JP5972138B2 - Electric motor control device, refrigerator using the same, and electric device - Google Patents
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Description
本発明は電動機の駆動制御装置、及びこれを使用した冷蔵庫、並びに電気機器に係り、特に位置センサを使用しないで回転子の磁極位置を推定して電動機の回転数やトルクを制御するのに好適な電動機の駆動制御装置、及びこれを使用した冷蔵庫、並びに電気機器に関するものである。 The present invention relates to a drive control device for an electric motor, a refrigerator using the same, and an electric device, and is particularly suitable for controlling the rotational speed and torque of the electric motor by estimating the magnetic pole position of the rotor without using a position sensor. The present invention relates to a drive control device for an electric motor, a refrigerator using the same, and an electric device.
家電分野、産業機器分野、自動車分野などの技術分野では、例えば、ファン、ポンプ、圧縮機、コンベア、昇降機等の回転速度制御、並びにトルク制御、位置決め制御等に電動機を用いた駆動制御装置が用いられている。これらの分野の電動機では、例えば、永久磁石を用いた小形で高効率の同期電動機が幅広く用いられている。 In the technical fields such as the home appliance field, industrial equipment field, and automobile field, for example, a drive control device using an electric motor is used for rotational speed control, torque control, positioning control, etc. for fans, pumps, compressors, conveyors, elevators, etc. It has been. In electric motors in these fields, for example, small and highly efficient synchronous motors using permanent magnets are widely used.
そして、このような電動機を駆動するには、電動機の回転子の磁極位置の情報が必要であり、そのため磁極位置を検出するレゾルバやホールIC等の位置センサが必要であった。ところが、近年ではこのような位置センサを用いずに電動機の回転数制御やトルク制御を行う“センサレス制御”と呼ばれる技術が普及してきている。 In order to drive such an electric motor, information on the magnetic pole position of the rotor of the electric motor is required, and therefore a position sensor such as a resolver or a Hall IC for detecting the magnetic pole position is required. However, in recent years, a technique called “sensorless control” that performs rotation speed control and torque control of an electric motor without using such a position sensor has become widespread.
この“センサレス制御”の実用化によって、位置センサの設置に必要な費用(位置センサ自体の費用や位置センサの配線にかかる費用)が削減でき、また、位置センサが不要となる分だけ装置の小型化や、劣悪な環境での使用が可能になるといった大きな効果が得られるようになっている。 The practical use of “sensorless control” reduces the cost required for installation of the position sensor (the cost of the position sensor itself and the cost of wiring of the position sensor), and the size of the device is reduced to the extent that the position sensor is unnecessary. It has become possible to obtain a great effect such that it can be used in a poor environment.
このような“センサレス制御”を採用した電動機の駆動制御装置においては、120°通電方式と180°通電方式を切り換えて駆動することが知られており、これらの通電方式の切り換えは特開2008−172948号公報(特許文献1)にあるようによく知られた技術である。この特許文献1にはトルク変動や回転変動を抑えて通電方式を安定して切り換える技術が開示されている。
It is known that a drive control device for an electric motor employing such “sensorless control” is driven by switching between a 120 ° energization method and a 180 ° energization method. This is a well-known technique as described in Japanese Patent No. 172948 (Patent Document 1). This
尚、本発明では好ましい制御方式として“センサレス制御”を例示として説明するものであって、“センサレス制御”に限定してなされたものではなく、これ以外の電動機制御装置においても適用可能なものである。 In the present invention, “sensorless control” is described as a preferred control method as an example, and is not limited to “sensorless control”, but can be applied to other motor control devices. is there.
そして、特許文献1に記載されている技術においては、180°通電方式を用いた電動機の駆動時の電流位相と、120°通電方式を用いた電動機の駆動時の電流位相とが切り換え前後で同一となるように制御する構成とされている。
In the technique described in
特許文献1における具体的な開示事項としては、一方の駆動方式から他方の駆動方式への切り換えの際に、回転数制御PWMデューティ/変調率演算部と通電切換制御・電圧/電流位相差算出・電圧位相算出部によって、一方の駆動方式における切り換え直前の電動機のロータ位置に対する電流位相と切り換え直後の電流位相が等しくなるように制御する構成を開示している。
As specific disclosure matters in
ところで、本発明者等の検討によると、このように通電方式を切り替える際に電流跳ね上りや速度変動等が生じることが判明した。そして、電流の跳ね上がりが大きい場合、過電流保護回路によって電動機が停止したり、最悪の場合はスイッチング素子やその他の電気部品を損傷したりする現象があった。また、上述したように速度変動が生じると電動機の停止や破損に至らなくとも、通電方式の切り換え時に、電動機の発生トルクが急激に変化することで、電動機が急加速、或いは急減速したりして振動や不快な音を発生するといった現象があった。 By the way, according to the study by the present inventors, it has been found that current jumps, speed fluctuations, and the like occur when switching the energization method in this way. When the current jump is large, the motor is stopped by the overcurrent protection circuit, and in the worst case, the switching element and other electric parts are damaged. In addition, as described above, when the speed fluctuation occurs, even if the motor does not stop or break, when the energization method is switched, the generated torque of the motor changes suddenly, so that the motor suddenly accelerates or decelerates. There was a phenomenon of generating vibrations and unpleasant sounds.
本発明の目的は、通電方式を切り替える際に電流跳ね上りや速度変動等の発生を抑制して円滑に通電方式を切り替えることができる電動機の駆動制御装置、及びこれを使用した冷蔵庫、並びに電気機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a drive control device for an electric motor capable of smoothly switching the energization method by suppressing the occurrence of current jumping and speed fluctuations when switching the energization method, a refrigerator using the same, and an electric device Is to provide.
本発明の特徴は、180°通電電方式と120°通電方式の切り換え前後において電動機に印加される電圧が連続して変化するようにした、ところにある。 A feature of the present invention is that the voltage applied to the motor continuously changes before and after switching between the 180 ° energization method and the 120 ° energization method.
本発明によれば、電力変換回路の通電方式を切替える前後で、電動機に印加される電圧が急激に変化することなく連続して変化するため、電流の跳ね上がりや急激な速度変動を抑えることができる。このため、例えば、電動機が停止したり、スイッチング素子やその他の電気部品を損傷したりすることを防止でき、また、電動機が急加速、或いは急減速したりして振動や不快な音を発生することを防止できるようになる。 According to the present invention, before and after switching the energization method of the power conversion circuit, the voltage applied to the electric motor continuously changes without abrupt change, so that it is possible to suppress a jump in current and a rapid speed fluctuation. . For this reason, for example, it is possible to prevent the motor from stopping or damaging the switching element or other electrical components, and the motor suddenly accelerates or decelerates and generates vibrations and unpleasant sounds. Can be prevented.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。以下、図面を用いて実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and application examples are included in the technical concept of the present invention. Is also included in the range. Embodiments will be described below with reference to the drawings.
本実施例では、機構部として圧縮機構部を用いた場合の電動機制御装置1の例を説明する。
In the present embodiment, an example of the electric
図1は、本実施例における電動機制御装置の構成図の例である。電動機制御装置1は、大きく分け、交流電力を出力する電力変換回路5と、その電力変換回路5によって駆動される電動機(電動機)6と、電動機6に接続部502を介して機械的あるいは磁気的に接続されている機構部500と、電動機6に流れる電流または電動機6の位置あるいは速度を直接的あるいは間接的に検出し電動機6へ印加する電圧指令値を演算する制御部2、等から構成される。
FIG. 1 is an example of a configuration diagram of an electric motor control device in the present embodiment. The
図4は、電力変換回路の構成図の例である。電力変換回路5は、インバータ21、直流電圧源20、ゲートドライバ回路23によって構成される。インバータ21は、スイッチング素子22(例えば、IGBT、MOS−FETなどの半導体スイッチング素子)によって構成される。これらのスイッチング素子22は直列に接続され、U相、V相、W相の上下アームを構成している。各相の上下アームの接続点は、電動機6へ配線されている。スイッチング素子22は、制御部2で生成されるドライブ信号を基にゲートドライバ回路23が出力するパルス状のゲート信号(24a〜24f)に応じてスイッチング動作をする。直流電圧源20をスイッチングして電圧を出力することで、任意の周波数の3相交流電圧を電動機6に印加することができ、これによって電動機を可変速駆動する。
FIG. 4 is an example of a configuration diagram of the power conversion circuit. The
なお、制御部2で生成されるドライブ信号と、ゲートドライバ回路23によって生成(増幅)されるゲート信号は、信号の電圧レベル(例えば、5Vと15V)等が異なるため、両者は異なる信号である。しかし、本発明においてはゲートドライバ回路23を理想回路として扱ったとしても、本願の目的や効果には全く影響が無いため、以降に出てくるドライブ信号とゲート信号は、特に断りが無い限り本明細書では同じ意味として扱う。
The drive signal generated by the
電力変換回路5の直流側にシャント抵抗25を付加した場合、過大な電流が流れた際にスイッチング素子22を保護するための過電流保護回路や、後述するシングルシャント電流検出方式などに利用できる。これにより、安全性向上や部品点数削減といった効果が得られる。
When the
電力変換回路5をスイッチング動作させるためのドライブ信号の生成方法について、通電方式と共に説明する。
A drive signal generation method for switching the
図1に示すPWM信号作成器33は、通電方式切替指令に応じて、120度通電方式あるいは180度通電方式を選択すると共に、入力された電圧指令値に応じたドライブ信号を生成する。なお、電圧指令値の作成については、後述する。
The
120度通電方式は、電力変換回路5の3相の上下アームの内、2相に対してスイッチング動作をさせる。電気角で180度の位相中120度の期間スイッチングをするため、120度通電方式と呼ぶ。電動機に印加される電圧の波形から、方形波駆動とも呼ぶ。
In the 120-degree energization method, a switching operation is performed on two phases of the three-phase upper and lower arms of the
スイッチングさせる方法にはいくつか方式があり、例えば、図7に示した方式の内、いずれかを用いればよい。図7は電気角1周期における上下アームのドライブ信号を概念的に示している。図中のGpは上アームのドライブ信号、Gnは下アームのドライブ信号を意味している。このような駆動方法は良く知られたものである。 There are several switching methods. For example, one of the methods shown in FIG. 7 may be used. FIG. 7 conceptually shows the drive signals of the upper and lower arms in one electrical angle cycle. In the drawing, Gp means an upper arm drive signal, and Gn means a lower arm drive signal. Such a driving method is well known.
