JP2014007916A - Motor control device - Google Patents
Motor control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014007916A JP2014007916A JP2012143846A JP2012143846A JP2014007916A JP 2014007916 A JP2014007916 A JP 2014007916A JP 2012143846 A JP2012143846 A JP 2012143846A JP 2012143846 A JP2012143846 A JP 2012143846A JP 2014007916 A JP2014007916 A JP 2014007916A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- command value
- current
- current command
- rotational speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
室外ファンや圧縮機等の機器を備えた空気調和装置では、これらの機器の動力源としてモータが多く用いられており、モータは、モータ制御装置によって制御される。 In an air conditioner equipped with devices such as an outdoor fan and a compressor, a motor is often used as a power source for these devices, and the motor is controlled by a motor control device.
モータ制御装置としては、例えば特許文献1(特開2003−259679号公報)に示されるように、モータに対し所謂ベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)を行うものが知られている。ベクトル制御では、モータの駆動によって該モータに流れるモータ電流を検出し、検出したモータ電流に基づきモータの制御が行われる。 As a motor control device, for example, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-259679), a device that performs so-called vector control (that is, magnetic field direction control of an AC motor: Field Oriented Control) is known. It has been. In the vector control, a motor current flowing through the motor is detected by driving the motor, and the motor is controlled based on the detected motor current.
モータの回転数が比較的低い低負荷時には、モータ電流の値は小さく、モータの駆動電圧の変調率も小さくなる。すると、上記特許文献1に示されるように、モータ電流を検出してモータの制御を行うにあたり、低負荷時のモータ電流の検出が正確にできない虞がある。その結果、モータの制御が不安定となってしまう。 When the motor speed is relatively low and the load is low, the value of the motor current is small and the modulation rate of the motor drive voltage is also small. Then, as shown in the above-mentioned Patent Document 1, when the motor current is detected and the motor is controlled, the motor current at the time of low load may not be detected accurately. As a result, the control of the motor becomes unstable.
そこで、本発明の課題は、モータの制御を安定して行うことにある。 Accordingly, an object of the present invention is to stably control a motor.
本発明の第1観点に係るモータ制御装置は、出力部と、回転数導出部と、トルク電流指令設定部と、非トルク電流指令設定部とを備える。出力部は、モータを駆動するための駆動信号を生成し、モータに出力する。回転数導出部は、モータの回転数を導出する。トルク電流指令設定部は、モータの回転数が回転数指令に追従するように制御して、トルク電流指令値を設定する。トルク電流指令値とは、モータのトルクに寄与するトルク電流の指令値である。非トルク電流指令設定部は、モータの回転数に応じて非トルク電流指令値を設定する。非トルク電流指令値とは、モータのトルクに寄与しない非トルク電流の指令値である。そして、出力部は、トルク電流指令値及び非トルク電流指令値に基づく駆動信号をモータに出力する。非トルク電流指令設定部は、モータの回転数が低い程非トルク電流指令値が大きくなるように、非トルク電流指令値を設定する。 A motor control device according to a first aspect of the present invention includes an output unit, a rotation speed deriving unit, a torque current command setting unit, and a non-torque current command setting unit. The output unit generates a drive signal for driving the motor and outputs the drive signal to the motor. The rotational speed deriving unit derives the rotational speed of the motor. The torque current command setting unit controls the motor rotation speed to follow the rotation speed command, and sets the torque current command value. The torque current command value is a command value of torque current that contributes to the torque of the motor. The non-torque current command setting unit sets a non-torque current command value according to the rotation speed of the motor. The non-torque current command value is a non-torque current command value that does not contribute to the motor torque. The output unit outputs a drive signal based on the torque current command value and the non-torque current command value to the motor. The non-torque current command setting unit sets the non-torque current command value so that the non-torque current command value increases as the rotational speed of the motor decreases.
このモータ制御装置は、トルク電流指令値及び非トルク電流指令値に基づく駆動信号によってモータを駆動制御する。特に、モータ制御装置は、非トルク電流指令値の設定にあたり、モータの回転数が低い程非トルク電流指令値を大きい値に設定する。これにより、モータの回転数が低い程、非トルク電流が比較的多めに流されることとなり、その結果モータに流れるモータ電流の値が増加する。そのため、モータ電流の値の把握がし易くなり、駆動信号の変調率も増加する。従って、モータの制御は安定して行われるようになる。また、モータの回転数に応じて非トルク電流指令値が設定されるため、モータに必要以上のモータ電流が流れるといったモータの制御が行われることもなく、モータには、適切なモータ電流が流れる。 This motor control device drives and controls the motor by a drive signal based on the torque current command value and the non-torque current command value. In particular, when setting the non-torque current command value, the motor control device sets the non-torque current command value to a larger value as the rotational speed of the motor is lower. As a result, the lower the rotational speed of the motor, the more non-torque current flows, and as a result, the value of the motor current flowing through the motor increases. Therefore, it becomes easy to grasp the value of the motor current, and the modulation rate of the drive signal increases. Therefore, the motor is controlled stably. In addition, since a non-torque current command value is set according to the number of rotations of the motor, an appropriate motor current flows through the motor without performing motor control such that an excessive motor current flows through the motor. .
なお、ここでいう駆動信号には、駆動電圧及び駆動電流が含まれる。 The driving signal here includes a driving voltage and a driving current.
本発明の第2観点に係るモータ制御装置は、第1観点に係るモータ制御装置において、電流検出部と、信号指令設定部とを更に備える。電流検出部は、モータに流れるモータ電流を検出する。信号指令設定部は、モータ電流がトルク電流指令値及び非トルク電流指令値に応じた電流値となるような信号指令値を設定する。そして、出力部は、信号指令値に応じて駆動信号を生成する。 A motor control device according to a second aspect of the present invention is the motor control device according to the first aspect, further comprising a current detection unit and a signal command setting unit. The current detection unit detects a motor current flowing through the motor. The signal command setting unit sets a signal command value such that the motor current becomes a current value corresponding to the torque current command value and the non-torque current command value. And an output part produces | generates a drive signal according to a signal command value.
ここでは、モータ電流が、トルク電流指令値及び非トルク電流指令値に応じた電流値となるような信号指令値が設定される。その際、モータの回転数が低い程、非トルク電流指令値は大きい値に設定されるため、非トルク電流が比較的多めに流されることとなり、その結果モータ電流の値が増加する。従って、電流検出部によるモータ電流の値の検出がし易くなり、信号指令値に基づいて生成された駆動信号の変調率の増加及びモータへの適切なモータ電流の通電がなされるようになる。 Here, a signal command value is set such that the motor current becomes a current value corresponding to the torque current command value and the non-torque current command value. At this time, the non-torque current command value is set to a larger value as the rotational speed of the motor is lower. Therefore, a relatively large amount of non-torque current is caused to flow, and as a result, the value of the motor current increases. Therefore, it becomes easy to detect the value of the motor current by the current detection unit, and the modulation rate of the drive signal generated based on the signal command value is increased and the motor current is appropriately supplied to the motor.
なお、ここでいう信号指令値には、電圧指令値及び電流指令値が含まれる。 The signal command value here includes a voltage command value and a current command value.
