JP6590602B2 - Motor drive device, air conditioner and program - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、モータ駆動装置、空気調和機およびプログラムに関する。   The present invention relates to a motor drive device, an air conditioner, and a program.

本技術分野の背景技術として、下記特許文献1の要約書には、「電力変換器の出力電圧値が飽和した場合、q軸の電圧指令値と電流検出の偏差で、制御の基準軸とモータの基準軸との偏差である位相誤差の指令値を演算し、この位相誤差の指令値を用いて、電力変換器の出力電圧令値を修正することにより、高精度・高応答なトルク制御を実現する」と記載されている。
また、特許文献2の要約書には、「交流同期電動機の磁束軸の位置と、制御器内で仮定した磁束軸の位置との差(軸誤差)を演算し、これを零になるように回転速度を補正することで、センサレス駆動を実現し、さらに、この軸誤差の演算値に基づき、電動機、あるいは負荷装置が発生するトルクの脈動成分を抽出する手段と、それを補償する手段を設けることで達成できる」と記載されている。
また、非特許文献1には、弱め界磁制御を用いて高速回転域を拡大する技術が記載されている。
As a background art of this technical field, the abstract of the following Patent Document 1 states that “when the output voltage value of the power converter is saturated, the deviation of the q-axis voltage command value and the current detection causes the control reference axis and the motor to By calculating the phase error command value, which is the deviation from the reference axis, and correcting the output voltage command value of the power converter using this phase error command value, highly accurate and highly responsive torque control is achieved. Realize ".
Further, the abstract of Patent Document 2 states that “the difference (axis error) between the position of the magnetic flux axis of the AC synchronous motor and the position of the magnetic flux axis assumed in the controller is calculated, and this is made zero. Sensorless driving is realized by correcting the rotational speed, and further, means for extracting a pulsating component of torque generated by the electric motor or load device based on the calculated value of the shaft error, and means for compensating for it are provided. Can be achieved. "
Non-Patent Document 1 describes a technique for enlarging a high-speed rotation region using field-weakening control.

特開2007-252052号公報JP 2007-252052 JP 特開2005-198402号公報JP 2005-198402 JP

初瀬、能登原、大井、田村、右ノ子、船山、「電圧位相操作型弱め界磁制御のルームエアコンへの適用検討」,2009年電気学会産業応用部門大会予稿集、一般社団法人電気学会Hatsuse, Notohara, Oi, Tamura, Uyoko, Funayama, “Examination of application of voltage phase control type field weakening control to room air conditioner”, 2009 IEEJ Industrial Application Conference Proceedings, The Institute of Electrical Engineers of Japan

ところで、特許文献1および非特許文献1に開示された弱め界磁制御と、特許文献2に開示されたトルクの脈動成分を補償する制御とをモータの回転速度や負荷トルクに応じて切り替えることが考えられる。しかし、単に両者の制御を切り替えると、モータ電流や回転速度が急に変動するショックによって、異音や振動等が生じるという問題があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、異音や振動等を抑制できるモータ駆動装置、空気調和機およびプログラムを提供することを目的とする。
By the way, it is conceivable to switch the field-weakening control disclosed in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 and the control for compensating the torque pulsation component disclosed in Patent Literature 2 in accordance with the rotational speed and load torque of the motor. . However, simply switching between the two controls has a problem that abnormal noise, vibration, and the like are generated by a shock in which the motor current and the rotational speed suddenly change.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a motor drive device, an air conditioner, and a program that can suppress abnormal noise, vibration, and the like.

上記課題を解決するため本発明のモータ駆動装置は、周期的に変動する負荷トルクを発生させる負荷装置を駆動するモータに対して、直流電圧を交流電圧に変換して印加する電力変換回路と、前記負荷トルクの周期的な変動に対応して変動するトルク変動補償量を出力するトルク変動補償量出力部と、前記トルク変動補償量に基づいて、モータが出力するモータ出力トルクを変動させることによって前記モータの回転速度変動を抑制する速度変動抑制部と、第1の動作モードまたは第2の動作モードのうち何れかの動作モードを指定する機能と、前記動作モードを切り替える前に、前記トルク変動補償量の変動振幅を抑制する機能とを有する動作モード指定部と、前記第1の動作モードにおいて、前記電力変換回路における変調率を第1の所定値以下に抑制する機能と、前記第2の動作モードにおいて、前記変調率を前記第1の所定値とは異なる第2の所定値以下に抑制する機能とを有する変調率設定部と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a motor driving device of the present invention includes a power conversion circuit that converts a DC voltage into an AC voltage and applies it to a motor that drives a load device that generates a load torque that varies periodically. A torque fluctuation compensation amount output section that outputs a torque fluctuation compensation amount that fluctuates in response to a periodic fluctuation of the load torque, and a motor output torque that is output by the motor is varied based on the torque fluctuation compensation amount. A speed fluctuation suppressing unit that suppresses the rotational speed fluctuation of the motor, a function of designating one of the first operation mode and the second operation mode, and the torque fluctuation before switching the operation mode. In the operation mode designating unit having a function of suppressing the fluctuation amplitude of the compensation amount, and in the first operation mode, the modulation factor in the power conversion circuit is set to A modulation rate setting unit having a function of suppressing the modulation rate below a value and a function of suppressing the modulation rate below a second predetermined value different from the first predetermined value in the second operation mode. It is characterized by that.

本発明のモータ駆動装置、空気調和機およびプログラムによれば、異音や振動等を抑制できる。   According to the motor drive device, the air conditioner, and the program of the present invention, it is possible to suppress abnormal noise and vibration.

本発明の第1実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。1 is a block diagram of a motor drive system according to a first embodiment of the present invention. 制御器のブロック図である。It is a block diagram of a controller. 速度変動抑制制御部のブロック図である。It is a block diagram of a speed fluctuation suppression control unit. (a)モータ出力トルク等の波形図、(b)モータ出力トルク等の他の波形図である。(A) Waveform diagram, such as motor output torque, (b) Other waveform diagrams, such as motor output torque. (a)変調率の波形図、(b)変調率の他の波形図である。(A) Waveform diagram of modulation rate, (b) Another waveform diagram of modulation rate. 変調率と電圧位相の波形図である。It is a waveform diagram of the modulation factor and voltage phase. 電圧ベクトルを示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows a voltage vector. 補正位相演算部のブロック図である。It is a block diagram of a correction phase calculation unit. 第1実施形態における回転速度検出値、変調率および電圧位相の波形図である。It is a wave form diagram of a rotational speed detection value, a modulation factor, and a voltage phase in 1st Embodiment. 他の電圧ベクトルを示す図である。It is a diagram showing another voltage vector. 第1実施形態の制御プログラムのフローチャート(1/2)である。It is a flowchart (1/2) of the control program of a 1st embodiment. 第1実施形態の制御プログラムのフローチャート(2/2)である。It is a flowchart (2/2) of the control program of 1st Embodiment. 第2実施形態における回転速度検出値、変調率および電圧位相の波形図である。It is a wave form diagram of a rotational speed detection value, a modulation factor, and a voltage phase in 2nd Embodiment. 第3実施形態における回転速度検出値、変調率および電圧位相の波形図である。It is a wave form diagram of a rotational speed detection value, a modulation factor, and a voltage phase in the third embodiment. 第4実施形態による空気調和機の正面図である。It is a front view of the air conditioner by 4th Embodiment.

[第1実施形態]
<実施形態の概要>
永久磁石型同期電動機(以下「モータ」と呼ぶ。)は、誘導モータに比べて高効率な特性を有するため、家電製品から産業機器あるいは電気自動車分野へと適用範囲が広がっている。また、これらの機器は、地球温暖化防止や省エネルギー化の動きに伴い、低速回転域(軽負荷)の高効率化が求められるとともに、機器の使用感(快適性)を向上させるために高速回転域(高負荷)における駆動範囲の拡大も求められている。
[First Embodiment]
<Outline of Embodiment>
Permanent magnet type synchronous motors (hereinafter referred to as “motors”) have higher efficiency than induction motors, and thus have a wide range of applications from home appliances to industrial equipment or electric vehicles. In addition, these devices are required to increase the efficiency of the low-speed rotation range (light load) with the movement of global warming prevention and energy saving, and at high speed rotation to improve the usability (comfort) of the device. Expansion of the drive range in the region (high load) is also required.

例えば、家庭用の空気調和機の場合、省エネルギーの指標であるAPF(通年エネルギー消費効率,Annual Performance Factor)の向上と、高出力化の指標である低温暖房能力(外気温2℃での暖房能力)の向上の両立が求められている。特に低速回転域における高効率化の手段としては、磁石量および巻線を増加させることにより、低速回転域で最適化するようモータを設計することが考えられる。しかし、モータの設計を低速回転域で最適化すると、高速回転域で発生する誘起電圧が増大するため、駆動可能領域が狭くなり、高速回転域での効率が低下することが懸念される。   For example, in the case of home air conditioners, improvement of APF (Annual Performance Factor), which is an energy saving index, and low temperature heating capacity (heating capacity at an outside temperature of 2 ° C), which is an index of high output ) Improvement is required. In particular, as a means for improving the efficiency in the low-speed rotation range, it is conceivable to design the motor so as to be optimized in the low-speed rotation range by increasing the magnet amount and the winding. However, if the motor design is optimized in the low-speed rotation region, the induced voltage generated in the high-speed rotation region increases, so that the drivable region becomes narrow and the efficiency in the high-speed rotation region may be reduced.

そこで、本実施形態においては、低速回転域で最適化されたモータの高速回転域を拡大するため、弱め界磁制御を適用することにする。また、低速回転域においては、負荷トルクの脈動が大きくなるため、負荷トルクの脈動を補償する制御を行う。そして、本実施形態は、高速回転域、低速回転域の制御を切り替える際に、モータ電流や回転速度が急激に変動することを抑制し、切り替え時の異音や振動等を抑制しようとするものである。   Therefore, in the present embodiment, field weakening control is applied in order to expand the high-speed rotation range of the motor optimized in the low-speed rotation range. Further, since the pulsation of the load torque becomes large in the low speed rotation region, the control for compensating the pulsation of the load torque is performed. And this embodiment suppresses that a motor current and a rotational speed fluctuate rapidly when switching control of a high-speed rotation area and a low-speed rotation area, and tries to suppress abnormal noise or vibration at the time of switching. It is.

<実施形態の全体構成>
次に、図1に示すブロック図を参照し、本実施形態によるモータ駆動システム100の全体構成を説明する。モータ駆動システム100は、モータ駆動装置110と、機械部120とを有している。機械部120は、永久磁石型三相同期電動機であるモータ36と、モータ36によって駆動される負荷装置38(例えば冷媒を圧縮する圧縮機構)とを有している。
<Overall Configuration of Embodiment>
Next, the overall configuration of the motor drive system 100 according to the present embodiment will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The motor drive system 100 includes a motor drive device 110 and a machine unit 120. The machine unit 120 includes a motor 36 that is a permanent magnet type three-phase synchronous motor, and a load device 38 (for example, a compression mechanism that compresses refrigerant) driven by the motor 36.