電動機6に印加する電圧を決定するためには、電圧の大きさ、電圧の波形、電動機6の回転子位置に対する電圧の位相、の3点を考慮する必要がある。決定法については、後述する。
In order to determine the voltage to be applied to the
180度通電方式は、基本的に電力変換回路5の3相の上下アームを全てスイッチング動作させる。図21に標準的な三角波比較方式によるドライブ信号の生成方法を示している。。図21は、電気角360度における電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示している。両者を比較し、大小関係により図中のように上アームのドライブ信号Gp及び下アームのドライブ信号Gnを生成する。
In the 180-degree energization method, basically, the three-phase upper and lower arms of the
180度通電方式は、電気角一周期にわたり上下アーム共スイッチングを行うため、180度通電と呼ぶ。この方式は、電動機に正弦波上の電圧が印加されることから、正弦波駆動とも呼ぶ。 The 180-degree energization method is called 180-degree energization because the upper and lower arms are switched over one electrical angle cycle. This method is also called sine wave driving because a voltage on a sine wave is applied to the electric motor.
ゲートドライバ回路23やスイッチング素子自体の遅れに起因して、上下アームのスイッチング素子が短絡する恐れがあるため、実際には上下アームの両方がスイッチングオフとなるデッドタイム(数マイクロ秒〜十数マイクロ秒程度)を付加して最終的なドライブ信号とする。しかしながら、デッドタイムに関しては本願の目的や効果には全く影響が無いため、本明細書においては理想的なドライブ信号を示している。もちろん、デッドタイムを付加した構成としても問題は無い。 Since the switching elements of the upper and lower arms may be short-circuited due to the delay of the gate driver circuit 23 and the switching elements themselves, in reality, the dead time (several microseconds to several tens of microseconds) when both the upper and lower arms are switched off. (About seconds) is added to obtain the final drive signal. However, since the dead time has no influence on the purpose and effect of the present application, an ideal drive signal is shown in this specification. Of course, there is no problem even if the configuration has a dead time.
電力変換回路5の直流電圧源20を最大限に利用するため、電気角60度の区間、片方のアームのスイッチング素子をオン状態で維持するドライブ信号生成方法もある。図22は、この方式による電圧指令値とドライブ信号の関係の例である。この方法では、一定区間ドライブ信号の変化が無いため、一見すると、120度通電のドライブ信号に似ているが、実質的に電動機に印加される電圧は正弦波状に近いため、この方式も180度通電と呼ぶ。
In order to make maximum use of the
本実施例は、電動機6として、回転子に永久磁石を有する永久磁石同期電動機を用いた例である。そのため、制御軸の位置と回転子の位置は、基本的に同期しているとして説明する。なお、実際は加減速時や負荷変動時の過渡状態において、制御軸の位置と回転子の位置にズレ(軸誤差)が生じる場合がある。軸誤差が生じた場合、電動機が実際に発生するトルクが減少したり、電流歪みや跳ね上がりが生じたりすることもある。
In this embodiment, a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in the rotor is used as the
回転子の回転角度位置情報は、電動機に流れる電流及び電動機印加電圧から電動機の推定位置を出力する位置センサレス制御によって得るものとしている。その際、図2にあるように回転子の主磁束方向の位置をd軸とし、d軸から回転方向に電気的に90度(電気角90度)進んだq軸とからなるd−q軸(回転座標系)を定義する。回転子の回転角度位置θdは、d軸の位相を示している。。これに対し、制御上の仮想回転子位置をdc軸とし、そこから回転方向に電気的に90度進んだqc軸とからなるdc−qc軸(回転座標系)も定義する。本実施例では、この回転座標系である制御軸上で電圧や電流を制御することを基本としているが、単に電圧の振幅と位相を調整して電動機を制御することも可能である。これらの座標軸の関係を図2に示している。尚、これ以降の説明において、d−q軸を実軸、dc−qc軸を制御軸、実軸と制御軸のズレである誤差角を軸誤差Δθcと呼ぶ。
The rotational angle position information of the rotor is obtained by position sensorless control that outputs the estimated position of the motor from the current flowing through the motor and the applied voltage of the motor. At that time, as shown in FIG. 2, the position of the rotor in the main magnetic flux direction is the d axis, and the dq axis is composed of the q axis which is electrically advanced from the d axis by 90 degrees (
固定座標系である3相軸と制御軸との関係を図3に示している。U相を基準に、dc軸の回転角度位置(推定磁極位置)θdcと定義する。dc軸は図中の円弧状の矢印の方向(反時計方向)に回転している。そのため、回転周波数(後に示す、インバータ周波数指令値ω1)を積分することで、推定磁極位置θdcを得られる。 FIG. 3 shows the relationship between the three-phase axis, which is a fixed coordinate system, and the control axis. The rotation angle position (estimated magnetic pole position) θdc of the dc axis is defined with reference to the U phase. The dc axis rotates in the direction of an arc-shaped arrow (counterclockwise) in the figure. Therefore, the estimated magnetic pole position θdc can be obtained by integrating the rotation frequency (inverter frequency command value ω1, which will be described later).
本実施例では、機構部500として、圧縮機構を用いた場合について、説明する。図5に示すように、機構部(圧縮機構部)500は、電動機6を動力源としてピストン501を駆動している。これにより、圧縮動作を行う。電動機6のシャフト502に、クランクシャフト503が接続され、電動機6の回転運動を直線運動に変換している。電動機6の回転に応じて、ピストン501も動作し、吸込み、圧縮、吐出、といった一連の工程を行う。電動機6とピストン501の間の動力伝達は、図5の様に機械的に接続するのが多いが,潤滑油の給油の構成や、圧縮あるいは搬送対象(例えば有害ガス)によっては、磁気的に接続された機構を含むことで、安全性やメンテナンス性を上げられるという効果がある。
In this embodiment, a case where a compression mechanism is used as the
圧縮機構の工程は、まずシリンダ504に設けられた吸込み口505から冷媒を吸い込む。その後、弁506を閉じて圧縮を行い、吐出口507から圧縮した冷媒を吐出する。
In the process of the compression mechanism, the refrigerant is first sucked from the suction port 505 provided in the
一連の工程において、ピストン501にかかる圧力が変化する。これは、ピストンを駆動する電動機6から見ると、周期的に負荷トルクが変化していることを意味する。図6は、機械角1回転における、回転子の回転角度位置θdに対する負荷トルクの変化の例を示している。図6では、電動機6として4極電動機の例を示しているため、電気角2周期が機械角1周期に相当する。例えば、電動機6が6極の場合は、電気角3周期が機械角1周期に相当する。回転子の位置とピストンとの位置関係は組み付けによって決まるが、図6ではピストンの下死点が機械角の0°として、ピストン位置に対する負荷トルクの変化を示している。圧縮工程が進むにつれ負荷トルクが大きくなり、吐出工程では、急激に負荷トルクが小さくなるのが特徴的である。図6から、1回転中において負荷トルクが変動している事が分かる。回転する度に負荷トルクが変動するため、電動機6から見ると周期的に負荷トルクが変動していることになる。
In a series of steps, the pressure applied to the
たとえ同じ圧縮機構部500を用いても、電動機6の回転数、吸込み口505や吐出口507の圧力、吸込み口505と吐出口507の圧力差などによって、負荷トルクの変動は変化する。弁506の開閉タイミングとピストンの位置の関係は、弁506の構成によって変わる。例えば、吸い込み口505と施リンダ504内の圧力差で作動する簡易的な弁を使用した場合には、圧力条件によって弁の開閉タイミングが変わる。すなわち、負荷トルクが一回転中で最大となるピストン位置も変化する。
Even if the same
電力変換回路の通電方式の切替えを考えた場合、前述のように負荷トルクの変動が大きい場合には、通電方式の切替えを起因の1つとして、電動機6に流れる電流に跳ね上りが生じたり、電動機6の回転速度変動が生じたりする恐れがある。この結果、振動や騒音が発生する場合もある。したがって、本願の目的の一つは、負荷トルクの変動が大きい場合に、電力変換回路の通電方式を切り替える際においても、電流跳ね上りや速度変動が生じないショックレス切替えを実現する電動機制御装置を提供することである。
When switching the energization method of the power conversion circuit is considered, when the fluctuation of the load torque is large as described above, the current flowing through the
本実施例では、圧縮機構部500のピストン501は、直線的に動くレシプロ式を例に説明しているが、圧縮機構の別な方式として、ピストンが回転することで圧縮するロータリー式や、渦巻状の旋回翼からなるスクロール式などがある。それぞれの圧縮方式によって周期的な負荷変動の特性は異なるものの、いずれの圧縮方式においても圧縮工程に起因する負荷変動がある。これらの負荷トルク変動特性はそれぞれ異なるが、後述する手段を備える電動機制御装置は圧縮機構が異なる場合にも同様に適用でき、いずれにおいても本願の目的を達成可能である。
In the present embodiment, the
図1に戻って、制御部2は、電圧を印加しない非通電相(開放相)の起電圧(端子電圧)を入力し、回転子の推定回転角度位置及び推定回転速度を出力する120度用位置推定手段40と、電動機6に流れる交流電流または電力変換回路の直流側に流れる電流を入力し、回転子の推定回転角度位置及び推定回転速度を出力する180度用位置推定手段41と、通電方式切替指令信号と、120度用位置推定手段40及び180度用位置推定手段41の推定回転角度位置及び推定回転速度を入力し、通電方式切替指令信号に応じた推定回転角度位置及び推定回転速度を出力する通電方式切替器31と、2つの位置推定手段(40及び41)で推定した回転子の回転角度位置または回転速度を用いて2つの通電方式(120度通電、180度通電)を切替える切替タイミングトリガを生成する切替待ち時間算出手段30と、通電方式を切替える通電方式切替指令信号を出力する通電方式切替手段32と、通電方式切替指令信号と電圧指令値を入力しドライブ信号を出力するPWM信号作成器33等から構成される。
Returning to FIG. 1, the
ここで、PWM信号作成器33は駆動方式切替器45とPWMタイマ46を有している。駆動方式切替器45には電圧指令値と、通電方式切替指令信号と、通電モード指令とが入力される。そして、120度通電方式で駆動している場合は、通電モードに応じて非通電相のドライブ信号は上下アームとも非アクティブとして出力する。また、180度通電方式で駆動している際は、駆動方式切替器45は、入力された電圧指令値をそのまま出力する。駆動方式切替起5の出力はPWMタイマ46に送られ、PWMタイマ46は図4に示すドライブ信号に変換して電力変換回路5におくる。
Here, the
制御部2の多くは、マイコン(マイクロコンピュータ)やDSPなどの半導体集積回路(演算制御手段)によって構成され、ソフトウェアなどで実現している。
Most of the
180度用位置推定手段41で電動機6に流れる電流を使用する場合、電流検出手段7を用いて、電動機6または電力変換回路5に流れる3相の交流電流の内、U相とW相に流れる電流を検出する。電流検出手段の構成例を図4に示している。。例えば、CT(Current Transformer)等で構成できる。この構成を採用した場合、電力変換回路5のスイッチング状態を気にせず、任意のタイミングで電流検出できるという利点がある。
When the current flowing through the
なお、全相の交流電流を検出しても構わないが、キルヒホッフの法則から、3相のうち2相が検出できれば、他の1相は検出した2相から算出できる。 In addition, although the alternating current of all phases may be detected, if two phases of three phases can be detected from Kirchhoff's law, the other one phase can be calculated from the detected two phases.
