval of the position detection combined synchronous operation mode.
図9において、コンプレッサを起動すると、制御回路5は、同期運転モードによりモータ3の駆動を開始する(ステップST101)。制御回路5は、位置検出回路4から出力される位置検出信号に基づいて、位置検出運転モードによる駆動が可能な誘起電圧が得られているか否かを判定し(ステップST102)、位置検出運転モードによる駆動が可能な誘起電圧となった時点で(ステップST102;Yes)、位置検出運転モードに移行する(ステップST103)。位置検出運転モードによる駆動が可能な誘起電圧が得られていなければ(ステップST102;No)、ステップST101の処理に戻り、位置検出運転モードによる駆動が可能な誘起電圧となるまで、ステップST101〜ステップST102の処理を繰り返し実行する。ここで、位置検出運転モードによる駆動が可能な誘起電圧が得られているか否か(ステップST102)を判定する方法としては、例えばモータ3の機械角の1回転中における誘起電圧のゼロクロス点の検出回数が予め設定した検出回数閾値以上であるか否かにより判定することができる。図1に示した120度通電方式により駆動される4極モータである場合には、モータ3の機械角の1回転中における最大検出回数は12回となるので、検出回数閾値は12回以下に設定すればよい。
In FIG. 9, when the compressor is started, the
位置検出運転モードによる駆動を開始すると(ステップST103)、制御回路5は、位置検出信号に基づいて位置検出を開始し、その時点における最初の位置検出時刻を前回位置検出時刻として一時記憶するとともに、次の位置検出時刻までの位置検出区間番号nを「0」に設定する(ステップST104)。
When driving in the position detection operation mode is started (step ST103), the
続いて、制御回路5は、図10に示す位置検出区間時間算出サブフロー(ステップST200)を実行する。位置検出区間時間算出サブフローでは、モータ3の機械角の1回転中における全区間の位置検出区間時間を算出する。ここで、モータの機械角の1回転中における区間数mは、モータの極数、および通電方式により決まるが、上述したように図1に示した120度通電方式により駆動される4極モータである場合には、モータの機械角の1回転における区間数は12区間であるので、m=12となる。
Subsequently, the
制御回路5は、前回の位置検出時刻の次の位置検出時刻を今回位置検出時刻として一時記憶する(ステップST201)。そして、今回位置検出時刻から前回位置検出時刻を減算して位置検出区間番号nにおける位置検出区間時間t(n)として記憶し(ステップST202)、今回位置検出時刻を前回位置検出時刻として一時記憶する(ステップST203)。
The
続いて、制御回路5は、位置検出区間番号nが区間数m−1であるかを判断する(ステップST204)。n=m−1でなければ(ステップST204;No)、位置検出区間番号nの値をインクリメントし(ステップST206)、ステップST201の処理に戻り、n=m−1となるまでステップST201〜ステップST204の処理を繰り返し実行する。n=m−1であれば(ステップST204;Yes)、位置検出区間番号nの値を「0」にリセットし(ステップST205)、図9に示す運転モード切換メインフローに戻る。
Subsequently, the
図9に示す運転モード切換メインフローに戻ると、制御回路5は、図11に示す位置検出併用同期運転モードの開始区間決定サブフロー(ステップST300)を実行する。位置検出併用同期運転モードの開始区間決定サブフローでは、全区間における位置検出区間時間t(n)の平均値である平均区間時間を算出し、各位置検出区間番号毎に、位置検出区間時間t(n−1)が平均区間時間より大きく、且つ、位置検出区間時間t(n)が平均区間時間以下となる条件を満たすか否かを判定し、この条件を満たす位置検出区間番号の位置検出区間を位置検出併用同期運転モードの開始区間とする。
Returning to the operation mode switching main flow shown in FIG. 9, the
制御回路5は、まず、平均区間時間を算出し(ステップST301)、上述した条件を満たすか否かを判定する位置検出区間番号nの値を「0」にセットする(ステップST302)。
First, the
続いて、制御回路5は、位置検出区間番号nにおける位置検出区間時間t(n)を判定区間時間としてセットする(ステップST303)。そして、位置検出区間番号n=0であるか否かを判定し(ステップST304)、n=0であれば(ステップST304;Yes)、位置検出区間番号m−1における位置検出区間時間t(m−1)を前区間時間としてセットする(ステップST305)。n=0でなければ(ステップST304;No)、位置検出区間番号n−1における位置検出区間時間t(n−1)を前区間時間としてセットする(ステップST306)。
Subsequently, the
続いて、制御回路5は、前区間時間が平均区間時間より大きいか否かを判定し(ステップST307)、前区間時間が平均区間時間以下であれば(ステップST307;No)、位置検出区間番号nの値をインクリメントし(ステップST309)、ステップST303の処理に戻る。前区間時間が平均区間時間より大きい場合は(ステップST307;Yes)、判定区間時間が平均区間時間以下であるか否かを判定し(ステップST308)、判定区間時間が平均区間時間より大きい場合は(ステップST308;No)、位置検出区間番号nの値をインクリメントし(ステップST309)、ステップST303の処理に戻る。判定区間時間が平均区間時間以下であれば(ステップST308;Yes)、位置検出区間番号nの位置検出区間を位置検出併用同期運転モードの開始区間に決定し(ステップST310)、図9に示す運転モード切換メインフローに戻る。
Subsequently, the
図9に示す運転モード切換メインフローに戻ると、制御回路5は、位置検出信号に基づいて、モータ3の回転数が予め設定した回転数閾値Xrpsより大きいか否かを判定する(ステップST105)。ここで、回転数閾値Xrpsは、誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな値に設定されている。
Returning to the operation mode switching main flow shown in FIG. 9, the
モータ3の回転数が回転数閾値Xrpsより大きい場合は(ステップST105;Yes)、それまでの運転モードが位置検出運転モードである場合には、位置検出運転モードを継続し、それまでの運転モードが位置検出併用同期運転モードあるいは同期運転モードである場合には、位置検出運転モードに移行して(ステップST106)、ステップST200およびステップST300を実行し、ステップST105の処理に戻る。
If the rotational speed of the
モータ3の回転数が回転数閾値Xrps以下である場合は(ステップST105;No)、制御回路5は、位置検出信号に基づいて、誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが可能か否かを判定する(ステップST107)。
