JP2017112751A - Motor driving device and washing machine or washing and drying machine in which the same is incorporated - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動する洗濯機等に用いられるモータ駆動装置およびこれを用いた洗濯機または洗濯乾燥機に関するものである。 The present invention relates to a motor driving device used in a washing machine or the like that drives a motor by an inverter circuit, and a washing machine or a washing / drying machine using the same.
洗濯機等を駆動するためのモータ駆動装置において、異常時などに交流入力電流が過大にならないように、制限する必要がある。従来、インバータ回路の駆動制御をおこなうマイコンは、交流入力電流ラインと絶縁されており、GND電位が異なることが多い(例えば、特許文献1参照)。 In a motor drive device for driving a washing machine or the like, it is necessary to limit the AC input current so that it does not become excessive when an abnormality occurs. Conventionally, a microcomputer that performs drive control of an inverter circuit is insulated from an AC input current line and often has a different GND potential (for example, see Patent Document 1).
特許文献1には、マイコンから絶縁された回路における過電流状態を検知する安価な方法として、電流を検出したいラインに直列に電流検出用の抵抗を挿入し、挿入した抵抗の両端に発生する電圧によって、フォトカプラを駆動する過電流検出装置を備えたモータ駆動装置および洗濯機が開示されている。
In
しかしながら、上記従来のモータ駆動装置の過電流検出装置は、電流検出抵抗、直流電圧源等の回路部品が必要であり、GND電位も異なるためフォトカプラ等の高価な部品も必要となるほか、検出抵抗部の発熱、検出抵抗部での損失も増加することもあり、より安価なモータ駆動装置を構成できないという課題があった。 However, the above-described conventional overcurrent detection device of the motor drive device requires circuit components such as a current detection resistor and a DC voltage source, and also requires expensive components such as a photocoupler because the GND potential is different. There is a problem that the heat generation of the resistance portion and the loss at the detection resistance portion may increase, and a more inexpensive motor drive device cannot be configured.
上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯兼脱水槽等の負荷を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分とに分解してそれぞれ所望の値となるように制御するベクトル制御を実施し、前記ロータ位置検出手段によるモータ回転数を指令回転数となるように速度制御を行い、前記電流検出手段により検出したモータ電流の参照値を参照する1次電流判定手段を備え、前記1次電流判定手段は、前記モータ回転数に応じて、前記電流検出手段により検出したモータ電流の参照値があらかじめ設定したテーブルの制限値を超える場合には前記指令回転数の変化を緩やかにすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a motor drive device of the present invention includes a rectifier circuit connected to a power source, an inverter circuit that converts DC power of the rectifier circuit into AC power, and a washing and unloading that is driven by the inverter circuit. A brushless motor for driving a load such as a water tank, rotor position detecting means for detecting a rotor position of the brushless motor, current detecting means for detecting a motor current of the brushless motor, and control means for controlling the inverter circuit. The control means performs a vector control for controlling the motor current of the brushless motor into a current component corresponding to a magnetic flux and a current component corresponding to a torque and controlling each of them to a desired value; Speed control is performed so that the motor rotation speed by the position detection means becomes the command rotation speed, and is detected by the current detection means. Primary current determination means for referring to a reference value of the motor current, wherein the primary current determination means is a table in which a reference value of the motor current detected by the current detection means is set in advance according to the motor rotation speed. When the limit value is exceeded, the change in the command rotational speed is made gradual.
本発明のモータ駆動装置は、高価な1次電流検出部を用いずとも、所望する任意の範囲に1次側電流を制限でき、入力電流が過大になることを防止できる。また、モータ電流の制限値を、指令回転数に応じて変化させることにより、低回転において必要以上にモータ電流を制限しないため、低速時でもトルク不足による回転数低下が発生しない。また、従来に比べ高価な部品を要する1次電流検出部を用いないため、低コストなモータ駆動装置を提供することができる。 The motor drive device of the present invention can limit the primary current to an arbitrary desired range without using an expensive primary current detector, and can prevent the input current from becoming excessive. Further, since the motor current limit value is changed according to the command rotation speed, the motor current is not limited more than necessary at low rotation, so that the rotation speed is not reduced due to insufficient torque even at low speed. In addition, since a primary current detector that requires more expensive parts than in the past is not used, a low-cost motor drive device can be provided.
第1の発明のモータ駆動装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯兼脱水槽等の負荷を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分とに分解してそれぞれ所望の値となるように制御するベクトル制御を実施し、前記ロータ位置検出手段によるモータ回転数を指令回転数となるように速度制御を行い、前記電流検出手段により検出したモータ電流の参照値を参照する1次電流判定手段を有し、前記1次電流判定手段は、前記モータ回転数に応じて、前記電流検出手段により検出したモータ電流の参照値があらかじめ設定したテーブルの制限値を超える場合には前記指令回転数の変化を緩やかにすることを特徴とする。 A motor drive device according to a first aspect of the present invention is a rectifier circuit connected to a power source, an inverter circuit for converting DC power of the rectifier circuit into AC power, and driving a load such as a washing / dehydrating tub driven by the inverter circuit. A brushless motor, a rotor position detecting means for detecting a rotor position of the brushless motor, a current detecting means for detecting a motor current of the brushless motor, and a control means for controlling the inverter circuit. The motor control of the brushless motor is divided into a current component corresponding to the magnetic flux and a current component corresponding to the torque, and the vector control is performed to control the motor current to a desired value. The speed is controlled so that the number becomes the command rotation speed, and the reference value of the motor current detected by the current detection means is A primary current determination means for illuminating the reference current, and the primary current determination means is configured such that a reference value of the motor current detected by the current detection means exceeds a preset table limit value according to the motor speed. Is characterized in that the change in the command rotational speed is moderated.
第2の発明のモータ駆動装置は、特に、第1の発明において、前記1次電流判定手段において、前記テーブルの制限値は、前記モータ回転数の2乗に比例する項を有し単調減少する関数によって規定されることを特徴とする。 The motor drive device according to a second aspect of the present invention is the motor drive device according to the first aspect of the invention, wherein, in the primary current determination means, the limit value of the table has a term proportional to the square of the motor rotational speed and monotonously decreases. It is defined by a function.
この構成により、高価な1次電流検出部を用いずとも、必要以上にモータ電流を制限せずに、入力電流が過大になることを防止できる、低コストなモータ駆動装置を提供することができる。 With this configuration, it is possible to provide a low-cost motor driving device that can prevent the input current from becoming excessive without limiting the motor current more than necessary without using an expensive primary current detection unit. .
第3の発明のモータ駆動装置は、特に、第1または第2の発明において、前記電流検出手段により検出したモータ電流と前記ロータ位置検出手段より検出したロータ位置とを比較し前記モータ電流と誘起電圧の位相を検出する電流位相検出手段を有し、前記1次電流判定手段は、前記電流検出手段により検出した前記モータ電流の電流値に前記電流位相検出手段により検出した前記モータ電流と誘起電圧の位相の余弦を乗じた値をモータ電流の参照値とすることを特徴とする。 The motor drive device according to a third aspect of the invention is particularly the first or second aspect of the invention in which the motor current detected by the current detection means and the rotor position detected by the rotor position detection means are compared to induce the motor current. Current phase detection means for detecting the phase of the voltage, wherein the primary current determination means adds the motor current and the induced voltage detected by the current phase detection means to the current value of the motor current detected by the current detection means; A value obtained by multiplying the cosine of the phase is a reference value of the motor current.