電動機6または電力変換回路5に流れる交流電流を検出する別方式として、例えば、電力変換回路5の直流側に付加されたシャント抵抗25に流れる直流電流から、電力変換回路5の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式がある。この方式は、電力変換回路5を構成するスイッチング素子の通電状態によって、電力変換回路5の各相の交流電流と同等の電流がシャント抵抗25に流れることを利用している。シャント抵抗25に流れる電流は時間的に変化するため、ドライブ信号が変化するタイミングを基準に適切なタイミングで電流検出する必要がある。図示はしていないが、電流検出手段12に、シングルシャント電流検出方式を用いても問題ない。
As another method for detecting the AC current flowing through the
開放相電圧検出手段の構成図の例を図8に示している。電動機6の端子電圧を検出する場合、例えば、開放相電圧検出手段60を用いる。多くの場合、電動機6の端子電圧が制御部の電源電圧(例えば、5Vや3.3V)を超えるため、分圧抵抗61及び62を用いる。その後、オペアンプで増幅したり、制御部の保護を目的として、バッファ回路63を入れたりする。もちろん、電動機6の端子電圧を直接制御部2に入力しても構わない。
An example of the configuration diagram of the open-phase voltage detection means is shown in FIG. When detecting the terminal voltage of the
以下、各構成要素の詳細を説明する。まず、電動機6を120度用位置推定手段40及び120度通電駆動手段42で駆動する際の動作と、180度用位置推定手段41及び180度通電駆動手段43で駆動する際の動作についてそれぞれ説明し、その後、2つの駆動状態を切替える際の、言い換えると、2つの通電方式(120度通電、180度通電)を切替える際の課題について説明する。
Details of each component will be described below. First, the operation when the
以下の説明を実現する120度用位置推定手段40及び120度通電駆動手段42の構成例を図23に示している。 FIG. 23 shows a configuration example of the 120-degree position estimating means 40 and the 120-degree energization driving means 42 for realizing the following description.
電動機6を120度通電で駆動する際は、電動機6の3相巻線の内、通電する2相を選択してパルス電圧を印加してトルクを発生させる。通電する2つの相の組み合わせは6通り考えられ、それぞれを通電モード1〜通電モード6と定義する。
When the
図9に電動機の2相に電圧を印加する場合の模式図を示している。図9の(a)はV相からW相へ通電している状態の通電モード(後述の通電モード3に対応)を示し、図9の(b)は反対にW相からV相へ通電している状態の通電モードを示している図である。
FIG. 9 shows a schematic diagram when a voltage is applied to the two phases of the electric motor. FIG. 9A shows an energization mode (corresponding to
これらに対し、回転子の回転角度位置を電気角1周期分変化させた場合の非通電相(図10ではU相)に現れる起電圧は、図10の様になる。図10は、非通電相の起電圧特性図の例である。回転角度位置によって、U相の起電圧(U相の端子電圧)が変化することがわかる。 On the other hand, the electromotive voltage that appears in the non-energized phase (the U phase in FIG. 10) when the rotational angle position of the rotor is changed by one electrical angle cycle is as shown in FIG. FIG. 10 is an example of an electromotive voltage characteristic diagram of the non-conduction phase. It can be seen that the U-phase electromotive voltage (U-phase terminal voltage) varies depending on the rotation angle position.
この起電圧はV相とW相に生じる磁束の変化率の差異が、非通電相であるU相にて電圧として観測されたものであり、速度誘起電圧と異なる。速度起電圧と区別して開放相起電圧と呼ぶ。 In this electromotive voltage, the difference in the rate of change of magnetic flux generated between the V phase and the W phase is observed as a voltage in the U phase, which is a non-conduction phase, and is different from the speed induced voltage. It is called an open phase electromotive voltage to distinguish it from a speed electromotive voltage.
図10において、実線で示す正パルス印加時の開放相起電圧、及び破線で示す負パルス印加時の開放相起電圧は、いずれも速度誘起電圧Emuに比べて大きい。速度起電圧は、その名の通り回転子の回転速度に比例して変化する起電圧である。したがって、低速域における速度起電圧と非通電相の起電圧の大小関係は、図10に示す関係になる。 In FIG. 10, the open phase electromotive voltage at the time of applying a positive pulse indicated by a solid line and the open phase electromotive voltage at the time of applying a negative pulse indicated by a broken line are both higher than the speed induced voltage Emu. The speed electromotive voltage is an electromotive voltage that changes in proportion to the rotational speed of the rotor as the name suggests. Therefore, the magnitude relationship between the speed electromotive voltage in the low speed region and the electromotive voltage of the non-conduction phase is the relationship shown in FIG.
したがって、この開放相起電圧を検出すれば、電動機6の回転速度が零速度近傍から低速度域に亘って、比較的大きな回転子の位置信号が得られる。
Therefore, if this open-phase electromotive voltage is detected, a relatively large rotor position signal can be obtained when the rotational speed of the
図11は、U相、V相、及びW相を非通電相とした場合の回転子の回転角度位置θdに対する開放相起電圧特性、電力変換器2を構成するスイッチング素子のゲート信号、電動機6の回転子の回転角度位置θd、通電モード、及びスイッチング相関係を示している。
FIG. 11 shows the open-phase electromotive voltage characteristics with respect to the rotational angle position θd of the rotor when the U phase, V phase, and W phase are non-energized phases, the gate signal of the switching element constituting the
図11に、回転角度位置に対する開放相起電圧特性の例を示している。図11から分かるように、図9の(a)及び(b)に示した電圧パルスは120度通電方式の通常の動作中に印加される。通電モード3において、図9の状態となる。モード回転角度位置θdに応じて電気角60度毎に通電する2相が切り替えられている。つまり、非通電相も順次切り替えられる。
FIG. 11 shows an example of the open phase electromotive force characteristics with respect to the rotation angle position. As can be seen from FIG. 11, the voltage pulses shown in FIGS. 9A and 9B are applied during the normal operation of the 120-degree conduction method. In the
図11において、図9の(a)及び(b)の状態は、通電モードが通電モード3もしくは通電モード6に対応する。通電モード3もしくは通電モード6においては、U相が非通電相であるため、開放相起電圧はU相の起電圧波形に示した太線のように検出できる。すなわち、回転角度位置θdが増えるにつれ、通電モード3ではマイナス方向に減少し、通電モード6ではプラス方向に増加する開放相起電圧が検出できる。
In FIG. 11, the states (a) and (b) in FIG. 9 correspond to the
同様に、通電モード2及び通電モード5では、V相の起電圧波形が検出でき、通電モード1及び通電モード4では、W相の起電圧波形が検出できる。
Similarly, in
図12は、回転角度位置に対する開放相起電圧と基準電圧の関係図の例である。図12に、回転角度位置θdに対する、通電モード、非通電相、通電モードに対応した非通電相の開放相起電圧、及び基準電圧の関係を示している。通電モードが切り替わる毎に非通電相の開放相起電圧が、正と負でそれぞれに上昇と減少を繰り返す波形となる。そこで、正側及び負側それぞれに、閾値となる基準電圧(Vhp、Vhn)を設定し、この基準電圧と非通電相の開放相起電圧の大小関係から回転角度位置θdを推定でき、これによって通電モード切替のトリガ信号を発生させる。 FIG. 12 is an example of a relationship diagram between the open phase electromotive voltage and the reference voltage with respect to the rotation angle position. FIG. 12 shows the relationship among the energization mode, the non-energization phase, the open phase electromotive voltage of the non-energization phase corresponding to the energization mode, and the reference voltage with respect to the rotation angle position θd. Each time the energization mode is switched, the open phase electromotive voltage of the non-energized phase has a waveform that repeats an increase and decrease in positive and negative, respectively. Therefore, reference voltages (Vhp, Vhn) serving as threshold values are set on the positive side and the negative side, respectively, and the rotational angle position θd can be estimated from the magnitude relationship between the reference voltage and the open-phase electromotive voltage of the non-conduction phase. A trigger signal for switching the energization mode is generated.
