JP5929286B2 - Electric motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、電動機の制御装置に関わり、詳細にはインバータ制御によって駆動する電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device driven by inverter control.
従来、空気調和機や冷蔵庫等に搭載される圧縮機は電動機を備えており、電動機としては、例えば、センサレス型の3相ブラシレスDCモータのような、インバータ制御によって駆動するものが適用されることが多い。そして、ブラシレスDCモータの制御方式としては、ブラシレスDCモータを駆動する制御装置に備えられたインバータ回路のスイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation)方式でスイッチング制御するものが知られている。 Conventionally, a compressor mounted in an air conditioner, a refrigerator, or the like has an electric motor, and an electric motor driven by inverter control such as a sensorless three-phase brushless DC motor is applied. There are many. As a control method of the brushless DC motor, there is known a method of switching control of a switching element of an inverter circuit provided in a control device for driving the brushless DC motor by a PWM (Pulse Width Modulation) method.
矩形波駆動によりブラシレスDCモータを駆動しているときは、ブラシレスDCモータの非通電相に誘起電圧が発生するが、この誘起電圧以上の電圧をインバータ回路から供給することでブラシレスDCモータの回転を継続させる。しかし、非通電相に発生する誘起電圧がインバータ回路からの供給電圧よりも高くなると、ブラシレスDCモータの回転数を上昇させることができなくなる。このような場合には、ブラシレスDCモータに供給する電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることにより、誘起電圧が高い状態でも更に多くの電流をブラシレスDCモータに供給して回転数を上昇させる弱め界磁制御方式を用いて、ブラシレスDCモータの駆動制御を行う(例えば、特許文献1)。 When the brushless DC motor is driven by the rectangular wave drive, an induced voltage is generated in the non-energized phase of the brushless DC motor. By supplying a voltage higher than the induced voltage from the inverter circuit, the brushless DC motor is rotated. Let it continue. However, if the induced voltage generated in the non-energized phase is higher than the supply voltage from the inverter circuit, the rotational speed of the brushless DC motor cannot be increased. In such a case, by setting the phase of the current supplied to the brushless DC motor to a phase that is advanced with respect to the induced voltage, even when the induced voltage is high, more current is supplied to the brushless DC motor and the rotational speed is increased. The drive control of the brushless DC motor is performed by using the field weakening control method (for example, Patent Document 1).
ところで、上記のようなブラシレスDCモータでは、モータのトルク不足(過負荷)等に起因して脱調が発生するおそれがあり、脱調が発生すれば、例えば、ブラシレスDCモータへの通電を止めてブラシレスDCモータを停止させる脱調保護制御を行う必要がある。 By the way, in the brushless DC motor as described above, there is a possibility that the step-out may occur due to insufficient torque (overload) of the motor. If the step-out occurs, for example, energization of the brushless DC motor is stopped. Therefore, it is necessary to perform step-out protection control for stopping the brushless DC motor.
矩形波駆動を行っているブラシレスDCモータでは、通電切り替えによって非通電相に還流電流が流れ、これに起因して各相にはスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧は、ブラシレスDCモータの各相の電圧波形にスパイク状の波形(以後、スパイク電圧波形と記載)として現れるが、このスパイク電圧波形を用いて脱調発生を検知する方法が提案されている。 In a brushless DC motor that performs rectangular wave driving, a return current flows in a non-energized phase due to energization switching, and as a result, a spike voltage is generated in each phase. The spike voltage appears as a spike-like waveform (hereinafter referred to as a spike voltage waveform) in the voltage waveform of each phase of the brushless DC motor. A method for detecting the occurrence of step-out using this spike voltage waveform has been proposed. Yes.
脱調が発生すれば、還流電流が流れる時間(還流電流時間)が長くなり、スパイク電圧の発生時間も長くなる。また、ブラシレスDCモータの制御手段は、ブラシレスDCモータに関する様々な処理を並列で行っており、スパイク電圧の検出は、所定のタイミング、例えば、インバータ回路を構成するスイッチング素子をオンするタイミングで実行する割り込み処理により行っている。 If step-out occurs, the time during which the return current flows (return current time) becomes longer, and the generation time of the spike voltage also becomes longer. The brushless DC motor control means performs various processes related to the brushless DC motor in parallel, and the spike voltage is detected at a predetermined timing, for example, at a timing when the switching elements constituting the inverter circuit are turned on. This is done by interrupt processing.
従って、スパイク電圧の発生時間が脱調により長くなって、スパイク電圧を検出する割り込み処理を行う期間が終了した後にスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりがくれば、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出できなくなる。この状態が所定回数、例えば5回連続して発生すれば、制御手段はブラシレスDCモータで脱調が発生したと判断し、脱調保護制御を実行する。 Therefore, if the spike voltage generation time becomes longer due to a step-out and the spike voltage waveform rises / falls after the end of the interrupt processing period for detecting the spike voltage, the spike voltage waveform rises / falls. Can no longer be detected. If this state occurs continuously a predetermined number of times, for example, 5 times, the control means determines that a step-out has occurred in the brushless DC motor, and executes step-out protection control.