When the rotational speed of the
誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが不可能である場合は(ステップST107;No)、制御回路5は、それまでの運転モードが同期運転モードである場合には、同期運転モードを継続し、それまでの運転モードが位置検出運転モードあるいは位置検出併用同期運転モードである場合には、同期運転モードに移行して(ステップST109)、位置検出が可能な誘起電圧となるまで、ステップST107およびステップST109の処理を繰り返し実行する。
When it is impossible to detect the zero cross point of the induced voltage (step ST107; No), the
誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが可能である場合は(ステップST107;Yes)、制御回路5は、位置検出併用同期運転モードの開始区間決定サブフロー(ステップST300)において決定した位置検出併用同期運転モードの開始区間から位置検出併用同期運転モードによる駆動を開始して(ステップST108)、ステップST200およびステップST300を実行し、ステップST105の処理に戻る。
When it is possible to detect the zero cross point of the induced voltage (step ST107; Yes), the
以上のように、実施の形態にかかるモータ駆動装置によれば、位置検出併用同期運転モードに移行する回転数閾値として、誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな回転数閾値を設定し、モータの回転数が回転数閾値より大きい場合は、位置検出結果に基づいてインバータ回路の通電相を切り換える位置検出運転を行い、モータの回転数が回転数閾値以下であり、且つ、誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが可能である場合には、一定の通電切換時間が経過する毎にインバータ回路の通電相を切り換える同期運転を行うとともに、位置検出を行うようにしたので、ロータの位置検出によるモータの回転制御が可能な回転数領域をより低回転数領域に拡張することができ、低回転数領域においても省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことが可能となる。例えば、同期運転モードでは、実際の回転数ではなく回転数指令値から通電切換時間を決定しているため、実際のロータの位置と通電切換タイミングが大きくずれて脱調につながる場合がある。このとき位置検出併用同期運転モードで運転を行っていれば、実際の回転数およびロータの位置が把握できるので、それをもとに通電切換時間あるいは通電切換タイミングを制御したり、一時的に回転数を上げて安定させたり、または運転を停止したりすることにより、脱調に対する保護を行うことが可能となる。 As described above, according to the motor drive device according to the embodiment, the rotation speed threshold value that is greater than the rotation speed at which the detection of the zero-cross point of the induced voltage becomes unstable as the rotation speed threshold value for shifting to the position detection combined synchronous operation mode. If the motor rotation speed is greater than the rotation speed threshold, a position detection operation is performed to switch the energized phase of the inverter circuit based on the position detection result, the motor rotation speed is equal to or less than the rotation speed threshold, and When it is possible to detect the zero-cross point of the induced voltage, since the synchronous operation for switching the energized phase of the inverter circuit every time a certain energization switching time elapses, the position detection is performed. The rotation speed range that can control the rotation of the motor by detecting the position of the rotor can be expanded to a lower rotation speed range. It is possible to perform control for fine control and step-out prevention of data. For example, in the synchronous operation mode, the energization switching time is determined not from the actual rotation speed but from the rotation speed command value, and therefore, the actual rotor position and the energization switching timing may be greatly shifted, leading to step-out. At this time, if the operation is performed in the position detection combined synchronous operation mode, the actual rotational speed and the rotor position can be grasped. Based on this, the energization switching time or the energization switching timing is controlled, or the rotation is temporarily performed. It is possible to protect against step-out by increasing the number to stabilize or stopping the operation.