つまり、基準電圧が通電モードを切り替える所定の位相を表す値として見做され、これを検出した非通電相の開放相起電圧が超えると、その時点でモード切替トリガ信号を発生させ通電モードを順に切り替える。 In other words, the reference voltage is regarded as a value representing a predetermined phase for switching the energization mode, and when the open phase electromotive voltage of the non-energized phase that detects this is exceeded, a mode switching trigger signal is generated at that time, and the energization mode is changed in order. Switch.
通電モードを切り替える動作は図23に示されているモード切替トリガ発生器51にて実現しており、非通電相電位選択器52にて通電モードに応じた非通電相を選択し、選択した相の開放相起電圧を検出している。
The operation for switching the energization mode is realized by the mode switching trigger generator 51 shown in FIG. 23. The non-energized phase
図13に示す基準レベル切替器53にて、通電モード指令に従って正側基準電圧Vhpと負側基準電圧Vhnを切替スイッチ113によって選択して出力する。つまり、通電モード2、4、6では正側基準電圧Vhp111を出力し、通電モード1、3、5では負側基準電圧Vhn112を出力する。
The
通電モードに応じた開放相起電圧と、選択した基準正側基準電圧Vhpまたは負側基準電圧Vhnを閾値として図23にある比較器54に入力してその値の比較を行い、非通電相の起電圧が閾値に到達した時点でモード切替トリガ信号を発生する。図23にある通電モード切替器55は、モード切替トリガ信号を入力し、モード切替トリガ信号に応じて通電モードを正回転方向に進め、通電モードを出力する。
The open phase electromotive voltage according to the energization mode and the selected reference positive side reference voltage Vhp or negative side reference voltage Vhn are input as threshold values to the
図23にある位相変換器56は、通電モードの情報(通電モード1〜通電モード6)を入力し、で電気角位相(回転角度位置θd)を出力する。120度通電では電気角60度毎の回転角度位置を検出すれば良いが、例えば、通電モードから、図24に示す関係の位相を出力する。図24の関係の位相を採用する際の効果については後述するが、通電方式切替に好適な方式である。
The
図23にある速度変換器57は、1つの通電モードに居た時間を例えば三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントをし、そのカウント値から次式で速度ω1_120を算出する。
The
ここで、N_pwmは三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントしたカウント数、T_count_smplはカウントする周期である。6倍しているのは、電気角1周期相当の速度を求めるためである。 Here, N_pwm is the count number counted at the crest or trough interrupt timing of the triangular wave carrier signal, and T_count_smpl is the counting period. The reason for multiplying by 6 is to obtain a speed corresponding to one electrical angle cycle.
前述の通り、開放相起電圧は速度起電圧と異なり、電動機が停止または極低速で回転している際にも検出可能である。したがって、電動機6の回転速度が零速度近傍から低速度域に亘って、位置センサレス駆動が可能である。このように、非通電相の開放相起電圧を検出することで、電動機6が停止した状態や極低速時においても回転子位置を精度良く検出することができる。また、これに基づいて回転速度も求められる。
As described above, the open phase electromotive force is different from the speed electromotive force and can be detected even when the motor is stopped or rotating at an extremely low speed. Therefore, position sensorless driving is possible when the rotational speed of the
以上が、120度用位置推定手段40の基本的な動作である。 The basic operation of the 120-degree position estimating means 40 has been described above.
ところが、電動機6の回転速度が大きくなるにつれて、非通電相の開放相起電圧よりも速度起電圧の方が支配的となる。つまり、速度起電圧に基づいて回転子位置情報や回転速度を検出する方が精度良くなる。そのため、中高速域においては、180度通電で電動機6を駆動するのが良い。
However, as the rotational speed of the
電動機6を180度通電で駆動するためには、前述の通りdc−qc軸(回転座標系)で制御するのが好適である。回転座標上で制御するために3相交流軸から座標変換する必要があるが、回転座標上では電圧や電流を直流量として扱えるという利点がある。
In order to drive the
そのため、推定磁極位置θdcを用いて、電流検出手段7で検出した3相交流軸の電動機電流検出値122をdc−qc軸に座標変換し、d軸及びq軸の電流検出値(Idc及びIqc)を得える。同様に、推定磁極位置θdcを用いて、後述する電圧指令値作成器3で生成したdc−qc軸上の電圧指令値を3相交流電圧指令値に座標変換する。
Therefore, using the estimated magnetic pole position θdc, the three-phase AC axis motor current detection value 122 detected by the current detection means 7 is coordinate-converted to the dc-qc axis, and the d axis and q axis current detection values (Idc and Iqc) are converted. ) Similarly, using the estimated magnetic pole position θdc, the voltage command value on the dc-qc axis generated by the voltage
次に、180度用位置推定手段41の動作について説明する。図15は、180度用位置推定手段41の構成図の例である。180度用位置推定手段41は、主に軸誤差演算器10と、PLL制御器13と、積分器15等から構成されている。
Next, the operation of the 180 degree position estimating means 41 will be described. FIG. 15 is an example of a configuration diagram of the 180 ° position estimating means 41. The 180 degree position estimating means 41 is mainly composed of an
本実施例の180度用位置推定手段41は、軸誤差Δθcの演算値を基にしている。軸誤差演算器10は、制御軸上の電流検出値(Idc及びIqc)と、後述する電圧指令値(Vd*及びVq*)を入力して、次式により実軸と制御軸との軸誤差Δθcを出力する。
The 180 degree position estimating means 41 of this embodiment is based on the calculated value of the axis error Δθc. The
PLL制御器13は、軸誤差Δθcが軸誤差指令値Δθ*(通常はゼロ)になるようにインバータ周波数指令値ω1を出力する。軸誤差指令値Δθ*と軸誤差Δθcの差を減算器17aで求め、これに乗算器18aで比例ゲインKp_pllを乗じ比例制御した演算結果と、乗算器18bで積分ゲインKi_pllを乗じそれを積分器15bで積分し積分制御した演算結果とを加算器16aで加算し、インバータ周波数指令値ω1_180を出力する。
The
定常状態においては、軸誤差Δθcはゼロとなる点、永久磁石同期電動機では制御軸の位置と回転子の位置は基本的に同期している点から、インバータ周波数指令値ω1_180が電動機の速度に相当する。 The inverter frequency command value ω1_180 corresponds to the motor speed because the shaft error Δθc is zero in the steady state and the control shaft position and the rotor position are basically synchronized in the permanent magnet synchronous motor. To do.
回転子の回転角度位置θd(電気角位相)は速度を積分することで得られる。そのため、積分器15aの出力が回転角度位置θd_180となる。
The rotational angle position θd (electrical angle phase) of the rotor can be obtained by integrating the speed. Therefore, the output of the
次に電圧指令値演算手段34の動作について説明する。図14は、電圧指令値演算手段34の構成図の例である。電圧指令値演算手段34は、例えば、速度制御器14と、電流制御器12と、通電方式切替スイッチ59と、電圧指令値作成器3と、dq/3φ変換器4等から構成されている。
Next, the operation of the voltage command value calculation means 34 will be described. FIG. 14 is an example of a configuration diagram of the voltage command value calculation means 34. The voltage command value calculation means 34 includes, for example, a
通電方式の切り替えは通電方式切替スイッチ59で行う。図14中に複数通電方式切替スイッチ59があるが、全て同じタイミングにおいて同じ接点に切り替わる。 The energization method is switched by an energization method switch 59. In FIG. 14, there are a plurality of energization method selector switches 59, all of which are switched to the same contact at the same timing.
説明の便宜上、180度通電駆動時の動作について先に説明する。180度通電駆動時においては、図14中の複数通電方式切替スイッチ59を下側接点にする。 For convenience of explanation, the operation at the 180-degree energization drive will be described first. In the 180-degree energization drive, the multiple energization method changeover switch 59 in FIG. 14 is set to the lower contact.
電圧指令値作成器3は、後述する速度制御器14や電流制御器12から得られるd軸及びq軸電流指令値(Id*及びIq*)と、回転角速度指令値ω*または後述するインバータ周波数指令値ω1とを電圧指令値作成器3に入力し、次式の様にベクトル演算を行い、d軸電圧指令値Vd*とq軸電圧指令値Vq*を得る。
The voltage
ここで、Rは電動機6の巻線抵抗値、Ldはd軸のインダクタンス、Lqはq軸のインダクタンス、Keは誘起電圧定数である。
Here, R is the winding resistance value of the
上述のように電動機を駆動する制御は一般的にベクトル制御と呼ばれ、電動機に流れる電流を界磁成分とトルク成分に分離して演算し、電動機電流位相が所定の位相になるように、電圧の位相と大きさを制御する。ベクトル制御の構成にはいくつか方式があり、例えば、特開2005−39912号公報に記載の構成がある。これを用いて例えば図14のような構成とすることができる。 Control for driving the motor as described above is generally called vector control, and the current flowing through the motor is calculated by separating the current component into a field component and a torque component, so that the motor current phase becomes a predetermined phase. Control the phase and magnitude of There are several types of vector control configurations, for example, the configuration described in JP-A-2005-39912. Using this, for example, a configuration as shown in FIG. 14 can be obtained.