上述したように、ブラシレスDCモータの制御手段は、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出する割り込み処理を含めてブラシレスDCモータに関する様々な処理を並列で行っている。制御手段で並列に実行する処理が多く制御手段に大きな負荷が加わっている場合は、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりの検出する割り込み処理を実行するタイミングとなっても、実際にスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出する動作が遅れることがある。 As described above, the control unit of the brushless DC motor performs various processes related to the brushless DC motor in parallel, including the interrupt process for detecting the rise / fall of the spike voltage waveform. If there are many processes that are executed in parallel by the control means and a large load is applied to the control means, even if it is time to execute the interrupt process that detects the rise / fall of the spike voltage waveform, the spike voltage waveform actually The operation of detecting the rising / falling may be delayed.
また、ブラシレスDCモータに加えられる負荷が軽減されたときは、ブラシレスDCモータで脱調が発生した場合とは逆にスパイク電圧の発生時間が短くなることがある。スパイク電圧の発生時間が短くなったときに上記のように制御手段でスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりの検出する動作に遅れが発生すれば、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりの検出する割り込み処理を行う前にスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりがくることとなり、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出できなくなる虞がある。 When the load applied to the brushless DC motor is reduced, the spike voltage generation time may be shortened, contrary to the case where the step-out occurs in the brushless DC motor. Interrupt processing to detect spike voltage waveform rise / fall if a delay occurs in the operation of detecting the spike voltage waveform rise / fall by the control means as described above when the spike voltage generation time becomes short The rise / fall of the spike voltage waveform occurs before performing the operation, and the rise / fall of the spike voltage waveform may not be detected.
しかし、従来のブラシレスDCモータでは、スパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出できない状態が所定回数連続して発生すれば、その原因に関わらず脱調保護制御を実行していた。従って、制御手段で実行するスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出する割り込み処理の遅れによってスパイク電圧波形の立ち上がり/立ち下がりを検出できない場合、つまり、脱調が発生している可能性が低い場合であっても、脱調保護制御を実行してブラシレスDCモータを停止していたので、不必要にブラシレスDCモータを停止させていた。 However, in the conventional brushless DC motor, if a state where the rising / falling of the spike voltage waveform cannot be detected continuously occurs a predetermined number of times, the step-out protection control is executed regardless of the cause. Therefore, when the spike voltage waveform rise / fall cannot be detected due to a delay in the interrupt processing for detecting the rise / fall of the spike voltage waveform executed by the control means, that is, when it is unlikely that a step-out has occurred. Even so, since the step-out protection control is executed and the brushless DC motor is stopped, the brushless DC motor is stopped unnecessarily.
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、電動機での脱調発生を的確に検知でき、電動機の性能を十分に活かしきれる電動機の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor control device that can accurately detect the occurrence of step-out in an electric motor and can fully utilize the performance of the electric motor.
上記の課題を解決するために、本発明の電動機の制御装置は、直流電力をインバータによって交流電力に変換して電動機に供給し、電動機の回転制御を行うものであって、電動機の各相への通電を切り替えた後、切り替えの際に発生する還流電流に起因して発生するスパイク電圧の検出を所定時間だけ許可して同スパイク電圧の発生時間を記憶するものである。そして、電動機の制御装置は、スパイク電圧の立ち上がりあるいは立ち下がりを検出できないときに、最後に検出して記憶したスパイク電圧の発生時間を読み出し、この発生時間が所定時間以上である状態が所定回数続いた場合は、電動機が脱調したと判断して電動機を停止する脱調保護制御を行うものである。 In order to solve the above-described problems, a motor control device according to the present invention converts DC power into AC power by an inverter, supplies the AC power to the motor, and controls the rotation of the motor. After the energization is switched, the detection of the spike voltage generated due to the reflux current generated at the time of switching is permitted for a predetermined time, and the generation time of the spike voltage is stored . Then, when the rising or falling edge of the spike voltage cannot be detected, the motor control device reads the last spike voltage occurrence time detected and stored, and a state in which this occurrence time is equal to or longer than a predetermined time continues for a predetermined number of times. In such a case, it is determined that the motor has stepped out, and step-out protection control is performed to stop the motor.
