JP2015050791A - Motor control device and drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はブラシレスモータの制御を行うモータ制御装置およびこれを用いたドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機に関するものである。 The present invention relates to a motor control device that controls a brushless motor and a drum-type washing machine or a drum-type washing / drying machine using the same.
従来、ドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機等に用いられるモータ制御装置においては、一般的にブラシレスモータを低速から高速まで効率よく制御を行うために、位置検出器を備えたブラシレスモータのインバータ制御がよく用いられている(例えば、特許文献1参照)。図8は一般的なブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置を示したもので、以下その構成について説明する。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a motor control device used in a drum type washing machine or a drum type washing / drying machine, generally, a brushless motor inverter equipped with a position detector is used to efficiently control a brushless motor from a low speed to a high speed. Control is often used (for example, see Patent Document 1). FIG. 8 shows a motor control device for driving a general brushless motor, and its configuration will be described below.
モータ制御装置は、ブラシレスモータ2と、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出器3(3a、3b、3c)と、前記ブラシレスモータを駆動するインバータ11と、前記位置検出器の信号を利用し前記ブラシレスモータを駆動するインバータ11の制御を行う制御回路64及びドライブ回路62、を有している。ブラシレスモータ2には前記位置検出器が内蔵されており、例えばロータのマグネットの磁束の向きを信号として出力するホールICの利用などが一般的である。また、インバータ11には交流電源53をダイオードブリッジ55で整流し、コンデンサ56a、56bで平滑した電圧が供給される。インバータ11は6個のスイッチング素子SWU、SWV、SWW、SWX、SWY、SWZ及び6個のダイオード60a、60b、60c、61a、61b、61cより構成される。
The motor control device uses a
ブラシレスモータ2の制御は、ブラシレスモータ2に内蔵された位置検出器3(3a、3b、3c)の信号を使用し、その信号より制御回路64がブラシレスモータ2のロータの速度、位置を検出し、インバータ11のスイッチング素子を駆動するPWM信号を生成し、ドライブ回路62によりスイッチング素子SWU、SWV、SWW、SWX、SWY、SWZを駆動できる電圧に増幅・変換を行い、インバータ11の駆動を行うことでブラシレスモータ2を制御する。
The control of the
ところで、ブラシレスモータ2に内蔵されている位置検出器3(3a、3b、3c)に例えばホールICを使用してブラシレスモータ2のロータの磁束を検出しようとする場合、ホールICの取り付けの精度、例としてプリント配線板への実装の位置精度、プリント配線板のブラシレスモータ2への固定位置精度、ブラシレスモータ2のロータの機械的精度、着磁の精度等々の影響を受け、位置検出器3の出力信号は本来検出したいロータの位置すなわちロータの誘起電圧に対してあるべき位置検出器3の信号の位置に対して位相のずれが発生する。このずれは、しばしば電気角で10度程度まで大きくなることがある。
By the way, when trying to detect the magnetic flux of the rotor of the
位置検出器3の信号、すなわちブラシレスモータ2のロータの位置の検出値のずれはブラシレスモータ2駆動時に効率の低下を招き、ブラシレスモータ2の発熱を増加させる。また、この傾向はブラシレスモータ2の回転数が高いほど大きくなる。特に電源電圧に対しブラシレスモータ2の誘起電圧が無視できなくなり、進角制御を行うときには顕著になるとともに、場合によっては脱調、制御不能状態に陥ることもある。
The deviation of the signal of the
これを防ぐために、あらかじめ設定された電圧、周波数の正弦波状の電圧をブラシレスモータ2に供給し、オープンループ駆動させたときに生ずる前記正弦波状の電圧の位相と位置検出器3の出力信号との位相とのずれ量を検出して記憶手段5に記憶するとともに、
位置検出器3から出力される位置信号に基づくフィードバック制御を行って、ブラシレスモータ2を駆動させるときに前記位置ずれ量に基づいてブラシレスモータ2に供給する正弦波状電圧を補正するようにすることで位置検出器3のずれの影響を受けにくくしている。
In order to prevent this, a sine wave voltage having a preset voltage and frequency is supplied to the
By performing feedback control based on the position signal output from the
しかしながら、このような従来のモータ制御装置では、ブラシレスモータをオープンループ駆動したときに生ずる正弦波上の電圧の位相と位置検出器の出力信号との位相の差を記憶、制御に使用するので、実際のブラシレスモータの誘起電圧に対する位置検出器の信号の関係を測定しているものではない。従って、ある程度の位置検出器の誘起電圧に対する信号の位相差の補正はできるものの、位置検出器の信号の位相差を検出するときの負荷のばらつき等に対応するのは困難である。また低速から高速までブラシレスモータに対しベクトル制御を行うときには、特に高速で進角制御を行うときなどに無効電流の制御に与える影響が大きく、制御性に影響を与えることがある。 However, in such a conventional motor control device, the difference between the phase of the voltage on the sine wave generated when the brushless motor is driven in an open loop drive and the output signal of the position detector is used for storing and controlling. It does not measure the relationship of the position detector signal to the actual brushless motor induced voltage. Therefore, although it is possible to correct the phase difference of the signal with respect to the induced voltage of the position detector to some extent, it is difficult to cope with variations in load when detecting the phase difference of the signal of the position detector. When vector control is performed on a brushless motor from a low speed to a high speed, the influence on the reactive current control is large, particularly when the advance angle control is performed at a high speed, which may affect the controllability.