この構成により、ブラシレスモータを高速で運転する場合などに利用する弱め界磁制御などのブラシレスモータの誘起電圧に対して電流の位相を変化した場合にも、必要以上に
電流を制限することなくブラシレスモータの運転をすることができる。
With this configuration, even when the phase of the current is changed with respect to the induced voltage of the brushless motor, such as field-weakening control used when the brushless motor is operated at high speed, the current of the brushless motor is not limited more than necessary. You can drive.
第4の発明のモータ駆動装置は、特に、第1〜第3の発明において、前記整流回路の直流電圧を検出する電圧検出手段を備えるとともに前記テーブルを複数備え、前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出された電圧を、あらかじめ決められた標準値と比較し、その大小関係によって、前記複数のテーブルを選択的に適用して前記テーブルの制限値を切り替えることを特徴とする。 A motor drive device according to a fourth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the first to third aspects, further comprising voltage detection means for detecting a DC voltage of the rectifier circuit and a plurality of the tables, wherein the control means is configured to detect the voltage. The voltage detected by the means is compared with a predetermined standard value, and the limit value of the table is switched by selectively applying the plurality of tables according to the magnitude relationship.
この構成により、電源電圧が変動した場合でも、高価な1次電流検出部を用いずとも、必要以上にモータ電流を制限せずに、入力電流が過大になることを防止できる、低コストなモータ駆動装置を提供することができる。 With this configuration, even when the power supply voltage fluctuates, a low-cost motor that can prevent the input current from becoming excessive without limiting the motor current more than necessary without using an expensive primary current detector. A drive device can be provided.
第5の発明のモータ駆動装置は、特に、第4の発明において、前記電圧検出手段で検出された電圧を、あらかじめ決められた標準値と比較し、それよりも高電位と判定された場合、前記テーブルの制限値は、前記モータ回転数の2乗に比例する項を有し単調減少する関数の係数を大きくすることを特徴とする。 The motor drive device of the fifth invention is the motor drive device of the fifth invention, in particular, in the fourth invention, when the voltage detected by the voltage detection means is compared with a predetermined standard value and determined to be higher than that, The limit value of the table has a term proportional to the square of the motor rotation speed, and increases the coefficient of a monotonically decreasing function.
この構成により、電源電圧が高く変動した場合でも、高価な1次電流検出部を用いずとも、必要以上にモータ電流を制限せずに、入力電流が過大になることを防止できる、低コストなモータ駆動装置を提供することができる。 With this configuration, even when the power supply voltage fluctuates high, it is possible to prevent the input current from becoming excessive without limiting the motor current more than necessary without using an expensive primary current detection unit. A motor drive device can be provided.
第6の発明のモータ駆動装置は、特に、第4の発明において、前記電圧検出手段で検出された電圧を、あらかじめ決められた標準値と比較し、それよりも低電位と判定された場合、前記テーブルの制限値は、前記モータ回転数の2乗に比例する項を有し単調減少する関数の係数を小さくすることを特徴とする。 The motor drive device of the sixth invention is the motor drive device of the sixth invention, in particular, in the fourth invention, when the voltage detected by the voltage detection means is compared with a predetermined standard value and determined to be a lower potential than that, The limit value of the table has a term that is proportional to the square of the motor rotation number, and the coefficient of the monotonically decreasing function is reduced.
この構成により、電源電圧が低く変動した場合でも、高価な1次電流検出部を用いずとも、必要以上にモータ電流を制限せずに、入力電流が過大になることを防止できる、低コストなモータ駆動装置を提供することができる。 With this configuration, even when the power supply voltage fluctuates low, it is possible to prevent the input current from becoming excessive without limiting the motor current more than necessary without using an expensive primary current detection unit. A motor drive device can be provided.
第7の発明は、第1〜第6のいずれか1つの発明のモータ駆動装置を洗濯機または洗濯乾燥機に用いたものである。 7th invention uses the motor drive device of any one of 1st-6th invention for a washing machine or a washing dryer.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施の形態1のモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図である。図1に示すように、交流電源1(電源)は、整流回路2に交流電圧を加え、整流回路2は整流器20とコンデンサ21により直流電圧に変換し、直流電圧をインバータ回路3に加える。
FIG. 1 is a circuit diagram in which the motor drive apparatus according to the first embodiment of the present invention is partly blocked. As shown in FIG. 1, an AC power source 1 (power source) applies an AC voltage to a
インバータ回路3は、6個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール(IPM)で構成している。パワースイッチング半導体はIGBTの他、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)などで構成しても良い。このインバータ回路3の構成は、よく知られたものと同様であるので、詳しい説明は省略する。
The
インバータ回路3の出力端子にモータ4を接続し、洗濯機や洗濯乾燥機の撹拌翼(図示
せず)または洗濯兼脱水槽(図示せず)等の負荷を駆動する。モータ4はブラシレスモータにより構成し、回転子(ロータ)を構成する永久磁石と固定子との相対位置(回転子位置)をロータ位置検出手段4aにより検出する。ロータ位置検出手段4aは、通常、3個のホールICにより構成し、電気角60度ごとの位置の出力基準信号H1〜H3を検出する。
The
電流検出手段5は、モータ4のモータ電流Iu、Iv、Iwを検出するもので、通常はシャント抵抗5a、5bを用いる。また、直流電流を含む低周波数から測定可能な直流電流トランスや、交流電流トランスでも検出可能である。また、3相モータの場合、2相の電流(例えばIu、Iv)を求め、キルヒホッフの法則(Iu+Iv+Iw=0)より残りの1相の電流(Iw)を求める方法が一般的である。
The current detection means 5 detects motor currents Iu, Iv, and Iw of the
なお、ロータ位置検出手段4aは、出力基準信号H1〜H3を元にロータの位置を検出しているが、ホールICを用いず、モータの相電流と3相モータ駆動制御電圧からロータ位置を演算により検出する方法でもよい(図示せず)。 The rotor position detection means 4a detects the rotor position based on the output reference signals H1 to H3, but calculates the rotor position from the motor phase current and the three-phase motor drive control voltage without using the Hall IC. It is also possible to use a detection method (not shown).
