JP2012161213A - Motor driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device.
ヒートポンプ装置の室外機は、圧縮機やファン、熱交換器等の様々な機器を備えている。圧縮機やファンの駆動源としては、例えばブラシレスDCモータが用いられる。室外機において熱交換を行なうため、室外機は、ファンの回転によって熱交換器へと空気が送られる構造となっている。 The outdoor unit of the heat pump apparatus includes various devices such as a compressor, a fan, and a heat exchanger. As a driving source for the compressor and the fan, for example, a brushless DC motor is used. In order to perform heat exchange in the outdoor unit, the outdoor unit has a structure in which air is sent to the heat exchanger by rotation of the fan.
ところで、室外機のファンは、モータの起動前から、風等の影響によって既に回転している場合がある。モータの起動前からファンが回転していれば、室外機内部では熱交換器へと空気が送られている可能性があり、あえてモータを駆動させずともよい場合がある。そこで、起動前におけるモータの回転数を把握することが望まれる。 By the way, the fan of the outdoor unit may have already been rotated by the influence of wind or the like before the motor is started. If the fan is rotating before the motor is started, air may be sent to the heat exchanger inside the outdoor unit, and it may not be necessary to drive the motor. Therefore, it is desirable to know the number of rotations of the motor before startup.
起動前のモータの回転数を把握する方法としては、例えば特許文献1(特開平7−337080号公報)に開示されているものがある。 As a method for grasping the rotational speed of the motor before starting, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-337080).
上記特許文献1に係る手法においては、複数相からなるモータの回転により発生する誘起電圧、つまりは端子間電圧に基づいて、起動前のファンの回転数が検出されている。しかしながら、上記特許文献1に係る手法では、モータの端子間電圧を検出するための検出回路が必要となってしまう。
In the method according to
また、この検出回路から出力される検出結果の信号形式は、一般的にはアナログ信号である。従って、該回路からの検出結果を用いてモータの駆動制御を行うCPU等の制御部側では、該結果の信号形式に対応可能な検出結果入力用の端子が必要となる。また、検出結果入力用の端子が制御部側に備わっていない場合であれば、当該検出結果を制御部が演算に利用できるような信号形式に変換するためのA/D変換器が、制御部とは別途必要となってしまう。 The signal format of the detection result output from the detection circuit is generally an analog signal. Therefore, a detection result input terminal capable of corresponding to the signal format of the result is required on the control unit side such as a CPU that controls the drive of the motor using the detection result from the circuit. In addition, if the detection result input terminal is not provided on the control unit side, an A / D converter for converting the detection result into a signal format that can be used by the control unit for calculation is provided in the control unit. It will be necessary separately.
そこで、本発明の課題は、簡単な手法により、起動前のモータの回転数を把握することにある。 Therefore, an object of the present invention is to grasp the number of rotations of the motor before starting by a simple method.
本発明の第1観点に係るモータ駆動装置は、第1インバータと、電圧検出部と、回転数推定部とを備える。第1インバータは、第1平滑コンデンサによって平滑された電圧である平滑後電圧を用いて、モータを駆動するための第1駆動電圧を生成し、モータに出力する。電圧検出部は、モータの起動前に、平滑後電圧の値を検出する。回転数推定部は、電圧検出部による検出結果に基づいて、起動前のモータの回転数を推定する。 A motor drive device according to a first aspect of the present invention includes a first inverter, a voltage detection unit, and a rotation speed estimation unit. A 1st inverter produces | generates the 1st drive voltage for driving a motor using the voltage after smoothing which is the voltage smoothed by the 1st smoothing capacitor, and outputs it to a motor. The voltage detector detects the value of the smoothed voltage before starting the motor. A rotation speed estimation part estimates the rotation speed of the motor before starting based on the detection result by a voltage detection part.
モータがブラシレスDCモータのファンモータである場合、未だ起動していないモータが例えば風等の影響を受けて既に回転していると、モータからは誘起電圧が発生し、この誘起電圧が第1平滑コンデンサに印加される。そこで、このモータ駆動装置は、モータの起動前、第1平滑コンデンサによる平滑後の電圧の値に基づいて、モータの回転数を推定する。そのため、モータの回転数自体を直接的に検出する必要はなく、平滑後の電圧のみのモニターにより、起動前のモータの回転数を知ることができる。従って、簡単な手法により、起動前のモータの回転数を把握することができ、把握した回転数を用いて回転状態に応じた高性能なモータの駆動制御を行うことが可能となる。 When the motor is a fan motor of a brushless DC motor, if a motor that has not been started is already rotating under the influence of wind or the like, an induced voltage is generated from the motor, and this induced voltage is first smoothed. Applied to the capacitor. Therefore, this motor drive device estimates the rotation speed of the motor on the basis of the value of the voltage after the smoothing by the first smoothing capacitor before starting the motor. Therefore, it is not necessary to directly detect the rotational speed of the motor itself, and it is possible to know the rotational speed of the motor before starting by monitoring only the smoothed voltage. Therefore, the rotational speed of the motor before start-up can be grasped by a simple method, and high-performance motor drive control according to the rotational state can be performed using the grasped rotational speed.
本発明の第2観点に係るモータ駆動装置は、第1観点に係るモータ駆動装置において、第1平滑コンデンサは、直流電源供給部から供給された直流電源を平滑するものである。そして、モータ駆動装置は、第1遮断部を更に備える。第1遮断部は、モータの起動前、直流電源供給部から第1平滑コンデンサへの直流電源の供給を遮断する。 In the motor drive device according to the second aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect, the first smoothing capacitor smoothes the DC power supplied from the DC power supply unit. And a motor drive device is further provided with the 1st interception part. The first blocking unit blocks the supply of DC power from the DC power supply unit to the first smoothing capacitor before starting the motor.
このモータ駆動装置によると、モータの起動前、第1平滑コンデンサは、第1遮断部によって直流電源が供給されていない状態となる。この状態で、第1平滑コンデンサによる平滑後の電圧が検出され、起動前のモータの回転数が推定される。そのため、第1平滑コンデンサには、モータにて発生した誘起電圧のみが印加されることとなり、平滑後電圧は、起動前のモータの回転数を純粋に反映した値となる。従って、平滑後電圧から、モータの回転数を直接推定できるようになる。 According to this motor drive device, the DC power is not supplied to the first smoothing capacitor by the first cutoff unit before the motor is started. In this state, the voltage after smoothing by the first smoothing capacitor is detected, and the rotational speed of the motor before starting is estimated. Therefore, only the induced voltage generated by the motor is applied to the first smoothing capacitor, and the smoothed voltage is a value that purely reflects the rotational speed of the motor before startup. Therefore, the rotational speed of the motor can be directly estimated from the smoothed voltage.
本発明の第3観点に係るモータ駆動装置は、第2観点に係るモータ駆動装置において、第1遮断部は、突入電流抑制部を有する。突入電流抑制部は、直流電源が第1平滑コンデンサに供給され始めた直後に、第1平滑コンデンサに突入電流が流れるのを抑制する。 The motor drive device according to a third aspect of the present invention is the motor drive device according to the second aspect, wherein the first interrupting portion has an inrush current suppressing portion. The inrush current suppression unit suppresses the inrush current from flowing through the first smoothing capacitor immediately after the DC power source starts to be supplied to the first smoothing capacitor.
直流電源が第1平滑コンデンサに供給され始めた直後はコンデンサに電荷が蓄えられていないため、第1平滑コンデンサに突入電流が流れ、第1平滑コンデンサが破損してしまう恐れがある。しかし、モータ駆動装置によると、第1遮断部は、このような突入電流を抑制するための突入電流抑制部を有しているため、第1平滑コンデンサが突入電流により破損してしまうのを防ぐことができる。 Immediately after the DC power supply is supplied to the first smoothing capacitor, no electric charge is stored in the capacitor. Therefore, an inrush current flows through the first smoothing capacitor, and the first smoothing capacitor may be damaged. However, according to the motor drive device, since the first interrupting unit has the inrush current suppressing unit for suppressing such inrush current, the first smoothing capacitor is prevented from being damaged by the inrush current. be able to.
本発明の第4観点に係るモータ駆動装置は、第2観点から第4観点のいずれか1つにおけるモータ駆動装置であって、直流電源供給部は、商用電源から出力される交流電圧を用いて直流電源を生成するものである。そして、第1遮断部は、更に、機器において異常が発生した場合に直流電源の第1平滑コンデンサへの供給を遮断することで、商用電源と第1インバータとを切り離す。 A motor drive device according to a fourth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the second to fourth aspects, wherein the DC power supply unit uses an AC voltage output from a commercial power supply. It generates a DC power supply. And a 1st interruption | blocking part isolate | separates a commercial power supply and a 1st inverter by interrupting | blocking supply to the 1st smoothing capacitor of DC power supply further, when abnormality generate | occur | produces in an apparatus.
このモータ駆動装置によると、第1遮断部は、モータの起動前だけではなく、室外機の機器の異常発生時にも、直流電源供給部から第1平滑コンデンサへの直流電源の供給を遮断する。従って、機器の異常発生時に直流電源の供給自体を遮断するためのスイッチを、第1遮断部とは別途設けずに済む。 According to this motor drive device, the first shut-off unit shuts off the DC power supply from the DC power supply unit to the first smoothing capacitor not only before the motor is started but also when an abnormality occurs in the outdoor unit. Therefore, it is not necessary to provide a switch for shutting off the supply of direct-current power when the device malfunctions, separately from the first shut-off unit.
本発明の第5観点に係るモータ駆動装置は、第1観点または第4観点のいずれか1つにおけるモータ駆動装置であって、モータは、ファンの駆動源である。当該ファンは、ヒートポンプ装置の室外機に含まれる機器の1つである。 A motor drive device according to a fifth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the first and fourth aspects, wherein the motor is a drive source of the fan. The fan is one of the devices included in the outdoor unit of the heat pump device.
このモータ駆動装置は、ファンが風等の影響により起動前から回転している際、その回転数を簡単に把握することができる。 This motor drive device can easily grasp the number of rotations when the fan is rotating from the start-up due to the influence of wind or the like.
本発明の第6観点に係るモータ駆動装置は、第1観点から第5観点のいずれか1つにおけるモータ駆動装置において、第1判断部を更に備える。第1判断部は、回転数推定部によって推定された起動前のモータの回転数が第1所定回転数以上か否かを判断する。そして、第1インバータは、起動前のモータの回転数が第1所定回転数未満の場合、第1駆動電圧をモータに出力する。第1インバータは、起動前のモータの回転数が第1所定回転数以上の場合、第1駆動電圧をモータに出力しない。 A motor drive device according to a sixth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a first determination unit. The first determination unit determines whether or not the rotation speed of the motor before startup estimated by the rotation speed estimation unit is greater than or equal to a first predetermined rotation speed. And a 1st inverter outputs a 1st drive voltage to a motor, when the rotation speed of the motor before starting is less than a 1st predetermined rotation speed. The first inverter does not output the first drive voltage to the motor when the rotational speed of the motor before startup is equal to or higher than the first predetermined rotational speed.
