JP6822286B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
モータ制御装置は、例えば、交流電源から出力された交流電力を直流電力へ変換する整流回路と、整流回路で交流電力から変換された直流電力を三相交流電力へ変換してモータへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを含み、モータを駆動制御する。 The motor control device is, for example, a rectifying circuit that converts AC power output from an AC power supply into DC power, and an inverter that converts DC power converted from AC power by the rectifying circuit into three-phase AC power and supplies it to the motor. And a control unit that controls the inverter, and drives and controls the motor.
例えば、空気調和機の圧縮機がシングルロータリ圧縮機である場合、モータが駆動するロータの回転にともなって、圧縮機の1回転中に周期的な負荷変動(トルク変動)が生じる。このため、モータの出力トルクが一定であると負荷変動によるロータの回転ムラが生じ、圧縮機において振動や騒音が発生する。そこで、シングルロータリ圧縮機のモータを駆動制御するモータ制御装置は、回転ムラが生じないように、例えば、モータの出力トルクを負荷変動に合わせるトルク補正を行っている。 For example, when the compressor of an air conditioner is a single rotary compressor, periodic load fluctuations (torque fluctuations) occur during one rotation of the compressor as the rotor driven by the motor rotates. Therefore, if the output torque of the motor is constant, the rotation of the rotor becomes uneven due to the load fluctuation, and vibration and noise are generated in the compressor. Therefore, the motor control device that drives and controls the motor of the single rotary compressor, for example, performs torque correction that adjusts the output torque of the motor to the load fluctuation so that rotation unevenness does not occur.
このトルク補正では、例えば、モータの通電相ごとの区間時間から角加速度を算出し、算出した角加速度からモータの1回転内において、負荷トルクが最小となり、角加速度が最大となる最軽負荷区間を特定し、特定した最軽負荷区間を基準として、モータの仕様として予め与えられているモータのトルクカーブをもとに、モータの駆動電圧を補正電圧で補正することにより、回転ムラを抑制し、振動や騒音を防止している(例えば、特許文献1参照)。 In this torque correction, for example, the angular acceleration is calculated from the section time for each energized phase of the motor, and the load torque is minimized and the angular acceleration is maximized within one rotation of the motor from the calculated angular acceleration. Is specified, and the rotation unevenness is suppressed by correcting the drive voltage of the motor with the correction voltage based on the torque curve of the motor given in advance as the specifications of the motor, based on the specified lightest load section. , Vibration and noise are prevented (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、例えば、圧縮機にかかる負荷が低負荷時には、モータ1回転中の角加速度の変化が小さくなり、トルクカーブの特性も変化する場合がある。トルク補正を行う前に前述の最軽負荷区間を特定するためにモータの駆動電圧を一定としてモータを回転させた場合、モータの駆動電圧が、モータに対して、圧縮機が必要とする負荷トルク以上の駆動トルクを与えると、負荷トルクと駆動トルクとが釣り合って角加速度の変化がない平坦区間(角加速度カーブが略平坦となる平坦区間)が現れる場合がある。 However, for example, when the load applied to the compressor is low, the change in the angular acceleration during one rotation of the motor becomes small, and the characteristics of the torque curve may also change. When the motor is rotated with the drive voltage of the motor constant to specify the lightest load section described above before torque correction, the drive voltage of the motor is the load torque required by the compressor with respect to the motor. When the above drive torque is applied, a flat section in which the load torque and the drive torque are balanced and the angular acceleration does not change (a flat section in which the angular acceleration curve is substantially flat) may appear.
そして、平坦区間が前述の最軽負荷区間を含まない場合には、最軽負荷区間で、モータの駆動電圧が、モータに対して、圧縮機が必要とする負荷トルク以上の駆動トルクを与えることになり、角加速度を上昇させてしまう。このような場合、従来のように、最軽負荷区間を基準としてモータの駆動電圧を補正電圧で補正すると、最軽負荷区間でトルク補正が過多となって無駄に電力を消費してしまうだけでなく、回転ムラが生じるという問題がある。 When the flat section does not include the lightest load section described above, the drive voltage of the motor gives the motor a drive torque equal to or higher than the load torque required by the compressor in the lightest load section. And increases the angular acceleration. In such a case, if the drive voltage of the motor is corrected with the correction voltage based on the lightest load section as in the conventional case, the torque correction becomes excessive in the lightest load section and power is wasted. There is a problem that uneven rotation occurs.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータのトルク補正を適切に行い、モータの回転ムラを低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to appropriately correct torque of a motor and reduce uneven rotation of the motor.