本実施例の電動機6は、非突極型の永久磁石電動機としている。すなわち、d軸とq軸のインダクタンス値は同じである。つまり、d軸とq軸のインダクタンスの差によって発生するリラクタンストルクは考慮していない。したがって、電動機6の発生トルクはq軸を流れる電流に比例する。そのため、本実施例においては、d軸電流指令値Id*はゼロを設定している。なお、突極型電動機(d軸とq軸のインダクタンス値が異なる電動機)の場合は、q軸電流によるトルクの他に、d軸とq軸のインダクタンスの差に起因するリラクタンストルクが発生する。そのため、リラクタンストルクを考慮してd軸電流指令値Id*を設定することで、同じトルクをより小さいq軸電流で発生できる。この場合、効率向上の効果が得られる。
The
q軸電流指令値は、上位制御系などから得てもよいが、速度指令値への追従性を良くするため、図14は速度制御器を用いてq軸電流指令値を得る構成として示した。 Although the q-axis current command value may be obtained from a host control system or the like, FIG. 14 shows a configuration in which the q-axis current command value is obtained using a speed controller in order to improve followability to the speed command value. .
速度制御器14の構成例を図16に示している。周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1の差を減算器17bで求め、これに乗算器18cで比例ゲインKp_asrを乗じて比例制御した演算結果と、乗算器18dで積分ゲインKi_asrを乗じ積分器15cで積分し積分制御した演算結果とを加算器16bで加算し、q軸電流指令値Iq*を出力する。
A configuration example of the
図17は電流制御器12の構成図の例である。d軸及びq軸電流指令値への追従性を上げるため、電流制御を行う。d軸及びq軸電流値(Id*及びIq*)とd軸及びq軸電流検出値との差をそれぞれ減算器(17c及び17d)で求め、これらに乗算器(18e及び18f)で比例ゲイン(Kp_dacr及びKp_qdacr)を乗じて比例制御した演算結果と、乗算器(18g及び18h)で積分ゲイン(Ki_dacr及びKi_qacr)を乗じ積分器(15d及び15e)で積分し積分制御した演算結果とを加算器(16c及び16d)で加算し、第2のd軸及びq軸電流指令値(Id**及びIq**)を出力する。
FIG. 17 is an example of a configuration diagram of the
次に、120度通電駆動時の動作について説明する。120度通電駆動時においては、図14中の複数通電方式切替スイッチ59を上側接点にする。 Next, the operation during 120-degree energization driving will be described. In the 120-degree energization drive, the multiple energization method changeover switch 59 in FIG. 14 is set to the upper contact.
本実施例では、120度通電駆動時と180度通電駆動時において、動作を変更する例を示している。もちろん、120度通電駆動においても、180度通電駆動と同様に、速度制御器14と電流制御器12を付加した構成としても何ら問題は無い。
In this embodiment, an example is shown in which the operation is changed during 120-degree energization driving and 180-degree energization driving. Of course, even in the 120-degree energization drive, as with the 180-degree energization drive, there is no problem even if the
本実施例では、120度通電駆動時の電流指令値(Id**及びIq**)は、図示していない上位制御等から入力された電流指令値(Id*_120及びIq*_120*)を用いる。上位制御等から入力された電流指令値を使う際、乗算器及び積分器の数が減るため、制御部2の演算負荷を低減できる効果がある。
In the present embodiment, the current command values (Id ** and Iq **) during 120-degree energization driving are the current command values (Id * _120 and Iq * _120 *) input from a host control or the like not shown. Use. When using the current command value input from the host control or the like, since the number of multipliers and integrators is reduced, there is an effect that the calculation load of the
最も簡素な方法としては、d軸及びq軸電流指令値をゼロとし、所定の速度指令値のみを与え、次式のように電圧指令値は固定として駆動しても良い。 As the simplest method, d-axis and q-axis current command values may be set to zero, only a predetermined speed command value may be given, and the voltage command value may be fixed as in the following equation.
dq/3φ変換器4は、上述の電圧指令値作成器3が出力するd軸及びq軸電圧指令値(Vd*及びVq*)と回転角度位置を入力し、3相電圧指令値(Vu*、Vv*、Vw*)出力する。
The dq /
通常、上位制御系等から与えられる周波数指令値ω*は、インバータ周波数指令値ω1に比べると変化の周期は非常に長いため、電動機が1回転する間においては一定値と見ても良い。そのため、速度制御器によって、電動機はほぼ一定周波数で回転する。この時、インバータ周波数指令値ω1を積分することで得られる推定磁極位置θdcは、ほぼ一様に増加する。 Normally, the frequency command value ω * given by the host control system or the like has a very long change period compared to the inverter frequency command value ω1, and therefore may be regarded as a constant value during one rotation of the motor. Therefore, the electric motor rotates at a substantially constant frequency by the speed controller. At this time, the estimated magnetic pole position θdc obtained by integrating the inverter frequency command value ω1 increases substantially uniformly.
以上が、電圧指令値演算手段34の基本動作である。
The basic operation of the voltage command
電動機6の状態量(位置、速度、トルクなど)を制御する場合、状態量の変化に対して感度が高い情報もしくは線形に変化する情報を用いることが適している。
When the state quantity (position, speed, torque, etc.) of the
前述の通り、非通電相の開放相起電圧は、電動機が停止または極低速で回転している際にも検出可能である。一方、速度起電圧は、電動機の回転速度に比例する起電圧であるため、回転速度が大きくなるにつれて速度起電圧は大きくなり、中高速域では非通電相の開放相起電圧よりも速度起電圧の方が支配的となる。 As described above, the open phase electromotive voltage of the non-energized phase can be detected even when the motor is stopped or rotating at an extremely low speed. On the other hand, since the speed electromotive force is an electromotive voltage proportional to the rotational speed of the motor, the speed electromotive voltage increases as the rotational speed increases. In the middle and high speed range, the speed electromotive voltage is higher than the open phase electromotive voltage of the non-conduction phase. Is more dominant.
このことから、電動機が停止時から高速域において、電動機の位置検出を行って電動機の状態量(位置、速度、トルクなど)を制御する場合には、開放相起電圧に基づいて制御する120度通電方式と、速度起電圧に基づいて制御する180度通電方式とを組み合わせることで、高精度な制御を実現できる。 Therefore, when the motor position is detected and the state quantity (position, speed, torque, etc.) of the motor is controlled in the high speed range from when the motor is stopped, the control is performed based on the open phase electromotive voltage. By combining the energization method and the 180-degree energization method that is controlled based on the speed electromotive voltage, highly accurate control can be realized.
通電方式切替を判断する値の例として、ここでは上位制御系等から与えられる周波数指令値ω*(電動機の回転数指令に相当)を使用する。例えば、予め速度起電圧が十分に大きくなり、速度起電圧を精度良く検出できる周波数指令値に達したら(定格速度の10〜20%程度が目安)、開放相起電圧に基づいて制御する120度通電方式から速度起電圧に基づいて制御する180度通電方式へ切り替える。
Here, as an example of a value for determining the energization method switching, a frequency command value ω * (corresponding to a motor rotation speed command) given from a host control system or the like is used. For example, when the speed electromotive force becomes sufficiently large in advance and reaches a frequency command value that can accurately detect the speed electromotive voltage (approximately 10 to 20% of the rated speed is a guide), control is performed based on the open-phase
通電方式を切り替える際、図18のように電流跳ね上りや速度変動などが生じた。電流の跳ね上がりが大きい場合、過電流保護回路によって電動機が停止したり、最悪の場合はスイッチング素子22やその他の電気品を損傷したりする恐れがある。電動機停止や破損に至らなくとも、通電方式切り替え時に電動機の発生トルクが急に変わることで、急加減速したり、それによる振動や不快な音が発生したりする原因となる。
When switching the energization method, a current jump or a speed fluctuation occurred as shown in FIG. If the current jump is large, the motor may be stopped by the overcurrent protection circuit, or in the worst case, the switching
このような課題を解決するため、通電方式を120度通電方式から180度通電方式に切り換える際に、電流跳ね上り、電動機発生トルクの不連続によるトルクショック、速度変動、などが生じないショックレス切替えを実現する電動機制御装置を提供することが、本発明の目的の1つである。 To solve these problems, when switching the current-carrying method from the 120-degree current-carrying method to the 180-degree current-carrying method, shockless switching that does not cause a current jump, torque shock due to discontinuity of the motor-generated torque, speed fluctuation, etc. It is one of the objects of the present invention to provide an electric motor control device that realizes the above.
尚、説明の都合上、電動機の位置検出を行う手段は、120度通電方式として上述の開放相起電圧に基づいた構成として説明し、180度通電方式では上述の速度起電圧に基づいた構成として説明する。しかしながら、後述する本発明の構成から分かるように、各通電方式における電動機6の回転角度位置の検出(あるいは推定)手段や方法は本実施例に記載の方式に限らず、例えば高調波を重畳して回転角度位置を検出する方式など、電動機の位置検出を行う手段は他の方式を用いても適用可能である。
For convenience of explanation, the means for detecting the position of the motor will be described as a configuration based on the above-described open-phase electromotive voltage as a 120-degree energization method, and as a configuration based on the above-described speed electromotive voltage in the 180-degree energization method. explain. However, as can be seen from the configuration of the present invention, which will be described later, the means or method for detecting (or estimating) the rotational angle position of the
上述した通電方式を切り替えた際に生じる電流跳ね上がり等の原因の1つは、インバータから電動機に印加される電圧の不連続性である。120度通電方式は3相のうち2相のみ通電させるのに対し、180度通電方式は3相全てを通電させる。例えば、120度通電方式で駆動していた際にスイッチングしていなかった相を180度通電方式での駆動に切り替えて急にスイッチングすると、電動機に印加される線間電圧が大きく変わって不連続となり、その結果、電流跳ね上がりや電動機発生トルクの不連続になる。 One of the causes such as a current jump that occurs when the above-described energization method is switched is a discontinuity in the voltage applied from the inverter to the electric motor. The 120-degree energization method energizes only two phases of the three phases, while the 180-degree energization method energizes all three phases. For example, if the phase that was not switching when driving with the 120-degree energization method is switched to the drive with the 180-degree energization method and suddenly switched, the line voltage applied to the motor changes greatly and becomes discontinuous. As a result, the current jumps and the electric motor generated torque becomes discontinuous.
