JP2009254191A - Motor controller, compressor, refrigerating apparatus, and air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータを駆動するためのモータ制御装置、およびこのモータ制御装置を搭載した圧縮装置、冷凍装置および空調装置に関する。 The present invention relates to a motor control device for driving a motor, and a compression device, a refrigeration device, and an air conditioner equipped with the motor control device.
永久磁石同期モータは、保守性、制御性、耐環境性に優れており、高効率、高出力の運転が可能であるため広く利用されている。また、永久磁石を使用しない同期リラクタンスモータも安価でリサイクルが容易なモータとして盛んに研究されている。 Permanent magnet synchronous motors are widely used because they have excellent maintainability, controllability, and environmental resistance, and can be operated with high efficiency and high output. Synchronous reluctance motors that do not use permanent magnets are also actively studied as inexpensive and easy-to-recycle motors.
永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータを高性能制御するためには、ロータの位置に応じた正弦波電流を流すことが重要となる。 In order to perform high-performance control of a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor or a synchronous reluctance motor, it is important to flow a sine wave current according to the position of the rotor.
そのため、一般に、モータ制御装置には、ホール素子、エンコーダ、レゾルバ等のロータの位置を検出する位置センサを用いた自制運転(速度フィードバック運転)方法がある。 Therefore, in general, the motor control device includes a self-limiting operation (speed feedback operation) method using a position sensor that detects the position of a rotor such as a hall element, an encoder, or a resolver.
また、位置センサに代えて、モータの電圧や電流の情報に基づいて、演算によって間接的にロータの位置を求める方法が開示されている。 Moreover, it replaces with a position sensor and the method of calculating | requiring the position of a rotor indirectly by calculation based on the information of the voltage and electric current of a motor is disclosed.
しかし、位置センサの場合は、機器の小形化を妨げる大きな要因となるだけでなく、位置センサの信号を伝える複数本の配線や受信回路が必要となるため、信頼性、作業性、価格等で問題があった。 However, in the case of a position sensor, not only is it a major factor that hinders downsizing of the equipment, but it also requires multiple wires and receiving circuits to transmit the position sensor signal, so reliability, workability, cost, etc. There was a problem.
また、モータの電圧や電流の情報に基づいて間接的にロータの位置を演算する方法の場合は、複雑かつ高速な演算処理が必要となるため、制御装置が高価になるという問題があった。 In addition, in the method of indirectly calculating the position of the rotor based on information on the voltage and current of the motor, there is a problem that the control device becomes expensive because complicated and high-speed calculation processing is required.
特許文献1においては、位置情報に基づかず、速度指令のみに基づく他制運転(速度オープンループ運転)を行ない、モータ駆動電圧とモータ電流信号の位相差を制御することにより高性能な正弦波駆動を実現する方式が開示されている。
In
図10は、同期モータの電圧と電流との位相差によって制御する従来の同期モータ駆動装置を説明する図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional synchronous motor driving device that is controlled by the phase difference between the voltage and current of the synchronous motor.
図10を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに3相(U相、V相、W相)のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ1を駆動させるために、電力を供給するAC電源4と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路2およびコンバータ回路3と、モータ電流を検出する電流センサ5と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部6と、それらを制御する制御部1000Bから構成されている。
Referring to FIG. 10, the synchronous motor driving device uses electric power to drive a
なお、この電力を供給するAC電源4と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路2およびコンバータ回路3とによってインバータ部100Aが構成される。
The
上記構成によると、AC電源4から供給された電力がインバータ回路2およびコンバータ回路3を介して交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ1に供給されて、モータ1が駆動される。
According to the above configuration, the power supplied from the
電流センサ5は、モータ1のコイル端子U,V,Wの各相のうち、特定相(以下、U相とする)に流れるモータ電流を検出する。
The
電流センサ5で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部6に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部1000Bに与えられる。
The motor current detected by the
制御部1000Bは、位相差検出部8と、目標位相差情報格納部9と、加算器10と、PI演算部11と、回転数設定部12と、正弦波データテーブル13と、正弦波データ作成部14と、PWM作成部15とを備える。
The
位相差検出部8は、モータ電流検出アンプ部6から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでA/D変換して取込み、2個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号の面積を算出する。算出された2箇所のモータ電流信号面積の面積比を位相差情報として出力する。
The phase
目標位相差情報格納部9には、目標とする位相差情報(目標位相差情報)が格納される。
The target phase difference
目標位相差情報と検出された位相差情報との誤差データは、加算器10によって算出される。
Error data between the target phase difference information and the detected phase difference information is calculated by the
PI演算部11は、算出された誤差データに対して、比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部10とPI演算部11とによって位相差制御部が構成される。
The
回転数設定部12は、モータ1の回転数指令を設定する。
正弦波データテーブル13には、モータ1の所定の回転数に対応する正弦波データが格納されている。
The rotation
The sine wave data table 13 stores sine wave data corresponding to a predetermined rotational speed of the
正弦波データ作成部14は、モータ1の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル13から同期モータのコイル端子U,V,Wの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、U相の正弦波データに基づいてU相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。
The sine wave
PWM作成部15は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてPWM波形を作成し、作成したPWM波形をインバータ回路2の同期モータ端子U,V,W各相の駆動素子に出力する。
The
一般的に、上記の位相差制御を実行するためには、同期モータを正常に起動させる必要がある。 Generally, in order to execute the above phase difference control, it is necessary to start the synchronous motor normally.
