JP6613379B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、直流電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータを備え、このインバータの出力を三相モータへの駆動電力として出力するモータ駆動装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a motor drive device that includes an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage by switching, and that outputs the output of the inverter as drive power to a three-phase motor.
直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換するインバータを備え、このインバータの出力をモータへの駆動電力として出力するモータ駆動装置は、モータの巻線に流れる電流を検出し、その検出電流からモータの速度(ロータの角速度)を推定し、この推定速度が目標速度となるようにインバータのスイッチングを制御する。具体的には、目標速度、及び推定速度と目標速度との差、に応じて電圧レベルが変化する指令信号を生成し、その指令信号の電圧レベルとキャリア信号(三角波信号)の電圧レベルとを比較し、その比較結果に応じてパルス幅(オンパルスのオン期間及びオン,オフデューティ)が定まるパルス幅変調信号(Pulse Width Modulation)信号いわゆるPWM信号を生成し、そのPWM信号に応じてインバータのスイッチング素子をオン,オフ駆動する。 A motor drive device that includes an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage of a predetermined frequency by switching, and that outputs the output of the inverter as drive power to the motor, detects the current flowing in the motor winding, and from the detected current The speed of the motor (angular speed of the rotor) is estimated, and switching of the inverter is controlled so that this estimated speed becomes the target speed. Specifically, a command signal whose voltage level changes according to the target speed and the difference between the estimated speed and the target speed is generated, and the voltage level of the command signal and the voltage level of the carrier signal (triangular wave signal) are determined. Compare and generate pulse width modulation signal (Pulse Width Modulation) signal so-called PWM signal whose pulse width (ON period and on / off duty of on-pulse) is determined according to the comparison result, and inverter switching according to the PWM signal The element is turned on / off.
目標速度、及び推定速度と目標速度との差、に応じて生成されるPWM信号のパルス幅は、目標速度が低いほど短くなる。一方、スイッチング素子のパルス幅には、スイッチング素子の特性上、それ以上は縮めることのできない最小限度(最小パルス幅ともいう)がある。モータの起動時や低速度回転時など、PWM信号のパルス幅がその最小限度を下回った場合には、スイッチング素子を的確にオン,オフできなくなり、モータを安定して駆動できない状態となる。 The pulse width of the PWM signal generated according to the target speed and the difference between the estimated speed and the target speed becomes shorter as the target speed is lower. On the other hand, the pulse width of the switching element has a minimum level (also referred to as a minimum pulse width) that cannot be further reduced due to the characteristics of the switching element. When the pulse width of the PWM signal falls below the minimum level, such as when the motor is started or rotated at a low speed, the switching element cannot be turned on and off accurately, and the motor cannot be driven stably.
本発明の実施形態の目的は、パルス幅変調信号のパルス幅をスイッチング素子のオン期間の最小限度以上に維持することができ、これによりスイッチング素子を誤動作なく的確にオン,オフすることができる信頼性にすぐれたモータ駆動装置を提供することである。 The object of the embodiment of the present invention is to maintain the pulse width of the pulse width modulation signal to be equal to or more than the minimum of the ON period of the switching element, so that the switching element can be accurately turned on and off without malfunction. It is an object to provide a motor drive device excellent in performance.