上記のように構成した本発明の電動機の制御装置は、生成したスパイク検出信号および記憶したスパイク電圧の発生時間を用いて電動機での脱調発生を的確に検知できるので、脱調発生の誤検知による不必要な電動機の停止を回避することができる。 Since the motor control device of the present invention configured as described above can accurately detect the occurrence of step-out in the motor using the generated spike detection signal and the generation time of the stored spike voltage, erroneous detection of step-out occurrence It is possible to avoid unnecessary stopping of the electric motor.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、空気調和機の室外機に搭載される圧縮機のブラシレスDCモータを駆動制御する制御装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. As an embodiment, a control device that drives and controls a brushless DC motor of a compressor mounted on an outdoor unit of an air conditioner will be described as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
制御装置100の制御対象であるブラシレスDCモータ200は、三相(U相、V相、W相とする)の巻線を有する中空形状のステータと、ステータの中空内部に配設され、四極の永久磁石を有して回転するロータとを備えた三相四極のセンサレス型のブラシレスDCモータである。このブラシレスDCモータ200として、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだIPM(Interior Parmanent Magnet)モータを適用してもよいし、ロータの表面に永久磁石を配設したSPM(Surface Permanent Magnet)モータを適用してもよい。
The
制御装置100は、交流電力を供給する交流電源1と、交流電源1から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路2と、コンバータ回路2で変換した直流電力を平滑化する平滑コンデンサ3と、平滑コンデンサ3で平滑化した直流電力を用いてブラシレスDCモータ200を矩形波駆動するインバータ回路4(インバータ手段の少なくとも一部をなす)と、ブラシレスDCモータ200の各巻線電圧(モータ端子電圧)を、各巻線からそれぞれ抵抗を介して合成し、この合成点とグランドとの間に接続した抵抗で分圧することによって得られるモータ仮想中性点電圧を出力する仮想中性点電圧回路6と、仮想中性点電圧回路6が出力したモータ仮想中性点電圧を基準電圧と比較して両電圧の交点(ゼロクロス点)を求め、この求めた交点からロータの位置を検出する位置検出回路8と、位置検出回路8などからの信号に基づいてブラシレスDCモータ200の制御を行う制御手段10と、制御回路10が出力する制御信号をもとにインバータ回路4を介してブラシレスDCモータ200を駆動するモータ駆動回路7と、を備える。
The
平滑コンデンサ3とインバータ回路4との間には、インバータ回路4の母線電流を検出するシャント抵抗5が接続されている。電流検出回路9は、シャント抵抗5の両端の電圧を検出する。電流検出回路9は、入力した電圧からインバータ回路4の母線電流を算出し、算出した母線電流は、制御手段10が有するA/D変換部14を介して後述するCPU11に入力される。
A
インバータ回路4は、上アームに3個のスイッチング素子41U1、41V1、41W1、下アームに3個のスイッチング素子41U2、41V2、41W2、の計6個のスイッチング素子を有しこれらがブリッジ接続されて三相ブリッジ回路を構成している。これら6個のスイッチング素子(以下、個別に言及する場合を除きスイッチング素子41と記載する)は、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、MOSFET(電界効果トランジスタ)等によって実現することができる。各スイッチング素子41には還流ダイオード42が並列に接続されており、具体的には、スイッチング素子41のエミッタ端子に還流ダイオード42のアノード端子が接続され、スイッチング素子41のコレクタ端子に還流ダイオード42のカソード端子が接続されている。還流ダイオード42は、対応するスイッチング素子41がスイッチをオフした瞬間に非通電相となるブラシレスDCモータ200のステータ巻線に蓄積されたエネルギーによって発生する還流電流を、入力電源側に流す機能を有する。
The inverter circuit 4 has a total of six switching elements including three switching elements 41U1, 41V1, and 41W1 on the upper arm and three switching elements 41U2, 41V2, and 41W2 on the lower arm. A phase bridge circuit is configured. These six switching elements (hereinafter referred to as switching element 41 unless otherwise mentioned) can be realized by, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Field Effect Transistor), or the like. A free-
制御手段10は、ブラシレスDCモータ200の回転数を制御するCPU11と、CPU11からの指令に基づいてPWM(Pulse Width Modulation)波形を生成し、生成したPWM波形をモータ駆動回路7へ出力するPWM生成部12と、各種処理を実行するための制御用プログラム等が予め記憶されたROM(Read Only Memory)および各種処理の演算パラメータやデータ等を記憶するRAM(Ramdom Access Memoly)とからなる記憶部15と、入力部13と、A/D変換部14とを有する。
The
次に、上述した構成を有する制御装置100を用いて実現されるブラシレスDCモータ200の制御方法について説明する。位置検出回路8は、仮想中性点電圧回路6を介して取り込んだブラシレスDCモータ200の非通電相に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較し、両者の交点(ゼロクロス点)を検出する。そして、位置検出回路8は、検出したゼロクロス点に基づいて位置検出信号を生成し制御手段10に出力する。
