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JP2005151744A - Motor drive unit - Google Patents

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JP2005151744A
JP2005151744A JP2003387902A JP2003387902A JP2005151744A JP 2005151744 A JP2005151744 A JP 2005151744A JP 2003387902 A JP2003387902 A JP 2003387902A JP 2003387902 A JP2003387902 A JP 2003387902A JP 2005151744 A JP2005151744 A JP 2005151744A
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voltage
current
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current control
inverter
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Application number
JP2003387902A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Kawachi
光夫 河地
Yukihisa Ninomiya
恭久 二宮
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute an always most suited current control system that does not depend on power circumstances, and to achieve the stable drive of a motor. <P>SOLUTION: This motor drive unit 3 comprises: a current detection part 9 that detects a current flowing to a stator winding of the motor 4; a speed control part 11 that creates a current command value I* from a speed error between a target speed ω* and the rotational speed ω1 of the motor 4; a detection part 10 that detects a DC voltage of an inverter 5; a current control gain correction part 16 that corrects a current control gain set in advance on the basis of the detected DC voltage value; and a current control part 12 that creates a voltage command value v* from a current error between the current command value I* and the detected current value by using the corrected current control gain. By the current control gain correction part 16, the always most suited current control system can be constituted not depending on the power circumstances, and the stable drive of the motor can be achieved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ブラシレスDCモータなどの電動機を任意の回転数で駆動する電動機駆動装置に関するものである。   The present invention relates to an electric motor drive device that drives an electric motor such as a brushless DC motor at an arbitrary rotation speed.

近年、空気調和機における圧縮機などの電動機を駆動する装置においては、地球環境保護の観点から消費電力を低減する必要性が大きくなっている。その中で、省電力の技術の一つとして、ブラシレスDCモータのような効率の高い電動機を任意の周波数で駆動するインバータが広く一般に使用されている。さらに、駆動する技術としては、矩形波状の電流により駆動を行う矩形波駆動に対して、より効率が高く、騒音も低くすることが可能な正弦波駆動技術が注目されている。   In recent years, in an apparatus for driving an electric motor such as a compressor in an air conditioner, there is an increasing need to reduce power consumption from the viewpoint of protecting the global environment. Among them, as one of the power saving techniques, an inverter that drives a highly efficient electric motor such as a brushless DC motor at an arbitrary frequency is widely used. Furthermore, as a driving technique, a sine wave driving technique that is more efficient and can reduce noise is attracting attention as compared with the rectangular wave driving that is driven by a rectangular wave current.

空気調和機における圧縮機のような電動機を駆動する場合、電動機の回転子の位置を検出するセンサを取りつけることが困難であるため、回転子の位置を何らかの方法で推定しながら駆動を行う位置センサレス正弦波駆動の技術が考案されている。回転子の位置を推定する方法としては、電動機の固定子巻線に生ずる誘起電圧を推定することにより行う方法がある(例えば、特許文献1参照)。   When driving an electric motor such as a compressor in an air conditioner, it is difficult to mount a sensor that detects the position of the rotor of the electric motor. A sinusoidal drive technology has been devised. As a method for estimating the position of the rotor, there is a method in which an induced voltage generated in a stator winding of an electric motor is estimated (see, for example, Patent Document 1).

図7は特許文献1に記載された従来の電動機駆動装置のシステム構成図である。図7に示すように、電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15から構成されている。   FIG. 7 is a system configuration diagram of a conventional electric motor driving device described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 7, the electric motor drive device 3 includes an inverter 5 including freewheeling diodes 6 a to 6 f paired with a plurality of switching elements 5 a to 5 f, a speed control unit 11, a current control unit 12, and a PWM signal generation. Part 13, induced voltage estimation part 14, and rotor position speed estimation part 15.

交流電源1からの入力電圧は整流回路2で直流に整流され、その直流電圧はインバータ5により3相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスDCモータである電動機4が駆動される。   The input voltage from the AC power source 1 is rectified to DC by the rectifier circuit 2, and the DC voltage is converted into a three-phase AC voltage by the inverter 5, thereby driving the electric motor 4 which is a brushless DC motor.

電動機駆動装置3では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部11は目標速度ω*と現在の速度ω1(回転子磁極位置速度推定部15により推定された推定速度の現在値)との速度誤差△ωがゼロとなるように比例積分制御(以下、PI制御という)により電流指令値I*を演算する。   In the motor drive device 3, in order to realize a target speed given from the outside, the speed control unit 11 sets the target speed ω * and the current speed ω1 (the current value of the estimated speed estimated by the rotor magnetic pole position speed estimating unit 15). The current command value I * is calculated by proportional-integral control (hereinafter referred to as PI control) so that the speed error Δω with respect to is zero.

電流制御部12は速度制御部11により演算された電流指令値I*に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるようにPI制御により電圧指令値V*を演算する。   The current control unit 12 includes a stator winding phase current command value created based on the current command value I * calculated by the speed control unit 11, and currents obtained from the current detectors 7 a and 7 b and the current detection unit 9. The voltage command value V * is calculated by PI control so that the current error from the detected value becomes zero.

誘起電圧推定部14は電流検出器7a、7bおよび電流検出部9により検出された電動機4の電流検出値と、電圧指令値V*と、分圧抵抗8a、8bおよび直流電圧検出部10により検出されたインバータ5の直流電圧の情報とに基づいて、電動機4の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。   The induced voltage estimation unit 14 is detected by the current detection value of the motor 4 detected by the current detectors 7a and 7b and the current detection unit 9, the voltage command value V *, the voltage dividing resistors 8a and 8b, and the DC voltage detection unit 10. Based on the information on the DC voltage of the inverter 5 thus generated, the induced voltage generated in each phase of the stator winding of the electric motor 4 is estimated.

回転子位置速度推定部15は、誘起電圧推定部14により推定された誘起電圧を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部12では、インバータ5が電圧指令値V*を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はPWM信号生成部13により、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドラ
イブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。
The rotor position speed estimation unit 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated by the induced voltage estimation unit 14. Based on the information on the estimated rotor magnetic pole position, the current control unit 12 generates a signal for driving the switching elements 5a to 5f in order for the inverter 5 to output the voltage command value V *. The drive signal is converted into a drive signal for electrically driving the switching elements 5a to 5f by the PWM signal generator 13. The switching elements 5a to 5f are operated by the drive signal.

以上の構成によって、位置センサレス正弦波駆動を行っている。
特許第3419725号公報
With the above configuration, position sensorless sine wave drive is performed.
Japanese Patent No. 3419725

しかしながら、前記従来の構成では、予め設定したPI制御ゲインを電源電圧(交流電源電圧またはバッテリーなどの直流電圧)に応じて補正する手段を備えていないため、電源事情(電源の電圧値や安定度など)が異なる場合、例えば電源電圧が高くなった時には見掛け上PI制御ゲインが高くなり電動機4の電流がハンチングし、逆に電源電圧が低くなった場合には見掛け上PI制御ゲインが低くなり電動機4の電流が変動することがあり、予め設定したPI制御ゲインでは満足ゆく制御仕様が得られないだけでなく、PI制御ゲインの最適な調整を行うための設計工数が増えるという課題を有していた。   However, since the conventional configuration does not include means for correcting a preset PI control gain according to the power supply voltage (AC power supply voltage or DC voltage such as a battery), the power supply circumstances (voltage value and stability of the power supply) For example, when the power supply voltage is increased, the PI control gain is apparently increased and the current of the motor 4 is hunted. Conversely, when the power supply voltage is decreased, the apparent PI control gain is decreased and the motor is decreased. 4 may fluctuate, and not only a satisfactory control specification cannot be obtained with a preset PI control gain, but the design man-hours for optimal adjustment of the PI control gain increase. It was.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築し、安定した電動機の駆動を実現するための電動機駆動装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and aims to provide an electric motor drive device that always builds an optimal current control system without depending on power supply circumstances and realizes stable electric motor drive. To do.

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機駆動装置は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、
電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段の出力値に基づいて、電流制御手段における電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正手段とを備え、該電流制御ゲイン補正手段は、予め設定されたインバータの直流電圧の基準値と直流電圧検出手段の出力値との比率と、電流制御ゲインとを乗算することにより電流制御ゲインを補正するものである。
In order to solve the above-described conventional problems, the electric motor drive device of the present invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage having a desired frequency and voltage by the operation of the switching element, and supplies the AC voltage as a drive voltage to a multi-phase motor;
Current detection means for detecting current flowing in the stator winding of the motor, current control means for creating a voltage command value from a current error between the current command value for the motor and the current detection value detected by the current detection means, and voltage Based on the output value of the PWM signal generating means for generating the PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the command value, the DC voltage detecting means for detecting the DC voltage of the inverter, and the DC voltage detecting means Current control gain correction means for correcting the current control gain in the current control means, and the current control gain correction means is a ratio between a preset reference value of the DC voltage of the inverter and the output value of the DC voltage detection means. The current control gain is corrected by multiplying the current control gain by the current control gain.