また、モータ駆動装置110は、直流電圧Edを出力する直流電源35と、直流電圧EdをPWM変調(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)して三相交流電圧を生成しモータ36に供給するインバータである電力変換回路34と、モータ36に流れる電流を検出する電流検出回路32と、制御器30とを有している。制御器30は、電流検出回路32から電流検出値を受信するとともに、その内部に設けられたPWM演算部6によって、電力変換回路34を駆動するドライブ信号を出力する。   The motor driving device 110 is a DC power source 35 that outputs a DC voltage Ed, and an inverter that generates a three-phase AC voltage by PWM modulation (Pulse Width Modulation) and supplies the DC voltage Ed to the motor 36. A power conversion circuit 34, a current detection circuit 32 that detects a current flowing through the motor 36, and a controller 30 are included. The controller 30 receives the current detection value from the current detection circuit 32 and outputs a drive signal for driving the power conversion circuit 34 by the PWM calculation unit 6 provided therein.

<制御器30の構成>
次に、図2に示すブロック図を参照し、制御器30の詳細構成を説明する。
制御器30は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ROMには、CPUによって実行される制御プログラム、DSPによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。図2において、制御器30の内部は、制御プログラムおよびマイクロプログラムによって実現される機能を、ブロックとして示している。
<Configuration of controller 30>
Next, the detailed configuration of the controller 30 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
The controller 30 includes hardware as a general computer such as a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory). A control program executed by the CPU, a microprogram executed by the DSP, various data, and the like are stored. In FIG. 2, the inside of the controller 30 shows the functions realized by the control program and the microprogram as blocks.

制御器30の各部の説明の前に、座標軸について説明する。以下の説明では、モータ36の回転子に設けられた永久磁石の主磁束方向をd軸とし、d軸から回転方向に電気的に90度(電気角90度)進んだ軸をq軸とし、両者を合わせてdq軸と呼ぶことがある。dq軸は回転座標系である。   Before describing each part of the controller 30, the coordinate axes will be described. In the following description, the main magnetic flux direction of the permanent magnet provided on the rotor of the motor 36 is defined as the d axis, and the axis that is electrically advanced 90 degrees (electrical angle 90 degrees) in the rotational direction from the d axis is defined as the q axis. Both may be referred to as the dq axis. The dq axis is a rotating coordinate system.

(d軸電流指令演算部1)
図2において、d軸電流指令演算部1は、モータ36のd軸電流指令Id*を発生する。モータ36が非突極型のモータであれば、通常領域(弱め界磁制御を行わない領域)では、d軸電流指令Id*は零値である。モータ36が突極型モータである場合は、例えば、下式(1)に示すトルク/電流比が最大となる一般式を用いてd軸電流指令Id*を出力してもよい。

Figure 0006590602
式(1)において、Keは誘起電圧定数、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、Iqcはq軸電流検出値である。 (D-axis current command calculation unit 1)
In FIG. 2, the d-axis current command calculation unit 1 generates a d-axis current command Id * for the motor 36. If the motor 36 is a non-salient pole type motor, the d-axis current command Id * is zero in the normal region (region where field weakening control is not performed). When the motor 36 is a salient pole type motor, for example, the d-axis current command Id * may be output using a general formula that maximizes the torque / current ratio shown in the following formula (1).
Figure 0006590602
In Equation (1), Ke is an induced voltage constant, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, and Iqc is a q-axis current detection value.

(3相/dq変換部10)
3相/dq変換部10は、電流検出回路32(図2参照)が出力した電流検出値Iu,Iv,Iwを回転座標であるdq座標系のd軸,q軸電流検出値Idc,Iqcに変換する。
(Three-phase / dq converter 10)
The three-phase / dq conversion unit 10 converts the current detection values Iu, Iv, and Iw output from the current detection circuit 32 (see FIG. 2) into the d-axis and q-axis current detection values Idc and Iqc of the dq coordinate system that is the rotation coordinates. Convert.

(電流指令演算部2)
電流指令演算部2は、d軸電流指令Id*とd軸電流検出値Idcとの偏差、およびq軸電流指令Iq*とq軸電流検出値Iqcとの偏差に基づいて、比例積分制御によって、偏差「Id*−Idc」および「Iq*−Iqc」が各々零値に近づくように、d軸,q軸修正電流指令Id**,Iq**を出力する。
(Current command calculation unit 2)
The current command calculation unit 2 performs proportional integral control based on the deviation between the d-axis current command Id * and the d-axis current detection value Idc and the deviation between the q-axis current command Iq * and the q-axis current detection value Iqc. The d-axis and q-axis corrected current commands Id ** and Iq ** are output so that the deviations “Id * −Idc” and “Iq * −Iqc” approach zero values.

(電圧演算部3)
電圧演算部3は、上述したd軸,q軸修正電流指令Id**,Iq**と、下式(2)に示すモータの電圧方程式(微分項省略)とに基づいて、d軸,q軸モータ電圧指令Vd*,Vq*を算出する。

Figure 0006590602
式(2)において、Rは巻線抵抗値、ω*は回転速度指令である。 (Voltage calculation unit 3)
Based on the d-axis and q-axis corrected current commands Id ** and Iq ** described above and the motor voltage equation (differential term omitted) shown in the following equation (2), the voltage calculation unit 3 The shaft motor voltage commands Vd * and Vq * are calculated.
Figure 0006590602
In Equation (2), R is a winding resistance value and ω * is a rotational speed command.

(電圧補正演算部4)
電圧補正演算部4は、上述したd軸,q軸モータ電圧指令Vd*,Vq*と、補正位相値ΔθVweakとに基づいて、d軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**を算出している。より具体的には、d軸,q軸モータ電圧指令Vd*,Vq*から、モータ電圧振幅値と基本電圧位相θVbaseを算出し、この基本電圧位相θVbaseと補正位相値ΔθVweakとの和を電圧位相θVとするd軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**を算出する。この演算により、補正位相値ΔθVweakが正値であれば、電圧位相θVが基本電圧位相θVbaseよりも進み、弱め界磁制御状態になる。
(Voltage correction calculation unit 4)
Based on the d-axis and q-axis motor voltage commands Vd * and Vq * and the correction phase value ΔθV weak , the voltage correction calculation unit 4 performs the d-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq **. Is calculated. More specifically, the motor voltage amplitude value and the basic voltage phase θV base are calculated from the d-axis and q-axis motor voltage commands Vd * and Vq *, and the sum of the basic voltage phase θV base and the correction phase value ΔθV weak is calculated. D-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq ** are calculated with a voltage phase θV. By this calculation, if the correction phase value ΔθV weak is a positive value, the voltage phase θV advances from the basic voltage phase θV base and the field weakening control state is entered.

(dq/3相変換部5)
dq/3相変換部5は、回転座標であるdq座標系のd軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**を、固定座標系の三相交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に変換する。
(Dq / 3-phase converter 5)
The dq / 3-phase conversion unit 5 converts the d-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq ** in the dq coordinate system, which are rotational coordinates, into the three-phase AC voltage commands Vu *, Vv *, Convert to Vw *.

(dq/3相変換部6)
PWM演算部6は、三相交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*をPWM信号であるドライブ信号に変換する。具体的には、三相交流電圧指令Vu*,Vv*,Vw*と、三角波搬送信号とを比較し、比較結果に基づいてドライブ信号を生成する。生成されたドライブ信号は、上述したように、電力変換回路34(図1参照)に供給される。
(Dq / 3-phase converter 6)
The PWM calculation unit 6 converts the three-phase AC voltage commands Vu *, Vv *, Vw * into drive signals that are PWM signals. Specifically, the three-phase AC voltage commands Vu *, Vv *, Vw * are compared with the triangular wave carrier signal, and a drive signal is generated based on the comparison result. The generated drive signal is supplied to the power conversion circuit 34 (see FIG. 1) as described above.

(速度制御部7)
速度制御部7は、上位制御系から供給された回転速度指令ω*と、回転速度検出値ωとの偏差に基づいて、比例積分制御を用いて、該偏差が小となるようなq軸電流指令Iq*asrを算出する。
(Speed control unit 7)
The speed control unit 7 uses a proportional integral control based on the deviation between the rotational speed command ω * supplied from the host control system and the rotational speed detection value ω so that the deviation becomes small. Command Iq * asr is calculated.

(速度変動抑制制御部8)
速度変動抑制制御部8は、回転速度検出値ωと、軸誤差演算値Δθとに基づいて、脈動トルク成分ΔTmを推定し、積分制御を用いて、脈動トルク成分ΔTmが零値に近づくように速度変動抑制電流指令Iqsin*を算出する。ここで、軸誤差演算値Δθとは、モータ36の回転子の電気角の推定値と、実際の電気角との差である。また、脈動トルク成分ΔTmとは、モータ出力トルクと負荷トルクとの差である。
(Speed fluctuation suppression control unit 8)
The speed fluctuation suppression control unit 8 estimates the pulsating torque component ΔTm based on the detected rotational speed value ω and the shaft error calculation value Δθ, and uses integral control so that the pulsating torque component ΔTm approaches a zero value. Speed fluctuation suppression current command Iqsin * is calculated. Here, the axis error calculation value Δθ is the difference between the estimated value of the electrical angle of the rotor of the motor 36 and the actual electrical angle. The pulsating torque component ΔTm is the difference between the motor output torque and the load torque.

ここで、図3に示すブロック図を参照し、速度変動抑制制御部8の詳細を説明する。
図3において、速度変動抑制制御部8は、脈動トルク推定部80と、フーリエ変換器81と、積分制御器82と、フーリエ逆変換器83と、振幅リミッタ部84と、余弦・正弦演算部85とを有している。脈動トルク推定部80は、回転速度検出値ωと、モータ36の慣性モーメントJと、モータ36の極数Pと、軸誤差演算値Δθとに基づいて、脈動トルク成分ΔTm(=2・Δθ・J・ω2/P)を出力する。なお、その原理は、上述した特許文献2(段落0034〜0039)に開示されている。
Here, the details of the speed fluctuation suppression control unit 8 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
In FIG. 3, the speed fluctuation suppression control unit 8 includes a pulsation torque estimation unit 80, a Fourier transformer 81, an integration controller 82, a Fourier inverse transformer 83, an amplitude limiter unit 84, and a cosine / sine calculation unit 85. And have. The pulsation torque estimation unit 80 generates a pulsation torque component ΔTm (= 2 · Δθ ·) based on the rotation speed detection value ω, the moment of inertia J of the motor 36, the number of poles P of the motor 36, and the axis error calculation value Δθ. J · ω 2 / P) is output. The principle is disclosed in Patent Document 2 (paragraphs 0034 to 0039) described above.