Next, a method for controlling the
入力部13を介してロータの位置検出信号を入力したCPU11は、この位置検知信号を用いてブラシレスDCモータ200のモータ回転数(実回転数)を算出する。また、CPU11は、算出したモータ回転数と室外機の制御部から出力された回転数(周波数)目標値との差、および、電流検出回路9から入力したインバータ回路4の母線電流値からPWM波形のデューティ比を算出し、算出したデューティ比を含む回転数指示信号をPWM生成部12に出力する。さらには、CPU11は、入力した位置検知信号を用いて、転流タイミングおよびインバータ回路4のどのスイッチング素子41のオン/オフを切り替えるかについての情報を含む転流信号をPWM生成部12に出力する。
The
CPU11から回転数指示信号および転流信号を入力したPWM生成部12は、回転数指示信号に含まれるデューティ比となるPWM波形を生成するとともに、転流信号に含まれる転流タイミングおよびインバータ回路4のどのスイッチング素子41のオン/オフを切り替えるかについての情報から通電切り替え信号を生成する。そして、PWM生成部12は、生成したPWM波形を同じく生成した通電切り替え信号に重畳した駆動信号を生成し、モータ駆動回路7に出力する。
The
PWM生成部12から駆動信号を入力したモータ駆動回路7は、入力した駆動信号に基づくモータ駆動信号を生成し、インバータ回路4へ出力する。モータ駆動回路7からモータ駆動信号を入力したインバータ回路4は、平滑コンデンサ3で平滑化した直流電圧および入力したモータ駆動信号を用いて三相の矩形波電圧を生成し、この各矩形波電圧を所定の通電タイミングでブラシレスDCモータ200に印加する。
尚、以下の説明では、上記のようにロータの位置検出結果に応じてブラシレスDCモータ200の駆動制御を行う場合を、通常制御と記載する。
The
In the following description, the case where the drive control of the
上記のようにブラシレスDCモータ200の制御を行うことにより、ブラシレスDCモータ200の回転数が目標回転数となるように制御する。PWM方式では、駆動信号に重畳するPWM制御のデューティ比が増加するにしたがって通電切り替えタイミングの電気的な位相(通電位相)が進んでモータ回転数が上昇する。そして、PWM波形のデューティ比が100%に達した後、さらにモータ回転数を上げるためには、ブラシレスDCモータ200に供給する電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることにより、誘起電圧が高い状態でも更に多くの電流をブラシレスDCモータ200に供給することが可能となり、これによりブラシレスDCモータ200の回転数を上昇させる弱め界磁制御を実行する。
By controlling the
次に、制御装置100を用いて実現されるブラシレスDCモータ200の弱め界磁制御および弱め界磁制御行っているときの脱調検出方法について、図1乃至図4を用いて具体的に説明する。ブラシレスDCモータ200の回転数を、PWM制御のデューティ比が100%に達した後さらに上昇させる場合は、制御手段10のCPU11は、通常制御からブラシレスDCモータ200の各相の通電位相の位相角を進める弱め界磁制御に移行する。
Next, a step-out detection method when performing field weakening control and field weakening control of the
図2は、CPU11が弱め界磁制御を行っているときの、制御装置100の挙動を説明するためのタイミングチャートである。図2において、駆動信号はインバータ回路4の各スイッチング素子41のオン/オフを行うための信号を示しており、駆動信号(U1)はスイッチング素子41U1のベースに供給されるもの、駆動信号(V1)はスイッチング素子41V1のベースに供給されるもの、駆動信号(W1)はスイッチング素子41W1のベースに供給されるもの、をそれぞれ示している。また、駆動信号(U2)はスイッチング素子41U2のベースに供給されるもの、駆動信号(V2)はスイッチング素子41V2のベースに供給されるもの、駆動信号(W2)はスイッチング素子41W2のベースに供給されるもの、をそれぞれ示している。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the behavior of the
CPU11がブラシレスDCモータ200の弱め界磁制御を行うときは、ブラシレスDCモータ200を通常制御にて駆動する場合の転流タイミングより所定の電気角(予め決定されて記憶部15に記憶されている)だけ早く転流するよう、上記各駆動信号をインバータ回路4に供給する。これにより、ブラシレスDCモータ200の各相の通電位相の位相角を進めて弱め界磁制御を実行している。
When the
図2において、電圧波形はブラシレスDCモータ200が弱め界磁制御にて駆動しているときの、各相の電圧の変化(0からインバータ4に印加される電圧Vpとの間で変化する)を示しており、UN電圧波形はブラシレスDCモータ200のU相コイルにおける電圧変化、VN電圧波形はブラシレスDCモータ200のV相コイルにおける電圧変化、WN電圧波形はブラシレスDCモータ200のW相コイルにおける電圧変化、をそれぞれ示している。
In FIG. 2, the voltage waveform indicates the change in voltage of each phase (changes between 0 and the voltage Vp applied to the inverter 4) when the
各相の電圧波形には、非通電時に各相に流れる還流電流によるスパイク電圧が、図2に示すようなスパイク電圧波形として現れる。スパイク電圧は、インバータ回路4の下アームを構成するスイッチング素子41U2、41V2,41W2がオンからオフに切り替わった場合、および、上アームを構成するスイッチング素子41U1、41V1、41W1がオンからオフに切り替わった場合に、それぞれ発生する。 In the voltage waveform of each phase, a spike voltage due to the reflux current flowing in each phase when not energized appears as a spike voltage waveform as shown in FIG. The spike voltage is generated when the switching elements 41U2, 41V2, 41W2 constituting the lower arm of the inverter circuit 4 are switched from on to off, and when the switching elements 41U1, 41V1, 41W1 constituting the upper arm are switched from on to off. Each case occurs.