起動前のモータが風等の影響により既に回転している状態において、その回転数が第1所定回転数以上であれば、室外機内の熱交換器には既に十分な空気が送られていることとなるため、ヒートポンプ装置の熱交換器としての機能を十分に得ることができるので、モータ駆動装置は、あえてモータを起動させない。逆に、回転数が第1所定回転数未満であれば、仮にモータが回転しているとしても、室外機内の熱交換器に送られている空気の量は不十分であるとして、モータ駆動装置はモータを起動させる。このように、起動前のモータの回転数に応じてモータの起動実行が制御されるため、モータの起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。 In a state where the motor before starting is already rotating due to the influence of wind or the like, if the rotation speed is equal to or higher than the first predetermined rotation speed, sufficient air has already been sent to the heat exchanger in the outdoor unit. Therefore, since the function as a heat exchanger of the heat pump device can be sufficiently obtained, the motor drive device does not intentionally start the motor. On the other hand, if the rotational speed is less than the first predetermined rotational speed, the motor drive device assumes that the amount of air sent to the heat exchanger in the outdoor unit is insufficient even if the motor is rotating. Activates the motor. As described above, since the start of the motor is controlled in accordance with the number of rotations of the motor before the start, the amount of power consumed by the start of the motor can be minimized.
本発明の第7観点に係るモータ駆動装置は、第1観点に係るモータ駆動装置において、モータは、圧縮機及びファンを含むヒートポンプ装置の室外機において、ファンの駆動源であるファンモータである。そして、このモータ駆動装置は、第2インバータ及び第2遮断部を更に備える。第2インバータは、第2平滑コンデンサからの電圧に基づいて、圧縮機の駆動源である圧縮機モータを駆動させるための第2駆動電圧を生成して、圧縮機用モータに出力する。ここで、第2平滑コンデンサは、第1平滑コンデンサ及び第1インバータに対し並列に接続されたコンデンサである。第2遮断部は、第2平滑コンデンサと第1平滑コンデンサとの間に接続されており、第2平滑コンデンサ側から第1平滑コンデンサ側への電圧の印加を遮断可能である。そして、第2遮断部は、電圧検出部がファンモータの起動前に平滑後電圧を検出する時に、第2平滑コンデンサと第1平滑コンデンサとの間を遮断する。 A motor drive device according to a seventh aspect of the present invention is the motor drive device according to the first aspect, wherein the motor is a fan motor which is a fan drive source in an outdoor unit of a heat pump device including a compressor and a fan. And this motor drive device is further provided with the 2nd inverter and the 2nd interception part. The second inverter generates a second drive voltage for driving a compressor motor that is a drive source of the compressor based on the voltage from the second smoothing capacitor, and outputs the second drive voltage to the compressor motor. Here, the second smoothing capacitor is a capacitor connected in parallel to the first smoothing capacitor and the first inverter. The 2nd interruption | blocking part is connected between the 2nd smoothing capacitor and the 1st smoothing capacitor, and can interrupt the application of the voltage from the 2nd smoothing capacitor side to the 1st smoothing capacitor side. And a 2nd interruption | blocking part interrupts | blocks between a 2nd smoothing capacitor and a 1st smoothing capacitor, when a voltage detection part detects the voltage after smoothing before starting of a fan motor.
ここで、例えば、圧縮機側の第2平滑コンデンサに直流電源が供給される構成が採用されているとする。ファンモータの駆動系と圧縮機モータの駆動系とが並列接続されている回路構成において、起動前のファンモータの回転数を第1平滑コンデンサの平滑後電圧から推定する場合には、圧縮機モータ側の第2平滑コンデンサとファンモータ側の第1平滑コンデンサとの間が第2遮断部によって遮断される。従って、ファンモータの回転数を推定する際には、第1平滑コンデンサには、ファンモータにて発生した誘起電圧のみが印加されることとなり、第2平滑コンデンサに接続された直流電源や圧縮機モータにて発生した誘起電圧が更に第1平滑コンデンサに印加されることはない。従って、第1平滑コンデンサの平滑後電圧は、純粋に起動前のファンモータの回転数のみに対応する値となっており、ファンモータの回転数を精度良く推定することができる。 Here, for example, it is assumed that a configuration in which DC power is supplied to the second smoothing capacitor on the compressor side is adopted. In a circuit configuration in which the drive system of the fan motor and the drive system of the compressor motor are connected in parallel, when the rotation speed of the fan motor before startup is estimated from the smoothed voltage of the first smoothing capacitor, the compressor motor The second smoothing capacitor on the side and the first smoothing capacitor on the fan motor side are blocked by the second blocking unit. Therefore, when estimating the rotation speed of the fan motor, only the induced voltage generated by the fan motor is applied to the first smoothing capacitor, and the DC power source or the compressor connected to the second smoothing capacitor is applied. The induced voltage generated by the motor is not further applied to the first smoothing capacitor. Therefore, the smoothed voltage of the first smoothing capacitor is a value that corresponds purely to the rotational speed of the fan motor before startup, and the rotational speed of the fan motor can be accurately estimated.
本発明の第8観点に係るモータ駆動装置は、第7観点に係るモータ駆動装置において、第2判断部を更に備える。第2判断部は、回転数推定部によって推定された起動前のモータの回転数が第2所定回転数以上か否かを判断する。そして、起動前のファンモータの回転数が第2所定回転数未満の場合、第2遮断部は、第2平滑コンデンサと第1平滑コンデンサとの間を接続する。この場合においては、第1インバータは、第1駆動電圧をファンモータに出力する。一方で、起動前のファンモータの回転数が第2所定回転数以上の場合、第2遮断部は、第2平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとの間を遮断した状態を保つ。この場合においては、第1インバータは、第1駆動電圧をファンモータに出力しない。 A motor driving device according to an eighth aspect of the present invention is the motor driving device according to the seventh aspect, further comprising a second determination unit. The second determination unit determines whether or not the rotation number of the motor before startup estimated by the rotation number estimation unit is equal to or greater than a second predetermined rotation number. And when the rotation speed of the fan motor before starting is less than a 2nd predetermined rotation speed, a 2nd interruption | blocking part connects between a 2nd smoothing capacitor and a 1st smoothing capacitor. In this case, the first inverter outputs the first drive voltage to the fan motor. On the other hand, when the rotation speed of the fan motor before activation is equal to or higher than the second predetermined rotation speed, the second blocking unit maintains a state where the second smoothing capacitor and the second smoothing capacitor are blocked. In this case, the first inverter does not output the first drive voltage to the fan motor.
起動前のファンモータが風等の影響により既に回転している状態において、その回転数が第2所定回転数以上であれば、室外機内の熱交換器には既に十分な空気が送られていることとなるため、モータ駆動装置は、第1平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとを非接続状態の状態に保つと共に、あえてファンモータを起動させない。逆に、回転数が第2所定回転数未満であれば、仮にファンモータが回転しているとしても、室外機内の熱交換器に送られている空気の量は不十分であるとして、モータ駆動装置は、第1平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとを接続状態にし、ファンモータを起動させる。このように、起動前のファンモータの回転数に応じて、ファンモータの起動実行の制御、及び第1平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとの接続/非接続状態の制御がなされるため、ファンモータの起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。 In the state where the fan motor before starting is already rotating due to the influence of wind or the like, if the rotation speed is equal to or higher than the second predetermined rotation speed, sufficient air has already been sent to the heat exchanger in the outdoor unit. Therefore, the motor driving device keeps the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor in a disconnected state and does not dare to start the fan motor. Conversely, if the rotational speed is less than the second predetermined rotational speed, even if the fan motor is rotating, it is assumed that the amount of air sent to the heat exchanger in the outdoor unit is insufficient and the motor is driven. The apparatus places the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor in a connected state and starts the fan motor. As described above, the fan motor start-up control and the connection / disconnection state between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor are controlled according to the rotation speed of the fan motor before the start-up. The amount of power consumed by starting up can be kept to a minimum.
本発明の第9観点に係るモータ駆動装置は、第1観点に係るモータ駆動装置において、第1平滑コンデンサは、直流電源を生成するための直流電源供給部から供給された直流電源を平滑するものである。そして、電圧検出部は、直流電源が第1平滑コンデンサに供給されている状態での、平滑後電圧の値を検出する。 A motor drive device according to a ninth aspect of the present invention is the motor drive device according to the first aspect, wherein the first smoothing capacitor smoothes the DC power supplied from the DC power supply unit for generating the DC power. It is. The voltage detection unit detects the value of the smoothed voltage in a state where the DC power is supplied to the first smoothing capacitor.
このモータ駆動装置では、上述した第2観点に係るモータ駆動装置とは異なり、直流電源が第1平滑コンデンサに供給されている状態の平滑後電圧により、起動前のモータの回転数が推定される。この場合、平滑後電圧の検出時には、第1平滑コンデンサには直流電源が印加される他、モータがある程度回転している場合にはその回転数に伴う誘起電圧が印加されることとなる。即ち、第1平滑コンデンサの両端電圧は、モータの誘起電圧の分上昇することとなる。従って、起動前のモータがある程度回転している場合には、平滑後電圧によって起動前のモータの回転数を把握することができる。 In this motor drive device, unlike the motor drive device according to the second aspect described above, the rotational speed of the motor before start-up is estimated from the smoothed voltage in a state where DC power is supplied to the first smoothing capacitor. . In this case, when the post-smoothing voltage is detected, a DC power source is applied to the first smoothing capacitor, and if the motor rotates to some extent, an induced voltage associated with the number of rotations is applied. That is, the voltage across the first smoothing capacitor increases by the induced voltage of the motor. Therefore, when the motor before starting is rotating to some extent, the rotational speed of the motor before starting can be grasped by the smoothed voltage.
本発明の第10観点に係るモータ駆動装置は、第9観点に係るモータ駆動装置において、直流電源供給部は、商用電源から出力される交流電圧を用いて直流電源を生成するものである。そして、回転数推定部は、電圧検出部の検出結果が、交流電圧の値から推定して得られる平滑後電圧である推定電圧よりも大きい場合、起動前のモータの回転数が第3所定回転数よりも大きい高回転状態であると判断する。 A motor drive device according to a tenth aspect of the present invention is the motor drive device according to the ninth aspect, wherein the DC power supply unit generates a DC power supply using an AC voltage output from a commercial power supply. When the detection result of the voltage detection unit is greater than the estimated voltage that is a smoothed voltage obtained by estimation from the value of the AC voltage, the rotation number estimation unit sets the rotation number of the motor before startup to the third predetermined rotation. It is determined that the rotation speed is higher than the number.
商用電源から出力される交流電圧の値から、平滑後電圧がどの程度の値であるかを推測できる。しかし、起動前のモータが既に回転していれば、推測できる平滑後電圧(つまり、推定電圧)にモータにて発生した誘起電圧の分が上乗せされるため、本来あるべき推定電圧の値よりも実際の平滑後電圧の値が大きくなる。そのため、このモータ駆動装置は、実際の平滑後電圧が比較的大きい場合には、モータが高回転状態であると判断できるのである。従って、実際の平滑後電圧の大きさにより、モータの回転状態を把握することができる。 From the value of the AC voltage output from the commercial power supply, it can be estimated how much the voltage after smoothing is. However, if the pre-starting motor has already rotated, the estimated voltage generated by the motor is added to the estimated smoothed voltage (that is, the estimated voltage). The actual value of the smoothed voltage increases. Therefore, this motor drive device can determine that the motor is in a high rotation state when the actual smoothed voltage is relatively large. Therefore, the rotational state of the motor can be grasped by the actual magnitude of the smoothed voltage.