請求項1のモータ駆動装置は、インバータおよびコントローラを備える。インバータは、複数のスイッチング素子を有し、これらスイッチング素子のオン,オフにより三相モータへ駆動電圧を供給する。コントローラは、パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する。とくに、コントローラは、二相変調形式の前記パルス幅変調信号を算出し、算出したパルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値未満となる場合には、前記算出したパルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記算出したパルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する。
The motor drive device according to
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、商用交流電源1にコンバータ2が接続され、そのコンバータ2の出力端にインバータ10が接続されている。コンバータ2は、商用交流電源1の交流電圧を直流電圧に変換するダイオードブリッジ3、およびこのダイオードブリッジ3の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ4を含む。インバータ10は、三相インバータで、U相用の一対のスイッチング素子T1,T2の直列回路、V相用の一対のスイッチング素子T3,T4の直列回路、W相用の一対のスイッチング素子T5,T6の直列回路を含み、コンバータ2の出力電圧をスイッチング素子T1〜T6のオン,オフにより所定周波数および所定レベルの交流電圧に変換し、それを三相ブラシレスDCモータ(以下、DCモータという)20へ駆動電圧として出力する。スイッチング素子T1〜T6は、例えばMOSFETやIGBTである。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a
DCモータ20は、三相相巻線Lu,Lv,Lwを有するステータ(電機子)21、および複数の永久磁石が埋設されたロータ(回転子)22を有する。このDCモータ20は、例えば圧縮機の駆動用モータとして用いる。
The
コンバータ2とインバータ10との間の負側ラインに、電流検出手段であるシャント抵抗11が挿入接続されている。インバータ10のスイッチングによってインバータ10からDCモータ20の相巻線Lu,Lv,Lwに電流が流れると、シャント抵抗11に電圧が生じる。このシャント抵抗11に生じる電圧がコントローラ30に供給される。
A
コントローラ30は、DCモータ20の速度が目標速度ωrefとなるようにパルス幅(オンパルスのオン期間及びオン,オフデューティ)が変化するパルス幅変調信号(PWM信号という)を二相変調または三相変調により生成し、生成したPWM信号に応じてインバータ10のスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行うもので、電流検出部31、速度推定部32、速度制御部33、PWM信号生成部34を含む。
The
電流検出部31は、シャント抵抗11に生じる電圧をA/D(アナログ/ディジタル)変換して読取り、その読取結果とその読取り時のインバータ10の出力からDCモータ20の各々の相巻線Lu,Lv,Lwに流れる電流を検出する。なお、インバータ10とDCモータ20との三相接続線の各々にシャント抵抗を挿入接続し、直接DCモータ20の各相巻線に流れる電流を検出してもよい。
The
速度推定部32は、起動後のDCモータ20のロータ速度(ロータ22の角速度)ωest及びロータ位置(ロータ22の回転位置)を、電流検出部31の検出電流に基づく演算により推定する。
The
速度制御部33は、外部から入力される目標速度ωref、及び上記速度推定部32の推定速度ωestと目標速度ωrefとの差に応じてインバータが出力すべき出力電圧を決定し、決定した出力電圧をPWM信号生成部34に指令する。速度制御部33は、この出力電圧の決定及び指令を、PWM信号を作成するキヤリア周期ごとに、または所定のキャリア周期ごとに、実行する。
The
また、速度制御部33は、運転・停止を指示する外部信号X1により運転開始が指示された当初のモータ起動時においては、予め定められた固定パターンからなる強制転流用の出力電圧をPWM信号生成部34に指令する。さらに、速度制御部33は、強制転流による起動運転のモードとロータ位置推定による位置検知運転(ベクトル制御運転)のモードとを切換えると共に、その切換えをPWM信号生成部34に通知する。
In addition, the
PWM信号生成部34は、速度制御部33から指令される出力電圧に対応する二相変調波信号の電圧レベルと所定周期のキャリア信号(三角波信号)の電圧レベルとの比較に基づくパルス幅変調により、三相分のU相PWM信号,V相PWM信号,W相PWM信号を生成する。これらPWM信号に応じてインバータ10のスイッチング素子T1〜T6がオン,オフする。これにより、DCモータ20の相巻線Lu,Lv,Lw電流が流れる。
The PWM
PWM信号生成部34は、上記各PWM信号を生成するための主要な機能として、パルス幅判定部(判定手段)34a、第1制御部(第1制御手段)34b、モード判定部(モード判定手段)34c、第2制御部(第2制御手段)34d、第3制御部(第3制御手段)34e、第4制御部(第4制御手段)34fを含む。これらの機能は、コントローラ30を構成するマイクロコンピュータに組込まれたソフトウェアプログラムにより構築される。また、上述した速度推定部32及び速度制御部33も、コントローラ30を構成するマイクロコンピュータに組込まれたソフトウェアプログラムにより構築される。なお、これらソフトウェアプログラムによる構築に代えて、半導体素子からなる論理回路による構築を採用することも可能である。ただし、半導体素子からなる論理回路による構築は、回路構成が極めて複雑になるため、一般的ではない。
The PWM
第1制御部34bは、速度制御部33から指令される出力電圧に対応する二相変調波信号と所定周期のキャリア信号に基づき、次のキャリア周期Tにおいて生成すべき二相変調形式のPWM信号(PWM信号パターン)を算出する。PWM信号を二相変調で生成するための二相変調波信号は、三相正弦波信号の1周期の区間において、いずれか1つの相の電圧が120度の範囲で0Vとなって残りの2つの相の電圧が互いに120度ずれた波形となる。この二相変調波信号の電圧レベルとキャリア信号の電圧レベルとの比較により、図3,図4に一例を示す二相変調形式のPWM信号が生成される。この二相変調形式のPWM信号を用いれば、三相変調形式のPWM信号を用いる場合に比べ、スイッチング回数が少なくなり、スイッチングロスを減らして効率を向上させることができる。
The
パルス幅判定部34aは、第1制御部34bが算出した次のキャリア周期Tで生成すべきU相PWM信号,V相PWM信号,W相PWM信号のそれぞれオンパルスのパルス幅(オン期間という)t1を算定し、そのオン期間t1が設定値ts以上であるか否かを判定する。なお、ここで言うオンパルスとは各相の上側スイッチング素子T1,T3,T5をオンする信号を意味する。また、これらPWM信号は二相変調によって作られているため、各PWM信号のうちいずれかの一相はオンパルスを含まない。オンパルスを含まない相のPWM信号は、判定対象外となる。パルス幅判定部34aは、この判定を次のキャリア周期Tで生成すべきPWM信号が第1制御部34bで算出されるたびに実施する。
