JP4050489B2 - Motor control method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を装着されたロータにより構成されているブラシレスモータ等の同期モータを位置センサレスで駆動制御するモータ制御方法およびその制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモータ(以下、モータと称する)のロータ位置を検出する位置センサを用いずにモータを駆動制御するセンサレス運転においては、通電休止期間を設け通電角を180度未満とした間欠通電駆動が一般的に行われている。この間欠通電駆動方式では、モータコイルヘの通電を行う際に、一定期間の通電休止期間の間にモータの回転によってモータコイルに発生する誘起電圧をモータコイル端子から検出し、この誘起電圧からモータヘの通電タイミングを決定する。このような間欠通電駆動方式としては、通電角を120度としたいわゆる120度通電駆動が一般的である。
【0003】
他の駆動方式として、通電休止期間を設けずにモータを駆動する、正弦波通電をはじめとするいわゆる180度通電駆動がある。180度通電駆動方式では、二相のモータコイル中性点と前記二相コイルと並列に抵抗を接続し、この中性点と抵抗中性点との電圧を比較することでモータ誘起電圧を検出して、これからモータヘの通電タイミングを決定して駆動する、あるいはモータ電流を高速演算することでモータ位置を検出して通電タイミングを決定して駆動する、あるいはモータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて通電タイミングを決定して駆動する。
【0004】
一般的に、120度通電駆動方式に比べて180度通電駆動方式は、駆動波形が滑らかなことから、トルク変動、回転変動が少ない駆動方式であると言われている。
【0005】
また、これら両駆動方式を切換えて、モータを駆動制御する方法が、特開平10−341594号公報に開示されている。これは、180度通電駆動をエンコーダなどの回転パルス発生手段の出力に基づいて行い、この回転パルス発生手段からの出力パルスが検出できないときには120度通電駆動に切換えるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、2つの駆動方式を切換えるモータの制御方法においては、駆動方式切換え時の回転数の変動や通電切換えの信頼性が考慮されていない。例えば、駆動方式の切換えによりモータの出力が変化し、ひいては回転数変動が生じて、騒音、振動が発生する。また、センサレス運転において、駆動切換え時の過渡状態では誘起電圧の変動によってロータ位置検出精度が悪化し、通電タイミングが不安定になり、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑み、異なる駆動方式を併用する場合において、モータの回転数の安定化と駆動方式切換え時の信頼性向上を図ることができるモータの制御方法および制御装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、負荷を駆動するモータに対して、180度通電駆動する180度通電駆動方式および通電休止期間を設け通電角を180度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択して、モータを駆動制御する制御方法であって、一方の駆動方式から他方の駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため一方の駆動方式における切換え時の駆動信号を補正して、他方の駆動方式における駆動信号とするものである。
【0009】
すなわち、間欠通電駆動方式から180度通電駆動方式に切換えるときは、モータの回転数を上げるように間欠通電駆動方式における駆動信号を補正する。このとき、補正せずにそのまま切換えると、モータの回転数が下がりすぎ、回転が安定するまで時間がかかるが、このように補正することによって、切換えた直後のモータの回転数の低下が小さくなり、すばやく目標回転数に達し、安定した回転駆動を行える。また、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるときは、モータの回転数を下げるように180度通電駆動方式における駆動信号を補正する。
【0010】
駆動信号の補正の具体的な方法として、間欠通電駆動方式から180度通電駆動方式に切換えるとき、間欠通電駆動方式における切換え時のPWMデューティを補正して、180度通電駆動方式における180度通電の変調率とする。補正は、PWMデューティに1以上の所定値を乗算して、この値を180度通電の変調率とする。また、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、180度通電駆動方式における切換え時の180度通電の変調率を補正して、間欠通電駆動方式におけるPWMデューティとする。補正は、180度通電の変調率に1以下の所定値を乗算して、この値をPWMデューティとする。
【0011】
所定値は、一意に限定されるものに限らず、変更可能なものであってもよい。例えば、間欠通電駆動の通電角に応じて変更する、切換え時のモータの回転数に応じて変更する、モータを駆動するインバータ回路の切換え時のDC電圧に応じて変更する、交流電源から供給される切換え時のAC電圧に応じて変更する。
【0012】
間欠通電駆動方式から180度通電駆動方式に切換えるとき、切換え時の間欠通電駆動の通電モードとモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて、180度通電駆動を開始するときの通電位相を決定する。切換え時に通電位相を調整することにより、正確な通電位相で安定した移行をでき、駆動方式の切換えを確実に行うことができる。
【0013】
180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、切換え時のモータの回転数あるいはモータの負荷状態に応じて切換え時点での180度通電駆動の通電位相を決定する。そして、切換え時の180度通電駆動の通電位相に応じて間欠通電駆動を開始するときの通電モードを決定する。このように、通電位相、通電モードを決定することにより、切換え時に位相情報が引き継がれ、安定に移行することができ、切換え制御の信頼性の向上となる。
【0014】
モータの負荷状態は、切換え時のモータの回転数におけるPWMデューティと前記回転数での基準PWMデューティとの差、あるいは切換え時のモータの回転数における変調率と前記回転数での基準変調率との差に基づいて推定する、モータを駆動するインバータ回路に供給されるDC電流に基づいて推定する、モータを駆動するインバータ回路に供給されるDC電流およびDC電圧から算出した消費電力に基づいて推定する、交流電源から供給されるAC電流に基づいて推定する、交流電源から供給されるAC電流およびAC電圧から算出した消費電力に基づいて推定する、モータに流れるモータ電流に基づいて推定する、といったようにいずれかの推定方法によって判断される。そのため、負荷トルク検出器等の新たなセンサを不要にでき、低コスト化を図れる。
【0015】
そして、駆動方式の切換え後、所定時間だけ駆動方式の切換えを禁止するものとする。これによって、頻繁に駆動方式が切換えられることを防止できるので、制御装置の負荷を軽減でき、インバータ回路、モータ等へのストレスを低減できる。
【0016】
駆動方式の切換え後、所定時間だけモータの加減速を禁止するものとする。したがって、切換え後の制御が安定するまでの時間を確保できるので、スムーズに加減速制御を再開することができる。
【0017】
切換え後のモータの回転数が切換え前の回転数よりも減少して、目標回転数に達しないとき、目標回転数を低く変更するものとする。具体的には、切換え直後の回転数が切換え直前の回転数に比べて減少し、目標回転数と大きな偏差が生じた場合、目標回転数を切換え後の低い回転数に合わせる。間欠通電駆動方式の最高回転数は180度通電駆動方式の最高回転数よりも低いので、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えたとき、モータの回転数が低下してしまうことがあり、制御が不安定となるおそれがある。そこで、このような危険性がある場合、上記のように目標回転数を低く変更することにより、切換え前後での回転数の偏差を小さくでき、制御の安定化を図れる。