この電流制御ゲイン補正手段によって、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正する。   By this current control gain correction means, a preset current control gain is corrected according to the DC voltage of the inverter.

また、本発明の電動機駆動装置は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段の出力値に基づいて、電圧指令値を補正する電圧指令補正手段とを備え、該電圧指令補正手段は、予め設定されたインバータの直流電圧の基準値と直流電圧検出手段の出力値との比率と、電圧指令値とを乗算することにより電圧指令値を補正するものである。   The electric motor drive device of the present invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and a DC voltage is generated by the operation of each switching element. An inverter that converts to an AC voltage of a desired frequency and voltage and supplies it as a driving voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting current flowing in the stator winding of the motor, current command value and current for the motor Current control means for creating a voltage command value from a current error from the detected current value detected by the detection means, and PWM signal generation for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value Means, DC voltage detecting means for detecting the DC voltage of the inverter, and a voltage command based on the output value of the DC voltage detecting means. Voltage command correcting means for correcting the voltage, and the voltage command correcting means multiplies a voltage command value by a ratio between a preset reference value of the DC voltage of the inverter and the output value of the DC voltage detecting means. This corrects the voltage command value.

この電圧指令補正手段によって、予め設定された電流制御ゲインを用いて電流制御手段により算出された電圧指令値をインバータの直流電圧に応じて補正することで、予め設定
された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正する場合と同等の効果を得るだけでなく、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリを低減することができる。
The voltage command correction means corrects the voltage command value calculated by the current control means using the preset current control gain according to the DC voltage of the inverter, so that the preset current control gain is In addition to obtaining the same effect as when correcting according to the DC voltage, it is possible to reduce the amount of calculation and memory in the calculation means such as a microcomputer.

本発明の電動機駆動装置は、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正することで、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。   The electric motor drive device of the present invention corrects a preset current control gain in accordance with the DC voltage of the inverter, so that an optimum current control system can be always constructed without depending on the power supply situation, and stable electric motor driving can be achieved. realizable.

第1の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機の回転速度と、外部から与えられる目標速度との速度誤差から電動機の電流指令値を作成する速度制御手段と、電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段の出力値に基づいて、電流制御手段における電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正手段とを備え、該電流制御ゲイン補正手段は、予め設定されたインバータの直流電圧の基準値と直流電圧検出手段の出力値との比率と、電流制御ゲインとを乗算することにより電流制御ゲインを補正することにより、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正することで、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。   The first invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and a DC voltage is converted to a desired frequency by the operation of each switching element. An inverter that converts the voltage into an AC voltage and supplies it as a drive voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting the current flowing in the stator winding of the motor, the rotational speed of the motor, and a target given from the outside A speed control means for creating a current command value for the motor from a speed error with respect to the speed, a current control means for creating a voltage command value from a current error between the current command value and the current detection value detected by the current detection means, and a voltage PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the command value, and the DC voltage of the inverter DC voltage detecting means for detecting, and current control gain correcting means for correcting the current control gain in the current control means based on the output value of the DC voltage detecting means, the current control gain correcting means being set in advance By correcting the current control gain by multiplying the ratio of the reference value of the DC voltage of the inverter and the output value of the DC voltage detection means by the current control gain, the preset current control gain is changed to the DC voltage of the inverter. By making corrections according to the above, an optimal current control system can always be constructed without depending on the power supply situation, and a stable motor drive can be realized.

第2の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機の回転速度と、外部から与えられる目標速度との速度誤差から電動機の電流指令値を作成する速度制御手段と、電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段の出力値に基づいて、電圧指令値を補正する電圧指令補正手段とを備え、該電圧指令補正手段は、予め設定されたインバータの直流電圧の基準値と直流電圧検出手段の出力値との比率と、電圧指令値とを乗算することにより電圧指令値を補正することにより、予め設定された電流制御ゲインを用いて電流制御手段により算出された電圧指令値をインバータの直流電圧に応じて補正することで、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正する場合と同等の効果が得られ、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できるだけでなく、さらに第1の発明に比してマイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   The second invention has a plurality of switching element pairs each composed of an upper arm switching element arranged on the high voltage side and a lower arm switching element arranged on the low voltage side, and the DC voltage is converted to a desired frequency by the operation of each switching element. An inverter that converts the voltage into an AC voltage and supplies it as a drive voltage to a multi-phase motor, current detection means for detecting the current flowing in the stator winding of the motor, the rotational speed of the motor, and a target given from the outside A speed control means for creating a current command value for the motor from a speed error with respect to the speed, a current control means for creating a voltage command value from a current error between the current command value and the current detection value detected by the current detection means, and a voltage PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the command value, and the DC voltage of the inverter DC voltage detecting means for detecting, and voltage command correcting means for correcting a voltage command value based on an output value of the DC voltage detecting means, the voltage command correcting means being a reference for a DC voltage of a preset inverter The voltage calculated by the current control means using a preset current control gain by correcting the voltage command value by multiplying the ratio of the value and the output value of the DC voltage detection means by the voltage command value By correcting the command value according to the inverter DC voltage, the same effect as when the preset current control gain is corrected according to the inverter DC voltage can be obtained. A current control system can be constructed, and not only can a stable motor drive be realized, but also the amount of computation and memory in the computing means such as a microcomputer can be reduced compared to the first invention, It can be realized cost reduction calculation means.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明の電動機駆動装置で、直流電圧の基準値を直流電圧検出手段の出力値で除算することにより比率を算出し、直流電圧検出手段の出力値がゼロ以下の場合には比率に予め設定された最大値を設定することにより、インバータの直流電圧が大幅に変動して直流電圧の下限値がゼロ以下となるような場合にも電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することが可能であり、あらゆる電源事情においても常に最適な電流制御系を構築できる。   The third aspect of the invention is particularly the motor drive device of the first or second aspect of the invention, wherein the ratio is calculated by dividing the reference value of the direct current voltage by the output value of the direct current voltage detection means, and the output of the direct current voltage detection means When the value is less than zero, the current control gain is set even when the DC voltage of the inverter fluctuates significantly and the lower limit value of the DC voltage becomes less than zero by setting the maximum value set in advance to the ratio. (Or the voltage command value) can be corrected, and an optimum current control system can always be constructed in any power supply situation.

第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の電動機駆動装置で、比率が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することにより、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の過度な補正を防止することができ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を回避できる。   The fourth aspect of the invention is particularly the electric motor drive device according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the ratio has at least a preset upper limit value or lower limit value, whereby a current control gain (or voltage command value). Can be prevented, and unstable operation of the motor, such as hunting and turbulence, can be avoided.

第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明の電動機駆動装置で、直流電圧検出手段の出力値が予め設定された直流電圧の範囲外の場合にのみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正し、範囲内の場合には電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正をしないことにより、電流制御ゲインの補正の効果が大きい場合(予め設定された直流電圧の範囲外の場合)のみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   The fifth aspect of the invention is particularly the electric motor drive device according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, and only when the output value of the direct current voltage detecting means is outside the preset direct current voltage range (or (Voltage command value) is corrected, and if the current control gain (or voltage command value) is not corrected within the range, the current control gain correction effect is large (outside the preset DC voltage range) In this case, by correcting the current control gain (or voltage command value) only, it is possible to reduce the amount of computation and memory in the computing means such as a microcomputer, and the cost of the computing means can be reduced.

第6の発明は、特に、第5の発明の電動機駆動装置で、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正のありなしの切り替え時に切替猶予期間を具備することにより、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正ありなしの切り替えに伴う制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。   According to a sixth aspect of the invention, in particular, in the electric motor drive device of the fifth aspect of the present invention, a switching grace period is provided at the time of switching with or without correction of the current control gain (or voltage command value). The control stability and reliability associated with switching with or without correction of the command value) can be improved, and unstable operation of the motor such as hunting and turbulence can be prevented.

第7の発明は、特に、第1〜6のいずれか1つの発明の電動機駆動装置で、インバータの制御周期と同期して電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することにより、少なくともインバータの制御周期の1周期毎に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することが可能であり、電源事情をリアルタイムに電流制御系に反映できる。   In particular, the seventh aspect of the invention is the electric motor drive device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the current control gain (or voltage command value) is corrected in synchronization with the control cycle of the inverter, so that at least the inverter The current control gain (or voltage command value) can be corrected every control cycle, and the power supply situation can be reflected in the current control system in real time.

第8の発明は、特に、第7の発明の電動機駆動装置で、直流電圧検出手段の出力値の変動幅が予め設定された変動幅の設定値内の場合にのみインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することにより、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正の効果が小さい場合(予め設定された変動幅の設定値内の場合)にはインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   The eighth aspect of the invention is an electric motor driving apparatus according to the seventh aspect of the invention, in particular, only when the fluctuation range of the output value of the DC voltage detection means is within a preset fluctuation range, the n cycle of the inverter control cycle. When the effect of correcting the current control gain (or voltage command value) is small by correcting the current control gain (or voltage command value) every time (n ≧ 2) (within a preset value of the fluctuation range) In this case, by correcting the current control gain (or voltage command value) every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle, it is possible to reduce the amount of calculation and memory in the calculation means such as a microcomputer. Cost reduction.