また、洗濯物の量の多少による負荷のばらつきが大きく、洗濯時あるいは乾燥時にはブラシレスモータを低速駆動し脱水時には高速駆動するドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機に用いた場合、効率よくブラシレスモータを駆動できず、効率のよいドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機を実現することが困難であるという課題があった。 Also, the load varies greatly depending on the amount of laundry, and when used in a drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine that drives the brushless motor at low speed during washing or drying and at high speed during dehydration, the brushless motor is efficient. There is a problem that it is difficult to realize an efficient drum type washing machine or drum type washing and drying machine.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ブラシレスモータの制御装置において、精度のよいブラシレスモータの位置検出器の検出位置補正機能を持たせ、低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動するモータ制御装置およびこれを用いたドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and in a brushless motor control device, has a highly accurate detection position correction function of a position detector of a brushless motor, and drives the brushless motor efficiently from low speed to high speed. It is an object of the present invention to provide a motor control device and a drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine using the same.
本発明は上記目的を達成するために、モータ制御装置は、ブラシレスモータを駆動するインバータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出器の出力信号を利用し前記ブラシレスモータを駆動する前記インバータの制御を行う制御回路と、前記制御回路に付随した記憶手段とを有し、前記制御回路は、前記ブラシレスモータの複数の巻線に印加する電圧を制御し、前記複数の巻線の各々に印加する電圧の合成である電圧ベクトルを前もって運転時よりゆっくりと回転させ、前記位置検出器の出力信号の変化時の前記電圧ベクトルの方向を検出し、前記電圧ベクトルの方向の検出値があらかじめ定められた範囲以外の場合には異常を検知し位置検出補正を終了し、前記電圧ベクトルの方向の検出値があらかじめ定められた範囲内の場合には前記電圧ベクトルの方向の検出値を前記ブラシレスモータの位置検出信号の補正値として前記記憶手段に保存し、前記ブラシレスモータの運転時には前記位置検出器の出力信号と前記位置検出信号の補正値を用いて前記ブラシレスモータの制御を行うモータ制御装置である。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a motor control device includes: an inverter that drives a brushless motor; and an inverter that drives the brushless motor using an output signal of a position detector that detects a rotor position of the brushless motor. A control circuit for controlling the control circuit, and a storage means associated with the control circuit, the control circuit controlling a voltage applied to the plurality of windings of the brushless motor, and each of the plurality of windings. A voltage vector, which is a composition of applied voltages, is rotated more slowly in advance than during operation, and the direction of the voltage vector when the output signal of the position detector changes is detected, and the detected value of the direction of the voltage vector is predetermined. If it is outside the specified range, the abnormality is detected and the position detection correction is finished, and the detection value in the direction of the voltage vector is a predetermined range. In this case, the detected value of the direction of the voltage vector is stored in the storage means as a correction value of the position detection signal of the brushless motor, and the output signal of the position detector and the position detection signal of the position detection signal are operated during the operation of the brushless motor. A motor control device that controls the brushless motor using a correction value.
これにより、誘起電圧に対する位置検出器の信号が本来あってほしい位置に対してずれを伴った場合でもそのずれの量を的確に補正することができると共に、位置検出器の信号が本来あってほしい位置よりも大幅にずれている場合にはそれを検出することでブラシレスモータを交換する等の対処を行うことができる。 As a result, even if the position detector signal with respect to the induced voltage has a deviation with respect to the position where it is originally desired, the amount of the deviation can be accurately corrected, and the position detector signal should be original. When the position is significantly deviated from the position, it is possible to take measures such as replacing the brushless motor by detecting it.
本発明のモータ制御装置およびこれを用いたドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機は、精度のよいブラシレスモータの位置検出器の検出位置補正機能を持たせ、低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動する制御装置およびこれを用いたドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機を実現することができる。 The motor control device of the present invention and the drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine using the motor control device have a highly accurate detection position correction function of the position detector of the brushless motor so that the brushless motor can be efficiently used from low speed to high speed. It is possible to realize a driving control device and a drum-type washing machine or a drum-type washing / drying machine using the control device.
第1の発明のモータ制御装置は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出器と、前記ブラシレスモータを駆動するインバータと、前記位置検出器の出力信号を利用し前記ブラシレスモータを駆動する前記インバータの制御を行う制御回路と、前記制御回路に付随した記憶手段とを有し、前記制御回路は、前記ブラシレスモータの複数の巻線に印加する電圧を制御し、前記ブラシレスモータの前記複数の巻線の各々に印加する電圧の合成である電圧ベクトルを前もって運転時よりゆっくりと回転させ、前記位置検出器の出力信号の変化時の前記電圧ベクトルの方向を検出し、前記電圧ベクトルの方向の検出値があらかじめ定められた範囲以外の場合には異常を検知し位置検出補正を終了し、前記電圧ベクトルの方向の検出値があらかじめ定められた範囲内の場合には電圧ベクトルの方向の検出値を前記ブラシレスモータの位置検出信号の補正値として前記記憶手段に保存し、前記ブラシレスモータの運転時には前記位置検出器の出力信号と前記位置検出信号の補正値を用いて前記ブラシレスモータの制御を行うものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor control device that uses a brushless motor, a position detector that detects a rotor position of the brushless motor, an inverter that drives the brushless motor, and an output signal of the position detector. A control circuit that controls the inverter that drives the control circuit, and a storage unit that accompanies the control circuit, the control circuit controlling a voltage applied to a plurality of windings of the brushless motor, and the brushless motor A voltage vector, which is a combination of voltages applied to each of the plurality of windings, is rotated more slowly in advance than during operation, and the direction of the voltage vector when the output signal of the position detector changes is detected. If the detected value of the vector direction is outside the predetermined range, an abnormality is detected and the position detection correction is terminated, and the voltage vector When the detected value of the direction of the voltage is within a predetermined range, the detected value of the direction of the voltage vector is stored in the storage means as a correction value of the position detection signal of the brushless motor. The brushless motor is controlled using the output signal of the detector and the correction value of the position detection signal.