制御手段6は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー(PWMタイマー)、高速A/D変換回路、メモリ回路(ROM、RAM)等より構成し、ロータ位置検出手段4aの出力信号より電気角を検知する電気角検知手段60と、電流検出手段5の出力信号と電気角検知手段60の信号より磁束に対応した電流成分Id(d軸電流)とトルクに対応した電流成分(トルク電流)Iq(q軸電流)に分解する3相/2相dq変換手段61と、静止座標系から回転座標系に変換、あるいは逆変換するのに必要な正弦波データ(sin、cosデータ)を格納する記憶手段62と、磁束に対応した電圧成分Vdとトルクに対応した電圧成分Vqを3相モータ駆動制御電圧Vu、Vv、Vwに変換する2相/3相dq逆変換手段63と、3相モータ駆動制御電圧Vu、Vv、Vwに応じてインバータ回路3のIGBTのスイッチングを制御するPWM制御手段64などを備えている。
The control means 6 comprises a microcomputer and an inverter control timer (PWM timer) built in the microcomputer, a high-speed A / D conversion circuit, a memory circuit (ROM, RAM), and the like, and from an output signal of the rotor position detection means 4a An
さらに、行程に応じてモータ4の起動、停止、回転数、および制動等を制御する設定変更手段65と、ロータ位置検出手段4aの出力信号より回転数を検知する回転数検知手段66と、回転数検知手段66によって検知された検知回転数Nと設定変更手段65によって設定された速度指令Nsを参照してトルクに対応した電流成分であるトルク電流Iqのq軸電流指令値Iqsを決定するトルク電流制御手段67と、設定変更手段65からのd軸(direct−axis)電流指令値Ids、トルク電流制御手段67からのq軸(quadrature−axis)電流指令値Iqsと、3相/2相dq変換手段61より演算したId、Iqをそれぞれ比較し、モータ電流を制御するための磁束に対応した電圧成分Vdとトルクに対応した電圧成分Vqを演算するモータ電流制御手段68とを備えている。
Further, setting change means 65 for controlling the start, stop, rotation speed, braking, etc. of the
磁束に対応した電圧成分Vdとトルクに対応した電圧成分Vqから逆変換して得られる2相/3相dq逆変換手段63からの入力(3相モータ駆動制御電圧Vu、Vv、Vw)に応じて、PWM制御手段64はインバータ回路3に制御信号を出力する。
According to the input (three-phase motor drive control voltages Vu, Vv, Vw) from the two-phase / three-phase dq reverse conversion means 63 obtained by reverse conversion from the voltage component Vd corresponding to the magnetic flux and the voltage component Vq corresponding to the torque. Thus, the PWM control means 64 outputs a control signal to the
トルクに対応したq軸電流Iqがq軸電流指令値Iqsとなるようにフィードバック制御することにより定トルク制御が可能となる。しかし、回転数が上昇するとモータ誘起電圧が上昇してトルク電流Iqが増加しなくなるので、回転数に応じてd軸電流Idを増加させる、いわゆる弱め磁束制御によりq軸電流Iqも増加させることができ、トルクを増加させることができる。 Constant torque control is possible by performing feedback control so that the q-axis current Iq corresponding to the torque becomes the q-axis current command value Iqs. However, since the motor-induced voltage increases and the torque current Iq does not increase as the rotational speed increases, the q-axis current Iq can also be increased by so-called weakening magnetic flux control that increases the d-axis current Id according to the rotational speed. And torque can be increased.
図2はモータ駆動装置動作時の各部の波形関係を示し、ロータ位置検出手段4aの出力
基準信号H1、H2、H3のエッジ信号は60度ごとに変化して、各部状態信号より360度を6分割した角度が判別できる。出力基準信号H1がローからハイとなるハイエッジを基準電気角0度として示し、モータ4のU相巻線誘起電圧Ecは、出力基準信号H1から30度遅れた波形となる。U相モータ電流IuとU相巻線誘起電圧Ecの位相を同じにすると最大効率が得られる。U相巻線誘起電圧Ecがq軸と同等軸となり、d軸は90度遅れている。q軸電流はモータ誘起電圧位相と同相なのでトルク電流と呼ばれる。
FIG. 2 shows the waveform relationship of each part during operation of the motor driving device. The edge signals of the output reference signals H1, H2, and H3 of the rotor position detecting means 4a change every 60 degrees, and 360 degrees from each part state signal becomes 6 degrees. Divided angles can be identified. A high edge where the output reference signal H1 changes from low to high is shown as a reference electrical angle of 0 degree, and the U-phase winding induced voltage Ec of the
図2において、U相モータ電流Iuは、U相巻線誘起電圧Ecよりわずかに進んで、モータ印加電圧VuはU相巻線誘起電圧Ecより30度進んだ波形を示す。VcはPWM制御手段64内で生成される鋸歯状(または三角波)波形のキャリヤ信号で、Vuは正弦波状のU相制御電圧でキャリヤ信号VcとU相制御電圧Vuを比較したPWM信号UをPWM制御手段64内で発生させ、インバータ回路3のU相上アームトランジスタの制御信号として加える。ckはキャリヤ信号Vcの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。
In FIG. 2, the U-phase motor current Iu is slightly advanced from the U-phase winding induced voltage Ec, and the motor applied voltage Vu shows a waveform advanced 30 degrees from the U-phase winding induced voltage Ec. Vc is a sawtooth (or triangular wave) waveform carrier signal generated in the PWM control means 64, and Vu is a sinusoidal U-phase control voltage, which is a PWM signal U that compares the carrier signal Vc and the U-phase control voltage Vu. It is generated in the control means 64 and added as a control signal for the U-phase upper arm transistor of the
モータ4のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をd軸として基準電気角0度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、dq変換を行うので、電気角検知手段60は、ロータ位置検出手段4aの出力基準信号H1、H2、H3より30度、90度、150度等の電気角を検知し、60度毎以外は推定により電気角θを求める。
Coordinate conversion from the stationary coordinate system to the rotating coordinate system, that is, dq conversion, is performed with the electrical angle at which the rotor magnet axis of the
一般的に、ロータのマグネットの磁束の方向に対応した電流成分をd軸電流Idと呼び、永久磁石の磁束と界磁の磁束が同軸上で永久磁石が界磁に吸引された状態なのでトルクは零となる。また、d軸から電気角で90度の角度で誘起電圧位相と同じ位相となりトルク最大となる軸をq軸と呼び、トルクに対応した電流成分なのでq軸電流Iqと呼ぶ。さらに、d軸電流Idを負の方向に増加させるとd軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので弱め界磁制御、あるいは弱め磁束制御(または磁束弱め制御)と呼ばれる。また、d軸電流Idとq軸電流Iqに分解してそれぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。 In general, the current component corresponding to the direction of the magnetic flux of the rotor magnet is called a d-axis current Id. Since the permanent magnet magnetic flux and the field magnetic flux are coaxial and the permanent magnet is attracted to the field, the torque is It becomes zero. Also, the axis that has the same phase as the induced voltage phase and the maximum torque at an electrical angle of 90 degrees from the d axis is called the q axis, and is called the q axis current Iq because it is a current component corresponding to the torque. Further, increasing the d-axis current Id in the negative direction is equivalent to weakening the field magnetic flux on the d-axis, and hence this is called field weakening control or field weakening control (or flux weakening control). Also, since it is divided into d-axis current Id and q-axis current Iq and controlled independently, it is called vector control.
3相/2相dq変換手段61は、モータ電流Iu、Iv、Iwを数式1によりd軸電流Idとq軸電流Iqに変換するもので、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よりId、Iqを演算する。
The three-phase / two-phase dq conversion means 61 converts the motor currents Iu, Iv, and Iw into the d-axis current Id and the q-axis current
対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、d軸電流Idとq軸電流Iqに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出はキャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。
回転数検知手段66は、ロータ位置検出手段4aの出力基準信号H3よりモータ回転数を検知し、回転数信号を設定変更手段65、トルク電流制御手段67に加える。 The rotation speed detection means 66 detects the motor rotation speed from the output reference signal H3 of the rotor position detection means 4a, and applies the rotation speed signal to the setting change means 65 and the torque current control means 67.
