JP5422435B2

JP5422435B2 - Brushless motor driving apparatus and driving method

Info

Publication number: JP5422435B2
Application number: JP2010033898A
Authority: JP
Inventors: 徹雄蟹江; 健志清水; 清隆角藤; 雄佐藤; 謙一相場; 恭平渡邊
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: JP2011172382A

Description

本発明はブラシレスモータの駆動装置および駆動方法に係り、特に、運転開始前のフリーラン状態での正確なロータの速度および位置を得て、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a brushless motor driving apparatus and driving method, and more particularly, to a brushless motor that can accurately and stably start a motor by obtaining an accurate rotor speed and position in a free-run state before starting operation. The present invention relates to a driving device and a driving method.

近年、エアコン等の圧縮機駆動用や送風機駆動用として、或いは電気自動車の駆動用として、永久磁石をロータに搭載したブラシレスモータが使用されてきている。ブラシレスモータでは界磁として永久磁石が使用されるため、界磁磁束を発生するための界磁電流が消費されず高効率であり、またブラシレスモータは、小型で数十ｋＷ以下の中小容量に向くという特徴を持っている。 In recent years, a brushless motor having a permanent magnet mounted on a rotor has been used for driving a compressor such as an air conditioner, driving a blower, or driving an electric vehicle. Since a permanent magnet is used as a field in a brushless motor, the field current for generating a field magnetic flux is not consumed, and the efficiency is high. The brushless motor is small and suitable for a small and medium capacity of several tens of kW or less. It has the characteristics.

例えば、特許第３４４２２０３号公報の「室外送風機の駆動装置」では、このようなブラシレスモータの起動に際し、位置検出手段の出力信号に基づき、起動時の風速や風向が種々に異なる場合でも的確に起動させる手法が開示されている。しかしながら、ホール素子等を利用した位置検出手段を必要とする構成であり、装置コストが嵩むという問題があった。 For example, in the “Outdoor Blower Drive Device” disclosed in Japanese Patent No. 3442203, when such a brushless motor is started, it is accurately started based on the output signal of the position detecting means even when the wind speed and direction at the time of starting are different. The technique to make it disclosed is disclosed. However, this is a configuration that requires position detecting means using a Hall element or the like, and there is a problem that the apparatus cost increases.

そこで近年は、位置検出手段を持たずセンサレスでベクトル制御を行う手法が多く使用されるようになってきている。例えば、特開２００５−１７１８４３号公報の「ファン制御装置」では、モータの巻線電流の検出値に基づいて、ロータ位置およびモータの回転数を推定する手法が開示されている。 Therefore, in recent years, a method of performing vector control without a sensor without using a position detecting means has been used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-171843 discloses a method for estimating the rotor position and the rotational speed of the motor based on the detected value of the winding current of the motor.

特許第３４４２２０３号公報Japanese Patent No. 3442203 特開２００５−１７１８４３号公報JP 2005-171843 A

しかしながら、エアコンの室外送風機駆動用モータなどでは、インバータによって起動させる前に、自然風等の外力を受けてモータがフリーランしている場合があり、モータに電流が流れていない運転開始前のフリーラン状態で、速度および位置を推定する手段を用いて正確に速度および位置を得ることは不可能である。特許文献２においても、起動前に電力変換部を動作させてモータの回転数を推定し、低速範囲を複数の区間に分けて目標回転数等を設定して起動させているが、モータの巻線電流の検出値に基づきロータ位置およびモータの回転数を正確に得ることは難しく、制御が複雑になるという事情があった。 However, in motors for driving outdoor blowers of air conditioners, the motor may be free-running under external force such as natural wind before being started by the inverter. In the run state, it is impossible to obtain speed and position accurately using means for estimating speed and position. Also in Patent Document 2, the power converter is operated before starting to estimate the rotational speed of the motor, and the low speed range is divided into a plurality of sections to set the target rotational speed and the like. It is difficult to accurately obtain the rotor position and the number of rotations of the motor based on the detected value of the line current, and there is a situation that the control becomes complicated.

また、推定した位置や速度（回転数）の誤差が大きい状態で起動すると、十分なトルクが得られないだけでなく逆転するおそれもあり、またさらに、回転している状態からの起動では急加減速するおそれがあるなど、起動時の信頼性が劣化するという事情もあった。 In addition, starting with a large error in the estimated position or speed (number of rotations) may not only provide sufficient torque, but may also reverse the rotation. There was also a situation that reliability at the time of start-up deteriorated, such as a possibility of slowing down.

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、運転開始前のフリーラン状態での正確なロータの速度および位置を得て、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and is capable of obtaining a precise rotor speed and position in a free-run state before the start of operation and capable of starting the motor reliably and stably. An object of the present invention is to provide a motor driving device and a driving method.

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るブラシレスモータの駆動装置は、直流を交流に変換してブラシレスモータに供給する電力変換手段と、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、モータ電圧指令値および検出したモータ電流に基づき、ロータの速度および位置を推定する速度・位置推定手段と、ロータの速度を速度指令に一致するように速度および電流の制御を行う制御手段と、前記電力変換手段を駆動するための波形を生成する波形生成手段と、前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記ブラシレスモータの起動前に、前記誘起電圧検出手段の検出結果に基づき、ロータの速度および位置を推定する起動前速度・位置推定手段とを備え、前記速度・位置推定手段は、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度および位置を初期値として使用し、前記制御手段は、前記速度・位置推定手段で推定したロータの速度および位置に基づき、前記ブラシレスモータを実モータ回転に同期して起動させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
A brushless motor driving apparatus according to the present invention includes a power converter that converts direct current into alternating current and supplies the brushless motor, a current detector that detects a motor current of the brushless motor, a motor voltage command value, and a detected motor. Speed / position estimation means for estimating the speed and position of the rotor based on the current, control means for controlling the speed and current so that the rotor speed matches the speed command, and driving the power conversion means Waveform generating means for generating a waveform, induced voltage detecting means for detecting the induced voltage of the brushless motor, and estimation of the speed and position of the rotor based on the detection result of the induced voltage detecting means before starting the brushless motor Pre-starting speed / position estimating means, wherein the speed / position estimating means is estimated by the pre-starting speed / position estimating means. Using the rotor speed and position as an initial value, the control means starts the brushless motor in synchronization with the actual motor rotation based on the rotor speed and position estimated by the speed / position estimation means. It is characterized by.

本発明によれば、起動前速度・位置推定手段において、ブラシレスモータの起動前に、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定するので、運転開始前のフリーラン状態での正確なロータの速度および位置を得ることができる。また、運転開始前のフリーラン状態での正確な速度および位置を得て、速度・位置推定手段では、これを初期値としてロータの速度および位置を推定するので、よりシンプルな制御で、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法を実現することができる。 According to the present invention, the speed / position estimation means before starting estimates the speed and position of the rotor during free run (when no power is supplied) before starting the brushless motor. Accurate rotor speed and position can be obtained. In addition, the accurate speed and position in the free-run state before the start of operation are obtained, and the speed / position estimation means estimates the rotor speed and position using this as an initial value, so it is possible to reliably and easily perform control with simpler control. It is possible to realize a brushless motor driving apparatus and driving method capable of stably starting the motor.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度が第１速度閾値を下回るとき、前記ブラシレスモータに直流励磁電流を流してロータを停止させた後に起動させることを特徴とする。 According to the present invention, in the brushless motor driving apparatus described above, when the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation means is lower than a first speed threshold, a DC excitation current is supplied to the brushless motor. The rotor is started after being stopped.

本発明によれば、直流励磁を掛けてロータを一旦停止させた後に起動させるので、確実且つ安定してモータの起動を行うことができる。 According to the present invention, since the rotor is started after DC excitation is applied and stopped once, the motor can be started reliably and stably.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度が第２速度閾値を上回るとき、前記ブラシレスモータを起動させないことを特徴とする。 In the brushless motor driving apparatus described above, the brushless motor is not started when the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation means exceeds a second speed threshold value. To do.

