JP4467520B2 - Permanent magnet synchronous motor driving apparatus and driving method for expanding weakening magnetic flux region - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、位置センサや電流センサを用いない広角(すなわち120度より大きく180度より小さい導通角)通電駆動の弱め磁束領域を拡張可能な永久磁石同期モータ(すなわち、表面磁石モータまたは埋込磁石モータ)の駆動技術に関する。
(Technical field)
The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor (that is, a surface magnet motor or an embedded magnet) capable of expanding a weak magnetic flux region of energization driving without using a position sensor or a current sensor (that is, a conduction angle larger than 120 degrees and smaller than 180 degrees). (Motor) drive technology.
(背景技術)
電流センサ及び位置センサを用いずに逆起電圧を検出することによる表面磁石モータまたは埋込磁石モータの120度導通パルス幅変調(PWM)駆動の開発についてよく報告されている(「センサレスブラシレスモータのマイコン制御(”Microcomputer control for sensorless brushless motor”, K.Iizuka, H.Uzuhashi, M.Kano, T.Endo and T.Mohri, IEEE transactions on Industry Applications, Vol. IA-21, No.4, May/June 1985, pp 595-691)」イイヅカ、ウズハシ、カノ、エンドウ、モウリ)。典型的なインバータの構成を図1に示す。インバータは、SPMまたはIPM同期モータの誘導された逆起電圧を検出するために三相端子のそれぞれについてR1とR2からなる分圧抵抗を備える。R1とR2からなる分圧抵抗の値は、モータの逆起電圧が、アナログ及びデジタル回路またはマイクロコントローラのA/Dポートに応じた適当な電圧レベルになるように選択される。
(Background technology)
The development of 120 degree conduction pulse width modulation (PWM) drive for surface magnet motors or embedded magnet motors by detecting back electromotive force without using current sensors and position sensors has been well reported ("sensorless brushless motors" “Microcomputer control for sensorless brushless motor”, K.Iizuka, H.Uzuhashi, M.Kano, T.Endo and T.Mohri, IEEE transactions on Industry Applications, Vol.IA-21, No.4, May / June 1985, pp 595-691) "Iizuka, Uzuhashi, Kano, Pea, Mouri). A typical inverter configuration is shown in FIG. The inverter comprises a voltage dividing resistor consisting of R1 and R2 for each of the three phase terminals to detect the induced back electromotive force of the SPM or IPM synchronous motor. The value of the voltage dividing resistor composed of R1 and R2 is selected so that the back electromotive voltage of the motor becomes an appropriate voltage level corresponding to the analog / digital circuit or the A / D port of the microcontroller.
第1の方法に関して、従来の120度通電駆動について3相に対するPWMベースドライブ波形及び三相端子U、V、Wでの逆起電圧波形を図2に示す。上側トランジスタT1,T3,T5はPWMモードにおいてデューティδでオン・オフし、下側トランジスタT2,T4,T6は120度導通期間の間、完全にオンする。 Regarding the first method, FIG. 2 shows a PWM base drive waveform for three phases and a back electromotive voltage waveform at three-phase terminals U, V, W for the conventional 120-degree energization drive. The upper transistors T 1 , T 3 , T 5 are turned on / off with a duty δ in the PWM mode, and the lower transistors T 2 , T 4 , T 6 are completely turned on during the 120-degree conduction period.
第2の方法において、典型的な3相PWMベースドライブ波形と3相端子における誘導された逆起電圧波形の別の波形の組を図3に示す。図3では、120度通電期間において、上側トランジスタT1、T3、T5と下側トランジスタT2、T4、T6の双方は、最初の60度の間完全にオンし、その後、次の60度の間のPWMモードにおいてデューティδでオン、オフする。図2、3に示すように、特定の相の電流ゼロクロス期間の間、対応する誘導逆起電圧波形は中心がE/2となる台形波である。Eは主電源電圧である。中心線E/2は、誘導された逆起電圧のゼロクロスを示す。 In the second method, another set of waveforms of a typical three-phase PWM base drive waveform and an induced back-EMF waveform at the three-phase terminal is shown in FIG. In FIG. 3, in the 120-degree energization period, both the upper transistors T 1 , T 3 , T 5 and the lower transistors T 2 , T 4 , T 6 are completely turned on for the first 60 degrees, and then the next In the PWM mode between 60 degrees, it is turned on and off at a duty δ. As shown in FIGS. 2 and 3, during the current zero-cross period of a particular phase, the corresponding induced back-EMF waveform is a trapezoidal wave centered at E / 2. E is the main power supply voltage. Center line E / 2 shows the zero crossing of the induced back electromotive force.
この制御技術では、60度毎に3相の逆起電圧のゼロクロスを検出し、新しい相の通電を開始する前の速度に対応する遅延(D)を事前に算出し、実質的に与える。3相の誘導逆起電圧からゼロクロスを検出することは、簡単なアナログ及びデジタル回路によるハードウェアで実現できる。これを図4に示す。検出されたゼロクロス信号は、モータを制御するマイコンの1つのチャンネルのA/Dポートに入力として与えられる。 In this control technique, the zero crossing of the three-phase counter electromotive voltage is detected every 60 degrees, and a delay (D) corresponding to the speed before starting energization of a new phase is calculated in advance and substantially given. Detection of zero crossing from the three-phase induced back electromotive force can be realized by hardware using simple analog and digital circuits. This is shown in FIG. The detected zero cross signal is given as an input to the A / D port of one channel of the microcomputer that controls the motor.
一方、3相分の誘導された逆起電圧は、マイコンの3つのチャンネルのA/Dポートに入力として与えられる。それらは、モータを制御するマイコン内部のソフトウェアによりゼロクロス検出信号を順次生成する。これを図5に示す。図6に閉ループ制御のブロック図を示す。PWMキャリア周波数の1サイクルに対応する回転子位置の増分Δθは、マイコン内部で、誘電逆起電圧の2つの連続したゼロクロスの間のPWM割り込みの合計数で60度を分割することにより推定される。速度ωはΔθから推定される。推定された速度ωは最初にローパスフィルタ(LPF)を通され、その後、基準速度ω*と比較される。ω*とωの誤差はPI(Proportional and Integral)制御器で処理され、PWMオンデューティδを生成する。 On the other hand, the induced back electromotive force for three phases is given as an input to the A / D ports of the three channels of the microcomputer. They sequentially generate zero cross detection signals by software inside the microcomputer that controls the motor. This is shown in FIG. FIG. 6 shows a block diagram of the closed loop control. The rotor position increment Δθ corresponding to one cycle of the PWM carrier frequency is estimated inside the microcomputer by dividing 60 degrees by the total number of PWM interrupts between two consecutive zero crossings of the dielectric back-EMF voltage. . The speed ω is estimated from Δθ. The estimated speed ω is first passed through a low pass filter (LPF) and then compared with a reference speed ω * . The error between ω * and ω is processed by a PI (Proportional and Integral) controller to generate PWM on-duty δ.