第9の発明は、特に、第1〜8のいずれか1つの発明の電動機駆動装置で、直流電圧検出手段は、入力したインバータの直流電圧の瞬時値にインバータのスイッチングに起因するノイズを除去するためのフィルタ処理を施してから出力することにより、ノイズによる誤動作を防止することで制御安定性と信頼性の向上が図れ、電動機の制御性能の低下を防止できる。   The ninth aspect of the invention is particularly the electric motor drive device of any one of the first to eighth aspects, wherein the DC voltage detecting means removes noise caused by switching of the inverter from the instantaneous value of the input DC voltage of the inverter. By performing the filtering process for the output, the control stability and reliability can be improved by preventing malfunction due to noise, and the control performance of the motor can be prevented from deteriorating.

第10の発明は、特に、第1〜9のいずれかの発明の電動機駆動装置で、直流電圧検出手段は、電流制御ゲイン補正手段(または電圧指令補正手段)と共通の電位となるように設定された非絶縁回路から得られる直流電圧の瞬時値を入力することにより、フォトカプラなどの絶縁回路を用いて直流電圧を検出する場合に比して検出時間を短縮できる。   The tenth aspect of the invention is particularly the electric motor drive apparatus according to any one of the first to ninth aspects of the invention, wherein the DC voltage detection means is set to have a common potential with the current control gain correction means (or voltage command correction means). By inputting the instantaneous value of the DC voltage obtained from the non-insulated circuit, the detection time can be shortened compared to the case of detecting the DC voltage using an insulating circuit such as a photocoupler.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図1において、電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、電流検出部9と、電圧検出部10
と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13と、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15と、電流制御ゲイン補正部16から構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram of an electric motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, an electric motor driving device 3 includes an inverter 5 including freewheeling diodes 6 a to 6 f that are paired with a plurality of switching elements 5 a to 5 f, a current detection unit 9, and a voltage detection unit 10.
And a speed control unit 11, a current control unit 12, a PWM signal generation unit 13, an induced voltage estimation unit 14, a rotor position speed estimation unit 15, and a current control gain correction unit 16.

交流電源1からの入力電圧は整流回路2で直流に整流され、その直流電圧はインバータ5により3相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスDCモータである電動機4が駆動される。   The input voltage from the AC power source 1 is rectified to DC by the rectifier circuit 2, and the DC voltage is converted into a three-phase AC voltage by the inverter 5, thereby driving the electric motor 4 which is a brushless DC motor.

電動機駆動装置3では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部11は目標速度ω*と現在の速度ω1(回転子磁極位置速度推定部15により推定された推定速度の現在値)との速度誤差△ωがゼロとなるようにPI制御により電流指令値I*を演算する。   In the motor drive device 3, in order to realize a target speed given from the outside, the speed control unit 11 sets the target speed ω * and the current speed ω1 (the current value of the estimated speed estimated by the rotor magnetic pole position speed estimating unit 15). The current command value I * is calculated by PI control so that the speed error Δω with respect to is zero.

電流制御ゲイン補正部16は、分圧抵抗8a、8bおよび直流電圧検出部10により検出されたインバータ5の直流電圧の情報に基づいて、予め設定された電流制御部12の電流制御ゲイン(PI制御ゲイン)を補正する。   The current control gain correction unit 16 is configured based on the DC voltage information of the inverter 5 detected by the voltage dividing resistors 8a and 8b and the DC voltage detection unit 10, and the current control gain (PI control) of the current control unit 12 set in advance. (Gain) is corrected.

電流制御部12は、速度制御部11により演算された電流指令値I*に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン補正部16により補正された電流制御ゲインを用いてPI制御により電圧指令値V*を演算する。   The current control unit 12 is obtained from the phase current command value of the stator winding created based on the current command value I * calculated by the speed control unit 11, and the current detectors 7a and 7b and the current detection unit 9. The voltage command value V * is calculated by PI control using the current control gain corrected by the current control gain correction unit 16 so that the current error from the detected current value becomes zero.

誘起電圧推定部14は、電流検出器7a、7bおよび電流検出部9により検出された電動機4の電流検出値と、電圧指令値V*と、分圧抵抗8a、8bおよび直流電圧検出部10により検出されたインバータ5の直流電圧の情報とに基づいて、電動機4の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。   The induced voltage estimation unit 14 includes the current detection value of the electric motor 4 detected by the current detectors 7a and 7b and the current detection unit 9, the voltage command value V *, the voltage dividing resistors 8a and 8b, and the DC voltage detection unit 10. Based on the detected DC voltage information of the inverter 5, the induced voltage generated in each phase of the stator winding of the electric motor 4 is estimated.

回転子位置速度推定部15は、誘起電圧推定部14により推定された誘起電圧を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部12では、インバータ5が電圧指令値V*を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はPWM信号生成部13により、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。   The rotor position speed estimation unit 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated by the induced voltage estimation unit 14. Based on the information on the estimated rotor magnetic pole position, the current control unit 12 generates a signal for driving the switching elements 5a to 5f in order for the inverter 5 to output the voltage command value V *. The drive signal is converted into a drive signal for electrically driving the switching elements 5a to 5f by the PWM signal generator 13. The switching elements 5a to 5f are operated by the drive signal.

なお、図1では電動機4の相電流を検出する2つの電流検出器7a、7bを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ5の入力側の直流電流(インバータ5の母線電流)から電動機4の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。   In FIG. 1, two current detectors 7 a and 7 b that detect the phase current of the motor 4 are provided and used for estimating the rotor position speed. However, the DC current on the input side of the inverter 5 (the inverter 5 Needless to say, means such as detecting the phase current of the electric motor 4 from the bus current) may be used.

また、図1では外部から与えられた目標速度ω*に対して、電動機4の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機4のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。   In FIG. 1, the speed control is performed so that the speed of the motor 4 follows the target speed ω * given from the outside. However, the torque of the motor 4 may be controlled. It goes without saying that it is good.

以下では、具体的な方法について説明する。   Hereinafter, a specific method will be described.

まず、速度制御部11では、外部から与えられる目標速度ω*と現在の速度ω1(回転子磁極位置速度推定部15により推定された推定速度の現在値)との速度誤差△ω(=ω*−ω1/np)がゼロとなるように式(1)で表されるPI制御により電流指令値I*を演算する。   First, in the speed control unit 11, a speed error Δω (= ω *) between a target speed ω * given from the outside and the current speed ω1 (the current value of the estimated speed estimated by the rotor magnetic pole position speed estimating unit 15). The current command value I * is calculated by the PI control represented by the equation (1) so that -ω1 / np) becomes zero.

I*=KPW・(ω*−ω1/np)+KIW・Σ(ω*−ω1/np)
=KPW・△ω+KIW・Σ△ω ・・・・(1)
(KPW:速度制御比例ゲイン、KIW:速度制御積分ゲイン)
ただし、目標速度ω*は機械角速度、推定速度ω1は電気角速度であるため、ω1を機械角速度とするために電動機4の極対数np(極数の1/2)で除算している。
I * = KPW · (ω * −ω1 / np) + KIW · Σ (ω * −ω1 / np)
= KPW · Δω + KIW · ΣΔω (1)
(KPW: Speed control proportional gain, KIW: Speed control integral gain)
However, since the target speed ω * is the mechanical angular speed and the estimated speed ω1 is the electrical angular speed, the number of pole pairs np (1/2 of the number of poles) of the electric motor 4 is divided in order to set ω1 to the mechanical angular speed.

次に、直流電圧検出部10では、電動機駆動装置3と共通の電位となるように設定された非絶縁回路(分圧抵抗8a、8b)から得られるインバータ5の直流電圧の瞬時値を入力し、この直流電圧の瞬時値Vdcnにインバータ5のスイッチングに起因するノイズを除去するため、式(2)で表される1次のディジタルローパスフィルタを用いてフィルタリング処理を施したものを直流電圧検出値Vdcfとして出力する。   Next, in the DC voltage detection unit 10, an instantaneous value of the DC voltage of the inverter 5 obtained from a non-insulated circuit (voltage dividing resistors 8 a and 8 b) set to have a common potential with the motor driving device 3 is input. In order to remove noise caused by switching of the inverter 5 from the instantaneous value Vdcn of the DC voltage, a DC voltage detection value obtained by performing filtering using a first-order digital low-pass filter represented by Expression (2) Output as Vdcf.

Vdcf(t)=KF・Vdcn(t)+(1−KF)・Vdcf(t−1)
・・・・(2)
(KF:フィルタゲイン、t:時刻)
ここで、フィルタゲインKFは式(3)で表される。
Vdcf (t) = KF.Vdcn (t) + (1-KF) .Vdcf (t-1)
(2)
(KF: filter gain, t: time)
Here, the filter gain KF is expressed by Expression (3).