本発明の第3観点に係るモータ制御装置は、第1または第2観点に係るモータ制御装置において、非トルク電流指令設定部は、モータの回転数が所定回転数よりも低い場合にのみ、非トルク電流指令値を設定する。 A motor control device according to a third aspect of the present invention is the motor control device according to the first or second aspect, in which the non-torque current command setting unit is set only when the rotational speed of the motor is lower than a predetermined rotational speed. Set the torque current command value.
ここでは、低負荷の状態の場合にのみ、非トルク電流指令値が設定される。つまり、このモータ制御装置は、モータ電流の値の検出が正確に行われない傾向にある低負荷の状態の場合に、モータの回転数が低い程非トルク電流指令値を大きい値に設定する制御を行う。これにより、低負荷の状態の場合にのみ、非トルク電流を増加させることでモータ電流を増加させ、モータ電流の値の把握をし易くすることができる。従って、低負荷の状態以外では、例えば非トルク電流を従来のように制御することで効率の良い制御を保ちつつ、且つ低負荷の状態の場合にも、モータの制御を安定して行うことができる。 Here, the non-torque current command value is set only when the load is low. In other words, this motor control device is a control that sets the non-torque current command value to a larger value as the motor rotational speed is lower in a low load state where the detection of the motor current value tends not to be performed accurately. I do. Thereby, only in the case of a low load state, the motor current can be increased by increasing the non-torque current, and the value of the motor current can be easily grasped. Therefore, in other cases than the low load state, for example, the non-torque current can be controlled as in the conventional manner to maintain efficient control, and the motor can be stably controlled even in the low load state. it can.
本発明の第4観点に係るモータ制御装置は、第1観点から第3観点のいずれか1つに係るモータ制御装置において、モータは、空調機に含まれているファン及び圧縮機、ならびにヒートポンプ装置に含まれているファン及びポンプの、少なくとも1つの駆動源である。 A motor control device according to a fourth aspect of the present invention is the motor control device according to any one of the first to third aspects, wherein the motor includes a fan and a compressor included in the air conditioner, and a heat pump device. Is at least one drive source of a fan and a pump included.
ファン等を駆動するモータは、負荷トルクがモータの回転数の二乗に比例する、所謂二乗低減トルク特性を有しているため、このような特性を有するモータの負荷トルクは、回転数によってほぼ一意に決定してしまう。しかし、このような特性を有するモータに対して、本発明に係るモータの回転数が低い程非トルク電流指令値を大きい値に設定する制御を行うことで、モータの負荷トルクには影響を与えずに、モータ電流の値を制御することが可能となる。 A motor that drives a fan or the like has a so-called square reduction torque characteristic in which the load torque is proportional to the square of the rotation speed of the motor. Therefore, the load torque of a motor having such characteristics is almost unique depending on the rotation speed. Will be decided. However, by controlling the motor having such characteristics so that the non-torque current command value is set to a larger value as the motor speed according to the present invention is lower, the load torque of the motor is affected. Therefore, it is possible to control the value of the motor current.
本発明の第1観点に係るモータ制御装置によると、モータ電流の値の把握がし易くなり、駆動信号の変調率も増加する。従って、モータの制御は安定して行われるようになる。また、モータに必要以上のモータ電流が流れるといったモータの制御が行われることもなく、モータには、適切なモータ電流が流れる。 According to the motor control device of the first aspect of the present invention, it is easy to grasp the value of the motor current, and the modulation rate of the drive signal also increases. Therefore, the motor is controlled stably. In addition, the motor is not controlled such that an excessive motor current flows through the motor, and an appropriate motor current flows through the motor.
本発明の第2観点に係るモータ制御装置によると、電流検出部によるモータ電流の値の検出がし易くなり、信号指令値に基づいて生成された駆動信号の変調率の増加及びモータへの適切なモータ電流の通電がなされるようになる。 According to the motor control device of the second aspect of the present invention, it becomes easy to detect the value of the motor current by the current detection unit, the modulation factor of the drive signal generated based on the signal command value is increased, and the motor is appropriately applied. A large motor current is applied.
本発明の第3観点に係るモータ制御装置によると、低負荷の状態以外では、例えば非トルク電流を従来のように制御することで効率の良い制御を保ちつつ、且つ低負荷の状態の場合にも、モータの制御を安定して行うことができる。 According to the motor control device of the third aspect of the present invention, in the case of a low load state, while maintaining efficient control by controlling, for example, non-torque current as in the past, except in a low load state. In addition, the motor can be controlled stably.
本発明の第4観点に係るモータ制御装置によると、二乗低減トルク特性を有するモータの負荷トルクには影響を与えずに、モータ電流の値を制御することが可能となる。 According to the motor control device of the fourth aspect of the present invention, it is possible to control the value of the motor current without affecting the load torque of the motor having the square reduction torque characteristic.
以下、本発明に係るモータ制御装置について、図面を参照しつつ詳述する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, a motor control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are specific examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.
(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を制御するための本実施形態に係るモータ制御装置20とを含むモータ制御システム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って、交流電圧の印加によって駆動する交流モータである。モータ制御装置20は、該室外機10内に搭載されており、ファンモータ51に流れる電流であるモータ電流に基づいて該モータ51をベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)する装置である。
(1) Overview 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)ブラシレスDC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26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) Brushless DC 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 rotor 53 includes a plurality of permanent magnets including N poles and S poles, and rotates about the rotation axis with respect to the
ロータの構造に着目すると、モータの種類には、大きく分けて表面磁石型モータ(Surface Permanent Magnet Motor:以下、SPMモータと記載する)と埋め込み磁石型モータ(Interior Permanent Magnet Motor:以下、IPMモータと記載する)とがある。以下の説明では、ブラシレスDCモータ51が、主に一般的なSPMモータである場合を想定することとする。