図11は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のU相のモータ電流の波形図である。 FIG. 11 is a waveform diagram of the U-phase motor current when the synchronous motor is forcibly started with a preset modulation factor and rotation speed.
図11を参照して、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合、同期モータは所定回転経過後に滑らかに回転し、安定した状態で上記位相差制御に移行することになる。 Referring to FIG. 11, when the load torque of the synchronous motor is small at the time of start-up, the synchronous motor rotates smoothly after a predetermined rotation has elapsed, and shifts to the phase difference control in a stable state.
図12は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のU相のモータ電流の波形図である。 FIG. 12 is a waveform diagram of another U-phase motor current when the synchronous motor is forcibly started with a preset modulation factor and rotation speed.
図12を参照して、起動時に同期モータの負荷トルクが大きすぎる場合、同期モータは所定期間経過後においても、不安定な回転を行い、大きな振動及び騒音を発生し、最終的には過大なモータ電流が生じることになる。そのため、インバータ回路2の過電流の保護装置によりモータ駆動を停止した状態となっている。
Referring to FIG. 12, when the load torque of the synchronous motor is too large at the time of startup, the synchronous motor performs unstable rotation even after a predetermined period of time, generates large vibrations and noises, and eventually becomes excessive. Motor current is generated. Therefore, the motor drive is stopped by the overcurrent protection device of the
特許文献2においては、負荷トルクが大きすぎる場合にモータが正常に起動しない状態を検出する方式が開示されている。
しかしながら、特許文献2に開示される方式においては、モータ起動時の異常の検出として、回転数を検知して予め決めた回転数よりも低い場合に、ロック状態と判断する方式が開示されているが、特許文献1に示されるような位置センサレス正弦波駆動の起動方式においては、180度正弦波通電でありこの駆動方式では、通電休止期間がないため誘起電圧の検出が不可能であり回転位置が検出できず、起動時の電流異常検出によるモータ起動異常の検出も出来ない。
However, in the method disclosed in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、位置センサレス正弦波駆動の起動方式を実行するモータ制御装置においても、簡易な構成でモータ起動異常の検出が可能なモータ制御装置、およびこのモータ制御装置を搭載した圧縮装置、冷凍装置および空調装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a motor control apparatus that executes a position sensorless sine wave drive start method can detect a motor start abnormality with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a motor control device, and a compression device, a refrigeration device, and an air conditioner equipped with the motor control device.
本発明に係るモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、複数相のうちの少なくとも1つの相のモータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。 A motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a synchronous motor including a plurality of phase motor coils, and detects a motor current of at least one phase of the plurality of phases to detect a motor current signal. A motor current detection unit for outputting a phase difference detection unit for detecting a phase difference between a motor current signal output from the motor current detection unit and a corresponding motor drive voltage among a plurality of phases and outputting phase difference information; And an inverter unit for energizing each phase of the motor coil, and an activation abnormality determining unit for detecting the occurrence of the activation abnormality of the synchronous motor based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor.
本発明に係る別のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータからインバータ部に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、直流電流検出部で検出された直流電流に基づいて、モータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。 Another motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a synchronous motor having a plurality of phase motor coils, and includes an inverter unit for energizing each phase motor coil, and an inverter from the synchronous motor A direct current detection unit that detects a direct current flowing through the motor, a motor current detection unit that outputs a motor current signal based on the direct current detected by the direct current detection unit, and a motor current output from the motor current detection unit Based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor, and a phase difference detector that detects the phase difference between the signal and the corresponding motor drive voltage of the plurality of phases and outputs the phase difference information A startup abnormality determining unit that detects occurrence of a startup abnormality of the synchronous motor.
本発明に係るさらに別のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、複数相のモータ電流のうちの少なくとも1つの相のモータ電流の極性を検出して、検出結果に基づくモータ電流極性信号を出力するモータ電流極性検出部と、モータ電流極性検出部から出力されたモータ電流極性信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。 Still another motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a synchronous motor including a plurality of phase motor coils, and is configured to control at least one phase of the plurality of phase motor currents. A motor current polarity detection unit that detects a polarity and outputs a motor current polarity signal based on the detection result; a motor current polarity signal output from the motor current polarity detection unit; and a corresponding motor drive voltage of a plurality of phases The phase difference detection unit that detects the phase difference and outputs the phase difference information, the inverter unit that energizes the motor coil of each phase, and the synchronization based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor A start-up abnormality determining unit that detects occurrence of a start-up abnormality of the motor.
