JP6170715B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a motor driving apparatus that drives a permanent magnet synchronous motor.
複数の相巻線を有するステータおよび複数の永久磁石を有するロータからなる永久磁石同期モータ(ブラシレスDCモータともいう)が知られている。この永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置は、モータへの駆動電力を出力するインバータを備え、モータの起動に際し、各相巻線に所定の経路で励磁電流を流してロータを予め定めた初期位置へと回動させるいわゆる初期位置決めを行う。この初期位置決めの後、ロータ軸上の界磁軸(d軸)座標に換算された界磁成分電流(d軸電流)Idを各相巻線に印加する強制転流を行い、起動を完了する。そして、起動の完了後、各相巻線に流れる電流(相電流)を検出し、その検出電流に基づいてロータ速度(=角速度)を推定し、この推定ロータ速度が目標速度となるようインバータのスイッチングを制御するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行う。 There is known a permanent magnet synchronous motor (also referred to as a brushless DC motor) including a stator having a plurality of phase windings and a rotor having a plurality of permanent magnets. The motor driving apparatus for driving the permanent magnet synchronous motor includes an inverter that outputs driving power to the motor. When the motor is started, an excitation current is passed through each phase winding through a predetermined path to set the rotor in advance. The so-called initial positioning is performed to rotate the position. After this initial positioning, forcible commutation is performed by applying a field component current (d-axis current) Id converted to the field axis (d-axis) coordinates on the rotor shaft to each phase winding to complete the start-up. . Then, after the start-up is completed, the current (phase current) flowing through each phase winding is detected, and the rotor speed (= angular speed) is estimated based on the detected current, and the inverter speed is set so that this estimated rotor speed becomes the target speed. So-called sensorless vector control for controlling switching is performed.
ロータの初期位置として、電気角基準で240度の位置および70度の位置のいずれかを二者択一する例が知られている。 As an initial position of the rotor, there is known an example in which one of a position of 240 degrees and a position of 70 degrees is selected based on an electrical angle.
ロータの初期位置決めを行う場合、各相巻線に所定の経路で励磁電流が流れるよう、インバータにおける特定のスイッチング素子をオンして残りのスイッチング素子をオフするので、特定のスイッチング素子に偏って電流が流れる。このため、特定のスイッチング素子の寿命が他のスイッチング素子の寿命に比べて短くなるという問題がある。 When initial positioning of the rotor is performed, the specific switching elements in the inverter are turned on and the remaining switching elements are turned off so that the excitation current flows through each phase winding in a predetermined path. Flows. For this reason, there exists a problem that the lifetime of a specific switching element becomes short compared with the lifetime of another switching element.
本発明の実施形態の目的は、インバータの各スイッチング素子に流れる電流を均一化できるモータ駆動装置を提供することである。 The objective of embodiment of this invention is providing the motor drive device which can equalize the electric current which flows into each switching element of an inverter.
請求項1のモータ駆動装置は、一対のスイッチング素子の直列回路を3相分有し、これらスイッチング素子のオン,オフによりモータへの駆動電力を出力するインバータと、前記モータの起動に際し、前記各スイッチング素子をPWM制御することにより前記モータの3つの相巻線に所定の励磁電流を流して前記モータのロータを空間ベクトル角度基準で表わされる初期位置へと回動させる制御手段と、を備える。そして、制御手段は、空間ベクトル角度基準で60度ずつ異なる6つの位置を前記初期位置として定め、これら6つの初期位置を前記モータの起動ごとに1つずつ一巡する状態で切換えながら、この一巡する切換えを周期的に繰り返す。
The motor driving device according to
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、商用交流電源1の交流電圧をダイオードブリッジ2および平滑コンデンサ3からなる整流回路4で直流電圧に変換する。この直流電圧をスイッチング回路10のスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧を永久磁石同期モータ20へ駆動電力として供給する。整流回路4およびスイッチング回路10により、インバータを構成している。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an AC voltage of a commercial
永久磁石同期モータ20は、インバータの出力端に接続される入力端子21、複数の相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ(電機子)22、複数例えば2つの永久磁石M1,M2を2極として埋設したロータ(回転子)23を有する。永久磁石M1,M2は、ロータ軸23aを挟んで相対向する位置に配置する。
The permanent magnet
本実施形態では、ロータ23の位置が分かり易いよう、2つの永久磁石M1,M2を有する2極のロータ23を例としている。
In the present embodiment, a two-
2極の永久磁石M1,M2を埋設したロータ23の位置は、電気角基準で0度〜359度の位置として表わすことができる。すなわち、永久磁石M1,M2と相巻線Lu,Lv,Lwとの対応関係が図1の状態にあるとき、ロータ23の位置は電気角0度(=360度)の位置にある。電気角と空間ベクトルの関係は、電気角が0度の時に空間ベクトルは270度となる。逆に空間ベクトルが0度の時には電気角は90度となる。
The position of the
したがって、電気角90度〜150度の位置は空間ベクトルの第1セクション(0度〜60度)、以後、60度ごとに空間ベクトルのセクションが進み、電気角30度〜90度の位置は空間ベクトルの第6セクション(300度〜360度)に相当する。 Therefore, the position of the electrical angle of 90 degrees to 150 degrees is the first section (0 degree to 60 degrees) of the space vector, and the section of the space vector advances every 60 degrees thereafter, and the position of the electrical angle of 30 degrees to 90 degrees is the space. Corresponds to the sixth section (300-360 degrees) of the vector.