近年、電流センサや位置センサを用いず誘導された逆起電圧を検出する広角の150度通電駆動が提案されている(特開2002−078373号公報、特開2002−359991号公報)。モータは120度通電駆動で起動され、速度がω1とω2の間にある間、3相に対する120度PWMベースドライブ波形が左方向に30度だけ拡張され、これにより図7、8に示すように広角150度通電駆動になる。図7、8はまた広角150度通電駆動に対する3相端子U、V、Wでの誘導された逆起電圧を示している。120度通電駆動から150度通電駆動へ切り替わる間、PWMデューティδは常に95%より小さい。
In recent years, wide-angle 150-degree energization driving that detects an induced back electromotive voltage without using a current sensor or a position sensor has been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2002-078373 and 2002-359991). The motor is started by 120 degree energization drive, and while the speed is between ω 1 and ω 2 , the 120 degree PWM base drive waveform for the three phases is expanded by 30 degrees to the left, which is shown in FIGS. Thus, the wide-
広角150度通電駆動について、駆動システムの低振動、効率的な動作を実現するベースドライブ波形の別の変調方法が提案されている。ベースドライブ波形の変調は、誘導された逆起電圧の完全なゼロクロス検出を保証する。そのような1つの変調方法においては、図9に示すように、最初の30度のオン期間(δ)においてk%だけ増加し、最後の30度のオン期間ではk%だけ減少させる(「埋め込み磁石型モータの新規なセンサレス制御」(”A novel sensorless control drive for an interior permanent magnet motor", S.Saha, T.Tazawa, T.Iijima, K.Narazaki, H.Murakami and Y.Honda:, in IEEE-IECON conference at Denever, USA, Nov. 2001, pp 1655-1660”)、サハ、タザワ、イイジマ、ナラザキ、ムラカミ、ホンダ)。kの値は、モータが速度ω1とω2の間で120度導通角から150度導通角に変化するにつれて、0%からk1%まで増加する。150度導通角モードにおいては、kの値はモータの速度ωにしたがいk1%から0%へ線形に減少する。 For wide-angle 150-degree energization drive, another method of modulating the base drive waveform that realizes low vibration and efficient operation of the drive system has been proposed. The modulation of the base drive waveform ensures complete zero cross detection of the induced back EMF. In one such modulation method, as shown in FIG. 9, it increases by k% in the first 30 degrees on-period (δ) and decreases by k% in the last 30 degrees on-period (“embedding” "A novel sensorless control drive for an interior permanent magnet motor", S. Saha, T. Tazawa, T. Iijima, K. Narazaki, H. Murakami and Y. Honda :, in IEEE-IECON conference at Denever, USA, Nov. 2001, pp 1655-1660 ”), Saha, Tazawa, Iijima, Narazaki, Murakami, Honda). The value of k is 120 between the motor speed ω 1 and ω 2 As the conduction angle changes from 150 degrees conduction angle to 150 degrees conduction angle, it increases from 0% to k 1 % .In the 150 degree conduction angle mode, the value of k is linear from k 1 % to 0% according to the motor speed ω. Decrease.
(発明の開示)
(発明が解決しようとする課題)
120度通電駆動に対する、広角な150度通電駆動の主な利点は、弱め磁束領域を拡張できることである。これを図10に示す。これは、位置センサレス120度通電駆動において装置の有効な導通角が完全には利用されないため、非常に低速で飽和した磁束状態を招くためである。図11に、PWMベースドライブ変調を用いた広角な150度通電駆動の閉ループブロック図を示す。最大効率で動作させるために、広角150度通電駆動に対する本発明の制御技術は、逆起電圧E/2のゼロクロスの検出、及び逆起電圧ゼロクロスの瞬間と次の適切な位相のオンとの間の適切な遅延角(D)を必要とする120度通電駆動と類似している。このため、150度通電駆動の本センサレス制御技術により、基本相電圧と相磁気逆起電圧との間の負荷角εは常に間接的に固定される。そのため、弱め磁束領域をさらに拡張することは不可能である。
(Disclosure of the Invention)
(Problems to be solved by the invention)
The main advantage of the wide-
本発明は、位置センサ及び電流センサを用いない広角通電駆動の弱め磁束領域を拡張可能な永久磁石同期モータの駆動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a driving method of a permanent magnet synchronous motor capable of expanding a weak magnetic flux region of wide-angle energization driving without using a position sensor and a current sensor.
(その解決方法)
表面磁石モータ(SPM)または埋込磁石モータ(IPM)に対する位置センサ及び電流センサを用いない広角150度通電駆動の弱め磁束領域は、150度広角通電駆動の制御方法をモータの逆起電圧を検出する閉ループからモータの逆起電圧を検出しない強制的な駆動技術による開ループに変更すれば、拡張することができる。これにより、広角の位置センサ及び電流センサを用いない150度通電駆動のスピードとトルクの限界は、その強制的な駆動技術により拡張される。
(Solution)
The weak magnetic flux region of the wide-
強制駆動技術は逆起電圧を検出する必要がなく、このため、150度通電駆動におけるような電流ゼロクロス期間は必要とされない。よって、三相インバータにおいて逆ダイオードが導通を開始し、強制駆動モードにおいて180度位相電流導通を実現する。これが、弱め磁束領域が拡張される第1の基本的な理由である。強制ドライブモードにおいて駆動システムのスピード及びトルクが増加するとき、逆ダイオードは適当なタイミングで導通し、それにより、相電圧が相逆起電圧に対してより多く進み、負荷角εの値を増加させる。これにより弱め磁束領域はさらに拡張される。負荷角εの自動調整は、永久磁石同期モータ駆動システムの本質的な特性であって安定性を実現するものであり、自己同期化(self-synchronization)と呼ばれる。 The forced driving technique does not need to detect a back electromotive voltage, and therefore, a current zero cross period as in 150-degree energization driving is not required. Therefore, the reverse diode starts to conduct in the three-phase inverter, and 180 degree phase current conduction is realized in the forced drive mode. This is the first basic reason that the weak magnetic flux region is expanded. When the speed and torque of the drive system increase in forced drive mode, the reverse diode conducts at the right time, thereby causing the phase voltage to advance more than the phase back EMF and increase the value of the load angle ε. . As a result, the weakening magnetic flux region is further expanded. The automatic adjustment of the load angle ε is an essential characteristic of a permanent magnet synchronous motor drive system and realizes stability, and is called self-synchronization.
SPM同期モータについては負荷角εが90度を超えると、IPM同期モータについては負荷角εが70度〜85度を超えると(q軸リアクタンスXq及びd軸リアクタンスXdに依存するが)、モータ駆動システムは安定性を失い、脱調する。速度応答及びトルク応答はモータ駆動システムの高い慣性を考慮して適切に低く保持され、強制駆動モードにおいて、自己同期化現象が保証され、負荷角εは決して永久磁石同期モータにおける安定値を超えない。 When the load angle ε exceeds 90 degrees for the SPM synchronous motor and when the load angle ε exceeds 70 to 85 degrees for the IPM synchronous motor (depending on the q-axis reactance X q and the d-axis reactance X d ), The motor drive system loses stability and steps out. Speed response and torque response are kept appropriately low considering the high inertia of the motor drive system, self-synchronization phenomenon is guaranteed in forced drive mode, and the load angle ε never exceeds the stable value in a permanent magnet synchronous motor .
本発明の永久磁石同期モータの制御方法において、モータは、モータの逆起電圧を検出する閉ループによる駆動モードで駆動される。駆動状態が所定状態に達したときに、モータ駆動モードは、閉ループの駆動モードから、モータの逆起電圧を検出しない開ループの駆動モードに切り替わる。これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石同期モータの弱め磁束領域が拡張される。強制駆動期間におけるモータの制御は、前回に検出された逆起電圧のゼロクロスの情報及び所定の加速及び減速の情報から推定されたロータ位置及び速度により実行される。逆起電圧のゼロクロスは強制駆動モードに入る前に常に完全に検出されるため、初期の非常に安定した、基本相電圧と相逆起電圧の間の負荷角εが常に確認される。 In the method for controlling a permanent magnet synchronous motor according to the present invention, the motor is driven in a closed loop driving mode for detecting a counter electromotive voltage of the motor. When the driving state reaches a predetermined state, the motor driving mode is switched from the closed-loop driving mode to the open-loop driving mode in which the back electromotive voltage of the motor is not detected. Thus, a stable forced drive system is realized, and the weakening magnetic flux region of the permanent magnet synchronous motor is expanded. The control of the motor in the forced drive period is executed based on the rotor position and speed estimated from the information of the zero cross of the back electromotive voltage detected last time and the information of predetermined acceleration and deceleration. Since the zero cross of the back electromotive voltage is always detected completely before entering the forced drive mode, the initial very stable load angle ε between the basic phase voltage and the phase back electromotive voltage is always confirmed.