設定変更手段65(1次電流判定手段)は、モータ4の回転数の設定、回転数に応じたd軸電流指令値Idsの設定、トルク電流制御手段67への設定回転数である速度指令Nsの設定を行なうとともに、モータ電流制御手段68にd軸電流指令値Idsを加える。なお、出力基準信号はH1、H2をそれぞれ使用しても良いし、H1〜H3の信号から求めた回転数の平均値を用いてもよい(図示せず)。
The setting change means 65 (primary current determination means) sets the rotation speed of the
トルク電流制御手段67は、検知回転数Nと速度指令Nsを比較する回転数比較手段67aと、検知回転数Nと速度指令Nsとの誤差信号ΔNと、回転数の変化率(加速度)に応じてq軸電流指令値Iqsを制御するトルク電流設定手段67bより構成される。 The torque current control means 67 corresponds to the rotation speed comparison means 67a for comparing the detected rotation speed N with the speed command Ns, the error signal ΔN between the detected rotation speed N and the speed command Ns, and the change rate (acceleration) of the rotation speed. The torque current setting means 67b for controlling the q-axis current command value Iqs.
トルク電流設定手段67bは、誤差信号ΔNに応じてq軸電流指令値IqsをPI制御する、いわゆる、回転数制御電流マイナーループ制御を行う。PI制御の際のゲインなどの設定切り換えについては設定変更手段65からの指示を受けるもので、後述するフローチャートに従い説明を行う。
The torque
モータ電流制御手段68は、3相/2相dq変換手段61の出力信号Iq、Idと電流指令値Iqs、Idsをそれぞれ比較して制御電圧信号Vq、Vdを出力するもので、q軸電流比較手段68a、q軸電圧設定手段68b、d軸電流比較手段68c、d軸電圧設定手段68dより構成し、q軸電流Iqとd軸電流Idをそれぞれ制御する電圧信号Vq、Vdを生成する。 The motor current control means 68 compares the output signals Iq and Id of the three-phase / two-phase dq conversion means 61 with the current command values Iqs and Ids and outputs control voltage signals Vq and Vd, respectively. It comprises means 68a, q-axis voltage setting means 68b, d-axis current comparison means 68c, and d-axis voltage setting means 68d, and generates voltage signals Vq and Vd for controlling q-axis current Iq and d-axis current Id, respectively.
d軸電流指令値Idsは、設定変更手段65からモータ電流制御手段68に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には回転数に応じてd軸電流指令値Idsを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常d軸電流指令値Idsは零に設定し、高回転数駆動の場合にd軸電流指令値Idsを増加させる。本実施の形態1では交流電源1から整流回路2に流入する電流を制限するための説明であり、表面磁石モータでは、d軸電流指令値Idsは零近くの所定の値に設定するため、以降、d軸電流指令値Idsについては特に記載しないこととする。なお、d軸電流を積極的に利用した場合については後述の実施の形態2で説明する。
The d-axis current command value Ids is a signal applied from the setting change means 65 to the motor current control means 68. In the case of an embedded magnet motor, the d-axis current command value Ids is increased in accordance with the rotational speed to control the field weakening. I do. In the case of a surface magnet motor, the d-axis current command value Ids is normally set to zero, and the d-axis current command value Ids is increased in the case of high speed driving. The first embodiment is an explanation for limiting the current flowing from the
2相/3相dq逆変換手段63は、電圧信号Vq、Vdより3相モータ駆動制御電圧Vu、Vv、Vwを数式2によって演算するもので、キャリヤ信号に同期して、電気角検知手段60により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号をPWM制御手段64に加える。記憶手段62に記憶したsinθ、cosθのデータを呼び出して行う積和演算の方法は、3相/2相dq変換手段61の演算とほぼ同じである。
The two-phase / three-phase dq reverse conversion means 63 calculates the three-phase motor drive control voltages Vu, Vv, Vw from the voltage signals Vq, Vd according to
ステップ101において、速度指令Nsを決定し、ステップ102において現在の回転数Nを検出する。速度指令Nsの決定方法については後述する。その後、ステップ103において、モータ電流を検出するが、同時にステップ104において、モータ電流(ここではIuを例にとって説明する)のリミット値(Iuリミット値)を後述する方法で取得する。
In
ステップ105において、電流検出手段5の出力信号より得たモータ巻線の電流の実効値をモータ電流の参照値(図中Iu参照値と記載)としモータ電流のリミット値(図中Iuリミット値と記載)と比較し、リミット値よりも電流の参照値が高い場合はステップ107へ、低い場合はステップ106へ進む。
In
ステップ106では、モータ電流の参照値がモータ電流のリミット値を越えていないことを示すためIuリミットフラグを0として保存する。ステップ107では、モータ電流の参照値がモータ電流のリミット値を越えたことを示すためIuリミットフラグを1として保存する。
In
ステップ108では、電流指令値に応じてモータ制御のサブルーチン処理を行う。その後、ステップ109において、モータ制御が継続中ならば、ステップ101に戻り、速度制御を継続する。モータ制御が終了した場合は、ステップ110において、速度制御を終了する。
In
ステップ108で行なわれるモータ駆動サブルーチン(モータ制御サブルーチン)の制御に関して、図4を用いて説明する。ステップ600よりモータ駆動サブルーチンが開始すると、次にステップ601に進んでキャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、PWM制御手段64のキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ckにより実行するもので、キャリヤ信号割込があった場合は、ステップ602に進
んでキャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。
The control of the motor drive subroutine (motor control subroutine) performed in
図5は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細フローチャートを示し、ステップ700よりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ701にて割込信号ckをカウントする。
FIG. 5 shows a detailed flowchart of the carrier signal interrupt subroutine. The carrier signal interrupt subroutine is started from
次に、ステップ702に進んで電気角検知手段60によりロータ位置の電気角θを演算する。ロータ位置の電気角θは、別途求めたキャリヤ信号1周期当たりの電気角Δθとキャリヤカウンタのカウント値kを掛けた値k・Δθを、ロータ位置検出手段4aより検知できる60度ごとの電気角φを加えることで推定演算する。
Next, the routine proceeds to step 702, where the electrical angle detection means 60 calculates the electrical angle θ at the rotor position. The electrical angle θ at the rotor position is obtained by multiplying the separately obtained electrical angle Δθ per carrier signal period by the count value k of the carrier counter k · Δθ every 60 degrees that can be detected by the rotor
モータ4を8極、キャリヤ周波数を15.6kHz、回転数を900r/minとするとモータ駆動周波数は60Hzとなり、電気角60度内のキャリヤカウンタのカウント値kは約43となる。よって、Δθは約1.4度となる。モータ回転数が低い程、電気角60度内のカウント値kは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。
If the
次に、モータ電流Iu、Ivを検出する。ステップ703に進んで1回目のモータ電流検出を行ない、Iu1、Iv1を得る。電流検出1回ではノイズが含まれる可能性があるので、ステップ704に進んで再度検出し、Iu2、Iv2を得る。ステップ705にてこれら2回の検出値の平均値を求めてノイズを除去してモータ電流Iu、Ivを算出し、Iw=−(Iu+Iv)よりモータ電流Iwを演算する。
Next, motor currents Iu and Iv are detected. Proceeding to step 703, the first motor current detection is performed to obtain Iu1 and Iv1. Since there is a possibility that noise is included in one current detection, the process proceeds to step 704 to detect again to obtain Iu2 and Iv2. In
ここではノイズ除去の為に単純な二回平均値にてモータ電流Iu、Ivとしたが、この方式に限定されるものではない。たとえば、前回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流と今回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流との変化分を算出し、変化分を一定比率で低減して前回検出した電流に足し合わせるようなローパスフィルター機能を構成してノイズ除去を実施しても良い。 Here, the motor currents Iu and Iv are set to simple average values for noise removal, but the present invention is not limited to this method. For example, the amount of change between the current detected at the previous carrier signal interrupt and the current detected at the current carrier signal interrupt is calculated, and the amount of change is reduced by a fixed ratio and added to the previous detected current. Noise reduction may be performed by configuring a low-pass filter function that matches.