好ましくは、起動異常判定部の起動異常の検出に基づいて、同期モータへの電力の供給が停止される。 Preferably, the supply of power to the synchronous motor is stopped based on the detection of the start abnormality by the start abnormality determining unit.
本発明に係る圧縮装置は、上記同期モータについて、冷媒を圧縮する圧縮部に設けられ、同期モータを駆動・制御する上記のモータ制御装置を備える。 The compression apparatus which concerns on this invention is provided in the compression part which compresses a refrigerant | coolant about the said synchronous motor, and is provided with said motor control apparatus which drives and controls a synchronous motor.
本発明に係る冷凍装置は、上記の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える。
本発明に係る空調装置は、上記の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える。
A refrigeration apparatus according to the present invention includes the above-described compression apparatus, a condenser, and a cooler.
An air conditioner according to the present invention includes the above-described compression device, a condenser, and a cooler.
本発明に係るモータ制御装置は、同期モータを強制的に起動する所定期間において、モータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。 A motor control device according to the present invention includes a start abnormality determination unit that detects occurrence of a start abnormality of a synchronous motor based on phase difference information between a motor current signal and a motor drive voltage in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor. With.
当該構成により、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする180度通電によるモータ駆動において、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、同期モータの起動時の起動異常を簡単な構成と制御によって検出できる。また、起動時の負荷トルクが大きすぎる場合でも過大な電流の印加や大きな振動及び騒音の発生を防止することができる。 This configuration makes it easy to start abnormalities when starting a synchronous motor without using a sensor that detects the rotor position in motor drive with 180 ° energization, including low noise, low vibration, and high efficiency sinusoidal energization. Can be detected by simple configuration and control. Further, even when the load torque at the time of startup is too large, it is possible to prevent application of excessive current and generation of large vibration and noise.
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明においては同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一であるものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a synchronous motor drive device according to
図1を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに3相(U相、V相、W相)のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ1を駆動させるインバータ部100Aと、モータ電流を検出する電流センサ5と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部6と、制御部100Bとを備える。なお、制御部100Bの機能ブロックは、CPU(Central Processing Unit)にソフトウェアプログラムをロードすることにより実現することも可能であるし、あるいはハードウェアで実現する構成とすることも可能である。
Referring to FIG. 1, a synchronous motor driving apparatus includes an
インバータ部100Aは、電力を供給するAC電源4と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路2およびコンバータ回路3とを含む。
上述したように、AC電源4から供給された電力がインバータ回路2およびコンバータ回路3を介して交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ1に供給されて、モータ1が駆動される。
As described above, the power supplied from the
電流センサ5は、モータ1のコイル端子U,V,Wの各相のうち、特定相(以下、U相とする)に流れるモータ電流を検出する。なお、本例においては、1つの特定相に流れるモータ電流を検出する場合について説明する。
The
電流センサ5で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部6に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部100Bに与えられる。
The motor current detected by the
制御部100Bは、位相差検出部8と、目標位相差情報格納部9と、加算器10と、PI演算部11と、回転数設定部12と、正弦波データテーブル13と、正弦波データ作成部14と、PWM作成部15と、起動異常判定部16とを含む。
The
上述した特開2001―112287号公報に記載される方式と同様に、位相差検出部8は、モータ電流検出アンプ部6から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでA/D変換して取込み、2個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号の面積を算出する。算出された2箇所のモータ電流信号の面積の面積比をモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差である位相差情報として出力する。
Similar to the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-112287 described above, the phase
目標位相差情報格納部9には、目標とする位相差情報(目標位相差情報)が格納される。
The target phase difference
目標位相差情報と検出された位相差情報との誤差データは、加算器10によって算出される。
Error data between the target phase difference information and the detected phase difference information is calculated by the
PI演算部11は、算出された誤差データに対して、比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部10とPI演算部11とによって位相差制御部が構成される。
The
回転数設定部12は、モータ1の回転数指令を設定する。
正弦波データテーブル13には、モータ1の所定の回転数に対応する正弦波データが格納されている。
The rotation
The sine wave data table 13 stores sine wave data corresponding to a predetermined rotational speed of the