また、余弦・正弦演算部85は、回転速度検出値ωに「2/P」(Pは極数)を乗算して機械速度ωrを求め、機械速度ωrを積分して機械角度位置θrを求め、機械角正弦成分sinθrおよび機械角余弦成分cosθrを出力する。フーリエ変換器81は、脈動トルク成分ΔTmに対して、−sinθrおよび−cosθrを乗算した乗算結果を各々演算し、ローパスフィルタによって各演算結果のうち機械速度ωr以上の成分を減衰させる。すなわち、脈動トルク成分ΔTmが、機械速度ωrで回転する座標系に座標変換され、脈動トルク成分ΔTmの正弦成分および余弦成分がフーリエ変換器81から出力される。   Also, the cosine / sine calculation unit 85 multiplies the rotational speed detection value ω by “2 / P” (P is the number of poles) to obtain the mechanical speed ωr, and integrates the mechanical speed ωr to obtain the mechanical angular position θr. The mechanical angle sine component sin θr and the mechanical angle cosine component cos θr are output. The Fourier transformer 81 calculates the multiplication results obtained by multiplying the pulsating torque component ΔTm by −sin θr and −cos θr, respectively, and attenuates the component of the calculation result equal to or higher than the mechanical speed ωr by the low-pass filter. That is, the pulsation torque component ΔTm is coordinate-transformed into a coordinate system that rotates at the machine speed ωr, and the sine component and cosine component of the pulsation torque component ΔTm are output from the Fourier transformer 81.

積分制御器82は、脈動トルク成分ΔTmの正弦成分および余弦成分を、各々の目標値(零値)から減算し、求められた各減算結果に対して、積分ゲインKiを乗じて積分する。これらの積分結果は、脈動トルク成分ΔTmによる速度変動を抑制するための速度変動抑制電流値の正弦成分および余弦成分になる。フーリエ逆変換器83は、速度変動抑制電流値の正弦成分に対して−sinθrを乗算し、余弦成分に対して−cosθrを乗算し、両乗算結果を加算し、「2」を乗じた信号を速度変動抑制電流値として出力する。   The integration controller 82 subtracts the sine component and cosine component of the pulsating torque component ΔTm from each target value (zero value), and integrates each obtained subtraction result by an integral gain Ki. These integration results become a sine component and a cosine component of the speed variation suppression current value for suppressing the speed variation due to the pulsating torque component ΔTm. The inverse Fourier transformer 83 multiplies the sine component of the speed fluctuation suppression current value by −sin θr, multiplies the cosine component by −cos θr, adds the multiplication results, and multiplies the signal by “2”. Output as a speed fluctuation suppression current value.

振幅リミッタ部84は、フーリエ逆変換器83から出力された速度変動抑制電流値に対して、必要に応じて振幅制限を行い、その結果を速度変動抑制電流指令Iqsin*として出力する。振幅の制限値を振幅制限値WIという。振幅制限を行わない場合、振幅制限値WIは、最大値WImaxに設定される。この最大値WImaxは、速度変動抑制電流値の振幅が実用上は達しない程度の値に設定されている。この場合は、フーリエ逆変換器83が出力する速度変動抑制電流値がそのまま速度変動抑制電流指令Iqsin*として出力される。一方、振幅制限値WIが最大値WImax未満になると、振幅制限値WIによって速度変動抑制電流値を振幅制限した結果が速度変動抑制電流指令Iqsin*として出力される。   The amplitude limiter 84 limits the amplitude of the speed fluctuation suppression current value output from the Fourier inverse transformer 83 as necessary, and outputs the result as a speed fluctuation suppression current command Iqsin *. The amplitude limit value is referred to as an amplitude limit value WI. When the amplitude limitation is not performed, the amplitude limitation value WI is set to the maximum value WImax. The maximum value WImax is set to such a value that the amplitude of the speed fluctuation suppression current value does not reach practically. In this case, the speed fluctuation suppression current value output from the Fourier inverse transformer 83 is output as it is as the speed fluctuation suppression current command Iqsin *. On the other hand, when the amplitude limit value WI becomes less than the maximum value WImax, the result of amplitude limiting the speed fluctuation suppression current value by the amplitude limit value WI is output as the speed fluctuation suppression current command Iqsin *.

(制御の概要)
ここで、制御器30の他の構成を説明する前に、制御器30の制御の概要を説明する。
まず、速度変動抑制電流指令Iqsin*によって速度変動を抑制する理由を説明する。
図4(a)に、速度変動を「抑制しない」場合における負荷トルクτL(破線)と、モータ出力トルクτm(実線)の機械角1回転における波形を示す。ここで、負荷トルクτLは、負荷装置38(図1参照)として、シングルロータリ圧縮機構やレシプロ圧縮機構を適用した場合を想定している。この種の圧縮機構においては、図示のように、機械角1回転中の回転角度位置に応じて負荷トルクτLは変動する。
(Outline of control)
Here, an outline of the control of the controller 30 will be described before describing another configuration of the controller 30.
First, the reason why the speed fluctuation is suppressed by the speed fluctuation suppression current command Iqsin * will be described.
FIG. 4A shows waveforms at one rotation of the mechanical angle of the load torque τL (broken line) and the motor output torque τm (solid line) when the speed fluctuation is not “suppressed”. Here, the load torque τL assumes a case where a single rotary compression mechanism or a reciprocating compression mechanism is applied as the load device 38 (see FIG. 1). In this type of compression mechanism, as shown in the drawing, the load torque τL varies according to the rotational angle position during one rotation of the mechanical angle.

図4(a)に示すように、モータ出力トルクτmを一定にすると、モータ出力トルクτmと負荷トルクτLとの差によって、機械速度ωrが変動する。機械速度ωrが変動すると、モータ36や負荷装置38の振動や騒音が大きくなる。さらに、機械速度ωrの変動が過大である場合は、モータ36が停止するような事態も起こり得る。   As shown in FIG. 4A, when the motor output torque τm is constant, the machine speed ωr varies depending on the difference between the motor output torque τm and the load torque τL. When the machine speed ωr varies, vibration and noise of the motor 36 and the load device 38 increase. Furthermore, when the fluctuation of the machine speed ωr is excessive, a situation may occur in which the motor 36 stops.

一方、図4(b)は、負荷トルクτLに一致させるようにモータ出力トルクτmを制御した場合の波形図である。負荷トルクτLとモータ出力トルクτmとが一致すると、図示のように機械速度ωrは一定値になり、振動や騒音を抑制できる。但し、モータ出力トルクτmを負荷トルクτLに一致させるためには、図示のようにq軸電流指令Iq*は負荷トルクτLに応じて脈動し、これによってq軸電圧Vqも脈動する。   On the other hand, FIG. 4B is a waveform diagram when the motor output torque τm is controlled to match the load torque τL. When the load torque τL and the motor output torque τm coincide, the machine speed ωr becomes a constant value as shown in the figure, and vibration and noise can be suppressed. However, in order to make the motor output torque τm coincide with the load torque τL, the q-axis current command Iq * pulsates according to the load torque τL as shown in the figure, and the q-axis voltage Vq also pulsates.

しかし、速度変動を抑制する制御を行うと、別の問題が発生することがある。
そこで、図5(a),(b)に示す波形図を参照し、速度変動を抑制する制御を行った場合の問題点を説明する。図5(a)は、図4(b)に示したq軸電圧Vqの波形を、変調率khとして示したものである。ここで、変調率khは下式(3)で表される。

Figure 0006590602
式(3)において、Edは直流電源35(図1参照)が出力する直流電圧値である。また、V1は、モータ印加電圧Vu,Vv,Vwの基本波の波高値である。 However, when the control for suppressing the speed fluctuation is performed, another problem may occur.
Therefore, the problem in the case where the control for suppressing the speed fluctuation is performed will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS. FIG. 5A shows the waveform of the q-axis voltage Vq shown in FIG. 4B as the modulation factor kh. Here, the modulation factor kh is expressed by the following equation (3).
Figure 0006590602
In Expression (3), Ed is a DC voltage value output from the DC power supply 35 (see FIG. 1). V1 is the peak value of the fundamental wave of the motor applied voltages Vu, Vv, Vw.

変調率khには、実現可能な最大値である変調率制限値khmaxが存在する。これは、電力変換回路34(図1参照)にて直流電圧EdをPWM変調してモータ印加電圧Vu,Vv,Vwを生成している関係上、モータ印加電圧の瞬時値が直流電圧Edを超えられないためである。モータ印加電圧が正弦波であるとすると、変調率制限値khmaxは「1.0」になる。しかし、第3次高調波を注入することで、変調率制限値khmaxを「1.15」にすることができる。そして、変調率khが「1.15」以下であれば、モータ印加電圧を変調率khに対して線形に変化させることができる。そこで、「1.15」以下である変調率khの領域を「線形領域」と呼ぶ。   The modulation rate kh has a modulation rate limit value khmax, which is the maximum value that can be realized. This is because the instantaneous value of the motor applied voltage exceeds the DC voltage Ed because the motor applied voltages Vu, Vv, and Vw are generated by PWM modulation of the DC voltage Ed by the power conversion circuit 34 (see FIG. 1). It is because it is not possible. If the motor applied voltage is a sine wave, the modulation factor limit value khmax is “1.0”. However, the modulation factor limit value khmax can be set to “1.15” by injecting the third harmonic. If the modulation rate kh is “1.15” or less, the motor applied voltage can be changed linearly with respect to the modulation rate kh. Therefore, a region of modulation factor kh that is “1.15” or less is referred to as a “linear region”.

さらに、モータ印加電圧に第5次以上の高調波を注入し、電圧波形を台形状にすることにより、変調率制限値khmaxを「1.25」にまで高めることができる。但し、変調率khが「1.15」を超えると、変調率khの僅かな変化によってモータ印加電圧が急激に変化する等、変調率khとモータ印加電圧との関係が非線形になる。そこで、「1.15」を超える変調率khの領域を「過変調領域」と呼ぶ。   Furthermore, the modulation factor limit value khmax can be increased to “1.25” by injecting fifth or higher harmonics into the motor applied voltage and making the voltage waveform trapezoidal. However, when the modulation rate kh exceeds “1.15”, the relationship between the modulation rate kh and the motor applied voltage becomes nonlinear, for example, the motor applied voltage changes suddenly due to a slight change in the modulation rate kh. Therefore, a region having a modulation factor kh exceeding “1.15” is referred to as an “overmodulation region”.

図5(a)は、負荷トルクτLの変動幅が小さく、変調率khが線形出力できる変調率制限値khmax(ここでは、線形領域の最大値「1.15」であるとする)を超えていない場合の波形図である。一方、図5(b)は、圧縮機負荷トルクの変動幅が増加し、破線で示す変調率指令kh*(理想的な変調率)が、期間T1において変調率制限値khmaxを超えている場合を示している。期間T1において、実際の変調率khは実線で示すように変調率制限値khmaxに制限されるため、所望の電圧をモータ36に印加できなくなる。これにより、速度変動抑制制御の効果が低減し、振動や騒音が増大する可能性が生じる。そのため、図5(b)のような状態が生じると、これを速やかに解消することが望ましい。   In FIG. 5A, the fluctuation range of the load torque τL is small, and the modulation factor kh exceeds the modulation factor limit value khmax (here, the maximum value “1.15” in the linear region) that can be linearly output. It is a wave form diagram when there is not. On the other hand, FIG. 5B shows a case where the fluctuation range of the compressor load torque increases and the modulation rate command kh * (ideal modulation rate) indicated by the broken line exceeds the modulation rate limit value khmax in the period T1. Is shown. In the period T1, the actual modulation rate kh is limited to the modulation rate limit value khmax as indicated by the solid line, and therefore a desired voltage cannot be applied to the motor 36. Thereby, the effect of the speed fluctuation suppression control is reduced, and there is a possibility that vibration and noise increase. For this reason, when a state such as that shown in FIG.