KF=(2・π・f・T)/(1+2・π・f・T)・・・・(3)
(f:カットオフ周波数、T:サンプリング周期)
なお、必ずしもフィルタリング処理を施す必要はなく、電動機駆動装置3の使用環境や電動機4の運転状況に応じてフィルタリング処理を施さなくても良い。
KF = (2 · π · f · T) / (1 + 2 · π · f · T) (3)
(F: cutoff frequency, T: sampling period)
It is not always necessary to perform the filtering process, and the filtering process does not have to be performed according to the usage environment of the electric motor driving device 3 and the operation status of the electric motor 4.

次に、電流制御ゲイン補正部16では、直流電圧検出値Vdcfに基づいて予め設定された電流制御ゲインを式(4)、式(5)で表される演算により補正する。   Next, the current control gain correction unit 16 corrects the current control gain set in advance based on the DC voltage detection value Vdcf by calculation represented by the equations (4) and (5).

KPKn’=Kpn・KPKn ・・・・(4)
KIKn’=Kpn・KIKn ・・・・(5)
(KPKn’:電流制御比例ゲイン補正値、KPKn:電流制御比例ゲイン設定値、
KIKn’:電流制御積分ゲイン補正値、KIKn:電流制御積分ゲイン設定値、
n=1、2、3(3相分)、Kpn:補正係数)
ここで、図3は補正係数Kpnの第1の実施例の動作説明図で、予め設定されたインバータ5の直流電圧基準値VRと直流電圧検出部10から得られる直流電圧検出値Vdcfを用いて式(6)のように補正係数Kpnを求める。
KPKn ′ = Kpn · KPKn (4)
KIKn ′ = Kpn · KIKn (5)
(KPKn ′: current control proportional gain correction value, KPKn: current control proportional gain setting value,
KIKn ′: current control integral gain correction value, KIKn: current control integral gain setting value,
n = 1, 2, 3 (for three phases), Kpn: correction coefficient)
Here, FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment of the correction coefficient Kpn, using the preset DC voltage reference value VR of the inverter 5 and the DC voltage detection value Vdcf obtained from the DC voltage detector 10. A correction coefficient Kpn is obtained as in Expression (6).

Kpn=VR/(Vdcf+δ) ・・・・(6)
(δ:ゼロ割防止のための微小項)
なお、式(6)の微小項δの代わりに、直流電圧検出値Vdcfがゼロ以下の場合に、補正係数Kpnに予め設定された補正係数Kpnの最大値を設定することでゼロ割を防止することができる。
Kpn = VR / (Vdcf + δ) (6)
(Δ: Minute term to prevent zero split)
It should be noted that, instead of the minute term δ in equation (6), when the DC voltage detection value Vdcf is less than or equal to zero, the zero value is prevented by setting the maximum value of the correction coefficient Kpn set in advance to the correction coefficient Kpn. be able to.

次に、電流制御部12は、速度制御部11により演算された電流指令値I*と電流指令位相βTとを用いて式(7)、式(8)の演算によりdq軸電流指令値(id*、iq*)を求める。   Next, the current control unit 12 uses the current command value I * and the current command phase βT calculated by the speed control unit 11 to calculate the dq-axis current command value (id *, Iq *).

id*=−I*・sin(βT) ・・・・(7)
iq*=I*・cos(βT) ・・・・(8)
また、固定子巻線の相電流指令値(iu*、iv*、iw*)は、dq軸電流指令値(id*、iq*)と現在の位置θ1(回転子磁極位置速度推定部15により推定された推定位置の現在値)を用いて式(9)〜式(11)の演算により2相−3相変換を行うことで求める。
id * = − I * · sin (βT) (7)
iq * = I * · cos (βT) (8)
Also, the phase current command value (iu *, iv *, iw *) of the stator winding is determined by the dq axis current command value (id *, iq *) and the current position θ1 (by the rotor magnetic pole position speed estimation unit 15). It is obtained by performing two-phase to three-phase conversion by calculation of equations (9) to (11) using the estimated current position of the estimated position.

ただし、推定位置θ1は電気角度である。   However, the estimated position θ1 is an electrical angle.

なお、2相−3相変換については公知のため、その説明は省略する。   Since the two-phase to three-phase conversion is publicly known, the description thereof is omitted.

iu*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1)
−iq*・sin(θ1)}・・・・(9)
iv*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1−120°)
−iq*・sin(θ1−120°)}・・・(10)
iw*={√(2/3)}・{id*・cos(θ1+120°)
−iq*・sin(θ1+120°)}・・・(11)
そこで、相電流指令値(iu*、iv*、iw*)と電流検出器7a,7bおよび電流検出部9から得られる相電流検出値(iu、iv、iw)との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン補正値(KPKn’、KIKn’、n=1、2、3(3相分))を用いて式(12)〜式(14)で表されるPI制御により相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を演算する。
iu * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1)
−iq * · sin (θ1)} (9)
iv * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1−120 °)
−iq * · sin (θ1−120 °)} (10)
iw * = {√ (2/3)} · {id * · cos (θ1 + 120 °)
−iq * · sin (θ1 + 120 °)} (11)
Therefore, the current error between the phase current command value (iu *, iv *, iw *) and the phase current detection value (iu, iv, iw) obtained from the current detectors 7a, 7b and the current detection unit 9 becomes zero. Thus, using the current control gain correction values (KPKn ′, KIKn ′, n = 1, 2, 3 (for three phases)), the phase voltage command by the PI control represented by the equations (12) to (14) The value (vu *, vv *, vw *) is calculated.

vu*=KPK1’・(iu*−iu)+KIK1’・Σ(iu*−iu)・・(12)vv*=KPK2’・(iv*−iv)+KIK2’・Σ(iv*−iv)・・(13)vw*=KPK3’・(iw*−iw)+KIK3’・Σ(iw*−iw)・・(14)
なお、相電流検出値(iu、iv、iw)を3相−2相変換してdq軸電流検出値(id、iq)を求め、dq軸電流指令値(id*、iq*)とdq軸電流検出値(id、iq)との電流誤差がゼロとなるようにPI制御によりdq軸電圧指令値(vd*、vq*)を求めてから、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)を2相−3相変換して相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求めても良い。
vu * = KPK1 ′ · (iu * −iu) + KIK1 ′ · Σ (iu * −iu) ·· (12) vv * = KPK2 ′ · (iv * −iv) + KIK2 ′ · Σ (iv * −iv) · (13) vw * = KPK3 ′ (iw * −iw) + KIK3 ′ Σ (iw * −iw) (14)
The phase current detection values (iu, iv, iw) are subjected to three-phase to two-phase conversion to obtain dq-axis current detection values (id, iq), and dq-axis current command values (id *, iq *) and dq-axis After obtaining the dq axis voltage command value (vd *, vq *) by PI control so that the current error from the current detection value (id, iq) becomes zero, the dq axis voltage command value (vd *, vq *) The phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) may be obtained by performing two-phase to three-phase conversion.

ただし、この場合には電流制御ゲイン補正部16により、予め設定されたdq軸電流制御ゲインと補正係数Kpnを乗算することで補正しておく必要がある。   However, in this case, the current control gain correction unit 16 needs to perform correction by multiplying the dq-axis current control gain set in advance by the correction coefficient Kpn.

なお、3相−2相変換についても2相−3相変換と同様に公知のため、その説明は省略する。   Since the three-phase to two-phase conversion is also known in the same manner as the two-phase to three-phase conversion, its description is omitted.