正弦波データ作成部14は、モータ1の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル13から同期モータのコイル端子U,V,Wの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、U相の正弦波データに基づいてU相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。なお、モータの駆動波形は、正弦波とする場合についての構成であるが、正弦波形にすることで滑らかなモータ電流の供給が可能となるため振動、騒音を抑制することができる。
The sine wave
PWM作成部15は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてPWM波形を作成し、作成したPWM波形をインバータ回路2の同期モータ端子U,V,W各相の駆動素子にPWM波形を出力する。
The
なお、電流センサ5は、コイルとホール素子で構成されたいわゆる電流センサでもよく、カレントトランスでも良い。また、1相だけでなく、各相のモータ電流を検出することによりさらに精度の高い検出が可能である。
The
位相差検出部8は、2箇所のモータ駆動電圧の位相期間で検出された2つのモータ電流信号の面積比を計算し、この結果がモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差である位相差情報とされる。位相差情報と目標位相差情報との誤差量に対してPI演算部11でPI演算が行われ、PWM作成部15は、その出力であるデューティ基準値と別途回転指令から求まる正弦波データからその都度の出力デューティ比を計算してPWM信号を作成し、インバータ回路2を介してモータコイルに印加することで同期モータ1が駆動される。
The phase
すなわち、モータ駆動電圧(出力デューティ)に対するモータ電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって駆動電圧の大きさ(PWMデューティのデューティ幅)を決定し、同期モータ1を所望の回転数で回転させるために所望の位相差、所望の回転数でモータを駆動・制御することができる。
That is, the magnitude of the drive voltage (duty width of the PWM duty) is determined by a phase difference control feedback loop for controlling the motor current phase difference with respect to the motor drive voltage (output duty) to be constant, and the
次に、同期モータ1を起動する際の起動異常を検出する方式について説明する。
本例においては、制御部100Bには、さらに、起動異常判定部16が設けられる。
Next, a method for detecting a start abnormality when starting the
In this example, the
起動異常判定部16は、位相差検出部8からの位相差情報を受けて、起動異常であるか否かを判定してその結果をPWM作成部15に出力する。
The start
PWM作成部15は、起動異常判定部16からの判定結果に基づいてPWM波形の生成を制御する。具体的には、起動異常判定部16からの判定結果に基づいて起動異常であると判定された場合にはPWM波形の生成を停止する。一方、起動異常でないと判定された場合には通常どおりPWM波形を生成する。
The
図2は、本発明の実施の形態1に従う制御部100Bにおける起動異常を判定するフロー図である。
FIG. 2 is a flowchart for determining a startup abnormality in
図2を参照して、まず、起動異常判定タイミングであるかどうかを判断する(ステップS1)。後述するが、本例においては、起動してから所定期間経過後において起動異常であるか否かを判断する。起動異常タイミングとなるまで待機し、起動異常タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する(ステップS2)。具体的には、位相差検出部8から出力される位相差情報を起動異常判定部16で検出する。
Referring to FIG. 2, first, it is determined whether or not it is a start abnormality determination timing (step S1). As will be described later, in this example, it is determined whether or not the activation is abnormal after a predetermined period of time has elapsed since the activation. It waits until it becomes a starting abnormal timing, and when it becomes a starting abnormal timing, phase difference information is detected (step S2). Specifically, the phase difference information output from the phase
そして、位相差情報が正常範囲内であるか否かを判定する(ステップS3)。
ステップS3において、起動異常判定部16において、検出された位相差情報が正常範囲内であると判断された場合には、次にステップS4に進む。
Then, it is determined whether or not the phase difference information is within a normal range (step S3).
In step S3, when the activation
一方、ステップS3において、起動異常判定部16において、位相差情報が正常範囲内でないと判断された場合には、モータを停止する(ステップS6)。具体的には、起動異常判定部16から起動異常を示す判定結果がPWM作成部15に出力される。そして、PWM作成部15は、起動異常判定部16からの起動異常を示す判定結果の信号の入力を受けてPWM波形の生成を停止する。これにより、インバータ部100Aのインバータ回路2の回路素子の動作が停止し、モータが停止することになる。そして、終了する。
On the other hand, when the start
ステップS3において、位相差情報が正常範囲内であると判断された場合には、位相差制御移行タイミングであるか否かを判断する(ステップS4)。 If it is determined in step S3 that the phase difference information is within the normal range, it is determined whether it is the phase difference control transition timing (step S4).
位相差制御移行タイミングとなるまでステップS4で待機し、位相差制御移行タイミングとなった場合に位相差制御に移行する(ステップS5)。そして、終了する。 The process waits in step S4 until the phase difference control shift timing is reached, and shifts to phase difference control when the phase difference control shift timing is reached (step S5). And it ends.
図3は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のU相のモータ電流信号およびU相の電圧位相信号の波形図である。 FIG. 3 is a waveform diagram of a U-phase motor current signal and a U-phase voltage phase signal when the synchronous motor is forcibly started with a preset modulation factor and rotation speed.
ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合の波形が示されている。
図3(a)を参照して、本例においては、強制回転区間として、U相電圧の4周期分において、予め設定された変調率と回転数で同期モータを強制的に起動させる。そして、その後、位相差制御区間となる場合が示されている。すなわち、本例においては、位相差制御移行タイミングは、U相電圧の4周期後に設定されている。
Here, a waveform in the case where the load torque of the synchronous motor is small at the time of startup is shown.
Referring to FIG. 3 (a), in this example, the synchronous motor is forcibly started at a preset modulation factor and number of rotations for four cycles of the U-phase voltage as a forced rotation section. And after that, the case where it becomes a phase difference control section is shown. That is, in this example, the phase difference control transition timing is set after four cycles of the U-phase voltage.