本発明によれば、不要な運転のむだを省くことができ、また高速回転時の駆動に伴って駆動装置が破損するおそれも無い。 According to the present invention, unnecessary operation waste can be eliminated, and there is no possibility that the drive device is damaged due to the drive during high-speed rotation.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記速度・位置推定手段により推定された初期のロータ速度の大きさが前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータ速度の大きさよりも大きいとき、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータ速度の大きさを前記速度・位置推定手段により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する推定速度初期値補正手段を有することを特徴とする。 According to the present invention, in the brushless motor driving device described above, the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating means is the magnitude of the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimating means. The rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimating means is reset to a value larger than the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating means. It has a value correction means.

本発明によれば、ロータの回転数が変動している場合でも、確実且つ安定してモータの起動を行うことができる。また、起動前の誘起電圧検出の検出精度が高くなくても、ロータの回転方向（正転／逆転）や目標速度の大小に関わらず、安定したモータの起動制御を行うことができる。 According to the present invention, even when the rotational speed of the rotor varies, the motor can be started reliably and stably. Further, even if the detection accuracy of detection of the induced voltage before startup is not high, stable motor startup control can be performed regardless of the rotational direction of the rotor (forward / reverse rotation) and the target speed.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記電力変換手段におけるスイッチング素子の制御電源を充電するブートストラップ回路を有し、前記起動前速度・位置推定手段によるロータの速度および位置の推定前に、前記ブートストラップ回路の充電動作を完了させておくことを特徴とする。 Further, the present invention provides the brushless motor driving apparatus described above, further comprising a bootstrap circuit for charging a control power source of the switching element in the power conversion means, and the speed and position of the rotor by the pre-startup speed / position estimation means. The charging operation of the bootstrap circuit is completed before the estimation.

本発明によれば、ロータの速度・位置推定後すぐに始動制御動作が可能となり、また、時間遅れのより少ない速度推定および位置推定の初期値を得ることができる。 According to the present invention, the start control operation can be performed immediately after the speed / position estimation of the rotor, and initial values of speed estimation and position estimation with less time delay can be obtained.

本発明に係るブラシレスモータの駆動方法は、直流を交流に変換してブラシレスモータに供給する電力変換手段と、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、前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とを備えたブラシレスモータの駆動装置の駆動方法であって、前記ブラシレスモータの起動前に、前記誘起電圧検出手段の検出結果に基づき、ロータの速度および位置を推定する起動前速度・位置推定ステップと、前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度および位置を初期値とし、モータ電圧指令値および前記電流検出手段で検出したモータ電流に基づき、ロータの速度および位置を推定する速度・位置推定ステップと、前記速度・位置推定ステップで推定したロータの速度および位置に基づき、ロータの速度が速度指令に一致するように速度および電流の制御を行い、前記電力変換手段を駆動するための波形を生成して、前記ブラシレスモータを実モータ回転に同期して起動させる制御ステップとを有することを特徴とする。 The brushless motor driving method according to the present invention includes a power converter that converts direct current into alternating current and supplies the brushless motor, a current detector that detects a motor current of the brushless motor, and an induced voltage of the brushless motor. A drive method of a brushless motor drive device comprising an induced voltage detection means for performing pre-startup for estimating a rotor speed and position based on a detection result of the induced voltage detection means before starting the brushless motor. The rotor speed and position estimated in the speed / position estimation step and the pre-startup speed / position estimation step are set as initial values, and based on the motor voltage command value and the motor current detected by the current detection means, the rotor speed and A speed / position estimation step for estimating the position, and a rotor speed estimated in the speed / position estimation step. Based on the position and position, the speed and current are controlled so that the rotor speed matches the speed command, a waveform for driving the power conversion means is generated, and the brushless motor is synchronized with the actual motor rotation. And a control step to be activated.

本発明によれば、起動前速度・位置推定ステップにおいて、ブラシレスモータの起動前に、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定するので、運転開始前のフリーラン状態での正確なロータの速度および位置を得ることができる。また、運転開始前のフリーラン状態での正確な速度および位置を得て、速度・位置推定ステップでは、これを初期値としてロータの速度および位置を推定するので、よりシンプルな制御で、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法を実現することができる。 According to the present invention, in the speed / position estimation step before starting, the speed and position of the rotor at the time of free run (when no power is supplied) are estimated before starting the brushless motor. Accurate rotor speed and position can be obtained. In addition, the accurate speed and position in the free-run state before the start of operation are obtained, and in the speed / position estimation step, the rotor speed and position are estimated using this as an initial value. It is possible to realize a brushless motor driving apparatus and driving method capable of stably starting the motor.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動方法において、前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度が第１速度閾値を下回るとき、前記ブラシレスモータに直流励磁電流を流してロータを停止させた後に起動させることを特徴とする。 According to the present invention, in the brushless motor driving method described above, when the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step is lower than a first speed threshold value, a DC excitation current is supplied to the brushless motor. The rotor is started after being stopped.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動方法において、前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度が第２速度閾値を上回るとき、前記ブラシレスモータを起動させないことを特徴とする。 In the brushless motor driving method described above, the brushless motor is not started when the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step exceeds a second speed threshold. To do.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動方法において、前記速度・位置推定ステップで推定された初期のロータ速度の大きさが前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータ速度の大きさよりも大きいとき、前記起動前速度・位置推定手段で推定されたロータ速度の大きさを前記速度・位置推定手段で推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する推定速度初期値補正ステップを有することを特徴とする。 According to the present invention, in the brushless motor driving method described above, the magnitude of the initial rotor speed estimated in the speed / position estimation step is the magnitude of the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step. The rotor speed estimated by the pre-starting speed / position estimating means is reset to a value larger than the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating means. It has a value correction step.

また、本発明は、上記記載のブラシレスモータの駆動方法において、前記起動前速度・位置推定ステップによるロータの速度および位置の推定前に、前記ブートストラップ動作を完了させておくことを特徴とする。 In the brushless motor driving method described above, the bootstrap operation is completed before the rotor speed and position are estimated in the pre-startup speed / position estimation step.

本発明によれば、ブラシレスモータの起動前に、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定して正確な速度および位置を得ることができ、これを初期値としてロータの速度および位置を推定するので、よりシンプルな制御で、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, before starting the brushless motor, it is possible to estimate the speed and position of the rotor at the time of free running (when no power is supplied) to obtain an accurate speed and position. Further, since the position is estimated, it is possible to realize a brushless motor driving apparatus and driving method that can start the motor reliably and stably with simpler control.

本発明の第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置の構成図である。It is a block diagram of the drive device of the brushless motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 速度・位置推定部の構成図である。It is a block diagram of a speed and position estimation part. 本発明の第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置の構成図である。It is a block diagram of the drive device of the brushless motor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 初期推定速度と初期実速度との差に対する位置誤差の関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship of the position error with respect to the difference of an initial estimated speed and an initial actual speed. 各種電圧・電流波形を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates various voltage and electric current waveforms.

以下、本発明のブラシレスモータの駆動装置および駆動方法の実施形態について、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の順に図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a brushless motor driving apparatus and driving method according to the present invention will be described in detail in the order of a first embodiment, a second embodiment, and a third embodiment with reference to the drawings.

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置の構成図である。同図において、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置は、主として駆動対象のブラシレスモータ１に対して、インバータ主回路およびモータ制御部を備えて構成されている。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a brushless motor driving apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the brushless motor drive device of the present embodiment is configured mainly with an inverter main circuit and a motor control unit for the brushless motor 1 to be driven.

インバータ主回路には、単相交流電源、リアクトル、ＡＣ−ＤＣコンバータ、平滑コンデンサおよびインバータ３（電力変換手段）を備え、インバータ３には、ＡＣ−ＤＣコンバータにより変換された直流電圧が供給される。 The inverter main circuit includes a single-phase AC power source, a reactor, an AC-DC converter, a smoothing capacitor, and an inverter 3 (power conversion means). The inverter 3 is supplied with a DC voltage converted by the AC-DC converter. .