The pulse
第1制御部34bで算出される二相変調形式の各PWM信号の一例を図3に示す。通電相のU相及びV相PWM信号はそれぞれオンパルスを含み、非通電相(基準電位相)のW相PWM信号はオンパルスを含まない。通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1はいずれも設定値ts以上であるため、パルス幅判定部34aの判定結果は肯定となる。一方、第1制御部34bが別のタイミングで算出した二相変調形式のPWM信号を図4に示す。この場合、U相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1は設定値ts未満となっているため、パルス幅判定部34aの判定結果は否定となる。
An example of each PWM signal in the two-phase modulation format calculated by the
第2制御部34bは、パルス幅判定部34aの判定結果を受け、その判定結果が肯定の場合、すなわち図3に示すように各PWM信号におけるすべてのオンパルスのオン期間t1が設定値ts以上である場合、第1制御部34bが算出した二相変調形式の各PWM信号を次のキャリア周期Tにおいて実際に生成し、生成した各PWM信号によりインバータ10のスイッチング素子T1〜T6を駆動する。
The
モード判定部34cは、速度制御部33からの指令に基づき、当該コントローラ30の制御状態が、強制転流による起動運転のモードであるか、または通常のロータ位置推定に基づく位置検知運転(ベクトル制御運転)のモードであるか、を判定する。
Based on a command from the
パルス幅判定部34aの判定結果が否定で、モード判定部34cの判定結果が起動運転のモードである場合、詳細を後述する第3制御部34eで生成される三相変調形式の各PWM信号によりインバータ10のスイッチング素子T1〜T6が駆動される。一方、パルス幅判定部34aの判定結果が否定で、モード判定部34cの判定結果がロータ位置推定に基づく位置検知運転のモードである場合、詳細を後述する第4制御部34fで生成される二相変調形式の各PWM信号によりインバータ10のスイッチング素子T1〜T6が駆動される。
When the determination result of the pulse
続いて、第3制御部34e及び第4制御部34fによる各PWM信号波形の生成方法について、詳細を説明する。 Subsequently, a method for generating each PWM signal waveform by the third control unit 34e and the fourth control unit 34f will be described in detail.
第3制御部34eは、DCモータ20の起動のための強制転流の期間において、第1制御部34bで算出された二相変調形式の各PWM信号のいずれかにおけるオンパルスのオン期間t1が設定値ts未満の場合、第1制御部34bで算出された二相変調形式の各PWM信号を、最短オン期間(最短パルス幅)t1が設定値ts以上でかつ第1制御部34bで算出された二相変調形式の各PWM信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式の各PWM信号に補正し、補正した三相変調形式の各PWM信号を次のキャリア周期Tにおいて実際に生成し、生成した三相変調形式の各PWM信号によりインバータ10のスイッチング素子T1〜T6を駆動する。補正前の二相変調形式の各PWM信号を図4に示し、補正後の三相変調形式の各PWM信号を図5に示している。
In the period of forced commutation for starting up the
具体的には、第3制御部34eは、第1制御部34で算出された二相変調形式の各PWM信号のうち、2つの通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加し、残りの1つの非通電相のW相PWM信号に設定値tsと同じ幅のオンパルスを付加することにより、第1制御部34で算出された二相変調形式のPWM信号を三相変調形式のPWM信号に補正する。とくに、通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加する手段として、U相及びV相PWM信号におけるオンパルスの前後に同じ時間幅“ts/2”のオンパルスをそれぞれ付加する。非通電相のW相PWM信号に設定値tsと同じ幅のオンパルスを付加する手段として、設定値tsと同じ幅のオンパルスをそのオンパルスの中心位置が通電相のU相及びV相PWM信号のオンパルスの中心位置と一致するように付加する。なお、通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスは、もともとキャリア周期Tの中心に位置するので、補正後の非通電相のW相PWM信号におけるオンパルスもキャリア周期Tの中心に位置することになる。
Specifically, the third control unit 34e includes an on-period t1 of on-pulses in the U-phase and V-phase PWM signals of two energized phases among the PWM signals of the two-phase modulation format calculated by the
このように二相変調形式のU相PWM信号,V相PWM信号,W相PWM信号のすべてに対して同じ時間幅(設定値ts)のオンパルスを付加することにより、三相変調形式のU相PWM信号,V相PWM信号,W相PWM信号を生成できる。この三相変調形式のPWM信号は、すべてのオンパルスが設定値ts以上の時間幅を持つとともに、二相変調形式のPWM信号と相間電圧が同じとなる。 In this way, by adding an ON pulse having the same time width (set value ts) to all of the U-phase PWM signal, the V-phase PWM signal, and the W-phase PWM signal in the two-phase modulation format, the U-phase in the three-phase modulation format. A PWM signal, a V-phase PWM signal, and a W-phase PWM signal can be generated. In this three-phase modulation type PWM signal, all on-pulses have a time width equal to or greater than the set value ts, and the interphase voltage is the same as that of the two-phase modulation type PWM signal.