次に、ステップ706に進んで、3相/2相dq変換手段61によって電気角θとモータ電流Iu、Iv、Iwより、前記数式1に示した演算を行い、3相/2相dq変換を行い、d軸電流Id、q軸電流Iqを求める。次にステップ707に進んで求められた電流値Id、Iqをメモリし、別途ベクトル制御データとして用いる。
Next, proceeding to step 706, the three-phase / two-phase dq conversion means 61 performs the calculation shown in
次に、ステップ708に進んでd軸制御電圧Vd、q軸制御電圧Vqを呼び出し、ステップ709に進んで前記数式2に従い2相/3相dq逆変換手段63によって2相/3相dq逆変換を行い、3相制御電圧Vu、Vv、Vwを求める。この逆変換は、ステップ706と同じように記憶手段62の電気角θに対応したsinθ、cosθデータを用い、積和演算を高速で行う。
Next, the process proceeds to step 708 to call up the d-axis control voltage Vd and the q-axis control voltage Vq, and the process proceeds to step 709 to perform the 2-phase / 3-phase dq reverse conversion by the 2-phase / 3-phase dq reverse conversion means 63 according to the
次に、ステップ710に進んで、PWM制御手段64によって3相制御電圧Vu、Vv、Vwに対応したPWM制御を行い、ステップ711に進んでサブルーチンを終了してリターンする。 Next, the process proceeds to step 710, where the PWM control means 64 performs PWM control corresponding to the three-phase control voltages Vu, Vv, Vw, and the process proceeds to step 711 to complete the subroutine and return.
PWM制御は、図2でも説明したように、U相、V相、W相各相に対応して、鋸歯状波(または三角波)のキャリヤ信号と制御電圧Vu、Vv、Vwを比較してインバータ回路3のIGBTオンオフ制御信号を発生させ、モータ4を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は負電圧が増加する。
As described in FIG. 2, the PWM control is performed by comparing the sawtooth wave (or triangular wave) carrier signal with the control voltages Vu, Vv, and Vw in correspondence with the U phase, V phase, and W phase. The IGBT on / off control signal of the
導通比を50%にすると出力電圧は零となる。電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値100%にしたとき、出力電圧は最大となり変調度Amは100%で、導通比の最大値を50%にしたとき、出力電圧は最低となり変調度Amは0%と呼ぶ。 When the conduction ratio is 50%, the output voltage becomes zero. When the control voltage is changed in a sine wave shape corresponding to the electrical angle θ, a sine wave current flows. In the case of sine wave drive, when the transistor conduction ratio is set to the maximum value of 100%, the output voltage is maximum and the modulation degree Am is 100%. When the maximum value of the conduction ratio is 50%, the output voltage is minimum and the modulation is performed. The degree Am is called 0%.
モータ電流をベクトル制御するための、3相/2相dq変換と2相/3相dq逆変換をキャリヤ信号毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらにキャリヤ信号毎にベクトル制御することにより、撹拌翼や洗濯兼脱水槽を負荷変動に対応して適切にトルク駆動することができる。 Since 3-phase / 2-phase dq conversion and 2-phase / 3-phase dq reverse conversion for vector control of motor current are executed at high speed for each carrier signal, high-speed current control is possible, and further, vector for each carrier signal. By controlling the torque, the agitating blade and the washing / dehydrating tub can be appropriately torque-driven in response to load fluctuations.
図4に戻って、キャリヤ信号割込サブルーチン(ステップ602)を実行した後、ステップ603に進み、位置信号割込の有無を判定する。ロータ位置検出手段4aの出力基準信号H1、H2、H3のいずれかの信号が変化すると割込信号が発生し、ステップ604に進んで、図6に示す位置信号割込サブルーチンを実行する。図2に示すように、電気角60度ごとに割込信号が発生する。 Returning to FIG. 4, after executing the carrier signal interrupt subroutine (step 602), the process proceeds to step 603 to determine whether or not there is a position signal interrupt. When any of the output reference signals H1, H2, and H3 of the rotor position detecting means 4a changes, an interrupt signal is generated, and the process proceeds to step 604 to execute the position signal interrupt subroutine shown in FIG. As shown in FIG. 2, an interrupt signal is generated every 60 electrical angles.
ここで図6により、位置信号割込サブルーチンについて説明する。ステップ800より位置信号割込サブルーチンを開始し、ステップ801に進んで出力基準信号H1、H2、H3を電気角検知手段60に入力し位置検出を行い、次に、ステップ802に進んで位置信号よりロータ電気角θcを検出する。次に、ステップ803に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンでカウントしているカウント値kをkcにメモリし、ステップ804に進んでカウント値kをクリヤし、ステップ805に進み、電気角60度間のキャリヤカウンタのカウント値kcより1キャリヤの電気角Δθを演算する。
Here, the position signal interruption subroutine will be described with reference to FIG. The position signal interruption subroutine is started from
次に、ステップ806に進んで、回転数検知手段66によって、出力基準信号H3による割込信号かどうかを判定し、基準位置信号割込ならばステップ807に進んで回転周期測定タイマーのカウント値Tを周期Toとしてメモリし、ステップ808に進んでカウント値Tをクリヤし、ステップ809に進んでモータ回転数Nを演算する。次に、ステップ810に進んで回転周期測定タイマーのカウントを開始させ、ステップ811に進んでサブルーチンを終了してリターンする。 Next, the routine proceeds to step 806, where the rotational speed detection means 66 determines whether or not it is an interrupt signal based on the output reference signal H3. If it is a reference position signal interrupt, the routine proceeds to step 807 and the count value T of the rotation period measurement timer is reached. Is stored as the cycle To, the process proceeds to step 808 to clear the count value T, and the process proceeds to step 809 to calculate the motor rotation speed N. Next, the routine proceeds to step 810 to start counting of the rotation period measurement timer, and the routine proceeds to step 811 to end the subroutine and return.
回転周期測定タイマーの検知分解能を8bit精度にすると、クロックは64μsとなりキャリヤ信号をクロックに使用できるが、回転制御性能を向上するためには回転周期検知分解能を向上させる必要があり、クロックの周期は1〜10μsに設定する必要がある。この場合には、マイクロコンピュータのシステムクロックを分周してクロックに使用する。 If the detection resolution of the rotation period measurement timer is set to 8-bit accuracy, the clock becomes 64 μs and the carrier signal can be used as the clock. However, in order to improve the rotation control performance, it is necessary to improve the rotation period detection resolution. It is necessary to set to 1 to 10 μs. In this case, the microcomputer system clock is divided and used as the clock.