インバータ３は、還流用のダイオードが逆並列接続された６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続して構成され、正側のスイッチング素子と負側のスイッチング素子との相互接続点が、３相交流電圧の出力端としてブラシレスモータ１の相巻線に接続された構成である。インバータ３は、モータ制御部の制御に基づく各スイッチング素子のオン／オフ制御により、直流を交流に変換してブラシレスモータ１に供給する。 The inverter 3 is configured by connecting six switching elements, in which reflux diodes are connected in reverse parallel, with a three-phase bridge connection, and the interconnection point between the positive side switching element and the negative side switching element is a three-phase alternating current. The voltage output terminal is connected to the phase winding of the brushless motor 1. The inverter 3 converts direct current into alternating current and supplies it to the brushless motor 1 by on / off control of each switching element based on the control of the motor control unit.

次に、モータ制御部は、速度ＰＩ制御部１１、電流テーブル１２、電流ＰＩ制御部１３、２相／３相変換部１４，１５、速度・位置推定部１６、起動前速度・位置推定部３１、減算器１７，１８、ＰＷＭデューティ計算部２８、電圧検出回路２１、電流検出回路２２、誘起電圧検出回路２３およびＡ／Ｄ変換部２４，２５，２６を備えている。 Next, the motor control unit includes a speed PI control unit 11, a current table 12, a current PI control unit 13, two-phase / three-phase conversion units 14 and 15, a speed / position estimation unit 16, and a pre-startup speed / position estimation unit 31. , Subtractors 17 and 18, PWM duty calculator 28, voltage detector 21, current detector 22, induced voltage detector 23, and A / D converters 24, 25 and 26.

まず、各種検出手段について説明する。電圧検出回路２１は、インバータ３に供給される直流電圧を検出し、該検出信号はＡ／Ｄ変換部２４を介してディジタルデータに変換された後、ＰＷＭデューティ計算部２８に供される。ここで電圧検出回路２１は、例えば、インバータ３入力の正側と負側間に直列接続される２つの抵抗間の電位を検出する構成として具現される。 First, various detection means will be described. The voltage detection circuit 21 detects a DC voltage supplied to the inverter 3, and the detection signal is converted into digital data via the A / D conversion unit 24 and then supplied to the PWM duty calculation unit 28. Here, the voltage detection circuit 21 is embodied, for example, as a configuration for detecting a potential between two resistors connected in series between the positive side and the negative side of the input of the inverter 3.

また、電流検出回路２２は、ブラシレスモータ１のモータ電流を検出し、該検出信号はＡ／Ｄ変換部２５を介してディジタルデータに変換された後、２相／３相変換部１５に供される。ここで電流検出回路２２は、例えば、インバータ３の３相分の負側アームとインバータ３入力の負側との間にそれぞれ抵抗を接続し、該抵抗の電圧降下に基づきブラシレスモータ１の電機子電流を検出する構成として具現される。 The current detection circuit 22 detects the motor current of the brushless motor 1, and the detection signal is converted into digital data via the A / D conversion unit 25 and then supplied to the two-phase / three-phase conversion unit 15. The Here, the current detection circuit 22 connects, for example, resistors between the negative side arm for the three phases of the inverter 3 and the negative side of the input of the inverter 3, and the armature of the brushless motor 1 is based on the voltage drop of the resistor. It is embodied as a configuration for detecting current.

また、誘起電圧検出回路２３は、ブラシレスモータ１の速度起電力による誘起電圧を検出し、該検出信号はＡ／Ｄ変換部２６を介してディジタルデータに変換された後、起動前速度・位置推定部３１に供される。ここで誘起電圧検出回路２３は、例えば相電圧を検出する場合、各相の相電圧をそれぞれ増幅する３個の増幅器の構成として具現される。 The induced voltage detection circuit 23 detects an induced voltage due to the speed electromotive force of the brushless motor 1, and after the detection signal is converted into digital data via the A / D converter 26, the pre-startup speed / position estimation is performed. Part 31 is provided. Here, the induced voltage detection circuit 23 is embodied as a configuration of three amplifiers that amplify the phase voltage of each phase, for example, when detecting the phase voltage.

次に、２相／３相変換部１５は、Ａ／Ｄ変換部２５を介して供されるモータ電流の検出信号（即ち、ｕ相電流ｉｕ．ｖ相電流ｉｖおよびｗ相電流ｉｗ、若しくはこれらの内の２つ）に対し、速度・位置推定部１６によって推定された（１つ次のクロックサイクルでの）ロータの推定位置θｅｓを用いて、３相から２相への変換が行われ、ｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄが算出される。これらｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄは、減算器１８および速度・位置推定部１６に供給される。 Next, the two-phase / three-phase conversion unit 15 detects a motor current detection signal (that is, the u-phase current iu.v-phase current iv and the w-phase current iw, or these) supplied via the A / D conversion unit 25. 2), the three-phase to two-phase conversion is performed using the estimated position θes of the rotor (in the next clock cycle) estimated by the speed / position estimation unit 16; A q-axis current iq and a d-axis current id are calculated. The q-axis current iq and the d-axis current id are supplied to the subtracter 18 and the speed / position estimation unit 16.

また、起動前速度・位置推定部３１は、Ａ／Ｄ変換部２６を介して供されるブラシレスモータ１の速度起電力による誘起電圧の検出信号（即ち、ｕ相電圧Ｅｕ．ｖ相電圧Ｅｖおよびｗ相電圧Ｅｗ）に基づき、ブラシレスモータ１起動前のフリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定する。 In addition, the pre-startup speed / position estimation unit 31 detects an induced voltage detected by the speed electromotive force of the brushless motor 1 provided via the A / D conversion unit 26 (that is, the u-phase voltage Eu.v-phase voltage Ev and Based on the w-phase voltage Ew), the speed and position of the rotor at the time of free run (when no power is supplied) before starting the brushless motor 1 are estimated.

ここで、増幅器のゲインをｇ、モータの回転角速度をωｍ、誘起電圧定数（回転角速度と速度起電力の大きさの関係を示すパラメータ）をＫｅとするとき、各相電圧は次式で表される。
（数１）
ｕ相電圧Ｅｕ＝−ｇ・Ｋｅ．ωｍ・sin（θｄ）、
ｖ相電圧Ｅｖ＝−ｇ・Ｋｅ．ωｍ・sin（θｄ−２π／３）、
ｗ相電圧Ｅｗ＝−ｇ・Ｋｅ．ωｍ・sin（θｄ−４π／３） …（１） Here, when the gain of the amplifier is g, the rotational angular velocity of the motor is ωm, and the induced voltage constant (parameter indicating the relationship between the rotational angular velocity and the speed electromotive force) is Ke, each phase voltage is expressed by the following equation. The
(Equation 1)
u-phase voltage Eu = −g · Ke. ωm · sin (θd),
v-phase voltage Ev = −g · Ke. ωm · sin (θd-2π / 3),
w-phase voltage Ew = −g · Ke. ωm · sin (θd-4π / 3) (1)

この時の誘起電圧位相θｅは次式で与えられる。
（数２）
θｅ＝tan^−１（β／α）−π／２
ここで、α＝２／３（Ｅｕ−Ｅｖ／２−Ｅｗ／２）
β＝（Ｅｖ−Ｅｗ）／３^１／２ …（２） The induced voltage phase θe at this time is given by the following equation.
(Equation 2)
θe = tan ⁻¹ (β / α) −π / 2
Here, α = 2/3 (Eu−Ev / 2−Ew / 2)
β = (Ev−Ew) / 3 ^1/2 (2)

したがって、式（２）を用いて演算により誘起電圧位相θｅを求め、これをフリーラン時（無給電時）におけるロータ推定位置θｅｓ（初期値）とし、さらにロータ推定位置θｅｓを微分してロータ推定速度ωｅｓ（初期値）を求めればよい。なお、誘起電圧を検出してロータの速度および位置を推定する手法は種々有り、例えば誘起電圧のゼロクロスタイミングを検出してロータ推定位置θｅｓを求める手法や、予め記憶されている誘起電圧とのパターン比較によってロータ推定位置θｅｓを求める手法などもある。 Therefore, the induced voltage phase θe is obtained by calculation using the equation (2), and this is used as the rotor estimated position θes (initial value) at the time of free-running (when no power is supplied). What is necessary is just to obtain | require speed (omega) es (initial value). There are various methods for detecting the induced voltage and estimating the rotor speed and position. For example, a method for obtaining the rotor estimated position θes by detecting the zero-cross timing of the induced voltage, or a pattern of pre-stored induced voltages. There is also a method for obtaining the estimated rotor position θes by comparison.