上述の課題を解決するため、本発明の実施形態の一例は、モータのロータ位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出回路と、前記位置検出回路により検出された位置検出信号の間隔を1区間とし、区間ごとの区間時間を算出する区間時間算出部と、前記区間時間算出部により算出された区間時間に基づいて区間ごとの前記モータの角速度を算出する区間角速度算出部と、前記区間角速度算出部により算出された区間角速度に基づいて区間ごとの前記モータの角加速度を算出する区間角加速度算出部と、前記区間角加速度算出部により算出された前記モータのロータの機械角1回転内における前記モータの角加速度の最大値をもとに前記モータの駆動電圧を補正する補正部とからなるモータのトルク補正を行うモータ制御装置であって、前記モータのロータの機械角1回転内において、前記区間角加速度算出部により算出された角加速度の変化が予め定めた所定値の範囲内となる平坦区間を検出し、検出した平坦区間が前記モータの角加速度の最大値となる最軽負荷区間を含むか否かを判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記平坦区間を検出し、且つ検出した前記平坦区間が前記最軽負荷区間を含まないと判定された場合、前記平坦区間における前記モータの角加速度をもとに前記モータの駆動電圧を補正することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in one example of the embodiment of the present invention, the interval between the position detection circuit that detects the rotor position of the motor and outputs the position detection signal and the position detection signal detected by the position detection circuit is set. A section time calculation unit that calculates the section time for each section, a section angular velocity calculation unit that calculates the angular velocity of the motor for each section based on the section time calculated by the section time calculation unit, and the section. Within one rotation of the mechanical angle of the rotor of the motor calculated by the section angular acceleration calculation unit that calculates the angular acceleration of the motor for each section based on the section angular velocity calculated by the angular velocity calculation unit and the section angle acceleration calculation unit. A motor control device that corrects the torque of a motor including a correction unit that corrects the drive voltage of the motor based on the maximum value of the angular acceleration of the motor in the above, and within one rotation of the mechanical angle of the rotor of the motor. , The lightest load in which the change in the angular acceleration calculated by the section angular acceleration calculation unit detects a flat section within a predetermined value range, and the detected flat section becomes the maximum value of the angular acceleration of the motor. A determination unit for determining whether or not to include a section is provided, and the determination unit detects the flat section, and when it is determined that the detected flat section does not include the lightest load section, the flat section is included. It is characterized in that the driving voltage of the motor is corrected based on the angular acceleration of the motor in the section.
本発明の実施形態の一例によれば、例えば、モータの回転ムラを低減できるとともに電力消費の削減にもなる。 According to an example of the embodiment of the present invention, for example, the rotation unevenness of the motor can be reduced and the power consumption can be reduced.
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の実施形態で示すモータ制御装置は、空気調和機などに用いられるシングルロータリ圧縮機において、ロータ極数が6極のブラシレス直流モータを駆動するモータ制御装置として説明するが、これに限られず、モータ一般に広く適用できる。以下に示す実施形態および変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せて実施できる。 Hereinafter, embodiments of the motor control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. The motor control device shown in the following embodiment will be described as a motor control device for driving a brushless DC motor having 6 rotor poles in a single rotary compressor used for an air conditioner or the like, but the present invention is not limited to this. It can be widely applied to motors in general. The embodiments and modifications shown below can be appropriately combined and implemented within a consistent range.
[実施形態]