【0018】
駆動方式の切換え時、PWMキャリア周波数を変更するものとする。これによって、切換えられた駆動方式に適したPWMキャリア周波数で駆動信号を出力でき、モータの回転が安定して、高効率、低騒音で駆動できる。
【0019】
この場合、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるときには、間欠通電駆動のPWMキャリア周波数を180度通電駆動のPWMキャリア周波数より低く設定するものとする。これによって、モータのロータ位置をセンサレスで位置検出する場合、確実な位置検出を行うことができる。
【0020】
モータに発生する誘起電圧を検出して、駆動方式を切換えた後に、前記誘起電圧を検出できないとき、モータへの通電を停止するものとする。誘起電圧を検出できないと、ロータ位置がわからず、適切な駆動制御ができなくなる。このとき、モータへの通電を停止することにより、インバータ回路に過電流が流れてしまうことを防いで、回路部品を保護することができる。
【0021】
上記の制御方法を実行するための制御装置としては、負荷を駆動するモータに対して180度通電駆動する180度通電駆動手段と、通電休止期間を設け通電角を180度未満として間欠通電駆動する間欠通電駆動手段と、モータの状態あるいは外部指令に応じて180度通電駆動方式および間欠通電駆動方式のうちいずれかの駆動方式を選択する選択手段と、一方の駆動方式から他方の駆動方式に切換えるとき、モータの回転数の変動を抑えるため一方の駆動方式における切換え時の駆動信号を補正して、他方の駆動方式における駆動信号とする補正手段とを備えたものである。
【0022】
補正手段は、間欠通電駆動方式から180度通電駆動方式に切換えるとき、間欠通電駆動方式における切換え時のPWMデューティに1以上の所定値を乗算した値を180度通電駆動方式における180度通電の変調率とし、180度通電駆動方式から間欠通電駆動方式に切換えるとき、180度通電駆動方式における切換え時の180度通電の変調率に1以下の所定値を乗算した値を間欠通電駆動方式におけるPWMデューティとする。
【0023】
さらに、駆動方式の切換え後、所定時間だけ駆動方式の切換えを禁止する手段、 駆動方式の切換え後、所定時間だけモータの加減速を禁止する手段、駆動方式の切換え後、モータに発生する誘起電圧を検出できないとき、モータへの通電を停止する手段を備えている。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態のモータの制御装置を図1に示す。図1において、交流電源1から商用電源の交流電圧がリアクタ2を介して整流回路3に与えられる。リアクタ2は、平滑回路4での力率低下を改善するための力率改善回路として挿入されている。整流回路3は、交流電圧を直流電圧に整流し、平滑回路4によって直流電圧のリップル分が平滑化される。なお、ここでは、全波整流回路になっているが、倍電圧整流回路であってもよい。また、近年行われている可変電源供給方法である、いわゆるPAM方式としてもよい。
【0025】
整流された直流電圧はインバータ回路5に与えられる。インバータ回路5は、6個の半導体スイッチング素子である駆動素子が3相ブリッジ状に結線されており、インバータ回路5からの駆動電圧は3相ブラシレスモータ6に出力される。
【0026】
7はモータ6を駆動制御する制御回路であり、一般にマイコンやDSPが用いられる。8はモータ6を通電角180度未満とし通電休止期間を設けた間欠通電駆動するために、通電タイミングの設定、駆動電圧(PWMデューティ)基準値の設定などの制御を行う間欠通電駆動部、9はモータ6を180度通電駆動するために、通電タイミングの設定、駆動電圧(PWMデューティ)基準値の設定などの制御を行う180度通電駆動部、10は駆動方式を決定する駆動方式選択部、11はインバータ回路5の各駆動素子を駆動するためのPWM信号を駆動素子ごとに作成し出力するPWM作成/各相分配部、12は駆動方式切換え時のPWMデューティあるいは変調率を算出する回転数制御PWMデューティ/変調率演算部である。
【0027】
駆動方式選択部10では、モータ6を間欠通電駆動するか、あるいは180度通電駆動するかをモータ6の状態あるいは外部指示によって駆動方式を選択する。モータ6の状態とは、回転数、効率、負荷状態、外乱状態などである。例えば、低速では間欠通電駆動、高速では180度通電駆動とする、あるいは軽負荷では間欠通電駆動、高負荷では180度通電駆動としてもよい。また、180度通電駆動の継続が困難となるような外乱発生時に、間欠通電駆動に切換えるようにしてもよい。さらに、操作者が、外部スイッチにより駆動方式を切換えることもできる。例えば、夜間に運転するとき低騒音化を重視して、180度通電駆動を行いたい場合に切換える。
【0028】
なお、効率の向上、トルク変動、振動、騒音の抑制のためには、180度通電駆動として、駆動波形の滑らかな変化が実現できる正弦波状にすることが望ましい。また、間欠通電駆動の駆動波形としては、通電角を180度未満として駆動波形中に通電休止期間を設けて、その間に発生する誘起電圧を検出できれば、いかなる駆動波形でも構わない。例えば120度通電駆動とすれば、完全2相通電であり、矩形波通電が可能であるので、各相に供給する駆動波形を作成しやすいという利点がある。
【0029】
各駆動方式における駆動波形を示す。図2は間欠通電駆動の一例である矩形波120度通電の駆動波形、図3は180度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形である。なお、図2、3は、インバータ回路5の駆動素子を駆動する信号(PWM作成/各相分配部11の出力)をコイル端子ごとにアナログ値として示した波形図であり、実際の通電期間中の駆動波形は数〜数十kHzでPWMチョッピングされ、目標回転数になるようにPWM駆動信号のデューティが変更される。デューティの変更によって、モータ6に印加される電圧または電流が変更され、回転数およびトルクの制御が行われる。
【0030】
このときのモータ6の回転数制御の手順を図4に示す。間欠通電駆動の一例である120度通電駆動を選択した場合、制御回路7は、ステップ1(図示ではS1と略称する)において、目標回転数N1で回転させるための指令信号が与えられると、S2において、回転数制御PWMデューティを設定する。制御回路7は、設定された回転数制御PWMデューティでインバータ回路5を駆動する。S3でそのときのモータ6の実働回転数Nが検出される。S4で実働回転数Nが目標回転数N1と一致しているか否かが判別される。
【0031】
一致していなければ、S5で現在の実働回転数Nが目標回転数N1よりも少ないかあるいは多いかが比較される。実働回転数Nが目標回転数N1よりも多ければ、S6で回転数制御PWMデューティが減少され、逆に実働回転数Nが目標回転数N1よりも少なければ、S7で回転数制御PWMデューティが増大される。この動作を繰り返すことによって、回転数制御PWMデューティが調整され、モータ6の実働回転数を目標回転数に応じて制御する回転数制御が行われる。
【0032】
図5に120通電駆動を選択した場合のU相上アームのインバータ駆動信号を示す。120度通電駆動では、通電区間全域にわたって回転数制御PWMデューティと等しいPWMデューティが出力される。その他の区間は、休止期間となる。
【0033】
180度通電駆動を選択した場合のモータ6の回転数制御の手順を図6に示す。制御回路7は、S8において、目標回転数N1で回転させるための指令信号が与えられると、ステップS9において、回転数制御変調率を設定する。制御回路7は、設定された回転数制御変調率でインバータ回路5を駆動する。S10でそのときのモータ6の実働回転数Nが検出される。S11で実働回転数Nが目標回転数N1と一致しているか否かが判別される。
【0034】