スイッチング回路10は、直流電圧の印加方向に沿って上流側と下流側の関係になる一対のスイッチング素子例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated-gate bipolar transistor;IGBTと略称する)11u,12uの直列回路、直流電圧の印加方向に沿って上流側と下流側の関係になる一対のスイッチング素子例えばIGBT11v,12vの直列回路、直流電圧の印加方向に沿って上流側と下流側の関係になる一対のスイッチング素子例えばIGBT11w,12wの直列回路を有する。IGBT11u,12uの相互接続点を永久磁石同期モータ20の相巻線Luの一端に接続し、IGBT11v,12vの相互接続点を永久磁石同期モータ20の相巻線Lvの一端に接続し、IGBT11w,12wの相互接続点を永久磁石同期モータ20の相巻線Lwの一端に接続する。永久磁石同期モータ20の相巻線Lu,Lv,Lwの他端は、中性点として相互接続される。なお、各IGBTはそれぞれ寄生ダイオードを有する。
The
スイッチング回路10の出力端と永久磁石同期モータ20の入力端子21との間のU相通電路、V相通電路、W相通電路に、永久磁石同期モータ20の相巻線Lu,Lv,Lwに流れる電流(相電流)を検知する電流センサである電流トランス31,32,33を配置する。この電流トランス31,32,33の出力を制御手段であるコントロールユニット40に供給する。
Current flowing through the phase windings Lu, Lv, and Lw of the permanent magnet
コントロールユニット40は、主制御部41、記憶部42、およびセンサレス・ベクトル制御部50を有する。記憶部42は、不揮発性のメモリ例えばEEPROM(electric erasable programmable read-only memory)である。コントロールユニット40および上記インバータにより、モータ駆動装置を構成している。
The
センサレス・ベクトル制御部50は、電流検出部51、速度推定演算部52、積分部53、減算部54、速度制御部55、演算部56、減算部57,58、電流制御部(第1電流制御部)61、電流制御部(第2電流制御部)62、PWM信号生成部63を含む。
The sensorless vector control unit 50 includes a
電流検出部51は、電流トランス31,32,33の検知電流を3相2相変換して、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上の界磁軸(d軸)座標およびトルク軸(q軸)座標にそれぞれ換算された界磁成分電流(d軸電流ともいう)Idおよびトルク成分電流(q軸電流ともいう)Iqを検出する。
The
速度推定演算部52は、電流検出部51で検出した界磁成分電流Idおよびトルク成分電流Iqに基づく演算により永久磁石同期モータ20のロータ速度ωestを推定する。具体的には、界磁成分電流Id、トルク成分電流Iq、後述の電流制御部61,62で求める界磁成分電圧Vd,トルク成分電圧Vqを用いる演算により永久磁石同期モータ20における界磁成分速度起電力(d軸速度起電力という)Edを推定し、このd軸速度起電力Edの比例・積分制御(PI制御)演算に基づいて推定ロータ速度ωestを求める。
The speed
積分部53は、速度推定演算部52で求めた推定ロータ速度ωestを積分することにより、推定ロータ位置θestを得る。この推定ロータ位置θestを電流検出部51およびPWM信号生成部63に供給する。減算部54は、入力される目標速度ωrefから推定ロータ速度ωestを減算することにより、目標速度ωrefと推定ロータ速度ωestの速度偏差を得る。
The
速度制御部55は、減算部54で得た速度偏差を比例・積分制御(PI制御)演算することにより、トルク成分電流Iqの目標値Iqrefを求める。演算部56は、トルク成分電流Iqの目標値Iqrefから界磁成分電流Idの目標値Idrefを求める。減算部57は、目標値Idrefから界磁成分電流Idを減算することにより、目標値Idrefと界磁成分電流Idとの偏差ΔIdを得る。減算部58は、目標値Iqrefからトルク成分電流Iqを減算することにより、目標値Iqrefとトルク成分電流Iqとの偏差ΔIqを得る。
The
電流制御部61は、偏差ΔIdの比例・積分制御(PI制御)演算により、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上のd軸座標に換算した界磁成分電圧Vdを求める。電流制御部62は、偏差ΔIqの比例・積分制御(PI制御)演算により、永久磁石同期モータ20におけるロータ軸上のq軸座標に換算したトルク成分電圧Vqを求める。
The