具体的には、UN電圧波形においては、駆動信号(U2)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(U2)が、駆動信号(U1)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(U1)が、それぞれ現れる。また、VN電圧波形においては、駆動信号(V2)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(V2)が、駆動信号(V1)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(V1)が、それぞれ現れる。また、WN電圧波形においては、駆動信号(W2)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(W2)が、駆動信号(W1)がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形(W1)が、それぞれ現れる。 Specifically, in the UN voltage waveform, the spike voltage waveform (U2) when the drive signal (U2) switches from on to off, and the spike voltage waveform when the drive signal (U1) switches from on to off. (U1) appears. Further, in the VN voltage waveform, the spike voltage waveform (V2) when the drive signal (V2) is switched from on to off, and the spike voltage waveform (V1) when the drive signal (V1) is switched from on to off. Each appears. In the WN voltage waveform, the spike voltage waveform (W2) is switched when the drive signal (W2) is switched from on to off, and the spike voltage waveform (W1) is switched when the drive signal (W1) is switched from on to off. Each appears.
尚、以下の説明では、上記各相の電圧波形に発生するスパイク電圧波形の幅、つまり、スパイク電圧の発生時間を電気角に換算したスパイク角度で表わす。図2では、スパイク電圧波形(U1)およびスパイク電圧波形(U2)に対応するスパイク角度をRu、スパイク電圧波形(V1)およびスパイク電圧波形(V2)に対応するスパイク角度をRv、スパイク電圧波形(W1)およびスパイク電圧波形(W2)に対応するスパイク角度をRw、としている。CPU11は、各相に発生するスパイク角度を記憶部15に上書きして記憶している。
In the following description, the width of the spike voltage waveform generated in the voltage waveform of each phase, that is, the spike voltage generation time is represented by a spike angle converted to an electrical angle. In FIG. 2, the spike angle corresponding to the spike voltage waveform (U1) and the spike voltage waveform (U2) is Ru, the spike angle corresponding to the spike voltage waveform (V1) and the spike voltage waveform (V2) is Rv, and the spike voltage waveform ( The spike angle corresponding to W1) and the spike voltage waveform (W2) is Rw. The
スパイク検出信号は、上述した各スパイク電圧波形を用いてCPU11が生成するものである。具体的には、CPU11は、スイッチング素子41U2、41V2、41W2がそれぞれオンからオフに切り替わったときに発生するスパイク電圧波形(U2)、(V2)、(W2)がVp→0となるとき(以後、立ち下がりと記載)、および、スイッチング素子41U1、41V1、41W1がそれぞれオンからオフに切り替わったときに発生するスパイク電圧波形(U1)、(V1)、(W1)が0→Vpとなるとき(以後、立ち上がりと記載)とを検出し、これらを用いて図2に示すようなスパイク検出信号を生成する。
The spike detection signal is generated by the
検出許可は、CPU11が生成したスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを割り込み処理によって検出するタイミングを示すものである。図2に示すように、検出許可はスイッチング素子41U1、41V1、41W1がそれぞれオフからオンに切り替わるときに同期して禁止→許可とするものであり、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出すれば、許可→禁止となる。尚、この検出許可は、禁止→許可となってから所定時間(図3に示す最大許可時間Tm)までの間にスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できない場合も、許可→禁止となる。
The detection permission indicates a timing at which the rise / fall of the spike detection signal generated by the
ブラシレスDCモータ200を弱め界磁制御で駆動しているとき、脱調が発生せずに正常に駆動制御が行えている場合は、各相に発生するスパイク電圧のスパイク角度は一定(Ru=Rv=Rw)であり、スパイク検出信号も一定の周期で立ち上がり/立ち下がりを繰り返す。従って、CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できていれば、ブラシレスDCモータ200で脱調が発生していないと判断できる。
When the
一方、ブラシレスDCモータ200で脱調が発生してスパイク角度が大きくなる場合は、スパイク検出信号の幅が広くなり、CPU11が割り込み処理で検出許可としている間にスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できない虞がある(以下、脱調状態と記載)。また、CPU11に大きな負荷が加わっていて実際にスパイク電圧波形を検出する動作が遅れ、かつ、ブラシレスDCモータ200に加えられる負荷が軽減されてスパイク角度が小さくなる場合も、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できない虞がある(以下、検出不可状態と記載)。
On the other hand, when the step-out occurs in the
従来のブラシレスDCモータの制御装置において、上記のようにスパイク検出信号を生成してその立ち上がり/立ち下がりを検出することによって脱調発生を検知する場合は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できない原因に関わらず、つまり、脱調状態であるか検出不可状態であるかに関わらず、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを所定回数連続して検出できなければ脱調が発生したと判断し、脱調保護制御を行っていた。 In the conventional brushless DC motor control device, when the out-of-step occurrence is detected by generating the spike detection signal and detecting the rise / fall as described above, the rise / fall of the spike detection signal is detected. Regardless of the cause of the failure, that is, whether it is in a step-out state or in a non-detectable state, it is determined that a step-out has occurred if the rising / falling edge of the spike detection signal cannot be detected continuously a predetermined number of times. The step-out protection control was performed.