本発明の第11観点に係るモータ駆動装置は、第7観点から第10観点のいずれかに係るモータ駆動装置において、通電制限部を更に備える。通電制限部は、第2平滑コンデンサから第1平滑コンデンサへの一方向の通電のみを行う。 A motor driving device according to an eleventh aspect of the present invention is the motor driving device according to any of the seventh to tenth aspects, further comprising an energization limiting unit. The energization limiting unit performs only energization in one direction from the second smoothing capacitor to the first smoothing capacitor.
ここで、通電制限部としては、例えばダイオード等が挙げられる。このように、このモータ駆動装置においては、通電制限部を設けることで、圧縮機用のインバータである第2インバータ側の負荷変動等の、第1平滑コンデンサ側への影響を小さくし、電圧検出部によるファンモータの回転数の検出精度を向上させることができる。 Here, examples of the current limiting unit include a diode. As described above, in this motor drive device, by providing the energization limiting unit, the influence on the first smoothing capacitor side such as load fluctuation on the second inverter side, which is an inverter for the compressor, is reduced, and voltage detection is performed. The accuracy of detecting the rotation speed of the fan motor by the unit can be improved.
本発明の第12観点に係るモータ駆動装置は、第1観点から第11観点のいずれかに係るモータ駆動装置において、モータは、ブラシレスDCファンモータである。 A motor drive device according to a twelfth aspect of the present invention is the motor drive device according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the motor is a brushless DC fan motor.
このモータ駆動装置によると、ブラシレスDCファンモータの起動前の回転数を、簡単に把握することができる。 According to this motor drive device, it is possible to easily grasp the rotational speed of the brushless DC fan motor before starting.
本発明の第13観点に係るモータ駆動装置は、第1観点から第12観点のいずれかに係るモータ駆動装置において、モータは、起動後、ロータ位置センサレス駆動される。 A motor driving device according to a thirteenth aspect of the present invention is the motor driving device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the motor is driven without a rotor position sensor after activation.
この構成においても、起動後のモータは、ロータ位置センサレス駆動が正常になされる。 Even in this configuration, the motor after startup is normally driven by the rotor position sensorless.
本発明の第1観点に係るモータ駆動装置によると、簡単な手法により、起動前のモータの回転数を把握することができ、把握した回転数を用いて回転状態に応じた高性能なモータの駆動制御を行うことが可能となる。 According to the motor drive device of the first aspect of the present invention, the rotation speed of the motor before start-up can be grasped by a simple method, and the high-performance motor according to the rotation state can be obtained using the grasped rotation speed. Drive control can be performed.
本発明の第2観点に係るモータ駆動装置によると、平滑後電圧から、モータの回転数を直接推定できるようになる。 According to the motor drive device of the second aspect of the present invention, the rotational speed of the motor can be directly estimated from the smoothed voltage.
本発明の第3観点に係るモータ駆動装置によると、第1平滑コンデンサが突入電流により破損してしまうのを防ぐことができる。 According to the motor drive device of the third aspect of the present invention, it is possible to prevent the first smoothing capacitor from being damaged by the inrush current.
本発明の第4観点に係るモータ駆動装置によると、機器の異常発生時に直流電源の供給自体を遮断するためのスイッチを、第1遮断部とは別途設けずに済む。 According to the motor drive device of the fourth aspect of the present invention, it is not necessary to provide a switch for shutting off the supply of direct-current power itself when an abnormality occurs in the device, separately from the first shut-off unit.
本発明の第5観点に係るモータ駆動装置によると、ファンが風等の影響により起動前から回転している際、その回転数が簡単に把握される。 According to the motor drive device of the fifth aspect of the present invention, when the fan is rotating from before the start due to the influence of wind or the like, the number of rotations can be easily grasped.
本発明の第6観点に係るモータ駆動装置によると、起動前のモータの回転数に応じてモータの起動実行が制御されるため、モータの起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。 According to the motor drive device of the sixth aspect of the present invention, since the start of the motor is controlled according to the number of rotations of the motor before the start, the amount of power consumption due to the start of the motor can be minimized. .
本発明の第7観点に係るモータ駆動装置によると、第1平滑コンデンサの平滑後電圧は、純粋に起動前のファンモータの回転数のみに対応する値となっており、ファンモータの回転数を精度良く推定することができる。 According to the motor drive device of the seventh aspect of the present invention, the smoothed voltage of the first smoothing capacitor is a value that corresponds purely to the rotational speed of the fan motor before startup, and the rotational speed of the fan motor is It can be estimated with high accuracy.
本発明の第8観点に係るモータ駆動装置によると、起動前のファンモータの回転数に応じて、ファンモータの起動実行の制御、及び第1平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとの接続/非接続状態の制御がなされるため、ファンモータの起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。 According to the motor drive device of the eighth aspect of the present invention, the start control of the fan motor and the connection / disconnection of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor according to the rotational speed of the fan motor before the start. Since the state is controlled, the amount of power consumed by starting the fan motor can be minimized.
本発明の第9観点に係るモータ駆動装置によると、起動前のモータがある程度回転している場合には、平滑後電圧によって起動前のモータの回転数を把握することができる。 According to the motor drive device of the ninth aspect of the present invention, when the motor before starting is rotating to some extent, the rotational speed of the motor before starting can be grasped by the smoothed voltage.
本発明の第10観点に係るモータ駆動装置によると、実際の平滑後電圧の大きさにより、モータの回転状態を把握することができる。 According to the motor drive device of the tenth aspect of the present invention, the rotational state of the motor can be grasped from the actual magnitude of the smoothed voltage.
本発明の第11観点に係るモータ駆動装置によると、通電制限部を設けることで、圧縮機用のインバータである第2インバータ側の負荷変動等の、第1平滑コンデンサ側への影響を小さくし、電圧検出部によるファンモータの回転数の検出精度を向上させることができる。 According to the motor drive device of the eleventh aspect of the present invention, by providing the energization limiting unit, the influence on the first smoothing capacitor side, such as load fluctuation on the second inverter side, which is an inverter for the compressor, is reduced. The accuracy of detecting the rotation speed of the fan motor by the voltage detection unit can be improved.
本発明の第12観点に係るモータ駆動装置によると、ブラシレスDCファンモータの起動前の回転数を、簡単に把握することができる。 According to the motor drive device of the twelfth aspect of the present invention, the rotational speed of the brushless DC fan motor before starting can be easily grasped.
本発明の第13観点に係るモータ駆動装置の構成においても、起動後のモータは、ロータ位置センサレス駆動が正常になされる。 Also in the configuration of the motor drive device according to the thirteenth aspect of the present invention, the motor after startup is normally driven by the rotor position sensorless.
以下、本発明に係るモータ駆動装置について、図面を用いて詳述する。
<第1実施形態>
(1)概要
図1は、ブラシレスDCモータ51と、このブラシレスDCモータ51を駆動するための本実施形態に係るモータ駆動装置20とを含むモータ駆動システム100全体の構成図である。ブラシレスDCモータ51は、ヒートポンプ装置の室外機10(図2参照)に含まれる機器の1つである室外ファン15の駆動源として用いられるファンモータである。モータ駆動装置20は、該室外機10内に搭載されている。
Hereinafter, a motor drive device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
(1) Outline FIG. 1 is a configuration diagram of an entire
(1−1)室外機
ここで、室外機10について、図2を用いて簡単に説明する。ここではヒートポンプ装置として、ヒートポンプ式給湯器の室外機を例として説明を行なう。室外機10は、主として、圧縮機11、水熱交換器12、膨張弁13、蒸発器14及び室外ファン15等の様々な機器を有している。圧縮機11、水熱交換器12、膨張弁13及び蒸発器14は、順次接続されて冷凍サイクルを構成している。圧縮機11は、冷凍サイクル内を循環する冷媒を圧縮する。水熱交換器12には、室外機10と接続された貯湯タンクユニット(図示せず)から送られてくる水が通る熱交換水路16が設けられており、熱交換水路16中を流れる水と冷媒との間で熱交換を行うことができる。膨張弁13は、電気的に制御される電動弁であって、冷凍サイクル内を循環する冷媒を減圧する。蒸発器14は、冷媒サイクル内の冷媒と空気との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発させるためのものである。室外ファン15は、例えばプロペラファンであって、回転により室外機10外部からの空気を蒸発器14に案内する。