PWM信号生成部63は、界磁成分電圧Vd、トルク成分電圧Vq、および推定ロータ位置θestに応じて、スイッチング回路10に対するスイッチング用のパルス幅変調信号(PWM信号という)を生成する。このPWM信号により、スイッチング回路10の各スイッチング素子がオン,オフ動作し、永久磁石同期モータ20の各相巻線に対する駆動電圧Vu,Vv,Vwがスイッチング回路10から出力される。
The
このセンサレス・ベクトル制御部50において、界磁成分電圧Vdおよびトルク成分電圧Vqは次の式で表わされる。
Vd=(R+PLd)・Id−ω・Lq・Iq+Ed
Vq=ω・Ld・Id+(R+PLq)・Iq+Eq
Rは電機子抵抗、Pは微分(=d/dt)、ωはモータ軸の電気角速度(電気的回転速度)、Lqはステータ22のq軸インダクタンス、Edはd軸速度起電力(界磁成分速度起電力)、Ldはステータ22のd軸インダクタンス、Eqはq軸速度起電力(トルク成分速度起電力;=ω・φ)である。なお、電機子抵抗Rは、インバータの出力が3相変調の場合、1つの相巻線の抵抗の2倍の値が用いられ、また2相変調で1相(下相)100%通電方式の場合には、巻線への通電パターンとして下側が並列となることから1つの相巻線の抵抗の1.5倍の値が用いられる。
In the sensorless vector control unit 50, the field component voltage Vd and the torque component voltage Vq are expressed by the following equations.
Vd = (R + PLd) · Id−ω · Lq · Iq + Ed
Vq = ω · Ld · Id + (R + PLq) · Iq + Eq
R is the armature resistance, P is the differential (= d / dt), ω is the electric angular velocity (electric rotational speed) of the motor shaft, Lq is the q-axis inductance of the
PLdとPLqは、微分項なので、定常状態では零となる。センサレス・ベクトル制御では、界磁軸(d軸)を基準にして各相巻線電流(電機子電流)が制御されるので、界磁成分速度起電力Edは基本的に零となるように制御される。
Vd=R・Id−ω・Lq・Iq
ω=(R・Id−Vd)/(Lq・Iq)
Vq=ω・Ld・Id+R・Iq+ω・φ
Vq−R・Iq=ω・Ld・Id+ω・φ
ω・(Ld・Id+φ)=Vq−R/Iq
ω=(Vq−R・Iq)/(Ld・Id+φ)
なお、上記式中φは、モータ定数の1つである誘起電圧係数(V・s/rad)である。上記d軸の回路方程式が成り立つように、速度推定演算部52において推定ロータ速度ωestの演算を行う。一方、d軸速度起電力Edは基本的に零となるように制御するのであるが、推定ロータ速度ωestの演算のパラメータであるステータ22のq軸インダクタンスLqやd軸インダクタンスLdが実際の値と異なっていると、d軸速度起電力Edが零とならない。このd軸速度起電力Edは、推定値として、次のように求めることができる。
Ed=Vd−(Id・R−ωest・Iq・Lq)
このd軸速度起電力Edの比例・積分制御(PI制御)演算により、速度ずれ量ωerrを推定することができる。この速度ずれ量ωerrを目標速度ωrefから減算することで、推定ロータ速度ωestを得ることができる。
ωerr=PI(Ed)、 ωest=ωref−ωerr
主制御部41は、主要な機能として次の(1)〜(4)の手段を有する。
(1)永久磁石同期モータ20の起動に際し、PWM信号生成部63により各相ごとに特定のPWM波形を出力させ、このPWM信号に基づきスイッチング回路10の各IGBTを駆動することにより、永久磁石同期モータ20の相巻線Lu,Lv,Lwに所定の経路で励磁電流を流し、永久磁石同期モータ20のロータ23を電気角基準(または空間ベクトル角度基準)で表わされる初期位置θへと回動させる第1制御手段。なお、以下の説明は、角度については空間ベクトル角度基準で記載する。
Since PLd and PLq are differential terms, they are zero in a steady state. In sensorless vector control, each phase winding current (armature current) is controlled with reference to the field axis (d-axis), so the field component speed electromotive force Ed is basically controlled to be zero. Is done.