これにより、前もって位置検出信号の補正のための試運転を行うことで、ブラシレスモータに搭載した位置検出器の出力である位置検出信号を精度よく補正することができるとともに、位置検出信号が規格値より大きく外れたブラシレスモータを搭載された場合にはそれを検出することでブラシレスモータを交換する等の対処を行うことができ、低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動するモータ制御装置を実現することができる。 Thus, by performing a trial run for correcting the position detection signal in advance, the position detection signal that is the output of the position detector mounted on the brushless motor can be accurately corrected, and the position detection signal is more than the standard value. To realize a motor control device that can drive a brushless motor efficiently from low speed to high speed by detecting the detection of a brushless motor that has been greatly deviated and replacing the brushless motor. Can do.
第2の発明は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出器と、前記ブラシレスモータを駆動するインバータと、前記位置検出器の出力信号を利用し前記ブラシレスモータを駆動する前記インバータの制御を行う制御回路と、前記制御回路に付随した記憶手段とを有し、前記制御回路は、前記ブラシレスモータの複数の巻線に印加する電圧を制御し、前記ブラシレスモータの前記複数の巻線の各々に印加する電圧の合成である電圧ベクトルを前もって運転時よりゆっくりと回転させ、ブラシレスモータを時計回り及び反時計回りそれぞれに回転させ、それぞれの回転方向で位置検出器の出力信号の変化時の前記電圧ベクトルの方向の検出を行い、前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値があらかじめ定められた範囲以外の場合には異常を検知し位置検出補正を終了し、前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値があらかじめ定められた範囲内の場合に
は前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値を前記ブラシレスモータの位置検出信号の補正値として前記記憶手段に保存し、前記ブラシレスモータの運転時には前記位置検出器の出力信号と前記位置検出信号の補正値を用いて前記ブラシレスモータの制御を行うものである。
The second invention is a brushless motor, a position detector that detects a rotor position of the brushless motor, an inverter that drives the brushless motor, and an output signal of the position detector that drives the brushless motor. A control circuit for controlling the inverter; and storage means attached to the control circuit, the control circuit controlling voltages applied to the plurality of windings of the brushless motor, and the plurality of the brushless motor. The voltage vector, which is the composition of the voltages applied to each of the windings, is rotated more slowly in advance than during operation, the brushless motor is rotated clockwise and counterclockwise, and the output signal of the position detector is rotated in each direction. The direction of the voltage vector at the time of change is detected, and an average value of the detected values in the direction of the voltage vector is determined in advance. If the detected value is outside the specified range, the abnormality is detected and the position detection correction is terminated. If the average value of the detected values in the direction of the voltage vector is within the predetermined range, the detected value in the direction of the voltage vector is The average value is stored in the storage means as a correction value of the position detection signal of the brushless motor, and the brushless motor is controlled using the output signal of the position detector and the correction value of the position detection signal during operation of the brushless motor. Is to do.
これにより、前もって位置検出信号の補正のための試運転を行うことで、ブラシレスモータの軸あるいは負荷の摩擦の影響などを受けにくくし、さらにブラシレスモータに搭載した位置検出器の出力である位置検出信号を精度よく補正することができるとともに、位置検出信号が規格値より大きく外れたブラシレスモータを搭載された場合にはそれを検出することでブラシレスモータを交換する等の対処を行うことができ、低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動するモータ制御装置を実現することができる。 As a result, by performing a trial run for correcting the position detection signal in advance, it is less affected by the friction of the shaft of the brushless motor or the load, and the position detection signal which is the output of the position detector mounted on the brushless motor. Can be corrected with high accuracy, and when a brushless motor whose position detection signal deviates significantly from the standard value is installed, it can be detected to take measures such as replacing the brushless motor. A motor control device that efficiently drives a brushless motor from high to high speed can be realized.