そして、起動異常判定タイミングは、強制回転区間において、U相電圧の3周期後に設定するものとする。なお、本例においては、一例として、起動異常判定タイミングとして、U相電圧の3周期後に設定する場合について説明するが、特にこれに限られず、最初の位相差が検出されてから強制回転が終了するまでの間に実行することが可能である。 The start abnormality determination timing is set after three cycles of the U-phase voltage in the forced rotation section. In this example, the case where the start abnormality determination timing is set after three cycles of the U-phase voltage will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and forced rotation ends after the first phase difference is detected. It is possible to execute in the meantime.
位相差検出部8は、起動異常判定タイミングにおいて、モータ電流検出アンプ部6により出力されたモータ電流信号と正弦波データ作成部14から出力されたモータ駆動電圧との位相差を検出する。なお、モータ駆動電圧がモータ電流信号に対して進み位相の場合は負の値とする。また、遅れ位相の場合は正の値とする。同相の場合は0とする。
The phase
そして、位相差検出部8において位相差を検出し、起動異常判定部16において位相差が正常範囲内であるか否かを判定する。本例においては、位相差検出部8における位相差が予め設定された正常範囲内である20度〜60度の範囲内に入っているか否かを判定する。
Then, the phase
図3(b)を参照して、本例においては、モータ駆動電圧およびモータ電流信号の一部分を拡大した場合を説明する図である。 Referring to FIG. 3B, in this example, a case where a part of the motor drive voltage and the motor current signal is enlarged is described.
図2のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流検出アンプ部6から出力されたモータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差(位相差情報)を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差は約40度であるものとする。
According to the flowchart of FIG. 2, the phase difference information is detected when the activation abnormality determination timing is reached. Specifically, as described above, the phase difference (phase difference information) between the motor current signal output from the motor current
したがって、起動異常判定部16において、位相差情報は正常範囲内であると判定されるため、上述したように位相差制御移行タイミング(ステップS4)となった時に通常の位相差制御に移行する。
Accordingly, the activation
図4は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のU相のモータ電流の波形図である。 FIG. 4 is a waveform diagram of another U-phase motor current when the synchronous motor is forcibly started with a preset modulation factor and rotation speed.
ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが大きい場合の波形が示されている。
図4(a)を参照して、本例においては、起動異常判定タイミング後においては、モータが停止した状態となっている場合が示されている。
Here, a waveform when the load torque of the synchronous motor is large at the time of start-up is shown.
With reference to Fig.4 (a), in this example, after the starting abnormality determination timing, the case where the motor is in a stopped state is shown.
図4(b)を参照して、ここでは、モータ駆動電圧およびモータ電流信号の一部分を拡大した部分を説明する図である。 Referring to FIG. 4B, here, a part of the motor drive voltage and the motor current signal which are enlarged is described.
図2のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流検出アンプ部6から出力されたモータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差(位相差情報)を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差は約10度であるものとする。
According to the flowchart of FIG. 2, the phase difference information is detected when the activation abnormality determination timing is reached. Specifically, as described above, the phase difference (phase difference information) between the motor current signal output from the motor current
したがって、起動異常判定部16において、位相差情報は正常範囲内でない、すなわち、起動異常であると判定されるため起動異常判定部16は、PWM作成部にその旨を通知する。そして、PWM波形の生成が停止されてモータが停止する。
Accordingly, since the activation
当該方式により、起動異常であると判定された場合には、PWM波形の生成を停止することが可能であるため、起動時に同期モータの負荷トルクが大きすぎる場合に生じる不安定な回転を停止することができるとともに、大きな振動及び騒音を抑制することが可能である。 If it is determined by this method that the start is abnormal, the generation of the PWM waveform can be stopped, so that unstable rotation that occurs when the load torque of the synchronous motor is too large at the start is stopped. It is possible to suppress large vibrations and noises.
なお、正常な起動であると判定する位相差情報の範囲は、適宜、各種負荷条件において実験を行い、同期モータ1が安定に起動した時の値を測定して実行されるものとする。
Note that the range of the phase difference information that is determined to be normal startup is executed by appropriately performing experiments under various load conditions and measuring values when the
なお、本例においては、位相差制御区間において、2箇所のモータ駆動電圧の位相期間で検出された2つのモータ電流信号の面積比を計算し、この結果が位相差情報とされて、位相差情報と目標位相差情報との誤差量に基づいて、同期モータの制御を実行する構成について説明したが特に当該方式に限られず、別の方式に従って、同期モータを制御することも可能である。 In this example, the area ratio of the two motor current signals detected in the phase period of the two motor drive voltages is calculated in the phase difference control section, and this result is used as the phase difference information to obtain the phase difference. The configuration for executing the control of the synchronous motor based on the error amount between the information and the target phase difference information has been described. However, the configuration is not limited to this method, and the synchronous motor can be controlled according to another method.