(1-1) Outdoor Unit Here, the
このような室外機10では、圧縮機11を駆動して冷媒を循環させることにより、水熱交換器12を凝縮器として機能させ、熱交換水路16中を通る水を加熱することができる。
In such an
(1−2)モータ
次に、ブラシレスDCモータ51について説明する。本実施形態に係るブラシレスDCモータ51は、3相モータであり、ステータ52と、ロータ53とを備えている。ステータ52は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwを含む。各駆動コイルLu,Lv,Lwの一方端は、それぞれインバータ25から延びるU相、V相及びW相の各配線の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。各駆動コイルLu,Lv,Lwの他方端は、互いに端子TNとして接続されている。これら3相の駆動コイルLu,Lv,Lwは、ロータ53が回転することによりその回転速度とロータ53の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
(1-2) Motor Next, the
ロータ53は、N極及びS極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ52に対し回転軸を中心として回転する。ロータ53の回転は、この回転軸と同一軸心上にある出力軸(図示せず)を介して室外ファン15に出力される。
The
以下では、ブラシレスDCモータ51を、ファンモータ51と記載する。
Hereinafter, the
(2)モータ駆動装置の構成
次いで、本時実施形態に係るモータ駆動装置20の構成について説明する。本実施形態に係るモータ駆動装置20は、図1に示すように、整流部21(直流電源供給部に相当)と、平滑コンデンサ22(第1平滑コンデンサに相当)と、電圧検出部23と、電流検出部24と、インバータ25(第1インバータに相当)と、ゲート駆動回路26と、遮断部27(第1遮断部に相当)と、回転数検出回路28と、センサレス制御回路29と、マイクロコンピュータ30とを備える。モータ制御装置20を構成するこれらの各機能部は、例えば1枚のプリント基板上に実装されている。
(2) Configuration of Motor Drive Device Next, the configuration of the
(2−1)整流部
整流部21は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ22のプラス側端子に接続されており、整流部21の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ22のマイナス側端子に接続されており、整流部21の負側出力端子として機能する。ダイオードD1a,D1b同士の接続点は、後述する遮断部27を介して商用電源91に接続されている。ダイオードD2a,D2b同士の接続点は、商用電源91に直接接続されている。即ち、ダイオードD1a,D1b同士の接続点、及びダイオードD2a,D2b同士の接続点は、それぞれ整流部21の入力の役割を担っている。
(2-1) Rectifier The
このような構成を有する整流部21は、商用電源91から出力される交流電圧を整流することで直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ22に供給する。
The rectifying
(2−2)平滑コンデンサ
平滑コンデンサ22は、一端が整流部21の正側出力端子に接続され、他端が整流部21の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ22は、整流部21から供給された直流電源、つまりは整流部21によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ22による平滑後の電圧を“平滑後電圧Vfl”という。この平滑後電圧Vflは、直流電源に係る電圧よりも更にリップルの低い電圧となっており、平滑コンデンサ22の後段、即ち出力側に接続されたインバータ25に印加される。
(2-2) Smoothing Capacitor The smoothing
なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやセラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ22として電解コンデンサが採用される場合を例に採る。
In addition, as a kind of capacitor | condenser, although an electrolytic capacitor, a ceramic capacitor, a tantalum capacitor, etc. are mentioned, in this embodiment, the case where an electrolytic capacitor is employ | adopted as the smoothing
(2−3)電圧検出部
電圧検出部23は、平滑コンデンサ22の出力側に接続されており、平滑コンデンサ22の両端電圧、即ち平滑後電圧Vflの値を検出するためのものである。特に、本実施形態に係る電圧検出部23は、ファンモータ51の起動後のみならず、ファンモータ51の起動前にも電圧検出動作を行う。
(2-3) Voltage Detection Unit The
このような電圧検出部23は、図示してはいないが、例えば互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ22に並列接続され、平滑後電圧Vflを分圧することで構成される。2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、回転数推定回路28及びセンサレス制御回路29に入力される。
Although not shown, such a
(2−4)電流検出部
電流検出部24は、平滑コンデンサ22及びインバータ25の間であって、かつ平滑コンデンサ22の負側出力端子側に接続されている。電流検出部24は、ファンモータ51の起動後、ファンモータ51に流れるモータ電流Imを検出する。
(2-4) Current Detection Unit The
このような電流検出部24は、図示してはいないが、例えばシャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成される。電流検出部24によって検出されたモータ電流は、センサレス制御回路29に入力される。
Although not shown, the
(2−5)インバータ
インバータ25は、平滑コンデンサ22の出力側に接続されている。インバータ25は、図1に示すように、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、単にトランジスタという)Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b及び複数の還流用ダイオードD3a,D3b,D4a,D4b,D5a,D5bを含む。トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bは、それぞれ互いに直列に接続されており、各ダイオードD3a〜D5bは、各トランジスタQ3a〜Q5bに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。インバータ26は、平滑コンデンサ22からの平滑後電圧Vflが印加され、かつゲート駆動回路26により指示されたタイミングで各トランジスタQ3a〜Q5bがオン及びオフを行うことで、ファンモータ51を駆動するための駆動電圧SU,SV,SW(第1駆動電圧に相当)を生成する。この駆動電圧SU,SV,SWは、各トランジスタQ3aとQ3b、Q4aとQ4b、Q5aとQ5bの各接続点NU,NV,NWからファンモータ51に出力される。
(2-5) Inverter The
特に、本実施形態に係るインバータ25は、起動前のファンモータ51の回転数がどのような回転数であるのかを示す回転数推定回路28からの信号に応じて、ファンモータ51を起動したり起動を見合わせたりする。具体的に、回転数推定回路28から取得した起動に関する信号が、起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数(第1所定回転数に相当)未満であることを示す場合、インバータ25は、駆動電圧SU,SV,SWをファンモータ51に出力する。これにより、ファンモータ51は起動し出す。しかし、当該信号が、起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数以上の場合、インバータ25は、駆動電圧SU,SV,SWをファンモータ51に出力しない。これにより、ファンモータ51は起動をしないままの状態を保つ。
In particular, the
これは、起動前の時点で、室外ファン15が風等の影響を受けており既にファンモータ51が十分な回転数で回転しているのであれば、室外ファン15の回転によって蒸発器14には十分な空気が送られていることが想定される。このような場合には、ヒートポンプ装置の蒸発器14としての機能が損なわれないため、インバータ25は、あえてファンモータ51に駆動信号SU,SV,SWを出力せずとも良い。しかし、起動前のファンモータ51の回転数が十分でない(起動前のファンモータ51が回転していない場合を含む)のであれば、蒸発器14には十分な空気が送られていないこととなる。すなわち、蒸発器14として十分機能できない恐れがあるため、インバータ25は、ファンモータ51に駆動信号SU,SV,SWを出力してファンモータ51を起動させるのである。
If the
(2−6)ゲート駆動回路
ゲート駆動回路26は、センサレス制御回路29からの起動指令Vpwmに基づき、インバータ26の各トランジスタQ3a〜Q5bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路26は、センサレス制御回路29によって決定されたデューティを有する駆動電圧SU,SV,SWがインバータ25からファンモータ51に出力されるように、各トランジスタQ3a〜Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ3a〜Q5bのゲート端子に印加される。
(2-6) Gate Drive Circuit The
(2−7)遮断部
遮断部27は、商用電源91と整流部21との間に位置しており、商用電源91から出力される交流の電圧の整流部21への印加をオンしたりオフしたりすることができる。特に、本実施形態に係る遮断部27は、ファンモータ51の起動前、整流部21から平滑コンデンサ22への直流電源の供給を遮断する。更に、遮断部27は、室外機10に含まれる機器(例えば、圧縮機11や膨張弁13等)において異常が発生した場合に、直流電源の平滑コンデンサ22への供給を遮断することで、商用電源91とインバータ25とを切り離す。
(2-7) Blocking Unit The blocking
ここで、室外機10に含まれる機器にて発生する可能性のある異常としては、圧縮機11によって圧縮された後の冷媒の圧力が、該圧縮機11に関する何らかの原因によって正常な圧力範囲を外れてしまい、該圧力範囲の高圧側の所定値よりも高い高圧状態となってしまった場合の他、膨張弁13が故障した場合等が挙げられる。
Here, as an abnormality that may occur in the equipment included in the
上述した動作を行う遮断部27は、主として、リレー27aで構成されている。リレー27aは、商用電源91の出力と整流部21におけるダイオードD1a,D1bの接続点とを結ぶ配線上に、直列に接続されている。即ち、本実施形態に係る遮断部27は、整流部21の入力側をオン/オフすることで、整流部21から平滑コンデンサ22への直流電源の印加をオン/オフする構成となっている。ここで、リレー27aは、ファンモータ51の起動前及び室外機10の機器の異常時にはオフ状態を採るが、ファンモータ51の起動時や定常回転時、室外機10の機器の正常時には、オン状態を採る。
The blocking
更に、本実施形態に係る遮断部27は、突入電流抑制部27bを有する。突入電流抑制部27bは、直流電源が平滑コンデンサ22に供給され始めた直後に、平滑コンデンサ22に突入電流が流れるのを抑制する。このような突入電流抑制部27bは、リレー27aに対し並列に接続されており、抵抗R27とリレー27cとで構成されている。抵抗R27及びリレー27cは、互いに直列に接続されている。直流電源を供給する際には、リレー27cは、リレー27aと同期して、リレー27aと相補的な状態を採る。直流電源の供給開始時にリレー27cがオフ状態からオン状態へと変化した際、商用電源91から整流部21には交流の電圧が印加されることとなるため、平滑コンデンサ22には、直流電源が供給されることとなる。この際、リレー27cに直列に接続された抵抗R27により、瞬時に過度な電流が商用電源91から整流部21に流れにくくなるため、平滑コンデンサ22への突入電流が抑えられる。平滑コンデンサ22による平滑後の電圧が所定電圧となった後、リレー27cがオフすると共に、リレー27aがオンする。リレー27cがオンし抵抗R27を介して商用電源91からの電源が整流部21側に供給されている時は、抵抗R27による損失が発生する。しかし、リレー27aがオンしている時には、この損失が発生しない状態で電源供給が可能となる。
Furthermore, the interruption | blocking
尚、リレー27a,27cのオン及びオフは、後述するマイクロコンピュータ30によって制御される。
The
(2−8)回転数推定回路
回転数推定回路28は、電圧検出部23の出力端子及びマイクロコンピュータ23の入力端子に接続されている。回転数推定回路28は、電圧検出部23の検出結果に基づいて、起動前のファンモータ51の回転数を推定する回路である。
(2-8) Rotational Speed Estimation Circuit The rotational
ファンモータ51の起動前、遮断部27におけるリレー27a,27cがオフしているため、整流部21から平滑コンデンサ22へは直流電源が供給されていない状態となっている。この状態では、風等の影響により回転しているファンモータ51には、誘起電圧が発生するが、この電圧は、インバータ25内の各還流用ダイオードD3a〜D5bによって整流され、平滑コンデンサ22に印加される。よって、電圧検出部23の検出結果である平滑後電圧Vflは、ファンモータ51の回転数を直接的に表す値となっており、図3に示すように、起動前のファンモータ51の回転数が大きい程、平滑後電圧Vfl、つまりは平滑コンデンサ22の両端電圧も大きくなる。そこで、回転数推定回路28は、平滑後電圧Vflの大きさと起動前のファンモータ51の回転数との関係(図3)を予め把握しておくことで、平滑後電圧Vflの大きさから起動前のファンモータ51の回転数を推定することが可能となる。
Before the
尚、図3に示すような、平滑後電圧Vflの大きさと起動前のファンモータ51の回転数との関係は、ファンモータ51の特性や平滑コンデンサ22の容量等に基づき、机上計算やシミュレーション、実験等によって予め導かれている。回転数推定回路28は、当該関係に基づいて回路構成されている。