Vd = R · Id−ω · Lq · Iq
ω = (R · Id−Vd) / (Lq · Iq)
Vq = ω · Ld · Id + R · Iq + ω · φ
Vq−R · Iq = ω · Ld · Id + ω · φ
ω · (Ld · Id + φ) = Vq−R / Iq
ω = (Vq−R · Iq) / (Ld · Id + φ)
In the above equation, φ is an induced voltage coefficient (V · s / rad) which is one of motor constants. The speed
Ed = Vd− (Id · R−ωest · Iq · Lq)
The speed deviation amount ωerr can be estimated by the proportional / integral control (PI control) calculation of the d-axis speed electromotive force Ed. The estimated rotor speed ωest can be obtained by subtracting the speed deviation amount ωerr from the target speed ωref.
ωerr = PI (Ed), ωest = ωref−ωerr
The
(1) When the permanent
(2)上記初期位置角度θを永久磁石同期モータ20の起動ごとに一定角度Δθ度ずつ順にローテーションして切換える第2制御手段。一定角度Δθ度は、例えば60度である。なお、この際には、決定された角度の出力が行われるようPWM信号生成部63に決定された角度を指示してPWM出力を行わせ、これに基づきスイッチング回路10の各IGBTをオン,オフする。ここでPWM信号生成部63は、3相変調による通電パターンを出力するようになっている。
(2) Second control means for switching the initial position angle θ by rotating the initial position angle θ sequentially by a constant angle Δθ degrees every time the permanent
(3)第1制御手段により初期位置決めを行った後、ロータ軸23a上の界磁軸(d軸)座標に換算された界磁成分電流(d軸電流)Idを相巻線Lu,Lv,Lwに流す強制転流を行うべく、PWM信号生成部63を制御してスイッチング回路10の各IGBTをオン,オフする第3制御手段。
(3) After the initial positioning is performed by the first control means, the field component current (d-axis current) Id converted into the field axis (d-axis) coordinates on the
(4)上記強制転流の後(起動完了後)、センサレス・ベクトル制御部50によるセンサレス・ベクトル制御を開始する第4制御手段。 (4) Fourth control means for starting sensorless vector control by the sensorless vector control unit 50 after the forced commutation (after completion of activation).