本発明の第1の態様において、広角駆動ストラテジIを提供する。駆動ストラテジIでは、モータを、第1の導通角を用いた閉ループによる第1の駆動モードで起動する。加速時において、第1の駆動モードに対するPWMデューティδが95%よりも大きくなったときに、モータ駆動モードを、第1の駆動モードから、第1の導通角よりも広い第2の導通角を用いる閉ループによる第2の駆動モードへ切り替える。更なる加速時において、第2の駆動モードに対するPWMデューティδが95%よりも大きくなったときに、モータ駆動モードを、第2の駆動モードから、開ループでの強制駆動モードに切り替える。これにより、強制駆動は安定し、永久磁石同期モータの弱め磁束領域か拡張される。減速時において、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを強制駆動モードから第2の駆動モードに切り替える。更なる減速時において、広角駆動に対するPWMデューティδが80%よりも小さくなったときに、モータ駆動モードを第2の駆動モードから第1の駆動モードに切り替える。 In a first aspect of the invention, a wide angle drive strategy I is provided. In drive strategy I, the motor is started in a first drive mode in a closed loop using the first conduction angle. At the time of acceleration, when the PWM duty δ for the first drive mode becomes larger than 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to the second conduction angle wider than the first conduction angle. Switch to the second driving mode by the closed loop to be used. At the time of further acceleration, when the PWM duty δ for the second drive mode becomes larger than 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the forced drive mode in the open loop. As a result, the forced drive is stabilized and the weak magnetic flux region of the permanent magnet synchronous motor is expanded. At the time of deceleration, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode when the zero cross of the back electromotive voltage is continuously detected. At the time of further deceleration, when the PWM duty δ for the wide angle drive becomes smaller than 80%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the first drive mode.
本発明の第2の態様において、広角駆動ストラテジIIを提供する。駆動ストラテジIIでは、モータを、120度から150度の間の第1の導通角を用いる閉ループによる第1の駆動モードで起動する。加速時において、第1の駆動モードに対するPWMデューティδが95%よりも大きくなったときに、モータ駆動モードを、第1の駆動モードから、第1の導通角よりも広い第2の導通角を用いる閉ループによる第2の駆動モードへ切り替える。更なる加速時において、第2の駆動モードに対するPWMデューティδが95%よりも大きくなったときに、モータ駆動モードを、第2の駆動モードから、開ループによる強制駆動モードに切り替える。これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石同期モータの弱め磁束領域か拡張される。減速時において、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを強制駆動モードから第2の駆動モードに切り替える。更なる減速時において、第2の駆動に対するPWMデューティδが80%よりも小さくなったときに、モータ駆動モードを第2の駆動モードから第1の駆動モードに切り替える。 In a second aspect of the present invention, a wide angle drive strategy II is provided. In drive strategy II, the motor is started in a first drive mode with a closed loop using a first conduction angle between 120 and 150 degrees. At the time of acceleration, when the PWM duty δ for the first drive mode becomes larger than 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to the second conduction angle wider than the first conduction angle. Switch to the second driving mode by the closed loop to be used. At the time of further acceleration, when the PWM duty δ for the second drive mode becomes larger than 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the forced drive mode by the open loop. As a result, a stable forced drive system is realized, and the weak magnetic flux region of the permanent magnet synchronous motor is expanded. At the time of deceleration, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode when the zero cross of the back electromotive voltage is continuously detected. At the time of further deceleration, when the PWM duty δ for the second drive becomes less than 80%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the first drive mode.
本発明の第3の態様において、広角駆動ストラテジIIIを提供する。駆動ストラテジIIIでは、モータを、閉ループにおいて第1の導通角を用いる第1の駆動モードで起動する。加速時において、PWMデューティδが10%から95%の間にある第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度のときに、モータ駆動モードを、第1の駆動モードから、第1の導通角よりも広い第2の導通角を用いる閉ループによる第2の駆動モードへ切り替える。更なる加速時において、第2の駆動モードに対するPWMデューティδが95%よりも大きくなったときに、モータ駆動モードを、第2の駆動モードから、開ループによる強制駆動モードに切り替える。これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石同期モータの弱め磁束領域か拡張される。減速時において、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを強制駆動モードから第2の駆動モードに切り替える。更なる減速時において、速度が一旦ω2に達すると、導通角は減少し始め、速度ω1において導通角は第1の導通角に戻る。 In a third aspect of the present invention, a wide angle drive strategy III is provided. In drive strategy III, the motor is started in a first drive mode using a first conduction angle in a closed loop. At the time of acceleration, when the PWM duty δ is a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2 between 10% and 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to Switching to the second drive mode by the closed loop using the second conduction angle wider than the first conduction angle. At the time of further acceleration, when the PWM duty δ for the second drive mode becomes larger than 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the forced drive mode by the open loop. As a result, a stable forced drive system is realized, and the weak magnetic flux region of the permanent magnet synchronous motor is expanded. At the time of deceleration, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode when the zero cross of the back electromotive voltage is continuously detected. During a further deceleration, the speed once reaches omega 2, conduction angle starts decreasing, conduction angle at a rate omega 1 returns to the first conduction angle.
本発明の第4の態様において、広角駆動ストラテジIVを提供する。駆動ストラテジIVでは、モータを、閉ループにおいて第1の導通角を用いる第1の駆動モードで起動する。加速時において、PWMデューティδが10%から95%の間にある第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度のときに、モータ駆動モードは、第1の駆動モードから、第1の導通角よりも広い第2の導通角を用いる閉ループによる第2の駆動モードへ切り替わる。更なる加速時において、PWMデューティδが常に10%と95%の間にあるときに、速度ω3にて、モータ駆動モードを、第2の駆動モードから、開ループによる強制駆動モードに切り替える。これにより、強制駆動システムは安定し、永久磁石同期モータの弱め磁束領域か拡張される。モータ駆動モードを強制駆動モードに切り替えるときに、PWMデューティδは固定される。減速時において、モータ速度がω3に達したときに、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出された後、モータ駆動モードを第2の駆動モードに切り替える。更なる減速時において、第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度においてモータ駆動モードを第2の駆動モードから第1の駆動モードに切り替える。 In a fourth aspect of the present invention, a wide angle drive strategy IV is provided. In drive strategy IV, the motor is started in a first drive mode using a first conduction angle in a closed loop. At the time of acceleration, when the PWM duty δ is a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2 that is between 10% and 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to The operation mode is switched to the second driving mode by the closed loop using the second conduction angle wider than the first conduction angle. During further acceleration, when the PWM duty δ is always between 10% and 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the forced drive mode by the open loop at the speed ω 3 . This stabilizes the forced drive system and expands the weaker flux region of the permanent magnet synchronous motor. When the motor drive mode is switched to the forced drive mode, the PWM duty δ is fixed. At the time of deceleration, when the motor speed reaches ω 3, after the zero cross of the back electromotive voltage is continuously detected, the motor drive mode is switched to the second drive mode. At the time of further deceleration, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the first drive mode at a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2 .
駆動ストラテジI、II、III、IVに関し、強制駆動モードは、強制駆動モードに入る直前に検出された逆起電圧のゼロクロス及びモータに対する所定の加速と減速に関する情報から推定したロータ位置及び速度に基づき実行することができる。 For drive strategies I, II, III, and IV, the forced drive mode is based on the rotor position and speed estimated from information about the zero cross of the back electromotive voltage detected immediately before entering the forced drive mode and the predetermined acceleration and deceleration for the motor. Can be executed.