以上に説明した回転数検知方法は、出力基準信号H3の周期から求める方法を示したが、出力基準信号H1、H2、H3をすべて使用してもよい。また、キャリヤ信号を三角波にすると、キャリヤカウンタタイマーの周期は鋸歯状波の2倍となるので、三角波のオーバーフロー信号をクロックにすると分解能が向上するので三角波タイマーのオーバーフロー信号をクロックにしてもよい。 Although the rotation speed detection method described above has shown the method of calculating | requiring from the period of the output reference signal H3, you may use all the output reference signals H1, H2, and H3. If the carrier signal is a triangular wave, the carrier counter timer has a period twice that of the sawtooth wave. Therefore, if the triangular wave overflow signal is used as a clock, the resolution is improved. Therefore, the triangular wave timer overflow signal may be used as a clock.
続いて図3のステップ104におけるモータ電流のリミット値(Iuリミット値)を取得するIuリミットテーブル及びステップ101の速度指令作成方法について以下に説明する。
Next, the Iu limit table for obtaining the motor current limit value (Iu limit value) in
図7は、本発明のモータ駆動装置のモータ電流のリミット値(Iuリミット値)を取得するIuリミットテーブルの一例を示している。交流電源1の電圧がAC100Vの時に
、整流回路2へ流れる電流の実効値を7Aとした時の、モータ回転数とモータ巻線電流の実効値の関係性を示す特性図である。図7の特性曲線よりもモータ回転数を示すx軸側にモータ巻線電流の実効値を保持することにより、整流回路2へ流れる電流の実効値を常に7A以下に制御できることを示している。図7の曲線を数式で表したものが数式3である。
FIG. 7 shows an example of an Iu limit table for obtaining a motor current limit value (Iu limit value) of the motor drive device of the present invention. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the motor rotation speed and the effective value of the motor winding current when the effective value of the current flowing to the
たとえば、モータ回転数を700rpmに速度制御している場合、モータ巻線電流の実効値を1.71Aを超えないよう制御することで、整流回路2へ流れる電流の実効値を7A以下に制御することが可能となる。
For example, when the speed of the motor rotation is controlled to 700 rpm, the effective value of the current flowing to the
同様に、モータ回転数を400rpmに速度制御している場合、モータ巻線電流の実効値を2.12Aを超えないよう制御することで、整流回路2へ流れる電流の実効値を7A以下に制御することが可能となる。
Similarly, when the motor rotation speed is controlled to 400 rpm, the effective value of the current flowing to the
以上のようにしてモータ回転数に対応させてモータ電流のリミット値(Iuリミット値)を取得し、Iuリミットフラグ生成時の基準として使用する。 As described above, the motor current limit value (Iu limit value) is acquired in correspondence with the motor rotation speed, and used as a reference when generating the Iu limit flag.
次に、上記のIuリミットフラグの値と関連付けて行なう速度指令Nsの作成について説明する。 Next, creation of the speed command Ns performed in association with the value of the above Iu limit flag will be described.
速度指令Nsの作成は、モータ電流が前述したIuリミットテーブルによってモータ回転数に応じて取得したモータ電流のリミット値(Iuリミット値)を超えないように加速度を制御する方法によって行なう。すなわち、モータ電流があらかじめ設定したテーブルの制限値(モータ電流のリミット値)を超える場合には指令回転数(速度指令Ns)の変化を緩やかにするという方法によって行なう。 The speed command Ns is created by a method of controlling the acceleration so that the motor current does not exceed the limit value (Iu limit value) of the motor current acquired according to the motor rotation speed by the above-described Iu limit table. That is, when the motor current exceeds a preset table limit value (motor current limit value), the command rotational speed (speed command Ns) is gradually changed.
図8は、速度指令Nsの作成の方法を示したフローチャートである。説明のためブラシレスモータの加速時のフローチャートを示している。 FIG. 8 is a flowchart showing a method of creating the speed command Ns. The flowchart at the time of acceleration of a brushless motor is shown for explanation.
速度指令Nsのサンブル周期(制御周期)の前回の値を添え字n−1で、今回の値を添え字nで表記する。今回の速度指令をNs(n)、前回の速度指令をNs(n−1)、今回の加速度指令をΔNs(n)、前回の加速度指令をΔNs(n−1)、加速が終了した後の速度の目標値をNss、加速度の目標値をΔNss、加速度の増減値をαとする。 The previous value of the sampled cycle (control cycle) of the speed command Ns is represented by the subscript n-1, and the current value is represented by the subscript n. The current speed command is Ns (n), the previous speed command is Ns (n-1), the current acceleration command is ΔNs (n), the previous acceleration command is ΔNs (n-1), and after the acceleration is finished The target value of speed is Nss, the target value of acceleration is ΔNss, and the increase / decrease value of acceleration is α.
速度指令Nsの作成は以下のように行う。ステップ300で速度指令Nsの作成を開始する。ステップ301で前に説明した図3で設定したIuリミットフラグを調べる。
The speed command Ns is created as follows. In
Iuリミットフラグが0すなわちモータ巻線電流の実効値が前述したIuリミットテーブルの設定値を超えていなければ、ステップ302へ進む。ステップ302〜305では前回の加速度指令ΔNs(n−1)に対して加速度の目標値ΔNssを超えない範囲で加速度の増減分αを増やす。その後ステップ307で速度指令を作成する。
If the Iu limit flag is 0, that is, if the effective value of the motor winding current does not exceed the setting value of the aforementioned Iu limit table, the routine proceeds to step 302. In
ステップ301でIuリミットフラグが1すなわちモータ巻線電流の実効値がIuリミットテーブルの設定値(Iuリミット値)を超えている場合にはステップ306に進む。ステップ306では前回の加速度指令ΔNs(n−1)より加減速の増減値αを減じた値を今回の加速度指令ΔNs(n)とする。その後ステップ307で速度指令を作成する。
If the Iu limit flag is 1 in
ステップ307では、前回の速度指令Ns(n−1)にステップ301〜306のフローに従って求めた今回の加速度指令ΔNs(n)を加えることで今回の速度指令Ns(n)を決定する。
In
また、今回の速度指令Ns(n)、今回の加速度指令ΔNs(n)は保存され、次回の速度指令作成時の速度指令Ns(n−1)、加速度指令ΔNs(n−1)として使用される。このようにして求められた速度指令Ns(n)は、前述した設定変更手段65からトルク電流制御手段67に入力される速度指令Nsとして使用される。 The current speed command Ns (n) and the current acceleration command ΔNs (n) are stored and used as the speed command Ns (n−1) and the acceleration command ΔNs (n−1) when the next speed command is created. The The speed command Ns (n) obtained in this way is used as the speed command Ns input from the setting change means 65 to the torque current control means 67 described above.
また、図示は省いているがステップ307で今回の速度指令Ns(n)を決定するが、加速が終了した後の速度の目標値Nssを超えない範囲で増加させる処理が必要である。
Although not shown in the figure, the current speed command Ns (n) is determined in
なお、本実施の形態ではモータ巻線電流の実効値が前述したIuリミットテーブルの設定値(Iuリミット値)を超えないように加速度を制御する方法の一例として加速度の増減値αを用いて制御を行う方法を説明したが、加速度の増減の作成の方法にこだわるものではない。また同様に一定速に移行後にモータ巻線電流の実効値が前述したIuリミットテーブルの設定値(Iuリミット値)を超えないように速度指令の増減を行うことも有効である。 In this embodiment, the acceleration increase / decrease value α is used as an example of a method for controlling the acceleration so that the effective value of the motor winding current does not exceed the setting value (Iu limit value) of the aforementioned Iu limit table. Although the method of performing is described, it does not stick to the method of creating the increase / decrease of acceleration. Similarly, it is also effective to increase or decrease the speed command so that the effective value of the motor winding current does not exceed the setting value (Iu limit value) of the aforementioned Iu limit table after shifting to a constant speed.