したがって、通電方式の切替前後において、電動機に印加される線間電圧の関係を連続に保てば、切り替えショック無く切り替えられる。電動機6に印加する電圧を決定するためには、電圧の大きさ、電圧の波形、電動機6の回転子位置に対する電圧の位相、の3点を考慮する必要がある。これらを考慮して、電動機6に印加する電圧の連続性を保つようにする。
Therefore, before and after switching of the energization method, switching can be performed without switching shock if the relationship between the line voltages applied to the electric motor is kept continuous. In order to determine the voltage to be applied to the
更に、本願の目的(通電方式をショックレスに切り替える)を考えると、ドライブ信号の生成方法は同じとするのが良い。以下、具体的な実現方法について説明する。 Furthermore, considering the purpose of the present application (switching the energization method to shockless), the drive signal generation method should be the same. Hereinafter, a specific implementation method will be described.
図19に通電方式切替前後のドライブ信号を示している。簡略化のため、通電方式切替前後で速度変動及び負荷トルク変動は無いと仮定して、つまり一定の電圧指令を出力する状況と仮定して、ドライブ信号の変化を示している。図19は、120度通電方式から180度通電方式へ通電方式を切替える際の例を図示しているが、逆に180度通電方式から120度通電方式へ切り替える際も、以下と同様に実現でき、本願の目的を達成できる。 FIG. 19 shows drive signals before and after switching the energization method. For simplification, the change in the drive signal is shown on the assumption that there is no speed fluctuation and load torque fluctuation before and after the switching of the energization method, that is, a situation where a constant voltage command is output. FIG. 19 shows an example of switching the energization method from the 120-degree energization method to the 180-degree energization method, but conversely, switching from the 180-degree energization method to the 120-degree energization method can also be realized in the same manner as below. The object of the present application can be achieved.
まず、120度通電方式で駆動している際の本願のドライブ信号について説明する。 First, the drive signal of the present application when driving by the 120-degree energization method will be described.
120度通電方式で駆動している際は、電気角60度毎の回転角度位置を検出しており、図25に示した様に、電気角が30度、90度、150度、210度、270度の6つのタイミングで通電パターン(ドライブ信号のパターン)が変わる。 When driven by the 120-degree energization method, the rotation angle position is detected every 60 electrical angles, and as shown in FIG. 25, the electrical angles are 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, The energization pattern (drive signal pattern) changes at six timings of 270 degrees.
すなわち、120度通電方式においては、通電パターンは6種しかない。そのため、実際の回転子の回転角度位置は連続的に変化するが、通電パターンの決定に使用する電気角は必ずしも連続的に変える必要は無い。通電モードを変更する条件(条件は位置推定方式に依存する。例えば、開放相起電圧に基づいた位置推定の構成では、開放相電圧が閾値を越えたか否かが判定条件になる。)が成立したら、電気角をあらかじめ決めた60度毎の通電モードとなる値に変更すれば良い。 That is, in the 120-degree energization method, there are only six energization patterns. Therefore, although the actual rotational angle position of the rotor changes continuously, the electrical angle used for determining the energization pattern does not necessarily need to be changed continuously. Conditions for changing the energization mode (the conditions depend on the position estimation method. For example, in the configuration of position estimation based on the open-phase electromotive voltage, whether or not the open-phase voltage exceeds the threshold value is a determination condition). Then, the electrical angle may be changed to a value that is a predetermined energization mode every 60 degrees.
そこで、出力電圧位相に関係する各通電モードにおける位相θdは、図24に示した様に決定する。例えば、通電モード3において、開放相起電圧(通電モード3ではU相が開放相)が閾値を超え時点(通電モード3では閾値となる基準電圧(Vhn)を下回った時点)は、回転子の回転角度位置は、電気角で30度の位置を超えたことになる。それ以前においては、通電モード3における回転子の回転角度位置は、電気角で−30度(330度)から30度のいずれかであるが、通電モード3の期間は0度とする。
Therefore, the phase θd in each energization mode related to the output voltage phase is determined as shown in FIG. For example, in the
位相θdを図24のように決定することの効果を説明する。図26は、3相電圧指令値と出力電圧の関係を示している。図26中の一点鎖線は、信号の基となる3相正弦波電圧指令値である。この3相正弦波状の電圧指令値を考えると、電気角が0度、60度、120度、180度、240度の位置は、中間相の電圧がゼロで、最大相と最小相の絶対値は同じとなる位置である。 The effect of determining the phase θd as shown in FIG. 24 will be described. FIG. 26 shows the relationship between the three-phase voltage command value and the output voltage. The one-dot chain line in FIG. 26 is a three-phase sine wave voltage command value that is the basis of the signal. Considering this three-phase sinusoidal voltage command value, the electrical angle is 0 degree, 60 degree, 120 degree, 180 degree, 240 degree, the intermediate phase voltage is zero, the absolute value of the maximum phase and the minimum phase Are the same positions.
したがって、位相θdを図24のように決定することで、各相の電圧指令値は、図26中のように、階段状の電圧指令値となる。これらの電圧指令値を、図21で示したPWMキャリア信号生成方法(つまり180度通電方式と同じドライブ信号生成方法)を用いると、120度通電方式時のドライブ信号を得られる。 Therefore, by determining the phase θd as shown in FIG. 24, the voltage command value of each phase becomes a stepped voltage command value as shown in FIG. When these voltage command values are used in the PWM carrier signal generation method shown in FIG. 21 (that is, the same drive signal generation method as the 180-degree energization method), a drive signal for the 120-degree energization method can be obtained.
ここで、図26の最大相と最小相のドライブ信号に注目すると、図7の相補スイッチング方式のドライブ信号を同様の電圧が電動機に印加されることになる。通電モードによって、非通電相は一義的に決定する。 Here, paying attention to the drive signals of the maximum phase and the minimum phase of FIG. 26, the same voltage as that of the drive signal of the complementary switching system of FIG. 7 is applied to the motor. The non-energized phase is uniquely determined by the energization mode.
そのため、駆動方式切替器45に、電圧指令値と、通電方式切替指令信号と、通電モード指令と、を入力する。120度通電方式で駆動している場合は、通電モードに応じて非通電相のドライブ信号(図26では中間相のドライブ信号)は上下アームとも非アクティブ(図中では点線で示した)として出力する。
Therefore, a voltage command value, an energization method switch command signal, and an energization mode command are input to the
なお、180度通電方式で駆動している際は、駆動方式切替器45は、入力された電圧指令値をそのまま出力すればよい。
In addition, when driving by the 180-degree energization method, the
このように、各通電モードにおける位相を図24に示した様に決定することで、180度通電方式と同じドライブ信号生成方法を用いて、120度通電方式でのドライブ信号を生成することができる。同じドライブ信号生成方法を用いるため、ドライブ信号生成方法に起因する切替時のショックを無くすことができる。 Thus, by determining the phase in each energization mode as shown in FIG. 24, a drive signal in the 120-degree energization method can be generated using the same drive signal generation method as in the 180-degree energization method. . Since the same drive signal generation method is used, a shock at the time of switching due to the drive signal generation method can be eliminated.
上記の本願におけるドライブ信号生成方法を踏まえ、図19の通電方式切替前後のドライブ信号について詳しく説明する。 Based on the drive signal generation method in the present application, drive signals before and after switching the energization method in FIG. 19 will be described in detail.
ドライブ信号の基となっている電圧指令値、もしくは、ドライブ信号を積分して得られる等価的な印加電圧値を見ると、120度通電時の通電モード(通電相)が変わるタイミングで、電圧の最大相または最小相が入れ替わる。 If you look at the voltage command value that is the basis of the drive signal or the equivalent applied voltage value that is obtained by integrating the drive signal, at the timing when the energization mode (energization phase) at 120 degrees energization changes, the voltage The maximum or minimum phase is switched.
仮に、120度通電時の通電モード(通電相)が変わるタイミング(30度、90度、150度、210度、270度)で、120度通電方式から180度通電方式に切り替えた場合、120度通電時はOFFだった中間相が最大相と同じスイッチングデューティでスイッチングを開始する。 If the 120-degree energization method is switched from the 120-degree energization method at the timing (30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, and 270 degrees) when the energization mode (energization phase) at 120 degrees energization changes, 120 degrees When energized, the intermediate phase that was OFF starts switching at the same switching duty as the maximum phase.
電動機6が図9のようなY結線である場合で、例えば、電気角270度(図11では−90度と表記)の時点で120度通電から180度通電に切り替えることを考える。120度通電時は、モード2ではU相からW相に電圧を印加するが、180度通電に切り替えるとすると、U相とV相の並列回路からW相に印加されることになる。
In the case where the
すなわち、通電方式切替前後で電動機に印加される電圧が不連続になる。別な言い方をすると、固定子巻線で発生する磁束の大きさや位相が急に変化し、電動機の発生トルクが不連続になり、速度変動やそれに起因する振動や騒音などが生じる原因となる。 That is, the voltage applied to the electric motor before and after switching the energization method becomes discontinuous. In other words, the magnitude and phase of the magnetic flux generated in the stator windings suddenly change, and the generated torque of the electric motor becomes discontinuous, which causes speed fluctuations and vibrations and noises resulting therefrom.