第4制御部34fは、DCモータ20の起動が完了した後の位置検知運転において、第1制御部34bで算出された二相変調形式の各PWM信号のいずれかのオンパルスのオン期間t1が設定値ts未満の場合、第1制御部34bで算出された二相変調形式の各PWM信号における最短オンパルスのオン期間t1を設定値ts以上となるように増加方向に補正し、補正した各PWM信号を次のキャリア周期Tにおいて実際に生成し、生成した二相変調形式の各PWM信号によりインバータ10のスイッチング素子T1〜T6を駆動する。補正前の二相変調形式の各PWM信号を図4に示し、補正後の二相変調形式の各PWM信号を図6に示している。
In the position detection operation after the start of the
具体的には、第4制御部34fは、第1制御部34で算出された二相変調形式の各PWM信号のうち、2つの通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加する補正を行い、残りの1つの非通電相のW相PWM信号については何も操作しない。とくに、通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加する具体例として、U相及びV相PWM信号におけるオンパルスの前後に一定幅Δtのオンパルスをそれぞれ付加する。一定幅Δtは、設定値tsと最短オンパルスのオン期間(最短パルス幅)t1との差の半分の値[=(ts−t1)/2]である。つまり、補正後には、最短オンパルスのオン期間t1が設定値tsと同じになる。なお、通電相のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスは、もともとキャリア周期Tの中心に位置するので、補正後のU相及びV相PWM信号におけるオンパルスもキャリア周期Tの中心に位置する。
Specifically, the fourth control unit 34f includes an on-period t1 of on-pulses in the U-phase and V-phase PWM signals of the two energized phases among the PWM signals of the two-phase modulation format calculated by the
つぎに、コントローラ30が実行する制御を図2のフローチャートを参照しながら説明する。
コントローラ30は、起動の旨、すなわち、停止状態から運転へ切り替える、外部信号X1を受けた場合(ステップS1のYES)、DCモータ20のロータ22を強制的に牽引するために次のキャリア周期Tで生成すべき二相変調形式の三相PWM信号を算出する(ステップS2)。続いて、コントローラ30は、算出した各PWM信号におけるオンパルスのうち最も短い幅のオンパルスのオン期間(最短パルス幅)t1を求める(ステップS3)。そして、コントローラ30は、求めたオン期間t1が設定値ts以上であるか否かを判定する(ステップS4)。この判定結果が肯定の場合(t1≧ts;ステップS4のYES)、コントローラ30は、ステップS2で算出した二相変調形式の三相PWM信号を実際に生成し、生成したPWM信号に応じてインバータ10のスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動する(ステップS8)。Next, the control executed by the
When the
インバータ10のスイッチング素子T1〜T6のオン期間には、スイッチング素子T1〜T6の特性上、それ以上は縮めることのできない最小限度(最小パルス幅ともいう)がある。DCモータ20の起動時や低速度回転時など、三相PWM信号におけるオンパルスのオン期間がその最小限度を下回った場合には、スイッチング素子T1〜T6を的確にオン,オフできなくなる。上記設定値tsは、この最小限度に相当する。
In the ON period of the switching elements T1 to T6 of the
上記スイッチング素子T1〜T6のオン,オフ駆動に伴い、コントローラ30は、モータ電流を検出する(ステップS9)。続いて、コントローラ30は、位置検知運転の実行中であるか否かを判定する(ステップS10)。起動の旨の外部信号X1を受けてからモータ電流に基づくロータ位置推定ができるようになるまでは、コントローラ30は、強制転流による起動運転を行い、位置検知運転にはまだ入っていない。
As the switching elements T1 to T6 are turned on / off, the
強制転流による起動運転中において(ステップS10のNO)、コントローラ30は、位置検知運転が可能な状態にあるか否かを判定する(ステップS11)。ここでは、ステップS9で検出したモータ電流が所定値に達していれば、コントローラ30は、モータ起動が完了して位置検知運転が可能な状態にあると判定する(ステップS11のYES)。ステップS9で検出したモータ電流が所定値に達していなければ、コントローラ30は、まだ位置検知運転が可能な状態にないと判定する(ステップS11のNO)。
During the startup operation by forced commutation (NO in step S10), the
位置検知運転が可能な状態にない場合(ステップS11のNO)、すなわちDCモータ20の起動が完了していない場合、コントローラ30は、DCモータ20を強制転流させるためのインバータ10の出力電圧及び出力周波数を、予め定められた固定パターンに応じて徐々に上昇させるべく設定する(ステップS12)。続いて、コントローラ30は、停止の旨の外部信号X1を受けているか否かを判定する(ステップS13)。
When the position detection operation is not possible (NO in step S11), that is, when the activation of the
停止の旨の外部信号X1を受けていない場合(ステップS13のNO)、コントローラ30は、ステップS2に戻り、ステップS12で設定した出力電圧を得るために次のキャリア周期Tにおいて生成すべき二相変調形式の三相PWM信号を算出する(ステップS2)。この生成に伴い、コントローラ30は、ステップS3からの処理を実行する。
If the external signal X1 indicating the stop is not received (NO in step S13), the