Focusing on the structure of the rotor, the types of motors are roughly classified into a surface magnet type motor (Surface Permanent Magnet Motor: hereinafter referred to as SPM motor) and an embedded magnet type motor (Interior Permanent Magnet Motor: hereinafter referred to as IPM motor). To be described). In the following description, it is assumed that 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)モータ制御装置の構成
次いで、本実施形態に係るモータ制御装置20の構成について説明する。本実施形態に係るモータ制御装置20は、図1に示すように、整流部21と、平滑コンデンサ22と、電圧検出部23と、電流検出部24と、出力部25と、センサレス制御回路28と、マイクロコンピュータ29とを備える。
(2) Configuration of Motor Control Device Next, the configuration of the
モータ制御装置20を構成するこれらの機能部は、例えば1枚のプリント基板上に実装されている。
These functional units constituting 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の各アノード端子同士は平滑コンデンサ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同士の接続点及びダイオードD2a,D2b同士の接続点は、それぞれ商用電源91に接続されている。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26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。
(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、平滑後電圧Vflに所定の分圧比をかけた値として、センサレス制御回路28に入力される。なお、所定の分圧比は、互いに直接に接続された各抵抗値によって決定される。
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26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、モータ電流Imは、所定倍された電圧値としてセンサレス制御回路28に入力される。
Although not shown, the
平滑コンデンサ22及びインバータ26の間で電流検出が行われるため、電流検出部24により検出された電流の波形は、段のあるパルス状の電流となっている。電流検出部24は、そのパルス状の電流を、インバータ26の波形出力状態に応じたタイミングで検出することで、モータ電流Imを求めることができる。
Since current detection is performed between the smoothing
(2−5)出力部
出力部25は、ファンモータ51を駆動するための交流電圧である駆動電圧SU,SV,SW(駆動信号に相当)を、電圧指令値Vpwm(信号指令値に相当)に応じて生成してファンモータ51に出力する。電圧指令値Vpwmは、駆動電圧SU,SV,SWに関するパラメータを定めるための指令値であって、後述するq軸電流指令値Vq及びd軸電流指令値Vdに関連して決定され、センサレス制御回路28から出力される。駆動電圧SU,SV,SWに関するパラメータとしては、駆動電圧SU,SV,SWそれぞれのデューティ、周波数、電圧値等が挙げられるが、本実施形態では、電圧指令値Vpwmが駆動電圧SU,SV,SWのデューティを定めるための指令値である場合、つまりはファンモータ51がPWM制御される場合を例に採る。
(2-5) Output unit The
出力部25は、インバータ26及びゲート駆動回路27によって構成されている。
The
なお、ゲート駆動回路27は、センサレス制御回路28と共に、1つの集積回路パッケージ(具体的には、ICやHIC)内にパッケージングされていてもよい。
The
(2−5−1)インバータ
インバータ26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26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いる。各ダイオードD3a〜D5bは、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とが接続されると共に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とが接続されることで、各トランジスタQ3a〜Q5bに対して並列接続されている。
(2-5-1) Inverter The
インバータ26には、平滑コンデンサ22からの平滑後電圧Vf1が印加される。そして、インバータ26は、ゲート駆動回路27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、所望のデューティを有する駆動電圧SU,SV,SW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。即ち、インバータ26は、ファンモータ51に電力を供給する。
A smoothed voltage Vf1 from the smoothing
(2−5−2)ゲート駆動回路
ゲート駆動回路27は、センサレス制御回路28からの電圧指令値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27は、センサレス制御回路28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26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。
(2-5-2) Gate Drive Circuit The
(2−6)センサレス制御回路
センサレス制御回路28は、電圧検出部23、電流検出部24、ゲート駆動回路27及びマイクロコンピュータ29と接続されている。センサレス制御回路28は、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。
(2-6) Sensorless Control Circuit The
具体的には、ファンモータ51は、まずは、直流励磁方式または強制駆動方式にて起動する。直流励磁方式とは、起動直前のファンモータ51に対して直流通電を行うことで、該モータ51におけるロータ53の位置を所定位置に一旦固定させ、ロータ53が固定した状態からファンモータ51の駆動を開始させる方式である。強制駆動方式とは、ロータ53の位置に関係なく、ある程度の電圧値及び周波数を有する駆動電圧SU,SV,SWをファンモータ51に印加する強制通電を行うことで、ファンモータ51を強制的に起動させる方式である。
Specifically, the
そして、センサレス制御回路28は、起動後のファンモータ51のロータ53の位置を推定すると共に、推定したロータ53の位置に基づいてファンモータ51の回転数を推定する。推定されたファンモータ51の回転数は、回転数信号FGとして、マイクロコンピュータ29に入力される。更に、センサレス制御回路28は、マイクロコンピュータ29から回転数指令Vfgを含む運転指令が送られてくると、この運転指令、推定したロータ53の位置、推定した回転数、電圧検出部23の検出結果及び電流検出部24の検出結果に基づいて、ロータ位置センサレス方式により駆動電圧SU,SV,SWのデューティを決定していく。
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、平滑後電圧Vfl(即ち、電圧検出部23の検出結果)、モータ電流Im(即ち、電流検出部24の検出結果)、及びファンモータ51の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ53の位置の推定、回転数の推定、回転数に対するPI制御、及びモータ電流Im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 means various parameters indicating the characteristics of the
上述した制御を行うセンサレス制御回路28は、図3に示すように、主として、モータモデル演算部28a、ロータ位置推定部28b、回転数推定部28c(回転数導出部に相当)、LPF28d、q軸電流指令設定部28e(トルク電流指令設定部に相当)、d軸電流指令設定部28f(非トルク電流指令設定部に相当)、及び電流制御部28g(信号指令設定部に相当)、により構成されている。図3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28の構成を簡単に示している。
As shown in FIG. 3, the
なお、実際のセンサレス制御では、モータ電流Im等の三相電流(ないしは電圧)を、モデル上の座標系に変換する座標変換動作が行われているが、本実施形態及び図3においては、説明を簡単にするため、この動作を省略している。 In actual sensorless control, a coordinate conversion operation for converting a three-phase current (or voltage) such as a motor current Im into a coordinate system on a model is performed. However, in this embodiment and FIG. For simplicity, this operation is omitted.
(2−6−1)モータモデル演算部
モータモデル演算部28aには、出力部25に出力される電圧指令値Vpwm、ロータ位置推定部28bにより推定されたロータ53の位置、回転数推定部28cにより推定されたファンモータ51の回転数が入力される。モータモデル演算部28a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、該演算部28aに入力された各種情報から、モータ電流Imの理想値を演算する。
(2-6-1) Motor Model Calculation Unit The motor
(2−6−2)ロータ位置推定部
ロータ位置推定部28bには、モータモデル演算部28aにより演算されたモータ電流Im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が入力される。ロータ位置推定部28bは、入力された該結果を用いて、現時点でのロータ53の位置を推定する。
(2-6-2) Rotor Position Estimator The
なお、ロータ53の位置は、回転数推定部28cに入力されるのみならず、モータモデル演算部28aにフィードバックされる。モータモデル演算部28aにフィードバックされたロータ53の位置は、モータモデル演算部28aにおいて、モータ電流の理想値Imと実際のモータ電流Imとの差分が“0”となるような補正処理、ならびにモータモデルの補正に用いられる。
The position of the rotor 53 is not only input to the rotation
(2−6−3)回転数推定部
回転数推定部28cは、ロータ位置推定部28bによって推定されたロータ53の位置を用いて、現時点でのファンモータ51の回転数を推定する。
(2-6-3) Rotational Speed Estimator The
なお、推定されたファンモータ51の回転数は、LPF28dに入力されるのみならず、モータモデル演算部28aにフィードバックされる。推定されたファンモータ51の回転数は、推定されたロータ53の位置と同様、モータモデル演算部28aにおいて、モータ電流Imの理想値と実際のモータ電流Imとの差分が“0”となるような補正処理、ならびにモータモデルの補正に用いられる。
The estimated rotation speed of the