(実施形態にかかるモータ制御装置)
図1は、実施形態にかかるモータ制御装置を概略的に示す図である。図2は、制御部の構成を概略的に示すブロック図である。実施形態にかかるモータ制御装置1は、空気調和機などに用いられる圧縮機のモータ19を駆動する。
[Embodiment]
(Motor control device according to the embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a motor control device according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the control unit. The
図1に示すように、モータ制御装置1は、交流電源Eを直流電源へ変換する整流回路12、平滑コンデンサ14、直流電力を三相の交流電力へ変換してモータへ供給するインバータ15、制御部17、モータ19のロータの回転位置を検出する位置検出回路18を有する。モータ制御装置1は、圧縮機(図示せず)に組み込まれたモータ19の回転を制御する。
As shown in FIG. 1, the
整流回路12は、交流電源Eの交流電圧を整流して、整流回路12の正極端子Pおよび負極端子Nに接続されている平滑コンデンサ14で平滑されることにより直流電圧Vdcに変換してインバータ15に供給する。
The
インバータ15は、半導体スイッチング素子(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)15a〜15fが3相(U相、V相、W相)ブリッジ接続されており、かつ、各々のトランジスタ15a〜15fのコレクタ側にカソード端子を、エミッタ側にアノード端子をそれぞれ接続したダイオード15g〜15lで構成する。このダイオード15g〜15lは、モータ19のステータ巻線の通電相を切り替えた際に発生する還流電流を流すためのフリーホイール(還流)ダイオードである。インバータ15は、整流回路12からの直流電力を三相の交流電力に変換してモータ19へ供給する。
In the
位置検出回路18は、モータ19のロータ(図示せず)の回転位置を検出するもので、U相、V相およびW相で発生する誘起電圧と基準電圧(Vdc/2)とを比較して誘起電圧のゼロクロスを検出して、モータ19のロータの位置を検出(以下、位置検出という)したときに位置検出信号を出力する。位置検出したタイミングから次の位置検出をするまでを1区間とする。モータ19が三相モータの場合、そのロータが1回転する間の区間数は、スロット数を3、ロータの極数をnとすると、3×nで求められる。例えばロータの極数が6極の場合は3×6で18区間となり、この位置検出信号のタイミングに基づいてモータ19のステータ巻線の通電相を切り替える。ある区間でモータ19のロータが一定の回転速度で回転すれば各々の区間時間は一定であり、モータ19の回転速度が低下すると区間時間が1区間前の時間より長くなり、回転速度が上昇すると区間時間が1区間前の時間より短くなる。
The
制御部17は、図1に示すように、位置検出回路18からの位置検出信号に基づいてインバータ制御信号(U、V、W、X、Y、Z)を生成してインバータ15へ出力する。インバータ15のトランジスタ15a、15c、15eをそれぞれU相上アーム、V相上アーム、W相上アームといい、トランジスタ15b、15d、15fをそれぞれU相下アーム、V相下アーム、W相下アームといい、インバータ制御信号U、V、W、X、Y、Zによってアームの切り替え制御とPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御を行いモータ19の回転速度が制御される。
As shown in FIG. 1, the
制御部17は、図2に示すように、区間時間算出部23、実回転数算出部24、基準デューティー比算出部25、トルク制御部2、インバータ制御信号生成部34を有する。トルク制御部2は、区間角速度算出部26、区間角加速度算出部27、判定部3、補正部4を有し、モータの負荷トルク変動に対応するためのトルク制御を行う。
As shown in FIG. 2, the
区間時間算出部23は、位置検出回路18から入力される位置検出信号を用いて前述した1区間の時間間隔(区間時間)を算出する。実回転数算出部24は、区間時間算出部23で算出された区間ごとの区間時間に基づいてモータ19の回転数を算出する。この回転数は、モータ19の実回転数に相当する。
The section
基準デューティー比算出部25は、モータを制御する際の目標とする回転数である目標回転数に対応した基準デューティー比が記憶されていて、目標回転数に応じて基準デューティー比が読み出されて、後述のトルク補正部4を介してインバータ制御信号生成部34に出力され、インバータ制御信号生成部34で生成されたインバータ制御信号に基づいてモータ19が回転する。この目標回転数と実回転数算出部24で算出されたモータ19の実回転数を比較し、実回転数が目標回転数よりも小さければ基準デューティー比算出部25は現在の基準デューティー比からデューティー比を増加させて出力し、実回転数が目標回転数よりも大きい場合は、基準デューティー比を減少させて出力し実回転数を目標回転数に近づけるようになっている。この基準デューティー比は、目標回転数とデューティー比との関係を試験等で求めて設定されている。
The reference duty ratio calculation unit 25 stores the reference duty ratio corresponding to the target rotation speed, which is the target rotation speed when controlling the motor, and the reference duty ratio is read out according to the target rotation speed. The
トルク制御部2の区間角速度算出部26は、区間時間算出部23で算出された区間時間に基づいて区間ごとのロータの回転速度すなわち角速度ωを算出する。3スロット6極の三相モータの場合、ロータの1回転で18区間となり、1区間の回転角度θ(機械角)は360度/18=20度(π/9[rad])となる。この場合の1区間の角速度ωは、ω=π/9[rad]/t(tは対象となる区間時間を表す)である。
The section angular
トルク制御部2の区間角加速度算出部27は、区間角速度算出部26で算出された各区間の角速度ωに基づいて、各区間内での角加速度αを算出する。ここでは、対象となる区間の角加速度αは、対象となる区間の角速度ω1と対象となる区間の1区間前の角速度ω0との差分と対象となる区間時間t1に基づいて算出する。具体的には、角加速度αは、α=(ω1−ω0)/t1である。
The section angular
判定部3は、角加速度偏差算出部28、最小角加速度偏差検出部29、最大角加速度検出部30、基準角加速度検出部31を有し、区間角加速度算出部27で算出された区間ごとの角加速度からモータ19のロータの機械角1回転においての負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間の検出と、角加速度の偏差が所定の範囲内となる連続する複数の区間である平坦区間の検出と、平坦区間を検出した場合にはその平坦区間が最軽負荷区間を含むか否かを判定して、後述の基準角加速度α_stを決定する。
The
判定部3の角加速度偏差算出部28は、区間角加速度算出部27で算出された各区間の角加速度αに基づいて、隣り合う区間ごとの角加速度偏差Δαを算出する。ここでは、対象となる区間の角加速度偏差Δαは、対象となる区間の角加速度α1と1区間前の角加速度α0との差分として算出される。具体的には、角加速度偏差Δαは、Δα=α1−α0である。
The angular acceleration
判定部3の最小角加速度偏差検出部29は、モータ19のロータ1回転内で、角加速度偏差算出部28で算出された角加速度偏差Δαの最小値と最小となる区間を検出し、その区間を最小角加速度偏差区間とする。