(実施の形態2)
上記の実施の形態1においては、同期モータ1のコイル端子U,V,Wの各相のモータ電流を検出することにより起動時における異常を検出する方式について説明した。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, the method of detecting an abnormality at the start-up by detecting the motor current of each phase of the coil terminals U, V, W of the
本発明の実施の形態2においては、インバータ回路2に供給される電流に基づきモータ電流を推定する方式について説明する。
In the second embodiment of the present invention, a method for estimating the motor current based on the current supplied to the
具体的には、コンバータ回路3とインバータ回路2との間に流れる電流を検出する。
図5は、本発明の実施の形態2に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。
Specifically, the current flowing between the
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a synchronous motor driving device according to the second embodiment of the present invention.
図5を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに3相(U相、V相、W相)のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ1を駆動させるインバータ部100A#と、コンバータ回路3とインバータ回路2との間に設けられた電流検出抵抗21にかかる印加電圧に基づいて電流検出抵抗21に流れる直流電流を検出する直流電流検出アンプ部22と、制御部100B#とを備える。
Referring to FIG. 5, the synchronous motor drive device is an inverter unit 100 </ b> A # that drives a
インバータ部100A#は、インバータ部100Aと異なりコンバータ回路3とインバータ回路2との間に電流検出抵抗21を設ける。
Unlike the
制御部100B#は、制御部100Bと比較して、さらにモータ電流推定部23をさらに設けた点が異なる。その他の点については同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。
直流電流検出アンプ部22は、電流検出抵抗21の両端に発生する電圧に基づいて、インバータ回路2を流れる直流電流を検出する。
The direct current
直流電流検出アンプ部22は、制御部100B#のモータ電流推定部23に対して、検出した直流電流を増幅して、直流電流信号として出力する。
The direct current
モータ電流推定部23は、特開平8−19263号公報に記載されている方式に従って、入力された直流電流信号から電流変化分演算手段により直流電流の変化分を求め、直流電流信号の変化分を分配演算手段によりモータ電流信号を推定演算する。
The motor
図6は、モータ電流推定部23の構成を説明する概略ブロック図である。
図6を参照して、直流電流検出アンプ部22より電流idを検出する。一対のサンプルホールド回路113,114は、PWM波形によるスイッチングパターンに応じて交互にサンプリング制御され、直流電流検出アンプ部22からの検出電流idのサンプリングと一時記憶とをする。
FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the motor
Referring to FIG. 6, current id is detected by DC current
タイミング制御回路115は、インバータ回路2の各相アームのオン/オフを制御するPWM作成部15により生成されたPWM波形の信号から各相アームのスイッチングタイミング信号をえる。そして、この信号に基づいてサンプルホールド回路113,114のサンプリングタイミング信号を得る。そして、当該サンプリングタイミング信号に基づきサンプリングが実行される。
The
これにより、サンプルホールド回路113,114は、一方が各相アームのスイッチング直前の電流idをサンプリングするときに他方がスイッチング直後の電流idをサンプリングする。
Thus, when one of the sample and hold
引き算回路116は、サンプルホールド回路113,114でサンプリングした電流id1,id2の差Δidを求める。
The
分配演算回路117は、電流差信号Δidを各相別に分配し、各相別の電流検出信号を得る。この信号分配にはタイミング制御回路115からの各相別のタイミング信号を使用する。
The
そして、分配演算回路117から各相別の推定されたモータ電流信号を得ることができる。
Then, an estimated motor current signal for each phase can be obtained from the
当該推定されたモータ電流信号を位相差検出部8に入力することにより、実施の形態1で説明したのと同様の方式に従って、起動時における異常を検出することが可能である。
By inputting the estimated motor current signal to the phase
具体的には、位相差検出部8は、起動異常判定タイミングにおいて、モータ電流推定部23により出力された推定されたモータ電流信号と正弦波データ作成部14から出力されたモータ駆動電圧との位相差を検出する。そして、起動異常判定部16は、位相差検出部8からの位相差情報を受けて、起動異常であるか否かを判定してその結果をPWM作成部15に出力する。
Specifically, the phase
PWM作成部15は、起動異常判定部16からの判定結果に基づいてPWM波形の生成を制御する。具体的には、起動異常判定部16からの判定結果に基づいて起動異常であると判定された場合にはPWM波形の生成を停止する。一方、起動異常でないと判定された場合には通常どおりPWM波形を生成する。
The
本実施の形態2の構成においては、モータ電流推定部23を設けることにより、電流センサ5を設けることなくモータ電流を推定演算により検出することができるため、コストを削減することが可能である。
In the configuration of the second embodiment, by providing the motor
なお、モータ電流を推定する方式は、上記方式に限られず他の方式を採用することも可能である。 The method for estimating the motor current is not limited to the above method, and other methods can be adopted.
(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a synchronous motor drive device according to the third embodiment of the present invention.