As shown in FIG. 3, the relationship between the magnitude of the smoothed voltage Vfl and the rotation speed of the
また、本実施形態においては、回転数推定回路28は、起動前のファンモータ51の回転方向が順方向か逆方向かに関わらず、ただ回転数を推定する構成となっている。
Further, in the present embodiment, the rotation
(2−9)センサレス制御回路
センサレス制御回路29は、電圧検出部23、電流検出部24、ゲート駆動回路26及びマイクロコンピュータ30と接続されている。センサレス制御回路29は、マイクロコンピュータ30から送られてきた回転数指令Vfgを含む運転指令に基づいて、ファンモータ51をロータ位置センサレス方式にて駆動させる回路である。
(2-9) Sensorless Control Circuit The
ここで、ロータ位置センサレス方式とは、ファンモータ51の特性を示す各種パラメータ、ファンモータ51起動後の平滑後電圧Vfl(即ち、電圧検出部23の検出結果)、ファンモータ51のモータ電流Im(即ち、電流検出部24の検出結果)、ファンモータ51の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するPI制御、モータ電流に対するPI制御等を行う方式である。ファンモータ51の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるファンモータ51の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。
Here, the rotor position sensorless system refers to various parameters indicating the characteristics of the
図4は、数式モデルを考慮してロータ位置センサレス制御を行うセンサレス制御回路29の構成の一例を簡単に示している。図4のセンサレス制御回路29は、主として、モータモデル演算部29a、ロータ位置推定部29b、回転数推定部29c、LPF29d、回転数制御部29e及び電流制御部29fにより構成されている。モータモデル演算部29aは、ファンモータ51の特性を示す各種パラメータをモータモデルとして用いて、モータ51への指令電圧、推定したロータ位置、推定した回転数から、モータ電流の理想値を演算する。ロータ位置推定部29bは、この理想値と、電流検出部24によって実際に検出されたモータ電流Imとの間で減算処理された結果を入力として、現時点でのロータ位置を推定する。回転数推定部29cは、推定されたロータ位置を用いて、現時点でのファンモータ51の回転数を推定する。各推定部29b,29cにおける推定結果は、モータ電流の理想値と実際のモータ電流Imとの差分を“0”にするべく補正処理が行われ、モータモデルの補正がなされる。LPF29dは、推定された回転数からノイズ成分及び高調波成分を除去する。LPF29dから出力されたファンモータ51の回転数は、波形成形部29gによって所望の回転数信号FGとなり、マイクロコンピュータ30に出力される。
FIG. 4 simply shows an example of the configuration of the
また、LPF29dから出力されたファンモータ51の回転数は、マイクロコンピュータ30から送られてきた運転指令に含まれる回転数指令Vfgとの間で減算処理が行われる。回転数制御部29eは、減算処理の結果が入力されると、回転数に対してPI制御を行う。電流制御部29fは、回転数制御部29eによる制御結果であるd軸トルク電流指令Id*と、例えばq軸電流指令Iqが“0”となるような指令“Iq*=0”と、電圧検出部23により検出された平滑後電圧Vflとに基づいて電流制御を行い、これらの指令に基づいた電流となるような指令電圧Vpwmを生成する。このような電流制御部29fの制御により、駆動電圧SU,SV,SWのデューティを含む指令電圧Vpwmが生成され、ゲート駆動回路26に入力される。また、指令電圧Vpwmはモータモデル演算部29aに入力され、モータモデルの更なる補正がなされる。
The rotation speed of the
このような構成を有するセンサレス制御回路29は、マイクロコンピュータ30及びゲート駆動回路26等によってインバータ25の制御が行われている時のみ、ロータ位置の推定を行うと言うことができる。インバータ25の制御が行われている場合とは、即ちファンモータ51が起動指令によって起動し、駆動中であることに相当する。言い換えれば、センサレス制御回路29は、ファンモータ51の起動前においては、ファンモータ51の回転数を推定することができない。何故ならば、上述したように、ロータ位置センサレス方式では、推定したロータ位置を回転数の推定に利用するため、起動前のファンモータ51においてはロータ位置を推定することができないからである。
It can be said that the
(2−10)マイクロコンピュータ
マイクロコンピュータ30は、主として、回転数推定回路28、センサレス制御回路29、及び遮断部27と接続されている。また、図示してはいないが、マイクロコンピュータ30は、室外機10の各機器を統括して制御する室外機側制御部とも接続されている。マイクロコンピュータ30は、接続されたモータ駆動装置20の各機能部の制御を行うことで、ファンモータ51の駆動制御を行う。また、マイクロコンピュータ28は、室外機10を構成する機器における異常の有無に応じて、ファンモータ51の駆動を制御する。このような動作を行うため、マイクロコンピュータ30は、判断部30a(第1判断部に相当)、及びリレー制御部30bとして機能する。
(2-10) Microcomputer The
なお、このマイクロコンピュータ30には、図示はしていないが、モータ駆動装置20を構成する各種回路26,28,29やインバータ25とは別の電源が、ファンモータ51の駆動状態に関係なく常に供給されていることとする。
Although not shown, the
−判断部−
判断部30aは、回転数推定回路28によって推定された起動前のファンモータ51の回転数と所定回転数(第1所定回転数に相当)とを比較し、起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数以上か否かを判断する。起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数以上であれば、既に風等の影響によりファンモータ51が十分な回転数で回転しており、あえてファンモータ51を起動させずとも蒸発器14には十分な空気が送られており十分な熱交換ができることから、判断部30aは、ファンモータ51を起動させないままにすると判断する。この場合には、マイクロコンピュータ30からセンサレス制御回路29へはファンモータ51の起動指令が送られないため、インバータ25の各トランジスタQ3a〜Q5bは、オフの状態を保ったままとなる。逆に、起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数未満であれば、現時点においては蒸発器14には十分な空気が送られていないこととなるため、判断部30aは、ファンモータ51を起動させると判断する。この場合には、マイクロコンピュータ30からセンサレス制御回路29へは、ファンモータ51の起動指令が送られ、インバータ25の各トランジスタQ3a〜Q5bは異なるタイミングでオン及びオフし出す。
-Judgment part-
The
なお、上述した所定回転数は、ファンモータ51、室外ファン15及び蒸発器14の特性等に基づいて、机上計算やシミュレーション、実験等によって予め適宜な値に設定されているとする。
It is assumed that the above-described predetermined rotational speed is set to an appropriate value in advance by desktop calculation, simulation, experiment, or the like based on the characteristics of the
−リレー制御部−
リレー制御部30bは、遮断部27を構成するリレー27a,27cのオン及びオフを制御する。具体的には、リレー制御部30bは、ファンモータ51の起動前、リレー27a,27cをオフの状態にする。室外機10に含まれる機器において異常が発生した場合、リレー制御部30bは、リレー27a,27cをオフの状態にする。そして、リレー制御部30bは、判断部30aがファンモータ51を起動させると判断した場合には、リレー27a,27cをそれぞれ相補的にオフとオンとを切り換える。ファンモータ51が駆動している間は、室外機10に含まれる機器において異常がない限り、リレー制御部30bは、リレー27aをオンの状態に保つ。
-Relay control unit-
The
(3)動作
次に、本実施形態のモータ駆動装置20の動作について、図5,6を用いて説明する。図5,6は、モータ駆動装置20が行う動作を示すフロー図である。
(3) Operation Next, the operation of the
ステップS1〜S4:室外ファン15の運転開始指示を室外機10の室外機側制御部から取得した場合(ステップS1のYes)、リレー制御部30bとして機能するマイクロコンピュータ30は、遮断部27におけるリレー27a,27cをオフにする(ステップS2)。リレー27a,27cがオフとなった後、電圧検出部23は、平滑コンデンサ22の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflを検出し(ステップS3)、回転数推定回路28は、起動前の現時点でのファンモータ51の回転数を推定する(ステップS4)。
Steps S1 to S4: When the operation start instruction for the
ステップS5〜S6:判断部30aとして機能するマイクロコンピュータ28は、ステップS4にて推定された起動前のファンモータ51の回転数を所定回転数と比較する(ステップS5)。起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数以上であれば(ステップS5のYes)、判断部30aは、現時点においてはファンモータ51を起動させないと判断する(ステップS6)。この場合、インバータ25からは、駆動電圧SU,SV,SWがファンモータ51に出力されない。
Steps S5 to S6: The
ステップS7:ステップS3の動作から所定時間が経過する毎に、ステップS3以降の動作が繰り返される。つまり、ステップS6においてファンモータ51を起動させないと判断された場合には、平滑後電圧Vflの検出動作がリトライされる。
Step S7: Every time a predetermined time elapses from the operation of Step S3, the operations after Step S3 are repeated. That is, if it is determined in step S6 that the
ステップS8〜S9:ステップS5において、起動前の現時点でのファンモータ51の回転数が所定回転数未満であれば(ステップS5のNo)、判断部30aは、ファンモータ51を起動させると判断する。この場合、リレー制御部30bとして機能するマイクロコンピュータ30は、遮断部27におけるリレー27cをオフからオンにする(ステップS8)。
Steps S8 to S9: If the current rotation speed of the
ステップS9〜S11:ステップS8の後に、平滑コンデンサ22の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflが所定電圧にまで上昇すると(ステップS9のYes)、リレー制御部30bとして機能するマイクロコンピュータ30は、遮断部27におけるリレー27cをオンからオフにすると共に、リレー27aをオフからオンにする(ステップS10)。その後、インバータ25からは、駆動電圧SU,SV,SWがファンモータ51に出力され(ステップS11)、ファンモータ51は起動し出す。
Steps S9 to S11: After step S8, when the voltage across the smoothing
ステップS12:ステップS11にて起動したファンモータ51は、センサレス制御回路29により、ロータ位置センサレス駆動される。
Step S <b> 12: The
ステップS13〜S15:ファンモータ51の駆動中に、室外機10に含まれる機器にて異常が発生した旨を室外機側制御部から取得した場合には(ステップS13のYes)、リレー制御部30bとして機能するマイクロコンピュータ30は、遮断部27におけるリレー27a,27cをオフにする(ステップS14)。これにより、直流電源の平滑コンデンサ22への供給が停止するため、インバータ25による駆動電圧SU,SV,SWのファンモータ51への出力が停止され、ファンモータ51は駆動を停止する(ステップS15)。
Steps S13 to S15: When the fact that an abnormality has occurred in the equipment included in the
ステップS16:ステップS13において、ファンモータ51の駆動中に、室外機10に含まれる機器にて異常が発生した旨を室外機側制御部から取得しないまま、室外ファン15の駆動停止指示を取得した場合(ステップS13のNo,ステップS16のYes)、インバータ25による駆動電圧SU,SV,SWのファンモータ51への出力が停止され、ファンモータ51は駆動を停止する。
Step S16: In step S13, while the
(4)特徴
(4−1)
未だ起動していないファンモータ51が例えば風等の影響を受けて既に回転していると、ファンモータ51からは誘起電圧が発生し、この誘起電圧は、インバータ25における各還流用ダイオードD3a〜D5bにて整流され、平滑コンデンサ22に印加される。そこで、本実施形態に係るモータ駆動装置20は、ファンモータ51の起動前、平滑コンデンサ22による平滑後電圧Vflの値に基づいて、ファンモータ51の回転数を推定する。そのため、ファンモータ51の回転数自体を直接的に検出する必要はなく、平滑後電圧Vflのみのモニターにより、起動前のファンモータ51の回転数を知ることができる。従って、簡単な手法により、起動前のファンモータ51の回転数を把握することができ、把握した回転数を用いて回転状態に応じた高性能なファンモータ51の駆動制御を行うことが可能となる。
(4) Features (4-1)
If the
(4−2)
また、本実施形態に係るモータ駆動装置20によると、ファンモータ51の起動前、平滑コンデンサ22は、遮断部27によって整流後の電圧(つまり、直流電源)が供給されていない状態となる。この状態で、平滑コンデンサ22による平滑後電圧Vflが検出され、起動前のファンモータ51の回転数が推定される。そのため、平滑コンデンサ22には、ファンモータ51にて発生した誘起電圧のみが印加されることとなり、平滑後電圧Vflは、起動前のファンモータ51の回転数を純粋に反映した値となる。従って、平滑後電圧Vflから、ファンモータ51の回転数を直接推定できるようになる。
(4-2)
Further, according to the
(4−3)
直流電源が平滑コンデンサ22に供給され始めた直後、平滑コンデンサ22には、該コンデンサ22の許容電流を越える電流が突入電流として流れ、平滑コンデンサ22が破損してしまう恐れがある。しかし、本実施形態に係る遮断部27は、このような突入電流を抑制するための突入電流抑制部27bを有しているため、平滑コンデンサ22が突入電流により破損してしまうのを防ぐことができる。