駆動ストラテジI、II、III、IVに関し、第1の駆動モードにおいて、モータの閉ループ制御を、逆起電圧のゼロクロスを検出し、0度から30度の間で変化する遅延を与えることで実行してもよい。第2の駆動モードにおいて、PWMベースドライブ波形が変調されなければ、モータの閉ループ制御を、逆起電圧のゼロクロスを検出し、0度の遅延を与えることで実行してもよい。PWMベースドライブ波形が変調されるときは、モータの閉ループ制御を、逆起電圧のゼロクロスを検出し、0度から15度の間で変化する遅延を与えることで実行してもよい。 For drive strategies I, II, III, and IV, in the first drive mode, the motor closed-loop control is executed by detecting the zero cross of the back electromotive voltage and giving a delay that varies between 0 and 30 degrees. May be. In the second drive mode, if the PWM base drive waveform is not modulated, the closed loop control of the motor may be executed by detecting a zero cross of the back electromotive voltage and giving a delay of 0 degree. When the PWM base drive waveform is modulated, closed loop control of the motor may be performed by detecting a zero cross of the back electromotive voltage and providing a delay that varies between 0 degrees and 15 degrees.
駆動ストラテジI、II、III、IVにおいて、第1の導通角は120度であり、第2の導通角は150度であってもよい。 In the driving strategies I, II, III, and IV, the first conduction angle may be 120 degrees and the second conduction angle may be 150 degrees.
駆動ストラテジI、II、III、IVにおいて、第2の導通角は120度から150度の間にあってもよい。 In the driving strategies I, II, III, and IV, the second conduction angle may be between 120 degrees and 150 degrees.
ここに提案する、強制駆動技術を有する広角駆動システムは、冷蔵庫、電気自動車のエアコン及び室内用エアコンに対するコンプレッサの駆動装置として好適である。コンプレッサの駆動装置に対する速度及びトルク応答は比較的遅いため、提案する強制駆動技術は適している。 The wide-angle drive system having the forced drive technology proposed here is suitable as a compressor drive device for a refrigerator, an air conditioner for an electric vehicle, and an indoor air conditioner. The proposed forced drive technique is suitable because the speed and torque response to the compressor drive is relatively slow.
(発明を実施するための最良の形態)
本発明は、安定性を維持しようとする、永久磁石同期モータ駆動システムの本質的な特性である「自己同期化」原理を定義することで基本的に説明される。
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
The present invention is basically described by defining a “self-synchronizing” principle, which is an essential characteristic of a permanent magnet synchronous motor drive system that seeks to maintain stability.
本発明は、誘導された逆起電圧のゼロクロスを検出せずに150度に等しい広い導通角に対してSPM、IPM同期モータの弱め磁束領域を拡張するために議論されるユニークな方法に関する。閉ループの150度通電駆動に対する基本的なハードウェア構成及びソフトウェア制御アルゴリズムは120度通電駆動の場合と同じであり、背景技術のところで説明済みである。150度通電駆動と120度通電駆動の唯一の大きな違いは、モータの逆起電圧の検出期間が60度から30度に短縮されることであり、これは、改良されたハードウェアまたはソフトウェアスキームのいずれかにより実現される。モータ駆動が閉ループの120度通電駆動モードから150度通電駆動モードに、またはその逆に変更されるタイミングは、PWMディーティ(δ)とモータ速度(ω)に依存する。150度通電駆動モードにおいてモータの弱め磁束領域を拡張するために、モータの動作は、閉ループの制御モードから、誘導された逆起電圧のゼロクロスの検出を必要としない開ループの強制駆動モードに切り替わる。加速時において、モータ駆動が閉ループの150度通電駆動モードから開ループの強制駆動モードに切り替わるタイミングは、PWMディーティ(δ)とモータ速度(ω)に依存する。強制駆動モードに入る前に、ロータ位置と、最後に検出された逆起電圧のゼロクロスから推定されたモータ速度とが認識できる。強制駆動モードにおいて、加速及び減速の所定の値からモータ速度(ω)及びそれによるモータのロータ位置(θ)が推定される。減速時において、モータ駆動を開ループの強制駆動モードから閉ループの150度通電駆動モードに再度切り替えるタイミングは、連続した逆起電圧のゼロクロスの検出に依存する。このように、150度通電駆動モードに対する永久磁石同期モータの弱め磁束領域を拡張するために、ハードウェア・ストラテジをほぼ維持しつつ、ソフトウェア制御アルゴリズムのみを変更するだけでよい。 The present invention relates to a unique method discussed for extending the weakening flux region of SPM, IPM synchronous motors for a wide conduction angle equal to 150 degrees without detecting a zero crossing of the induced back electromotive force. The basic hardware configuration and software control algorithm for closed-loop 150-degree energization drive are the same as those for 120-degree energization drive and have been described in the background art. The only significant difference between 150 degree drive and 120 degree drive is that the detection period of the back electromotive force of the motor is reduced from 60 degrees to 30 degrees, which is an improvement of the improved hardware or software scheme. It is realized by either. The timing at which the motor drive is changed from the closed-loop 120-degree conduction drive mode to the 150-degree conduction drive mode or vice versa depends on the PWM duty (δ) and the motor speed (ω). In order to expand the weakening magnetic flux region of the motor in the 150 ° energization drive mode, the motor operation is switched from the closed loop control mode to an open loop forced drive mode that does not require detection of a zero cross of the induced back electromotive voltage. . At the time of acceleration, the timing at which the motor drive is switched from the closed-loop 150-degree energization drive mode to the open-loop forced drive mode depends on the PWM duty (δ) and the motor speed (ω). Before entering the forced drive mode, the rotor position and the motor speed estimated from the zero cross of the back electromotive voltage detected last can be recognized. In the forced drive mode, the motor speed (ω) and the resulting rotor position (θ) of the motor are estimated from predetermined acceleration and deceleration values. At the time of deceleration, the timing at which the motor drive is switched again from the open loop forced drive mode to the closed loop 150-degree energization drive mode depends on the detection of the continuous back electromotive voltage zero cross. Thus, in order to extend the weakening magnetic flux region of the permanent magnet synchronous motor for the 150-degree energization drive mode, only the software control algorithm needs to be changed while substantially maintaining the hardware strategy.