そこで、本発明の方式は、180度通電に切り替えるタイミングを中間相の電圧指令値がゼロになるタイミングとする。言い換えると、120度通電から180度通電に切り替える際、その前の通電モードにおいて上下アーム共スイッチングをしていなかった相のドライブ信号が、上アームと下アームとの比率が略同じ(50%程度)であるようにする。こうすることで、通電方式切替前後で電動機に印加される電圧を連続にできる。すなわち、切り替えショック無く切り替えられる。 Therefore, in the method of the present invention, the timing for switching to 180-degree energization is the timing when the voltage command value for the intermediate phase becomes zero. In other words, when switching from 120-degree energization to 180-degree energization, the ratio of the upper arm to the lower arm is approximately the same (about 50%) in the drive signal of the phase in which the upper and lower arms are not switched in the previous energization mode. ). By doing so, the voltage applied to the electric motor before and after switching the energization method can be made continuous. That is, switching can be performed without switching shock.
次に中間相の電圧指令値がゼロになるタイミングを決定する方法について説明する。 Next, a method for determining the timing when the intermediate phase voltage command value becomes zero will be described.
前述の通り、120度通電方式においては、回転角度位置を電気角60度毎に検出する、あるいは60度毎の位置を推定しており、電気角が30度、90度、150度、210度、270度、330度の6つのタイミングで通電パターン(ドライブ信号のパターン)が変わる。 As described above, in the 120-degree energization method, the rotational angle position is detected every 60 degrees of electrical angle, or the position is estimated every 60 degrees, and the electrical angle is 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees. The energization pattern (drive signal pattern) changes at six timings of 270 degrees and 330 degrees.
一方、中間相がゼロになるタイミングは、図26に示した様に、電気角が0度、60度、120度、180度、240度、300度の6つのタイミングである。すなわち、通電モードを変更する条件が成立した後、電気角で30度の期間待ってから通電方式切替を行うようにすれば、中間相がゼロになるタイミングでの通電方式切替を実現でき、本願の目的を達成できる。 On the other hand, as shown in FIG. 26, the timing at which the intermediate phase becomes zero is six timings in which the electrical angle is 0 degree, 60 degrees, 120 degrees, 180 degrees, 240 degrees, and 300 degrees. That is, after the condition for changing the energization mode is satisfied, if the energization method is switched after waiting for a period of 30 degrees in electrical angle, the energization method switching at the timing when the intermediate phase becomes zero can be realized. Can achieve the purpose.
切替え待ち時間算出手段30は、2つの位置推定手段(40及び41)で推定した回転子の回転角度位置または回転速度を用いて2つの通電方式(120度通電、180度通電)を切替える切替タイミングトリガを出力する。通電方式切替え手段32は、切替タイミングトリガを入力し、通電方式切替指令信号を出力する。
The switching waiting
切替え待ち時間算出手段30の動作について、120度通電方式から180度通電方式に切り替える際の動作を例に説明する。
The operation of the switching waiting
まず、通電方式の切替え要求は、例えば、図示していない上位系からの指令や、速度指令値が、所定値を越えたか否かで、通電方式の切替要求を判断する。 First, the energization method switching request is determined based on, for example, whether a command from a host system (not shown) or a speed command value exceeds a predetermined value.
図19中の上部に矢印で示したタイミングで、通電方式の切替要求があったとする。その後、通電モードが変わった時点から、切替え待ち時間算出手段30は、経過時間を測定し、電気角で30度の期間が経過したら、切替タイミングトリガを出力し、通電方式切替え手段32が通電方式切替指令信号を出力する。 Assume that there is a request for switching the energization method at the timing indicated by the arrow at the top in FIG. Thereafter, from the time when the energization mode is changed, the switching waiting time calculation means 30 measures the elapsed time, and when a period of 30 degrees in electrical angle has elapsed, outputs a switching timing trigger, and the energization method switching means 32 causes the energization method to be changed. Outputs a switching command signal.
経過時間測定は、例えば、通電方式の切替要求があった通電モード中の、三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントしたカウント数(N_pwm)を用いる。N_pwmは、電気角60度に相当する期間のため、切替え待ち時間算出手段30で同様に三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントアップし、カウント値がN_pwmの半分に達した時点で、切替タイミングトリガを出力すれば、電気角で30度の期間が経過したことが分かる。 The elapsed time measurement uses, for example, the count number (N_pwm) counted at the interrupt timing of the peak or valley of the triangular wave carrier signal during the energization mode in which the energization method switching request is made. Since N_pwm is a period corresponding to an electrical angle of 60 degrees, the switching waiting time calculation means 30 similarly counts up at the peak or valley interrupt timing of the triangular wave carrier signal, and when the count value reaches half of N_pwm, If a switching timing trigger is output, it can be seen that a period of 30 degrees in electrical angle has elapsed.
カウント値で判断することにより、通電方式を切替える速度が変化した場合においても、電気角で30度の期間を正確に測定することができる。 By determining by the count value, even when the speed of switching the energization method changes, it is possible to accurately measure a period of 30 degrees in electrical angle.
切替え待ち時間算出手段30の動作について、180度通電方式から120度通電方式に切り替える際の動作を例に説明する。
The operation of the switching waiting
切替え待ち時間算出手段30に、180度用位置推定手段41で推定した回転子の回転角度位置を入力する。通電方式の切替要求があった後に、電気角が0度、60度、120度、180度、240度、300度に達した際に、切替タイミングトリガを出力し、通電方式切替え手段32が通電方式切替指令信号を出力する。
The rotation angle position of the rotor estimated by the 180-degree position estimating means 41 is input to the switching waiting
180度通電方式では、位相θdが連続的に変化するため、位相で判断してもよい。尚、120度通電方式においても、位相で判断することも可能である。上述した120度通電方式の位置推定においては、開放相電圧が閾値となる基準電圧を越えたか否かで電気角60度毎の位置を検出しているが、図10に示した、非通電相の起電圧特性図の例から分かるように、位相に応じて連続的に変化している。例えば、非通電相の起電圧特性を線形近似する、あるいは位相に対する関数として表すことで、120度通電方式においても、位相を連続的に変化する様にしても良い。その際は、上記のように位相で判断する方式の方が適している。例えば、制御部2のタイマの数が限られている場合、位相で判断することにより、タイマの数を節約でき、他の機能にタイマを割り当てることができる。
In the 180-degree energization method, the phase θd changes continuously, so the determination may be made based on the phase. Even in the 120-degree energization method, it is possible to make a determination based on the phase. In the position estimation of the 120-degree energization method described above, the position at every electrical angle of 60 degrees is detected based on whether or not the open-phase voltage exceeds the threshold reference voltage, but the non-energized phase shown in FIG. As can be seen from the example of the electromotive voltage characteristic diagram of FIG. For example, the phase may be continuously changed even in the 120-degree energization method by linearly approximating the electromotive voltage characteristics of the non-energized phase or expressing it as a function with respect to the phase. In that case, the method of judging based on the phase as described above is more suitable. For example, when the number of timers of the
本実施例では、機構部として圧縮機構部を用いた場合の電動機制御装置の例を説明する。 In this embodiment, an example of an electric motor control device when a compression mechanism is used as the mechanism will be described.
図20は、実施例2における電動機制御装置を用いた冷蔵庫を示す構成図の例である。 FIG. 20 is an example of a configuration diagram illustrating a refrigerator using the motor control device according to the second embodiment.
なお、既に説明した実施例1に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。 In addition, description is abbreviate | omitted about the part which has the same code | symbol shown by Example 1 already demonstrated, and the part which has the same function.
冷蔵庫301は、図20に示すように、熱交換機302、送風機303、圧縮機304、圧縮機駆動用電動機305、などにより構成されている。また、冷蔵庫制御装置306は、各種センサ情報により、送風機や庫内灯などを制御する庫内制御装置307と電動機制御装置1から構成される。
As illustrated in FIG. 20, the
冷蔵庫においては、真空断熱材等の技術革新により、冷蔵庫内の熱が外気に漏れる熱漏洩量が非常に少ない。そのため、圧縮機を駆動する電動機制御装置1の消費電力量を削減するためには、定常時の消費電力量を削減すると共に、過渡時(起動時)の消費電力(消費電力量)も重要になってくる。
In the refrigerator, due to technological innovations such as vacuum heat insulating materials, the amount of heat leakage from which the heat in the refrigerator leaks to the outside air is very small. Therefore, in order to reduce the power consumption of the
冷凍機及び空調機で使われる圧縮機の内部は、高温・高圧となるため、圧縮機駆動用電動機の回転角度位置を検出する位置センサ等を設置するのが難しい。圧縮機駆動用電動機駆動する場合、回転子の回転角度位置情報は、電動機に流れる電流及び電動機印加電圧から電動機の推定位置を出力する位置センサレス制御によって得る。 Since the interior of the compressor used in the refrigerator and the air conditioner is at a high temperature and a high pressure, it is difficult to install a position sensor or the like that detects the rotational angle position of the compressor driving motor. When the compressor driving motor is driven, the rotational angle position information of the rotor is obtained by position sensorless control that outputs the estimated position of the motor from the current flowing through the motor and the applied voltage of the motor.
速度起電圧に基づいた位置センサレス制御を採用した場合、低速においては速度起電圧が小さくなるため、位置推定が困難になる。なお、ここでの低速とは、速度起電圧が、電力変換回路5の直流電圧源20の10%程度以下の電圧となる速度を意味する。低速においては、例えば、位置フィードバックは行わず、予め決定した電流指令値と速度指令値から電圧指令値を決定する同期運転と呼ぶ手法で駆動する。
When position sensorless control based on the speed electromotive force is employed, the speed electromotive force becomes small at low speeds, making position estimation difficult. Here, the term “low speed” means a speed at which the speed electromotive voltage is about 10% or less of the
同期運転中は位置検出ができないため、トルクに直接寄与する電流だけを与えることはできず、無駄な電流も流れてしまう。従って、冷蔵庫の圧縮機駆動用電動機を起動するために必要なトルクを得るためには、余裕をもった電流を流す必要がある。 Since the position cannot be detected during the synchronous operation, only the current that directly contributes to the torque cannot be applied, and a wasteful current flows. Therefore, in order to obtain a torque necessary for starting the compressor driving electric motor of the refrigerator, it is necessary to pass a current having a margin.