これに対し、本発明のブラシレスDCモータ200の制御装置100では、以下に説明する方法により、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを所定回数連続して検出できないときに、その原因が
ブラシレスDCモータ200の脱調であるか否かを判断し、脱調が発生したと判断すれば脱調保護制御を行う。
On the other hand, in the
まず、ブラシレスDCモータ200で脱調が発生している場合(脱調状態)について、図3を用いて説明する。尚、図3において、図2と同じ用語や記号については詳細な説明を省略する。 First, a case where step-out has occurred in the brushless DC motor 200 (step-out state) will be described with reference to FIG. In FIG. 3, detailed description of the same terms and symbols as in FIG. 2 is omitted.
ブラシレスDCモータ200で脱調が発生したとき、各相の電圧波形に現れるスパイク電圧のスパイク角度は大きくなる。スパイク角度が大きくなれば、これに伴ってCPU11が生成したスパイク検出信号の幅も広がる。このとき、スパイク検出信号の幅が、検出許可の最大許可時間Tmの間に検出できないほど広がっている場合は、CPU11はスパイク検出信号の立ち上がりを検出できない。尚、図3では、例としてUN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(U1a)に対応するスパイク角度がRua(>Ru)と大きくなって、CPU11がスパイク検出信号の立ち上がりを検出できないことを示している。尚、図3において、スパイク電圧波形(U1a)に対応する検出できないスパイク検出信号の立ち上がりを破線で示すとともに「○」を付与している。
When step-out occurs in the
CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりが検出できないとき、記憶部15に記憶しているスパイク角度を読み出す。前述したように、CPU11は、検出許可のタイミングでスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できたときにこれに対応するスパイク角度を記憶部15に上書き記憶するので、図3の場合では、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がりの直前のスパイク検出信号の立ち下がり(「◎」を付与したもの)に対応するスパイク電圧のスパイク角度、つまり、VN検出電圧に現れるスパイク電圧波形(V2j)に対応するスパイク角度Rvj1を読み出す。
When the rising / falling edge of the spike detection signal cannot be detected, the
また、CPU11は、記憶部15に予め記憶されておりブラシレスDCモータ200が脱調しているか否かを判断するための閾値である脱調判断角度Rs(例えば、電気角で24度)を読み出し、脱調判断角度Rsとスパイク角度Rvj1とを比較してスパイク角度Rvj1が脱調判断角度Rs以上であるか否かを判断する。図3では、スパイク角度Rvj1が脱調判断角度Rs以上であるので、CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった回数:1回をカウントする。具体的には、図3において「○」を付与したスパイク検出信号の立ち上がりを検出する際の、検出許可の時間Tmが経過した時点で1回とカウントする。
Further, the
ブラシレスDCモータ200が脱調している場合は、UN電圧波形のスパイク角度が大きくなった以降の各相のスパイク角度も大きくなるので、上記と同様に以降のスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりも検出できない。図3では、スパイク電圧波形(U1a)の次にスパイク検出信号を生成する元となるWN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(W2a)に対応するスパイク角度がRwa(>Rw)と大きくなり、この次の、VN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(V1a)に対応するスパイク角度もRva(>Rv)と大きくなって、CPU11がこれらスパイク電圧波形(W2a)やスパイク電圧波形(V1a)に対応するスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりも検出できないことを示している。尚、図3において、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がり以降のスパイク検出信号は破線で示し、検出できない立ち上がり/立ち下がりには「△」を付与している。
When the
CPU11は、最初に検出できなかったスパイク検出信号の立ち上がり以降についても、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった場合は、その度に脱調判断角度Rsとスパイク角度Rvj1とを比較を行い、スパイク角度Rvj1が脱調判断角度Rs以上であれば、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった回数をカウントしていく。そして、この回数が所定回数連続、例えば、5回連続すれば、CPU11は、ブラシレスDCモータ200が脱調したと判断し、モータ駆回路7に対してブラシレスDCモータ200への通電を停止するようPWM生成部12を介して指示し、ブラシレスDCモータ200を停止する脱調保護制御を実行する。
The
次に、CPU11に大きな負荷が加わっていて実際にスパイク電圧波形を検出する動作が遅れ、かつ、スパイク角度が小さくなっている場合(検出不可状態)について、図4を用いて説明する。尚、図4において、図2と同じ用語や記号については詳細な説明を省略する。
Next, a case where a large load is applied to the
ブラシレスDCモータ200に加えられる負荷が軽減されたとき、各相の電圧波形に現れるスパイク電圧のスパイク角度が小さくなることがある。また、前述したように、CPU11はスパイク検出信号の検出を割り込み処理で行っており、CPU11に大きな負荷が加わっている場合は、図4に示すように、スイッチング素子41U1、41V1、41W1がオフからオンに切り替えるときに同期して禁止→許可としても、実際に検出ができるタイミングが、スイッチング素子41U1、41V1、41W1がオフからオンに切り替えるときより時間Trだけ遅れることがある。
When the load applied to the