The minimum angular acceleration deviation detection unit 29 of the
判定部3の最大角加速度検出部30は、モータ19のロータ1回転内で、区間角加速度算出部27で算出された角加速度が最大となる区間を検出し、この検出された区間がモータ19の負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間となる。
The maximum angular
判定部3の基準角加速度検出部31は、最小角加速度偏差検出部29で検出された最小角加速度偏差区間での角加速度偏差Δαが、ゼロ、もしくは予め設定された所定の範囲内(例えば±2%)となる連続する複数の区間(後述の平坦区間)があるか否かを判定する。この角加速度偏差がゼロの場合とは、モータ19の負荷トルクと駆動トルクとが釣り合っている状態であり、図5に示す角加速度カーブでのH部の区間でありこの区間を平坦区間とする。
In the reference angular
また、図8に示す平坦区間H1、H2のように連続しない平坦区間が複数存在する場合、最大角加速度検出部30で検出された最大角加速度区間(区間7)に最も近い平坦区間H1を最小角加速度偏差区間とする。
Further, when there are a plurality of non-continuous flat sections such as the flat sections H1 and H2 shown in FIG. 8, the flat section H1 closest to the maximum angular acceleration section (section 7) detected by the maximum angular
そして、基準角加速度検出部31は、平坦区間を検出した場合、検出した平坦区間が最大角加速度検出部30で検出した最軽負荷区間を含むか否かを判定する。検出した平坦区間が最軽負荷区間を含まない場合、その平坦区間を最小角加速度偏差区間としてこの区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。一方、基準角加速度検出部31は、平坦区間を検出できない、または、平坦区間を検出し、検出した平坦区間が最軽負荷区間を含む場合には、最大角加速度区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。そして、基準角加速度検出部31は、決定した基準角加速度α_stを補正デューティー比出力部32へ出力する。
Then, when the reference angular
補正部4は、補正デューティー比出力部32、加算部33と、を有し、負荷トルクの変動によって発生する区間ごとの回転速度の変動を補正するための補正デューティー比を算出して、算出した補正デューティー比を基準デューティー比に加算して出力する。
The
補正部4の補正デューティー比出力部32は、負荷トルクの変動による回転速度の変動を補正するための補正デューティー比VcorをVcor=g×(α_st−α_now)により算出する。なお、gはゲイン、α_stは基準角加速度検出部31で確定された基準角加速度、α_nowは現在の区間における角加速度である。ゲインgは、基準角加速度α_stから、現在の区間における角加速度α_nowを減算した角加速度の差分を、電圧値へ変換する定数である。補正デューティー比出力部32は、算出した補正デューティー比Vcorを加算部33へ出力する。前述の基準デューティー比は、実回転数算出部24で算出されたモータ19の実回転数を目標回転数に近づけるように目標回転数と実回転数との差に応じて調整されるが、圧縮機のモータ19のロータ1回転あたりの負荷トルクの変動の補正に対しては対応していない。この負荷トルクの変動によって発生する区間ごとの回転速度の変動分について、補正デューティー比で補うようにしている。
The correction duty
補正部4の加算部33は、基準デューティー比算出部25で算出された現在の基準デューティー比Vnowに、補正デューティー比出力部32で算出された補正デューティー比Vcorを加算して、インバータ制御信号生成部34に出力する。インバータ制御信号生成部34は、加算部33から出力されるPWM信号と、位置検出信号に基づいて、インバータ15のスイッチングを制御するインバータ制御信号を生成し、インバータ15によってモータ19を駆動する駆動電圧Vdrを制御することで、モータ19の負荷トルクに対応してモータ19が駆動される。
The
(実施形態にかかるトルク制御処理)
図3は、実施形態にかかるモータ制御装置によるトルク制御処理を示すフローチャートである。実施形態にかかるモータ制御装置1によるトルク制御処理は、モータ制御装置1の制御部17によって、モータの負荷が変化し目標回転数を変更するタイミングで、繰り返し実行される。
(Torque control processing according to the embodiment)
FIG. 3 is a flowchart showing a torque control process by the motor control device according to the embodiment. The torque control process by the
先ず、制御部17は、圧縮機が運転中であるか否かを判定する(ステップS11)。制御部17は、圧縮機が運転中である場合に(ステップS11:Yes)、ステップS12へ処理を移し、圧縮機が停止中である場合に(ステップS11:No)、ステップS11を繰り返す。
First, the
ステップS12では、制御部17のトルク制御部2(図2参照)は、基準角加速度特定処理を行う。基準角加速度特定処理の詳細は、図4を参照して後述する。次に、トルク制御部2は、基準角加速度α_stが確定しているか否かを判定する(ステップS13)。トルク制御部2は、基準角加速度α_stが確定している場合に(ステップS13:Yes)、ステップS14へ処理を移し、基準角加速度α_stが確定していない場合に(ステップS13:No)、ステップS11へ処理を戻す。すなわち、ステップS13では、トルク制御部2は、ステップS12で何らかの理由により基準角加速度α_stが確定していない場合には、ステップS11から再度処理を実行し、基準角加速度α_stを確定させる。
In step S12, the torque control unit 2 (see FIG. 2) of the
ステップS14では、トルク制御部2は、補正デューティー比出力部32で算出されるモータ19の補正デューティー比Vcorは、Vcor=g×(α_st−α_now)により算出される。なお、gはゲイン、α_stは基準角加速度検出部31で確定した基準角加速度、α_nowは現在の区間における角加速度である。なお、補正デューティー比Vcorは、モータ19の駆動電圧補正量に相当するものである。
In step S14, the
次に、補正部4の加算部33は、基準デューティー比算出部25で算出された基準デューティー比Vnowに、補正デューティー比出力部32で算出された補正デューティー比Vcorを加算して、モータ19の駆動電圧Vdrの補正処理を行う(ステップS15)。次に、制御部17は、圧縮機が停止中であるか否かを判定する(ステップS16)。制御部17は、圧縮機が停止中である場合に(ステップS16:Yes)、ステップS11へ処理を移し、圧縮機が停止中でなく運転中である場合に(ステップS16:No)、ステップS15へ処理を移す。
Next, the
なお、図3のステップS15は、ステップS12で特定した最新(直近)の基準角加速度に基づいて駆動電圧Vdrの補正処理を行うことになる。 In step S15 of FIG. 3, the drive voltage Vdr is corrected based on the latest (most recent) reference angular acceleration specified in step S12.