そこで、図6を参照し、図5(b)に示した状態を解消する方法の一つを説明する。
図6は、変調率khと、d軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**の電圧位相θVの波形の一例を示す図であり、変調率制限値khmaxを破線で示す。図6における区間TAは、図5(b)と同様の状態になっており、変調率指令kh*のピーク付近が変調率制限値khmaxを超えているため、実際の変調率khは、ピーク付近が切られたような波形になる。これにより、モータ印加電圧Vu,Vv,Vwの波高値が抑えられ、線形制御ができなくなる。
Therefore, referring to FIG. 6, one method for eliminating the state shown in FIG. 5B will be described.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the modulation rate kh and the waveform of the voltage phase θV of the d-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq **, and the modulation rate limit value khmax is indicated by a broken line. The section TA in FIG. 6 is in the same state as in FIG. 5B, and since the vicinity of the peak of the modulation rate command kh * exceeds the modulation rate limit value khmax, the actual modulation rate kh is near the peak. It becomes a waveform that is cut off. As a result, the peak values of the motor applied voltages Vu, Vv, Vw are suppressed, and linear control cannot be performed.

そこで、区間TBに示す通ように、変調率指令kh*のピーク値が変調率制限値khmaxを超えないように、電圧位相θVを補正位相値ΔθVweakだけ進める弱め界磁制御を行えばよい。
図6に対応する、dq座標系におけるベクトル図を図7に示す。
図7において電圧ベクトルVAは区間TAに対応し、電圧ベクトルVBは区間TBに対応する。
Therefore, as shown in the section TB, field weakening control may be performed to advance the voltage phase θV by the correction phase value ΔθV weak so that the peak value of the modulation rate command kh * does not exceed the modulation rate limit value khmax.
FIG. 7 shows a vector diagram in the dq coordinate system corresponding to FIG.
In FIG. 7, the voltage vector VA corresponds to the section TA, and the voltage vector VB corresponds to the section TB.

以上のように、変調率khが「1.15」以下であれば、弱め界磁制御と速度変動抑制制御とを兼ねることができる。しかし、この方法では、モータ36の高速回転域において補正位相値ΔθVweakが大きくなり、d軸電流が増大するため、大幅に効率が悪くなるという問題が生じる。そのため、高速回転域においては、過変調領域にてモータ36を駆動するように(すなわち過変調弱め界磁制御を行うように)、制御状態を切り替えることが望ましい。 As described above, if the modulation factor kh is “1.15” or less, the field-weakening control and the speed fluctuation suppression control can be performed together. However, in this method, the correction phase value ΔθV weak becomes large in the high-speed rotation region of the motor 36, and the d-axis current increases. For this reason, in the high-speed rotation region, it is desirable to switch the control state so that the motor 36 is driven in the overmodulation region (that is, overmodulation field weakening control is performed).

制御状態を切り替えるにあたっては、速度変動抑制制御を一旦停止させた後に過変調弱め界磁制御を実行することも可能である。しかし、速度変動抑制制御を一旦停止させると、その際にトルク変動や回転速度変動が生じ、振動や騒音が大きくなるという問題が生じる。そこで、本実施形態においては、速度変動抑制制御において、変調率khの振幅を徐々に低減していき、変調率khの振幅が零値なった後に、過変調弱め界磁制御に切り替えるようにしている。   In switching the control state, it is also possible to execute overmodulation field weakening control after temporarily stopping the speed fluctuation suppression control. However, once the speed fluctuation suppression control is stopped, torque fluctuation and rotational speed fluctuation occur at that time, causing a problem that vibration and noise increase. Therefore, in the present embodiment, in the speed fluctuation suppression control, the amplitude of the modulation factor kh is gradually reduced, and after the amplitude of the modulation factor kh becomes zero, switching to overmodulation field weakening control is performed.

(制御切替指令部9)
図2に戻り、制御切替指令部9は、変調率指令kh*と、回転速度検出値ωとに基づいて、モード指定信号MD、振幅制限値WI等の制御信号を出力する。上述したように、振幅制限値WIは、速度変動抑制電流指令Iqsin*の振幅の制限値であり、振幅リミッタ部84(図3参照)に供給される。また、モード指定信号MDは、次の何れかの動作モードを指定する信号である。
・速度変動抑制モード(第1の動作モード):この動作モードは上述した速度変動抑制制御を実現するモードである。
・過変調弱め界磁モード(第2の動作モード):この動作モードは、上述した過変調弱め界磁制御を実現するモードである。
(Control switching command section 9)
Returning to FIG. 2, the control switching command unit 9 outputs control signals such as the mode designation signal MD and the amplitude limit value WI based on the modulation rate command kh * and the rotation speed detection value ω. As described above, the amplitude limit value WI is the limit value of the amplitude of the speed fluctuation suppression current command Iqsin *, and is supplied to the amplitude limiter unit 84 (see FIG. 3). The mode designation signal MD is a signal that designates one of the following operation modes.
Speed fluctuation suppression mode (first operation mode): This operation mode is a mode for realizing the speed fluctuation suppression control described above.
Overmodulation field weakening mode (second operation mode): This operation mode is a mode for realizing the above-described overmodulation field weakening control.

(変調率設定部14)
変調率設定部14は、制御切替指令部9から供給されるモード指定信号MDに基づいて、変調率制限値khmaxを出力する。すなわち、変調率設定部14は、速度変動抑制モードにおいては、変調率制限値khmaxを所定値kh1=1.15に設定し、過変調弱め界磁モードにおいては、変調率制限値khmaxを所定値kh2=1.25に設定する。なお、モード指定信号MDが変更された際には、変調率制限値khmaxが所定値kh1から所定値kh2に、または所定値kh2から所定値kh1に徐々に変化するように設定する。
(Modulation rate setting unit 14)
The modulation rate setting unit 14 outputs the modulation rate limit value khmax based on the mode designation signal MD supplied from the control switching command unit 9. That is, the modulation rate setting unit 14 sets the modulation rate limit value khmax to the predetermined value kh1 = 1.15 in the speed fluctuation suppression mode, and sets the modulation rate limit value khmax to the predetermined value in the overmodulation field weakening mode. Set kh2 = 1.25. When the mode designation signal MD is changed, the modulation factor limit value khmax is set to gradually change from the predetermined value kh1 to the predetermined value kh2 or from the predetermined value kh2 to the predetermined value kh1.

(補正位相演算部13)
補正位相演算部13は、変調率設定部14から出力される変調率制限値khmaxと、変調率指令kh*とに基づいて、補正位相値ΔθVweakを出力する。
ここで、図8に示すブロック図を参照し、補正位相演算部13の構成を説明する。
図8においてピークホールド器131は、変調率指令kh*に正のピーク値が現れると、そのピーク値をラッチして出力する。減算器132は、このピーク値から変調率制限値khmaxを減算する。ここで、減算器132の出力信号が正値であったとすると、図5(b)に示したように、実際の変調率khは、ピーク付近が切られたような波形になる。
(Correction phase calculator 13)
The correction phase calculator 13 outputs the correction phase value ΔθV weak based on the modulation rate limit value khmax output from the modulation rate setting unit 14 and the modulation rate command kh *.
Here, the configuration of the correction phase calculator 13 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
In FIG. 8, when a positive peak value appears in the modulation factor command kh *, the peak hold unit 131 latches and outputs the peak value. The subtractor 132 subtracts the modulation factor limit value khmax from this peak value. Here, assuming that the output signal of the subtractor 132 is a positive value, the actual modulation rate kh has a waveform in which the vicinity of the peak is cut as shown in FIG.

積分器133は、減算器132の出力信号に積分定数Kvを乗算し積分する。位相出力部134は、積分器133の積分結果に応じた補正位相値ΔθVweakを出力する。すなわち、積分結果が負値であれば、補正位相値ΔθVweakは零値になり、積分結果が正値であれば、補正位相値ΔθVweakは積分結果に対して単調増加する値になる。 The integrator 133 multiplies the output signal of the subtracter 132 by an integration constant Kv and integrates it. The phase output unit 134 outputs a corrected phase value ΔθV weak corresponding to the integration result of the integrator 133. That is, if the integration result is a negative value, the correction phase value ΔθV weak becomes a zero value, and if the integration result is a positive value, the correction phase value ΔθV weak becomes a value that monotonously increases with respect to the integration result.

上述したように、補正位相値ΔθVweakが電圧補正演算部4に供給されると、電圧補正演算部4においては、d軸,q軸モータ電圧指令Vd*,Vq*の電圧位相θVを補正位相値ΔθVweakだけ進めたd軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**が出力される。これにより、変調率khのピーク値は、変調率制限値khmaxに近づいてゆき、やがて一致するようになる。 As described above, when the correction phase value ΔθV weak is supplied to the voltage correction calculation unit 4, the voltage correction calculation unit 4 corrects the voltage phase θV of the d-axis and q-axis motor voltage commands Vd * and Vq *. The d-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq ** advanced by the value ΔθV weak are output. As a result, the peak value of the modulation factor kh approaches the modulation factor limit value khmax and eventually coincides.

(直流電圧検出部16)
図2に戻り、直流電圧検出部16は、直流電源35(図1参照)が出力する直流電圧Edを検出し、その結果を直流電圧検出値Edcとして出力する。
(変調率演算部12)
変調率演算部12は、直流電圧検出値Edcと、電圧演算部3から出力されるd軸,q軸モータ電圧指令Vd*,Vq*とに基づいて、変調率指令kh*を算出する。
(DC voltage detector 16)
Returning to FIG. 2, the DC voltage detection unit 16 detects the DC voltage Ed output from the DC power supply 35 (see FIG. 1), and outputs the result as a DC voltage detection value Edc.
(Modulation rate calculator 12)
The modulation factor calculator 12 calculates a modulation factor command kh * based on the detected DC voltage value Edc and the d-axis and q-axis motor voltage commands Vd * and Vq * output from the voltage calculator 3.