図7を参照して、本発明の実施の形態3に従う同期モータ駆動装置は、実施の形態1の同期モータ駆動装置と比較して、電流センサ5の代わりに電流極性検知手段37を設けた点と、モータ電流検出アンプ部6の代わりにモータ電流極性検出部31とを備える点とが異なる。その他の点については実施の形態1と同様の構成である。
Referring to FIG. 7, the synchronous motor drive device according to the third embodiment of the present invention is provided with current polarity detection means 37 instead of
電流極性検知手段37は、モータ1のU相に流れるモータ電流の極性を検出する。
モータ電流極性検出部31は、電流極性検知手段37において検知されるインバータ回路2において流れるモータ巻線端子のU相の交流電流の極性に基づいて交流電流極性信号を生成して、位相差検出部8に出力する。
The current
The motor current
位相差検出部8は、モータ電流極性検出部31から出力された交流電流極性信号に基づいて、交流電流極性が反転した時点の交流電圧と交流電流極性信号との位相差を検出する。これにより、電流極性情報のみからモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差情報を検出することができる。
The phase
図8は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のU相のモータ電流信号、U相の電圧位相信号およびU相の交流電流極性信号の波形図である。 FIG. 8 is a waveform diagram of a U-phase motor current signal, a U-phase voltage phase signal, and a U-phase AC current polarity signal when the synchronous motor is forcibly started with a preset modulation factor and rotation speed. It is.
図8(a)を参照して、ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合の波形が示されている。ここで、U相の交流電流極性信号は、U相電流の極性に応じた波形が示されている。 With reference to Fig.8 (a), here, the waveform in case the load torque of a synchronous motor is small at the time of starting is shown. Here, the U-phase alternating current polarity signal has a waveform corresponding to the polarity of the U-phase current.
図2のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流極性検出部31から出力されたU相の交流電流極性信号とモータ駆動電圧との位相差(位相差情報)を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とU相の交流電流極性信号との位相差は約40度であるものとする。
According to the flowchart of FIG. 2, the phase difference information is detected when the activation abnormality determination timing is reached. Specifically, as described above, the phase difference (phase difference information) between the U-phase AC current polarity signal output from the motor current
したがって、起動異常判定部16において、位相差情報は正常範囲内であると判定されるため、上述したように位相差制御移行タイミング(ステップS4)となった時に通常の位相差制御に移行する。
Accordingly, the activation
図8(b)を参照して、ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが大きい場合の波形が示されている。 Referring to FIG. 8B, here, a waveform is shown when the load torque of the synchronous motor is large at the time of startup.
ここで、U相の交流電流極性信号は、U相電流の極性に応じた波形が示されている。
図2のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流極性検出部31から出力されたU相の交流電流極性信号とモータ駆動電圧との位相差(位相差情報)を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とU相の交流電流極性信号との位相差は約10度であるものとする。
Here, the U-phase alternating current polarity signal has a waveform corresponding to the polarity of the U-phase current.
According to the flowchart of FIG. 2, the phase difference information is detected when the activation abnormality determination timing is reached. Specifically, as described above, the phase difference (phase difference information) between the U-phase AC current polarity signal output from the motor current
したがって、起動異常判定部16において、位相差情報は正常範囲内でない、すなわち、起動異常であると判定されるため起動異常判定部16は、PWM作成部にその旨を通知する。そして、PWM波形の生成が停止されてモータが停止する。
Accordingly, since the activation
図9は、本発明の実施の形態に従う同期モータを冷凍サイクル装置125に適用した場合を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a case where the synchronous motor according to the embodiment of the present invention is applied to
図9を参照して、冷凍サイクル装置125は、凝縮器123と、圧縮装置126と、冷却器124とから構成されている。圧縮装置126は、同期モータ1により駆動される圧縮ユニット127を含む。なお、圧縮装置として、いわゆるレシプロ式圧縮装置あるいはロータリ式圧縮装置のいずれにも適用可能である。
With reference to FIG. 9, the
同期モータ1により圧縮ユニット127を駆動して冷媒を高温高圧に圧縮して、凝縮器123に供給する。凝縮器123において、放熱しながら冷媒を液化する。液化した冷媒は、冷却器124で気化し、周囲から熱を奪う。そして、冷媒は、再び、圧縮装置126に戻り圧縮される。
The
本例においては、同期モータ1を圧縮装置に適用し、さらに冷凍装置に組み込む構成について説明したが、同様に空調装置に適用することも可能である。
In the present example, the configuration in which the
なお、上記においては、起動異常であると判定された場合には、PWM波形の生成を停止する構成について説明したが、これに限られず同期モータへの電力の供給を停止することが可能な手段であればよい。例えば、起動異常であると判定された場合にAC電源4からの供給を停止する手段を設ける構成であってもよい。
In the above description, the configuration in which the generation of the PWM waveform is stopped when it is determined that the start is abnormal has been described. However, the present invention is not limited to this, and means capable of stopping the supply of power to the synchronous motor. If it is. For example, a configuration may be provided in which means for stopping the supply from the
なお、上記の実施の形態においては、位相差情報として1つの特定相に流れるモータ電流を検出して、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差情報に基づく起動異常の判定について説明した。具体的には、U相電圧とU相電流の位相差を検出した場合について説明したが、特にこの限りではなく、V相、W相を用いて判定を実行することも可能である。また、複数相に流れるモータ電流をそれぞれ検出して、それぞれの対応する相であるモータ駆動電圧との位相差情報を用いて起動異常の判定を実行することも可能である。また、1回の起動異常の判定に限られず、複数回の起動異常の判定を実行して起動異常の判定の精度を上げることも可能である。また、複数相の位相差情報の平均値を算出して、起動異常の判定を実行することも可能である。交流電流極性信号を用いる場合についても同様である。 