(実施形態にかかる基準角加速度特定処理)
図4は、実施形態にかかる基準角加速度特定処理を示すフローチャートである。図4に示す基準角加速度特定処理のフローチャートは、図3に示すステップS12のサブルーチンである。
(Reference angular acceleration specific processing according to the embodiment)
FIG. 4 is a flowchart showing the reference angular acceleration specifying process according to the embodiment. The flowchart of the reference angular acceleration specifying process shown in FIG. 4 is the subroutine of step S12 shown in FIG.
先ず、制御部17のトルク制御部2の区間角速度算出部26は、区間時間算出部23で算出された区間ごとの区間時間を所定のメモリ領域(図示なし)に記憶し、モータ19のロータ1回転分の区間時間の記憶が完了したか否かを判定する(ステップS12−1)。区間角速度算出部26は、制御部17内にあるメモリ(図示なし)にロータ1回転分の区間時間の記憶が完了した場合(ステップS12−1:Yes)、ステップS12−2へ処理を移し、所定のメモリ領域にロータ1回転分の区間時間の記憶が完了していない場合(ステップS12−1:No)、ステップS12−1を繰り返す。
First, the section angular
次に、ステップS12−2では、区間角速度算出部26は、ステップS12−1で記憶したモータ19のロータ1回転分の区間ごとの区間時間に基づいて、区間ごとのロータの回転速度(角速度)を算出する(ステップS12−2)。次に、トルク制御部2の区間角加速度算出部27は、ステップS12−2の区間角速度算出部26で算出された区間ごとのロータの角速度から区間ごとのロータの角加速度αを算出する(ステップS12−3)。
Next, in step S12-2, the section angular
トルク制御部2の最大角加速度検出部30は、ステップS12−3の区間角加速度算出部27で算出された区間ごとの角加速度αの中で角加速度が最大となる最大角加速度区間を特定する(ステップS12−4)。この特定された最大角加速度区間は、モータ19の負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間にもなる。
The maximum angular
次に、トルク制御部2の区間角加速度偏差算出部28は、ステップS12−3の区間角加速度算出部27で算出された区間ごとの角加速度αにより、ロータ1回転分の区間ごとの角加速度偏差Δαを算出する(ステップS12−5)。
Next, the section angular acceleration
次に、トルク制御部2の最小角加速度偏差検出部29は、ステップS12−5で算出された角加速度偏差Δαが最小となる最小角加速度偏差区間を特定する(ステップS12−6)。
Next, the minimum angular acceleration deviation detection unit 29 of the
次に、トルク制御部2の基準角加速度検出部31は、ステップS12−6で特定した最小角加速度偏差が平坦区間であるか否か判定する。その判定方法は、最小角加速度偏差が前述した予め設定された所定の範囲内(例えば±2%)であれば平坦区間とし、予め設定された所定値の範囲内になければ平坦区間でないとする。(ステップS12−7)。平坦区間がある場合(ステップS12−7:Yes)、ステップS12−8へ移行し、平坦区間がない場合(ステップS12−7:No)、ステップS12−9へ移行する。
Next, the reference angular
ステップS12−8では、基準角加速度検出部31はステップS12−7で検出された平坦区間が、ステップS12−4で特定された最大角加速度区間となる最軽負荷区間を含むか否か判定し、検出された平坦区間が最軽負荷区間を含まない場合(ステップS12−8:No)、ステップS12−10へ移行し、平坦区間が最軽負荷区間を含む場合(ステップS12−8:Yes)、ステップS12−9へ移行する。
In step S12-8, the reference angular
ステップS12−10では、基準角加速度検出部31は、ステップS12−6で特定された最小角加速度偏差区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。一方、ステップS12−9では、基準角加速度検出部31は、ステップS12−4で特定された最大角加速度区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。
In step S12-10, the reference angular
(実施形態のトルク制御の原理)
以下、図5〜図8を参照して、実施形態のトルク制御の原理を説明する。
(Principle of torque control of the embodiment)
Hereinafter, the principle of torque control of the embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
図5は、負荷状態に応じた角加速度の変化(モータ19のトルクカーブ)を概略的に示すグラフである。図5では、(a)、(b)、(c)の各図の順序で、モータ19の負荷トルクが大きい状態を表し、負荷状態に応じて、モータ19のトルクカーブの振幅および形状が変化することが分かる。
FIG. 5 is a graph schematically showing a change in angular acceleration (torque curve of the motor 19) according to a load state. In FIG. 5, the load torque of the
図5の(a)では、モータ19の1回転中のタイミングt1〜t2およびt4〜t5の区間は、基準Iの角加速度であって、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合って角加速度が変化しない平坦区間(H)となっている。また、図5の(a)のタイミングt2〜t4の区間は、モータ19の1回転において、タイミングt3で角加速度が最大となり、このタイミングt3を含む区間が最小の負荷トルクとなる最軽負荷区間(区間7)である。図5の(a)において、最軽負荷区間では、駆動トルクが負荷トルクに対して大きくなり、タイミングt3をピークとして、角加速度が急激に変化して基準Iの角加速度を超過することを表している。
In FIG. 5A, the sections of timings t1 to t2 and t4 to t5 during one rotation of the