(第1の実施の形態)
弱め磁束領域を拡張する、強制駆動技術及び150度通電駆動を用いた広角駆動ストラテジIの主な特徴を以下に順に説明する。広角駆動システムはマイコンにより実行される。図12Aに、PWMベースドライブ波形変調を伴わない広角駆動ストラテジIに対して変更した閉ループブロック図を示す。図12Aから、広角の150通電駆動の基本的な制御ストラテジは120度通電駆動と同じであることが理解できる。
(First embodiment)
The main features of the wide-angle driving strategy I using the forced driving technique and the 150-degree energization driving for expanding the weakening magnetic flux region will be described below in order. The wide-angle drive system is executed by a microcomputer. FIG. 12A shows a modified closed loop block diagram for wide angle drive strategy I without PWM base drive waveform modulation. From FIG. 12A, it can be understood that the basic control strategy of the wide-
(i)表面磁石(SPM)または埋め込み磁石(IPM)同期モータ10は、初期PWMオンデューティ(δi)及びモータ10の初期起動周波数(fi)で、開ループの120度通電駆動として起動される。逆起電圧はセンサ21により検出され、逆起電圧のゼロクロスはモジュール22により検出される。逆起電圧のゼロクロスが6回連続して検出された後、モータ制御は120度導通角の開ループから閉ループに切り替えられる。120度ベースドライブ波形は図2または図3に示されたいずれかと同様のものとなり得る。閉ループの120度通電駆動の制御技術は、逆起電圧のゼロクロスを検出すること、及び他の適切な相をオンする前の遅延(D)を与えることを含む。遅延角(D)はx度であり、xは0度から30度の間で変化する。PWMキャリア周波数のサイクルに対応するロータ位置の増分Δθは、60度を、2つの連続するゼロクロス間のPWMインタラプトの総数で除算することで推定される。このΔθの推定はモータの初期起動から連続して実行される(モジュール23)。今、モータ速度(ω)を以下のように推定する(モジュール24)。
ω=Δθ*fs ...(1)
ここで、fsはキャリア周波数である。推定された速度(ω)はローパスフィルタ(LPF)25を通過し、基準速度(ω*)と比較される。ωとω*の誤差はPI(Proportional and Integral)コントローラ23で処理され、PWMオンデューティ(δ)が生成される。
(I) The surface magnet (SPM) or embedded magnet (IPM)
ω = Δθ * f s ... (1)
Here, f s is a carrier frequency. The estimated speed (ω) passes through a low-pass filter (LPF) 25 and is compared with a reference speed (ω * ). The error between ω and ω * is processed by a PI (Proportional and Integral)
(ii)加速時において、120度通電駆動に対するPWMデューティδが一旦95%よりも大きくなると、3相に対する120度PWMベースドライブ波形は左方向にx度だけ、右方向に(30−x)度だけ拡張され、広角の150度通電駆動となる(モジュール30)。このように、誘導された逆起電圧のゼロクロスが検出された後の遅延角(D)は、広角の150度通電駆動に対しては0度となる。導通角は、120度から150度の間までに増加するまで、1msのインタラプト毎にΔθずつ増加する。Δθは、PWMキャリア周波数の各サイクルに対応する。逆起電圧のゼロクロスが検出された後の広角の150度通電駆動の基本的な制御技術は120度の場合と同様である。図12Bに、正弦曲線の磁束密度分布を仮定した場合の、広角の150度通電駆動モードにおける埋め込み磁石(IPM)モータの一つの相のベクトル図を示す。図12Bに示すパラメータは次のとおりである。
Lq: モータのq軸インダクタンス
Ld: モータのd軸インダクタンス
I: 相電流
iq: モータのq軸電流
id: モータのd軸電流
Φm: 磁束
Ef: 磁気誘導電圧すなわち逆起電圧
Φr: リラクタンス磁束(=Lq iq+ Ld id);
ωΦr: リラクタンス磁束による誘導電圧すなわち逆起電圧
(=ω Lq iq+ ω Ld id=xq iq+ xd id);
Φ0: 総磁束(=Φm+Φr);
ωΦ0: 総誘導電圧すなわち総逆起電圧(=Ef+ωΦr);
R: 巻線の1相あたりの抵抗
Vt: 端子電圧
ε: 負荷角
(Ii) During acceleration, once the PWM duty δ for 120-degree conduction drive is greater than 95%, the 120-degree PWM base drive waveform for the three phases is x degrees in the left direction and (30-x) degrees in the right direction. Only a wide-
L q : q-axis inductance of motor
L d : Motor d-axis inductance
I: Phase current
i q : q-axis current of motor
i d : d-axis current of motor Φ m : magnetic flux
E f : Magnetic induction voltage, ie back electromotive force Φ r : Reluctance magnetic flux (= L q i q + L d i d );
ω Φr : Inductive voltage due to reluctance magnetic flux
(= ω L q i q + ω L d i d = x q i q + x d i d );
Φ 0 : Total magnetic flux (= Φ m + Φ r );
ω Φ0 : Total induced voltage, that is, total counter electromotive voltage (= E f + ω Φr );
R: Resistance per phase of winding
Vt: Terminal voltage ε: Load angle
(iii)更なる加速時において、広角150度駆動のPWMデューティδが一旦95%よりも大きくなると、永久磁石同期モータ10は強制駆動モードに切り替わり、弱め磁束領域がさらに拡張される(モジュール28)。強制駆動モードにおいて、モータの制御動作は閉ループから開ループに切り替わる。強制駆動モードでは、逆起電圧は検出されない。このため、120度及び150度通電駆動時のように電流ゼロクロス期間は必要ない。強制駆動モード期間中のモータの制御は、前回に検出された逆起電圧のゼロクロスとモータの所定の加速及び減速に関する情報から推定されるロータ位置とモータ速度から実行される。ωfiを前回に検出された逆起電圧から推定されるモータ速度とすると、モータが150度通電駆動から強制駆動モードに切り替わる時点t1での強制駆動モードの初期速度は、ωfiである。今、強制駆動モードにおけるタイミングt2でのモータ速度は次式で与えられる。
ωff = ωfi + a*(t2 t1) ...(2)
ここで、"a"はモータの加速度である。PWMキャリア周波数のサイクル毎に対応するロータ位置の増分Δθは次式で与えられる。
Δθ = ωff / fs ...(3)
(Iii) At the time of further acceleration, once the PWM duty δ of the wide-
ω ff = ω fi + a * (t 2 t 1 ) ... (2)
Here, “a” is the acceleration of the motor. The rotor position increment Δθ corresponding to each cycle of the PWM carrier frequency is given by:
Δθ = ω ff / f s ... (3)
Δθを認識することは、強制駆動モード時におけるロータ位置の算出、モータの制御に有効である。 Recognizing Δθ is effective in calculating the rotor position and controlling the motor in the forced drive mode.
強制駆動モードにおいて、インバータ11内の逆ダイオードは導通し、180度の相電流通電が実現される。これは弱め磁束領域が拡張される第1の基本的な理由である。図13Aは、強制駆動モードにおける埋め込み磁石同期モータの、トルクT1、速度ω1での典型的なU相電流、端子電圧及び逆起電圧波形を示し、図13Bは、トルクT1、速度ω2での典型的なU相電流、端子電圧及び逆起電圧波形を示す。ここで、ω2はω1よりも大きい速度である。これらの図において、線”X”はU相端子電圧(Vu)を、線”Y”はU相電流を、線”Z”はU相逆起電圧を示す。強制駆動モードにおいてトルクT1で速度ω1の間、図13Aから、逆起電圧のゼロクロスは得られていないが、U相電流(線Y)のゼロクロス期間(C0)はまだ認識できることがわかる。強制駆動モードにおいてトルクT1で速度ω2の間、図13Bから、U相電流のゼロクロス期間はなく、180度の相電流通電となっていることがわかる。図13Bから、U相電流に関して、約1サイクルにおいて6つの導通期間C1〜C6が存在していることがわかる。各期間は以下のとおりである。
C1:この期間中、ダイオードD1とトランジスタT5が導通する。
C2:この期間中、ダイオードD2とトランジスタT4が導通する。
C3:この期間中、トランジスタT1と他の素子が150度の期間、導通する。
C4:この期間中、ダイオードD2とトランジスタT6が導通する。
C5:この期間中、ダイオードD1とトランジスタT3が導通する。
C6:この期間中、トランジスタT2と他の素子が150度の期間、導通する。
In the forced drive mode, the reverse diode in the
C 1 : During this period, the diode D 1 and the transistor T 5 become conductive.
C 2 : During this period, the diode D 2 and the transistor T 4 conduct.
C 3 : During this period, the transistor T 1 and other elements conduct for a period of 150 degrees.
C 4 : During this period, the diode D 2 and the transistor T 6 conduct.
C 5 : During this period, the diode D 1 and the transistor T 3 become conductive.
C 6 : During this period, the transistor T 2 and other elements are conductive for a period of 150 degrees.