その後、DCモータ20の起動が完了して位置検知運転が可能な状態になった場合(ステップS11のYES)、コントローラ30は、位置検知運転(ベクトル制御運転)のモードを設定する(ステップS14)。そして、コントローラ30は、目標速度ωref、及び推定速度ωestと目標速度ωrefとの差に応じてDCモータ20の速度を制御するためのインバータ10の出力電圧及び出力周波数を設定する(ステップS15)。続いて、コントローラ30は、停止の旨の外部信号X1を受けているか否かを判定する(ステップS13)。
Thereafter, when the activation of the
停止の旨の外部信号X1を受けていない場合(ステップS13のNO)、コントローラ30は、ステップS2に戻り、ステップS15で設定した出力電圧を得るために次のキャリア周期Tにおいて生成すべき二相変調形式の三相PWM信号を算出する(ステップS2)。この生成に伴い、コントローラ30は、
ステップS3からの処理を実行する。When the external signal X1 indicating the stop is not received (NO in Step S13), the
The process from step S3 is executed.
ステップS3では、求めたオン期間t1が設定値ts未満の場合(t1<ts;ステップS4のNO)、コントローラ30は、位置検知運転の実行中であるか否かを判定する(ステップS5)。
In step S3, when the determined ON period t1 is less than the set value ts (t1 <ts; NO in step S4), the
強制転流による起動運転中であれば(ステップS5のNO)、コントローラ30は、ステップS2で算出した二相変調形式のPWM信号を上述した第3制御部34eの制御により図5に示すような三相変調形式のPWM信号に補正する(ステップS6)。すなわち、ステップS2で算出した二相変調形式のPWM信号のうち、2つの通電相の各PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加し、残りの1つの非通電相のPWM信号に設定値tsと同じ幅のオンパルスを付加することにより、三相変調形式のPWM信号を得る。そして、コントローラ30は、補正により得た三相変調形式の三相を実際に生成し、生成したPWM信号に応じてインバータ10のスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動する(ステップS8)。続いて、コントローラ30は、ステップS9からの処理を繰り返す。
If the start-up operation by forced commutation is being performed (NO in step S5), the
一方、ステップS9において、位置検知運転が可能な状態にあれば(YES)、コントローラ30は、ステップS2で算出した二相変調形式のPWM信号を上述した第4制御部34fの制御により図6に示すような同じ二相変調形式のPWM信号に補正する(ステップS7)。すなわち、ステップS2で算出した二相変調形式のPWM信号のうち、2つの通電相の各PWM信号におけるオンパルスのオン期間t1をそれぞれ設定値tsずつ増加し、残りの1つの非通電相のPWM信号については何も操作しないことにより、二相変調形式の各PWM信号を得る。そして、コントローラ30は、補正により得た二相変調形式のU相PWM信号,V相PWM信号,W相PWM信号を実際に生成し、生成した各PWM信号に応じてインバータ10のスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動する(ステップS8)。続いて、コントローラ30は、ステップS9からの処理を繰り返す。
On the other hand, if it is determined in step S9 that the position detection operation is possible (YES), the
このように位置検知運転中は、相間電圧のずれは無視して、二相変調による効率向上を優先するようにしている。補正により生成される二相変調形式の各PWM信号は、通電相の各PWM信号におけるもともと存在するオンパルスの前後に一定幅Δtのオンパルスがそれぞれ追加された波形となる。一定幅Δtは、設定値tsと最短オンパルスのオン期間(最短パルス幅)t1との差の半分の値[=(ts−t1)/2]である。つまり、補正後の二相変調形式の各PWM信号における最短オンパルスのオン期間t1は、スイッチング素子T1〜T6を安定して駆動することができる設定値tsとなる。 In this way, during the position detection operation, the shift in the interphase voltage is ignored and priority is given to the efficiency improvement by the two-phase modulation. Each PWM signal in the two-phase modulation format generated by the correction has a waveform in which an ON pulse having a constant width Δt is added before and after the ON pulse originally present in each PWM signal in the energized phase. The constant width Δt is a value [= (ts−t1) / 2] which is a half of the difference between the set value ts and the on-period (shortest pulse width) t1 of the shortest on-pulse. That is, the on-period t1 of the shortest on-pulse in each PWM signal in the two-phase modulation format after correction is a set value ts that can drive the switching elements T1 to T6 stably.