次に、速度・位置推定部１６では、電流ＰＩ制御部１３から供されるｑ軸電圧Ｖｑおよびｄ軸電圧Ｖｄ、２相／３相変換部１５から供されるｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄ、並びに、起動前速度・位置推定部３１から供されるフリーラン時（無給電時）におけるロータ推定位置θｅｓおよびロータ推定速度ωｅｓ（初期値）に基づき、ロータの速度および位置を推定する。 Next, in the speed / position estimation unit 16, the q-axis voltage Vq and the d-axis voltage Vd provided from the current PI control unit 13, and the q-axis current iq and the d-axis current provided from the 2-phase / 3-phase conversion unit 15. The rotor speed and position are estimated based on id and the estimated rotor position θes and estimated rotor speed ωes (initial value) at the time of free run (when no power is supplied) provided by the pre-startup speed / position estimation unit 31.

図２に、速度・位置推定部１６の構成図を示す。同図において、速度・位置推定部１６は、調整モデル４１、速度推定部４２および積分器４３を備えている。 FIG. 2 shows a configuration diagram of the speed / position estimation unit 16. In the figure, the speed / position estimation unit 16 includes an adjustment model 41, a speed estimation unit 42, and an integrator 43.

調整モデル４１では、ｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄ、並びに１つ前のクロックサイクルでのロータ推定速度ωｅｓに基づき、ブラシレスモータ１のデータモデルを用いて、モデルｑ軸電流ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流ｉｄ＾を算出する。例えば、典型的なデータモデルを例示すれば、次式の通りである。ここで、Ｒは巻線抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｋｅは誘起電圧定数、ｐは微分演算子（ｐ＝ｄ／ｄｔ）である。
（数３）
Ｖｄ＝（Ｒ＋ｐ・Ｌｄ）ｉｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ、
Ｖｑ＝ω・Ｌｄ・ｉｄ＋（Ｒ＋ｐ・Ｌｑ）ｉｑ＋ω・Ｋｅ …（３）
具体的には、この微分方程式をルンゲ・クッタ等の数値計算法を用いて解くことにより、モデルｑ軸電流ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流ｉｄ＾が算出される。 The adjustment model 41 uses the data model of the brushless motor 1 based on the q-axis current iq and the d-axis current id and the estimated rotor speed ωes in the previous clock cycle, and uses the model q-axis current iq ^ and the model d. The shaft current id ^ is calculated. For example, a typical data model is illustrated as follows: Here, R is a winding resistance, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance, Ke is an induced voltage constant, and p is a differential operator (p = d / dt).
(Equation 3)
Vd = (R + p · Ld) id−ω · Lq · iq,
Vq = ω · Ld · id + (R + p · Lq) iq + ω · Ke (3)
Specifically, the model q-axis current iq ^ and the model d-axis current id ^ are calculated by solving this differential equation using a numerical calculation method such as Runge-Kutta.

また、速度推定部４２では、ポポフの超安定理論に従って、次式に示す評価関数Ｅｒｒを算出し、この評価関数Ｅｒｒに対するＰＩ制御により、ロータ推定速度ωｅｓを求める。
（数４）
Ｅｒｒ＝ｉｄ・ｉｑ＾−ｉｑ・ｉｄ＾−Ｋｅ／Ｌ（ｉｑ−ｉｑ＾） …（４）
（数５）
ωｅｓ＝Ｋｐ・Ｅｒｒ＋∫Ｋｉ・Ｅｒｒ …（５）
ここで、Ｌはインダクタンス、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数である。 Further, the speed estimation unit 42 calculates an evaluation function Err shown in the following equation according to Popov's super stability theory, and obtains the estimated rotor speed ωes by PI control on the evaluation function Err.
(Equation 4)
Err = id · iq ^ -iq · id ^ -Ke / L (iq-iq ^) (4)
(Equation 5)
ωes = Kp · Err + ∫Ki · Err (5)
Here, L is an inductance, Kp is a proportional constant, and Ki is an integral constant.

さらに、速度推定部４２で求めたロータ推定速度ωｅｓを積分器４３で積分して、ロータ推定位置θｅｓを得る。なお、２相／３相変換部１５に対して供給される１つ次のクロックサイクルでのロータの推定位置θｅｓは、ここで得られたロータ推定位置θｅｓにロータ推定速度ωｅｓ応じた補正を加えて生成する。 Further, the estimated rotor speed ωes obtained by the speed estimator 42 is integrated by the integrator 43 to obtain the estimated rotor position θes. Note that the estimated position θes of the rotor in the first clock cycle supplied to the two-phase / three-phase converter 15 is obtained by adding a correction corresponding to the estimated rotor speed ωes to the estimated rotor position θes obtained here. To generate.

次に、速度ＰＩ制御部１１では、減算器１７から供される回転数指令（速度指令ω＊）とロータ推定速度ωｅｓとの偏差に応じて、速度ＰＩ制御が行われる。モータのインダクタンスに異方性がない場合、一般的には、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊は０である。しかし、速度指令ω＊が高いために弱めの界磁制御を行う必要がある場合には、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊は負に設定される。また、モータのインダクタンスに異方性を有する場合もｄ軸電流指令値ｉｄ＊は０とならない。最小電流でブラシレスモータ１を制御するためには、まず速度指令ω＊とロータ推定速度ωｅｓとの偏差に応じたトルクを算出または選定する。 Next, the speed PI control unit 11 performs speed PI control according to the deviation between the rotation speed command (speed command ω *) provided from the subtractor 17 and the estimated rotor speed ωes. When there is no anisotropy in the motor inductance, the d-axis current command value id * is generally 0. However, the d-axis current command value id * is set to a negative value when weak field control is required because the speed command ω * is high. Also, the d-axis current command value id * does not become 0 even when the motor inductance has anisotropy. In order to control the brushless motor 1 with the minimum current, first, a torque corresponding to the deviation between the speed command ω * and the estimated rotor speed ωes is calculated or selected.

次に、電流テーブル１２では、速度ＰＩ制御部１１で求められたトルクを出すために必要となるｑ軸電流指令値ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値ｉｄ＊の組み合わせを、当該テーブルを参照して選択する。 Next, in the current table 12, the combination of the q-axis current command value iq * and the d-axis current command value id * that are necessary for outputting the torque obtained by the speed PI control unit 11 is referred to the table. select.

次に、電流ＰＩ制御部１３では、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑとの偏差、並びにｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｄ軸電流ｉｄとの偏差が算出され、これらの偏差が０に近づくようにｑ軸電圧Ｖｑおよびｑ軸電圧Ｖｄが決定される。なお、ｑ軸電圧Ｖｑおよびｑ軸電圧Ｖｄの決定には、ロータ推定速度ωｅｓが使用される。 Next, the current PI control unit 13 calculates a deviation between the q-axis current command value iq * and the q-axis current iq, and a deviation between the d-axis current command value id * and the d-axis current id, and these deviations are calculated. The q-axis voltage Vq and the q-axis voltage Vd are determined so as to approach 0. Note that the estimated rotor speed ωes is used to determine the q-axis voltage Vq and the q-axis voltage Vd.