(4-3)
Immediately after the DC power supply starts to be supplied to the smoothing
(4−4)
また、本実施形態に係るモータ駆動装置20によると、遮断部27は、ファンモータ51の起動前だけではなく、室外機10に含まれる機器の異常発生時にも、整流部21から平滑コンデンサ22への直流電源の供給を遮断する。従って、機器の異常発生時に直流電源の供給自体を遮断するためのスイッチを、遮断部27とは別途設けずに済む。
(4-4)
Further, according to the
(4−5)
ここで、本実施形態のモータ51は、室外ファン15の駆動源である。室外ファン15は、ヒートポンプ装置の室外機10に含まれる機器の1つである。従って、本実施形態に係るモータ駆動装置20は、室外ファン15が風等の影響により起動前から回転している際、その回転数を簡単に把握することができる。
(4-5)
Here, the
(4−6)
起動前のファンモータ51が風等の影響により既に回転している状態において、その回転数が所定回転数以上であれば、室外機10内の蒸発器14には既に十分な空気が送られていることとなるため、本実施形態に係るモータ駆動装置20は、あえてファンモータ51を起動させない。逆に、ファンモータ51の回転数が所定回転数未満であれば、仮にファンモータ51が回転しているとしても、室外機10内の蒸発器14に送られている空気の量は不十分であるとして、モータ駆動装置20はファンモータ51を起動させる。このように、起動前のファンモータ51の回転数に応じてファンモータ51の起動実行が制御されるため、ファンモータ51の起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。
(4-6)
In a state where the
(4−7)
また、本実施形態に係るモータ駆動装置20によると、ブラシレスDCファンモータ51の起動前の回転数を、簡単に把握することができる。
(4-7)
Moreover, according to the
(4−8)
また、本実施形態に係るモータ駆動装置20によると、ファンモータ51は、起動後、ロータ位置センサレス駆動が正常になされる。
(4-8)
Further, according to the
(5)変形例
(5−1)変形例1A
上記実施形態では、遮断部27の位置が、図1に示すように商用電源91と整流部21との間である場合について説明した。しかし、遮断部27は、直流電源の平滑コンデンサ22への供給を遮断できればよく、遮断部27の位置は、図1の位置に限定されない。
(5) Modification (5-1) Modification 1A
In the above embodiment, the case where the position of the blocking
例えば、図7に示すように、遮断部27は、整流部21と平滑コンデンサ22との間であってもよい。なお、図7では、図1にて示した構成のうち、商用電源91、整流部21、平滑コンデンサ22、電圧検出部23及び遮断部27を含む部分のみを、抜き出して表している。
For example, as shown in FIG. 7, the blocking
(5−2)変形例1B
上記実施形態では、モータ駆動装置20が、ファンモータ51のみを駆動する場合について説明した。しかし、上述したモータ駆動装置は、ファンモータ51が圧縮機用モータ61と並列に接続された構成において、各モータ51,61を駆動する場合にも適用することができる。
(5-2) Modification 1B
In the above embodiment, the case where the
図8は、ファンモータ51及び圧縮機用モータ61が並列に接続された場合の、モータ駆動装置120を含むシステム200の構成図である。なお、図8では、構成を簡単にするため、整流部131及び各インバータ125,133の内部の詳細な構成は省略しているが、整流部131及び各インバータ125,133の内部の構成は、図1と同様である。
FIG. 8 is a configuration diagram of the
モータ駆動装置120は、ファンモータ51側の構成として、第1平滑コンデンサ122、電圧検出部123、電流検出部124、ファン用インバータ125(第1インバータ及び直流電源供給部に相当)、ファンモータ側の駆動用IC126、及びリレー127(第2遮断部に相当)を備える。モータ駆動装置120は、圧縮機11の駆動源である圧縮機用モータ61側の構成として、圧縮機用インバータ133(第2インバータに相当)及び圧縮機用モータ61側の駆動用IC136を備える。そして、モータ駆動装置120は、圧縮機11及び室外ファン15に共通する構成として、商用電源91に接続された整流部131と、第2平滑コンデンサ132とを有する。
The
ファンモータ51側の駆動用IC126は、図9(a)に示すように、ゲート駆動回路126a、回転数推定回路126b、及びセンサレス制御回路126cを有する。圧縮機用モータ61側の駆動用IC136は、図9(b)に示すように、ゲート駆動回路136a、及びセンサレス制御回路136bを有する。
As shown in FIG. 9A, the driving
第1平滑コンデンサ122、電圧検出部123、電流検出部124、ファン用インバータ125、ゲート駆動回路126a、回転数推定回路126b及びセンサレス制御回路126cは、上述した第1実施形態に係る平滑コンデンサ22、電圧検出部23、電流検出部24、インバータ25、ゲート駆動回路26、回転数推定回路28及びセンサレス制御回路29と同様である。つまり、第1平滑コンデンサ122は、整流部131から供給された直流電源を平滑し、電圧検出部123は、第1平滑コンデンサ122における平滑後電圧Vflの値を検出する。電流検出部124は、起動後のファンモータ51のモータ電流Imを検出する。ファン用インバータ125は、ファンモータ51を駆動するための駆動電圧SU1,SV1,SW1(第1駆動電圧に相当)を生成してファンモータ51に出力する。ゲート駆動回路126aは、ファン用インバータ125にゲート制御電圧を出力する。回転数推定回路126bは、電圧検出部123の検出結果である平滑後電圧Vflに基づいて、起動前のファンモータ51の回転数を推定する。センサレス制御回路126cは、起動後のファンモータ51をロータ位置センサレス方式にて駆動制御する。
The
整流部131は、商用電源91と接続されており、商用電源91からの交流の電圧を整流する。第2平滑コンデンサ132は、第1平滑コンデンサ122及びファン用インバータ125に対し並列に接続されており、整流部131から供給される直流電源を平滑する。第2平滑コンデンサ132によって平滑された電圧は、圧縮機用インバータ133に供給されると共に、ファン側である第1平滑コンデンサ122側にも供給される。なお、第2平滑コンデンサ132の容量値は、一般的に第1平滑コンデンサ122の容量値よりも大きいが、その容量の大小関係に関わらず、本方式は有用である。圧縮機用インバータ133は、圧縮機用モータ61を駆動するための駆動電圧SU2,SV2,SW2(第2駆動電圧に相当)を生成し、該モータ61に出力する。ゲート駆動回路136aは、圧縮機用インバータ133にゲート制御電圧を出力する。センサレス制御回路136cは、圧縮機用モータ61をロータ位置センサレス方式にて駆動制御する。
The rectifying
リレー127は、第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132との間に接続されている。言い換えると、リレー127は、第2平滑コンデンサ132の後段であって、かつ第1平滑コンデンサ122の前段に位置している。リレー127は、第2平滑コンデンサ132側から第1平滑コンデンサ122側への電圧の印加を遮断可能とする。具体的には、リレー127は、ファンモータ51の起動前であって、電圧検出部123が第1平滑コンデンサ122の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflを検出する時に、オフの状態を採ることで、第2平滑コンデンサ132と第1平滑コンデンサ122との間を遮断する。
The
これは、電圧検出部123が第1平滑コンデンサ122の両端電圧を検出する際に、第2平滑コンデンサ132と第1平滑コンデンサ122との間が接続された状態であると、第1平滑コンデンサ122には、ファンモータ51の回転に伴う誘起電圧のみならず圧縮機用モータ61の回転に伴う誘起電圧や整流部131側からの直流電源までもが印加されてしまう。そのため、第1平滑コンデンサ122の両端電圧を検出したとしても、ファンモータ51の回転数を精度良く推定することが困難となってしまうからである。特に、圧縮機用モータ61は起動しているが、ファンモータ51は起動していない場合に、このような問題が生じ得る。そこで、電圧検出部123が第1平滑コンデンサ122の両端電圧を検出する際には、リレー127がオフすることにより、起動前のファンモータ51の回転により発生した誘起電圧(具体的には、ファン用インバータ125内の還流用ダイオードにて整流された後の誘起電圧)のみが第1平滑コンデンサ122に印加されるようにする。従って、第1平滑コンデンサ122の平滑後電圧Vflは、純粋に起動前のファンモータ51の回転数のみに対応する値となっており、ファンモータ51の回転数を精度良く推定することができる。
This is because when the
また、モータ駆動装置120は、ファンモータ51及び圧縮機用モータ61を統括制御するマイクロコンピュータ130を有する。マイクロコンピュータ130は、図8に示すように、ファンモータ制御系130aとしての判断部130aa(第2判断部に相当)及びリレー制御部130abを有する。
The
判断部130aaは、推定された起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数(第2回転数に相当)以上か否かを判断する。推定された起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数以上の場合、判断部130aaは、ファンモータ51を起動させないと判断する。推定された起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数未満の場合、判断部130aaは、ファンモータ51を起動させると判断する。リレー制御部130abは、判断部130aaがファンモータ51を起動させると判断した場合には、リレー127をオフからオンへと変化させ、第2平滑コンデンサ132と第1平滑コンデンサ122との間を接続する。この場合、ファン用インバータ125が駆動電圧SU1,SV1,SW1をファンモータ51に出力することで、ファンモータ51は起動し出す。逆に、リレー制御部130abは、判断部130aaがファンモータ51を起動させないと判断した場合には、リレー127をオフにしたままにすることで、第2平滑コンデンサ132と第1平滑コンデンサ122との間を遮断した状態を保つ。この場合、ファン用インバータ125は、駆動電圧SU1,SV1,SW1をファンモータ51に出力しないため、ファンモータ51は起動せず、風等の影響を受けて回転している状態を保つこととなる。
The determination unit 130aa determines whether or not the estimated rotation speed of the
これにより、起動前のファンモータ51が風等の影響により既に回転している状態において、その回転数が所定回転数以上であれば、室外機10内の蒸発器14には既に十分な空気が送られていることとなるため、モータ駆動装置120は、第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132を非接続状態にすると共に、あえてファンモータ51を起動させない。逆に、回転数が所定回転数未満であれば、仮にファンモータ51が回転しているとしても、室外機10内の蒸発器14に送られている空気の量は不十分であるとして、モータ駆動装置120は、第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132とを接続状態とし、ファンモータ51を起動させる。このように、起動前のファンモータ51の回転数に応じて、ファンモータ51の起動実行の制御、及び第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132との接続/非接続状態の制御がなされるため、ファンモータ51の起動による消費電力の量を最小限にとどめることができる。
Thus, in a state where the
なお、上述した所定回転数は、ファンモータ51、室外ファン15及び蒸発器14の特性等に基づいて、机上計算やシミュレーション、実験等によって予め適宜な値に設定されているとする。
It is assumed that the above-described predetermined rotational speed is set to an appropriate value in advance by desktop calculation, simulation, experiment, or the like based on the characteristics of the
また、マイクロコンピュータ130は、図8に示すように、圧縮機用モータ制御系130bとして、運転制御部130baとして機能する。運転制御部130baは、圧縮機用モータ61の駆動の開始及び停止を制御する。
Further, as shown in FIG. 8, the
また、ここでは、第2遮断部が一つのリレー127で構成される場合について説明を行なった。しかし、第2遮断部は、上記第1実施形態で述べたような、突入電流を抑制するような構成を有していても良い。
Further, here, the case where the second blocking unit is configured by one
(5−3)変形例1C
また、上記変形例1Bでは、第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132との間を遮断する第2遮断部が、リレー127のみで構成される場合について説明した。しかし、第2遮断部は、リレー127及び通電制限部127’の直列回路で構成されていてもよい。図10は、第2遮断部がリレー127及び通電制限部127’で構成されたモータ駆動装置の一部分を表している。
(5-3) Modification 1C
In the modification 1B, the case where the second blocking unit that blocks between the
通電制限部127’は、例えばダイオード等で構成されている。通電制限部127’のアノード側端子は、第2平滑コンデンサ132側に接続され、カソード側端子は、第1平滑コンデンサ122側に接続されている。通電制限部127’は、その両端に所定電圧値以上の電圧が印加されるとオンし、第2平滑コンデンサ132側から第1平滑コンデンサ122側への一方向の通電のみを行う。
The
このように、第2遮断部に加えて通電制限部127’が設けられることで、圧縮機用インバータ133側の負荷変動等の、第1平滑コンデンサ122側への影響を小さくし、ファンモータ51の回転数の検出精度を向上させることができる。
Thus, by providing the
なお、図10では、ダイオードの数が1つであるが、ダイオードの数は回路電流の値に応じて複数であってもよい。 In FIG. 10, the number of diodes is one, but the number of diodes may be plural depending on the value of the circuit current.