(軸誤差演算部11)
軸誤差演算部11は、d軸,q軸修正モータ電圧指令Vd**,Vq**と、d軸,q軸電流検出値Idc,Iqcと、回転速度指令ω*とに基づき、下式(4)によって、モータ36の回転子の電気角の推定値(後述する推定角度位置θd)と、実際の電気角との差である軸誤差演算値Δθを出力する。

Figure 0006590602
(Axis error calculator 11)
Based on the d-axis and q-axis corrected motor voltage commands Vd ** and Vq **, the d-axis and q-axis current detection values Idc and Iqc, and the rotational speed command ω *, the axis error calculation unit 11 4), the estimated value of the electrical angle of the rotor of the motor 36 (estimated angular position θd to be described later) and the axis error calculation value Δθ, which is the difference between the actual electrical angle, are output.
Figure 0006590602

(PLL位相演算部15,積分器17)
また、PLL位相演算部15は、軸誤差演算値Δθが零値に近づくように、比例積分制御を用いて、回転速度検出値ωを出力する。また、積分器17は、回転速度検出値ωを積分することによって、推定角度位置θdを出力する。
このように、軸誤差演算部11、PLL位相演算部15、積分器17によって、モータ36の位置センサレス制御を実現するために、推定角度位置θdを求めることができる。
(PLL phase calculation unit 15, integrator 17)
In addition, the PLL phase calculation unit 15 outputs the rotation speed detection value ω using proportional integral control so that the axis error calculation value Δθ approaches a zero value. Further, the integrator 17 outputs the estimated angular position θd by integrating the rotational speed detection value ω.
As described above, the estimated angular position θd can be obtained by the axis error calculation unit 11, the PLL phase calculation unit 15, and the integrator 17 in order to realize the position sensorless control of the motor 36.

<実施形態の動作>
(動作の概要)
次に、図9(a)〜(c)に示す波形図を参照し、本実施形態の動作の概要を説明する。
図9(a)〜(c)は、各々回転速度検出値ω、変調率kh、電圧位相θVの波形図である。何れも横軸は時刻を示すが、加速時は左から右へ、減速時は右から左へ時刻が進むこととする。
<Operation of Embodiment>
(Overview of operation)
Next, the outline of the operation of this embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS.
FIGS. 9A to 9C are waveform diagrams of the rotational speed detection value ω, the modulation factor kh, and the voltage phase θV, respectively. In either case, the horizontal axis indicates time, but the time advances from left to right during acceleration and from right to left during deceleration.

まず、回転速度検出値ωの加速時における動作の概要を説明する。図9(a)〜(c)において、時刻t0〜t1の区間TDは、回転速度検出値ωが一定になっており、変調率khが脈動トルク成分ΔTmに応じて変動し、モータ出力トルクτmは負荷トルクτLとほぼ等しくなるように制御されている。   First, the outline of the operation at the time of acceleration of the rotational speed detection value ω will be described. 9A to 9C, in the section TD from time t0 to t1, the rotational speed detection value ω is constant, the modulation factor kh varies according to the pulsation torque component ΔTm, and the motor output torque τm Is controlled to be substantially equal to the load torque τL.

区間TDにおいては、動作モードとして速度変動抑制モードが選択されており、変調率制限値khmaxは、所定値kh1(=1.15)に設定されている。また、区間TDにおいて電圧位相θVは零値より若干高い正値になっており、弱め界磁制御が適用されている。すなわち、区間TDにおいては、速度変動抑制制御と弱め界磁制御とが兼用されている。   In the section TD, the speed fluctuation suppression mode is selected as the operation mode, and the modulation factor limit value khmax is set to a predetermined value kh1 (= 1.15). In the section TD, the voltage phase θV is a positive value slightly higher than the zero value, and field weakening control is applied. That is, in the section TD, the speed fluctuation suppression control and the field weakening control are combined.

また、時刻t1〜t3の区間TEでは、回転速度検出値ωが時間の経過とともに高くなっている。これにより、変調率khの平均値である平均変調率khaveも時間の経過とともに高くなっている。ここで、図9(b)に示すように、本実施形態では、変調率khの変動振幅は、時間の経過とともに小さくされる。   In addition, in the section TE from time t1 to time t3, the rotational speed detection value ω increases with time. As a result, the average modulation rate khave, which is the average value of the modulation rate kh, also increases with time. Here, as shown in FIG. 9B, in this embodiment, the fluctuation amplitude of the modulation rate kh is reduced with the passage of time.

時刻t2では、変調率khの変動振幅は零値になり、その際に速度変動抑制電流指令Iqsin*は零値に設定される。すなわち、速度変動抑制制御は停止される。これによって、図9(c)に示すように、時刻t2において電圧位相θVが若干下がる。また、時刻t2以降も回転速度検出値ωが上昇し、時刻t3には平均変調率khaveが所定値kh1(=1.15)に達する。これにより、動作モードが過変調弱め界磁モードに切り替えられ、変調率制限値khmaxは、所定値kh2(=1.25)に上昇される。時刻t3以降の区間TFにおいても、回転速度検出値ωは上昇し続け、それとともに電圧位相θVも大きくなっている。   At time t2, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh becomes zero, and at that time, the speed fluctuation suppression current command Iqsin * is set to zero. That is, the speed fluctuation suppression control is stopped. As a result, as shown in FIG. 9C, the voltage phase θV slightly decreases at time t2. Further, the rotational speed detection value ω increases after time t2, and the average modulation factor khave reaches a predetermined value kh1 (= 1.15) at time t3. As a result, the operation mode is switched to the overmodulation field weakening mode, and the modulation factor limit value khmax is increased to a predetermined value kh2 (= 1.25). Also in the section TF after time t3, the rotational speed detection value ω continues to rise, and the voltage phase θV also increases with it.

図10に示すベクトル図では、上述した区間TD,TE,TFに対応するdq座標系における電圧ベクトルをVD,VE,VFとして示す。図10において電圧ベクトルVEは、電圧ベクトルVDと同一の振幅を有し、その電圧位相θVEは、電圧ベクトルVDの電圧位相θVDよりも進んでいる。また、電圧ベクトルVFは、電圧ベクトルVEよりも振幅が大きくなっており、電圧位相θVFはさらに進んでいる。   In the vector diagram shown in FIG. 10, voltage vectors in the dq coordinate system corresponding to the above-described sections TD, TE, and TF are shown as VD, VE, and VF. In FIG. 10, the voltage vector VE has the same amplitude as the voltage vector VD, and its voltage phase θVE is ahead of the voltage phase θVD of the voltage vector VD. Further, the voltage vector VF has a larger amplitude than the voltage vector VE, and the voltage phase θVF is further advanced.

以上のように、速度変動抑制モードにおける変調率khの変動振幅を徐々に低減(加速時)し、または徐々に増加させる(減速時)ことにより、速度変動抑制モードと過変調弱め界磁モードとの間の切替を安定的に実現できる。   As described above, by gradually reducing (acceleration) or gradually increasing (deceleration) the fluctuation amplitude of the modulation factor kh in the speed fluctuation suppression mode, the speed fluctuation suppression mode, the overmodulation field weakening mode, Can be stably realized.

(動作の詳細)
制御器30において実行される制御プログラムのフローチャートを、図11および図12に示す。
図11において処理がステップS2に進むと、現在の動作モードが速度変動抑制モード、過変調弱め界磁モードのうち何れであるかが判定される。動作モードが速度変動抑制モードであれば、処理はステップS4に進み、制御切替指令部9(図3参照)によって、その時点の回転速度検出値ωと、平均変調率指令khave*とを取得する。なお、平均変調率指令khave*とは、変調率指令kh*の移動平均値であり、変調率指令kh*が変調率制限値khmaxを超えない限り、図9(b)に示した平均変調率khaveと同様である。
(Details of operation)
A flowchart of a control program executed in the controller 30 is shown in FIGS.
In FIG. 11, when the process proceeds to step S2, it is determined whether the current operation mode is the speed fluctuation suppression mode or the overmodulation field weakening mode. If the operation mode is the speed fluctuation suppression mode, the process proceeds to step S4, and the control switching command unit 9 (see FIG. 3) acquires the rotational speed detection value ω and the average modulation rate command khave * at that time. . The average modulation rate command khave * is a moving average value of the modulation rate command kh *. Unless the modulation rate command kh * exceeds the modulation rate limit value khmax, the average modulation rate shown in FIG. Same as khave.

次に、処理がステップS6に進むと、制御切替指令部9は、過去に複数回に渡り取得した回転速度検出値ωに基づいて、加減速状態を判定する。ここで、加速も減速もされていない「一定速」であると判定されると、処理はステップS2に戻る。一方、「加速中」であると判定されると、処理はステップS8に進む。   Next, when the process proceeds to step S6, the control switching command unit 9 determines the acceleration / deceleration state based on the detected rotational speed value ω acquired multiple times in the past. Here, if it is determined that the speed is “constant speed” that is neither accelerated nor decelerated, the process returns to step S2. On the other hand, if it is determined that the vehicle is accelerating, the process proceeds to step S8.

ステップS8においては、制御切替指令部9は、回転速度検出値ωが所定の制限開始速度ωth以上であるか否かを判定する。これは、回転速度検出値ωが低速回転域である場合は、弱め界磁制御を適用しないためである。回転速度検出値ωが制限開始速度ωth未満の低速回転域であれば、「No」と判定され、処理はステップS12に進む。   In step S8, the control switching command unit 9 determines whether or not the rotational speed detection value ω is equal to or higher than a predetermined limit start speed ωth. This is because the field-weakening control is not applied when the rotation speed detection value ω is in the low-speed rotation range. If the rotation speed detection value ω is a low speed rotation region less than the limit start speed ωth, it is determined as “No”, and the process proceeds to step S12.

ステップS12においては、制御切替指令部9は、振幅制限値WIが零値であるか否かを判定する。回転速度検出値ωが低速回転域であれば、振幅制限値WIは最大値WImaxであるため、「No」と判定され、処理はステップS16に進む。ステップS16においては、制御切替指令部9は、平均変調率指令khave*が所定値kh1(=1.15)に達したか否かを判定する。回転速度検出値ωが低速回転域であれば、平均変調率指令khave*は所定値kh1よりも低くなるため、「No」と判定され、処理はステップS2に戻る。   In step S12, the control switching command unit 9 determines whether or not the amplitude limit value WI is a zero value. If the rotation speed detection value ω is in the low speed rotation range, the amplitude limit value WI is the maximum value WImax, so it is determined “No”, and the process proceeds to step S16. In step S16, the control switching command unit 9 determines whether or not the average modulation rate command khave * has reached a predetermined value kh1 (= 1.15). If the rotation speed detection value ω is in the low speed rotation range, the average modulation rate command khave * is lower than the predetermined value kh1, so it is determined “No”, and the process returns to step S2.

このように、低速回転域で加速中であれば、ステップS2,S4,S6,S8,S12,S16のループが繰り返される。その後、回転速度検出値ωが制限開始速度ωth以上になると、ステップS8において「Yes」と判定され、処理はステップS10に進む。ステップS10においては、制御切替指令部9は、振幅制限値WIを所定値だけ減少させる。ステップS10の処理は、加速中である限り繰り返し実行されるため、時間の経過とともに、振幅制限値WIは徐々に減少してゆく。   As described above, if the vehicle is accelerating in the low speed rotation region, the loop of steps S2, S4, S6, S8, S12, and S16 is repeated. Thereafter, when the detected rotational speed value ω becomes equal to or higher than the limit start speed ωth, “Yes” is determined in step S8, and the process proceeds to step S10. In step S10, the control switching command unit 9 decreases the amplitude limit value WI by a predetermined value. Since the process of step S10 is repeatedly executed as long as acceleration is being performed, the amplitude limit value WI gradually decreases with the passage of time.