第3の発明は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する位置検出器と、前記ブラシレスモータを駆動するインバータと、前記位置検出器の出力信号を利用し前記ブラシレスモータを駆動する前記インバータの制御を行う制御回路と、前記制御回路に付随した記憶手段とを有し、前記制御回路は、前記ブラシレスモータの複数の巻線に印加する電圧を制御し、前記ブラシレスモータの前記複数の巻線の各々に印加する電圧の合成である電圧ベクトルを前もって運転時よりゆっくりと回転させ、前記位置検出器の出力信号の変化時の前記電圧ベクトルの方向を前記ブラシレスモータの極対数と同じ周期分で検出し、前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値があらかじめ定められた範囲以外の場合には異常を検知し位置検出補正を終了し、前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値があらかじめ定められた範囲内の場合には前記電圧ベクトルの方向の検出値の平均値を前記ブラシレスモータの位置検出信号の補正値として前記記憶手段に保存し、前記ブラシレスモータの運転時には前記位置検出器の出力信号と前記位置検出信号の補正値を用いて前記ブラシレスモータの制御を行うものである。 A third invention is a brushless motor, a position detector that detects a rotor position of the brushless motor, an inverter that drives the brushless motor, and an output signal of the position detector that drives the brushless motor. A control circuit for controlling the inverter; and storage means attached to the control circuit, the control circuit controlling voltages applied to the plurality of windings of the brushless motor, and the plurality of the brushless motor. A voltage vector, which is a combination of voltages applied to each of the windings, is rotated more slowly in advance than during operation, and the direction of the voltage vector when the output signal of the position detector changes is the same as the number of pole pairs of the brushless motor. If the average value of the detected values in the voltage vector direction is outside the predetermined range, an abnormality is detected and When the detection correction is finished and the average value of the detected values in the direction of the voltage vector is within a predetermined range, the average value of the detected values in the direction of the voltage vector is corrected to the correction value of the position detection signal of the brushless motor. Is stored in the storage means, and the brushless motor is controlled using the output signal of the position detector and the correction value of the position detection signal during operation of the brushless motor.
これにより、前もって位置検出信号の補正のための試運転を行うことで、ブラシレスモータの極対毎の位置検出信号のばらつきの影響を受けにくくし、さらにブラシレスモータに搭載した位置検出器の出力である位置検出信号を精度よく補正することができるとともに、位置検出信号が規格値より大きく外れたブラシレスモータを搭載された場合にはそれを検出することでブラシレスモータを交換する等の対処を行うことができ、低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動するモータ制御装置を実現することができる。 Thus, by performing a trial run for correcting the position detection signal in advance, it is less affected by variations in the position detection signal for each pole pair of the brushless motor, and is the output of the position detector mounted on the brushless motor. The position detection signal can be accurately corrected, and if a brushless motor with a position detection signal deviating greatly from the standard value is installed, measures such as replacing the brushless motor can be performed by detecting it. Thus, it is possible to realize a motor control device that efficiently drives a brushless motor from low speed to high speed.
第4の発明は、上記第1〜第3の発明において、前記制御回路は、位置検出補正を異常を検出して終了した場合には、位置検出信号の補正値を使用せず、あらかじめ設定された初期値を使用し前記ブラシレスモータの運転を行うものである。これにより、正常な値から逸脱した補正値でブラシレスモータを運転することを防ぎ、たとえば位置信号が異常なブラシレスモータを正常なブラシレスモータに交換した後に位置補正処理を行うことなくブラシレスモータの運転を行う場合に異常な動作を防ぐことができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, when the position detection correction is terminated by detecting an abnormality, the control circuit does not use the position detection signal correction value and is set in advance. The initial value is used to operate the brushless motor. This prevents the brushless motor from operating with a correction value that deviates from the normal value.For example, after replacing a brushless motor with an abnormal position signal with a normal brushless motor, the brushless motor can be operated without performing position correction processing. Abnormal operation can be prevented when performing.
第5の発明は、上記第1〜第4の発明において、前記制御回路は、位置検出信号の補正値を検出する近傍の電圧ベクトルの回転速度に対して、位置検出信号の補正値を検出しない範囲は電圧ベクトルの回転速度を早くするよう制御するものである。これにより、前もって行う位置検出信号の補正のための時間を短縮することができる。 In a fifth aspect based on the first to fourth aspects, the control circuit does not detect the correction value of the position detection signal with respect to the rotation speed of the voltage vector in the vicinity that detects the correction value of the position detection signal. The range is controlled to increase the rotation speed of the voltage vector. As a result, it is possible to reduce the time required for correcting the position detection signal in advance.
第6の発明は、上記第1〜第5の発明において、記憶手段は不揮発性メモリとすることで、ブラシレスモータの制御装置の電源を切った場合でも位置検出信号の補正値を記憶することができ、電源の再投入時に再度試運転を行うことなく低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動するモータ制御装置を実現することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the invention, the storage means is a non-volatile memory, so that the correction value of the position detection signal can be stored even when the brushless motor control device is turned off. Thus, it is possible to realize a motor control device that efficiently drives a brushless motor from a low speed to a high speed without performing a trial run again when the power is turned on again.
第7の発明は、上記第1〜第6の発明のモータ制御装置をドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機に搭載することで、ブラシレスモータを低速駆動する洗濯時あるいは乾燥時から高速駆動する脱水時まで効率よくブラシレスモータを駆動することができ、効率のよいドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機を実現することができる。 In a seventh aspect of the invention, the brushless motor is driven at a high speed from the time of washing or drying at a low speed by mounting the motor control device of the first to sixth inventions on a drum type washing machine or a drum type washing and drying machine. The brushless motor can be driven efficiently until dehydration, and an efficient drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine can be realized.