例えば、図4に示すように、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりの検出タイミングが時間Trだけ遅れているとき、かつ、UN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(U1b)に対応するスパイク角度がRub(<Ru)となりこれに基づいてCPU11が生成したスパイク検出信号の幅が狭くなったとき、CPU11はスパイク検出信号の立ち上がりを検出できない。尚、図4において、スパイク電圧波形(U1b)に対応する検出できないスパイク検出信号の立ち上がりを破線で示すとともに「○」を付与している。
For example, as shown in FIG. 4, when the detection timing of the rise / fall of the spike detection signal is delayed by the time Tr, and the spike angle corresponding to the spike voltage waveform (U1b) appearing in the UN voltage waveform is Rub ( When <Ru) and the width of the spike detection signal generated by the
CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりが検出できないとき、記憶部15に記憶しているスパイク角度を読み出す。前述したように、CPU11は、検出許可のタイミングでスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できたときにこれに対応するスパイク角度を記憶部15に上書き記憶するので、図4の場合では、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がりの直前のスパイク検出信号の立ち下がり(「◎」を付与したもの)に対応するスパイク電圧のスパイク角度、つまり、VN検出電圧に現れるスパイク電圧波形(V2j)に対応するスパイク角度Rvj2を読み出す。
When the rising / falling edge of the spike detection signal cannot be detected, the
また、CPU11は、記憶部15に予め記憶されておりブラシレスDCモータ200が脱調しているか否かを判断するための閾値である脱調判断角度Rs(例えば、電気角で24度)を読み出し、脱調判断角度Rsとスパイク角度Rvj2とを比較してスパイク角度Rvj2が脱調判断角度Rs以上であるか否かを判断する。図4では、スパイク角度Rvj1が脱調判断角度Rs以上でないので、CPU11は、ブラシレスDCモータ200が脱調していないと判断し、ブラシレスDCモータ200の弱め界磁制御を継続する。
Further, the
UN電圧波形のスパイク角度が小さくなった以降も、各相のスパイク角度が小さくなる状態が続けば、上記と同様に以降のスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりも検出できない。図4では、スパイク電圧波形(U1b)の次にスパイク検出信号を生成する元となるWN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(W2b)に対応するスパイク角度がRwb(<Rw)と小さくなり、この次の、VN電圧波形に現れるスパイク電圧波形(V1b)に対応するスパイク角度もRvb(<Rv)と小さくなって、CPU11がこれらスパイク電圧波形(W2b)やスパイク電圧波形(V1b)に対応するスパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりも検出できないことを示している。尚、図4において、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がり以降のスパイク検出信号は破線で示し、検出できない立ち上がり/立ち下がりには「△」を付与している。
Even if the spike angle of the UN voltage waveform is reduced, if the spike angle of each phase continues to be small, the subsequent rise / fall of the spike detection signal cannot be detected as described above. In FIG. 4, the spike angle corresponding to the spike voltage waveform (W2b) appearing in the WN voltage waveform that is the source of generation of the spike detection signal next to the spike voltage waveform (U1b) is reduced to Rwb (<Rw). The spike angle corresponding to the spike voltage waveform (V1b) appearing in the VN voltage waveform is also reduced to Rvb (<Rv), and the
CPU11は、最初に検出できなかったスパイク検出信号の立ち上がり以降についても、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった場合は、その度に脱調判断角度Rsとスパイク角度Rvj2とを比較を行う。スパイク角度Rvj2が脱調判断角度Rs以上でなければ、CPU11は、ブラシレスDCモータ200が脱調していないと判断し、ブラシレスDCモータ200の弱め界磁制御を継続する。
The
次に、図5に示すフローチャートを用いて、本実施例におけるCPU11での処理の流れについて説明する。図5に示すフローチャートは、ブラシレスDCモータ200での脱調発生を検知する場合の処理の流れを説明するものであり、STはステップを表しこれに続く番号はステップ番号を表している。
尚、図5では本発明に関わる処理を中心に説明しており、ブラシレスDCモータ200を前述した通常制御にて駆動している場合等の、その他の処理については説明を省略している。
Next, the flow of processing in the
Note that FIG. 5 mainly illustrates the processing related to the present invention, and description of other processing such as when the