図5の(b)は、図5の(a)と比較して、モータ19の負荷トルクが大きい状態であり、モータ19の1回転中のタイミングt1’〜t2’およびタイミングt4’〜t5’の区間は、基準IIの角加速度であって、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合って各加速度が変化しない平坦区間(H)となっている。また、図5の(b)のタイミングt2’〜t4’の区間は、モータ19の1回転において、タイミングt3で角加速度が最大となり、このタイミングt3を含む区間が最小の負荷トルクとなる最軽負荷区間(区間7)である。図5の(b)においては、最軽負荷区間では、駆動トルクが負荷トルクに対して大きくなり、タイミングt3をピークとして、角加速度が急激に変化して基準IIの角加速度を超過する。なお、図5の(b)は、図5の(a)と比較してモータ19の負荷トルクが大きい状態であるために、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合うための角加速度が、図5の(a)より大きくなり、角加速度の基準I<基準IIとなる。
FIG. 5B shows a state in which the load torque of the
他方、図5の(c)は、図5の(b)と比較して、モータ19の負荷トルクが大きい状態であり、モータ19の1回転中において駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現しない。すなわち、図5の(c)では、モータ19の1回転中において、常に負荷トルクが駆動トルクに対して大きいために平坦区間が生じない。図5の(C)のように角加速度が最大角加速度である基準IIIに到達するピークとなるモータ19の1回転中のタイミングt3においても、角加速度が急激に変化するものではない。なお、角加速度の基準II<基準IIIである。
On the other hand, FIG. 5C shows a state in which the load torque of the
すなわち、低負荷状態で出現する角加速度の変化がない平坦区間は、モータ19にかかる負荷が高くなるにつれてその範囲が狭くなり、さらに負荷が高くなると平坦区間が出現しなくなる。低負荷状態において平坦区間が出現しているときは、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合っていて、最軽負荷区間では駆動トルクが負荷トルクより大きくなることにより、平坦区間から急激に角加速度が上昇し、角加速度偏差が大きくなる。
That is, in the flat section where the angular acceleration does not change, which appears in the low load state, the range becomes narrower as the load applied to the
具体的には、図5の(a)および(b)から、モータ19の負荷トルクが低負荷の場合、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現するが、平坦区間において駆動トルクが一時的に負荷トルクより大きくなると、図5の(a)および(b)の最軽負荷区間(区間7)内のタイミングt3近傍のように急激な角加速度の変化(角加速度偏差)が生じ、モータ19の回転ムラの原因となる。一方、図5の(c)から分かるとおり、モータ19の負荷トルクが常に駆動トルクより大きいと、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現しなくなり、急激な角加速度の変化(角加速度偏差)が発生することもなく、モータ19の回転ムラは発生しない。
Specifically, from (a) and (b) of FIG. 5, when the load torque of the
そこで、実施形態では、従来の最軽負荷区間を基準としたトルク補正による最軽負荷区間でのトルク補正が過多となって無駄に電力を消費と、回転ムラが生じるのを防止するために、負荷トルクに応じたトルク補正を行うために、角加速度の変化(角加速度偏差)を監視し、前述の平坦区間が存在すると判定した場合には、平坦区間の角加速度を基準角加速度α_stとし、前述の平坦区間が存在しないと判定した場合には、角加速度が最大となる最軽負荷区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。例えば、負荷トルクが低負荷で平坦区間が存在する図5の(a)の場合、基準角加速度α_stは基準Iとして、トルク補正が行われる。この角加速度の値が小さい基準Iを基準角加速度α_stにすることで、トルク補正量が小さくなり、角加速度が基準Iより高い区間(図5の(a)のタイミングt2〜t4)でのモータの駆動電圧が過多となることを抑えることになる。また、平坦区間が存在しない場合には、従来のように最軽負荷区間の角加速度を基準角加速度α_stとする。 Therefore, in the embodiment, in order to prevent unnecessary power consumption and uneven rotation due to excessive torque correction in the lightest load section by torque correction based on the conventional lightest load section. In order to correct the torque according to the load torque, the change in angular acceleration (angular acceleration deviation) is monitored, and if it is determined that the above-mentioned flat section exists, the angular acceleration in the flat section is set as the reference angular acceleration α_st. When it is determined that the above-mentioned flat section does not exist, the angular acceleration of the lightest load section where the angular acceleration is maximum is defined as the reference angular acceleration α_st. For example, in the case of (a) of FIG. 5 in which the load torque is low and a flat section exists, the torque correction is performed with the reference angular acceleration α_st as the reference I. By setting the reference I, which has a small angular acceleration value, as the reference angular acceleration α_st, the torque correction amount becomes small, and the motor in the section where the angular acceleration is higher than the reference I (timing t2 to t4 in FIG. 5A). It is possible to prevent the driving voltage of the vehicle from becoming excessive. When the flat section does not exist, the angular acceleration of the lightest load section is set as the reference angular acceleration α_st as in the conventional case.