次に、２相／３相変換部１４では、決定されたｑ軸電圧Ｖｑおよびｑ軸電圧Ｖｄに対して２相から３相への変換が行われ、ブラシレスモータ１に供給されるべき３相駆動電圧（即ち、ｕ相電圧Ｖｕ．ｖ相電圧Ｖｖおよびｗ相電圧Ｖｗ）が算出される。この２相／３相変換では、速度・位置推定部１６によって推定された１つ次のクロックサイクルでのロータの推定位置θｅｓが用いられる。 Next, in the two-phase / three-phase converter 14, the determined q-axis voltage Vq and q-axis voltage Vd are converted from two phases to three phases, and the three phases to be supplied to the brushless motor 1. Drive voltages (that is, u-phase voltage Vu.v-phase voltage Vv and w-phase voltage Vw) are calculated. In the two-phase / three-phase conversion, the estimated position θes of the rotor in the first clock cycle estimated by the speed / position estimation unit 16 is used.

次に、ＰＷＭデューティ計算部２８では、算出された３相駆動電圧（ｕ相電圧Ｖｕ．ｖ相電圧Ｖｖおよびｗ相電圧Ｖｗ）がブラシレスモータ１に供給されるようにインバータ３を制御するＰＷＭ信号が生成される。このＰＷＭ信号の生成には、電圧検出回路２１により検出された検出電圧が参照される。インバータ３の各スイッチング素子はこのＰＷＭ信号に応じてオン／オフ制御されることとなる。 Next, the PWM duty calculator 28 controls the inverter 3 so that the calculated three-phase drive voltage (the u-phase voltage Vu.v-phase voltage Vv and the w-phase voltage Vw) is supplied to the brushless motor 1. Is generated. For the generation of the PWM signal, the detection voltage detected by the voltage detection circuit 21 is referred to. Each switching element of the inverter 3 is on / off controlled in accordance with the PWM signal.

次に、以上の各構成要素を備えたブラシレスモータの駆動装置の駆動方法について説明する。上述した構成要素の内、速度ＰＩ制御部１１、電流テーブル１２、電流ＰＩ制御部１３、２相／３相変換部１４，１５、速度・位置推定部１６、起動前速度・位置推定部３１、減算器１７，１８およびＰＷＭデューティ計算部２８は、ＤＳＰまたはＭＰＵ等のプロセッサにより実現される。したがって、ここに列挙した各構成要素は、ＤＳＰまたはＭＰＵ等のプロセッサ上の機能的な構成要素であり、プログラムによって実現される。 Next, a driving method of a brushless motor driving device including the above-described components will be described. Among the components described above, the speed PI control unit 11, the current table 12, the current PI control unit 13, the two-phase / three-phase conversion units 14 and 15, the speed / position estimation unit 16, the pre-startup speed / position estimation unit 31, The subtractors 17 and 18 and the PWM duty calculator 28 are realized by a processor such as a DSP or an MPU. Therefore, each component listed here is a functional component on a processor such as DSP or MPU, and is realized by a program.

該プログラムの処理ステップとして実行順に記述すると、以下のようになる。
（１）起動前速度・位置推定ステップ（起動前速度・位置推定部３１）：ブラシレスモータ１の起動前に、誘起電圧検出回路２３の検出結果に基づき、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定する。 The processing steps of the program are described in the order of execution as follows.
(1) Pre-starting speed / position estimation step (pre-starting speed / position estimation unit 31): Before starting the brushless motor 1, based on the detection result of the induced voltage detection circuit 23, the rotor at the time of free run (when no power is supplied) Estimate the speed and position of

（２）速度・位置推定ステップ（速度・位置推定部１６）：起動前速度・位置推定ステップ（起動前速度・位置推定部３１）で推定されたフリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を初期値とし、制御ステップ（電流ＰＩ制御部１３）によるｑ軸電圧Ｖｑおよびｑ軸電圧Ｖｄ、並びに、電流検出回路２２で検出し２相／３相変換部１５で変換されたｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄに基づき、ロータの速度および位置を推定する。 (2) Speed / position estimation step (speed / position estimation unit 16): speed of the rotor during free-run (no power supply) estimated in the pre-startup speed / position estimation step (pre-startup speed / position estimation unit 31) Q-axis voltage Vq and q-axis voltage Vd by the control step (current PI control unit 13), and the q-axis detected by the current detection circuit 22 and converted by the two-phase / three-phase conversion unit 15 The speed and position of the rotor are estimated based on the current iq and the d-axis current id.

（３）制御ステップ：速度ＰＩ制御部１１、電流テーブル１２、電流ＰＩ制御部１３およびＰＷＭデューティ計算部２８において、速度・位置推定ステップで推定したロータの速度および位置に基づき、ロータの速度が速度指令に一致するように速度および電流の制御を行い、インバータ３（電力変換手段）を駆動するための波形を生成して、ブラシレスモータ１を実モータ回転に同期して起動させる。 (3) Control step: In the speed PI control unit 11, the current table 12, the current PI control unit 13 and the PWM duty calculation unit 28, the rotor speed is determined based on the rotor speed and position estimated in the speed / position estimation step. The speed and current are controlled so as to coincide with the command, a waveform for driving the inverter 3 (power conversion means) is generated, and the brushless motor 1 is started in synchronization with the actual motor rotation.

以上説明したように、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置および駆動方法では、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）において、ブラシレスモータ１の起動前に、誘起電圧検出回路２３の検出結果に基づき、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定し、速度・位置推定部１６（速度・位置推定ステップ）において、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を初期値として、ｑ軸電圧Ｖｑおよびｑ軸電圧Ｖｄ、並びに、電流検出回路２２で検出し２相／３相変換部１５で変換されたｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄに基づき、ロータの速度および位置を推定する。 As described above, in the brushless motor driving apparatus and driving method according to the present embodiment, the pre-starting speed / position estimation unit 31 (pre-starting speed / position estimation step) detects the induced voltage before starting the brushless motor 1. Based on the detection result of the circuit 23, the speed and position of the rotor at the time of free run (no power supply) are estimated, and the speed / position estimation unit 16 (speed / position estimation step) at the time of free run (no power supply). With the rotor speed and position as initial values, the q-axis voltage Vq and the q-axis voltage Vd, and the q-axis current iq and the d-axis current id detected by the current detection circuit 22 and converted by the two-phase / three-phase converter 15 To estimate the rotor speed and position.

このように、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）において、ブラシレスモータ１の起動前に、誘起電圧検出回路２３の検出結果に基づき、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定するので、運転開始前のフリーラン状態での正確なロータの速度および位置を得ることができる。誘起電圧検出回路２３およびＡ／Ｄ変換部２６の追加のみの構成であり、よりシンプルで低コストな構成で実現できる。 As described above, in the pre-starting speed / position estimation unit 31 (pre-starting speed / position estimation step), before starting the brushless motor 1, based on the detection result of the induced voltage detection circuit 23, when free-running (when no power is supplied) Therefore, the accurate rotor speed and position in the free-run state before the start of operation can be obtained. This is a configuration in which only the induced voltage detection circuit 23 and the A / D conversion unit 26 are added, and can be realized with a simpler and lower cost configuration.

また、運転開始前のフリーラン状態での正確な速度および位置を得て、速度・位置推定部１６（速度・位置推定ステップ）では、これを初期値としてロータの速度および位置を推定するので、よりシンプルな制御で、確実且つ安定してモータの起動を行い得るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法を実現することができる。つまり、エアコンの室外送風機駆動用モータなどで自然風等の外力を受けてモータ（室外送風機）が正転または逆転でフリーランしている場合であっても的確な起動が可能となる。 In addition, the speed / position estimation unit 16 (speed / position estimation step) obtains the accurate speed and position in the free-run state before the start of operation, and estimates the rotor speed and position using this as an initial value. It is possible to realize a brushless motor driving apparatus and driving method capable of starting the motor reliably and stably with simpler control. That is, even when the motor (outdoor blower) is free-running forward or reverse by receiving an external force such as natural wind from an outdoor blower drive motor of an air conditioner or the like, accurate start-up is possible.