制御手段10のCPU11がブラシレスDCモータ200の駆動制御を開始し、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった回数Nを0にリセットする(ST1)。次に、CPU11は、各相に現れたスパイク電圧波形からスパイク検出信号を生成する(ST2)。次に、CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを割り込み処理で検出できたか否かを判断する(ST3)。
The
スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できれば(ST3−Yes)、CPU11は、検出した立ち上がり/立ち下がりに対応する相のスパイク電圧のスパイク角度を記憶部15に記憶し(ST9)、ST1に処理を戻す。
If the rising / falling of the spike detection signal can be detected (ST3-Yes), the
スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなければ(ST3−No)、CPU11は、記憶部15からスパイク角度Rj(本実施例ではRvj1やRvj2)と脱調判断角度Rs(本実施例では24度)とを読み出す(ST4)。次に、CPU11は、脱調判断角度Rs(本実施例では24度)とスパイク角度Rjとを比較し、スパイク角度Rjが脱調判断角度Rs以上であるか否かを判断する(ST5)。
If the rising / falling edge of the spike detection signal cannot be detected (ST3-No), the
スパイク角度Rjが脱調判断角度Rs以上でなければ(ST5−No)、CPU11は、ST1に処理を戻す。スパイク角度Rjが脱調判断角度Rs以上であれば(ST5−Yes)、CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった回数Nをカウント、つまり、前回までの回数Nに1を加算する(ST6)。
If the spike angle Rj is not greater than the step-out determination angle Rs (ST5-No), the
次に、CPU11は、スパイク検出信号の立ち上がり/立ち下がりを検出できなかった回数Nが所定回数Na(本実施例では5回)となったか否かを判断する(ST7)。回数NがNaとなっていなければ(ST7−No)、CPU11は、ST2に処理を戻す。回数NがNaとなっていれば(ST7−Yes)、CPU11は、ブラシレスDCモータ200への通電を停止する脱調保護制御を実行し(ST8)、処理を終了する。
Next, the
以上説明したように、本発明の電動機の制御装置は、生成したスパイク検出信号および記憶したスパイク電圧の幅を用いて電動機での脱調発生を的確に検知できるので、脱調発生の誤検知による不必要な電動機の停止を回避することができる。 As described above, the motor control device of the present invention can accurately detect the occurrence of step-out in the motor using the generated spike detection signal and the width of the stored spike voltage. Unnecessary stopping of the motor can be avoided.
1 交流電源
2 コンバータ回路
3 平滑コンデンサ
4 インバータ回路
5 シャント抵抗
6 仮想中性点電圧回路
7 モータ駆動回路
8 位置検出回路
9 電流検出回路
10 制御手段
11 CPU
12 PWM生成部
13 入力部
14 A/D変換部
41U1、41U2 スイッチング素子
41V1、41V2 スイッチング素子
41W1、41W2 スイッチング素子
42 還流ダイオード
100 制御装置
200 ブラシレスDCモータ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電動機の制御装置は、前記電動機の各相への通電を切り替えた後、切り替えの際に発生する還流電流に起因して発生するスパイク電圧の検出を所定時間だけ許可して同スパイク電圧の発生時間を記憶し、
前記電動機の制御装置は、前記スパイク電圧の立ち上がりあるいは立ち下がりを検出できないときに、最後に検出して記憶した前記スパイク電圧の発生時間を読み出し、
前記電動機の制御装置は、読みだした前記スパイク電圧の発生時間が前記所定時間以上である状態が所定回数続いた場合は、前記電動機が脱調したと判断することを特徴とする電動機の制御装置。 A control device for an electric motor that converts direct current power into alternating current power by an inverter and supplies it to an electric motor, and performs rotation control of the electric motor,
The control device for the electric motor generates the spike voltage by allowing the detection of the spike voltage generated due to the return current generated at the time of switching after switching the energization to each phase of the motor for a predetermined time. Remember time,
When the control device of the electric motor cannot detect the rise or fall of the spike voltage, it reads the generation time of the spike voltage that was detected and stored last,
The control device of the motor, when the state generation time of the spike voltage read is the predetermined time or more has continued for a predetermined number of times, the control unit for an electric motor, characterized by determining that the electric motor is out of step .
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