つぎに、主制御部41が実行する制御を図2のフローチャートを参照しながら説明する。
[1回目の起動]
永久磁石同期モータ20の起動に際し(ステップ101のYES)、記憶部42内の初期位置θ(=例えば30度)、切換回数N、および一定角度Δθ(=60度)を読出す(ステップ102)。この初期位置θ、切換回数N、一定角度Δθを用いる下式の演算により、ロータ23の新たな初期位置θnを求める(ステップ103)。
θn=θ+Δθ×N
すなわち、切換回数Nが初期値“0”であれば、新たな初期位置θnとしてθ1(=30度+60度×0=30度)を求めることができる。この初期位置θ1に対応する出力が行われるようにPWM信号生成部63により出力されたPWM信号をスイッチング回路10における所定のIGBTに供給し、各IGBTをオン・オフ制御し、ロータ23を図3の左側上部に示す初期位置θ1へと回動させる(ステップ104)。
Next, the control executed by the
[First activation]
When the permanent
θn = θ + Δθ × N
That is, if the number of times of switching N is the initial value “0”, θ1 (= 30 degrees + 60 degrees × 0 = 30 degrees) can be obtained as the new initial position θn. The PWM signal output by the PWM
初期位置θ1への回動後、切換回数Nが“5”に達しているか判定する(ステップ105)。この場合、切換回数Nはまだ“0”なので(ステップ105のNO)、切換回数Nを“1”アップして“1”とし、それを記憶部42に更新記憶する(ステップ106)。そして、強制転流を行い(ステップ109)。続いてセンサレス・ベクトル制御部50によるセンサレス・ベクトル制御を開始する(ステップ110)。 After the rotation to the initial position θ1, it is determined whether the switching frequency N has reached “5” (step 105). In this case, since the switching number N is still “0” (NO in step 105), the switching number N is increased by “1” to “1”, and is updated and stored in the storage unit 42 (step 106). Then, forced commutation is performed (step 109). Subsequently, sensorless vector control by the sensorless vector control unit 50 is started (step 110).
初回の運転が終了し、モータを停止させた後、再度起動(2回目の起動)する場合、永久磁石同期モータ20の2回目の起動に際し(ステップ101のYES)、記憶部42内の初期位置θ(=30度)、切換回数N(=“1”)、および一定角度Δθ(=60度)を読出す(ステップ102)。この初期位置θ、切換回数N、一定角度Δθを用いる上式の演算により、ロータ23の新たな初期位置θnを求める(ステップ103)。この場合、切換回数Nが“1”なので、新たな初期位置θnとしてθ2(=30度+60度×1=90度)を求めることができる。
When the first operation is completed and the motor is stopped and then restarted (second startup), the permanent
この初期位置θ2に対応する所定の経路で相巻線Lu,Lv,Lwに励磁電流が流れるよう、スイッチング回路10における所定のIGBTをPWM出力に基づきオン・オフし、ロータ23を図3の右側上部に示す初期位置θ2へと回動させる(ステップ104)。この場合、切換回数Nはまだ“1”なので(ステップ105のNO)、切換回数Nを“1”アップして“2”とし、それを記憶部42に更新する(ステップ106)。
The predetermined IGBT in the switching
以後、起動の度にステップ101〜ステップ106が繰り返され、初期位置θnが決定され、モータが制御される。 Thereafter, step 101 to step 106 are repeated each time the motor is started, the initial position θn is determined, and the motor is controlled.
そして、7回目の起動となった場合、1回目と同じになる。永久磁石同期モータ20の起動に際し(ステップ101のYES)、記憶部42内の初期位置θ(=30度)、切換回数N(=“0”)、および一定角度Δθ(=60度)を読出す(ステップ102)。この場合、前回の6回目の起動の際に、切換回数Nは“5”なので(ステップ105のYES)、切換回数Nを初期値“0”とし、それを記憶部42に更新記憶している(ステップ107)。このため、切換回数Nが1回目と同じ“0”なので、新たな初期位置θnとしてθ1(=30度+60度×0=30度)となり、初回の起動時と同じ初期位置になる。以後、6回の起動ごとに同じ初期位置が繰り返される。
And when it becomes the 7th start-up, it becomes the same as the 1st time. When the permanent
[励磁電流]
ロータ23を初期位置θ1〜θ6に回動させるための励磁電流は、図4に示すように、起動完了後のセンサレス・ベクトル制御で行う3相変調の通電パターンと同じになっている。
[Excitation current]
As shown in FIG. 4, the excitation current for rotating the