以上の動作をまとめると、起動完了までは、予め算出した二相変調形式のPWM信号における最小オンパルスのオン期間t1が設定値ts以上の長さであることを条件に、その二相変調形式のPWM信号によりインバータ10を駆動する。これにより、効率のよい運転が可能となる。一方、予め算出した二相変調形式のPWM信号の最小オンパルスのオン期間t1が設定値tsより短い場合は、予め算出した二相変調形式のPWM信号を、最小オンパルスのオン期間t1が設定値ts以上でかつ予め算出した二相変調形式のPWM信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のPWM信号に補正し、補正した三相変調形式のPWM信号によりインバータ10を駆動する。これにより、駆動が不安定となりやすい起動運転中においても、DCモータ20を安定して駆動できる。
Summarizing the above operations, until the start is completed, the two-phase modulation format of the two-phase modulation format is obtained on condition that the on-period t1 of the minimum on-pulse in the PWM signal of the two-phase modulation format calculated in advance is longer than the set value ts. The
以上のように、DCモータ20を起動する際は、先ずは二相変調により強制転流用のPWM信号を生成してスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動するので、強制転流用のPWM信号を三相変調により生成してスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動する場合よりも、スイッチング素子T1〜T6のオン,オフ回数を少なくすることができ、よって効率が向上する。
As described above, when the
起動時の強制転流中に二相変調により生成する強制転流用のPWM信号におけるいずれかのオンパルスのオン期間t1が設定値ts未満となる場合、二相変調による生成のまま2つの相のPWM信号におけるオンパルスのオン期間t1を増加方向に補正したのではインバータ10の出力電圧のレベルが補正前と異なってしまうので、U,V,W相のすべてのPWM信号に設定値tsのオン期間を持つオンパルスを付加する。これにより、インバータ10の出力電圧のレベルを補正前と変わらない状態に維持しながら、各PWM信号におけるそれぞれオンパルスのオン期間t1をスイッチング素子T1〜T6のオン期間の最小限度値である設定値ts以上に維持することができる。インバータ10の出力電圧のレベルが補正前と変わらないので、DCモータ20に脱調等の不具合が生じず、各PWM信号のそれぞれオン期間t1をスイッチング素子T1〜T6のオン期間の最小限度以上に維持することができるので、スイッチング素子T1〜T6を誤動作なく的確にオン,オフすることができる。
When the on-period t1 of any on-pulse in the PWM signal for forced commutation generated by the two-phase modulation during the forced commutation at the time of start is less than the set value ts, the two-phase PWM remains generated by the two-phase modulation. If the ON period t1 of the on-pulse in the signal is corrected in the increasing direction, the level of the output voltage of the
しかも、補正の手段として、オンパルスがない1つの相のPWM信号に対して、キャリア周期の中心に合わせてオン期間tsのオンパルスを付加し、オンパルスが存在する他の2つの相の各PWM信号に対しては、そのオンパルスの前後にそれぞれ均等のオン期間ts/2を付加するので、インバータ10の出力電圧の位相がR相,S相,T相の相互間で同じになる。よって、起動中のDCモータ20を安定して駆動することができる。
Moreover, as a correction means, an on-pulse having an on-period ts is added to the PWM signal of one phase having no on-pulse in accordance with the center of the carrier cycle, and the PWM signals of the other two phases having the on-pulse are added to each PWM signal. On the other hand, since an equal ON period ts / 2 is added before and after the ON pulse, the phase of the output voltage of the
DCモータ20の起動が完了した後の位置検知運転でも、二相変調により生成した速度制御用の各PWM信号によってスイッチング素子T1〜T6をオン,オフ駆動するので、スイッチング素子T1〜T6のオン,オフ回数を少なくすることができ、効率が向上する。
Even in the position detection operation after the start-up of the
また、位置検知運転中に二相変調により生成する各PWM信号におけるいずれかのオンパルスのオン期間t1が設定値ts未満となる場合は、各PWM信号のそれぞれオンパルスのオン期間t1を、互いに同じ(ts−t1)の期間だけ増加方向に補正するので、速度制御用の各PWM信号におけるそれぞれオンパルスのオン期間t1をスイッチング素子T1〜T6のオン期間の最小限度以上に維持することができる。よって、スイッチング素子T1〜T6を誤動作なく的確にオン,オフすることができる。 Further, when the on-period t1 of any on-pulse in each PWM signal generated by two-phase modulation during the position detection operation is less than the set value ts, the on-period t1 of each on-pulse of each PWM signal is the same as each other ( Since the correction is made in the increasing direction only during the period of ts-t1), the on-period t1 of the on-pulse in each PWM signal for speed control can be maintained above the minimum of the on-period of the switching elements T1 to T6. Therefore, the switching elements T1 to T6 can be accurately turned on and off without malfunction.