図6は、モータの回転角度に対するステータ巻線の通電相と負荷トルク特性との関係を示す図である。図7は、モータが高負荷時の角加速度の変化を示す図である。図8は、モータが低負荷時の角加速度の変化を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the energizing phase of the stator winding and the load torque characteristic with respect to the rotation angle of the motor. FIG. 7 is a diagram showing changes in angular acceleration when the motor is under heavy load. FIG. 8 is a diagram showing changes in angular acceleration when the motor has a low load.
図6に示すように、シングルロータリ圧縮機では、モータ19のU相、V相、W相の各相の通電に対し、高負荷時において、圧縮機が1回転(18区間)する間に負荷トルクの低い回転角度(区間7の130度付近)と負荷トルクの高い回転角度(区間14の270度付近)とがある負荷トルク特性を有している。そして、通電に関しては、例えば区間1の場合、図1のインバータ15のU−Y間の通電を表している。図6で示す負荷トルクが最小になる区間7での角加速度は、図7に示すように、モータ19のロータ1回転あたりの最大値となる。また、図6で示す負荷トルクが最大になる区間14での角加速度は、図7に示すように、モータ19のロータ1回転あたりの最小値となる。そして、区間7が、モータ19のロータ1回転中において負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間であり、区間14の負荷トルクが最も大きい最重負荷区間であると特定することができる。なお、区間7は図5に示すタイミングt3を含み、区間14は図5に示すタイミングt6を含む。
As shown in FIG. 6, in the single rotary compressor, the load is applied to the energization of each of the U-phase, V-phase, and W-phase of the
しかし、例えば低負荷時において、図8に示すように、モータ19の負荷トルクと駆動トルクとが均衡する、角加速度の変化(角加速度偏差)がない平坦区間が出現する(図8の一点鎖線Aと概ね一致する区間4〜区間6参照)。その平坦区間における角加速度を基準角加速度α_stとし、現在の角加速度α_nowが基準角加速度α_stよりも上回っているときには、駆動トルクが過剰であるとして、駆動電圧を下げる補正を行う(図8の下向き矢印B参照)。一方、現在の角加速度α_nowが基準角加速度α_stよりも下回っているときには、駆動トルクが不足しているとして、駆動電圧を上げる補正を行う(図8の上向き矢印C参照)。
However, for example, when the load is low, as shown in FIG. 8, a flat section in which the load torque of the
このようにして、負荷トルクに応じて駆動トルクを加減することにより、角加速度が一定になるようにするため、回転ムラを低減してモータ19の回転を安定させ、電力消費の抑制を図ることができる。
In this way, by adjusting the drive torque according to the load torque, the angular acceleration is made constant, so that the rotation unevenness is reduced, the rotation of the
なお、図8において、一点鎖線Aで角加速度の大きさを示す平坦区間は、最軽負荷区間である区間7の付近の区間4〜区間6にのみ1つだけ出現しているが、複数出現する場合がある。この場合には、最軽負荷区間に最も近い平坦区間の角加速度を基準角加速度α_stと決定する。
In FIG. 8, only one flat section indicating the magnitude of angular acceleration on the alternate long and short dash line A appears only in
上述の実施形態によれば、モータ制御装置1は、低負荷時(例えば、圧縮機の起動時など)において、モータ19の1回転ごとに、モータ19のロータの角加速度偏差を監視し、最小角加速度偏差が負荷トルクと駆動トルクとが釣り合って角加速度の変化がない(もしくは、変化率が所定の範囲内)区間を平坦区間とし、平坦区間が存在する場合には、平坦区間(最小区間)の角加速度を基準角加速度α_stとしてモータ19の駆動電圧を補正する駆動電圧補正量Vcorを算出し、この駆動電圧補正量でモータ19の駆動電圧を補正する。また、平坦区間が存在しないと判定し、最大区間の角加速度を基準角加速度α_stとしてモータ19の駆動電圧を補正する駆動電圧補正量Vcorを算出し、この駆動電圧補正量Vcorでモータ19の駆動電圧を補正する。よって、低負荷時において、トルク補正の過多による、モータ19の回転ムラを改善するとともに、消費電力を削減することができる。
According to the above-described embodiment, the
上述の実施形態および図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータやパラメータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。また、上述の実施形態における各部もしくは各装置の構成は、処理負荷や実装効率等から適宜分散または統合されてもよい。また、上述の実施形態における各処理は、処理負荷や実装効率等から、処理順序を適宜入れ替えて実行されてもよい。 The above-described embodiment and the specific names, processes, controls, and information including various data and parameters shown are merely examples, and can be changed as appropriate unless otherwise specified. Further, the configurations of each part or each device in the above-described embodiment may be appropriately distributed or integrated in consideration of the processing load, mounting efficiency, and the like. Further, each process in the above-described embodiment may be executed by appropriately changing the process order in consideration of the processing load, mounting efficiency, and the like.