図13Cは、強制駆動モードにおける埋め込み磁石同期モータの、トルクT2、速度ω2での典型的なU相電流、端子電圧及び逆起電圧波形を示す。ここで、T2はT1よりも大きい。図13Cでは図13Bに比して、期間C1は増加し、期間C2は減少し、一方、期間C3は増加し、期間C5は減少する。これにより、適当なタイミングでインタバータの逆ダイオードが自然導通するために、モータのトルク及び速度の増加にともない、強制駆動モード時において、U相モータ巻線の基本的な印加電圧がU相逆起電圧に対してシフトする。相逆起電圧に対する相電圧が進むことは、負荷角εの増加を招き、それにより弱め磁束領域が拡張される。 FIG. 13C shows typical U-phase current, terminal voltage, and counter-electromotive voltage waveforms at the torque T 2 and the speed ω 2 of the embedded magnet synchronous motor in the forced drive mode. Here, T 2 is larger than T 1 . In FIG. 13C, the period C 1 increases and the period C 2 decreases while the period C 3 increases and the period C 5 decreases compared to FIG. 13B. As a result, the reverse diode of the inverter naturally conducts at an appropriate timing, so that the basic applied voltage of the U-phase motor winding becomes the U-phase counter-electromotive force in the forced drive mode as the motor torque and speed increase. Shift with respect to voltage. Advancing of the phase voltage with respect to the phase back electromotive voltage causes an increase in the load angle ε, thereby expanding the weakening magnetic flux region.
図14に、強制駆動モードにおける埋め込み磁石(IPM)モータの相ベクトル図を示す。広角の150度通電駆動モードに対する図12Bの場合に比して負荷角εが増加している。このような負荷角εの自動調整は安定性を実現する永久磁石同期モータの本質的な特性であり、「自己同期化」と呼ばれることがある。図15に強制駆動の速度−トルク(S−T)特性を示す。SPMとIPM同期モータのトルク方程式はそれぞれ式(4)、(5)で与えられる。
上記方程式から、SPMモータに対する引っ張りトルクは負荷角εが90度のときに発生し、IPMモータに対する引っ張りトルクは負荷角εが70度と85度の間にあるときに発生する(q軸リラクタンスxqとd軸リラクタンスxdに依存して)。よって、SPMモータでは負荷角εが90度を超えると、IPMモータでは70度−85度の範囲を超えると、モータ駆動システムは安定性を失い、同期がはずれる。強制駆動システムの速度とトルク応答が適切に低い値に維持され、モータ駆動システムの大きな慣性が考慮されている場合、強制駆動モードの間、永久磁石同期モータにおいて自己同期化の現象が保証され、負荷角εは決して安定値を超えることはない。 From the above equation, the tensile torque for the SPM motor is generated when the load angle ε is 90 degrees, and the tensile torque for the IPM motor is generated when the load angle ε is between 70 degrees and 85 degrees (q-axis reluctance x depending on q and d-axis reluctance x d ). Therefore, when the load angle ε exceeds 90 degrees in the SPM motor and exceeds the range of 70 degrees to 85 degrees in the IPM motor, the motor drive system loses stability and is out of synchronization. When the speed and torque response of the forced drive system is maintained at a reasonably low value and the large inertia of the motor drive system is taken into account, the self-synchronization phenomenon is guaranteed in the permanent magnet synchronous motor during the forced drive mode, The load angle ε never exceeds a stable value.
(iv)減速時は、逆起電圧のゼロクロスが一旦連続して重ねて検出されると、モータは、開ループの強制駆動モードから閉ループの広角の150度通電駆動モードに切り替わる。駆動システムを開ループの強制駆動モードから閉ループの広角の150度通電駆動モードに切り替える前に、逆起電圧のゼロクロスが12回の連続して検出される。同様に、さらに減速する場合、150度通電駆動のPWMデューティδが一旦80%より小さくなると、導通角は減少し始め、モータは150度通電駆動モードから120度通電駆動モードに切り替えられる(モジュール29)。
(Iv) During deceleration, once the zero cross of the back electromotive voltage is detected continuously and repeatedly, the motor switches from the open loop forced drive mode to the closed loop wide-
(第2の実施の形態)
弱め磁束領域を拡張する、150度導通角及び強制駆動技術を用いた広角駆動ストラテジIIの主な特徴を以下に順に説明する。図16Aに、広角駆動ストラテジIIについて変更した閉ループブロック図を示す。
(Second Embodiment)
The main features of the wide-angle drive strategy II using the 150-degree conduction angle and the forced drive technology for expanding the weakening magnetic flux region will be described below in order. FIG. 16A shows a modified closed loop block diagram for the wide angle drive strategy II.
(i)表面磁石(SPM)または埋め込み磁石(IPM)同期モータ10は、従来の120度通電駆動の代わりに、120度から150度の間で変化する導通角(C)を用いた開ループの広角通電駆動として起動される。6回連続して逆起電圧のゼロクロス検出が成功した後、モータ制御は広角通電駆動の開ループから閉ループに切り替えられる。広角駆動の制御技術は、逆起電圧のゼロクロスを検出すること、及び、新しい相の開始前に遅延(D)を与えることを含む。遅延角(D)はx度であり、0度≦x≦(150−C)度である。広角通電モードにおける、ロータ位置の増分Δθ、速度ω、PWMオンデューティδの推定技術は、第1の実施の形態の場合と同様である(モジュール23〜26による)。
(I) The surface magnet (SPM) or embedded magnet (IPM)
(ii)加速時において、広角通電駆動のPWMデューティδが一旦95%よりも大きくなると、3相に対する広角のベースドライブ波形は左方向にx度だけ、右方向に(150−C−x)度だけ拡張され、150度通電駆動となる。導通角の増加率は第1の実施形態のものと同じである。この場合もまた、誘導された逆起電圧のゼロクロスが検出された後の遅延角(D)は、広角の150度通電駆動に対しては0度となる。逆起電圧のゼロクロスが検出された後の広角の150度通電駆動の基本的な制御技術は、導通角(C)での広角駆動の場合と同様である。
(Ii) During acceleration, once the PWM duty δ of the wide-angle energization drive becomes larger than 95%, the wide-angle base drive waveform for the three phases is x degrees in the left direction and (150-Cx) degrees in the right direction. Only 150 degrees energization drive. The increasing rate of the conduction angle is the same as that of the first embodiment. Also in this case, the delay angle (D) after the zero cross of the induced back electromotive voltage is detected is 0 degree for a wide-angle 150-degree conduction drive. The basic control technique of the wide-
(iii)加速時において、150度通電駆動のPWMデューティδが一旦95%よりも大きくなると、モータ駆動は開ループの強制駆動モードに切り替えられる。モータ制御が強制駆動モードに一旦切り替えられたときの技術は、第1の実施の形態の場合と同様である。 (Iii) At the time of acceleration, once the PWM duty δ of the 150 ° energization drive becomes greater than 95%, the motor drive is switched to the open loop forced drive mode. The technique when the motor control is once switched to the forced drive mode is the same as that in the first embodiment.
(iv)減速時において、強制駆動モードから150度通電駆動モードに切り替え、その後に、150度通電駆動から、導通角(C)の広角駆動に切り替える技術は、第1の実施の形態の場合と同様である。 (Iv) At the time of deceleration, the technique for switching from the forced drive mode to the 150-degree conduction drive mode and then switching from the 150-degree conduction drive to the wide-angle drive with the conduction angle (C) is the same as in the first embodiment. It is the same.
(第3の実施の形態)
弱め磁束領域を拡張する、150度通電駆動及び強制駆動技術を用いた広角駆動ストラテジIIIの主な特徴を以下に順に説明する。図16Bに、広角駆動ストラテジIIについて変更した閉ループブロック図を示す。
(Third embodiment)
The main features of the wide-angle drive strategy III using the 150-degree energization drive and forced drive technology that expands the weakening magnetic flux region will be described in order below. FIG. 16B shows a modified closed loop block diagram for the wide angle drive strategy II.