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、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。また、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. In addition, the same structure as a prior art example attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. Further, the present invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。ブラシレスモータ2駆動用のインバータ11はスイッチング素子SWUとSWX、SWVとSWY、SWWとSWZの直列に接続された2個1組を並列に3組、合計6個のスイッチング素子より構成されており、図1では例としてスイッチング素子にIGBTを使用している。2個1組のスイッチング素子の接続点、例えばスイッチング素子SWUの下側(エミッタ側)にスイッチング素子SWXの上側(コレクタ側)が接続されているが、その接続点よりブラシレスモータ2の巻線に接続されている。ブラシレスモータ2には位置検出器3が搭載されている。この出力信号CSはマイクロコンピュータ等により構成される制御回路1に入力され、ブラシレスモータ2の速度制御、トルク制御等に使用される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control device according to
なお、図1は実施例の一例であり、使用するスイッチング素子としてMOSFETやバイポーラトランジスタといった他のスイッチング素子を使用することもできる。 FIG. 1 is an example of the embodiment, and other switching elements such as MOSFETs and bipolar transistors can be used as the switching elements to be used.
図2は本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のブラシレスモータの誘起電圧と位置検出器の信号との関係を示す図である。ブラシレスモータ2の巻線をU相、V相、W相とする。ブラシレスモータ2のロータを外部より回転させたときに中性点よりU相の巻線端子に発生する誘起電圧がEu、V相の巻線に発生する誘起電圧がEv、W相の巻線に発生する電圧がEwである。また、通常は中性点はブラシレスモータの外部には端子として現れていないことが多く、線間電圧で表すことが多い。W相巻線端子を基準としてU相の巻線端子に発生する誘起電圧がEuw、U相巻線端子を基準としてV相の巻線端子に発生する誘起電圧がEvu、V相巻線端子を基準としてW相の巻線端子に発生する誘起電圧がEwvである。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the induced voltage of the brushless motor of the motor control apparatus according to
位置検出器3の出力信号は3相のブラシレスモータでは3本が出ていることが一般的である。図2に示すCS1、CS2、CS3は位置検出器3の出力信号の一例であり、CS1は前述の線間誘起電圧Euw、CS2は線間誘起電圧Evu、CS3は線間誘起電圧Ewvのそれぞれに同期した信号、すなわちそれぞれの線間誘起電圧が0V(ゼロボルト)時に論理が変化する信号である。なお、図2では位置検出器3の信号は線間の誘起電圧と同期しているが、それぞれの相の誘起電圧であるEu、Ev、Ewと同期した信号としてもよい。
In general, three output signals from the
位置検出器3はブラシレスモータ2のロータのマグネットの磁束またはロータと同軸上に取り付けられた位置検出用のマグネットの磁束をホール素子やホールIC等で検出することが一般的である。このときに着磁の精度、ホール素子やホールICのプリント配線板への取り付け精度、プリント配線板のモータ内部への組み込みの精度、ホール素子やホールICの磁束の検出感度といったばらつき要因がある。図2を用いて説明したブラシレスモータ2の線間誘起電圧Euwと位置検出器3の出力信号の一つであるCS1を用いて説明する。
The
図3は線間誘起電圧と位置検出器の信号の理想的な場合の図の例である。位置検出信号
CS1は線間誘起電圧Euwに同期している。即ち線間誘起電圧の0V(ゼロボルト)となる位置、ゼロクロスで位置検出信号CS1の論理が変化している。図4、図5は線間誘起電圧と位置検出器3の信号がずれを伴った場合の図の例である。図4は位置検出信号CS1が線間誘起電圧Euwに対して進みを、図5は遅れを伴っている例である。
FIG. 3 is an example of an ideal case diagram of the line induced voltage and the signal of the position detector. The position detection signal CS1 is synchronized with the line induced voltage Euw. That is, the logic of the position detection signal CS1 changes at a position where the line-to-line induced voltage is 0 V (zero volt) and zero crossing. 4 and 5 are examples of diagrams in the case where the line induced voltage and the signal of the
ブラシレスモータ2を制御するときのモータのロータ位置は前述の位置検出器3の出力であるCS1、CS2、CS3の信号を用いて、制御周期毎のロータ位置を補間演算して求め、制御を行う。そのため前述のように位置検出信号にずれがあると出力電圧波形の歪やブラシレスモータ2のロータの位置に対して電圧の位相の進み、遅れといった影響が生じ、効率の低下や騒音といった悪影響を与える。また、電源電圧に対してブラシレスモータ2の誘起電圧が比較的高くなる場合に進角制御を行うことになるが、その場合には位置検出信号のずれによって、より性能に悪影響を与える可能性がある。以下、前もって位置検出信号の補正のための試運転を行うことで、位置検出器3の検出位置の補正を行う方法を説明する。
The rotor position of the motor when controlling the
図6は本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のブラシレスモータのモデルを示す説明図である。また、図6のブラシレスモータを時計回りに回転させたときの誘起電圧と位置検出器の出力信号の関係を既に説明した図2の通りとする。図6には説明を簡単にするため2極のモデルを示している。2極のモデルでは、電気角と機械角は同一の値となる。ステータにはU相の巻線U、V相の巻線V、W相の巻線Wの3つの巻線がある。またロータはマグネットが配置されている。巻線のU相の向きを原点に、時計回り方向に角度θの回転座標を考える。任意の角度θの向きに軸aを、軸aと直交する向きに軸bを座標軸とする。各ステータの巻線に正の電圧を印加したときに発生するステータ内側の磁極をN極とする。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a model of a brushless motor of the motor control device according to the first embodiment of the present invention. The relationship between the induced voltage and the output signal of the position detector when the brushless motor of FIG. 6 is rotated clockwise is as shown in FIG. FIG. 6 shows a two-pole model for ease of explanation. In the two-pole model, the electrical angle and the mechanical angle are the same value. The stator has three windings: a U-phase winding U, a V-phase winding V, and a W-phase winding W. A magnet is arranged on the rotor. Let us consider the rotation coordinate of the angle θ in the clockwise direction with the direction of the U phase of the winding as the origin. An axis a is set to an arbitrary angle θ, and an axis b is set to a coordinate axis in a direction orthogonal to the axis a. The magnetic pole inside the stator that is generated when a positive voltage is applied to the winding of each stator is defined as N pole.