<第2実施形態>
(1)概要
上記第1実施形態では、ファンモータ51の起動前、遮断部27によって平滑コンデンサ22への直流電源の供給が遮断された状態で、平滑後電圧Vflの検出が行われる場合について説明した。これに対し、本実施形態では、ファンモータ51の起動前、平滑コンデンサ222には直流電源が供給された状態のまま、平滑後電圧Vflの検出が行われる場合について説明する。
Second Embodiment
(1) Outline In the first embodiment described above, the case where the smoothed voltage Vfl is detected before the
(2)構成
図11は、ブラシレスDCモータであるファンモータ51と、このファンモータ51を駆動するための本実施形態に係るモータ駆動装置220とを含むモータ駆動システム300全体の構成図である。モータ駆動装置220は、整流部221(直流電源供給部に相当)と、平滑コンデンサ222(第1平滑コンデンサに相当)と、電圧検出部223と、電流検出部224と、インバータ225(第1インバータに相当)と、ゲート駆動回路226と、回転数推定回路228と、センサレス制御回路229とを備える。更に、モータ駆動装置220は、図示はしていないが、回転数指令及び起動指令を含む運転指令をセンサレス制御回路229に出力するためのマイクロコンピュータを有している。整流部221、平滑コンデンサ222、電流検出部224、インバータ225、ゲート駆動回路226、センサレス制御回路229は、図1に示した上記第1実施形態に係る整流部21、平滑コンデンサ22、電流検出部24、インバータ25、ゲート駆動回路26、センサレス制御回路29それぞれと同様である。そのため、以下では、これらの機能部の説明は省略し、上記第1実施形態とは異なる電圧検出部223、回転数推定回路228について説明する。
(2) Configuration FIG. 11 is a configuration diagram of an entire
(2−1)電圧検出部
本実施形態に係る電圧検出部223は、上記第1実施形態に係る電圧検出部23と同様、平滑コンデンサ222の出力側に接続されている。電圧検出部223は、ファンモータ51の起動後のみならず、ファンモータ51の起動前にも平滑コンデンサ222の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflの検出動作を行う。
(2-1) Voltage Detection Unit The
しかし、本実施形態に係る電圧検出部223は、上記第1実施形態に係る電圧検出部23とは異なり、整流部221からの直流電源が平滑コンデンサ222に供給されている状態での、平滑後電圧Vflの値を検出する。即ち、本実施形態では、第1実施形態に係る遮断部27が備えられていないため、ファンモータ51起動前の、電圧検出部223による電圧検出動作の際にも、直流電源は平滑コンデンサ222に供給されたままとなる。
However, the
(2−2)回転数推定回路
回転数推定回路228は、電圧検出部223の検出結果から、起動前のファンモータ51の回転数を推定する動作を行うが、この推定動作は、上記第1実施形態とは異なっている。
(2-2) Rotational Speed Estimation Circuit The rotational
以下、本実施形態に係る起動前のファンモータ51の回転数の推定動作について説明する。先ず、回転数推定回路228は、ファンモータ51の起動前、商用電源91から出力される交流電圧の値から平滑コンデンサ222の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflの値を推定する。以下、この電圧を“推定電圧”という。そして、回転数推定回路228は、電圧検出部223の検出結果と推定電圧とを比較し、電圧検出部223の検出結果が推定電圧よりも大きい場合には、起動前のファンモータ51の回転数が所定回転数(第3所定回転数に相当)よりも大きい、高回転状態であると判断する。
Hereinafter, the estimation operation of the rotational speed of the
本実施形態の場合、上記第1実施形態とは異なり、電圧検出部223による電圧検出動作の際にも、直流電源は平滑コンデンサ222に供給されたままであるため、平滑コンデンサ222の両端電圧である平滑後電圧Vflからは、ファンモータ51の回転数を直接的に導くことができない。しかし、ファンモータ51の回転数がある程度大きければ、直流電源が供給されたままの平滑コンデンサ222には、整流部221からの直流電源に加えてファンモータ51の回転数に伴う誘起電圧(具体的には、インバータ225の還流用ダイオードD3a〜D5bによって整流された誘起電圧)が印加されることとなる(図12参照)。そのため、回転数推定回路228は、商用電源91からの交流の電圧によって推定される、ファンモータ51の回転に関わらず平滑コンデンサ222に印加されるであろう推定電圧よりも、実際に検出された結果の方が高い場合には(図12の領域A)、ファンモータ51が高回転状態であると判断する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, since the DC power is still supplied to the smoothing
なお、本実施形態の場合、たとえファンモータ51が風等の影響により起動前から回転しているとしても、その回転数が所定回転数以下である場合には、当該回転数に伴う誘起電圧に比して直流電源が十分大きいこととなり、この直流電源が平滑コンデンサ222に充電されている状態となっている(図12の領域B)。この場合には、起動前のファンモータ51が回転しているのか否かを把握することは困難となる。しかし、本実施形態に係る方法は、起動前のファンモータ51の回転数が高いか否かを、大まかに把握することは可能であるため、上記第1実施形態の図5のステップS5の動作は不要となる。
In the case of the present embodiment, even if the
また、先に述べたように、ファンモータ51の回転数が所定回転数以上ではファンモータ51を起動しないような制御を行なっている場合には、回転数の絶対値は必ずしも必要ではなく、「ファンモータ51の回転数が所定回転数以上であること」だけがわかれば良い。従って、本第2実施形態の方法でも、回転状態に応じた高性能なモータの駆動制御を行うことができる。
In addition, as described above, when control is performed such that the
なお、回転数推定回路228は、上述した推定電圧を、平滑コンデンサ222の容量等の特性、交流の電圧の大きさ等から求めることができる。
The rotation
また、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様、回転数推定回路228は、起動前のファンモータ51の回転方向が順方向か逆方向かに関わらず、ただ回転数を推定する構成となっている。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the rotation
(3)動作
次に、本実施形態のモータ駆動装置220の動作について、図13を用いて説明する。図13は、モータ駆動装置220の全体的な動作を示すフロー図である。
(3) Operation Next, the operation of the
ステップS21〜S22:センサレス制御回路229が、室外ファン15の運転開始指示を室外機10の室外機側制御部から取得した場合(ステップS21のYes)、電圧検出部223は、平滑コンデンサ222の両端電圧、つまりは平滑後電圧Vflを検出する(ステップS22)。
Steps S <b> 21 to S <b> 22: When the
ステップS23〜S25:回転数推定回路228は、起動前のファンモータ51の回転数の推定動作を行う(S23)。そして、回転数推定回路228は、ステップS22における実際の平滑後電圧Vflと、ステップS23における推定電圧とを比較する(S24)。実際の平滑後電圧Vflが推定電圧以上である場合には(S24のYes)、回転数推定回路228aは、起動前の現時点でのファンモータ51は高回転状態であると判断する。この時、ファンモータ51の起動は見合わせられる(S25)。
Steps S23 to S25: The rotation
ステップS26:ステップS22の動作から所定時間が経過する毎に、ステップS22以降の動作が繰り返される。つまり、ステップS25において、ファンモータ51を起動させないと判断した場合には、平滑後電圧Vflの検出動作がリトライされる。
Step S26: Every time a predetermined time elapses from the operation of Step S22, the operations after Step S22 are repeated. That is, when it is determined in step S25 that the
ステップS27:ステップS24において、実際の平滑後電圧Vflが推定電圧未満である場合には(S24のNo)、回転数推定回路228は、起動前の現時点でのファンモータ51は回転していないか、または低回転状態であると判断する。この時、ファンモータ51の起動動作が行われ(S27)、インバータ225からは、駆動電圧SU,SV,SWがファンモータ51に出力され出す。
Step S27: In step S24, when the actual smoothed voltage Vfl is less than the estimated voltage (No in S24), the rotational
ステップS28:ステップS27にて起動したファンモータ51は、センサレス制御回路229により、ロータ位置センサレス駆動される。
Step S <b> 28: The
ステップS29〜S30:室外ファン15の駆動停止指示をセンサレス制御回路229が取得するまでは(ステップS29のNo)、ステップS28に係るロータ位置センサレス駆動が行われる。室外ファン15の駆動停止指示をセンサレス制御回路229が取得した場合(ステップS29のYes)、インバータ225による駆動電圧SU,SV,SWのファンモータ51への出力が停止され、ファンモータ51は駆動を停止する(S30)。
Steps S29 to S30: Until the
(4)特徴
(4−1)
このモータ駆動装置120では、上述した第1実施形態に係るモータ駆動装置20とは異なり、直流電源が第1平滑コンデンサ122に供給されている状態の平滑後電圧Vflにより、起動前のファンモータ51の回転数が推定される。この場合、平滑後電圧Vflの検出時には、第1平滑コンデンサ122には直流電源が印加される他、ファンモータ51がある程度回転している場合にはその回転数に伴う誘起電圧(より具体的には、ファン用インバータ125の還流用ダイオードD3a〜D5bにて整流された後の誘起電圧)が印加されることとなる。即ち、第1平滑コンデンサ122の両端電圧は、ファンモータ51の誘起電圧の分上昇することとなる。従って、起動前のファンモータ51がある程度回転している場合には、平滑後電圧Vflによって起動前のファンモータ51の回転数を把握することができる。
(4) Features (4-1)
In the
(4−2)
本実施形態に係るモータ駆動装置120は、実際の平滑後電圧Vflが、商用電源91から出力される交流電圧に基づき推定して得られる平滑後電圧(つまり、推定電圧)よりも大きい場合には、ファンモータ51が高回転状態であると判断する。従って、実際の平滑後電圧Vflの大きさにより、ファンモータ51の回転状態を把握することができる。
(4-2)
In the
(5)変形例
(5−1)変形例2A
上記実施形態では、図11に示すように、モータ駆動装置220が、ファンモータ51のみを駆動する場合について説明した。しかし、モータ駆動装置220は、上記第1実施形態の変形例1Bにて示したように、ファンモータ51及び圧縮機用モータ61が並列接続された構成においても、適用可能である。この場合のモータ駆動装置の構成は、図8においてリレー127がない構成を採る。そして、回転数推定回路228は、電圧検出部223の検出結果と推定電圧とを比較結果に応じて起動前のファンモータ51の回転数が高回転状態であるか否かを判断することで、電圧検出部223の検出結果から起動前のファンモータ51の回転数を推定する動作を行う。
(5) Modification (5-1) Modification 2A
In the above embodiment, the case where the
更に、変形例1Cのように、モータ駆動装置は、第1平滑コンデンサ122と第2平滑コンデンサ132との間に位置する通電制限部127’を更に備えていても良い。
Further, as in Modification 1C, the motor drive device may further include an
この場合も通電制限部127’は、例えばダイオード等で構成されている。通電制限部127’のアノード側端子は、第2平滑コンデンサ132側に接続され、カソード側端子は、第1平滑コンデンサ122側に接続される。通電制限部127’は、その両端に所定電圧値以上の電圧が印加されるとオンし、第2平滑コンデンサ132側から第1平滑コンデンサ122側への一方向の通電のみを行う。
Also in this case, the
このように通電制限部127’を設けることで、圧縮機用インバータ133側の負荷変動等の、第1平滑コンデンサ122側への影響を小さくし、ファンモータ51の回転数の検出精度を向上させることができる。また、変形例1C同様、ダイオードの数は回路電流の値に応じて複数であってもよい。
By providing the
(5−2)変形例2B
上記実施形態では、回転数推定回路228が、ハード構成される場合について説明した。しかし、回転数推定部は、上記「(2−2)回転数推定回路」にて説明したような、起動前のファンモータ51の回転数を推定する動作ができるのであれば、どのような構成であってもよい。従って、回転数推定部は、上述した回転数の推定動作用のプログラムに従って動作するマイクロコンピュータで構成されていてもよい。
(5-2) Modification 2B
In the above-described embodiment, the case where the rotation
上記実施形態では、回転数推定回路228が、交流電圧の値から平滑コンデンサ222の両端電圧を推定するものとして説明を行なった。しかし、通常は、交流電圧は所定の電圧範囲内で供給されるため、当該交流電圧を整流した値である推定電圧も所定の範囲内に収まると考えることができる。すなわち、本実施形態では、「ファンモータ51の回転数が所定回転数以上であること」さえわかれば良いから、さほどファンモータ51の駆動についての精度を必要としない用途や、あるいはファンモータ51の誘起電圧が推定電圧と比べて相対的に高めであるような用途に本実施形態に係るモータ駆動装置が用いられる場合であれば、回転数推定回路228は、交流電圧の測定を省略できる。これにより、更に安価な構成とすることができる。
In the above embodiment, the description has been made assuming that the rotation
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention and its modification were demonstrated based on drawing, specific structure is not restricted to these embodiment and its modification, It changes in the range which does not deviate from the summary of invention. Is possible.