従って、消費電力量を削減するためには、ゼロ速を含む極低速域においても位置検出を行い、トルクに直接寄与する電流だけを与えることが必要になる。つまり、必要最小限の電流によって起動することにより、消費電力量低減が可能な電動機制御装置及びそれを用いた冷凍機及び空調機を提供することが本願の目的の一つである。さらに、広い速度範囲において電動機を位置センサレスで駆動が可能な電動機制御装置及びそれを用いた冷凍機及び空調機を提供することが本願の目的の一つである。さらに、電力変換回路5の最大電流容量を小さくすることで、配置スペースの縮小することが可能な電動機制御装置及びそれを用いた冷凍機及び空調機を提供することが本願の目的の一つである。
Therefore, in order to reduce the power consumption, it is necessary to detect the position even in the extremely low speed region including the zero speed and to provide only the current that directly contributes to the torque. That is, it is one of the objects of the present application to provide an electric motor control device capable of reducing the amount of power consumption by starting up with the minimum necessary current, and a refrigerator and an air conditioner using the electric motor control device. Furthermore, it is an object of the present application to provide an electric motor control device that can drive an electric motor without a position sensor in a wide speed range, and a refrigerator and an air conditioner using the electric motor control device. Furthermore, it is one of the objects of the present application to provide an electric motor control device capable of reducing the arrangement space by reducing the maximum current capacity of the
本実施例における電動機制御装置の構成図の例は、実施例1と同じく図1である。 An example of the configuration diagram of the motor control device in the present embodiment is FIG.
通電方式を切り替える際、図18のように電流跳ね上りや速度変動などが生じた。電流の跳ね上がりが大きい場合、過電流保護回路によって電動機が停止したり、最悪の場合はスイッチング素子22やその他の電気品を損傷したりする恐れがある。最も壊れやすいのは、電力変換回路5であり、電流跳ね上りによっても壊れないようにするためには、電力変換回路5の容量を大きくする必要があり、これによって配置スペースが必要になってしまう。電動機停止や破損に至らなくとも、通電方式切り替え時に電動機の発生トルクが急に変わることで、急加減速したり、それによる振動や不快な音が発生したりする原因となる。
When switching the energization method, a current jump or a speed fluctuation occurred as shown in FIG. If the current jump is large, the motor may be stopped by the overcurrent protection circuit, or in the worst case, the switching
そこで、低速域においては、開放相起電圧に基づいた120度通電方式で駆動し、中高速域においては、速度起電圧に基づいた180度通電方式駆動する。これにより、低速域においても位置センサレスで駆動することができる。位置センサレスで駆動すると、電動機の回転角度位置に応じた最大トルクを発生させられる。言い換えると、必要最小限の電流で駆動することができる。これにより、消費電力量低減が可能になる。さらに、電力変換回路5の容量を小さくすることで、配置スペースの縮小することができる。
Therefore, in the low speed region, driving is performed by a 120-degree energization method based on the open-phase electromotive voltage, and in the medium-high speed region, 180-degree energization method driving is performed based on the speed electromotive voltage. Thereby, it is possible to drive without a position sensor even in a low speed region. When driven without a position sensor, a maximum torque corresponding to the rotational angle position of the electric motor can be generated. In other words, it can be driven with the minimum necessary current. Thereby, power consumption can be reduced. Furthermore, the arrangement space can be reduced by reducing the capacity of the
通電方式を切替える際、切替え待ち時間算出手段30により、電気角で30度の期間待ってから通電方式切替を行うようにすれば、中間相がゼロになるタイミングでの通電方式切替を実現でき、電流跳ね上りを抑えることができる。これにより、電力変換回路5の容量を小さくすることで、配置スペースの縮小することができる。
When switching the energization method, if the energization method is switched after waiting for a period of 30 degrees in electrical angle by the switching waiting time calculation means 30, the energization method switching at the timing when the intermediate phase becomes zero can be realized, Current jump can be suppressed. Thereby, the arrangement space can be reduced by reducing the capacity of the
また、本実施例になる電動機制御装置は、家電分野、産業機器分野、自動車分野等の多くの技術分野で使用される、例えば、ファン、ポンプ、圧縮機、コンベア、昇降機等の電気機器の操作対象を駆動する電動機を制御するのにも適用可能である。 In addition, the motor control apparatus according to the present embodiment is used in many technical fields such as home appliances field, industrial equipment field, automobile field, etc., for example, operation of electric devices such as fans, pumps, compressors, conveyors, elevators, etc. The present invention can also be applied to control an electric motor that drives an object.
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。 Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing procedures, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
電動機は、永久磁石電動機として説明したが、その他の電動機(例えば、誘導機、同期機、スイッチトリラクタンス電動機、シンクロナスリラクタンス電動機など)を用いても構わない。その際、電動機によっては電圧指令値作成器での演算方法が変わるが、それ以外については同様に適用でき、本願の目的を達成可能である。 Although the motor has been described as a permanent magnet motor, other motors (for example, induction machines, synchronous machines, switched reluctance motors, synchronous reluctance motors, etc.) may be used. At that time, the calculation method in the voltage command value generator varies depending on the electric motor, but other methods can be applied in the same manner, and the object of the present application can be achieved.
上記の実施例では、位置センサレス制御を前提として記載した。そのため、位置推定方式について記載したが、例えば、電気角60度毎の位置を得られるホールセンサを用いた120度通電駆動から180度通電駆動に切り替えても、本願の目的を達成可能である。 In the above embodiment, the position sensorless control is described as a premise. Therefore, although the position estimation method has been described, for example, the object of the present application can be achieved even when switching from 120-degree energization driving to 180-degree energization driving using a Hall sensor that can obtain a position every 60 degrees of electrical angle.
1…電動機制御装置、2…制御部、3…電圧指令値作成器、5…電力変換回路、6…電動機、7…電流検出手段、30…切替え待ち時間算出手段、31…通電方式切替器、32…通電方式切替手段、40…120度用位置推定手段、41…180度用位置推定手段、51…切替トリガ発生器、52…非通電相電位選択器、53…基準レベル切替器、54…比較器、55…通電モード切替器、60…開放相電圧検出手段、301…冷蔵庫、500…圧縮機構部、503…クランクシャフト。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記制御手段は、
前記120度通電方式から前記180度通電方式に切り替える際、通電方式の切替要求があった後に前記120度通電方式の通電モードが変わった時点から電気角で30度の切替え期間が経過したことを検出して前記180度通電方式に切り替える切替えタイミングを求める切替え待ち時間算出手段と、
前記切替え待ち時間算出手段によって求められた前記切替えタイミングに基づいて前記120度通電方式から前記180度通電方式に切り替える通電方式切替え手段を備え、
更に、前記切替え待ち時間算出手段は、前記電力変換回路をスイッチング動作させるドライブ信号を生成する三角波キャリア信号を用い、前記三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントしたカウント数に応じて、前記電動機の電気角が30度変化したことを検出した時点で、前記切替えタイミングを出力する切替えタイミング出力機能を備えていることを特徴とする電動機制御装置。 A power conversion circuit for converting DC power into AC power, an electric motor driven by the power conversion circuit, a mechanical unit mechanically or magnetically connected to the electric motor, and an energization method of the power conversion circuit are 120. In an electric motor control device comprising a control means for switching between a degree energization method and a 180 degree energization method,
The control means includes
When switching from the 120-degree energization method to the 180-degree energization method, a switching period of 30 degrees in electrical angle has elapsed since the energization mode of the 120-degree energization method was changed after the energization method switching request was made. A switching waiting time calculating means for obtaining a switching timing for detecting and switching to the 180-degree energization method;
An energization method switching means for switching from the 120-degree energization method to the 180-degree energization method based on the switching timing obtained by the switching wait time calculating means;
Further, the switching waiting time calculating means uses a triangular wave carrier signal for generating a drive signal for switching the power conversion circuit, and according to the count number counted at the peak or valley interrupt timing of the triangular wave carrier signal, A motor control device comprising a switching timing output function for outputting the switching timing when it is detected that the electrical angle of the motor has changed by 30 degrees .
前記切替えタイミング出力機能は、前記180度通電方式による前記電力変換回路の上下アームをスイッチング動作させるドライブ信号を生成する前記三角波キャリア信号を用い、前記電気角が60度に対応する期間の間の前記三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントしたカウント数(N_pwm)に対して、前記120度通電方式の前記通電モードが変わった時点から前記三角波キャリア信号の山または谷の割込みタイミングでカウントアップし、このカウント値が前記カウント数(N_pwm)の半分(電気角で30度に対応)に達した時点で、前記切替えタイミングを出力することを特徴とする電動機制御装置。 In the electric motor control device according to claim 1 ,
The switching timing output function uses the triangular wave carrier signal for generating a drive signal for switching the upper and lower arms of the power conversion circuit according to the 180-degree energization method, and the electrical angle during a period corresponding to 60 degrees Counts up at the peak or trough interrupt timing of the triangular wave carrier signal from the time when the energization mode of the 120-degree energization method changes with respect to the count number (N_pwm) counted at the peak or trough interrupt timing of the triangular wave carrier signal The motor control device outputs the switching timing when the count value reaches a half of the count number (N_pwm) (corresponding to 30 degrees in electrical angle).
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