すなわち、ロータ23を初期位置θ1(=30度)に回動させる場合、θ1時点における通常のベクトル制御運転中と同じPWM出力波形が用いられる。したがって、U相のIGBT11u,12uでは、上相となるIGBT11uのオンデューティーが大きく、V相のIGBT11v,12vでは、上相となるIGBT11vのオンデューティーが小さく、W相のIGBT11w,12wでは、上相となるIGBT11wのオンデューティーが最も小さく、逆に下相のIGBT12wのオンデューティーが大きくなる。この際の各相巻線の電流の大きさとしては、図5に示すように各正弦波の相対値である相巻線Luの励磁電流Iu1=0.8660、相巻線Lvの励磁電流Iv1=0、相巻線Lwの励磁電流Iw1=−0.8660となる。励磁電流Iu1は、整流回路4の正側出力端からスイッチング回路10のIGBT11uを通って相巻線Luに流れる電流である。その相巻線Luを経て相巻線Lwに流入し、その相巻線Lwからスイッチング回路10のIGBT12wを通って整流回路4の負側出力端に戻る電流が、励磁電流Iw1である。
That is, when the
ロータ23を初期位置θ6(=330度)に回動させる場合も、同様に各IGBTがPWM信号に従って、オン・オフされ、各相巻線Lu〜Lwに図5の励磁電流を流す。初期位置θ6の場合の励磁電流Iu6は、整流回路4の正側出力端からスイッチング回路10のIGBT11uを通って相巻線Luに流れる電流である。その相巻線Luを経て相巻線Lvに流入し、その相巻線Lvからスイッチング回路10のIGBT12vを通って整流回路4の負側出力端に戻る電流が、励磁電流Iv6である。
Similarly, when the
以上の6つの各初期位置において、図5の表の最下行に示すようにIGBT11uに流れる励磁電流Iu1,Iu6およびIGBT12uに流れる励磁電流Iu3,Iu4の相対値の絶対値の和は、3.4641となる。IGBT11vに流れる励磁電流Iv2,Iv3およびIGBT12vに流れる励磁電流Iv5,Iv6の相対値の絶対値の和も、3.4641である。同様に、IGBT11wに流れる励磁電流Iw4,Iw5およびIGBT12wに流れる励磁電流Iv1,Iv2の相対値の絶対値の和も、3.4641で、すべて同じになる。
At each of the above six initial positions, the sum of the absolute values of the relative values of the excitation currents Iu1 and Iu6 flowing through the IGBT 11u and the excitation currents Iu3 and Iu4 flowing through the
このように、ロータ23の初期位置を永久磁石同期モータ20の起動ごとに初期位置θ1〜θ6へと順にローテーションして切換えることにより、スイッチング回路10の各IGBTに流れる電流を偏りなく均一化できる。これにより、各IGBTの寿命を均一化することができ、安定した信頼性の高いモータ駆動が可能となる。
Thus, by rotating and switching the initial position of the
しかも、初期位置θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6として空間ベクトル角度基準で30度,90度,150度,210度,270度,330度を選定していることにより、各初期位置における励磁電流をそれぞれ最小に抑えることができる。すなわち、図4の最上段に示すように各角度における励磁電流の絶対値の和の変化は、30度,90度,150度,210度,270度,330度において、最小値となるため、他の角度を用いた場合よりも電流値を下げることができる。 In addition, by selecting 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, 270 degrees, and 330 degrees as the initial positions θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, and θ6 on the basis of the space vector angle, The excitation current can be minimized. That is, as shown in the uppermost stage of FIG. 4, the change in the sum of the absolute values of the excitation current at each angle becomes the minimum value at 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, 270 degrees, and 330 degrees. The current value can be lowered as compared with the case where other angles are used.
スイッチング素子として用いているIGBTは、図6に示すように、導通損が通電電流(励磁電流)に比例するという特性があるので、各初期位置における励磁電流値をそれぞれ最小に抑えることで、IGBTの導通損を低減できるという効果が得られる。
[変形例]
上記実施形態では、初期位置θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6を空間ベクトル角度基準で30度,90度,150度,210度,270度,330度としたが、電気角基準で定めてもよい。
As shown in FIG. 6, the IGBT used as the switching element has a characteristic that the conduction loss is proportional to the energization current (excitation current). Therefore, by suppressing the excitation current value at each initial position to the minimum, the IGBT The effect that the conduction loss can be reduced is obtained .
[Modification]
In the above embodiment, the initial positions θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, and θ6 are 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, 270 degrees, and 330 degrees on the basis of the space vector angle. May be.