今、各巻線の合成電圧である電圧ベクトルを角度θの方向とする、即ち図6のa軸の正の方向より合成電圧を印加したときに、図6のステータのa軸の正方向にN極が、a軸の負方向にS極が発生する。ブラシレスモータ2のロータはステータの磁極との吸引・反発作用でa軸の正方向にS極、負方向にN極となる向きに引き寄せられる。この状態で角度θをゆっくりと回転させるとブラシレスモータ2のロータもa軸の正方向にS極、負方向にN極を保ったままゆっくりと回転する。角度θを回転させたときに、ブラシレスモータ2のロータの回転と共に位置検出器3の出力信号も変化する。この位置検出器3の出力信号の変化した時の角度θの本来あるべき位置との差を補正値として記憶手段5に記憶する。ブラシレスモータの位置検出信号の補正値の検出時にはa軸方向に一定の合成電圧を印加し、角度θをゆっくりと回転させることで位置検出器3の信号の変化点を検出する。以下、検出時の電圧制御の例の詳細と、角度θの検出の詳細を説明する。
Now, when the voltage vector, which is the combined voltage of each winding, is set to the direction of the angle θ, that is, when the combined voltage is applied from the positive direction of the a-axis in FIG. A pole is generated in the negative direction of the a-axis. The rotor of the
ブラシレスモータ2の位置検出信号の補正値の検出時の電圧制御方法について説明する。検出ab軸の電圧指令を考える。a軸の電圧指令をVa*、b軸の電圧指令をVb*とし、電圧指令をそれぞれVa*=V、Vb*=0とする。VはV>0とする。また、巻線Uとa軸との角度θは任意の値とする。ab軸上のブラシレスモータ2への印加電圧指令Va*、Vb*を、図7に示される(式1)に従って三相巻線の電圧Vu、Vv、Vwに変換する。位置検出信号の補正値を検出するときにはこのようにして求めた3相巻線の電圧Vu、Vv、Vwをインバータ11よりブラシレスモータ2に印加することで電圧制御を行っている。この電圧制御により巻線印加電圧の合成である電圧ベクトルはa軸の正の方向に制御され、角度θは電圧ベクトルの方向となる。
A voltage control method when detecting the correction value of the position detection signal of the
次に電圧ベクトルの方向θの検出方法についてその詳細を説明する。図2に示すブラシレスモータの誘起電圧と位置検出器の出力信号の関係を示す図を用い、代表として時計方向に回転時の信号CS1のHからLへの変化点の検出について説明する。 Next, details of the method for detecting the direction θ of the voltage vector will be described. The detection of the change point from H to L of the signal CS1 during clockwise rotation will be described as a representative using the diagram showing the relationship between the induced voltage of the brushless motor and the output signal of the position detector shown in FIG.
図2より、電気角30度の位置が時計方向回転時の信号CS1のHからLへの変化点の理想的な位置である。この理想的な位置をθcs1*とする。一方、前記の電圧制御を行いながら電圧ベクトルをゆっくりと回転させる。具体的には、ブラシレスモータ2を、洗濯時の回転数500rpmに対し0.1rpm程度の低速度で回転させるように、電圧制御を行いながら電圧ベクトルをゆっくりと回転させる。電圧ベクトルの方向θを徐々に増加させるとブラシレスモータ2のロータは時計周りに回転し、30°近辺で位置検出器3の出力信号の一つであるCS1がHからLになる。このときの電圧ベクトルの方向をθcs1とする。例えば図3のように信号CS1がほとんど線間誘起電圧Euwの0V(ゼロボルト)と一致するとき、θcs1は30°位である。
From FIG. 2, the position at the electrical angle of 30 degrees is an ideal position of the changing point from H to L of the signal CS1 at the time of clockwise rotation. Let this ideal position be θcs1 *. On the other hand, the voltage vector is slowly rotated while performing the voltage control. Specifically, the voltage vector is slowly rotated while performing voltage control so that the
また、図4のように信号CS1が線間誘起電圧Euwよりも進んでいる場合はθcs1は30°よりも小さい値となる。また、図5のように信号CS1が線間誘起電圧Euwよりも遅れている場合、θcs1は30°よりも大きい値となる。 Also, as shown in FIG. 4, when the signal CS1 is ahead of the line induced voltage Euw, θcs1 is a value smaller than 30 °. Further, when the signal CS1 is delayed from the line induced voltage Euw as shown in FIG. 5, θcs1 becomes a value larger than 30 °.