(i)モータ10は、第1の実施の形態と同様の方法で、120度通電駆動で起動され、速度が所定速度ω1に達するまで120度通電駆動モードの閉ループで回転させられる。
(I) The
(ii)加速時において、PWMデューティδが10%から95%の間の所定値にあるときに、ω1とω2の間の速度で120度通電駆動から150度通電駆動に切り替わる。ω1とω2の間の速度では、3相に対する120度PWMベースドライブ波形が左方向に30度だけ拡張され、図8に示すように広角の150度通電となる(モジュール33)。この技術の特筆すべき特徴は、150度通電駆動モードにおいて、PWMベースドライブ波形が変調されることである。PWMベースドライブ波形の変調は、図9に示したのと同様の方法でなされる。つまり、最初の30度におけるオン期間(δ)がk%だけ増加し、最後の30度におけるオン期間がk%だけ減少する。kの値は、ω1とω2の間の速度でモータ制御が120度通電駆動から150度通電駆動に切り替わるときに0%からk1%まで増加する。150度通電駆動モードにおいて、PWMオンデューティδが95%に達したとき、kの値は、モータ10の速度ωに応じて、速度ω2でのk1%から、速度ω3での0%まで線形に減少する。150度通電駆動に対する制御技術は、誘導された逆起電圧のゼロクロスを検出すること、及びx度(0度<x≦15度)の遅延(D)を与えることを含む。ベースドライブ波形の変調を伴う150度通電駆動モードにおける、ロータ位置の増分Δθ、速度ω、PWMオンデューティδの推定技術は、第1の実施の形態の場合と同様である(モジュール23〜26による)。
(Ii) At the time of acceleration, when the PWM duty δ is at a predetermined value between 10% and 95%, the drive is switched from the 120-degree conduction drive to the 150-degree conduction drive at a speed between ω 1 and ω 2 . At a speed between ω 1 and ω 2, the 120-degree PWM base drive waveform for the three phases is expanded by 30 degrees to the left, resulting in wide-angle 150-degree conduction as shown in FIG. 8 (module 33). A notable feature of this technique is that the PWM base drive waveform is modulated in the 150-degree conduction drive mode. The modulation of the PWM base drive waveform is performed by the same method as shown in FIG. That is, the on period (δ) at the first 30 degrees increases by k%, and the on period at the last 30 degrees decreases by k%. The value of k increases from 0% to k 1 % when the motor control is switched from 120 ° energization drive to 150 ° energization drive at a speed between ω 1 and ω 2 . When the PWM on-duty δ reaches 95% in the 150-degree energization drive mode, the value of k varies from k 1 % at the speed ω 2 to 0% at the speed ω 3 according to the speed ω of the
(iii)更なる加速時において、150度通電駆動のPWMデューティδが一旦95%よりも大きくなると、モータ制御は開ループの強制駆動モードに切り替えられる(モジュール28)。モータ制御が強制駆動モードに一旦切り替えられたときの技術は、第1の実施の形態の場合と同様である。 (Iii) At the time of further acceleration, once the PWM duty δ of the 150 ° energization drive becomes larger than 95%, the motor control is switched to the open loop forced drive mode (module 28). The technique when the motor control is once switched to the forced drive mode is the same as that in the first embodiment.
(iv)減速時において、強制駆動モードから150度通電駆動モードに切り替える技術は、第1の実施の形態の場合と同様である。150度通電駆動モードにおいて、減速時に速度が一旦ω2に達すると、導通角は減少し始め、速度ω1で導通角は再度120度に戻る。 (Iv) At the time of deceleration, the technology for switching from the forced drive mode to the 150-degree energization drive mode is the same as in the case of the first embodiment. In the 150-degree energization drive mode, once the speed reaches ω 2 during deceleration, the conduction angle begins to decrease, and at the speed ω 1 , the conduction angle returns to 120 degrees again.
(第4の実施の形態)
弱め磁束領域を拡張する、150度通電駆動及び強制駆動技術を用いた広角駆動ストラテジIIの主な特徴を以下に順に説明する。図16Cに、広角駆動ストラテジIVについて変更した閉ループブロック図を示す。
(Fourth embodiment)
The main features of the wide-angle drive strategy II using the 150-degree energization drive and forced drive technology for expanding the field-weakening magnetic field will be described in order below. FIG. 16C shows a modified closed loop block diagram for the wide angle drive strategy IV.
(i)モータ10は、第1の実施の形態と同様の方法で、120度通電駆動で起動され、速度が所定速度ω1に達するまで120度通電駆動モードの閉ループで回転させられる。
(I) The
(ii)加速時において、PWMデューティδが10%から95%の間の所定値にあるときに、ω1とω2の間の速度で120度通電駆動から150度通電駆動に切り替わる。150度通電駆動モードにおいて、PWMベースドライブ波形は変調されてもよいし、変調されなくても良い。よって、150度通電駆動モードにおける技術は、第1または第3の実施の形態のいずれかと同様である。 (Ii) At the time of acceleration, when the PWM duty δ is at a predetermined value between 10% and 95%, the drive is switched from the 120-degree conduction drive to the 150-degree conduction drive at a speed between ω 1 and ω 2 . In the 150-degree energization drive mode, the PWM base drive waveform may or may not be modulated. Therefore, the technique in the 150-degree energization drive mode is the same as that in either the first or third embodiment.
(iii)更なる加速時において、150度通電駆動のPWMデューティδが常に10%から95%の間にあって速度ω3のときに、モータ制御は150度通電駆動モードから強制駆動モードに切り替わる(モジュール35)。モータ制御が一旦強制駆動モードに切り替えられると、PWMオンデューティδは固定値に保持され、強制駆動モード時の制御技術は第1の実施の形態の場合と同様である。 (Iii) During further acceleration, when the PWM duty δ of the 150 ° energization drive is always between 10% and 95% and the speed ω 3 , the motor control is switched from the 150 ° energization drive mode to the forced drive mode (module 35). Once the motor control is switched to the forced drive mode, the PWM on-duty δ is held at a fixed value, and the control technique in the forced drive mode is the same as in the first embodiment.
(iv)減速時において、モータ速度が一旦ω3に達すると、12回連続して逆起電圧の検出が成功した後で、モータ制御は再度150度通電駆動モードに切り替えられる。さらなる減速時において、ω1とω2の間の速度で、モータ制御は150度通電駆動モードから120度通電駆動モードに切り替わる。 (Iv) At the time of deceleration, once the motor speed reaches ω 3 , the motor control is switched again to the 150-degree energization drive mode after the detection of the back electromotive voltage has succeeded 12 times continuously. During further deceleration, the motor control is switched from the 150-degree energization drive mode to the 120-degree energization drive mode at a speed between ω 1 and ω 2 .
(産業上の利用の可能性)
上記に提案した、強制駆動技術を用いた広角の150度通電駆動は、冷蔵庫、電気自動車用エアコン及び室内用エアコンに対するコンプレッサ駆動装置に好適である。コンプレッサ駆動装置に対する速度及びトルク応答は比較的低いため、提案の強制駆動技術は適している。図17は、冷蔵庫、電気自動車用エアコン及び室内用エアコンに対するコンプレッサ駆動装置への本発明の適用を例示した図である。コンプレッサ駆動装置100は、コンプレッサ200に連結したSPM(又はIPM)同期モータ10を駆動するユニットであり、図12A、16A〜16Cに示すインバータ11や逆起電圧検出器21等を含む構成を有する。
(Possibility of industrial use)
The wide-angle 150-degree energization drive using the forced drive technology proposed above is suitable for a compressor drive device for a refrigerator, an electric vehicle air conditioner, and an indoor air conditioner. Since the speed and torque response for the compressor drive is relatively low, the proposed forced drive technique is suitable. FIG. 17 is a diagram illustrating the application of the present invention to a compressor driving device for a refrigerator, an electric vehicle air conditioner, and an indoor air conditioner. The
Claims (10)
第1の導通角を用いた閉ループによる第1の駆動モードでモータを起動し、
加速時に、第1の駆動モードにおけるPWMデューティδが95%を超えたときに、モータ駆動モードを、前記第1の駆動モードから、前記第1の導通角よりも大きい第2の導通角を用いた閉ループによる第2の駆動モードへ切替え、
更なる加速時に、前記第2の駆動モードにおけるPWMデューティδが95%を超えたときに、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから、開ループの強制駆動モードへ切替え、これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石モータの弱め磁束領域を拡張し、
減速時に、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを、前記強制駆動モードから前記第2の駆動モードへ切替え、
更なる減速時に、広角駆動におけるPWMデューティδが80%を下回ったときに、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから前記第1の駆動モードへ切替える、
永久磁石同期モータの制御方法。In the control method of the permanent magnet synchronous motor,
Starting the motor in a first drive mode with a closed loop using the first conduction angle;
When the PWM duty δ in the first drive mode exceeds 95% during acceleration, the motor drive mode is changed from the first drive mode to the second conduction angle larger than the first conduction angle. Switch to the second drive mode by closed loop,
During further acceleration, when the PWM duty δ in the second drive mode exceeds 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the open-loop forced drive mode, thereby stabilizing Realized the forced drive system, expanded the weak magnetic flux area of the permanent magnet motor,
When deceleration, when the zero cross of the back electromotive force is continuously detected, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode,
During further deceleration, when the PWM duty δ in wide-angle driving falls below 80%, the motor driving mode is switched from the second driving mode to the first driving mode.