なお、フリーラン時（無給電時）におけるロータの回転が極低速であるときには、ブラシレスモータ１で発生する誘起電圧は微弱な値となる。誘起電圧検出回路２３において増幅器のゲインの調整により分解能を挙げることも可能であるが、限界がある。 Note that when the rotor rotates at a very low speed during free run (when no power is supplied), the induced voltage generated in the brushless motor 1 becomes a weak value. Although it is possible to increase the resolution by adjusting the gain of the amplifier in the induced voltage detection circuit 23, there is a limit.

そこで、本実施形態においては、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）において推定されたロータの速度が第１速度閾値を下回るときには、ブラシレスモータ１に直流励磁電流を所定時間流してロータを一旦停止させた後に起動させることとしている。ここで、第１速度閾値および直流励磁電流を流す所定時間は、ブラシレスモータ１の規格、誘起電圧検出回路２３の構成等を考慮して予め設定される。なお、ロータの回転が極低速であるか否かの判断を推定されたロータの速度によらず、誘起電圧検出回路２３による誘起電圧値に基づき行うようにしても良い。 Therefore, in the present embodiment, when the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation unit 31 (pre-startup speed / position estimation step) falls below the first speed threshold, a direct current excitation current is applied to the brushless motor 1 in a predetermined manner. It is supposed that the rotor is started after flowing for a time and then started. Here, the first speed threshold and the predetermined time during which the direct current excitation current flows are set in advance in consideration of the standard of the brushless motor 1, the configuration of the induced voltage detection circuit 23, and the like. The determination as to whether or not the rotation of the rotor is extremely low may be performed based on the induced voltage value by the induced voltage detection circuit 23 regardless of the estimated rotor speed.

このように、ロータの回転が極低速であるときには、直流励磁を所定時間掛けてロータを一旦停止させた後に起動させるので、誘起電圧が検出困難となるような回転速度は十分に小さいことから、インバータ３のスイッチング素子に負担を掛けることなく対応が可能となり、確実且つ安定してモータの起動を行うことができる。 Thus, when the rotation of the rotor is extremely low, since the rotor is started after DC excitation is applied for a predetermined time, the rotation speed at which the induced voltage is difficult to detect is sufficiently small. A response can be made without imposing a burden on the switching element of the inverter 3, and the motor can be started reliably and stably.

また他方では、フリーラン時（無給電時）におけるロータの回転が極高速であるときも想定し得る。例えば、エアコンの室外送風機駆動用モータなどで台風や突風等の外力を受けてモータ（室外送風機）が高速回転している場合などである。このような場合には、モータを駆動して室外送風機を運転させること自体が不要であり、本実施形態においては、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）において推定されたロータの速度が第２速度閾値を上回るときには、ブラシレスモータ１を起動させないこととしている。これにより、不要な運転のむだを省き、また高速回転時の駆動に伴って駆動装置が破損するおそれも無い。 On the other hand, it can be assumed that the rotation of the rotor at the time of free-running (without power supply) is extremely high. For example, when the motor (outdoor blower) is rotating at a high speed by receiving an external force such as a typhoon or a gust from the outdoor fan drive motor of an air conditioner. In such a case, it is not necessary to drive the motor to drive the outdoor blower itself. In this embodiment, it is estimated by the pre-startup speed / position estimation unit 31 (pre-startup speed / position estimation step). When the speed of the rotor exceeds the second speed threshold, the brushless motor 1 is not started. As a result, unnecessary driving waste is eliminated, and there is no possibility that the drive device is damaged due to the drive during high-speed rotation.

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法について説明する。図３は本発明の第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置の構成図である。同図において、図２（第１実施形態）と重複する部分には同一の符号を附して詳しい説明は省略する。 [Second Embodiment]
Next, a brushless motor driving apparatus and driving method according to a second embodiment will be described. FIG. 3 is a block diagram of a brushless motor driving apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the same figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 2 (first embodiment), and detailed description will be omitted.

図３において、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置は、第１実施形態の構成に対して、推定速度初期値補正部３２を追加した構成である。この推定速度初期値補正部３２では、速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度の大きさ（絶対値）が、起動前速度・位置推定部３１により推定されたロータ速度の大きさ（絶対値）よりも大きいとき、起動前速度・位置推定部３１により推定したロータ速度の大きさ（絶対値）を速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する。 In FIG. 3, the brushless motor driving apparatus of the present embodiment has a configuration in which an estimated speed initial value correction unit 32 is added to the configuration of the first embodiment. In the estimated speed initial value correcting unit 32, the magnitude (absolute value) of the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating unit 16 is the magnitude of the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimating unit 31. When larger than (absolute value), the rotor speed magnitude (absolute value) estimated by the pre-startup speed / position estimation section 31 is larger than the initial rotor speed magnitude estimated by the speed / position estimation section 16. Reset to.

また、推定速度初期値補正部３２もＤＳＰまたはＭＰＵ等のプロセッサにより実現され、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置の駆動方法は以下の通りとなる。
（１）起動前速度・位置推定ステップ（起動前速度・位置推定部３１）：ブラシレスモータ１の起動前に、誘起電圧検出回路２３の検出結果に基づき、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定する。 The estimated speed initial value correction unit 32 is also realized by a processor such as a DSP or MPU, and the driving method of the brushless motor driving apparatus of the present embodiment is as follows.
(1) Pre-starting speed / position estimation step (pre-starting speed / position estimation unit 31): Before starting the brushless motor 1, based on the detection result of the induced voltage detection circuit 23, the rotor at the time of free run (when no power is supplied) Estimate the speed and position of

（３）推定速度初期値補正ステップ（推定速度初期値補正部３２）：速度・位置推定ステップ（速度・位置推定部１６）で推定された初期（計算開始の所定クロックサイクル時点で）のロータ速度の大きさ（絶対値）が、起動前速度・位置推定ステップ（起動前速度・位置推定部３１）により推定されたロータ速度の大きさ（絶対値）よりも大きいとき、起動前速度・位置推定部３１により推定したロータ速度の大きさ（絶対値）を速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する。 (3) Estimated speed initial value correction step (estimated speed initial value correction unit 32): initial rotor speed (at a predetermined clock cycle at the start of calculation) estimated in the speed / position estimation step (speed / position estimation unit 16) Is greater than the magnitude (absolute value) of the rotor speed estimated by the pre-starting speed / position estimation step (pre-starting speed / position estimation unit 31). The magnitude (absolute value) of the rotor speed estimated by the unit 31 is reset to a value larger than the magnitude of the initial rotor speed estimated by the speed / position estimation unit 16.

（４）制御ステップ：速度ＰＩ制御部１１、電流テーブル１２、電流ＰＩ制御部１３およびＰＷＭデューティ計算部２８において、速度・位置推定ステップで推定したロータの速度および位置に基づき、ロータの速度が速度指令に一致するように速度および電流の制御を行い、インバータ３（電力変換手段）を駆動するための波形を生成して、ブラシレスモータ１を実モータ回転に同期して起動させる。 (4) Control step: In the speed PI control unit 11, the current table 12, the current PI control unit 13 and the PWM duty calculation unit 28, the rotor speed is determined based on the rotor speed and position estimated in the speed / position estimation step. The speed and current are controlled so as to coincide with the command, a waveform for driving the inverter 3 (power conversion means) is generated, and the brushless motor 1 is started in synchronization with the actual motor rotation.