一致していなければ、S12で現在の実働回転数Nが目標回転数N1よりも少ないかあるいは多いかが比較される。実働回転数Nが目標回転数N1よりも多ければ、S13で回転数制御変調率が減少され、逆に実働回転数Nが目標回転数N1よりも少なければ、S14で回転数制御変調率が増大される。この動作を繰り返すことによって、回転数制御変調率が調整され、モータ6の実働回転数を目標回転数に応じて制御する回転数制御が行われる。
【0035】
図7に180度通電駆動を選択した場合のU相上アームのインバータ駆動信号を示す。180度通電駆動では、通電位相に応じてモータ電流波形が正弦波状となるように、回転数制御変調率を用いて演算されたPWMデューティが出力される。
【0036】
ここで、駆動方式を間欠通電駆動の一例である120度通電駆動から180度通電駆動へ切換るとき、間欠駆動における回転数制御PWMデューティをそのまま180度通電駆動の回転数制御変調率とする方法が考えられる。なお、PWMデューティと変調率とは同次元である。
【0037】
しかしながら、この方法では、回転数やモータトルクなどの現在のモータ6の状態とインバータ出力との間にアンバランスが起こり、図8中、破線で示すように、駆動方式切換え時に回転数変動が発生し、実働回転数と目標回転数が一致するまでに時間がかかる場合がある。また、回転数変動が大きいと、位置検出精度が悪化し、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【0038】
そこで、間欠通電駆動から180度通電駆動への切換え時には、間欠通電駆動の回転数制御PWMデューティをそのまま180度通電の回転数制御変調率とするのではなく、回転数制御PWMデューティ/変調率演算部12において、間欠通電駆動部8から出力された間欠通電駆動のPWMデューティに所定値αを乗算した値を算出して、このように補正した値を180度通電駆動の変調率として180度通電駆動部9に出力する。180度通電駆動部9では、この変調率に基づいて通電タイミングに応じた通電電圧を生成し、PWM作成/各相分配部11に出力する。PWM作成/各相分配部11は、駆動素子ごとにPWM信号を作成し、インバータ回路5に出力して、モータ6が回転駆動される。
【0039】
図8中、実線で示すように、補正を行わない場合に比べて切換え後の回転数が上がり、回転数変動が小さくなり、安定した駆動方式の切換えが可能となる。なお、所定値αは、駆動方式切換え時の回転数変動が小さくなるように、実験やシミュレーションにより予め設定された値とされる。
【0040】
次に、180度通電駆動から間欠通電駆動の一例である120度通電駆動に切換えるとき、180度通電駆動の回転数制御変調率をそのまま間欠通電駆動の回転数制御PWMデューティとする方法が考えられる。しかしながら、この方法でも、回転数やモータトルクなどの現在のモータの状態とインバータ出力との間にアンバランスが起こり、図9中、破線で示すように回転数変動が発生し、実働回転数と目標回転数が一致するまでに時間がかかる場合がある。また、回転数変動が大きいと、位置検出精度が悪化し、最悪の場合脱調に至る可能性がある。
【0041】
そこで、180度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時には、180度通電駆動の回転数制御変調率をそのまま間欠駆動の回転数制御PWMデューティとするのではなく、回転数制御PWMデューティ/変調率演算部12において、180度通電駆動の変調率に所定値βを乗算した値を算出して、このように補正した値を間欠通電駆動のPWMデューティとして出力する。このPWMデューティに基づき制御回路7から出力された駆動信号により、モータ6が回転駆動される。
【0042】
図9中、実線で示すように、補正を行わない場合に比べて切換え後の回転数が下がり、回転数変動が小さくなり、安定した駆動方式の切換えが可能となる。なお、所定値βは、駆動方式切換え時の回転数変動が小さくなるように、実験やシミュレーションにより予め設定された値とされる。
【0043】
所定値α、βについて、αは1以上、βは1以下とされる。また、所定値α、βは、一定値とする代わりにモータ6の状態に応じた値にしてもよい。これによって、きめ細かい駆動制御を行うことができ、回転数変動をより小さくでき、さらなる回転数の安定化を図れる。すなわち、間欠通電駆動の通電角、切換え時のモータ6の回転数、インバータ回路5に供給される切換え時のDC電圧、交流電源1から供給される切換え時のAC電圧のいずれかに応じた値とする。
【0044】
例えば、図10に示すように、予め間欠通電駆動の通電角に応じて設定した各所定値α、βを制御回路7のROMデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、間欠通電駆動部8から間欠通電駆動の通電角を検出して、その通電角に対応する所定値α、βを読み出す。
【0045】
図11に示すように、予めモータ6の回転数に応じて設定した各所定値α、βを制御回路7のROMデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、公知の回転数検出手段によりモータ6の回転数を検出して、その回転数に対応する所定値α、βを読み出す。
【0046】
また、図12に示すように、インバータ回路5のDC電圧を検出するDC電圧検出手段13を設け、制御回路7にDC電圧を入力するようにしておく。そして、図13に示すように、予めDC電圧に応じた各所定値α、βを制御回路7のROMデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、制御回路7は、DC電圧検出手段13から入力されたDC電圧に基づいて、このDC電圧に対応する所定値α、βを読み出す。
【0047】
また、図14に示すように、インバータ回路5の前段の整流回路3に印加されるAC電圧を検出するAC電圧検出手段14を設け、制御回路7にAC電圧を入力するようにしておく。そして、図15に示すように、予めAC電圧に応じた各所定値α、βを制御回路7のROMデータとして記憶しておく。駆動方式切換え時に、制御回路7は、AC電圧検出手段14から入力されたAC電圧に基づいて、このAC電圧に対応する所定値α、βを読み出す。
【0048】
上記の実施形態において、さらに回転の安定性と制御の信頼性を高める制御方法について、以下に説明する。間欠通電駆動は、検出された位置から所定角度回転した後に通電モードを0,1,・・・,5,0・・・と順番に切換える方式である。図16に120度通電駆動における通電モードの一例を示す。
【0049】
そして、間欠通電駆動から180度通電駆動への切換え時に、切換え時点の通電モードから現在の通電位相を算出して、180度通電駆動する。例えば、120度通電駆動における通電モード1から通電モード2への切換タイミングにおいて、120度通電駆動の通電モード1から180度通電駆動の正弦波波形に切換えるとすると、位相角は120度であり、この位相角120度を用いて正弦波データを設定することになる。しかし、この値をそのまま用いるのではなく、回転数に応じて位相角を調整することによって、回転数変動をより小さくできる。例えば、低回転数域においては5度加算して125度、高回転数域においては5度減算して115度とする。このように、モータ6の回転数に応じて駆動切換え時の通電位相を決定すると、モータ6の回転数が安定し、駆動方式切換えの信頼性が向上する。
【0050】
このときの120度通電駆動から180度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を図17に示す。駆動方式切換え時には、切換え時点の120度通電駆動の通電モードと回転数に応じて180度通電駆動を開始する通電位相を決定することにより、120度通電駆動から位相情報を引き継ぎ、正確な通電位相で安定に移行することがわかる。また、回転数に応じて180度通電駆動を開始する通電位相を調整する代わりに、モータ6の負荷状態に応じて通電位相を調整してもよい。
【0051】