Control method of permanent magnet synchronous motor.
120度と150度の間の第1の導通角を用いた閉ループによる第1の駆動モードでモータを起動し、
加速時に、前記第1の駆動モードにおけるPWMデューティδが95%を超えたときに、モータ駆動モードを、前記第1の駆動モードから、前記第1の導通角よりも大きい第2の導通角を用いた閉ループによる第2の駆動モードへ切替え、
更なる加速時に、前記第2の駆動モードにおけるPWMデューティδが95%を超えたときに、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから、開ループの強制駆動モードへ切替え、これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石モータの弱め磁束領域を拡張し、
減速時に、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを、前記強制駆動モードから前記第2の駆動モードへ切替え、
更なる減速時に、前記第2の駆動モードにおけるPWMデューティδが80%を下回ったときに、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから前記第1の駆動モードへ切替える、
永久磁石同期モータの制御方法。In the control method of the permanent magnet synchronous motor,
Starting the motor in a first drive mode in a closed loop with a first conduction angle between 120 and 150 degrees;
When the PWM duty δ in the first drive mode exceeds 95% during acceleration, the motor drive mode is changed from the first drive mode to a second conduction angle larger than the first conduction angle. Switch to the second drive mode by the closed loop used,
During further acceleration, when the PWM duty δ in the second drive mode exceeds 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the open-loop forced drive mode, thereby stabilizing Realized the forced drive system, expanded the weak magnetic flux area of the permanent magnet motor,
When deceleration, when the zero cross of the back electromotive force is continuously detected, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode,
During further deceleration, when the PWM duty δ in the second drive mode falls below 80%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the first drive mode.
Control method of permanent magnet synchronous motor.
第1の導通角を用いた閉ループによる第1の駆動モードでモータを起動し、
加速時に、PWMデューティδが10%と95%の間にあるときに、モータ駆動モードを、前記第1の駆動モードから、第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度で、前記第1の導通角よりも大きい第2の導通角を用いた閉ループによる第2の駆動モードへ切替え、
更なる加速時に、前記第2の駆動モードにおけるPWMデューティδが95%を超えたときに、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから、開ループの強制駆動モードへ切替え、これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石モータの弱め磁束領域を拡張し、
減速時に、逆起電圧のゼロクロスが連続して重ねて検出されたときに、モータ駆動モードを前記強制駆動モードから前記第2の駆動モードへ切替え、
更なる減速時に、速度が一旦第2の速度ω2に達すると、導通角が減少し始め、前記第1の速度ω1で前記導通角は前記第1の導通角に戻る、
永久磁石同期モータの制御方法。In the control method of the permanent magnet synchronous motor,
Starting the motor in a first drive mode with a closed loop using the first conduction angle;
During acceleration, when the PWM duty δ is between 10% and 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2. , Switching to a second driving mode by a closed loop using a second conduction angle larger than the first conduction angle,
During further acceleration, when the PWM duty δ in the second drive mode exceeds 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the open-loop forced drive mode, thereby stabilizing Realized the forced drive system, expanded the weak magnetic flux area of the permanent magnet motor,
During deceleration, when the zero cross of the back electromotive voltage is continuously detected, the motor drive mode is switched from the forced drive mode to the second drive mode,
During the further reduction, the speed once reaches the second speed omega 2, conduction angle starts decreasing, the conduction angle at the first speed omega 1 returns to the first conduction angle,
Control method of permanent magnet synchronous motor.
第1の導通角を用いた閉ループによる第1の駆動モードでモータを起動し、
加速時に、PWMデューティδが10%と95%の間にあるときに、モータ駆動モードを、前記第1の駆動モードから、第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度で、前記第1の導通角よりも大きい第2の導通角を用いた閉ループによる第2の駆動モードへ切替え、
更なる加速時に、PWMデューティδが常に10%と95%の間にあるときに、速度ω3で、モータ駆動モードを、前記第2の駆動モードから、開ループの強制駆動モードへ切替え、これにより、安定した強制駆動システムを実現し、永久磁石モータの弱め磁束領域を拡張し、
モータ駆動モードが前記強制駆動モードに切り替わったときにPWMオンデューティδを固定値に保持し、
減速時に、モータ速度が速度ω3に達したときに、逆起電圧の検出が成功した後、モータ駆動モードを前記第2の駆動モードへ切替え、
更なる減速時に、第1の速度ω1と第2の速度ω2の間の速度で、モータ駆動モードを前記第2の駆動モードから前記第1の駆動モードに切り替える、
永久磁石同期モータの制御方法。In the control method of the permanent magnet synchronous motor,
Starting the motor in a first drive mode with a closed loop using the first conduction angle;
During acceleration, when the PWM duty δ is between 10% and 95%, the motor drive mode is changed from the first drive mode to a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2. , Switching to a second driving mode by a closed loop using a second conduction angle larger than the first conduction angle,
During further acceleration, when the PWM duty δ is always between 10% and 95%, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the open loop forced drive mode at the speed ω 3. Realizes a stable forced drive system, expands the weak magnetic flux area of the permanent magnet motor,
When the motor drive mode is switched to the forced drive mode, the PWM on-duty δ is held at a fixed value,
At the time of deceleration, when the motor speed reaches the speed ω 3 , after successful detection of the back electromotive force, the motor drive mode is switched to the second drive mode,
During further deceleration, the motor drive mode is switched from the second drive mode to the first drive mode at a speed between the first speed ω 1 and the second speed ω 2 .
Control method of permanent magnet synchronous motor.
前記第2の駆動モードにおいてモータの閉ループ制御は、PWMベースドライブ波形が変調されないときは、逆起電圧を検出し、0度の遅延を与えることにより実行され、PWMベースドライブ波形が変調されるときは、逆起電圧を検出し、0度から15度の間で変化する遅延を与えることで実行される、
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の永久磁石同期モータの制御方法。In the first drive mode, the closed-loop control of the motor is executed by detecting a counter electromotive voltage and giving a delay that varies between 0 degrees and 30 degrees,
In the second drive mode, when the PWM base drive waveform is not modulated, the closed-loop control of the motor is executed by detecting a counter electromotive voltage and giving a delay of 0 degrees, and when the PWM base drive waveform is modulated. Is performed by detecting the back electromotive force and giving a delay that varies between 0 degrees and 15 degrees,
The method for controlling a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1ないし8のいずれか1つに記載の制御方法を用いて前記インバータを制御する制御部と
を備えたモータ制御装置。An inverter that supplies power for driving the permanent magnet synchronous motor;
The motor control apparatus provided with the control part which controls the said inverter using the control method as described in any one of Claims 1 thru | or 8 .
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