誘起電圧検出回路２３が検出したブラシレスモータ１の速度起電力による誘起電圧に基づくロータの初期位置の推定では、フリーラン中の回転速度が高くなるに従い、回転位相の分解能が低下して、検出精度が低下してしまうおそれがある。また、エアコンの室外機駆動用モータなどで、外風が大きく変化してフリーラン中の室外機の回転数が大きく変動することも考えられ、このような場合には、実際の状況と合致した正確な初期速度および初期位置の推定が困難となる。 In the estimation of the initial position of the rotor based on the induced voltage due to the speed electromotive force of the brushless motor 1 detected by the induced voltage detection circuit 23, the resolution of the rotational phase decreases as the rotational speed during free run increases, and the detection accuracy May decrease. In addition, it is possible that the outdoor wind changes greatly due to the motor for driving the outdoor unit of the air conditioner and the rotational speed of the outdoor unit during free run fluctuates greatly. In such a case, it matches the actual situation. It is difficult to accurately estimate the initial speed and the initial position.

そこで、本実施形態では、起動前速度・位置推定ステップ（起動前速度・位置推定部３１）による推定誤差が大きい状況でも、安定した起動が可能となるように、推定速度初期値補正ステップ（推定速度初期値補正部３２）により、所定条件下では、起動前速度・位置推定部３１により推定したロータ速度の大きさ（絶対値）を速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値（実速度よりも大きいと考えられる値）に再設定することとした。 Therefore, in the present embodiment, the estimated speed initial value correction step (estimation) is performed so that stable startup is possible even in a situation where the estimation error by the pre-startup speed / position estimation step (pre-startup speed / position estimation unit 31) is large. The initial speed of the rotor estimated by the speed / position estimator 16 is obtained by the speed / position estimator 16) under a predetermined condition by the speed initial value corrector 32). It was decided to reset to a value larger than the size (a value considered to be larger than the actual speed).

図４には、初期推定速度と初期実速度との差に対する位置誤差の関係について確認するために行ったシミュレーション実験結果を示す。このシミュレーション実験では、初期実速度＝−１０００［ｒｐｍ］の逆方向回転に対して初期推定速度（即ち、起動前速度・位置推定部３１による推定速度）が−６００〜＋６００［ｒｐｍ］に渡ってずれている場合に、位置誤差を−１８０〜＋１８０［ｄｅｇ］に渡ってずらしたとき、該当条件下での起動制御が安定して行われたか否かの判断結果を行い、各条件を図４上の丸印で示し、起動制御が安定して行われた領域を斜線部分で示している。 FIG. 4 shows the results of a simulation experiment performed to confirm the relationship between the position error and the difference between the initial estimated speed and the initial actual speed. In this simulation experiment, the initial estimated speed (that is, the pre-startup speed / estimated speed by the position estimating unit 31) is −600 to +600 [rpm] with respect to the reverse rotation of the initial actual speed = −1000 [rpm]. When the position error is shifted over a range of −180 to +180 [deg] when there is a shift, a determination result is made as to whether or not the start control under the corresponding condition has been performed stably. The region indicated by the upper circle and the region where the start control is stably performed is indicated by the hatched portion.

同図の実験結果から、初期実速度の大きさが初期推定速度の大きさよりも小さい場合には、初期推定位置の誤差が大きくてもフリーラン状態からの安定した起動制御が可能であるが、初期実速度の大きさが初期推定速度の大きさよりも大きい場合には、フリーラン状態からの安定した起動制御が困難である（不安定となって脱調などのおそれがある）ことが確認できた。 From the experimental results in the figure, when the initial actual speed is smaller than the initial estimated speed, stable start control from the free-run state is possible even if the initial estimated position error is large. If the initial actual speed is larger than the initial estimated speed, it can be confirmed that stable start-up control from the free-run state is difficult (there may be instability and step out). It was.

以上説明したように、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置および駆動方法では、推定速度初期値補正ステップ（推定速度初期値補正部３２）において、速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度（初期実速度）の大きさが起動前速度・位置推定部３１により推定されたロータ速度（初期推定速度）の大きさよりも大きいとき、起動前速度・位置推定部３１により推定されたロータ速度の大きさを速度・位置推定部１６により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する。 As described above, in the brushless motor driving apparatus and driving method according to the present embodiment, the initial rotor estimated by the speed / position estimating unit 16 in the estimated speed initial value correcting step (estimated speed initial value correcting unit 32). When the magnitude of the speed (initial actual speed) is larger than the magnitude of the rotor speed (initial estimated speed) estimated by the pre-startup speed / position estimation unit 31, the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation unit 31 Is reset to a value larger than the initial rotor speed estimated by the speed / position estimation unit 16.

これにより、外風が大きく変化してフリーラン中の室外機などの回転数が変動している場合でも、確実且つ安定してモータの起動を行うことができる。また、起動前の誘起電圧検出回路２３および起動前速度・位置推定部３１による検出精度が高くなくても（例えば、部品バラツキ等が大きくあったとしても）、ロータの回転方向（正転／逆転）や目標速度の大小に関わらず、安定したモータの起動制御を行うことができる。 As a result, even when the outside wind changes greatly and the rotational speed of the outdoor unit or the like during free running fluctuates, the motor can be started reliably and stably. Further, even if the detection accuracy by the induced voltage detection circuit 23 before startup and the speed / position estimation unit 31 before startup is not high (for example, even if there is a large variation in parts), the rotational direction of the rotor (forward / reverse rotation) ) And the target speed can be controlled stably regardless of the target speed.

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置および駆動方法について説明する。本実施形態は、インバータ３（電力変換手段）におけるスイッチング素子の制御電源を充電するブートストラップ回路を備えた構成とし、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）によるロータの速度および位置の推定前に、該ブートストラップ回路の充電動作を完了させておくものである。 [Third Embodiment]
Next, a brushless motor driving apparatus and driving method according to a third embodiment will be described. The present embodiment is configured to include a bootstrap circuit that charges the control power supply of the switching element in the inverter 3 (power conversion means), and the rotor speed by the pre-startup speed / position estimation unit 31 (pre-startup speed / position estimation step). Before the speed and position are estimated, the charging operation of the bootstrap circuit is completed.

図５には、ブートストラップ動作の期間Ｔｂ、制御開始条件待ちの期間Ｔｗ、起動制御の期間Ｔｃと時間推移したときの各種電圧・電流波形を例示する。ここで、（ａ）は位置推定タイミング生成信号、（ｂ）はモータ端子電圧のマイコン入力、（ｃ）はモータ端子電圧、（ｄ）はモータ電流である。図５において、（ｂ）および（ｃ）は、誘起電圧検出回路２３の出力側及び入力側に相当する。
同図において、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）によるロータの速度・位置推定のタイミングＴｅｓは、ブートストラップ動作期間Ｔｂ後で、且つ起動制御Ｔｃの開始直前に行われている。 FIG. 5 exemplifies various voltage / current waveforms when a time transition occurs between the bootstrap operation period Tb, the control start condition waiting period Tw, and the activation control period Tc. Here, (a) is a position estimation timing generation signal, (b) is a microcomputer input of a motor terminal voltage, (c) is a motor terminal voltage, and (d) is a motor current. In FIG. 5, (b) and (c) correspond to the output side and the input side of the induced voltage detection circuit 23.
In the drawing, the timing Tes of the rotor speed / position estimation by the pre-startup speed / position estimation unit 31 (pre-startup speed / position estimation step) is performed after the bootstrap operation period Tb and immediately before the start of the start control Tc. It has been broken.

以上説明したように、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置および駆動方法では、起動前速度・位置推定部３１（起動前速度・位置推定ステップ）によるロータの速度および位置の推定前に、該ブートストラップ回路の充電動作を完了させることとしたので、ロータの速度・位置推定後すぐに始動制御動作が可能となり、また、時間遅れのより少ない速度推定および位置推定の初期値を得ることができる。 As described above, in the brushless motor driving apparatus and driving method according to the present embodiment, before the speed and position of the rotor are estimated by the pre-starting speed / position estimation unit 31 (pre-starting speed / position estimation step), the boot Since the charging operation of the strap circuit is completed, the start control operation can be performed immediately after the speed / position estimation of the rotor, and the initial values of speed estimation and position estimation with less time delay can be obtained.