上記実施形態では、ロータ23を初期位置θ1〜θ6へと回動させるための励磁電流をPWM信号生成部63により3相変調を用いたPWM通電パターンにより出力させたが、図7に示すように、PWM信号生成部63により2相変調のPWM通電パターンを出力させてもよい。
In the above embodiment, the excitation current for rotating the
また、初期位置θ1〜θ6としては、IGBTの損失をそれほど考慮しないのであれば、図8に示すように空間ベクトル角度基準で60度,120度,180度,240度,300度,0度と定めてもよく、図9に示すように空間ベクトル角度基準で40度,100度,160度,220度,280度,340度と定めてもよい。ちなみに、図9に示す通り、空間ベクトル角度基準の40度,100度,160度,220度,280度,340度は、電気角基準では、130度,180度,250度,310度,10度,70度に相当する。
Further, as the initial positions θ1 to θ6, if the IGBT loss is not considered so much, as shown in FIG. 8, the space vector angle reference is 60 degrees, 120 degrees, 180 degrees, 240 degrees, 300 degrees, 0 degrees, and so on. As shown in FIG. 9, it may be set to 40 degrees, 100 degrees, 160 degrees, 220 degrees, 280 degrees, and 340 degrees on the basis of the space vector angle . Incidentally, as shown in FIG. 9, the space
上記実施形態では、2つの永久磁石M1,M2を2極として有する永久磁石同期モータを例に説明したが、4つの永久磁石を4極として有する永久磁石同期モータにも同様に実施できる。 In the above embodiment, the permanent magnet synchronous motor having two permanent magnets M1 and M2 as two poles has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a permanent magnet synchronous motor having four permanent magnets as four poles.
その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, the said embodiment and modification are shown as an example and are not intending limiting the range of invention. The novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…商用交流電源、2…ダイオードブリッジ、3…平滑コンデンサ、4…整流回路、10…スイッチング回路、11u,12u,11v,12v,11w,12w…IGBT(スイッチング素子)、20…永久磁石同期モータ、21…入力端子、22…ステータ、Lu,Lv,Lw…相巻線、23…ロータ、23a…ロータ軸、M1,M2…永久磁石、31,32,33…電流センサ、40…コントロールユニット、41…主制御部、42…記憶部、50…センサレス・ベクトル制御部、51…電流検出部、52…速度推定演算部、53…積分部、54…減算部、55…速度制御部、56…演算部、57,58…、減算部、61…電流制御部、62…電流制御部、63…PWM信号生成部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モータの起動に際し、前記各スイッチング素子をPWM制御することにより前記モータの3つの相巻線に所定の励磁電流を流して前記モータのロータを空間ベクトル角度基準で表わされる初期位置へと回動させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、空間ベクトル角度基準で60度ずつ異なる6つの位置を前記初期位置として定め、これら6つの初期位置を前記モータの起動ごとに1つずつ一巡する状態で切換えながら、この一巡する切換えを周期的に繰り返す、
ことを特徴とするモータ駆動装置。 An inverter which has a series circuit of a pair of switching elements for three phases , and outputs driving power to the motor by turning these switching elements on and off;
When the motor is started, the switching elements are PWM controlled so that a predetermined excitation current is passed through the three phase windings of the motor to rotate the rotor of the motor to an initial position represented by a space vector angle reference. Control means for causing
With
The control means determines six positions differing by 60 degrees on the basis of a space vector angle as the initial position, and switches the six initial positions in a state of one round each time the motor is started. Is repeated periodically,
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 The control means determines positions of 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, 210 degrees, 270 degrees, and 330 degrees that are different by 60 degrees on the basis of a space vector angle as the initial position.
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記制御手段は、前記モータの起動に際し、3相変調により生成したパルス幅変調信号で前記各スイッチング素子をオン,オフすることにより前記モータの3つの相巻線に所定の励磁電流を流して前記モータのロータを空間ベクトル角度基準で表わされる初期位置へと回動させる、
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のモータ駆動装置。 Each of the switching elements is an insulated gate bipolar transistor.
When the motor is started, the control means turns on and off each switching element with a pulse width modulation signal generated by three-phase modulation to cause a predetermined excitation current to flow through the three phase windings of the motor. Rotate the rotor of the motor to the initial position represented by the space vector angle reference;
The motor driving apparatus according to claim 1 or 2, wherein the motor driving apparatus is provided.
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