更に、推定されたモータ51の回転数は、d軸電流指令設定部28fにも入力される。
Further, the estimated rotation number of the
(2−6−4)LPF
LPF28dは、推定されたファンモータ51の回転数から、ノイズ成分及び高調波成分を除去する。
(2-6-4) LPF
The LPF 28d removes noise components and harmonic components from the estimated rotational speed of the
LPF28dを通過した後のファンモータ51の回転数は、波形成形部28h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29に出力される。この回転数信号FGは、ファンモータ51の回転数に応じた周期を有するパルス信号、または周波数は固定であるが該モータ51の回転数に応じたデューティを有するパルス信号となっている。
The rotational speed of the
(2−6−5)q軸電流指令設定部
q軸電流指令設定部28eには、マイクロコンピュータ29から送られてきた運転指令に含まれる回転数指令Vfgと、LPF28dを通過した後のファンモータ51の回転数との間で減算処理された後の結果が入力される。q軸電流指令設定部28eは、入力された該結果を用いてファンモータ51の回転数に対しPI制御を行うことで、ファンモータ51の回転数が回転数指令Vfgに追従するように制御する。
(2-6-5) q-axis current command setting unit The q-axis current
そして、本実施形態に係るq軸電流指令設定部28eは、上記制御結果として、q軸電流指令値Vqを設定する。q軸電流指令値Vq(トルク電流指令値に相当)とは、ファンモータ51のトルクに寄与するq軸電流Iqの指令値である。
Then, the q-axis current
なお、本実施形態では、ロータ53の永久磁石が作り出す磁束方向をd軸、これよりπ/2進んだ方向をq軸に定めた、dq座標系を用いている。q軸電流Iqは、q軸方向の電流成分、具体的にはファンモータ51の回転トルクを発生させる成分であるトルク電流を意味している。従って、q軸電流指令値Vqは、ファンモータ51のトルクや回転数に直接的に関係する値であると言えるため、有効電流の指令値とも言うことができる。
In the present embodiment, a dq coordinate system is used in which the direction of magnetic flux created by the permanent magnet of the rotor 53 is defined as the d axis, and the direction advanced by π / 2 is defined as the q axis. The q-axis current Iq means a current component in the q-axis direction, specifically a torque current that is a component that generates the rotational torque of the
図4(c)に示すように、室外ファン15の駆動源であるファンモータ51は、そのトルクが回転数の二乗に比例して上昇する特性、即ち二乗低減トルク特性を有している。そのため、図4(a)に示すように、トルクと同様に、q軸電流Iq(及びq軸電流指令値Vq)は、回転数が高くなるに従って増加するように設定される。具体的には、q軸電流Iq(及びq軸電流指令値Vq)は、回転数のほぼ二乗に比例して増加するように設定される。
As shown in FIG. 4C, the
(2−6−6)d軸電流指令設定部
d軸電流指令設定部28fは、推定された回転数に応じて、d軸電流指令値Vdを設定する。d軸電流指令値Vd(非トルク電流指令値に相当)とは、ファンモータ51のトルクに寄与しないd軸電流Idの指令値である。
(2-6-6) d-axis current command setting unit The d-axis current command setting unit 28f sets the d-axis current command value Vd according to the estimated rotational speed. The d-axis current command value Vd (corresponding to the non-torque current command value) is a command value for the d-axis current Id that does not contribute to the torque of the
d軸電流Idは、上記したq軸からπ/2遅れた方向であるd軸方向の電流成分である。従って、d軸電流Idは、q軸電流Iqとは逆に、ファンモータ51の回転トルクを発生させる成分ではなく、磁束を作る成分である励磁電流成分を意味している。従って、q軸電流指令値Vqを有効電流の指令値と言う場合には、d軸電流指令値Vdは、無効電流の指令値と言うことができる。一般的にSPMモータでは、全運転範囲において、d軸電流指令値Vdは“0”に設定されることが多い。
The d-axis current Id is a current component in the d-axis direction that is a direction delayed by π / 2 from the q-axis. Therefore, the d-axis current Id is not a component that generates the rotational torque of the
特に、本実施形態に係るd軸電流指令設定部28fは、図4(b)及び図6に示すように、ファンモータ51の回転数が所定回転数よりも低い場合には、ファンモータ51の回転数が低い程d軸電流指令値Vdが大きくなるように該指令値Vdを設定して、所定回転数以下ではファンモータ51の回転数が低い程d軸電流Idを増加させている。例えば、ファンモータ51の起動の際、ファンモータ51の回転数は徐々に上昇していく。そこで、d軸電流指令設定部28fは、ファンモータ51の回転数が未だ所定回転数よりも低い場合には、ファンモータ51の回転数が徐々に増加していくのに伴い、d軸電流指令値Vdを徐々に小さく設定して、d軸電流Idを徐々に減少させていく。やがて、ファンモータ51の回転数が所定回転数に限りなく近くなった際には、d軸電流指令設定部28fは、d軸電流指令値Vdが限りなく“0”に近づくように設定することでd軸電流Idを“0”に近づけ、ファンモータ51の回転数が所定回転数以上となれば、d軸電流指令値Vdを“0”に設定することで、d軸電流Idを“0”にする。従って、本実施形態では、このようなd軸電流指令値Vdの設定制御が、ファンモータ51の回転数が所定回転数以下の場合にのみ行われる、と言うことができる。
In particular, the d-axis current command setting unit 28f according to the present embodiment, as shown in FIGS. 4B and 6, when the rotational speed of the
即ち、本実施形態に係るd軸電流指令設定部28fは、ファンモータ51の回転数が所定回転数以下の間は、あえてd軸電流Idが“0”ではない値となるようにd軸電流指令値Vdをファンモータ51の回転数に応じて可変させる。これは、二乗低減トルク特性を有するファンモータ51が低回転数であることから、ファンモータ51は低負荷状態にあると言え、それ故d軸電流Idを加えない状態では、本来必要なq軸電流Iqだけでは、q軸電流Iqとd軸電流Idとの合成電流であるモータ電流Imの値が小さくなってしまっている。またこの時、駆動電圧の変調率も低くなってしまうことによって、検出される電流(具体的には、モータ電流Im)のパルス幅が狭くなる。故に、該電流を検出するタイミングを設定しづらく、検出のタイミングがずれやすくなっており、電流検出部24によるモータ電流Imの値の検出が正確に行えず、従ってファンモータ51の制御が不安定となってしまうためである。そこで、本実施形態では、ファンモータ51が低回転数の状態時(つまりは、低負荷時)、該モータ51の回転数が低い程あえてd軸電流Idを比較的多めに流すことによって、モータ電流Imの値を増加させると共に、駆動電圧SU,SV,SWの変調率を増加させ、電流検出部24によるモータ電流Imの値の検出をし易くしている。これにより、ファンモータ51の制御が安定する。また、本実施形態では、ファンモータ51の回転数に応じて、d軸電流指令値Vdを設定しているため、必要以上にモータ電流Imが流れるといった制御が行われることがなく、ファンモータ51には、適切なモータ電流Imが流れることとなる。
That is, the d-axis current command setting unit 28f according to the present embodiment intentionally sets the d-axis current so that the d-axis current Id is not “0” while the rotation speed of the
ここで、上述した「所定回転数」は、ファンモータ51の有する特性の他、電流検出部24の検出精度等に応じて適宜設定される。例えば、「所定回転数」は、モータ電流Imが、電流検出部24が検出することのできる値となる時の、ファンモータ51の回転数(即ち、ファンモータ51の最低限の回転数)に設定されることができる。このように、「所定回転数」は、電流検出部24の検出精度等を考慮して、机上計算やシミュレーション、実験等によって、予め一定の値に設定されているのが好ましい。具体的に、本実施形態に係る「所定回転数」とは、例えばファンモータ51の回転数の最大定格に対して約20%である回転数であることができ、この場合の本実施形態に係る「低回転」の状態とは、ファンモータ51の回転数の最大定格に対して約10〜20%程度であることが挙げられる。
Here, the “predetermined number of rotations” described above is appropriately set according to the detection accuracy of the
次に、本実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御がどのような場合に行われるかについて説明する。本実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御が行われる場合としては、例えば以下の(I)〜(V)が挙げられる。
(I)ファンモータ51が起動中である場合
(II)室外機10がデフロスト運転を行っている状態から通常状態へと復旧する場合
(III)室外機10がサーモオフした場合
(IV)ヒートポンプ装置が冷暖切替を行った場合
(V)外気の温度は低いが、室外機10が冷房運転を行っている場合
上記(I)〜(V)をまとめると、ファンモータ51が低回転数で回転する必要のある場合に、本実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御が行われると言うことができる。このように、上記(I)〜(V)の場合、本実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御を行うことによって、ヒートポンプ装置は、低出力の冷媒制御が可能となり、該装置の発停動作を回避することが可能となる。
Next, the case where the setting control of the d-axis current command value Vd according to the present embodiment is performed will be described. Examples of the case where the setting control of the d-axis current command value Vd according to the present embodiment is performed include the following (I) to (V).