以上で説明したモータ巻線電流の実効値のリミット制御により、整流回路2へ流れる電流を検出せずとも、所望の値に電流を制御することが可能となり、低回転時に必要以上にモータ巻線電流の実効値をリミットさせず、モータ回転数に応じてリミット値を適切に変更することができるため、低回転時のトルク不足による不具合が発生しないようにすることができる。
The limit control of the effective value of the motor winding current described above makes it possible to control the current to a desired value without detecting the current flowing to the
(実施の形態2)
実施の形態1ではモータ巻線電流の実効値のリミット制限特性を用いて述べたが、弱め界磁制御などのようにブラシレスモータの誘起電圧と巻線の電流位相が極端に違う場合については考慮されていない。ブラシレスモータを高速回転で制御する場合、誘起電圧が電源電圧に近づくあるいは超える場合がある。このような場合に回転数に応じてd軸電流指令値Idsを増加させて弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御を行った場合、1次側電流に対してモータの巻線電流が大きくなる。一方、ブラシレスモータを低速で駆動する場合には前述したようにd軸電流指令Idsを0(ゼロ)とすることがあり、表面磁石型のモータの場合にはモータの発生するトルクに対して電流は最小となる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the limit value characteristic of the effective value of the motor winding current has been described. However, the case where the induced voltage of the brushless motor and the current phase of the winding are extremely different, such as field weakening control, is considered. Absent. When the brushless motor is controlled at high speed, the induced voltage may approach or exceed the power supply voltage. In such a case, field-weakening control is performed by increasing the d-axis current command value Ids according to the rotational speed. When the field weakening control is performed, the winding current of the motor becomes larger than the primary side current. On the other hand, when the brushless motor is driven at a low speed, the d-axis current command Ids may be set to 0 (zero) as described above. In the case of a surface magnet type motor, the current with respect to the torque generated by the motor. Is minimal.
本実施例ではブラシレスモータの誘起電圧と巻線の電流位相が極端に違う場合にも必要以上にモータ巻線電流の実効値を低減させず、1次側電流を所望の値に制限できる構成について説明する。以降、実施の形態1と異なる部分について説明し、その他の構成については実施の形態1と同じであり、説明を省略する。 In the present embodiment, even when the induced voltage of the brushless motor and the current phase of the winding are extremely different, the primary current can be limited to a desired value without reducing the effective value of the motor winding current more than necessary. explain. Hereinafter, the parts different from the first embodiment will be described, and other configurations are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
図1に示したモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図中の電気角検知手段60は、ロータ位置検出手段4aの出力基準信号H1、H2、H3より30度、90度、150度等の電気角を検知し、60度毎以外は推定により電気角θを求める。3相/2相dq変換手段61は電流位相検出手段を兼ね備える。 The electric angle detection means 60 in the circuit diagram in which the motor driving device shown in FIG. 1 is partially blocked is 30 degrees, 90 degrees, 150 degrees, etc. from the output reference signals H1, H2, H3 of the rotor position detection means 4a. The electrical angle is detected, and the electrical angle θ is obtained by estimation except for every 60 degrees. The three-phase / two-phase dq conversion means 61 also has a current phase detection means.
電流位相βはモータ4の誘起電圧と相電流の位相であり、前述の3相/2相dq変換手段61に兼ね備えた電流位相検出手段にてモータ4の巻線の電流のゼロクロスのタイミングでの電気角θを検出することにより得られる。U相の電流Iuのゼロクロス時の電気角θが電流位相となり、V相、W相の電流での検出値を用いる場合には120度ずつずれた値となる。あるいは前述の3相/2相dq変換手段61により変換したdq軸上のモータ電流Id、Iqを用い、tan−1(Id/Iq)を計算することでも電流位相βを求めることができる。
The current phase β is the phase of the induced voltage and the phase current of the
このようにして求めた電流位相βが電流位相検出手段から設定変更手段65に入力され、その余弦cosβをモータ巻線電流の実効値に乗じ求めた値をモータ電流の参照値としてIuリミットテーブルの設定値(Iuリミット値)と比較することで、必要以上に電流を制限することなくモータ4の良好な運転を行うことができる。
The current phase β thus obtained is input from the current phase detection means to the setting change means 65, and the value obtained by multiplying the effective value of the motor winding current by the cosine cos β is used as a reference value of the motor current to determine the current limit value in the Iu limit table. By comparing with the set value (Iu limit value), the
(実施の形態3)
実施の形態1では、電源電圧が一定の場合における単一のモータ巻線電流の実効値のリミット制限特性を用いて述べたが、電源電圧が変動する場合については考慮されていないため、本実施の形態では、電源電圧が変動した場合にも、必要以上にモータ巻線電流の実効値を低減させず、1次側電流を所望の値に制限できる構成について図を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the limit limiting characteristic of the effective value of the single motor winding current when the power supply voltage is constant has been described. However, since the case where the power supply voltage fluctuates is not considered, the present embodiment In this embodiment, a configuration that can limit the primary current to a desired value without reducing the effective value of the motor winding current more than necessary even when the power supply voltage fluctuates will be described with reference to the drawings.
図9は、実施の形態3のモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図である。本実施の形態のモータ駆動装置は、実施の形態1の構成に加えて、整流回路2の電圧を検出する電圧検出手段69、およびモータ巻線電流の実効値を制限するリミッタ67cを備えており、その他の構成は実施の形態1の構成と同じである。以降、実施の形態1と異なる部分について説明し、その他の構成については説明を省略する。
FIG. 9 is a partial block diagram of the motor driving apparatus according to the third embodiment. In addition to the configuration of the first embodiment, the motor drive device of the present embodiment includes voltage detection means 69 that detects the voltage of the
なお、リミッタ67cはトルク電流制御手段67の一部を構成し、q軸電流指令値Iqsの値に対し、現在の検知回転数Nとの関数より導出される最大Iqsの値と比較し、制限を掛けるものである。 The limiter 67c constitutes a part of the torque current control means 67, and compares the value of the q-axis current command value Iqs with the value of the maximum Iqs derived from the function with the current detected rotational speed N, and the limiter 67c is limited. .
図10は電圧検出手段69で行う整流電圧検出によるモータ巻線電流の実効値のIuリミットテーブルの切替処理をステップごとに図示している。ステップ200において、整流回路2のコンデンサ21の電圧Vpを検出し、ステップ201において、あらかじめ決められた高位規定値と比較を行う。ステップ201において、Vp電圧が高位規定値よりも高い場合は、ステップ203へ進み高電位対応のIuリミットテーブルを選択し、低い場合はステップ202に進む。ステップ202では、更に低位規定値とVp電圧を比較し、Vp電圧が低位規定値よりも低い場合はステップ204に進み低電位対応のIuリミットテーブルを選択し、高い場合はステップ205に進み、標準のモータ巻線電流の実効値のIuリミットテーブルを選択する。ステップ206にて、ステップ203〜205において選択されたテーブルを、モータ巻線電流の実効値のリミッタ67cのリミットテーブルとして設定する。
FIG. 10 illustrates the switching process of the Iu limit table of the effective value of the motor winding current by the rectified voltage detection performed by the voltage detection means 69 for each step. In
ステップ201、202でVp電圧値と比較する規定値について、図11〜図13を用いて、説明する。
The specified value to be compared with the Vp voltage value in
図11は電源電圧85Vとした条件下での電圧検出手段69による整流電圧検出部の電圧波形(計算波形)を示している。図11(a)ではモータ4の状態は通電中(回転中)であり、電圧値は210V〜225Vに脈動し、平均値は215V程度である。図11(b)では、モータ4の状態は停止中であり、電圧値の脈動は小さく、平均値として235
V程度である。電源電圧が85Vの場合、モータ回転中であれば平均値で235V以下、停止時で255V以下を低位規定値として、テーブルを設定することで、電源電圧変動に対する適切なモータ巻線電流の実効値のリミットテーブルを選択することができる。
FIG. 11 shows the voltage waveform (calculated waveform) of the rectified voltage detector by the
About V. If the power supply voltage is 85V, the effective value of the appropriate motor winding current against power supply voltage fluctuations is set by setting a table with an average value of 235V or less when the motor is rotating and 255V or less when the motor is stopped. The limit table can be selected.