振幅制限値WIが徐々に減少する期間においては、図9(b)の区間TEに示したように、変調率khの変動振幅も徐々に減少してゆくことになる。やがて振幅制限値WIが零値になると、ステップS12において「Yes」と判定され、処理はステップS14に進む。ステップS14では、制御切替指令部9によって、速度変動抑制制御が停止される。すなわち、速度変動抑制電流指令Iqsin*は零値にされる。   In the period in which the amplitude limit value WI gradually decreases, as shown in the section TE in FIG. 9B, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh also gradually decreases. When the amplitude limit value WI eventually becomes zero, “Yes” is determined in step S12, and the process proceeds to step S14. In step S14, the speed change suppression control is stopped by the control switching command unit 9. That is, the speed fluctuation suppression current command Iqsin * is set to zero.

回転速度検出値ωがさらに増加してゆくと、やがて平均変調率指令khave*が所定値kh1に達する。この場合は、ステップS16において「Yes」と判定され、処理はステップS18に進む。ここでは、制御切替指令部9において、振幅制限値WIが零値に設定されるとともに、動作モードが過変調弱め界磁モードに切り替えられる。   As the rotational speed detection value ω further increases, the average modulation rate command khave * eventually reaches a predetermined value kh1. In this case, “Yes” is determined in step S16, and the process proceeds to step S18. Here, in the control switching command unit 9, the amplitude limit value WI is set to a zero value, and the operation mode is switched to the overmodulation field weakening mode.

但し、動作モードを実際に過変調弱め界磁モードに切り替えるタイミングは、ステップS18が実行された後、最初に変調率指令kh*が平均変調率指令khave*に達したタイミング(または変調率khが平均変調率khaveに達したタイミング)である。これは、動作モードの切替によるショックをなるべく小さくするためである。また、動作モードが過変調弱め界磁モードに切り替えられると、変調率設定部14は、変調率制限値khmaxが所定値kh2(=1.25)になるように、徐々に上昇させる。なお、過変調弱め界磁モードにおける処理については後述する。   However, the timing at which the operation mode is actually switched to the overmodulation field weakening mode is the timing at which the modulation rate command kh * first reaches the average modulation rate command khave * after step S18 is executed (or the modulation rate kh is The timing at which the average modulation rate khave is reached). This is to minimize the shock caused by switching the operation mode. When the operation mode is switched to the overmodulation field weakening mode, the modulation factor setting unit 14 gradually increases the modulation factor limit value khmax so as to become the predetermined value kh2 (= 1.25). The processing in the overmodulation field weakening mode will be described later.

次に、速度変動抑制モードにおいて、減速中である場合の処理を説明する。
ステップS6において加減速状態が「減速中」であると判定されると、処理は図12のステップS20に進む。ここでは、制御切替指令部9によって、振幅制限値WIは最大値WImax未満であるか否かが判定される。ここで「Yes」と判定されると、処理はステップS22に進み、制御切替指令部9によって振幅制限値WIが所定値だけ増加される。なお、振幅制限値WIが最大値WImaxに等しい場合は、ステップS22はスキップされる。
Next, processing when the vehicle is decelerating in the speed fluctuation suppression mode will be described.
If it is determined in step S6 that the acceleration / deceleration state is “decelerating”, the process proceeds to step S20 in FIG. Here, the control switching command unit 9 determines whether the amplitude limit value WI is less than the maximum value WImax. If "Yes" is determined here, the process proceeds to step S22, and the amplitude limit value WI is increased by a predetermined value by the control switching command unit 9. If the amplitude limit value WI is equal to the maximum value WImax, step S22 is skipped.

次に、処理がステップS24に進むと、制御切替指令部9によって、平均変調率指令khave*が所定変調率khx以下であるか否かが判定される。なお、所定変調率khxは、振幅制限値WIを直ちに最大値WImaxにしても差し支えない程度の充分に低い値に設定されている。ここで「Yes」と判定されると、処理はステップS26に進み、制御切替指令部9によって、振幅制限値WIが最大値WImaxに設定される。なお、平均変調率khaveが所定変調率khxを超える場合は、ステップS24において「No」と判定されステップS26はスキップされる。このように、ステップS20〜S26の処理が終了すると、処理はステップS2に戻る。   Next, when the process proceeds to step S24, the control switching command unit 9 determines whether or not the average modulation rate command khave * is equal to or less than a predetermined modulation rate khx. The predetermined modulation rate khx is set to a sufficiently low value that the amplitude limit value WI can be immediately set to the maximum value WImax. If "Yes" is determined here, the process proceeds to step S26, and the amplitude limit value WI is set to the maximum value WImax by the control switching command unit 9. If the average modulation rate khave exceeds the predetermined modulation rate khx, “No” is determined in step S24, and step S26 is skipped. Thus, when the processing of steps S20 to S26 is completed, the processing returns to step S2.

ステップS20の判定は、加減速状態が減速中である限り繰り返し実行されるため、振幅制限値WIが最大値WImax未満である限り、ステップS22も繰り返し実行される。これにより、やがて振幅制限値WIは最大値WImaxに達する。また、平均変調率指令khave*が所定変調率khx以下になると、ステップS26において、振幅制限値WIは直ちに最大値WImaxに設定される。これにより、減速中においては、比較的速やかに振幅制限値WIが最大値WImaxに達し、速度変動抑制電流指令Iqsin*によって、モータ36の振動が抑制される。   Since the determination in step S20 is repeatedly executed as long as the acceleration / deceleration state is decelerating, step S22 is also repeatedly executed as long as the amplitude limit value WI is less than the maximum value WImax. As a result, the amplitude limit value WI eventually reaches the maximum value WImax. When the average modulation rate command khave * becomes equal to or less than the predetermined modulation rate khx, the amplitude limit value WI is immediately set to the maximum value WImax in step S26. Thus, during deceleration, the amplitude limit value WI reaches the maximum value WImax relatively quickly, and the vibration of the motor 36 is suppressed by the speed fluctuation suppression current command Iqsin *.

次に、過変調弱め界磁モードにおける処理を説明する。
ステップS2において、動作モードが過変調弱め界磁モードであると判定されると、処理は図12のステップS30に進み、平均変調率指令khave*が取得される。次に、処理がステップS32に進むと、平均変調率指令khave*は所定値kh1(=1.15)以下であるか否かが判定される。ここで「Yes」と判定されると、処理はステップS34に進み、制御切替指令部9によって動作モードが速度変動抑制モードに切り替えられる。
Next, processing in the overmodulation field weakening mode will be described.
If it is determined in step S2 that the operation mode is the overmodulation field weakening mode, the process proceeds to step S30 in FIG. 12, and an average modulation rate command khave * is acquired. Next, when the process proceeds to step S32, it is determined whether or not the average modulation rate command khave * is equal to or less than a predetermined value kh1 (= 1.15). If "Yes" is determined here, the process proceeds to step S34, and the operation mode is switched to the speed fluctuation suppression mode by the control switching command unit 9.

但し、動作モードを切り替えるタイミングは、ステップS34が実行された後、最初に変調率指令kh*が平均変調率指令khave*に達したタイミング(または変調率khが平均変調率khaveに達したタイミング)である。また、動作モードが速度変動抑制モードに切り替えられると、変調率設定部14は、変調率制限値khmaxが所定値kh1(=1.15)になるように、徐々に減少させる。   However, the timing for switching the operation mode is the timing when the modulation rate command kh * first reaches the average modulation rate command khave * after step S34 is executed (or the timing when the modulation rate kh reaches the average modulation rate khave). It is. When the operation mode is switched to the speed fluctuation suppression mode, the modulation rate setting unit 14 gradually decreases the modulation rate limit value khmax so as to become the predetermined value kh1 (= 1.15).

以上のように、本実施形態のモータ駆動システムは、周期的に変動する負荷トルク(τL)を発生させる負荷装置(38)を駆動するモータ(36)に対して、直流電圧(Ed)を交流電圧(Vu,Vv,Vw)に変換して印加する電力変換回路(34)と、前記負荷トルク(τL)の周期的な変動に対応して変動するトルク変動補償量(Iqsin*)を出力するトルク変動補償量出力部(8)と、前記トルク変動補償量(Iqsin*)に基づいて、モータが出力するモータ出力トルク(τM)を変動させることによって前記モータ(36)の回転速度変動を抑制する速度変動抑制部(2)と、第1の動作モード(速度変動抑制モード)または第2の動作モード(過変調弱め界磁モード)のうち何れかの動作モードを指定する機能と、前記動作モードを切り替える前に、前記トルク変動補償量(Iqsin*)の変動振幅を抑制する機能とを有する動作モード指定部(9)と、前記第1の動作モードにおいて、前記電力変換回路(34)における変調率(kh)を第1の所定値(kh1)以下に抑制する機能と、前記第2の動作モードにおいて、前記変調率(kh)を前記第1の所定値(kh1)とは異なる第2の所定値(kh2)以下に抑制する機能とを有する変調率設定部(14)と、を有するものである。   As described above, the motor drive system according to the present embodiment applies a direct current voltage (Ed) to the motor (36) that drives the load device (38) that generates a periodically varying load torque (τL). A power conversion circuit (34) that converts and applies voltages (Vu, Vv, Vw) and a torque fluctuation compensation amount (Iqsin *) that changes in accordance with the periodic fluctuation of the load torque (τL) are output. Based on the torque fluctuation compensation amount output unit (8) and the torque fluctuation compensation amount (Iqsin *), the motor output torque (τM) output from the motor is varied to suppress the rotational speed fluctuation of the motor (36). A speed fluctuation suppressing unit (2) for performing the function, designating one of the first operation mode (speed fluctuation suppression mode) or the second operation mode (overmodulation field weakening mode), and the operation Mo In the power conversion circuit (34) in the first operation mode and the operation mode designating section (9) having a function of suppressing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount (Iqsin *) before switching the mode. A function of suppressing the modulation factor (kh) to be equal to or lower than a first predetermined value (kh1), and a second that is different from the first predetermined value (kh1) in the second operation mode. And a modulation rate setting unit (14) having a function of suppressing the value to a predetermined value (kh2) or less.

また、前記動作モード指定部は、前記変調率(kh)が、前記変調率(kh)の移動平均値である平均変調率(khave)であるタイミングで、前記動作モードを切り替えるものである。   The operation mode designating unit switches the operation mode at a timing at which the modulation rate (kh) is an average modulation rate (khave) that is a moving average value of the modulation rate (kh).

また、前記動作モード指定部(9)は、前記動作モードを前記第1の動作モードから前記第2の動作モードに切り替える前に、前記トルク変動補償量(Iqsin*)の変動振幅を徐々に小さくする機能と、前記モータ(36)の減速中において、前記トルク変動補償量(Iqsin*)の変動振幅を徐々に大きくする機能を有するものである。
また、前記第2の所定値(kh2)は、前記第1の所定値(kh1)よりも高い値である
The operation mode designating section (9) gradually decreases the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount (Iqsin *) before switching the operation mode from the first operation mode to the second operation mode. And a function of gradually increasing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount (Iqsin *) during deceleration of the motor (36).
The second predetermined value (kh2) is higher than the first predetermined value (kh1).