図2に示すような誘起電圧と位置検出信号の関係の場合、一般的に位置検出信号は電気角で60°毎に位置情報が変化する。この位置検出信号とブラシレスモータ2の誘起電圧が例えば±10°の精度が保証されている場合、検出したθcs1が理想的な位置から±10°以内にあればそのブラシレスモータ2は規格内品であり、±10°を超える場合には異常品である。検出したθcs1があらかじめ定められた値を超えた場合は異常を検出し、位置検出補正を終了する。
In the case of the relationship between the induced voltage and the position detection signal as shown in FIG. 2, the position information of the position detection signal generally changes every 60 ° in electrical angle. If the position detection signal and the induced voltage of the
検出したθcs1が正常な範囲の場合、θcs1を位置検出信号の補正値として図1の記憶手段5に記憶する。
When the detected θcs1 is in a normal range, θcs1 is stored in the
以上、位置検出信号の補正値の検出方法について説明したが、実際のブラシレスモータ2の駆動時には、例えばブラシレスモータ2を時計回り方向に駆動する場合、位置検出信号の一つであるCS1がHからLに変化したときに、理想的な位置であるθcs1*である30°を使用せず、あらかじめ記憶手段5に記憶してある位置検出信号の補正値θcs1を角度情報として使用することでブラシレスモータ2を効率よく駆動することができる。
The method for detecting the correction value of the position detection signal has been described above. When the
なお、説明のためブラシレスモータ2のロータの時計回り時の位置検出器3の信号の一つであるCS1のHからLへの変化点について説明したが、他の信号CS2、CS3及びLからHへの変化点についても同様の手法で位置検出信号の補正値を検出することができる。
For the sake of explanation, the change point of CS1 from H to L, which is one of the signals of the
(実施の形態2)
上記実施の形態1で説明した位置検出信号の補正値を検出するときに、例えばブラシレスモータ2が負荷に接続されており、摩擦の影響を受ける場合に、ブラシレスモータ2のロータは電圧ベクトルの方向θよりも少し遅れて追従することが予想される。
(Embodiment 2)
When the correction value of the position detection signal described in the first embodiment is detected, for example, when the
そこで、前もって行う位置検出信号の補正のための試運転として、ブラシレスモータ2を時計回り及び反時計回りそれぞれに回転させ、それぞれの回転方向で位置検出器3の出力信号の変化時の電圧ベクトルの方向の検出を行う。その検出値の平均値があらかじめ定められた値を超える場合には位置検出補正を異常終了し、検出値の平均値があらかじめ定められた値の範囲内の場合には検出値の平均値をブラシレスモータ2の位置検出信号の補正値として記憶手段5に保存することで、摩擦の影響を受けずに検出でき、ブラシレスモータ2駆動時に効率よく駆動することができる。
Therefore, as a trial operation for correcting the position detection signal performed in advance, the
(実施の形態3)
ブラシレスモータ2が2極以外のとき、例えば4極のときは、上記実施の形態1で説明したロータが時計回り時の位置検出信号の一つであるCS1のHからLへの変化点はモータの機械角で180°離れた2箇所存在する。2箇所の信号CS1のHからLへの変化点の位置が異なると、1箇所だけの検出では位置検出信号の補正値の誤差が大きくなってしまう可能性がある。
(Embodiment 3)
When the
この場合、機械角で180°離れた2箇所の位置検出信号のCS1のHからLへの変化点を検出し、その検出値の平均値があらかじめ定められた値を超える場合には位置検出補正を異常終了し、検出値の平均値があらかじめ定められた値の範囲内の場合には検出値の平均値をブラシレスモータ2の位置検出信号の補正値として記憶手段5に保存することで、4極のブラシレスモータでも駆動時に効率よく駆動することができる。
In this case, the change point of CS1 from H to L of two position detection signals separated by 180 ° in mechanical angle is detected, and the position detection correction is performed when the average value of the detection values exceeds a predetermined value. If the average value of the detected values is within a predetermined value range, the average value of the detected values is stored in the storage means 5 as a correction value of the position detection signal of the
なお、それ以上の極数のブラシレスモータでも同様に極対数分の信号の変化点の電圧ベクトルの方向θを検出し、記憶手段5に保存することで、同様にブラシレスモータ2駆動時に効率よく駆動することができる。
Similarly, even in a brushless motor having more poles, the voltage vector direction θ at the signal change point corresponding to the number of pole pairs is detected and stored in the storage means 5 so that the
(実施の形態4)
実施の形態4は、上記実施の形態1〜3において、位置検出補正を異常検出して終了した場合には、検出した位置検出信号の補正値を使用せずに、その代わりとしてあらかじめ設定された初期値を使用しブラシレスモータ2の運転を行うものである。この初期値とは位置検出信号が本来あるべき位置の情報である。例えば図2に示すCS1の信号の場合、HからLに変化する場所は30°が本来あるべき位置の情報である。これは、異常な信号を検出した場合に、正常な値から逸脱した補正値でブラシレスモータ2を運転することを防ぎ、たとえば位置信号が異常なブラシレスモータを正常なブラシレスモータに交換した後に位置補正処理を行うことなくブラシレスモータの運転を行う場合に、ブラシレスモータ2の暴走や過大な電流等の異常な動作を防ぐことができる。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, when the position detection correction is abnormally ended in the first to third embodiments, the correction value of the detected position detection signal is not used and is set in advance instead. The
(実施の形態5)
上記実施の形態1〜4において、位置検出器3の補正値を検出するときには電圧ベクトルの方向をゆっくりと変化させ、ブラシレスモータ2をゆっくりと回転させることで、精度良く位置検出器3の補正値を検出することができる。一方で補正したい位置検出信号の変化点が多数ある場合や、4極以上のブラシレスモータで実施の形態3のように複数の同信号の変化点の平均値を補正値として検出したい場合、ブラシレスモータ2を補正値の検出の最初から最後まで電圧ベクトルをゆっくりと回転させると位置検出器3の補正に掛る時間が長くなってしまう。
(Embodiment 5)
In the first to fourth embodiments, when the correction value of the