また、直前の位置検出区間時間が各位置検出区間時間の平均値より大きく、且つ、位置検出区間時間が各位置検出区間時間の平均値以下となる位置検出区間から、位置検出併用同期運転モードに切り換えるようにしたので、位置検出併用同期運転モードでの運転中には、全ての通電区間において通電切換タイミングより前に位置検出タイミングが訪れるため、安定して位置検出を行うことができ、正確なモータの回転制御を行なうことができる。 In addition, the position detection interval time is greater than the average value of each position detection section time, and the position detection section time is equal to or less than the average value of each position detection section time. Since the position detection timing comes before the energization switching timing in all energization sections during operation in the position detection combined synchronous operation mode, the position detection can be performed stably and accurately. The rotation control of the motor can be performed.
また、位置検出併用同期運転モードでは、位置検出結果から回転数の脈動を検出し、それをもとに出力電圧を調整することも可能であるので、モータの振動抑制を効果的に行なうことができる。 In the synchronous operation mode with position detection, it is also possible to detect the pulsation of the rotation speed from the position detection result and adjust the output voltage based on the detected pulsation of the rotation speed, so that the motor vibration can be effectively suppressed. it can.
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。 Note that the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.
以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、ロータの位置検出によるモータの回転制御が可能な回転数領域をより低回転数領域に拡張し、低回転数領域においても省エネのためのモータのきめ細かい制御や脱調防止のための制御を行うことができる発明として有用である。 As described above, the motor drive device according to the present invention expands the rotation speed region in which the rotation of the motor can be controlled by detecting the position of the rotor to a lower rotation speed region, and the motor for energy saving even in the low rotation speed region. It is useful as an invention capable of performing detailed control and control for preventing step-out.
1 直流電源
2 インバータ回路
3 モータ
4 位置検出回路
5 制御回路
21 U相スイッチング素子
22 V相スイッチング素子
23 W相スイッチング素子
24 X相スイッチング素子
25 Y相スイッチング素子
26 Z相スイッチング素子
31 ステータ
32 ロータ
41,42,43,44,45,46 抵抗
47 コンパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
直流電源に接続され、前記直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記ステータに誘起される誘起電圧のゼロクロス点を検出し、前記ロータの位置を検出するための位置検出信号を出力する位置検出回路と、
前記位置検出信号に基づいて前記インバータ回路の通電相を切り換える位置検出運転と、一定の通電切換時間が経過する毎に前記インバータ回路の通電相を切り換える同期運転とを、前記モータの回転数に応じて切り換えて前記インバータ回路を駆動制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記誘起電圧のゼロクロス点の検出が不安定となる回転数より大きな回転数閾値が予め設定され、前記モータの回転数が前記回転数閾値より大きい場合には、前記位置検出運転を行い、前記モータの回転数が前記回転数閾値以下であり、且つ、前記誘起電圧のゼロクロス点の検出を行うことが可能である場合には、前記位置検出信号に基づいて前記モータの機械角の1回転中における位置検出タイミング間毎に位置検出区間を順次割り当て、前記位置検出区間毎に各位置検出区間時間を算出し、前記各位置検出区間時間の平均区間時間を算出し、直前の前記位置検出区間時間が前記平均区間時間より大きく、且つ、前記位置検出区間時間が前記平均区間時間以下となる前記位置検出区間から、前記同期運転を開始する
ことを特徴とするモータ駆動装置。 A motor drive device for driving a motor having a rotor and a stator by an energization method having a non-energization section,
An inverter circuit connected to a DC power source, converting a DC voltage supplied from the DC power source into an AC voltage and supplying the AC voltage;
A position detection circuit for detecting a zero cross point of an induced voltage induced in the stator and outputting a position detection signal for detecting the position of the rotor;
A position detection operation for switching the energized phase of the inverter circuit based on the position detection signal, and a synchronous operation for switching the energized phase of the inverter circuit every time a certain energization switching time elapses, according to the rotational speed of the motor. A control circuit for switching and controlling the inverter circuit,
With
The control circuit includes:
When a rotational speed threshold value larger than the rotational speed at which the detection of the zero cross point of the induced voltage becomes unstable is preset and the rotational speed of the motor is larger than the rotational speed threshold value, the position detection operation is performed, and the motor Is equal to or less than the rotation speed threshold value and it is possible to detect the zero-cross point of the induced voltage , based on the position detection signal during one rotation of the mechanical angle of the motor. A position detection section is sequentially assigned for each position detection timing, each position detection section time is calculated for each position detection section, an average section time of each position detection section time is calculated, and the previous position detection section time is calculated. greater than the average interval time and the motor, characterized in that from the position detecting section the position detection section time is equal to or less than the average interval hours, starting the synchronized operation It operated device.
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