(I) When the
なお、電流検出を正確に行なうことだけを考えた場合には、d軸電流指令設定部28fは、電流検出を正確に行なえるだけのd軸電流値(絶対値)を流すように、d軸電流指令値Vdを設定すれば良い。しかしながら、特に上記(I)の場合においては(即ち、ファンモータ51の起動中)、強制駆動方式を行なう際に、結果としてd軸電流Idの成分が存在することになる。そのため、d軸電流指令設定部28fは、強制駆動を行う時のd軸電流Idの成分の符号(向き)と同じになるようにd軸電流指令値Vdを設定することで、より滑らかにロータ位置センサレス方式による運転に移行することができる。
If only the current detection is considered accurately, the d-axis current command setting unit 28f allows the d-axis current value (absolute value) to be accurately detected to flow the d-axis current value. The current command value Vd may be set. However, particularly in the case of the above (I) (that is, when the
(2−6−7)電流制御部
電流制御部28gには、q軸電流指令設定部28eによる制御結果であるq軸電流指令値Vqと、d軸電流指令設定部28fにより設定されたd軸電流指令値Vdと、電圧検出部23により検出された平滑後電圧Vflとが入力される。電流制御部28gは、入力されたこれらの各電流指令値Vq,Vd及び平滑後電圧Vflに基づいて電流制御を行い、モータ電流Imが各電流指令値Vq,Vdに応じた電流値となるような電圧指令値Vpwmを設定する。
(2-6-7) Current Control Unit The
例えば、ファンモータ51の回転数が所定回転数よりも低い場合には、電流制御部28gは、q軸電流指令値Vqと、“0”ではないd軸電流指令値Vdとに応じて、モータ電流Imに対して電流制御を行う。ファンモータ51の回転数が所定回転数以上の場合には、電流制御部28gは、“0”ではないq軸電流指令値Vqと、“0”であるd軸電流指令値Vdとに応じて、モータ電流Imに対して電流制御を行う。
For example, when the rotational speed of the
このような電流制御部28gによる制御結果である、駆動電圧SU,SV,SWそれぞれのデューティを含む電圧指令値Vpwmは、ゲート駆動回路27に入力される。また、電圧指令値Vpwmは、モータモデル演算部28aにも入力され、推定されたロータ53の位置及び推定された回転数と同様、モータモデル演算部28aにおいて、モータ電流Imの理想値と実際のモータ電流Imとの差分が“0”となるような補正処理、ならびにモータモデルの補正に用いられる。
A voltage command value Vpwm including the duty of each of the drive voltages SU, SV, and SW, which is a control result by the
(2−7)マイクロコンピュータ
マイクロコンピュータ29は、図1に示すように、主として、センサレス制御回路28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29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。
(2-7) Microcomputer The
例えば、マイクロコンピュータ29は、ファンモータ51の回転数を示す回転数信号FGの監視を行ったり、回転数指令Vfgを含む運転指令をセンサレス制御回路28に出力したりする。
For example, the
(3)動作
次に、本実施形態のモータ制御装置20の動作について、図7を用いて説明する。図7は、モータ制御装置20が行う動作を示すフロー図であって、一例として、ファンモータ51の起動時に本実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御が行われる場合を表している。
(3) Operation Next, the operation of the
ステップS1〜S2:マイクロコンピュータ29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(S1のYes)、モータ制御装置20は、ファンモータ51を起動させ(S2)、ファンモータ51をベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)すると共に、ファンモータ51に対してロータ位置センサレス方式に基づく制御を行う。
Steps S1 to S2: When the
ステップS3〜S4:ファンモータ51の回転数が所定回転数よりも小さい場合(S3のYes)、d軸電流指令設定部28fは、図6に示すように、ファンモータ51の回転数が低い程d軸電流指令値Vdを大きい値に設定する。q軸電流指令設定部28eは、図5に示すように、ファンモータ51の回転数に応じたq軸電流指令値Vqを設定する(S4)。これにより、インバータ26からファンモータ51へは、モータ電流Imが各電流指令値Vq,Vdに応じた電流値となるようなデューティを有する駆動電圧SU,SV,SWが出力される。従って、q軸電流Iqのみならずd軸電流Idも、それぞれファンモータ51の回転数に応じた値となる。特に、モータ電流Imは、q軸電流Iqのみならずd軸電流Idにも起因した値となり、従来のようにd軸電流Idを流さない場合に比してd軸電流Idの分増加する。
Steps S3 to S4: When the rotational speed of the
ステップS5:しかし、ステップS3において、ファンモータ51の回転数が所定回転数以上となった場合(S3のNo)、d軸電流指令設定部28fは、図6に示すように、ファンモータ51の回転数に関わらずd軸電流指令値Vdを“0”に設定する。q軸電流指令設定部28eは、図5に示すように、ファンモータ51の回転数に応じたq軸電流指令値Vqを設定する(S5)。これにより、インバータ26からファンモータ51へは、モータ電流Imが各電流指令値Vq,Vdに応じた電流値となるようなデューティを有する駆動電圧SU,SV,SWが出力される。q軸電流Iqは、ファンモータ51の回転数に応じた値となるが、d軸電流Idは、流れなくなる。従って、モータ電流Imは、q軸電流Iqのみに起因した値となる。
Step S5: However, in step S3, when the rotation speed of the
ステップS6〜S7:やがて、ファンモータ51の回転数が、運転指令に含まれる回転数指令Vfgに達した場合(S6のYes)、モータ制御装置20は、ファンモータ51が通常回転状態に至ったと判断する(S7)。なお、ファンモータ51の回転数が、未だ回転数指令Vfgに達していない場合には(S6のNo)、モータ制御装置20は、ステップS3以降の動作を行う。
Steps S6 to S7: When the rotational speed of the
ステップS8〜S9:マイクロコンピュータ29が室外ファン15の駆動停止指示を取得するまでは(S8のNo)、モータ制御装置20は、ファンモータ51に対してベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)及びロータ位置センサレス方式による制御を継続して行う。マイクロコンピュータ29が室外ファン15の駆動停止指示を取得した場合(S8のYes)、インバータ26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(S9)。
Steps S8 to S9: Until the
(4)特徴
(4−1)
本実施形態に係るモータ制御装置20は、トルクに寄与するq軸電流指令値Vq及びトルクに寄与しないd軸電流指令値Vdに基づく駆動電圧SU,SV,SWによって、ファンモータ51を駆動させる。特に、モータ制御装置20は、d軸電流指令値Vdの設定にあたり、ファンモータ51の回転数が低い程d軸電流指令値Vdを大きい値に設定する。
(4) Features (4-1)
The
これにより、ファンモータ51の回転数が低い程、d軸電流Idが比較的多めに流されることとなり、その結果モータ電流Imの値が増加する。そのため、モータ電流Imの値の把握がし易くなり、駆動電圧SU,SV,SWの変調率が増加する。従って、ファンモータ51の制御は安定して行われるようになる。
As a result, the lower the rotational speed of the
また、ファンモータ51の回転数に応じてd軸電流指令値Vdが設定されるため、ファンモータ51に必要以上のモータ電流Imが流れるといったファンモータ51の制御が行われることもなく、ファンモータ51には、適切なモータ電流Imが流れる。
Further, since the d-axis current command value Vd is set in accordance with the rotation speed of the
(4−2)
特に、本実施形態に係るモータ制御装置20は、モータ電流Imが、q軸電流指令値Vq及びd軸電流指令値Vdに応じた電流値となるような、電圧指令値Vpwmを設定する。その際、ファンモータ51の回転数が低い程、d軸電流指令値Vdは大きい値に設定されるため、d軸電流Idが比較的多めに流されることとなり、その結果、モータ電流Imの値が増加し、電流検出部24の検出する電流のパルス幅も増加する。従って、電流検出部24によるモータ電流Imの値の検出がし易くなり、電圧指令値Vpwmに応じて生成された駆動電圧SU,SV,SWの変調率の増加及びファンモータ51への適切なモータ電流Imの通電がなされるようになる。
(4-2)
In particular, the
(4−3)