１ブラシレスモータ
３インバータ（電力変換手段）
１１速度ＰＩ制御部
１２電流テーブル
１３電流ＰＩ制御部
１４，１５２相／３相変換部
１６速度・位置推定部
１７，１８減算器
２１電圧検出回路
２２電流検出回路
２３誘起電圧検出回路
２４，２５，２６Ａ／Ｄ変換部
２８ＰＷＭデューティ計算部
３１起動前速度・位置推定部
３２推定速度初期値補正部
４１調整モデル
４２速度推定部
４３積分器
1 Brushless motor 3 Inverter (Power conversion means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Speed PI control part 12 Current table 13 Current PI control part 14,15 2-phase / 3-phase conversion part 16 Speed / position estimation part 17,18 Subtractor 21 Voltage detection circuit 22 Current detection circuit 23 Induced voltage detection circuit 24,25 , 26 A / D conversion section 28 PWM duty calculation section 31 Pre-startup speed / position estimation section 32 Estimated speed initial value correction section 41 Adjustment model 42 Speed estimation section 43 Integrator

Claims

直流を交流に変換してブラシレスモータに供給する電力変換手段と、
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、
モータ電圧指令値および検出したモータ電流に基づき、ロータの速度および位置を推定する速度・位置推定手段と、
ロータの速度を速度指令に一致するように速度および電流の制御を行う制御手段と、
前記電力変換手段を駆動するための波形を生成する波形生成手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
前記ブラシレスモータの起動前に、前記誘起電圧検出手段の検出結果に基づき、ロータの速度および位置を推定する起動前速度・位置推定手段とを備え、
前記速度・位置推定手段は、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度および位置を初期値として使用し、
前記制御手段は、前記速度・位置推定手段で推定したロータの速度および位置に基づき、前記ブラシレスモータを実モータ回転に同期して起動させるブラシレスモータの駆動装置。 Power conversion means for converting direct current to alternating current and supplying the brushless motor;
Current detection means for detecting the motor current of the brushless motor;
Speed / position estimation means for estimating the speed and position of the rotor based on the motor voltage command value and the detected motor current;
Control means for controlling the speed and current so that the speed of the rotor matches the speed command;
Waveform generating means for generating a waveform for driving the power conversion means;
Induced voltage detecting means for detecting the induced voltage of the brushless motor;
Before starting the brushless motor, it is provided with pre-starting speed / position estimating means for estimating the speed and position of the rotor based on the detection result of the induced voltage detecting means,
The speed / position estimation means uses the rotor speed and position estimated by the pre-startup speed / position estimation means as initial values,
The control means is a brushless motor drive device that activates the brushless motor in synchronization with the actual motor rotation based on the rotor speed and position estimated by the speed / position estimation means.

前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度が第１速度閾値を下回るとき、前記ブラシレスモータに直流励磁電流を流してロータを停止させた後に起動させる請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。 2. The brushless motor according to claim 1, wherein when the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation unit is lower than a first speed threshold value, the brushless motor is started after a direct current excitation current is supplied to the brushless motor to stop the rotor. Drive device.

前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータの速度が第２速度閾値を上回るとき、前記ブラシレスモータを起動させない請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置。 3. The brushless motor drive device according to claim 1, wherein the brushless motor is not started when the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation unit exceeds a second speed threshold value. 4.

前記速度・位置推定手段により推定された初期のロータ速度の大きさが前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータ速度の大きさよりも大きいとき、前記起動前速度・位置推定手段により推定されたロータ速度の大きさを前記速度・位置推定手段により推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する推定速度初期値補正手段を有する請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。 When the magnitude of the initial rotor speed estimated by the speed / position estimation means is larger than the magnitude of the rotor speed estimated by the pre-startup speed / position estimation means, the speed / position estimation means is estimated by the pre-startup speed / position estimation means. 4. An estimated speed initial value correcting means for resetting the rotor speed to a value larger than the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating means. The drive device of the brushless motor as described in the item.

前記電力変換手段におけるスイッチング素子の制御電源を充電するブートストラップ回路を有し、
前記起動前速度・位置推定手段によるロータの速度および位置の推定前に、前記ブートストラップ回路の充電動作を完了させておく請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。 A bootstrap circuit for charging a control power supply of the switching element in the power conversion means;
The drive of the brushless motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the charging operation of the bootstrap circuit is completed before the speed and position of the rotor are estimated by the pre-startup speed / position estimation means. apparatus.

直流を交流に変換してブラシレスモータに供給する電力変換手段と、
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、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とを備えたブラシレスモータの駆動装置の駆動方法であって、
前記ブラシレスモータの起動前に、前記誘起電圧検出手段の検出結果に基づき、ロータの速度および位置を推定する起動前速度・位置推定ステップと、
前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度および位置を初期値とし、モータ電圧指令値および前記電流検出手段で検出したモータ電流に基づき、ロータの速度および位置を推定する速度・位置推定ステップと、
前記速度・位置推定ステップで推定したロータの速度および位置に基づき、ロータの速度が速度指令に一致するように速度および電流の制御を行い、前記電力変換手段を駆動するための波形を生成して、前記ブラシレスモータを実モータ回転に同期して起動させる制御ステップとを有するブラシレスモータの駆動方法。 Power conversion means for converting direct current to alternating current and supplying the brushless motor;
Current detection means for detecting the motor current of the brushless motor;
A driving method of a brushless motor drive device comprising induced voltage detection means for detecting an induced voltage of the brushless motor,
Before starting the brushless motor, based on the detection result of the induced voltage detection means, the pre-starting speed / position estimating step for estimating the speed and position of the rotor;
Speed and position for estimating the rotor speed and position based on the motor voltage command value and the motor current detected by the current detection means with the rotor speed and position estimated in the speed / position estimation step before starting as initial values. An estimation step;
Based on the rotor speed and position estimated in the speed / position estimation step, the speed and current are controlled so that the rotor speed matches the speed command, and a waveform for driving the power conversion means is generated. And a control step of starting the brushless motor in synchronization with the actual motor rotation.

前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度が第１速度閾値を下回るとき、前記ブラシレスモータに直流励磁電流を流してロータを停止させた後に起動させる請求項６に記載のブラシレスモータの駆動方法。 7. The brushless motor according to claim 6, wherein when the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step is lower than a first speed threshold value, a direct current excitation current is supplied to the brushless motor to stop the rotor and then start the brushless motor. Driving method.

前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータの速度が第２速度閾値を上回るとき、前記ブラシレスモータを起動させない請求項６または請求項７に記載のブラシレスモータの駆動方法。 8. The method of driving a brushless motor according to claim 6, wherein the brushless motor is not started when the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step exceeds a second speed threshold value.

前記速度・位置推定ステップで推定された初期のロータ速度の大きさが前記起動前速度・位置推定ステップで推定されたロータ速度の大きさよりも大きいとき、前記起動前速度・位置推定手段で推定されたロータ速度の大きさを前記速度・位置推定手段で推定された初期のロータ速度の大きさよりも大きい値に再設定する推定速度初期値補正ステップを有する請求項６〜請求項８の何れか１項に記載のブラシレスモータの駆動方法。 When the magnitude of the initial rotor speed estimated in the speed / position estimation step is larger than the magnitude of the rotor speed estimated in the pre-startup speed / position estimation step, it is estimated by the pre-startup speed / position estimation means. 9. An estimated speed initial value correcting step for resetting the rotor speed to a value larger than the initial rotor speed estimated by the speed / position estimating means. The driving method of the brushless motor described in the item.

前記起動前速度・位置推定ステップによるロータの速度および位置の推定前に、前記ブートストラップ動作を完了させておく請求項６〜請求項９の何れか１項に記載のブラシレスモータの駆動方法。
10. The method of driving a brushless motor according to claim 6, wherein the bootstrap operation is completed before the speed and position of the rotor are estimated in the pre-startup speed / position estimation step.