この場合、二相変調なので、補正されるのは2つ相のPWM信号におけるオンパルスのオン期間t1であり、オンパルスの存在しない残りの1相のPWM信号はもともと零レベルを維持するので、インバータ10の出力電圧のレベルが補正前と少し変わることになるが、位置検知運転中にあるため、DCモータ20の駆動は安定運転に入っていることから、この補正による小さな電圧レベルのズレによってDCモータ20に脱調等の不具合が生じることはなく、よって二相変調による効率の向上が優先できる。
In this case, since it is a two-phase modulation, the on-pulse on period t1 in the two-phase PWM signal is corrected, and the remaining one-phase PWM signal having no on-pulse originally maintains the zero level. Although the output voltage level of the
なお、起動時の強制転流中に二相変調形式から三相変調形式への補正の手段として、二相変調形式の各PWM信号のすべてのPWM信号に設定値tsのオン期間を持つオンパルスを付加したが、元々の二相変調形式のPWM信号と同じ出力となる三相変調信号を、一般的な正弦波-三角波比較法によって作成することで、オンパルスの最小オン期間t1が設定値ts以上となるのであれば、それでもよい。 As a means for correcting from the two-phase modulation format to the three-phase modulation format during forced commutation at start-up, all PWM signals of each PWM signal in the two-phase modulation format have ON pulses having an ON period of the set value ts. Although added, a three-phase modulation signal having the same output as the original PWM signal in the two-phase modulation format is generated by a general sine wave-triangular wave comparison method, so that the minimum on period t1 of the on pulse is equal to or greater than the set value ts. If so, that's fine.
また、強制転流中のインバータ10の出力目標は、予め定められた出力電圧及び出力周波数を時間の経過とともに所定割合で増加させていくことから、事前にオンパルスの最小オン期間t1が、設定値ts未満となる出力タイミングを事前に把握しておくことも可能である。したがって、起動時の強制転流中において、出力すべきオンパルスの最小オン期間t1を設定値ts以上に確保できる三相変調形式の各PWM信号を予め記憶しておき、オンパルスの最小オン期間t1が設定値ts未満となるタイミングが来たところで、記憶しておいた三相変調形式の各PWM信号を生成することも可能である。ただし、この場合には、強制転流運転の全期間中にわたって、上記タイミングに合わせて出力すべき各PWM信号を記憶しておく必要があるため、記憶容量の大きなメモリを用いなければならない。
Further, the output target of the
上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形例は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
本発明の実施形態のモータ駆動装置は、例えば圧縮機を駆動するモータへの利用が可能である。 The motor drive device according to the embodiment of the present invention can be used for a motor that drives a compressor, for example.
Claims (6)
パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
二相変調形式の前記パルス幅変調信号を算出し、算出したパルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値未満となる場合には、前記算出したパルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記算出したパルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する、
ことを特徴とするモータ駆動装置。An inverter having a plurality of switching elements, and supplying a driving voltage to the three-phase motor by turning these switching elements on and off;
A controller for turning on and off the switching element by a pulse width modulation signal having a variable pulse width, and
The controller is
When the pulse width modulation signal in the two-phase modulation format is calculated and the shortest pulse width of the calculated pulse width modulation signal is less than a set value, the calculated pulse width modulation signal is calculated using the shortest pulse width as the set value. Correction to the pulse width modulation signal of the three-phase modulation format in which the phase voltage is the same as the calculated pulse width modulation signal as described above, and the switching element is driven on and off by the corrected pulse width modulation signal.