さらに、180度通電駆動から120度通電駆動への切換え時には、切換え時点の180度通電駆動の通電位相に応じて、切換え後の120度通電駆動の通電モードを決定する。逆にいえば、駆動方式切換え後の120度通電駆動の通電モードに応じて、切換えを行う180度通電駆動の通電位相を決定する。
【0052】
例えば、駆動方式切換え後の120度通電駆動は、通電モード1から開始するとした場合、切換え時点の180度通電駆動の通電位相は、60度から120度の期間であればよいが、低回転数域においては90度、高回転数域においては80度といったように回転数に応じて決定する。これによって、駆動方式切換えの信頼性が向上する。
【0053】
このときの180度通電駆動から120度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を図18に示す。駆動方式切換え時には、モータ6の回転数に応じて、切換えを行う180度通電駆動の通電位相を決定することにより、180度通電駆動から位相情報を引き継ぎ、正確な通電位相で安定に移行することがわかる。また、回転数に応じて駆動方式の切換えを行う180度通電駆動の通電位相を決定する代わりに、モータ6の負荷状態に応じて決定してもよい。
【0054】
モータ6の負荷の大きさは、▲1▼回転数制御PWMデューティの増加量、すなわちある回転数における回転数制御PWMデューティの値と基準負荷時の同回転数における回転数制御PWMデューティの値との差、▲2▼回転数制御変調率の増加量、すなわちある回転数における回転数制御変調率の値と基準負荷時の同回転数における回転数制御変調率の値との差、▲3▼DC電流、▲4▼AC電流、▲5▼モータ電流、▲6▼消費電力のいずれかから推定することが可能である。
【0055】
そこで、負荷状態推定手段として、▲1▼PWMデューティの増加量を算出する手段、▲2▼変調率の増加量を算出する手段、▲3▼インバータ回路5に供給されるDC電流を検出する手段、▲4▼交流電源1から供給されるAC電流を検出する手段、▲5▼モータコイルに流れる電流を検出する手段、▲6▼インバータ回路5に供給されるDC電流およびDC電圧を検出して、これらから消費電力を算出する手段のうちのいずれかを用いればよい。
【0056】
同じく他の制御方法を説明する。駆動方式の切換えが頻繁に発生すると、制御回路7にかかる負荷が大きくなり、インバータ回路5、モータ6等へのストレスも過大となる。そこで、制御回路7は、駆動方式の切換え後、所定時間は駆動方式の切換えを禁止する手段を有する。
【0057】
これにより、一度駆動方式を切換えると、所定時間はその駆動方式が維持され、所定時間経過後に再び駆動方式の切換えが可能となる。したがって、頻繁な駆動方式の切換えを抑制でき、制御回路7の過負荷を防ぐとともに、インバータ回路5、モータ6等にかかるストレスが低減され、寿命の延長、信頼性向上を図ることができる。
【0058】
また、目標回転数に向けて加速あるいは減速している過渡状態において駆動方式の切換えを行い、切換え後も加速あるいは減速を続けると、制御の安定性が悪くなる場合がある。そこで、制御回路7は、駆動方式の切換え後、所定時間はモータ6の加減速を禁止する手段を有する。
【0059】
駆動方式の切換え後、モータ6は所定時間だけ切換え時の回転数で駆動され、所定時間経過後に加減速される。このように、切換え後の制御が安定するのを待って、加速あるいは減速を再開することにより、制御回路7への負荷が減り、制御の信頼性向上を図ることができる。
【0060】
同じく他の制御方法を説明する。間欠通電駆動は、通電禁止期間があるため、通電禁止期間のない180度通電駆動に比ベモータ6ヘの最大入力は小さくなり、最高回転数も180度通電駆動に比べ低くなる。そのため、間欠通電駆動の最高回転数以上の回転数で180度通電駆動から間欠通電駆動へ切換えを行った場合、切換え後の実働回転数は間欠通電駆動の最高回転数まで低下してしまい、目標回転数との齟齬が大きくなってしまう。そこで、制御回路7は、180度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時において、切換え後のモータ6の回転数が切換え前の回転数より低下して、目標回転数に達しないとき、目標回転数を低く変更する手段を有する。
【0061】
180度通電駆動から間欠通電駆動へ切換えた直後のモータ6の実働回転数が切換え直前の実働回転数に比べ減少し、目標回転数と所定値以上の偏差が生じた場合、一旦目標回転数を間欠通電駆動移行後の実働回転数に変更する。これによって、目標回転数と実働回転数の齟齬がなくなり、回転数の変動が速やかに収まって、制御が安定する。なお、切換え後のモータ6の実働回転数の低下が所定値より小さいときには、目標回転数の変更は行わない。
【0062】
また、モータ6の効率や騒音などを考慮した場合、180度通電駆動において最適なPWMキャリア周波数と間欠通電駆動において最適なPWMキャリア周波数とは異なる場合がある。そこで、制御回路7は、駆動方式の切換え時に、PWMキャリア周波数も合わせて変更する手段を有する。これにより、どちらの駆動方式を選択した場合でも、切換え後の駆動方式に応じた最適なキャリア周波数となり、高効率、低騒音でモータ6を駆動することができる。
【0063】
ここで、上記のモータ6が駆動する負荷としては、空気調和機、冷蔵庫等の圧縮機である。このようなモータ6は、誘導モータとは異なり、同期モータであるため、ロータ位置を正確に検出して、その位置状態に応じてインバータ回路5から駆動電圧波形信号を出力する必要がある。しかし、圧縮機内部は高温高圧であり、センサを内蔵できないため、磁石ロータが回転することでモータコイルに発生する誘起電圧を検出することにより、ロータ位置を検出するセンサレスの位置検出回路が利用されている。
【0064】
このセンサレスの位置検出回路には、大きく分けてアナログ方式とデジタル方式の2つの方式がある。アナログ方式では、モータ端子電圧波形を入力する位置検出入力部にコンデンサと抵抗とからなるアナログフィルタ回路が挿入され、正弦波状に波形整形してコンパレータに入力し、仮想中性点電位と比較し、位置検出信号を生成している。このフィルタ回路のため、検出された電圧波形は、実際の誘起電圧波形とは90度位相がずれている。
【0065】
デジタル方式では、モータ6の誘起電圧波形をPWMスイッチングしたパルス状の波形のままコンパレータに入力し、DC電圧の1/2の基準電圧と比較して、位置検出信号を生成する。
【0066】
ところが、間欠通電駆動のようにPWM波形がオフするとき、オフ時は誘起電圧波形が現れないため、オン時のみ誘起電圧波形から位置を検出できるように制御回路7内部のマイコンで処理している。この生成された位置検出信号に基づいて、実際のPWM波形を出力するタイミングを決定し、進角(弱め界磁)制御を行っている。進角制御により、高効率運転と高回転数域の拡大を図れる。しかも、フィルタ回路がないため、検出精度が高く、位相遅れもなく、進角(弱め界磁)制御も容易になる。さらに、誘起電圧が小さい低速時でも位置検出が可能となり、起動時に低回転数から運転が可能となる。これにより起動電流を低減でき、過電流によるインバータ回路5のトランジスタの破損を防止でき、信頼性向上も図れる。
【0067】
アナログ方式に比ベデジタル方式では優れている点が多いが、デジタル方式には、PWM波形のオン時しか位置検出ができないという短所がある。また、PWM波形のオン時間は、PWMデューティが同じでもキャリア周波数が変われば変化し、キャリア周波数が低いほど長くなる。
【0068】
そこで、信号の伝達遅延時間、マイコンでの位置検出処理時間などを考慮して位置検出が可能なPWM波形の最小オン時間を確保するように、制御回路7は、180度通電駆動のPWMキャリア周波数に比べ間欠通電駆動のPWMキャリア周波数を低く設定する手段を有する。
【0069】
切換え後の駆動方式に応じてPWMキャリア周波数は変更されるが、特に180度通電駆動から間欠通電駆動に駆動方式を切換えるときには、間欠通電駆動のキャリア周波数は低く設定される。すると、PWM波形のオン時間が長くなり、位置検出可能な時間が長くなる。したがって、デジタル方式の位置検出回路を用いた場合に、位置検出の信頼性を確保することができる。
【0070】