本実施の形態5は、位置検出器3の補正値を取得したい近傍は電圧ベクトルの方向θをゆっくりと変化し、ブラシレスモータ2をゆっくりと回転させ、それ以外の部分は電圧ベクトルの方向θを比較的早く変化させブラシレスモータ2を早く回転させるものである。このように制御することで、位置検出器3の補正値の取得にかかる時間を短縮することができる。具体的には、例えば、補正値を取得したい近傍ではブラシレスモータ2を0.1rpm程度で回転させ、それ以外の部分では1rpm程度で回転させることによって、効果的に実現することができる。
In the fifth embodiment, the direction θ of the voltage vector changes slowly in the vicinity where the correction value of the
(実施の形態6)
実施の形態6は、上記実施の形態1〜5において、位置検出信号の補正値を記憶する記憶手段5を不揮発性メモリとするものである。この構成により、例えば本発明のモータ制御装置を工場出荷時に位置検出信号の補正を実施し、位置検出信号の補正値を記憶手段5である不揮発性メモリに記憶することで、電源を切断しても補正値は記憶され、電源の再
投入時に位置検出信号の補正を実施することなく効率よくブラシレスモータ2を駆動することができる。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, the storage means 5 for storing the correction value of the position detection signal in the first to fifth embodiments is a nonvolatile memory. With this configuration, for example, the motor control device of the present invention corrects the position detection signal at the time of shipment from the factory, and stores the correction value of the position detection signal in the nonvolatile memory that is the storage means 5, thereby disconnecting the power supply. The correction value is stored, and the
(実施の形態7)
洗濯物を収容したドラムを回転させて洗濯、脱水を行うドラム式洗濯機、さらに乾燥も行うドラム式洗濯乾燥機は、洗濯時あるいは乾燥時には低速・大トルク、脱水時には高速・低トルクでの駆動が必要である。ドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機のドラム駆動用モータとしてブラシレスモータを使用した場合、洗濯時の効率を確保するために誘起電圧をある程度上げておきたい。そのために脱水時には電源電圧に対してブラシレスモータの誘起電圧が比較的高くなるため、進角制御を行うのが一般的である。ドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機に上記実施の形態1〜6のモータ制御装置を搭載することで、効率よくドラムを駆動することができ、効率のよいドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機を実現することができる。
(Embodiment 7)
A drum-type washing machine that rotates and rotates a drum that contains laundry, and a drum-type washing and drying machine that also performs drying are driven at low speed and large torque during washing or drying, and at high speed and low torque during dehydration. is necessary. When a brushless motor is used as a drum driving motor of a drum-type washing machine or drum-type washing / drying machine, it is desired to increase the induced voltage to some extent in order to ensure efficiency during washing. For this reason, since the induced voltage of the brushless motor is relatively high with respect to the power supply voltage during dehydration, it is common to perform advance angle control. By mounting the motor control device according to any of the first to sixth embodiments on a drum-type washing machine or drum-type washing and drying machine, the drum can be driven efficiently, and an efficient drum-type washing machine or drum-type washing and drying is possible. Machine can be realized.
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置およびこれを用いたドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機は、位置検出器の検出位置のばらつきの影響を受けずに低速から高速まで効率よくブラシレスモータを駆動することが可能となるので、ドラム式洗濯機またはドラム式洗濯乾燥機のみならず、負荷のばらつきが大きく、かつ低速から高速に亘ってモータを回転させる必要のある電気機器にとって有用である。 As described above, the motor control device according to the present invention and the drum-type washing machine or the drum-type washing / drying machine using the motor control device are efficiently brushless from low speed to high speed without being affected by variations in the detection position of the position detector. Since the motor can be driven, it is useful not only for drum-type washing machines or drum-type washing / drying machines, but also for electrical equipment that has a large load variation and needs to rotate the motor from low speed to high speed. is there.
1 制御回路
2 ブラシレスモータ
3 位置検出器
5 記憶手段
11 インバータ
SWU、SWV、SWW、SWX、SWY、SWZ スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
て、位置検出信号の補正値を検出しない範囲は電圧ベクトルの回転速度を早くするよう制御する請求項1〜4のいずれか1項記載のモータ制御装置。 The control circuit controls the rotation speed of the voltage vector to be higher in a range where the correction value of the position detection signal is not detected than the rotation speed of the voltage vector in the vicinity where the correction value of the position detection signal is detected. The motor control apparatus of any one of -4.
Priority Applications (1)
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