また、本実施形態に係るモータ制御装置20は、低負荷の状態の場合にのみ、d軸電流指令値Vdを設定する。つまり、モータ制御装置20は、モータ電流Imの値の検出が正確に行われない傾向にある低負荷の状態の場合に、ファンモータ51の回転数が低い程d軸電流指令値Vdを大きい値に設定する制御を行う。
(4-3)
In addition, the
これにより、低負荷の状態の場合にのみ、d軸電流Idを増加させることでモータ電流Imを増加させ、モータ電流Imの値を把握し易くすることができる。従って、低負荷の状態以外では、d軸電流Idを従来のように制御することで効率の良い制御を保ちつつ、且つ低負荷の状態の場合にも、ファンモータ51の制御を安定して行うことができる。
Thus, only in the case of a low load state, the motor current Im can be increased by increasing the d-axis current Id, and the value of the motor current Im can be easily grasped. Therefore, in a state other than the low load state, the d-axis current Id is controlled as in the conventional case, and efficient control is maintained, and the
(4−4)
本実施形態に係るモータ制御装置20の制御対象は、ヒートポンプ装置の室外機10に含まれている室外ファン15を駆動するファンモータ51である。ファンモータ51は、負荷トルクがファンモータ51の回転数の二乗に比例する、所謂二乗低減トルク特性を有している。そのため、ファンモータ51の負荷トルクは、回転数によってほぼ一意に決定してしまう。
(4-4)
The object to be controlled by the
しかし、本実施形態に係るモータ制御装置20は、二乗低減トルク特性を有するファンモータ51に対して、ファンモータ51の回転数が低い程d軸電流指令値Vdを大きい値に設定する制御を行っている。これにより、ファンモータ51の負荷トルクには影響を与えずに、モータ電流Imの値を制御することが可能となる。
However, the
(5)変形例
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。
(5) Modifications The embodiments of the present invention and the modifications thereof have been described with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments and the modifications, and the gist of the invention is described. Changes can be made without departing from the scope.
(5−1)変形例A
上記実施形態では、モータ制御装置20が、ロータ位置センサレス方式にてファンモータ51の駆動を制御する場合について説明した。
(5-1) Modification A
In the above embodiment, the case where the
しかし、本発明に係るモータ制御装置は、ロータ位置センサレス方式での制御を行うのではなく、ロータ53の位置を検出する位置検出センサ(例えば、ホール素子)が搭載されているファンモータに対し、該センサの検出結果に基づく制御を行っても良い。 However, the motor control device according to the present invention does not perform control in a rotor position sensorless system, but for a fan motor in which a position detection sensor (for example, a hall element) that detects the position of the rotor 53 is mounted. Control based on the detection result of the sensor may be performed.
この場合のモータ制御システム200は、図8に示すように、ブラシレスDCモータ151と、モータ制御装置120と備える。
The
ブラシレスDCモータ151は、上記実施形態に係るブラシレスDCモータ51と同様、室外ファン15の駆動源として用いられる3相交流用のファンモータであるが、ステータ152及びロータ153に加え、更に3つのホール素子154u,154v,154wを有する。ホール素子154u,154v,154wは、ステータ152を構成するU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwそれぞれに対応するようにして設けられている。ホール素子154u,154v,154wは、ステータ152に対するロータ153の位置を、対応する各駆動コイルLu,Lv,Lwに発生した誘起電圧に基づいて検出する。
The
モータ制御装置120は、上記実施形態と同様、ファンモータ151に流れるモータ電流Imに基づいて該モータ51をベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)する装置であるが、上記実施形態にて説明したロータ位置センサレス制御を行わない点で、上記実施形態に係るモータ制御装置20とは異なっている。
The
具体的に、モータ制御装置120は、整流部121と、平滑コンデンサ122と、電圧検出部123と、電流検出部124と、インバータ126及びゲート駆動回路127を有する出力部125と、回転数検出部128(回転数導出部に相当)と、PWM制御回路129と、マイクロコンピュータ130とを備える。整流部121、平滑コンデンサ122、電圧検出部123、電流検出部124、出力部125及びマイクロコンピュータ130は、上記実施形態に係る整流部21、平滑コンデンサ22、電圧検出部23、電流検出部24、出力部25及びマイクロコンピュータ29と同様である。
Specifically, the
回転数検出部128には、ホール素子154u,154v,154wにより検出されたロータ153の位置を示す位置検出信号Hu,Hv,Hwが入力される。回転数検出部128は、位置検出信号Hu,Hv,Hwを用いて、ロータ153の回転数を検出する。
Position detection signals Hu, Hv, Hw indicating the position of the rotor 153 detected by the
PWM制御回路129には、位置検出信号Hu,Hv,Hw、電圧検出部123により検出された平滑後電圧Vfl、電流検出部124により検出されたモータ電流Im、回転数検出部128により検出されたファンモータ151の回転数を示す回転数信号FG、及びマイクロコンピュータ130からの回転数指令Vfgが入力される。PWM制御回路129は、入力された各種信号に基づいて駆動電圧SU,SV,SWの変調率を決定し、この変調率に相当する電圧指令値Vpwm(信号指令値に相当)を、ゲート駆動回路127に出力する。即ち、PWM制御回路129は、ロータ位置センサレス制御を行わないため、ロータ位置の推定制御及びファンモータ51の回転数推定を行わないが、その他の制御である回転数制御、電流制御及び各種電流指令設定制御を行う。
In the
図9は、PWM制御回路129の構成の一例を簡単に示した図である。PWM制御回路129は、例えば図9に示すように、主として、q軸電流指令設定部129aと、d軸電流指令設定部129bと、電流制御部129c(信号指令設定部に相当)とを有する。
FIG. 9 is a diagram simply showing an example of the configuration of the
q軸電流指令設定部129aは、回転数指令Vfgと回転数信号FGとの間で減算処理された後の結果を用いて、ファンモータ51の回転数が回転数指令Vfgに追従するように制御することで、上記実施形態に係る図4(a)及び図5と同様に、q軸電流指令値Vqを設定する。d軸電流指令設定部129bは、回転数信号FGに応じてd軸電流指令値Vdを設定する。特に、d軸電流指令設定部129bは、上記実施形態に係るd軸電流指令設定部28fと同様、図4(b)及び図6に示すように、ファンモータ151の回転数が所定回転数以下の場合のみ、該回転数が低い程、大きいd軸電流指令値Vdを設定する。電流制御部129cは、各電流指令値Vq,Vd、位置検出信号Hu,Hv,Hw及び平滑後電圧Vflに基づいて電流制御を行い、モータ電流Imが各電流指令値Vq,Vdに応じた電流値となるような電圧指令値Vpwmを設定する。
The q-axis current
このように、ロータ位置センサレス制御を行わない場合であっても、モータ制御装置2120は、上記実施形態に係る図4〜6と同様に、トルクに寄与するq軸電流指令値Vq及びトルクに寄与しないd軸電流指令値Vdを設定することで電流検出を正確に行なうことができ、ファンモータ151の制御を安定して行うことができる。
Thus, even when the rotor position sensorless control is not performed, the motor control device 2120 contributes to the q-axis current command value Vq that contributes to the torque and the torque, as in FIGS. 4 to 6 according to the above embodiment. By setting the d-axis current command value Vd not to be performed, current detection can be performed accurately, and the