また、間欠通電駆動方式では、モータコイルに発生する誘起電圧を検出することにより通電相の切換えを行っており、180度通電駆動から間欠通電駆動へ切換える場合、切換え後、ある程度の時間が経過しても誘起電圧が検出できないとき、間欠通電駆動の通電モードに対するロータ位置が大きくずれていると考えられる。最悪の場合、モータ6がロックし、インバータ回路5の駆動素子に過大電流が流れ、駆動素子を破壊してしまう可能性がある。そこで、制御回路7は、通電方式の切換え後、所定時間経過しても誘起電圧を検出できない場合、モータ6ヘの通電を停止する手段を有する。
【0071】
誘起電圧を検出できないと、位置検出ができず、モータ6の正常な駆動制御ができなくなる。このような場合、モータ6への通電が停止されることにより、インバータ回路5に過大電流が流れることはなくなり、トランジスタ等の駆動素子の損傷を防止でき、駆動制御の信頼性を向上させることができる。
【0072】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。上記したそれぞれの制御方法は、単独で用いてもよく、あるいは任意の制御方法を組み合わせて実施することにより、さらなる制御性能の向上を図ってもよい。また、間欠通電駆動方式として、120度以外の通電角による通電駆動も採用して、複数の間欠通電駆動方式と180度通電駆動方式との間で駆動方式の切換えを行うようにしてもよい。
【0073】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、間欠通電駆動と180度通電駆動との間で駆動方式の切換えを行うとき、インバータ回路に出力する駆動信号であるPWMデューティあるいは変調率を調整することにより、モータ出力の変動が小さく抑えられ、モータ回転の安定化および切換え制御の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態のモータ制御装置の構成図
【図2】 間欠通電駆動の駆動波形を示す図
【図3】 180度通電駆動の駆動波形を示す図
【図4】 間欠通電駆動の回転数制御を示すフローチャート
【図5】 間欠通電駆動のU相上アームのインバータ駆動信号を示す図
【図6】 180度通電駆動の回転数制御を示すフローチャート
【図7】 180度通電駆動のU相上アームのインバータ駆動信号を示す図
【図8】 間欠通電駆動から180度通電駆動への切換え時の回転数変動の様子を示した図
【図9】 180度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時の回転数変動の様子を示した図
【図10】 通電角に対するPWMデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図11】 回転数に対するPWMデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図12】 他の形態のモータ制御装置の構成図
【図13】 DC電圧に対するPWMデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図14】 他の形態のモータ制御装置の構成図
【図15】 AC電圧に対するPWMデューティ、変調率を補正する所定値α、βの一例を示す図
【図16】 120度通電駆動の通電モードを示す図
【図17】 間欠通電駆動から180度通電駆動への切換え時のモータ電流波形を示す図
【図18】 180度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時のモータ電流淡形を示す図
【符号の説明】
1 交流電源
2 リアクタ
3 整流回路
4 平滑回路
5 インバータ回路
6 3相ブラシレスモータ
7 制御回路
8 間欠通電駆動部
9 180度通電駆動部
10 駆動方式選択部
1l PWM作成部/各相分配部
12 回転数制御PWMデューティ/変調率演算部
13 DC電圧検出手段
14 AC電圧検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control method and a control apparatus for driving and controlling a synchronous motor such as a brushless motor constituted by a rotor equipped with a permanent magnet without a position sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a sensorless operation in which a motor is driven and controlled without using a position sensor that detects a rotor position of a brushless motor (hereinafter referred to as a motor), intermittent energization driving with an energization pause period and an energization angle of less than 180 degrees is performed. Generally done. In this intermittent energization drive system, when the motor coil is energized, an induced voltage generated in the motor coil due to the rotation of the motor during a certain period of energization is detected from the motor coil terminal, and the energization to the motor is detected from this induced voltage. Determine timing. As such an intermittent energization drive method, a so-called 120-degree energization drive with an energization angle of 120 degrees is common.
[0003]
As another driving method, there is a so-called 180-degree energization drive including sinusoidal energization that drives a motor without providing an energization pause period. In the 180-degree conduction drive system, a resistance is connected in parallel with the two-phase motor coil neutral point and the two-phase coil, and the motor induced voltage is detected by comparing the voltage between the neutral point and the resistance neutral point. Then, drive by determining the energization timing to the motor, or drive the motor position by detecting the motor position by calculating the motor current at high speed, or the phase difference between the motor drive voltage and the motor current The energization timing is determined based on the driving.