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
二相変調形式のパルス幅変調信号を算出する第1制御手段と、
前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値以上となるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が肯定の場合、前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する第2制御手段と、
前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する第3制御手段と、
を含む、
ことを特徴とするモータ駆動装置。An inverter having a plurality of switching elements, and supplying a driving voltage to the three-phase motor by turning these switching elements on and off;
A controller for turning on and off the switching element by a pulse width modulation signal having a variable pulse width, and
The controller is
First control means for calculating a two-phase modulation type pulse width modulation signal;
Determination means for determining whether or not the shortest pulse width of the pulse width modulation signal calculated by the first control means is a set value or more;
If the determination result of the determination means is affirmative, second control means for driving the switching element on and off by the pulse width modulation signal calculated by the first control means;
Wherein when the determination result of the determination means is negative, the said pulse width modulation signal calculated by the first control means is the shortest pulse width is more than the set value and wherein the pulse width calculated by the first control means modulation Third control means for correcting to a pulse width modulation signal of a three-phase modulation format in which the interphase voltage is the same as the signal, and driving the switching element on and off by the corrected pulse width modulation signal;
including,
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
二相変調形式のパルス幅変調信号を算出する第1制御手段と、
前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値以上となるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が肯定の場合、前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する第2制御手段と、
前記モータの起動のための強制転流の期間において、前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する第3制御手段と、
前記モータの起動が完了後、前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅を前記設定値以上となるように増加方向に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン,オフ駆動する第4制御手段と、
を含む、
ことを特徴とするモータ駆動装置。An inverter having a plurality of switching elements, and supplying a driving voltage to the DC brushless three-phase motor by turning these switching elements on and off;
A controller for turning on and off the switching element by a pulse width modulation signal having a variable pulse width, and
The controller is
First control means for calculating a two-phase modulation type pulse width modulation signal;
Determination means for determining whether or not the shortest pulse width of the pulse width modulation signal calculated by the first control means is a set value or more;
If the determination result of the determination means is affirmative, second control means for driving the switching element on and off by the pulse width modulation signal calculated by the first control means;
If the determination result of the determination means is negative during the forced commutation period for starting the motor, the pulse width modulation signal calculated by the first control means is the shortest pulse width greater than or equal to the set value. In addition, the pulse width modulation signal is corrected to a three-phase modulation type pulse width modulation signal having the same interphase voltage as the pulse width modulation signal calculated by the first control means, and the switching element is driven on and off by the corrected pulse width modulation signal. Third control means for
After the start of the motor is completed, if the determination result of the determination unit is negative, the shortest pulse width of the pulse width modulation signal calculated by the first control unit is corrected in an increasing direction so as to be equal to or greater than the set value. A fourth control means for driving the switching element on and off by the corrected pulse width modulation signal;
including,
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のモータ駆動装置。The third control means increases the pulse widths of the pulse width modulation signals of two energized phases among the pulse width modulation signals calculated by the first control means by the set value, respectively, and the first control means The pulse width modulation signal calculated by the first control means by adding a pulse having the same width as the set value to the pulse width modulation signal of one non-conduction phase among the pulse width modulation signals calculated in To the pulse width modulation signal of the three-phase modulation format,
The motor driving device according to claim 2 or claim 3, wherein
前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち2つの通電相のパルス幅変調信号のパルス幅を、それぞれのパルスの前後に一定幅のパルスを付加することにより前記設定値以上に増加し、
前記第1制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち1つの非通電相のパルス幅変調信号において、前記通電相のパルス幅変調信号のパルスと対応する位置に、前記設定値と同じ幅のパルスをそのパルスの中心位置が前記通電相のパルス幅変調信号のパルスの中心位置と一致する状態に付加する
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。The third control means includes
Of the pulse width modulation signals calculated by the first control means, the pulse widths of the pulse width modulation signals of the two energized phases are made equal to or greater than the set value by adding a constant width pulse before and after each pulse. Increase,
In the pulse width modulation signal of one non-energized phase among the pulse width modulation signals calculated by the first control means, the same width as the set value at a position corresponding to the pulse of the pulse width modulation signal of the energized phase The motor drive device according to claim 4, wherein the center position of the pulse is added to a state where the center position of the pulse coincides with the center position of the pulse of the pulse width modulation signal of the energized phase.
ことを特徴とする請求項3記載のモータ駆動装置。The fourth control means increases the pulse width of the pulse width modulation signal calculated by the first control means to the set value or more by adding a pulse having a constant width before and after each pulse.
The motor driving device according to claim 3.
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