10 室外機
14 蒸発器
15 室外ファン
20 モータ駆動装置
21 整流部
22 平滑コンデンサ
23 電圧検出部
24 電流検出部
25 インバータ
26 ゲート駆動回路
27 遮断部
27c 突入電流抑制部
28 回転数推定回路
29 センサレス制御回路
30 マイクロコンピュータ
30a 判断部
30b リレー制御部
51 ブラシレスDCモータ(ファンモータ)
100 モータ駆動システム
122 第1平滑コンデンサ
125 ファン用インバータ
126 ファンモータ側の駆動用IC
127 リレー
127’ 通電制限部
132 第2平滑コンデンサ
133 圧縮機用インバータ
136 圧縮機用モータ側の駆動用IC
DESCRIPTION OF
100
127
Claims (13)
前記モータの起動前に、前記平滑後電圧の値を検出する電圧検出部(23,123,223)と、
前記電圧検出部による検出結果に基づいて、起動前の前記モータの回転数を推定する回転数推定部(28,126b,228)と、
を備える、モータ駆動装置(20,120,220)。 Generating a first drive voltage (SU to SW, SU1 to SW1) for driving the motor (51) using the smoothed voltage which is a voltage smoothed by the first smoothing capacitor (22, 122, 222); A first inverter (25, 125, 225) that outputs to the motor;
A voltage detector (23, 123, 223) for detecting a value of the smoothed voltage before starting the motor;
A rotational speed estimation unit (28, 126b, 228) for estimating the rotational speed of the motor before startup based on a detection result by the voltage detection unit;
A motor drive device (20, 120, 220).
前記モータの起動前、前記直流電源供給部から前記第1平滑コンデンサへの前記直流電源の供給を遮断する第1遮断部(27)、
を更に備える、
請求項1に記載のモータ駆動装置(20)。 The first smoothing capacitor (22) smoothes the DC power supplied from the DC power supply (21),
A first shut-off unit (27) for shutting off the supply of the DC power from the DC power supply to the first smoothing capacitor before starting the motor;
Further comprising
The motor drive device (20) according to claim 1.
請求項2に記載のモータ駆動装置(20)。 The first interrupting unit (27) includes an inrush current suppressing unit (27b) for suppressing an inrush current from flowing through the first smoothing capacitor immediately after the DC power source starts to be supplied to the first smoothing capacitor.
The motor drive device (20) according to claim 2.
前記第1遮断部(27)は、
更に、前記機器において異常が発生した場合に前記直流電源の前記第1平滑コンデンサへの供給を遮断することで、前記商用電源(91)と前記第1インバータ(25)とを切り離す、
請求項2から4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)。 The DC power supply unit (21) generates the DC power supply using an AC voltage output from a commercial power supply (91),
The first blocking part (27)
Further, when an abnormality occurs in the device, the supply of the DC power supply to the first smoothing capacitor is cut off, thereby disconnecting the commercial power supply (91) and the first inverter (25).
The motor drive device (20) according to any one of claims 2 to 4.
請求項1から4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)。 The motor is a drive source of a fan that is one of the devices included in the outdoor unit of the heat pump device.
The motor drive device (20) according to any one of claims 1 to 4.
を更に備え、
前記第1インバータ(25)は、
起動前の前記モータの回転数が前記第1所定回転数未満の場合、前記第1駆動電圧を前記モータに出力し、
起動前の前記モータの回転数が前記第1所定回転数以上の場合、前記第1駆動電圧を前記モータに出力しない、
請求項1から5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)。 A first determination unit (30a) for determining whether the rotation speed of the motor before startup estimated by the rotation speed estimation unit (28) is equal to or higher than a first predetermined rotation speed;
Further comprising
The first inverter (25)
When the rotational speed of the motor before startup is less than the first predetermined rotational speed, the first drive voltage is output to the motor,
When the rotational speed of the motor before activation is equal to or higher than the first predetermined rotational speed, the first drive voltage is not output to the motor.
The motor drive device (20) according to any one of claims 1 to 5.
前記第1平滑コンデンサ(122)及び前記第1インバータ(125)に対し並列に接続された第2平滑コンデンサ(132)からの電圧に基づいて、前記圧縮機の駆動源である圧縮機モータ(61)を駆動させるための第2駆動電圧(SU2〜SW2)を生成して前記圧縮機用モータに出力する第2インバータ(133)と、
前記第2平滑コンデンサ(132)と前記第1平滑コンデンサ(122)との間に接続されており、前記第2平滑コンデンサ(132)側から前記第1平滑コンデンサ(122)側への電圧の印加を遮断可能な第2遮断部(127)と、
を更に備え、
前記第2遮断部(127)は、前記電圧検出部(123)が前記ファンモータ(51)の起動前に前記平滑後電圧を検出する時に、前記第2平滑コンデンサ(132)と前記第1平滑コンデンサ(122)との間を遮断する、
請求項1に記載のモータ駆動装置(120)。 The motor (51) is a fan motor which is a drive source of the fan in an outdoor unit of a heat pump apparatus including a compressor and a fan,
Based on a voltage from a second smoothing capacitor (132) connected in parallel to the first smoothing capacitor (122) and the first inverter (125), a compressor motor (61) as a drive source of the compressor A second inverter (133) for generating a second drive voltage (SU2 to SW2) for driving the compressor motor and outputting it to the compressor motor;
Application of voltage from the second smoothing capacitor (132) side to the first smoothing capacitor (122) side is connected between the second smoothing capacitor (132) and the first smoothing capacitor (122). A second blocking portion (127) capable of blocking
Further comprising
The second shut-off unit (127) is connected to the second smoothing capacitor (132) and the first smoothing unit when the voltage detection unit (123) detects the smoothed voltage before the fan motor (51) is activated. To disconnect from the capacitor (122),
The motor drive device (120) according to claim 1.
を更に備え、
起動前の前記ファンモータ(51)の回転数が前記第2所定回転数未満の場合、
前記第2遮断部(127)は、前記第2平滑コンデンサ(132)と前記第1平滑コンデンサ(122)との間を接続し、
前記第1インバータ(125)は、前記第1駆動電圧を前記ファンモータ(51)に出力し、
起動前の前記ファンモータ(51)の回転数が前記第2所定回転数以上の場合、
前記第2遮断部(127)は、前記第2平滑コンデンサ(132)と前記第1平滑コンデンサ(122)との間を遮断した状態を保ち、
前記第1インバータ(125)は、前記第1駆動電圧を前記ファンモータ(51)に出力しない、
請求項7に記載のモータ駆動装置(120)。 A second determination unit (130aa) for determining whether the rotation speed of the motor before startup estimated by the rotation speed estimation unit (126b) is equal to or higher than a second predetermined rotation speed;
Further comprising
When the rotational speed of the fan motor (51) before startup is less than the second predetermined rotational speed,
The second blocking part (127) connects between the second smoothing capacitor (132) and the first smoothing capacitor (122),
The first inverter (125) outputs the first drive voltage to the fan motor (51),
When the rotational speed of the fan motor (51) before startup is equal to or higher than the second predetermined rotational speed,
The second blocking unit (127) maintains a state where the second smoothing capacitor (132) and the first smoothing capacitor (122) are blocked,
The first inverter (125) does not output the first drive voltage to the fan motor (51).
The motor drive device (120) according to claim 7.
前記電圧検出部(223)は、前記直流電源が前記第1平滑コンデンサに供給されている状態での、前記平滑後電圧の値を検出する、
請求項1に記載のモータ駆動装置(220)。 The first smoothing capacitor (222) smoothes the DC power supplied from a DC power supply unit (221) for generating DC power,
The voltage detector (223) detects the value of the smoothed voltage in a state where the DC power supply is supplied to the first smoothing capacitor.
The motor drive device (220) according to claim 1.
前記回転数推定部(228)は、前記電圧検出部の検出結果が、前記交流電圧の値から推定して得られる前記平滑後電圧である推定電圧よりも大きい場合、起動前の前記モータの回転数が第3所定回転数よりも大きい高回転状態であると判断する、
請求項9に記載のモータ駆動装置(220)。 The DC power supply unit (221) generates the DC power using an AC voltage output from a commercial power supply (91),
The rotation speed estimation unit (228) rotates the motor before starting when the detection result of the voltage detection unit is larger than the estimated voltage that is the smoothed voltage obtained by estimation from the value of the AC voltage. Determining that the number of revolutions is higher than the third predetermined number of revolutions;
The motor drive device (220) according to claim 9.
更に備える、
請求項7から10のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(120)。 An energization limiting unit (127 ′) that performs energization in only one direction from the second smoothing capacitor (132) to the first smoothing capacitor (122);
In addition,
The motor drive device (120) according to any one of claims 7 to 10.
請求項1から11のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20,120,220)。 The motor is a brushless DC fan motor.
The motor drive device (20, 120, 220) according to any one of claims 1 to 11.
請求項1から12のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20,120,220)。 The motor is driven without a rotor position sensor after startup,
The motor drive device (20, 120, 220) according to any one of claims 1 to 12.
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JP2011021161A JP2012161213A (en) | 2011-02-02 | 2011-02-02 | Motor driving device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016098160A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | Power converter, compressor, air blower, and air conditioner |
WO2021200375A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | ダイキン工業株式会社 | Drive device |
-
2011
- 2011-02-02 JP JP2011021161A patent/JP2012161213A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
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JP6993596B2 (en) | 2020-03-31 | 2022-01-13 | ダイキン工業株式会社 | Drive |
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