[0004]
Generally, the 180-degree energization drive system is said to be a drive system with less torque fluctuation and rotation fluctuation because the drive waveform is smoother than the 120-degree energization drive system.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-341594 discloses a method for controlling the drive of the motor by switching between these two drive systems. In this case, the 180 ° energization drive is performed based on the output of the rotation pulse generating means such as an encoder, and when the output pulse from the rotation pulse generating means cannot be detected, the drive is switched to the 120 ° energization drive.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the motor control method for switching between the two driving methods, the fluctuation of the rotational speed at the time of switching the driving method and the reliability of the energization switching are not taken into consideration. For example, the output of the motor changes due to the switching of the driving method, and as a result, the rotational speed fluctuates, resulting in noise and vibration. In the sensorless operation, in the transient state at the time of drive switching, the rotor position detection accuracy deteriorates due to the fluctuation of the induced voltage, the energization timing becomes unstable, and in the worst case, there is a possibility that the step-out occurs.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a motor control method and control device that can stabilize the rotational speed of a motor and improve the reliability at the time of switching the drive system when using different drive systems together. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The problem-solving means according to the present invention includes a 180-degree energization driving method for energizing a motor that drives a load, and an intermittent energization driving method for providing an energization pause period and an energization angle of less than 180 degrees. A control method that controls driving of a motor by selecting one of the driving methods. When switching from one driving method to the other, when switching in one driving method to suppress fluctuations in the motor speed The driving signal is corrected to be a driving signal in the other driving method.
[0009]
That is, when switching from the intermittent energization drive method to the 180-degree energization drive method, the drive signal in the intermittent energization drive method is corrected so as to increase the rotation speed of the motor. At this time, if it is switched without correction, the motor rotation speed will decrease too much, and it will take time for the rotation to stabilize, but this correction will reduce the decrease in the motor rotation speed immediately after switching. The target speed can be reached quickly and stable rotation can be achieved. Further, when switching from the 180-degree energization drive method to the intermittent energization drive method, the drive signal in the 180-degree energization drive method is corrected so as to reduce the rotational speed of the motor.
[0010]
As a specific method for correcting the drive signal, when switching from the intermittent energization drive method to the 180-degree energization drive method, the PWM duty at the time of switching in the intermittent energization drive method is corrected, and the 180-degree energization drive method is used. The modulation rate. In the correction, the PWM duty is multiplied by a predetermined value of 1 or more, and this value is used as the modulation factor of 180 ° energization. Further, when switching from the 180-degree energization drive method to the intermittent energization drive method, the 180-degree energization modulation rate at the time of switching in the 180-degree energization drive method is corrected to obtain the PWM duty in the intermittent energization drive method. The correction is performed by multiplying the modulation factor of 180-degree energization by a predetermined value of 1 or less and setting this value as the PWM duty.
[0011]
The predetermined value is not limited to a unique value and may be changeable. For example, it changes according to the energization angle of intermittent energization drive, changes according to the number of rotations of the motor at the time of switching, changes according to the DC voltage at the time of switching of the inverter circuit that drives the motor, supplied from an AC power source Change according to the AC voltage at the time of switching.
[0012]
When switching from the intermittent energization drive method to the 180-degree energization drive method, the energization phase when starting the 180-degree energization drive is determined according to the energization mode of the intermittent energization drive at the time of switching and the motor rotation speed or the load state of the motor. . By adjusting the energization phase at the time of switching, a stable transition can be made with an accurate energization phase, and the drive system can be switched reliably.
[0013]
When switching from the 180-degree energization drive method to the intermittent energization drive method, the energization phase of the 180-degree energization drive at the time of switching is determined according to the number of rotations of the motor at the time of switching or the load state of the motor. And the energization mode when starting intermittent energization drive is determined according to the energization phase of 180 degree energization drive at the time of switching. Thus, by determining the energization phase and the energization mode, the phase information is inherited at the time of switching, and a stable transition can be made, and the reliability of the switching control is improved.
[0014]
The load state of the motor is the difference between the PWM duty at the motor speed at the time of switching and the reference PWM duty at the speed, or the modulation rate at the motor speed at the time of switching and the reference modulation rate at the speed. Estimated based on the power consumption calculated from the DC current and DC voltage supplied to the inverter circuit that drives the motor, estimated based on the DC current supplied to the inverter circuit that drives the motor Estimating based on the AC current supplied from the AC power source, estimating based on the power consumption calculated from the AC current and AC voltage supplied from the AC power source, estimating based on the motor current flowing through the motor, etc. Thus, it is determined by any estimation method. Therefore, a new sensor such as a load torque detector can be eliminated, and the cost can be reduced.
[0015]
Then, after switching the driving method, switching of the driving method is prohibited for a predetermined time. As a result, frequent switching of the drive system can be prevented, so that the load on the control device can be reduced, and stress on the inverter circuit, motor, etc. can be reduced.
[0016]
It is assumed that the acceleration / deceleration of the motor is prohibited for a predetermined time after the drive system is switched. Therefore, since it is possible to secure a time until the control after switching is stabilized, acceleration / deceleration control can be resumed smoothly.
[0017]
When the rotational speed of the motor after switching decreases from the rotational speed before switching and does not reach the target rotational speed, the target rotational speed is changed to a low value. Specifically, when the rotational speed immediately after switching decreases compared to the rotational speed immediately before switching and a large deviation occurs from the target rotational speed, the target rotational speed is adjusted to the low rotational speed after switching. Since the maximum rotation speed of the intermittent energization drive method is lower than the maximum rotation speed of the 180 ° energization drive method, the motor rotation speed may decrease when switching from the 180 ° energization drive method to the intermittent energization drive method. The control may become unstable. Therefore, when there is such a risk, the deviation of the rotational speed before and after switching can be reduced by changing the target rotational speed to be low as described above, and the control can be stabilized.
[0018]
It is assumed that the PWM carrier frequency is changed when the driving method is switched. As a result, a drive signal can be output at a PWM carrier frequency suitable for the switched drive system, the motor can be stably rotated, and can be driven with high efficiency and low noise.
[0019]
In this case, when switching from the 180 degree energization drive method to the intermittent energization drive method, the PWM carrier frequency of the intermittent energization drive is set lower than the PWM carrier frequency of the 180 degree energization drive. Thereby, when the position of the rotor of the motor is detected without a sensor, reliable position detection can be performed.
[0020]
After detecting the induced voltage generated in the motor and switching the driving method, when the induced voltage cannot be detected, the energization to the motor is stopped. If the induced voltage cannot be detected, the rotor position cannot be known and appropriate drive control cannot be performed. At this time, by stopping energization of the motor, it is possible to prevent the overcurrent from flowing through the inverter circuit and to protect the circuit components.
[0021]
As a control device for executing the above control method, a 180-degree energization drive unit that energizes 180 degrees with respect to a motor that drives a load, and an intermittent energization drive with an energization pause period provided with an energization angle of less than 180 degrees. The intermittent energization drive means, the selection means for selecting one of the 180-degree energization drive system and the intermittent energization drive system according to the state of the motor or an external command, and switching from one drive system to the other drive system In order to suppress fluctuations in the rotational speed of the motor, there is provided correction means for correcting the drive signal at the time of switching in one drive system to obtain a drive signal in the other drive system.