上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The broader aspects of the above embodiments are not limited to the particular details and representative embodiments expressed and described as described above. Therefore, various modifications can be made without departing from the general concept or scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
1 モータ制御装置
2 トルク制御部
3 判定部
4 補正部
12 整流回路
14 平滑コンデンサ
15 インバータ
15a,15b,15c,15d,15e,15f 半導体スイッチング素子(トランジスタ)
15g,15h,15i,15j,15k,15l ダイオード
17 制御部
18 位置検出回路
19 モータ
22 入力ポート
23 区間時間算出部
24 実回転数算出部
25 基準デューティー比算出部
26 区間角速度算出部
27 区間角加速度算出部
28 角加速度偏差算出部
29 最小角加速度偏差検出部
30 最大角加速度検出部
31 基準角加速度検出部
32 補正デューティー比出力部
33 加算部
34 インバータ制御信号生成部
1
15g, 15h, 15i, 15j, 15k, 15l
Claims (2)
前記位置検出回路により検出された位置検出信号の間隔を1区間とし、区間ごとの区間時間を算出する区間時間算出部と、
前記区間時間算出部により算出された区間時間に基づいて区間ごとの前記モータの角速度を算出する区間角速度算出部と、
前記区間角速度算出部により算出された区間角速度に基づいて区間ごとの前記モータの角加速度を算出する区間角加速度算出部と、
前記区間角加速度算出部により算出された前記モータのロータの機械角1回転内における前記モータの角加速度の最大値をもとに前記モータの駆動電圧を補正する補正部とからなるモータのトルク補正を行うモータ制御装置であって、
前記モータのロータの機械角1回転内において、前記区間角加速度算出部により算出された角加速度の変化が予め定めた所定値の範囲内とする平坦区間を検出し、検出した平坦区間が前記モータの角加速度の最大値となる最軽負荷区間を含むか否かを判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記平坦区間を検出し、且つ検出した前記平坦区間が前記最軽負荷区間を含まないと判定された場合、前記平坦区間における前記モータの角加速度をもとに前記モータの駆動電圧を補正することを特徴とするモータ制御装置。 A position detection circuit that detects the rotor position of the motor and outputs a position detection signal,
The section time calculation unit that calculates the section time for each section, with the interval of the position detection signal detected by the position detection circuit as one section,
A section angular velocity calculation unit that calculates the angular velocity of the motor for each section based on the section time calculated by the section time calculation unit.
A section angular acceleration calculation unit that calculates the angular acceleration of the motor for each section based on the section angular velocity calculated by the section angular velocity calculation unit.
Torque correction of the motor including a correction unit that corrects the drive voltage of the motor based on the maximum value of the angular acceleration of the motor within one rotation of the mechanical angle of the rotor of the motor calculated by the section angular acceleration calculation unit. It is a motor control device that performs
Within one rotation of the rotor of the motor, a flat section in which the change in angular acceleration calculated by the section angular acceleration calculation unit is within a predetermined value range is detected, and the detected flat section is the motor. It is equipped with a determination unit that determines whether or not it includes the lightest load section that is the maximum value of the angular acceleration of.
When the determination unit detects the flat section and determines that the detected flat section does not include the lightest load section, the determination unit drives the motor based on the angular acceleration of the motor in the flat section. A motor control device characterized by correcting voltage.
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