また、上記では、ホール素子154u,154v,154wの数が3つである場合を例に採り説明した。しかし、ホール素子の数は、3つに限定されず、2つや1つであってもよい。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the case where the number of
(5−2)変形例B
上記実施形態のように、ロータ位置センサレス方式が採用される場合、ファンモータ51の起動開始直後は、回転数推定部28cはファンモータ51の回転数を正確に推定することが困難である。
(5-2) Modification B
When the rotor position sensorless method is employed as in the above embodiment, it is difficult for the rotation
そこで、ファンモータ51の起動開始直後のファンモータ51の回転数を導出するための回転数検出部が、センサレス制御回路28とは別途設けられていても良い。このような回転数検出部としては、例えばファンモータ51の回転に伴いファンモータ51の駆動コイルLu,Lv,Lwに発生する誘起電圧を用いて回転数を導出する方法等が挙げられる。
Therefore, a rotation speed detection unit for deriving the rotation speed of the
(5−3)変形例C
上記実施形態では、本発明に係るモータ制御装置20が、ヒートポンプ装置の室外ファン15の駆動源であるファンモータ51を制御するための装置として用いられる場合について説明した。
(5-3) Modification C
In the above embodiment, the case where the
しかし、本発明に係るモータ制御装置の用途は、室外ファン15の駆動源の制御に限定されない。モータ制御装置のその他の用途としては、ヒートポンプ装置に含まれる圧縮機11またはポンプの駆動源の他、空気調和装置に含まれる圧縮機または室外ファン、室内ファンの駆動源の制御等が挙げられる。特に、モータ制御装置が室内ファンの駆動源として用いられる場合には、モータ制御装置は、外力により室内ファンの負荷が増加することを殆ど考えなくて良いため、本発明に係る制御がより効果的に適用される。
However, the use of the motor control device according to the present invention is not limited to the control of the drive source of the
空気調和装置に含まれる圧縮機または室外ファンの駆動源であるモータに対し、上記実施形態に係るd軸電流指令値Vdの設定制御が行われる具体的な場合としては、上記実施形態で既に述べた上記(I)〜(V)の場合が挙げられる。このような場合にd軸電流指令値Vdの設定制御が行われることによって、空気調和装置は、低出力の冷媒制御が可能となり、また空気調和装置の発停動作を回避することも可能となるため、快適性が向上する。 As a specific case where the setting control of the d-axis current command value Vd according to the above-described embodiment is performed on the motor that is the drive source of the compressor or the outdoor fan included in the air conditioner, it has already been described in the above-described embodiment. Examples of the above (I) to (V) are also included. In such a case, setting control of the d-axis current command value Vd is performed, whereby the air conditioner can perform low-output refrigerant control and can also avoid the start / stop operation of the air conditioner. Therefore, comfort is improved.
(5−4)変形例D
上記実施形態では、電圧指令値Vpwmが、駆動電圧SU,SV,SWのデューティを定めるための指令値である場合、つまりはファンモータ51がPWM制御される場合について説明した。しかし、ファンモータ51がPWM制御される場合に限定されず、電圧指令値Vpwmは、駆動電圧SU,SV,SWの周波数及び/または電圧値を定めるための指令値であってもよい。
(5-4) Modification D
In the above embodiment, the case where the voltage command value Vpwm is a command value for determining the duty of the drive voltages SU, SV, SW, that is, the case where the
(5−5)変形例E
上記実施形態では、電圧設定値Vpwmを設定することで直接制御対象が電圧である、所謂電圧形インバータを例にとって説明した。しかし、本発明に係るモータ制御装置は、モータ電流Imを直接制御する、所謂電流形インバータに適用しても、同様の効果を得ることができる。電流形インバータの場合、モータ制御装置は、モータ電流Imの制御を行うことで、q軸電流指令値Vq及びd軸電流指令値Vdに応じた駆動電流を、ファンモータ51に出力する。つまり、モータ制御装置は、モータ電流Imがq軸電流指令値Vq及びd軸電流指令値Vdに応じた電流値となるような電流指令値を設定すると共に、該指令値に応じて駆動電流を生成する。
(5-5) Modification E
In the above-described embodiment, a so-called voltage source inverter in which a voltage is directly controlled by setting the voltage set value Vpwm has been described as an example. However, even if the motor control device according to the present invention is applied to a so-called current source inverter that directly controls the motor current Im, the same effect can be obtained. In the case of the current source inverter, the motor control device controls the motor current Im to output a drive current corresponding to the q-axis current command value Vq and the d-axis current command value Vd to the
なお、この場合の駆動電流は、本発明に係る「駆動信号」に相当し、電流指令値は、本発明に係る「信号指令値」に相当する。 The drive current in this case corresponds to the “drive signal” according to the present invention, and the current command value corresponds to the “signal command value” according to the present invention.
(5−6)変形例F
上記実施形態では、ブラシレスDCモータ51がSPMモータである場合について説明した。しかし、本発明に係るブラシレスDCモータ51の種類は、SPMモータに限定されない。ブラシレスDCモータ51がIPMモータの場合には、最大トルクを出力できる電流位相とするために所定のd軸電流Idを流すような制御が行なわれる場合があるが、その場合も、通常は所定の電流位相とするためにq軸電流Iqに応じたd軸電流Idを流すことになり、d軸電流Idの値はブラシレスDCモータ51の回転数が高いほど大きな値となる。そのため、低負荷時に電流を正確に検出しづらいという課題は本発明に係る課題と同様であり、本発明と同様の効果を得ることができる。
(5-6) Modification F
In the above embodiment, the case where the
また、電圧出力範囲拡大のために、特に高負荷領域でd軸電流Idを流す、いわゆる弱め磁束制御が行われる場合もあるが、その場合も通常は、d軸電流値Idはモータの回転数が高いほど大きな値とするため、本発明と同様の効果が期待できる。 In order to expand the voltage output range, so-called flux-weakening control, in which the d-axis current Id is allowed to flow, particularly in a high load region, may be performed. In this case as well, the d-axis current value Id is usually the number of rotations of the motor. Since the higher the value, the larger the value, the same effect as the present invention can be expected.