[0022]
When switching from the intermittent energization drive method to the 180-degree energization drive method, the correction means modulates 180-degree energization in the 180-degree energization drive method by multiplying the PWM duty at the time of switching in the intermittent energization drive method by a predetermined value of 1 or more. When switching from the 180-degree energization drive method to the intermittent energization drive method, the PWM duty in the intermittent energization drive method is a value obtained by multiplying the modulation rate of 180-degree energization at the time of switching in the 180-degree energization drive method by a predetermined value of 1 or less. And
[0023]
Furthermore, after switching the drive system, means for prohibiting the switching of the drive system for a predetermined time, after switching the drive system, for prohibiting the acceleration / deceleration of the motor for a predetermined time, after the switching of the drive system, the induced voltage generated in the motor Means for stopping the energization of the motor when it cannot be detected.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an AC voltage from a commercial power source is supplied from an
[0025]
The rectified DC voltage is supplied to the
[0026]
A
[0027]
The drive
[0028]
In order to improve efficiency, suppress torque fluctuation, vibration, and noise, it is desirable that the 180-degree energization drive has a sine wave shape that can realize a smooth change in the drive waveform. Further, the drive waveform of intermittent energization drive may be any drive waveform as long as the energization angle is less than 180 degrees and an energization stop period is provided in the drive waveform and an induced voltage generated during that period can be detected. For example, 120-degree energization driving is complete two-phase energization, and rectangular wave energization is possible. Therefore, there is an advantage that it is easy to create a drive waveform to be supplied to each phase.
[0029]
The drive waveform in each drive system is shown. FIG. 2 shows a drive waveform of 120-degree rectangular energization as an example of intermittent energization drive, and FIG. 3 shows a drive waveform of sine-wave energization as an example of 180-degree energization drive. FIGS. 2 and 3 are waveform diagrams showing the signals for driving the drive elements of the inverter circuit 5 (PWM creation / output of each phase distribution unit 11) as analog values for each coil terminal, during the actual energization period. The drive waveform is PWM chopped at several to several tens of kHz, and the duty of the PWM drive signal is changed so as to reach the target rotational speed. By changing the duty, the voltage or current applied to the
[0030]
FIG. 4 shows the procedure for controlling the rotational speed of the
[0031]
If they do not match, it is compared in S5 whether the current actual rotational speed N is smaller or larger than the target rotational speed N1. If the actual rotational speed N is larger than the target rotational speed N1, the rotational speed control PWM duty is decreased in S6. Conversely, if the actual rotational speed N is smaller than the target rotational speed N1, the rotational speed control PWM duty is increased in S7. Is done. By repeating this operation, the rotational speed control PWM duty is adjusted, and rotational speed control for controlling the actual rotational speed of the
[0032]
FIG. 5 shows an inverter drive signal for the U-phase upper arm when 120 energization drive is selected. In the 120-degree energization drive, a PWM duty equal to the rotation speed control PWM duty is output over the entire energization section. Other sections are idle periods.
[0033]
FIG. 6 shows the procedure for controlling the rotational speed of the
[0034]
If they do not match, it is compared in S12 whether the current actual rotational speed N is smaller or larger than the target rotational speed N1. If the actual rotational speed N is greater than the target rotational speed N1, the rotational speed control modulation factor is decreased in S13. Conversely, if the actual rotational speed N is less than the target rotational speed N1, the rotational speed control modulation factor is increased in S14. Is done. By repeating this operation, the rotational speed control modulation rate is adjusted, and rotational speed control is performed to control the actual rotational speed of the
[0035]
FIG. 7 shows an inverter drive signal for the U-phase upper arm when 180-degree energization drive is selected. In the 180-degree energization drive, PWM duty calculated using the rotation speed control modulation rate is output so that the motor current waveform becomes sinusoidal according to the energization phase.
[0036]
Here, when the drive method is switched from 120-degree energization drive, which is an example of intermittent energization drive, to 180-degree energization drive, the rotation speed control PWM duty in intermittent drive is directly used as the rotation speed control modulation rate of 180-degree energization drive. Can be considered. Note that the PWM duty and the modulation factor are the same dimension.
[0037]
However, in this method, an imbalance occurs between the
[0038]
Therefore, when switching from intermittent energization drive to 180-degree energization drive, the rotational speed control PWM duty of intermittent energization drive is not directly used as the rotation speed control modulation rate of 180-degree energization, but the rotational speed control PWM duty / modulation rate calculation The unit 12 calculates a value obtained by multiplying the PWM duty of the intermittent energization drive output from the intermittent
[0039]
In FIG. 8, as indicated by the solid line, the number of rotations after switching increases compared to the case where no correction is performed, fluctuations in the number of rotations are reduced, and stable switching of the driving method is possible. Note that the predetermined value α is a value set in advance by experiment or simulation so that the fluctuation of the rotational speed at the time of switching the driving method becomes small.
[0040]
Next, when switching from the 180-degree energization drive to the 120-degree energization drive that is an example of the intermittent energization drive, a method is considered in which the rotation speed control modulation rate of the 180-degree energization drive is directly used as the rotation speed control PWM duty of the intermittent energization drive. . However, even with this method, an imbalance occurs between the current motor state such as the rotational speed and the motor torque and the inverter output, and the rotational speed fluctuation occurs as shown by the broken line in FIG. It may take some time for the target rotational speed to match. Further, if the rotational speed fluctuation is large, the position detection accuracy is deteriorated, and in the worst case, there is a possibility of stepping out.
[0041]
Therefore, at the time of switching from 180 degree energization drive to intermittent energization drive, the rotation speed control modulation rate of 180 degree energization drive is not directly used as the rotation speed control PWM duty of intermittent drive, but the rotation speed control PWM duty / modulation rate calculation The unit 12 calculates a value obtained by multiplying the modulation factor of the 180-degree energization drive by the predetermined value β, and outputs the corrected value as the PWM duty of the intermittent energization drive. The
[0042]
In FIG. 9, as indicated by the solid line, the number of rotations after switching is reduced and fluctuations in the number of rotations are reduced as compared with the case where no correction is performed, and switching of a stable driving method is possible. Note that the predetermined value β is a value set in advance by experiment or simulation so that the fluctuation in the number of revolutions at the time of switching the driving method becomes small.
[0043]
For the predetermined values α and β, α is 1 or more and β is 1 or less. Further, the predetermined values α and β may be values according to the state of the
[0044]
For example, as shown in FIG. 10, the predetermined values α and β set in advance according to the energization angle of the intermittent energization drive are stored as ROM data of the
[0045]
As shown in FIG. 11, the predetermined values α and β set in advance according to the rotation speed of the
[0046]
Further, as shown in FIG. 12, DC voltage detecting means 13 for detecting the DC voltage of the
[0047]
Further, as shown in FIG. 14, AC voltage detection means 14 for detecting an AC voltage applied to the
[0048]
In the above embodiment, a control method for further improving the stability of rotation and the reliability of control will be described below. The intermittent energization drive is a method in which the energization mode is sequentially switched to 0, 1,..., 5, 0. FIG. 16 shows an example of the energization mode in the 120-degree energization drive.