また、モータ駆動システムは、前記変調率(kh)が前記第1の所定値(kh1)または前記第2の所定値(kh2)を超えないように前記交流電圧(Vu,Vv,Vw)の位相を制御する補正位相演算部(13)をさらに有するものである。   In addition, the motor drive system may be arranged such that the phase of the AC voltage (Vu, Vv, Vw) is such that the modulation factor (kh) does not exceed the first predetermined value (kh1) or the second predetermined value (kh2). And a correction phase calculation unit (13) for controlling.

これらの特徴により、本実施形態のモータ駆動システムは、周期的に変動する負荷トルクτLの振動低減を行う速度変動抑制制御と弱め界磁制御(特に過変調領域の弱め界磁制御)を切り替える際にモータ電流や回転速度の変動を防止することが可能となり、低速回転域の高効率化と高速回転域の駆動範囲の拡大の両立をするとともに、更なる高出力化が図れ、モータ36および負荷装置38における低振動化が実現できる。   Due to these features, the motor drive system of the present embodiment can change the motor current and the current when switching between the speed fluctuation suppression control and the field weakening control (particularly the field weakening control in the overmodulation region) for reducing the vibration of the periodically varying load torque τL. This makes it possible to prevent fluctuations in the rotational speed, achieves both high efficiency in the low-speed rotation range and expansion of the drive range in the high-speed rotation range, and further increases the output, thereby reducing the motor 36 and the load device 38. Vibration can be realized.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態によるモータ駆動システムについて説明する。
本実施形態のハードウエア構成は、第1実施形態のものと同様であるが、ソフトウエア構成は、若干異なる。すなわち、本実施形態においては、回転速度検出値ωが一定速であったとしても、「将来の加速が予定されるイベント」が発生した場合には、制御切替指令部9は、第1実施形態の「加速中」の場合と同様の処理(図11のステップS8〜S18)を実行する。「将来の加速が予定される場合」とは、例えば空気調和機の冷房運転中に、ユーザによって設定温度が下げられた場合、あるいは、暖房運転中に設定温度が上げられた場合等である。
[Second Embodiment]
Next, a motor drive system according to a second embodiment of the present invention will be described.
The hardware configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the software configuration is slightly different. That is, in the present embodiment, even if the rotation speed detection value ω is constant, when the “event for which future acceleration is scheduled” occurs, the control switching command unit 9 is the first embodiment. The same processing as in the case of “accelerating” (steps S8 to S18 in FIG. 11) is executed. The case where “future acceleration is scheduled” is, for example, a case where the set temperature is lowered by the user during the cooling operation of the air conditioner, or a case where the set temperature is raised during the heating operation.

次に、図13(a)〜(c)に示す波形図を参照し、本実施形態の動作の具体例を説明する。
図13(a)の時刻t22以前は、回転速度検出値ωは一定速である。但し、時刻t21において、「将来の加速が予定されるイベント」が発生したこととする。これにより、時刻t21から、変調率khの変動振幅は徐々に小さくされ、時刻t22に変動振幅は零値にされている。
Next, a specific example of the operation of the present embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS.
Prior to time t22 in FIG. 13A, the detected rotational speed value ω is constant. However, it is assumed that an “event scheduled for future acceleration” occurs at time t21. As a result, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh is gradually reduced from time t21, and the fluctuation amplitude is made zero at time t22.

モータ駆動装置110(図1参照)は、時刻t22において変調率khの変動振幅が零値になったことを認識すると、その時点から回転速度指令ω*を上昇させる。回転速度指令ω*が上昇すると、これに追従して、図13(b)に示すように回転速度検出値ωが上昇する。そして、その後の時刻t23において、平均変調率指令khave*(図示の平均変調率khaveと同様)が所定値kh1に達すると、制御切替指令部9によって動作モードが過変調弱め界磁モードに切り替えられ、これに応じて、変調率設定部14によって、変調率制限値khmaxが所定値kh2に変更される。   When the motor driving device 110 (see FIG. 1) recognizes that the fluctuation amplitude of the modulation factor kh becomes zero at time t22, the motor driving device 110 increases the rotational speed command ω * from that point. When the rotational speed command ω * increases, the rotational speed detection value ω increases following this, as shown in FIG. At a subsequent time t23, when the average modulation rate command khave * (similar to the illustrated average modulation rate khave) reaches the predetermined value kh1, the operation mode is switched to the overmodulation field weakening mode by the control switching command unit 9. In response to this, the modulation rate setting unit 14 changes the modulation rate limit value khmax to the predetermined value kh2.

以上のように、本実施形態のモータ駆動システムによれば、回転速度検出値ωが一定速であったとしても、「将来の加速が予定されるイベント」が発生すると、変調率khの変動振幅を減少させることができる。これにより、第1実施形態と同様の効果に加えて、動作モードを過変調弱め界磁モードに速やかに切り替えることができるというさらなる効果を奏する。   As described above, according to the motor drive system of the present embodiment, even if the rotation speed detection value ω is constant, when the “event scheduled for future acceleration” occurs, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh Can be reduced. Thereby, in addition to the effect similar to 1st Embodiment, there exists the further effect that an operation mode can be rapidly switched to an overmodulation field weakening mode.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態によるモータ駆動システムについて説明する。
本実施形態のハードウエア構成は、第1実施形態のものと同様であるが、ソフトウエア構成は、若干異なる。すなわち、上述した第1実施形態のステップS12,S14(図11参照)の処理では、振幅制限値WIが零値になったことを条件として、過変調弱め界磁制御を停止していた。これに対して、本実施形態の制御切替指令部9は、振幅制限値WIが所定の制御停止振幅値以下になったことを条件として、過変調弱め界磁制御を停止させる点が異なる。ここで、「制御停止振幅値」は、零よりも大きい値である。
[Third Embodiment]
Next, a motor drive system according to a third embodiment of the present invention will be described.
The hardware configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the software configuration is slightly different. That is, in the processes of steps S12 and S14 (see FIG. 11) of the first embodiment described above, overmodulation field weakening control is stopped on condition that the amplitude limit value WI becomes zero. In contrast, the control switching command unit 9 of the present embodiment is different in that overmodulation field weakening control is stopped on condition that the amplitude limit value WI is equal to or less than a predetermined control stop amplitude value. Here, the “control stop amplitude value” is a value larger than zero.

次に、図14(a)〜(c)に示す波形図を参照し、本実施形態の動作の具体例を説明する。
図14(a)〜(c)においては、時刻t31から回転速度検出値ωが加速され、これに伴って変調率khの変動振幅も徐々に小さくなっている。そして、時刻t32において、変調率khの変動振幅が制御停止振幅値以下になり、その時点で速度変動抑制制御が停止されている。その後の動作は第1実施形態のものと同様である。制御停止振幅値は、速度変動抑制制御の停止によって生じるショックが、機器にとって許容できる範囲の値にしておくとよい。
Next, a specific example of the operation of this embodiment will be described with reference to the waveform diagrams shown in FIGS.
14A to 14C, the rotational speed detection value ω is accelerated from time t31, and accordingly, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh gradually decreases. At time t32, the fluctuation amplitude of the modulation factor kh becomes equal to or less than the control stop amplitude value, and the speed fluctuation suppression control is stopped at that time. The subsequent operation is the same as that of the first embodiment. The control stop amplitude value is preferably set to a value within a range in which a shock caused by the stop of the speed fluctuation suppression control can be accepted by the device.

以上のように、本実施形態のモータ駆動システムによれば、変調率khの変動振幅が制御停止振幅値に達すると、速度変動抑制制御を停止させることができる。これにより、第1実施形態と同様の効果に加えて、速度変動抑制制御を停止するタイミングを、第1実施形態のものより早めることができるというさらなる効果を奏する。   As described above, according to the motor drive system of this embodiment, when the fluctuation amplitude of the modulation factor kh reaches the control stop amplitude value, the speed fluctuation suppression control can be stopped. Thereby, in addition to the effect similar to 1st Embodiment, there exists the further effect that the timing which stops speed fluctuation suppression control can be made earlier than the thing of 1st Embodiment.

[第4実施形態]
次に、図15に示す正面図を参照し、本実施形態による空気調和機Aの全体構成を説明する。
図15において空気調和機Aは、室内機400と、室外機200と、リモコン410とを備えている。室内機400と室外機200とは、冷媒配管300で接続されるとともに、通信ケーブル(図示せず)を介して互いに情報を送受信する。リモコン410はユーザによって操作され、室内機400のリモコン受信部420に対して赤外線信号を送信する。当該信号の内容は、運転要求、設定温度の変更、タイマ、運転モードの変更、停止要求等の指令である。空気調和機Aは、これらの信号に基づいて、冷房モード、暖房モード、除湿モード等の空調運転を行う。
[Fourth Embodiment]
Next, with reference to the front view shown in FIG. 15, the whole structure of the air conditioner A by this embodiment is demonstrated.
In FIG. 15, the air conditioner A includes an indoor unit 400, an outdoor unit 200, and a remote controller 410. The indoor unit 400 and the outdoor unit 200 are connected by a refrigerant pipe 300 and transmit / receive information to / from each other via a communication cable (not shown). The remote controller 410 is operated by the user and transmits an infrared signal to the remote control receiver 420 of the indoor unit 400. The contents of the signal are commands such as an operation request, a change in set temperature, a timer, an operation mode change, and a stop request. The air conditioner A performs air conditioning operations such as a cooling mode, a heating mode, and a dehumidifying mode based on these signals.

室外機200は、モータ駆動装置210と、圧縮機220とを有している。このモータ駆動装置210は、第1〜第3実施形態の何れかのモータ駆動装置と同様であり、圧縮機220は、図1における機械部120と同様である。但し、圧縮機220はツインロータリ圧縮機であり、機械角1回転に2回のトルク変動が起こる。   The outdoor unit 200 includes a motor drive device 210 and a compressor 220. This motor drive device 210 is the same as any one of the motor drive devices of the first to third embodiments, and the compressor 220 is the same as the mechanical unit 120 in FIG. However, the compressor 220 is a twin rotary compressor, and the torque fluctuation occurs twice for one rotation of the mechanical angle.

以上のように、本実施形態によれば、第1〜第3実施形態の何れかのモータ駆動装置を空気調和機Aに適用することにより、低速回転域から高速回転域まで広範囲に渡って振動騒音の低減が可能であり、過変調弱め界磁制御も可能であり、最大回転速度の向上も図れ、動作モードの切替時のショックも抑制できる空気調和機を実現できる。   As described above, according to the present embodiment, by applying the motor driving device according to any one of the first to third embodiments to the air conditioner A, vibrations are generated over a wide range from the low speed rotation range to the high speed rotation range. Noise reduction is possible, overmodulation field weakening control is possible, the maximum rotation speed can be improved, and an air conditioner that can suppress shocks when switching the operation mode can be realized.

[変形例]
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
[Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. The above-described embodiments are illustrated 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 an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Further, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or to add or replace another configuration. Examples of possible modifications to the above embodiment are as follows.