具体的には、dq軸電流検出値(id、iq)は式(15)、式(16)の演算により求められる。   Specifically, the dq-axis current detection value (id, iq) is obtained by the calculations of Expressions (15) and (16).

id={√(2)}・{iu・sin(θ1+60°)+iv・sin(θ1)}
・・・・(15)
iq={√(2)}・{iu・cos(θ1+60°)+iv・cos(θ1)}
・・・・(16)
また、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)は式(17)、式(18)の演算により求められる。
id = {√ (2)} · {iu · sin (θ1 + 60 °) + iv · sin (θ1)}
.... (15)
iq = {√ (2)} · {iu · cos (θ1 + 60 °) + iv · cos (θ1)}
(16)
Further, the dq-axis voltage command values (vd *, vq *) are obtained by the calculations of equations (17) and (18).

vd*=KPD’・(id*−id)+KID’・Σ(id*−id)・・・(17)
vq*=KPQ’・(iq*−iq)+KIQ’・Σ(iq*−iq)・・・(18)
(KPD’:d軸電流制御比例ゲイン補正値、KID’:d軸電流制御積分ゲイン
補正値、KPQ’:q軸電流制御比例ゲイン補正値、KIQ’:q軸電流制御
積分ゲイン補正値)
そこで、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)を2相−3相変換することで相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)は式(19)〜式(21)の演算により求められる。
vd * = KPD ′ · (id * −id) + KID ′ · Σ (id * −id) (17)
vq * = KPQ ′ · (iq * −iq) + KIQ ′ · Σ (iq * −iq) (18)
(KPD ′: d-axis current control proportional gain correction value, KID ′: d-axis current control integral gain
Correction value, KPQ ′: q-axis current control proportional gain correction value, KIQ ′: q-axis current control
Integral gain correction value)
Therefore, the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) are calculated by the equations (19) to (21) by performing two-phase to three-phase conversion on the dq-axis voltage command values (vd *, vq *). Is required.

vu*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1)
−vq*・sin(θ1)}・・・(19)
vv*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1−120°)
−vq*・sin(θ1−120°)}・・・(20)
vw*={√(2/3)}・{vd*・cos(θ1+120°)
−vq*・sin(θ1+120°)}・・・(21)
ここで、インバータ5が上述のように求められた相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成される。
vu * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1)
-Vq * · sin (θ1)} (19)
vv * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1−120 °)
-Vq * · sin (θ1-120 °)} (20)
vw * = {√ (2/3)} · {vd * · cos (θ1 + 120 °)
-Vq * · sin (θ1 + 120 °)} (21)
Here, in order for the inverter 5 to output the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) obtained as described above, signals for driving the switching elements 5a to 5f are generated.

次に、本実施の形態における電動機の誘起電圧の推定方法について説明する。   Next, a method for estimating the induced voltage of the electric motor in the present embodiment will be described.

各相の巻線に誘起される誘起電圧推定値(eu、ev、ew)は、相電流検出値(iu、iv、iw)と、相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を用いて式(22)〜式(23)の演算により求められる。   The estimated voltage estimated values (eu, ev, ew) induced in the windings of each phase are the phase current detection values (iu, iv, iw) and the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *). It is calculated | required by calculation of Formula (22)-Formula (23) using.

eu=vu*−R・iu−L・d(iu)/dt ・・・・(22)
ev=vv*−R・iv−L・d(iv)/dt ・・・・(23)
ew=vw*−R・iw−L・d(iw)/dt ・・・・(24)
ここで、Rは電動機4の巻線一相あたりの抵抗、Lはそのインダクタンスである。また、d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dtはそれぞれiu、iv、iwの時間微分である。
eu = vu * −R · iu−L · d (iu) / dt (22)
ev = vv * −R · iv−L · d (iv) / dt (23)
ew = vw * −R · iw−L · d (iw) / dt (24)
Here, R is the resistance per phase of the winding of the electric motor 4, and L is its inductance. D (iu) / dt, d (iv) / dt, and d (iw) / dt are time derivatives of iu, iv, and iw, respectively.

また、式(22)〜式(24)を展開すると次式を得る。   Moreover, the following equation is obtained by expanding the equations (22) to (24).

eu=vu*
− R・iu
−(la+La)・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1)}/dt
+0.5・La・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1―120°)}/dt
+0.5・La・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1+120°)}/dt・・・・(25)
ev=vv*
−R・iv
−(la+La)・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1+120°)}/dt
+0.5・La・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1)}/dt
+0.5・La・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1―120°)}/dt・・・・(26)
ew=vw*
−R・iw
−(la+La)・d(iw)/dt
−Las・cos(2θ1―120°)・d(iw)/dt
−Las・iw・d{cos(2θ1−120°)}/dt
+0.5・La・d(iu)/dt
−Las・cos(2θ1+120°)・d(iu)/dt
−Las・iu・d{cos(2θ1+120°)}/dt
+0.5・La・d(iv)/dt
−Las・cos(2θ1)・d(iv)/dt
−Las・iv・d{cos(2θ1)}/dt・・・・(27)
ここで、Rは巻線一相あたりの抵抗、laは巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Laは巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Lasは巻線一相あたりの有効インダクタンスの変動振幅である(埋込磁石型の場合。表面磁石型では一定値)。また、d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dtは、1次オイラー近似で求める。なお、u相電流iuは、v相電流ivとw相電流iwとの和の符号を変えたものとする。
eu = vu *
-R.iu
− (La + La) · d (iu) / dt
-Las · cos (2θ1) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1)} / dt
+ 0.5 · La · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1−120 °) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1-120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iw) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt (25)
ev = vv *
-R ・ iv
− (La + La) · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iw) / dt
−Las · cos (2θ1) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1)} / dt
+ 0.5 · La · d (iu) / dt
−Las · cos (2θ1−120 °) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1-120 °)} / dt (26)
ew = vw *
-R ・ iw
− (La + La) · d (iw) / dt
-Las · cos (2θ1-120 °) · d (iw) / dt
-Las · iw · d {cos (2θ1-120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iu) / dt
−Las · cos (2θ1 + 120 °) · d (iu) / dt
-Las · iu · d {cos (2θ1 + 120 °)} / dt
+ 0.5 · La · d (iv) / dt
−Las · cos (2θ1) · d (iv) / dt
-Las · iv · d {cos (2θ1)} / dt (27)
Here, R is a resistance per phase of the winding, la is a leakage inductance per phase of the winding, La is an average value of effective inductance per phase of the winding, and Las is a variation of effective inductance per phase of the winding. Amplitude (for embedded magnet type, constant value for surface magnet type). D (iu) / dt, d (iv) / dt, and d (iw) / dt are obtained by first-order Euler approximation. Note that the u-phase current iu is obtained by changing the sign of the sum of the v-phase current iv and the w-phase current iw.

さらに、式(25)〜式(27)を簡略化すると、以下に示す式(28)〜式(30)を得る。ここでは、相電流検出値(iu、iv、iw)が正弦波であると仮定し、電流指令値I*と電流指令位相βTとから相電流検出値(iu、iv、iw)を作成して簡略化した。   Furthermore, when Expressions (25) to (27) are simplified, Expressions (28) to (30) shown below are obtained. Here, assuming that the phase current detection value (iu, iv, iw) is a sine wave, the phase current detection value (iu, iv, iw) is created from the current command value I * and the current command phase βT. Simplified.

eu=vu*
+R・I*・sin(θ1+βT)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT)
−1.5・Las・cos(θ1―βT) ・・・・(28)
ev=vv*
+R・I*・sin(θ1+βT−120°)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT−120°)
−1.5・Las・cos(θ1―βT−120°)・・・・(29)
ew=vw*
+R・I*・sin(θ1+βT+120°)
+1.5・(la+La)・cos(θ1+βT+120°)
−1.5・Las・cos(θ1―βT+120°)・・・・(30)
本実施の形態において、誘起電圧推定部14では、式(28)〜式(30)により誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を求める。
eu = vu *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT)
+1.5 · (la + La) · cos (θ1 + βT)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT) (28)
ev = vv *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT−120 °)
+1.5 ・ (la + La) ・ cos (θ1 + βT−120 °)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT-120 °) (29)
ew = vw *
+ R ・ I * ・ sin (θ1 + βT + 120 °)
+1.5 ・ (la + La) ・ cos (θ1 + βT + 120 °)
-1.5 · Las · cos (θ1-βT + 120 °) (30)
In the present embodiment, the induced voltage estimation unit 14 obtains an induced voltage estimated value (eu, ev, ew) from Expressions (28) to (30).

次に、回転子位置速度推定部15では、誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を用いて電動機4における回転子の磁極位置および速度を推定する。回転子位置速度推定部15は、電動機駆動装置3が認識している推定位置θ1を誘起電圧の誤差を用いて補正することにより、推定位置θ1を真値に収束させて求める。また、そこから、推定速度ω1を生成する。   Next, the rotor position speed estimation unit 15 estimates the magnetic pole position and speed of the rotor in the electric motor 4 using the induced voltage estimated values (eu, ev, ew). The rotor position / speed estimation unit 15 corrects the estimated position θ1 recognized by the electric motor drive device 3 using the error of the induced voltage, thereby obtaining the estimated position θ1 by converging it to a true value. Also, an estimated speed ω1 is generated therefrom.

まず、各相の誘起電圧基準値(eum、evm、ewm)を次式により求める。   First, an induced voltage reference value (eum, evm, ewm) of each phase is obtained by the following equation.

eum=em・sin(θ1+βT) ・・・・(31)
evm=em・sin(θ1+βT−120°) ・・・・(32)
ewm=em・sin(θ1+βT+120°) ・・・・(33)
ここで、誘起電圧振幅値emは、eu、ev、ewの振幅値と一致させることにより求める。
eum = em · sin (θ1 + βT) (31)
evm = em · sin (θ1 + βT−120 °) (32)
ewm = em · sin (θ1 + βT + 120 °) (33)
Here, the induced voltage amplitude value em is obtained by matching the amplitude values of eu, ev, and ew.

このようにして求めた誘起電圧推定値esと、誘起電圧基準値esm(s=u、v、w(sは相を表す))との偏差εを求める。   A deviation ε between the induced voltage estimated value es thus obtained and the induced voltage reference value esm (s = u, v, w (s represents a phase)) is obtained.