[0049]
Then, when switching from intermittent energization drive to 180-degree energization drive, the current energization phase is calculated from the energization mode at the time of switching, and 180-degree energization drive is performed. For example, at the switching timing from the
[0050]
The motor current waveform at the time of switching from the 120-degree energization drive to the 180-degree energization drive at this time is shown in FIG. At the time of switching the drive method, by determining the energization phase to start the 180 degree energization drive according to the energization mode and the rotation speed of the 120 degree energization drive at the time of switching, the phase information is inherited from the 120 degree energization drive, and the accurate energization phase It turns out that it shifts stably. Further, instead of adjusting the energization phase for starting the 180-degree energization drive according to the rotational speed, the energization phase may be adjusted according to the load state of the
[0051]
Further, at the time of switching from the 180-degree energization drive to the 120-degree energization drive, the energization mode of the 120-degree energization drive after switching is determined according to the energization phase of the 180-degree energization drive at the time of switching. In other words, the energization phase of the 180-degree energization drive to be switched is determined according to the energization mode of the 120-degree energization drive after the drive method is switched.
[0052]
For example, if the 120-degree energization drive after switching the drive method starts from the
[0053]
The motor current waveform at the time of switching from the 180 ° energization drive to the 120 ° energization drive at this time is shown in FIG. At the time of switching the drive method, the phase information is inherited from the 180-degree energization drive by determining the energization phase of the 180-degree energization drive to be switched according to the number of rotations of the
[0054]
The magnitude of the load on the
[0055]
Therefore, as load state estimating means, (1) means for calculating the increase amount of the PWM duty, (2) means for calculating the increase amount of the modulation factor, (3) means for detecting the DC current supplied to the inverter circuit 5 (4) Means for detecting the AC current supplied from the
[0056]
Similarly, another control method will be described. If the drive system is frequently switched, the load on the
[0057]
Thus, once the drive system is switched, the drive system is maintained for a predetermined time, and the drive system can be switched again after the predetermined time has elapsed. Therefore, frequent switching of the drive system can be suppressed, the overload of the
[0058]
Further, if the drive method is switched in a transient state where acceleration or deceleration is being performed toward the target rotational speed and acceleration or deceleration is continued even after the switching, control stability may deteriorate. Therefore, the
[0059]
After switching the driving method, the
[0060]
Similarly, another control method will be described. Since the intermittent energization drive has an energization prohibition period, the maximum input to the
[0061]
When the actual rotational speed of the
[0062]
In consideration of the efficiency and noise of the
[0063]
Here, the load driven by the
[0064]
The sensorless position detection circuit is roughly divided into two methods, an analog method and a digital method. In the analog method, an analog filter circuit consisting of a capacitor and a resistor is inserted into the position detection input section that inputs the motor terminal voltage waveform, and the waveform is shaped into a sine wave and input to the comparator, compared with the virtual neutral point potential, A position detection signal is generated. Because of this filter circuit, the detected voltage waveform is 90 degrees out of phase with the actual induced voltage waveform.
[0065]
In the digital method, the induced voltage waveform of the
[0066]
However, when the PWM waveform is turned off as in intermittent energization driving, the induced voltage waveform does not appear when the PWM waveform is turned off. Therefore, processing is performed by the microcomputer in the
[0067]
Although the digital method has many advantages over the analog method, the digital method has a disadvantage that position detection can be performed only when the PWM waveform is on. Also, the ON time of the PWM waveform changes if the carrier frequency changes even if the PWM duty is the same, and becomes longer as the carrier frequency is lower.
[0068]
Therefore, in order to secure the minimum on-time of the PWM waveform capable of position detection in consideration of the signal transmission delay time, the position detection processing time in the microcomputer, etc., the
[0069]
Although the PWM carrier frequency is changed according to the drive method after switching, the carrier frequency of intermittent energization drive is set low particularly when the drive method is switched from 180-degree energization drive to intermittent energization drive. Then, the ON time of the PWM waveform becomes longer, and the time for which position detection is possible becomes longer. Therefore, when a digital position detection circuit is used, reliability of position detection can be ensured.
[0070]
In the intermittent energization drive method, the energized phase is switched by detecting the induced voltage generated in the motor coil. When switching from the 180-degree energization drive to the intermittent energization drive, a certain amount of time elapses after the switching. However, when the induced voltage cannot be detected, the rotor position with respect to the energization mode of the intermittent energization drive is considered to be greatly deviated. In the worst case, there is a possibility that the
[0071]
If the induced voltage cannot be detected, the position cannot be detected and normal drive control of the
[0072]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, many corrections and changes can be added to the said embodiment within the scope of the present invention. Each of the above-described control methods may be used alone or may be further improved by performing a combination of arbitrary control methods. Also, as the intermittent energization drive method, energization drive with an energization angle other than 120 degrees may be adopted to switch the drive method between the plurality of intermittent energization drive methods and the 180 degree energization drive method.
[0073]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, when switching the driving method between the intermittent energization driving and the 180-degree energization driving, the PWM duty or the modulation factor that is a drive signal output to the inverter circuit is adjusted. As a result, fluctuations in the motor output can be kept small, and the motor rotation can be stabilized and the reliability of the switching control can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a drive waveform of intermittent energization drive
FIG. 3 is a diagram showing a drive waveform of 180-degree energization drive
FIG. 4 is a flowchart showing the rotational speed control of intermittent energization drive.
FIG. 5 is a diagram showing an inverter drive signal of a U-phase upper arm for intermittent energization drive
FIG. 6 is a flowchart showing the rotational speed control of the 180-degree energization drive.
FIG. 7 is a diagram showing an inverter drive signal of a U-phase upper arm that is driven at 180 degrees.
FIG. 8 is a diagram showing how the rotational speed fluctuates when switching from intermittent drive to 180-degree drive
FIG. 9 is a diagram showing how the rotational speed fluctuates when switching from 180-degree energization drive to intermittent energization drive.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of PWM duty with respect to a conduction angle and predetermined values α and β for correcting a modulation rate.
FIG. 11 is a diagram showing an example of PWM duty with respect to the rotational speed and predetermined values α and β for correcting the modulation rate.
FIG. 12 is a configuration diagram of another embodiment of a motor control device.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of PWM duty with respect to a DC voltage and predetermined values α and β for correcting a modulation rate.
FIG. 14 is a configuration diagram of another embodiment of a motor control device.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of PWM duty with respect to an AC voltage and predetermined values α and β for correcting a modulation rate.
FIG. 16 is a diagram showing an energization mode of 120-degree energization drive.
FIG. 17 is a diagram showing a motor current waveform when switching from intermittent energization drive to 180-degree energization drive.
FIG. 18 is a diagram showing a light shape of a motor current at the time of switching from 180 degree energization driving to intermittent energization driving.
[Explanation of symbols]
1 AC power supply
2 reactors
3 Rectifier circuit
4 Smoothing circuit
5 Inverter circuit
6 3-phase brushless motor
7 Control circuit
8 Intermittent drive unit
9 180 degree conduction drive
10 Drive system selector
1l PWM generator / each phase distributor
12 Speed control PWM duty / modulation rate calculation unit
13 DC voltage detection means
14 AC voltage detection means
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