In the above-described embodiment, the motor current flowing in one specific phase is detected as the phase difference information, and the start abnormality determination based on the phase difference information between the motor drive voltage and the motor current signal has been described. Specifically, the case where the phase difference between the U-phase voltage and the U-phase current is detected has been described. However, the present invention is not limited to this, and the determination can be performed using the V-phase and the W-phase. It is also possible to detect motor currents flowing in a plurality of phases, respectively, and execute a start abnormality determination using phase difference information with motor drive voltages corresponding to the respective phases. In addition, the determination of the activation abnormality is not limited to one, but it is also possible to increase the accuracy of the determination of the activation abnormality by performing a plurality of activation abnormality determinations. Moreover, it is also possible to calculate the average value of the phase difference information of a plurality of phases and execute the start abnormality determination. The same applies to the case where an alternating current polarity signal is used.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 同期モータ、2 インバータ回路、3 コンバータ回路、4 AC電源、5 電流センサ、6 モータ電流検出アンプ部、8 位相差検出部、9 目標位相差情報格納部、10 加算部、11 PI演算部、12 回転数設定部、13 正弦波データテーブル、14 正弦波データ作成部、15 PWM作成部、16 起動異常判定部、21 電流検出抵抗、22 直流検出アンプ部、23 モータ電流推定部、31 モータ電流極性検出部、37 電流極性検知手段、100A,100A# インバータ部、100B,100B# 制御部、123 凝縮器、124 冷却器、125 冷凍サイクル装置、126 圧縮装置、127 圧縮ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数相のうちの少なくとも1つの相のモータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、
前記モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、
各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。 A motor control device that drives and controls a synchronous motor having a motor coil of a plurality of phases,
A motor current detector that detects a motor current of at least one of the plurality of phases and outputs a motor current signal; and
A phase difference detection unit that detects a phase difference between a motor current signal output from the motor current detection unit and a corresponding motor drive voltage among the plurality of phases and outputs phase difference information;
An inverter for energizing the motor coils of each phase;
A motor control apparatus comprising: a start abnormality determination unit that detects occurrence of a start abnormality of the synchronous motor based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor.
各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
前記同期モータから前記インバータ部に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、
前記直流電流検出部で検出された直流電流に基づいて、モータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、
前記モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、
前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。 A motor control device that drives and controls a synchronous motor having a motor coil of a plurality of phases,
An inverter for energizing the motor coils of each phase;
A direct current detection unit for detecting a direct current flowing from the synchronous motor to the inverter unit;
A motor current detector that outputs a motor current signal based on the DC current detected by the DC current detector;
A phase difference detection unit that detects a phase difference between a motor current signal output from the motor current detection unit and a corresponding motor drive voltage among the plurality of phases and outputs phase difference information;
A motor control apparatus comprising: a start abnormality determination unit that detects occurrence of a start abnormality of the synchronous motor based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor.
前記複数相のモータ電流のうちの少なくとも1つの相のモータ電流の極性を検出して、検出結果に基づくモータ電流極性信号を出力するモータ電流極性検出部と、
前記モータ電流極性検出部から出力されたモータ電流極性信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出部と、
各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。 A motor control device that drives and controls a synchronous motor having a motor coil of a plurality of phases,
A motor current polarity detector for detecting a polarity of a motor current of at least one phase of the motor currents of the plurality of phases and outputting a motor current polarity signal based on the detection result;
A phase difference detection unit that detects a phase difference between a motor current polarity signal output from the motor current polarity detection unit and a corresponding motor drive voltage among the plurality of phases and outputs phase difference information;
An inverter for energizing the motor coils of each phase;
A motor control apparatus comprising: a start abnormality determination unit that detects occurrence of a start abnormality of the synchronous motor based on the phase difference information in a predetermined period for forcibly starting the synchronous motor.
前記同期モータを駆動・制御する請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えた、圧縮装置。 The synchronous motor is provided in a compression device that compresses the refrigerant,
The compression apparatus provided with the motor control apparatus as described in any one of Claims 1-4 which drive and control the said synchronous motor.
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