ε=es−esm (s=u、v、w) ・・・・(34)
この偏差εが0になれば推定位置θ1が真値になるので、偏差εを0に収斂させるように、推定位置θ1を、偏差εを用いたPI演算などを行って求める。また、推定位置θ1の変動値を演算することにより、推定速度ω1を求める。
ε = es−esm (s = u, v, w) (34)
Since the estimated position θ1 becomes a true value when the deviation ε becomes 0, the estimated position θ1 is obtained by performing PI calculation using the deviation ε so that the deviation ε is converged to 0. Further, the estimated speed ω1 is obtained by calculating the fluctuation value of the estimated position θ1.

最後に、PWM信号生成部13では、電流制御部12から得られる駆動信号に基づいて、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。   Finally, the PWM signal generation unit 13 converts the switching elements 5a to 5f into drive signals for electrically driving based on the drive signal obtained from the current control unit 12. The switching elements 5a to 5f are operated by the drive signal.

以上のように、本実施の形態における電動機駆動装置3は、誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ1を生成し、正弦波状の相電流を流すとともに、予め設定された電流制御ゲインを電流制御ゲイン補正部16によりインバータ5の直流電圧に応じて補正することで、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できる。   As described above, the electric motor drive device 3 according to the present embodiment generates the estimated position θ1 using the deviation ε between the induced voltage estimated value and the induced voltage reference value, allows the sinusoidal phase current to flow, and is set in advance. The current control gain is corrected according to the DC voltage of the inverter 5 by the current control gain correction unit 16, so that an optimum current control system can always be constructed regardless of the power supply situation, and a stable motor drive can be realized. .

(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図1に示す電動機駆動装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、以下異なる部分について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a system configuration diagram of the electric motor drive device according to Embodiment 2 of the present invention. The same components as those of the motor drive device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated. Hereinafter, different portions will be described.

図2において、電動機駆動装置3は、複数のスイッチング素子5a〜5fと対をなす還流ダイオード6a〜6fからなるインバータ5と、電流検出部9と、電圧検出部10と、速度制御部11と、電流制御部12と、PWM信号生成部13と、誘起電圧推定部14と、回転子位置速度推定部15と、電圧指令補正部17から構成されている。   In FIG. 2, the electric motor drive device 3 includes an inverter 5 composed of freewheeling diodes 6 a to 6 f paired with a plurality of switching elements 5 a to 5 f, a current detection unit 9, a voltage detection unit 10, a speed control unit 11, The current control unit 12, the PWM signal generation unit 13, the induced voltage estimation unit 14, the rotor position speed estimation unit 15, and the voltage command correction unit 17 are configured.

図1に示す電動機駆動装置3と異なる部分については次の通りである。   Parts different from the motor drive device 3 shown in FIG. 1 are as follows.

電流制御部12では予め設定された電流制御ゲインを用いて電圧指令v*を求める。また、電圧指令補正部17では直流電圧検出部10により得られた直流電圧の情報に基づいて、電圧指令v*を補正して、電圧指令補正値vh*を出力する。さらに、誘起電圧推定部14では電圧指令補正値vh*に基づいて誘起電圧を推定し、PWM信号生成部13では電圧指令補正値vh*に基づいて、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換され、ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。   The current control unit 12 obtains the voltage command v * using a preset current control gain. Further, the voltage command correction unit 17 corrects the voltage command v * based on the DC voltage information obtained by the DC voltage detection unit 10 and outputs a voltage command correction value vh *. Further, the induced voltage estimation unit 14 estimates the induced voltage based on the voltage command correction value vh *, and the PWM signal generation unit 13 electrically drives the switching elements 5a to 5f based on the voltage command correction value vh *. The switching elements 5a to 5f operate according to the drive signal.

なお、図2では電動機4の相電流を検出する2つの電流検出器7a、7bを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ5の入力側の直流電流(インバータ5の母線電流)から電動機4の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。   In FIG. 2, two current detectors 7 a and 7 b that detect the phase current of the motor 4 are provided and used for estimating the rotor position speed. However, the DC current on the input side of the inverter 5 (the inverter 5 Needless to say, means such as detecting the phase current of the electric motor 4 from the bus current) may be used.

また、図2では外部から与えられた目標速度ω*に対して、電動機4の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機4のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。   In FIG. 2, the speed control is performed so that the speed of the motor 4 follows the target speed ω * given from the outside. However, the torque of the motor 4 may be controlled. It goes without saying that it is good.

以下では、具体的な方法について説明する。   Hereinafter, a specific method will be described.

まず、電流制御部12では、例えば式(12)〜式(14)において電流制御ゲイン補正値(KPKn’、KIKn’、n=1、2、3(3相分))の代わりに電流制御ゲイン設定値(KPKn、KIKn、n=1、2、3(3相分))を用いて相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求める。   First, in the current control unit 12, for example, instead of the current control gain correction values (KPKn ′, KIKn ′, n = 1, 2, 3 (for three phases)) in the equations (12) to (14), the current control gain is used. Phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) are obtained using set values (KPKn, KIKn, n = 1, 2, 3 (for three phases)).

なお、図1に示す電動機駆動装置と同様に、dq軸電圧指令値(vd*、vq*)から相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求めても良い。   Similarly to the motor driving device shown in FIG. 1, the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) may be obtained from the dq axis voltage command values (vd *, vq *).

すなわち、式(17)、式(18)において電流制御ゲイン補正値(KPD’、KID’、KPQ’、KIQ’)の代わりにそれぞれ電流制御ゲイン設定値を用いてdq軸電圧指令値(vd*、vq*)を求め、これを式(19)〜式(21)のように2相−3相変換することにより相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)を求める。   That is, in the equations (17) and (18), the dq axis voltage command value (vd *) is obtained by using the current control gain setting value instead of the current control gain correction value (KPD ′, KID ′, KPQ ′, KIQ ′). , Vq *) is obtained, and the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) are obtained by performing two-phase to three-phase conversion as shown in equations (19) to (21).

次に、電圧指令補正部17では、次式のように電流制御部12から得られる相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)と式(6)で表される補正係数Kpnとを乗算することにより相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を求める。   Next, the voltage command correction unit 17 calculates the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) obtained from the current control unit 12 and the correction coefficient Kpn expressed by the equation (6) as in the following equation. The phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) are obtained by multiplication.

vuh*=Kpn・vu* ・・・・(35)
vvh*=Kpn・vv* ・・・・(36)
vwh*=Kpn・vw* ・・・・(37)
なお、本実施の形態2における電動機駆動装置での相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)と、実施の形態1における電動機駆動装置での相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)とは同じ値になることは上述した内容や式から明らかであるが、本実施の形態2における電動機駆動装置では補正に伴なう演算回数が、実施の形態1における電動機駆動装置に対して半分になっている(実施の形態1では、3相分まとめて電流制御ゲインが6つ設定されているため補正に伴なう演算が6回必要であるが、本実施の形態2では電圧指令値の補正に伴なう演算が3回で済む)。
vuh * = Kpn · vu * (35)
vvh * = Kpn · vv * (36)
vwh * = Kpn · vw * (37)
It should be noted that the phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) in the electric motor drive device in the second embodiment and the phase voltage command values (vu *, vv *) in the electric motor drive device in the first embodiment. , Vw *) is the same value as the above-described contents and equations, but in the electric motor driving apparatus according to the second embodiment, the number of calculations accompanying the correction is the electric motor driving apparatus according to the first embodiment. (In the first embodiment, six current control gains are set for the three phases, and six calculations are required for correction. Then, only three calculations are required for correcting the voltage command value).

ここで、インバータ5が上述のように求められた相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を出力するために、スイッチング素子5a〜5fを駆動するための信号が生成される。   Here, in order for the inverter 5 to output the phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) obtained as described above, signals for driving the switching elements 5a to 5f are generated.

また、誘起電圧推定部14では、式(28)〜式(30)において相電圧指令値(vu*、vv*、vw*)の代わりに相電圧指令補正値(vuh*、vvh*、vwh*)を用いて誘起電圧推定値(eu、ev、ew)を求める。   In the induced voltage estimation unit 14, the phase voltage command correction values (vuh *, vvh *, vwh *) are substituted for the phase voltage command values (vu *, vv *, vw *) in the equations (28) to (30). ) To obtain the estimated voltage (eu, ev, ew).

最後に、PWM信号生成部13では、電圧指令補正部17から得られる駆動信号に基づいて、スイッチング素子5a〜5fを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子5a〜5fが動作する。   Finally, the PWM signal generation unit 13 converts the switching elements 5a to 5f into drive signals for electrically driving based on the drive signal obtained from the voltage command correction unit 17. The switching elements 5a to 5f are operated by the drive signal.