同様に、図12は標準的な電圧である電源電圧100Vとした条件下での電圧検出手段69による整流電圧検出部の電圧波形(計算波形)を示している。図12(a)ではモータ4の状態は通電中(回転中)であり、電圧値は235V〜265Vに脈動し、平均値は255V程度である。図12(b)では、モータ4の状態は停止中であり、電圧値の脈動は小さく、平均値として275V程度である。電源電圧が100Vの場合、モータ回転中であれば平均値で235V以上275V未満、停止時で255V以上295V未満として標準テーブルを設定することで、電源電圧変動に対する適切なモータ巻線電流の実効値のリミットテーブルを選択することができる。
Similarly, FIG. 12 shows the voltage waveform (calculated waveform) of the rectified voltage detection unit by the voltage detection means 69 under the condition that the power supply voltage is 100 V, which is a standard voltage. In FIG. 12A, the state of the
さらに同様に、図13は電源電圧115Vとした条件下での電圧検出手段69による整流電圧検出部の電圧波形(計算波形)を示している。図13(a)ではモータ4の状態は通電中(回転中)であり、電圧値は285V〜305Vに脈動し、平均値は295V程度である。図13(b)では、モータ4の状態は停止中であり、電圧値の脈動は小さく、平均値として315V程度である。電源電圧が115Vの場合、モータ回転中であれば平均値で275V以上、停止時であれば295V以上を高位規定値としてテーブルを設定することで、電源電圧変動に対する適切なモータ巻線電流の実効値のリミットテーブルを選択することができる。
Similarly, FIG. 13 shows the voltage waveform (calculated waveform) of the rectified voltage detection unit by the voltage detection means 69 under the condition that the power supply voltage is 115V. In FIG. 13A, the state of the
図14は、交流電源1の電圧がそれぞれ、高電圧条件(AC115V)、標準電圧(AC100V)、低電圧条件(AC85V)の時に、整流回路2へ流れる電流の実効値を7Aとした時の、モータ回転数とモータ巻線電流の実効値の関係性を示す特性図である。図14のそれぞれの特性曲線よりも回転数を示すx軸側にモータ巻線電流の実効値を保持することにより、電源電圧に応じて、整流回路2へ流れる電流の実効値を常に7A以下に制御できることを示している。
FIG. 14 shows the case where the effective value of the current flowing to the
図14の曲線において、高電圧条件(高電位のモータ巻線電流の実効値のリミットテーブル)の曲線を数式で表したものが数式4、低電圧条件(低電位のモータ巻線電流の実効値のリミットテーブル)の曲線を数式で表したものが数式5である。標準電圧時(標準電位のモータ巻線電流の実効値のリミットテーブル)の曲線を数式で表したものは、実施の形態1と同じ数式3である。
In the curve of FIG. 14, the curve of the high voltage condition (the effective value limit table of the motor winding current at the high potential) is expressed by the
なお、上述のモータ巻線電流の実効値のリミットテーブルは3通りで説明したが、電源電圧変動に応じた基準値を4通り以上で設定しても良い。さらに、電源電圧変動幅に対して、モータ回転数の2乗に比例し単調減少する関数の係数を連続的に変化させても良い。 In addition, although the above-mentioned limit table of the effective value of the motor winding current has been described in three ways, the reference value corresponding to the power supply voltage fluctuation may be set in four or more ways. Furthermore, the coefficient of the function that monotonously decreases in proportion to the square of the motor rotation speed may be continuously changed with respect to the power supply voltage fluctuation range.
上記のモータ駆動装置およびこれを用いた洗濯機、洗濯乾燥機は、異常時などに交流入力電流が過大にならないように制限しつつ、モータによって駆動されるドラム内の被洗濯物の容量や偏りに応じて変動する負荷に応じた最適なトルク制御でモータを駆動することができるとともに、省エネ性の向上を図ることができる。また、多様な洗い、すすぎ、脱水、乾燥の条件に応じてきめ細かく効率的にドラムの回転数を制御することができるので、多機能で使い勝手の良い洗濯機、洗濯乾燥機を提供することができる。また、モータ駆動装置の回路構成を簡素化でき、フォトカプラ等の高価な部品も不要とすることができるので、安価な洗濯機、洗濯乾燥機を提供することができる。 The motor driving device and the washing machine and washing / drying machine using the motor driving device are limited so that the AC input current does not become excessive in the event of an abnormality, and the capacity and bias of the laundry in the drum driven by the motor. As a result, the motor can be driven by the optimum torque control according to the load that varies depending on the power consumption, and the energy saving performance can be improved. In addition, since the number of drum rotations can be controlled finely and efficiently according to various washing, rinsing, dehydration and drying conditions, it is possible to provide a multifunctional and easy-to-use washing machine and washing dryer. . In addition, since the circuit configuration of the motor drive device can be simplified and expensive parts such as a photocoupler can be eliminated, an inexpensive washing machine and washing dryer can be provided.
本発明に係るモータ駆動装置は、必要以上にモータ電流を制限せずに、入力電流が過大になることを防止できる、低コストなモータ駆動装置を提供することができるので、1次側電流を任意の値に制限する必要がある洗濯機、洗濯乾燥機等のモータ駆動装置に好適に利用することができる。 The motor drive device according to the present invention can provide a low-cost motor drive device that can prevent the input current from becoming excessive without restricting the motor current more than necessary. It can be suitably used for a motor drive device such as a washing machine or a washing / drying machine that needs to be limited to an arbitrary value.
1 交流電源(電源)
2 整流回路
3 インバータ回路
4 モータ(ブラシレスモータ)
4a ロータ位置検出手段
5 電流検出手段
6 制御手段
60 電気角検知手段
61 3相/2相dq変換手段
62 記憶手段
63 2相/3相dq逆変換手段
64 PWM制御手段
65 設定変更手段(1次電流判定手段)
66 回転数検知手段
67 トルク電流制御手段
67c リミッタ
68 モータ電流制御手段
69 電圧検出手段
1 AC power supply
2
4a Rotor position detection means 5 Current detection means 6 Control means 60 Electrical angle detection means 61 3 phase / 2 phase dq conversion means 62 Storage means 63 2 phase / 3 phase dq reverse conversion means 64 PWM control means 65 Setting change means (primary Current judgment means)
66 Rotational speed detection means 67 Torque current control means
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