(1)上記各実施形態は、位置センサレス制御を適用し、モータ36の回転角を、推定角度位置θdとして推定により得ていた。しかし、回転角センサを用いて、モータ36の回転角を検出してもよい。 (1) In each of the above embodiments, the position sensorless control is applied, and the rotation angle of the motor 36 is obtained by estimation as the estimated angular position θd. However, the rotation angle of the motor 36 may be detected using a rotation angle sensor.

(2)上記各実施形態においては、図3に示す速度変動抑制制御部8によって速度変動抑制電流指令Iqsin*を出力し、モータ出力トルクを圧縮機負荷トルクに追従させた。しかし、モータ出力トルクを圧縮機負荷トルクに追従させる制御方法は、は各種のものが知られており、「周期的に変動する負荷トルクに対応して変動するトルク変動補償量」も、種々のものが知られている。従って、「トルク変動補償量」として速度変動抑制電流指令Iqsin*以外の種々の量を適用してもよい。 (2) In each of the above-described embodiments, the speed fluctuation suppression current command Iqsin * is output by the speed fluctuation suppression control unit 8 shown in FIG. 3 so that the motor output torque follows the compressor load torque. However, there are various known control methods for causing the motor output torque to follow the compressor load torque, and “torque fluctuation compensation amount that fluctuates in response to periodically fluctuating load torque” is also various. Things are known. Therefore, various amounts other than the speed variation suppression current command Iqsin * may be applied as the “torque variation compensation amount”.

(3)上記各実施形態においては、機械部120として、シングルロータリ圧縮機、ツインロータリ圧縮機、レシプロ圧縮機等を適用した例を説明したが、機械部120には、周期的なトルク変動を起こす様々な負荷を適用してもよい。 (3) In each of the above embodiments, an example in which a single rotary compressor, a twin rotary compressor, a reciprocating compressor, or the like is applied as the mechanical unit 120 has been described. it may be applied to a variety of loads that cause.

(4)上記各実施形態においては、電圧補正演算部4にて電圧位相θVを進めることによって弱め界磁制御を実現したが、d軸電流指令演算部1にて負値のd軸電流指令Id*を出力することによって弱め界磁制御を実現してもよい。 (4) In each of the above embodiments, the field correction control is realized by advancing the voltage phase θV in the voltage correction calculation unit 4. However, the d-axis current command calculation unit 1 sets a negative d-axis current command Id *. The field weakening control may be realized by outputting.

(5)上記実施形態における制御器30のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図11,図12に示したプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
(6)図11,図12に示した処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定用途向けIC)、あるいはFPGA(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
(5) Since the hardware of the controller 30 in the above embodiment can be realized by a general computer, the programs shown in FIGS. 11 and 12 may be stored in a storage medium or distributed via a transmission line. Good.
(6) Although the process shown in FIGS. 11 and 12 has been described as a software process using a program in the above embodiment, a part or all of the process is an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Alternatively, hardware processing using an FPGA (field-programmable gate array) or the like may be used.

2 電流指令演算部(速度変動抑制部、速度変動抑制手段)
8 速度変動抑制制御部(トルク変動補償量出力部)
9 制御切替指令部(動作モード指定部、動作モード指定手段)
13 補正位相演算部
14 変調率設定部(変調率設定手段)
30 制御器(コンピュータ)
34 電力変換回路
36 モータ
38 負荷装置(圧縮機構)
Ed 直流電圧
Iqsin* 速度変動抑制電流指令(トルク変動補償量)
kh 変調率
kh1 第1の所定値
kh2 第2の所定値
khave 平均変調率
Vu,Vv,Vw モータ印加電圧(交流電圧)
2 Current command calculation section (speed fluctuation suppression section, speed fluctuation suppression means)
8 Speed fluctuation suppression control section (torque fluctuation compensation amount output section)
9 Control switching command section (operation mode designation section, operation mode designation means)
13 Correction Phase Calculation Unit 14 Modulation Rate Setting Unit (Modulation Rate Setting Unit)
30 Controller (computer)
34 Power conversion circuit 36 Motor 38 Load device (compression mechanism)
Ed DC voltage Iqsin * Speed fluctuation suppression current command (torque fluctuation compensation amount)
kh Modulation rate kh1 First predetermined value kh2 Second predetermined value khave Average modulation rate Vu, Vv, Vw Motor applied voltage (AC voltage)

Claims (8)

周期的に変動する負荷トルクを発生させる負荷装置を駆動するモータに対して、直流電圧を交流電圧に変換して印加する電力変換回路と、
前記負荷トルクの周期的な変動に対応して変動するトルク変動補償量を出力するトルク変動補償量出力部と、
前記トルク変動補償量に基づいて、前記モータが出力するモータ出力トルクを変動させることによって前記モータの回転速度変動を抑制する速度変動抑制部と、
第1の動作モードまたは第2の動作モードのうち何れかの動作モードを指定する機能と、前記動作モードを切り替える前に、前記トルク変動補償量の変動振幅を抑制する機能とを有する動作モード指定部と、
前記第1の動作モードにおいて、前記電力変換回路における変調率を第1の所定値以下に抑制する機能と、前記第2の動作モードにおいて、前記変調率を前記第1の所定値とは異なる第2の所定値以下に抑制する機能とを有する変調率設定部と、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。
A power conversion circuit that converts a DC voltage into an AC voltage and applies it to a motor that drives a load device that generates a periodically varying load torque;
A torque fluctuation compensation amount output unit that outputs a torque fluctuation compensation amount that fluctuates in response to a periodic fluctuation of the load torque;
Based on the torque fluctuation compensation amount, a speed fluctuation suppressing unit that suppresses the rotational speed fluctuation of the motor by changing the motor output torque output by the motor;
Operation mode designation having a function of designating one of the first operation mode and the second operation mode, and a function of suppressing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount before switching the operation mode And
In the first operation mode, a function of suppressing the modulation factor in the power conversion circuit to be equal to or lower than a first predetermined value, and in the second operation mode, the modulation factor is different from the first predetermined value. A modulation rate setting unit having a function of suppressing to a predetermined value of 2 or less;
A motor drive device comprising:
前記動作モード指定部は、前記変調率が、前記変調率の移動平均値である平均変調率であるタイミングで、前記動作モードを切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 1, wherein the operation mode designating unit switches the operation mode at a timing at which the modulation rate is an average modulation rate that is a moving average value of the modulation rate.
前記動作モード指定部は、前記動作モードを前記第1の動作モードから前記第2の動作モードに切り替える前に、前記トルク変動補償量の変動振幅を徐々に小さくする機能を有する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。
The operation mode designating unit has a function of gradually reducing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount before switching the operation mode from the first operation mode to the second operation mode. The motor drive device according to claim 2.
前記動作モード指定部は、前記モータの減速中において、前記トルク変動補償量の変動振幅を徐々に大きくする機能を有する
ことを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 3, wherein the operation mode designating unit has a function of gradually increasing a fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount during deceleration of the motor.
前記第2の所定値は、前記第1の所定値よりも高い値である
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
The motor driving device according to claim 4, wherein the second predetermined value is higher than the first predetermined value.
前記変調率が前記第1の所定値または前記第2の所定値を超えないように前記交流電圧の位相を制御する補正位相演算部
をさらに有することを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動装置。
6. The motor drive according to claim 5, further comprising: a correction phase calculation unit that controls a phase of the AC voltage so that the modulation factor does not exceed the first predetermined value or the second predetermined value. apparatus.
周期的に変動する負荷トルクを発生させつつ冷媒を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構を駆動するモータと、
前記モータに対して、直流電圧を交流電圧に変換して印加する電力変換回路と、
前記負荷トルクの周期的な変動に対応して変動するトルク変動補償量を出力するトルク変動補償量出力部と、
前記トルク変動補償量に基づいて、前記モータが出力するモータ出力トルクを変動させることによって前記モータの回転速度変動を抑制する速度変動抑制部と、
第1の動作モードまたは第2の動作モードのうち何れかの動作モードを指定する機能と、前記動作モードを切り替える前に、前記トルク変動補償量の変動振幅を抑制する機能とを有する動作モード指定部と、
前記第1の動作モードにおいて、前記電力変換回路における変調率を第1の所定値以下に抑制する機能と、前記第2の動作モードにおいて、前記変調率を前記第1の所定値とは異なる第2の所定値以下に抑制する機能とを有する変調率設定部と、
を有することを特徴とする空気調和機。
A compression mechanism that compresses the refrigerant while generating a periodically varying load torque;
A motor for driving the compression mechanism;
A power conversion circuit that converts a DC voltage into an AC voltage and applies the same to the motor;
A torque fluctuation compensation amount output unit that outputs a torque fluctuation compensation amount that fluctuates in response to a periodic fluctuation of the load torque;
Based on the torque fluctuation compensation amount, a speed fluctuation suppressing unit that suppresses the rotational speed fluctuation of the motor by changing the motor output torque output by the motor;
Operation mode designation having a function of designating one of the first operation mode and the second operation mode, and a function of suppressing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount before switching the operation mode And
In the first operation mode, a function of suppressing the modulation factor in the power conversion circuit to be equal to or lower than a first predetermined value, and in the second operation mode, the modulation factor is different from the first predetermined value. A modulation rate setting unit having a function of suppressing to a predetermined value of 2 or less;
The air conditioner characterized by having.
周期的に変動する負荷トルクを発生させる負荷装置を駆動するモータに対して、直流電圧を交流電圧に変換して印加する電力変換回路と、
コンピュータと、
を有するモータ駆動装置に適用されるプログラムであって、
前記コンピュータを、前記負荷トルクの周期的な変動に対応して変動するトルク変動補償量を出力するトルク変動補償量出力手段、
前記トルク変動補償量に基づいて、前記モータが出力するモータ出力トルクを変動させることによって前記モータの回転速度変動を抑制する速度変動抑制手段、
第1の動作モードまたは第2の動作モードのうち何れかの動作モードを指定する機能と、前記動作モードを切り替える前に、前記トルク変動補償量の変動振幅を抑制する機能とを有する動作モード指定手段、
前記第1の動作モードにおいて、前記電力変換回路における変調率を第1の所定値以下に抑制する機能と、前記第2の動作モードにおいて、前記変調率を前記第1の所定値とは異なる第2の所定値以下に抑制する機能とを有する変調率設定手段、
として機能させるためのプログラム。
A power conversion circuit that converts a DC voltage into an AC voltage and applies it to a motor that drives a load device that generates a periodically varying load torque;
A computer,
A program applied to a motor drive device having
A torque fluctuation compensation amount output means for outputting a torque fluctuation compensation amount that fluctuates in response to a periodic fluctuation of the load torque;
Speed fluctuation suppression means for suppressing fluctuations in the rotational speed of the motor by changing the motor output torque output by the motor based on the torque fluctuation compensation amount;
Operation mode designation having a function of designating one of the first operation mode and the second operation mode, and a function of suppressing the fluctuation amplitude of the torque fluctuation compensation amount before switching the operation mode means,
In the first operation mode, a function of suppressing the modulation factor in the power conversion circuit to be equal to or lower than a first predetermined value, and in the second operation mode, the modulation factor is different from the first predetermined value. A modulation rate setting means having a function of suppressing the value to a predetermined value of 2 or less,
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