以上のように、本実施の形態2における電動機駆動装置3は、誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ1を生成し、正弦波状の相電流を流すとともに、予め設定された電流制御ゲインを用いて電流制御部12により算出された電圧指令値をインバータの直流電圧に応じて補正することで、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正する場合と同等の効果が得られ、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できるだけでなく、さらに実施の形態1に比してマイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   As described above, the electric motor drive device 3 according to the second embodiment generates the estimated position θ1 using the deviation ε between the induced voltage estimated value and the induced voltage reference value, flows the sinusoidal phase current, and By correcting the voltage command value calculated by the current control unit 12 using the set current control gain according to the DC voltage of the inverter, the preset current control gain is corrected according to the DC voltage of the inverter. The same effect as the case can be obtained, an optimal current control system can always be constructed without depending on the power supply situation, and stable driving of the electric motor can be realized. Further, the calculation means such as a microcomputer as compared with the first embodiment The amount of computation and memory in the memory can be reduced, and the cost of the computing means can be reduced.

また補正係数の第2の実施例を図4に示す。図4において、補正係数Kpnは予め設定された上限値Kpn1および下限値Kpn2を備え、式(38)のように表される。   FIG. 4 shows a second embodiment of the correction coefficient. In FIG. 4, the correction coefficient Kpn has an upper limit value Kpn1 and a lower limit value Kpn2 that are set in advance, and is expressed as in equation (38).

Kpn=Kpn1 (Vdcf≦Vdcf1)
VR/Vdcf(Vdcf1<Vdcf≦Vdcf2)
Kpn2 (Vdcf≧Vpn2)
・・・・(38)
なお、補正係数Kpnは、必ずしも図4のように上限値Kpn1および下限値Kpn2の両方を備える必要はなく、電動機駆動装置の使用環境や電動機の運転状況に応じてどちらか一方のみ備えても良い。
Kpn = Kpn1 (Vdcf ≦ Vdcf1)
VR / Vdcf (Vdcf1 <Vdcf ≦ Vdcf2)
Kpn2 (Vdcf ≧ Vpn2)
.... (38)
Note that the correction coefficient Kpn does not necessarily need to include both the upper limit value Kpn1 and the lower limit value Kpn2 as shown in FIG. 4, and may include only one of them depending on the use environment of the motor driving device and the operating condition of the motor. .

このように、本実施形態による補正係数は少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を備えているため、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の過度な補正を防止することができ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を回避できる。   As described above, since the correction coefficient according to the present embodiment has at least a preset upper limit value or lower limit value, excessive correction of the current control gain (or voltage command value) can be prevented, and hunting or irregularity can be prevented. The unstable operation of the motor can be avoided.

次に電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正の切り替えに関する具体的な方法について以下に説明する。   Next, a specific method regarding switching of correction of the current control gain (or voltage command value) will be described below.

本発明の電動機駆動装置は、直流電圧検出手段の出力値が予め設定された直流電圧の範囲外の場合にのみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正し、範囲内の場合には電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正をしないものである。   The electric motor drive device of the present invention corrects the current control gain (or voltage command value) only when the output value of the DC voltage detecting means is outside the preset DC voltage range, and when the output value is within the range, the current control gain is corrected. The gain (or voltage command value) is not corrected.

ここで、この場合の補正係数Kpnを図5に示す(補正係数の第3の実施例)。図5において、予め設定された直流電圧の範囲(Vdcf3〜Vdcf4)では、補正係数Kpnは直流電圧基準値VRのときの補正係数Kpn0として変化させないようにしており、式(39)のように表される。   Here, the correction coefficient Kpn in this case is shown in FIG. 5 (third embodiment of the correction coefficient). In FIG. 5, in a preset DC voltage range (Vdcf3 to Vdcf4), the correction coefficient Kpn is not changed as the correction coefficient Kpn0 at the DC voltage reference value VR, and is expressed as in Expression (39). Is done.

また、直流電圧範囲(Vdcf3〜Vdcf4)については、補正係数の変化が小さい領域であり、実際には電動機駆動装置の使用環境や電動機の運転状況に応じて最適値を設定しておく。   Further, the DC voltage range (Vdcf3 to Vdcf4) is a region where the change of the correction coefficient is small, and in practice, an optimum value is set according to the use environment of the motor driving device and the operating condition of the motor.

Kpn=VR/Vdcf(Vdcf≦Vdcf3)
Kpn0 (Vdcf3<Vdcf≦Vdcf4)
VR/Vdcf(Vdcf≧Vpn4)
・・・・(39)
なお、補正係数の実施例2で説明したように、補正係数Kpnに少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を備えても良いことは言うまでもない。
Kpn = VR / Vdcf (Vdcf ≦ Vdcf3)
Kpn0 (Vdcf3 <Vdcf ≦ Vdcf4)
VR / Vdcf (Vdcf ≧ Vpn4)
.... (39)
Needless to say, as described in the second embodiment of the correction coefficient, the correction coefficient Kpn may include at least a preset upper limit value or lower limit value.

このように、電流制御ゲインの補正の効果が大きい場合(予め設定された直流電圧の範囲外の場合)のみ電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   As described above, the current control gain (or the voltage command value) is corrected only when the current control gain correction effect is large (outside the preset DC voltage range), so that the calculation in the calculation means such as a microcomputer is performed. The amount and memory can be reduced, and the cost of the calculation means can be reduced.

また、本発明の電動機駆動装置は、上述の通り電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正のありなしの切り替えを行うものであるが、例えば、予め設定された直流電圧範囲(Vdcf3〜Vdcf4)の上限値Vdcf4あるいは下限値Vdcf3のどちらかの近傍で直流電圧検出値Vdcfが変動した場合、式(39)から得られる補正係数Kpnの値が急激に変化することになるため、補正のありなしの切り替え時に切替猶予区間を設けたものである。   In addition, the electric motor drive device of the present invention performs switching with and without correction of the current control gain (or voltage command value) as described above. For example, a preset DC voltage range (Vdcf3 to Vdcf4) is used. When the DC voltage detection value Vdcf fluctuates in the vicinity of either the upper limit value Vdcf4 or the lower limit value Vdcf3, the correction coefficient Kpn obtained from the equation (39) changes rapidly, so there is no correction. A switching grace period is provided at the time of switching.

ここで、本発明における電流制御ゲイン補正手段(または電圧指令補正手段)の補正のありなしの切り替え時における動作説明図を図6に示す。図6は、図5に示す補正係数において直流電圧範囲の下限値Vdcf3近傍を拡大表示したものであり、補正のありなしの切り替りに際して切替猶予区間を設け、補正係数Kpnを急激に変化させないようにする。   Here, FIG. 6 shows an operation explanatory diagram at the time of switching with or without correction of the current control gain correction means (or voltage command correction means) in the present invention. FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the lower limit value Vdcf3 of the DC voltage range in the correction coefficient shown in FIG. 5. A switching grace period is provided when switching with or without correction so that the correction coefficient Kpn does not change abruptly. To.

また、直流電圧範囲の上限値Vdcf4近傍についても同様に切替猶予区間を設けることで、補正係数Kpnを急激に変化させないようにする。   Further, by similarly providing a switching grace period also in the vicinity of the upper limit value Vdcf4 of the DC voltage range, the correction coefficient Kpn is prevented from changing abruptly.

さらに、切替猶予区間の設定に関しては、電動機駆動装置の使用環境や電動機の運転状況に応じて補正係数の変化率(切替猶予区間における直流電圧に対する補正係数の傾き)を予め設定しておく。   Furthermore, regarding the setting of the switching grace period, the change rate of the correction coefficient (slope of the correction coefficient with respect to the DC voltage in the switching grace period) is set in advance according to the use environment of the motor driving device and the operating state of the motor.

このように、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正ありなしの切り替えに伴う制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。   In this way, the control stability and reliability associated with switching with and without correction of the current control gain (or voltage command value) can be improved, and unstable operation of the electric motor such as hunting and turbulence can be prevented.

本発明の電動機駆動装置の電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正のタイミングに関する具体的な実施例について以下に説明する。   Specific examples relating to the correction timing of the current control gain (or voltage command value) of the motor drive device of the present invention will be described below.

本実施例は、インバータの制御周期と同期して電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正するものであり、インバータの制御周期の1周期毎に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正し、その結果をリアルタイムにインバータ出力(PWM信号)に反映することが可能であるため、時間遅れなく電源事情を電動機の駆動性能に反映できる。   In this embodiment, the current control gain (or voltage command value) is corrected in synchronization with the control cycle of the inverter, and the current control gain (or voltage command value) is corrected every cycle of the inverter control cycle. Since the result can be reflected in the inverter output (PWM signal) in real time, the power supply situation can be reflected in the drive performance of the electric motor without time delay.

また、別の実施例では、直流電圧検出手段の出力値の変動幅が予め設定された変動幅の設定値内の場合にのみインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正する。   In another embodiment, the current control gain is set every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle only when the fluctuation range of the output value of the DC voltage detection means is within the preset fluctuation width setting value. (Or voltage command value) is corrected.