以上のように、本発明によれば、モータの制御を安定して行うことができる。本発明に係るモータ制御装置は、ベクトル制御(即ち、交流モータの磁界方向制御:Field Oriented Control)にて駆動されるモータであって、更に二乗低減トルク特性を有するモータの制御用の装置として、適用することができる。 As described above, according to the present invention, the motor can be stably controlled. The motor control device according to the present invention is a motor driven by vector control (that is, field-oriented control of an AC motor), and further, as a device for controlling a motor having a square reduction torque characteristic, Can be applied.
10 室外機
15 室外ファン
20,120 モータ制御装置
21,121 整流部
22,122 平滑コンデンサ
23,123 電圧検出部
24,124 電流検出部
25,125 出力部
26,126 インバータ
27,127 ゲート駆動回路
28 センサレス制御回路
28a モータモデル電算部
28b ロータ位置推定部
28c 回転数推定部
28d LPF
28e,129a q軸電流指令設定部
28f,129b d軸電流指令設定部
28g,129c 電流制御部(信号指令設定部)
28h 波形成形部
29,130 マイクロコンピュータ
51,151 ファンモータ
128 回転数検出部
129 PWM制御回路
100,200 モータ駆動制御システム
Vfg 回転数指令
Vpwm 電圧指令値(信号指令値)
FG 回転数信号
Im モータ電流
Vfl 平滑後電圧
Iq q軸電流
Vq q軸電流指令値
Id d軸電流
Vd d軸電流指令値
Hu,Hv,Hw 位置検出信号
SU,SV,SW 駆動電圧(駆動信号)
DESCRIPTION OF
28e, 129a q-axis current
28h
FG Rotational speed signal Im Motor current Vfl Smoothed voltage Iq q-axis current Vq q-axis current command value Id d-axis current Vd d-axis current command value Hu, Hv, Hw Position detection signals SU, SV, SW Drive voltage (drive signal)
Claims (4)
前記モータの回転数を導出する回転数導出部(28c,128)と、
前記モータの回転数が回転数指令に追従するように制御して、前記モータのトルクに寄与するトルク電流(Iq)のトルク電流指令値(Vq)を設定するトルク電流指令設定部(28e,129a)と、
前記モータの回転数に応じて、前記モータのトルクに寄与しない非トルク電流(Id)の非トルク電流指令値(Vd)を設定する非トルク電流指令設定部(28f,129b)と、
を備え、
前記出力部は、前記トルク電流指令値及び前記非トルク電流指令値に基づく前記駆動信号(SU,SV,SW)を前記モータに出力し、
前記非トルク電流指令設定部(28f,129b)は、前記モータの回転数が低い程前記非トルク電流指令値が大きくなるように、前記非トルク電流指令値を設定する、
モータ制御装置(20,120)。 An output unit (25, 125) for generating a drive signal (SU, SV, SW) for driving the motor (51, 151) and outputting it to the motor;
A rotational speed deriving section (28c, 128) for deriving the rotational speed of the motor;
Torque current command setting units (28e, 129a) that set the torque current command value (Vq) of the torque current (Iq) that contributes to the torque of the motor by controlling the rotational speed of the motor to follow the rotational speed command. )When,
A non-torque current command setting unit (28f, 129b) that sets a non-torque current command value (Vd) of a non-torque current (Id) that does not contribute to the torque of the motor according to the rotational speed of the motor;
With
The output unit outputs the drive signal (SU, SV, SW) based on the torque current command value and the non-torque current command value to the motor,
The non-torque current command setting unit (28f, 129b) sets the non-torque current command value such that the non-torque current command value increases as the rotational speed of the motor decreases.
Motor control device (20, 120).
前記モータ電流が前記トルク電流指令値及び前記非トルク電流指令値に応じた電流値となるような信号指令値を設定する信号指令設定部(28g,129c)と、
を更に備え、
前記出力部(25,125)は、前記信号指令値に応じて前記駆動信号を生成する、
請求項1に記載のモータ制御装置(20、120)。 A current detector (24, 124) for detecting a motor current (Im) flowing through the motor;
A signal command setting unit (28g, 129c) for setting a signal command value such that the motor current becomes a current value corresponding to the torque current command value and the non-torque current command value;
Further comprising
The output unit (25, 125) generates the drive signal according to the signal command value.
The motor control device (20, 120) according to claim 1.
請求項1または2に記載のモータ制御装置(20,120)。 The non-torque current command setting unit (28h, 129b) sets the non-torque current command value only when the rotational speed of the motor is lower than a predetermined rotational speed.
The motor control device (20, 120) according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置(20,120)。 The motors (51, 151) are at least one drive source of a fan and a compressor included in an air conditioner and a fan and a pump included in a heat pump device.
The motor control device (20, 120) according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012143846A JP2014007916A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Motor control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012143846A JP2014007916A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Motor control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014007916A true JP2014007916A (en) | 2014-01-16 |
Family
ID=50105195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012143846A Pending JP2014007916A (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Motor control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014007916A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016059779A1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Motor control device |
JP2017046391A (en) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 富士電機株式会社 | Power conversion device |
JP2017118667A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Control device, inductance estimation device, air conditioner and control method |
EP3787184A4 (en) * | 2018-04-24 | 2022-01-19 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd | Autonomous apparatus |
-
2012
- 2012-06-27 JP JP2012143846A patent/JP2014007916A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016059779A1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | Motor control device |
JP2016082756A (en) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 株式会社デンソー | Motor controller |
US9929687B2 (en) | 2014-10-17 | 2018-03-27 | Denso Corporation | Motor control device |
JP2017046391A (en) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 富士電機株式会社 | Power conversion device |
JP2017118667A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Control device, inductance estimation device, air conditioner and control method |
EP3787184A4 (en) * | 2018-04-24 | 2022-01-19 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd | Autonomous apparatus |
US11695359B2 (en) | 2018-04-24 | 2023-07-04 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd | Autonomous apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101678323B1 (en) | Motor drive control device | |
JP5222640B2 (en) | Refrigeration equipment | |
KR20120041794A (en) | Controller and method for estimating, managing, and diagnosing motor parameters | |
JP5539928B2 (en) | Motor drive device, fan control device and heat pump device using the same | |
JP2015128355A (en) | Motor controller | |
JP5858058B2 (en) | Motor control device | |
WO2016167041A1 (en) | Motor driving device | |
JP2006129632A (en) | Motor drive unit | |
JP2014007916A (en) | Motor control device | |
JP2009236445A (en) | Refrigeration apparatus | |
JP5866763B2 (en) | Motor drive control device | |
JPWO2015133520A1 (en) | Motor equipment | |
JP6463966B2 (en) | Motor driving device, motor driving module and refrigeration equipment | |
JP6345135B2 (en) | Motor drive device | |
JP2012161214A5 (en) | ||
JP4791319B2 (en) | Inverter device, compressor drive device and refrigeration / air-conditioning device | |
JP2010226842A (en) | Control method and control apparatus for brushless dc motor | |
WO2021200389A1 (en) | Motor control device, motor system, and motor control method | |
JP2014187802A (en) | Motor drive device | |
JP6301270B2 (en) | Motor drive device | |
JP2018129997A (en) | Motor control circuit, motor control method, and program | |
JP6051728B2 (en) | Motor control device | |
JP2018130030A (en) | Motor drive device unit | |
JP2019146360A (en) | Inverter controller | |
JP2009247134A (en) | Device and method for detecting rotor position, and device and method for controlling motor |