ここで、例えば図3に示す補正係数を参照すると、直流電圧検出値Vdcfの変動幅が小さい場合には補正係数Kpnの変化が小さくなるため、この場合電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正の効果が小さくなる。   Here, for example, referring to the correction coefficient shown in FIG. 3, when the fluctuation range of the DC voltage detection value Vdcf is small, the change of the correction coefficient Kpn is small. In this case, the current control gain (or voltage command value) is corrected. The effect becomes smaller.

そのため、電流制御ゲイン(または電圧指令値)の補正の効果が小さい場合(予め設定された変動幅の設定値内の場合)にはインバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲイン(または電圧指令値)を補正することで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。   Therefore, when the effect of correcting the current control gain (or voltage command value) is small (within a preset value of the fluctuation range), the current control is performed every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle. By correcting the gain (or voltage command value), it is possible to reduce the amount of calculation and memory in the calculation means such as a microcomputer, and the cost of the calculation means can be reduced.

以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、予め設定された電流制御ゲインをインバータの直流電圧に応じて補正することで、電源事情に依存せず常に最適な電流制御系を構築でき、安定した電動機の駆動を実現できるため、空気調和機における圧縮機駆動用電動機などのようにエンコーダなどの位置センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように位置センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。   As described above, the electric motor drive device according to the present invention can always build an optimal current control system without depending on the power supply situation by correcting the preset current control gain according to the DC voltage of the inverter. Since a stable motor drive can be realized, a position sensor such as a servo drive is provided, not only when a position sensor such as an encoder cannot be used like a compressor drive motor in an air conditioner. The present invention can be applied even when it is possible.

本発明の第1の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図The system block diagram of the electric motor drive device in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図The system block diagram of the electric motor drive device in the 2nd Embodiment of this invention 本発明における補正係数の第1の実施例の動作説明図Operation explanatory diagram of the first embodiment of the correction coefficient in the present invention 本発明における補正係数の第2の実施例の動作説明図Operation explanatory diagram of the second embodiment of the correction coefficient in the present invention 本発明における補正係数の第3の実施例の動作説明図Operation explanatory diagram of the third embodiment of the correction coefficient in the present invention 図5のVdcf近傍の拡大図Enlarged view near Vdcf in FIG. 従来の電動機駆動装置のシステム構成図System configuration diagram of a conventional motor drive device

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 整流回路
3 電動機駆動装置
4 電動機
5 インバータ
5a〜5f スイッチング素子
6a〜6f 還流ダイオード
7a、7b 電流検出器
8a、8b 分圧抵抗
9 電流検出部
10 直流電圧検出部
11 速度制御部
12 電流制御部
13 PWM信号生成部
14 誘起電圧推定部
15 回転子位置速度推定部
16 電流制御ゲイン補正部
17 電圧指令補正部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectifier circuit 3 Electric motor drive device 4 Electric motor 5 Inverter 5a-5f Switching element 6a-6f Free-wheeling diode 7a, 7b Current detector 8a, 8b Voltage dividing resistor 9 Current detection part 10 DC voltage detection part 11 Speed control part 12 Current control unit 13 PWM signal generation unit 14 Induced voltage estimation unit 15 Rotor position speed estimation unit 16 Current control gain correction unit 17 Voltage command correction unit

Claims (11)

高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、
前記電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に対する電流指令値と前記電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、
前記電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の出力値に基づいて、前記電流制御手段における電流制御ゲインを補正する電流制御ゲイン補正手段とを備え、
該電流制御ゲイン補正手段は、予め設定された前記インバータの直流電圧の基準値と前記直流電圧検出手段の出力値との比率と、前記電流制御ゲインとを乗算することにより前記電流制御ゲインを補正することを特徴とする電動機駆動装置。
It has multiple switching element pairs consisting of upper arm switching elements arranged on the high voltage side and lower arm switching elements arranged on the low voltage side, and the DC voltage is converted to the AC voltage of the desired frequency and voltage by the operation of each switching element. And an inverter for supplying a drive voltage to a multi-phase motor,
Current detecting means for detecting a current flowing in a stator winding of the motor;
Current control means for creating a voltage command value from a current error between a current command value for the motor and a current detection value detected by the current detection means;
PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value;
DC voltage detection means for detecting the DC voltage of the inverter;
Current control gain correction means for correcting a current control gain in the current control means based on the output value of the DC voltage detection means,
The current control gain correction means corrects the current control gain by multiplying the current control gain by a ratio between a preset reference value of the DC voltage of the inverter and the output value of the DC voltage detection means. An electric motor drive device.
高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、
前記電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に対する電流指令値と前記電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電圧指令値を作成する電流制御手段と、
前記電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
前記インバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段の出力値に基づいて、前記電圧指令値を補正する電圧指令補正手段とを備え、
該電圧指令補正手段は、予め設定された前記インバータの直流電圧の基準値と前記直流電圧検出手段の出力値との比率と、前記電圧指令値とを乗算することにより前記電圧指令値を補正することを特徴とする電動機駆動装置。
It has multiple switching element pairs consisting of upper arm switching elements arranged on the high voltage side and lower arm switching elements arranged on the low voltage side, and the DC voltage is converted to the AC voltage of the desired frequency and voltage by the operation of each switching element. And an inverter for supplying a drive voltage to a multi-phase motor,
Current detecting means for detecting a current flowing in a stator winding of the motor;
Current control means for creating a voltage command value from a current error between a current command value for the motor and a current detection value detected by the current detection means;
PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling the operation of each switching element of the inverter based on the voltage command value;
DC voltage detection means for detecting the DC voltage of the inverter;
Voltage command correction means for correcting the voltage command value based on the output value of the DC voltage detection means,
The voltage command correcting means corrects the voltage command value by multiplying the voltage command value by a ratio between a preset reference value of the DC voltage of the inverter and the output value of the DC voltage detecting means. An electric motor drive device.
直流電圧の基準値を直流電圧検出手段の出力値で除算することにより比率を算出し、前記直流電圧検出手段の出力値がゼロ以下の場合には前記比率に予め設定された最大値を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。 A ratio is calculated by dividing the reference value of the DC voltage by the output value of the DC voltage detection means, and when the output value of the DC voltage detection means is less than or equal to zero, a preset maximum value is set as the ratio The electric motor drive device according to claim 1, wherein the electric motor drive device is provided. 前記比率が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することを特徴とする請求項1〜3に記載の電動機駆動装置。 The electric motor drive apparatus according to claim 1, wherein the ratio has at least an upper limit value or a lower limit value set in advance. 直流電圧検出手段の出力値が予め設定された直流電圧の範囲外の場合にのみ電流制御ゲインまたは電圧指令値を補正し、前記範囲内の場合には電流制御ゲインまたは電圧指令値の補正をしないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 The current control gain or voltage command value is corrected only when the output value of the DC voltage detection means is outside the preset DC voltage range, and the current control gain or voltage command value is not corrected when the output value is within the above range. The electric motor drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the electric motor drive device is provided. 電流制御ゲインまたは電圧指令値の補正のありなしの切り替え時に、切替猶予期間を設けたことを特徴とする請求項5に記載の電動機駆動装置。 6. The electric motor drive device according to claim 5, wherein a switching grace period is provided at the time of switching with or without correction of the current control gain or voltage command value. インバータの制御周期と同期して電流制御ゲインまたは電圧指令値を補正することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 The electric motor drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the current control gain or the voltage command value is corrected in synchronization with a control cycle of the inverter. 直流電圧検出手段の出力値の変動幅が予め設定された変動幅の設定値内の場合にのみ、インバータの制御周期のn周期毎(n≧2)に電流制御ゲインまたは電圧指令値を補正することを特徴とする請求項7に記載の電動機駆動装置。 The current control gain or voltage command value is corrected every n cycles (n ≧ 2) of the inverter control cycle only when the fluctuation range of the output value of the DC voltage detection means is within the preset fluctuation range setting value. The electric motor drive device according to claim 7. 直流電圧検出手段は、入力したインバータの直流電圧の瞬時値に所定のフィルタ処理を施してから出力することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電動機駆動装置。 9. The electric motor drive apparatus according to claim 1, wherein the DC voltage detection means outputs the instantaneous value of the input DC voltage of the inverter after performing a predetermined filtering process. 所定のフィルタ処理は、インバータのスイッチングに起因するノイズを除去するための処理であることを特徴とする請求項9に記載の電動機駆動装置。 The electric motor drive device according to claim 9, wherein the predetermined filter process is a process for removing noise caused by switching of the inverter. 直流電圧検出手段への入力は、電流制御ゲイン補正手段または電圧指令補正手段と共通の電位となるように設定された非絶縁回路から得られる直流電圧の瞬時値であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 The input to the DC voltage detecting means is an instantaneous value of a DC voltage obtained from a non-insulated circuit set to have a common potential with the current control gain correcting means or the voltage command correcting means. The electric motor drive device of any one of 1-10.
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