JP2014128146A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータを制御するモータ制御装置、特に、モータを駆動するインバータ回路のスイッチング動作を制御することによってモータを制御するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls a motor, and more particularly to a motor control device that controls a motor by controlling a switching operation of an inverter circuit that drives the motor.
近年、空気調和装置や給湯器に適用されるヒートポンプ装置においては、高効率化の要求に対応するためにブラシレスDCモータの使用が多くなってきている。また、ヒートポンプ装置の低コスト化のために、このようなブラシレスDCモータなどにおいて、ロータ位置を検出するためのセンサ数を減らすことが求められている。 In recent years, in heat pump devices applied to air conditioners and water heaters, brushless DC motors are increasingly used to meet the demand for higher efficiency. Further, in order to reduce the cost of the heat pump apparatus, it is required to reduce the number of sensors for detecting the rotor position in such a brushless DC motor or the like.
その一方で、ブラシレスDCモータなどを適切に駆動するために、モータを駆動するインバータ回路の故障やモータの故障を検出することも求められている。例えば、特許文献1(特開2002−136147号公報)に記載されている検出方法では、異なる複数のスイッチング態様のときにインバータ回路に流れる電流などを測定することで欠相故障(オープン故障)や短絡故障が検出されている。 On the other hand, in order to appropriately drive a brushless DC motor or the like, it is also required to detect a failure of an inverter circuit that drives the motor or a failure of the motor. For example, in the detection method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-136147), an open-phase fault (open fault) is detected by measuring currents flowing through the inverter circuit in different switching modes. A short circuit fault has been detected.
ところで、特許文献1に記載されているブラシレスDCモータなどの多相モータにおいて、欠相故障や短絡故障を検出する場合には、異常個所の特定のためのスイッチング態様が多くなる。例えば特許文献1の故障検出方法では、6つの通電パターンによって故障が検出され、故障の検出に時間がかかっている。
By the way, in the multiphase motor such as the brushless DC motor described in
モータをセンサレス制御する場合や少ないセンサ数で駆動する場合には、始動前のロータ位置推定又は始動前の直流通電等によるロータ位置固定が行なわれ、次に周波数や電圧を調整して強制駆動が行なわれ、そしてロータ位置推定による定常運転が行なわれる。そのため、ロータ位置を検出するためのセンサが無い場合や少ない場合には、モータを駆動する度に起動前に上述のような故障検出を行なうと、起動時間がさらに長くなってしまう。 When the motor is sensorlessly controlled or driven with a small number of sensors, the rotor position is fixed by estimating the rotor position before starting or DC energization before starting, and then forcibly driven by adjusting the frequency and voltage. The steady operation is performed by estimating the rotor position. Therefore, when there is no sensor for detecting the rotor position or when there are few sensors, if the failure detection as described above is performed before starting each time the motor is driven, the starting time becomes longer.
本発明の課題は、モータの定常運転までに要する時間が欠相故障や短絡故障の検出によって長くなるのを抑制することである。 An object of the present invention is to prevent the time required for steady operation of a motor from becoming long due to detection of a phase failure or a short-circuit failure.
本発明の第1観点に係るモータ制御装置は、モータを駆動するインバータ回路のスイッチング動作を制御することによってモータを制御するモータ制御装置であって、モータの起動直後の位置決め動作のときにインバータ回路を第1スイッチング態様に設定して直流通電した後、位置決め動作中にさらに第1スイッチング態様とは異なる第2スイッチング態様にインバータ回路を設定して直流通電するように構成されているインバータ制御部と、第1スイッチング態様のインバータ回路に流れる第1電流と、第2スイッチング態様のインバータ回路に流れる第2電流とを検出するように構成されている電流検出部と、少なくとも電流検出部で検出される第1電流と第2電流とを用いてモータ及びインバータ回路に係る欠相故障及び短絡故障のうちの少なくとも一方を含む故障検出を行うように構成されている故障検出部と、を備える、ものである。 A motor control device according to a first aspect of the present invention is a motor control device that controls a motor by controlling a switching operation of an inverter circuit that drives the motor, and is an inverter circuit during a positioning operation immediately after the start of the motor. An inverter control unit configured to set the inverter circuit in a second switching mode different from the first switching mode during the positioning operation and set the inverter circuit in the first switching mode. A current detection unit configured to detect a first current flowing in the inverter circuit of the first switching mode and a second current flowing in the inverter circuit of the second switching mode, and detected by at least the current detection unit Using the first current and the second current, the failure of the phase failure and the short circuit failure related to the motor and the inverter circuit Chino and a failure detecting section configured to detect failure including at least one, but.
第1観点のモータ制御装置においては、モータの起動直後の位置決め動作のときにインバータ回路を第1スイッチング態様のインバータ回路に流れる第1電流と第2スイッチング態様のインバータ回路に流れる第2電流とを用いるので、故障検出を位置決め時に行え、モータの起動時間が短縮される。 In the motor control device according to the first aspect, the first current flowing through the inverter circuit in the first switching mode and the second current flowing through the inverter circuit in the second switching mode during the positioning operation immediately after the start of the motor Therefore, failure detection can be performed at the time of positioning, and the motor startup time is shortened.
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、インバータ制御部は、起動直後の位置決め動作時に、インバータ回路の全てのスイッチング素子に対して少なくとも1度はオン状態として直流通電する、第1スイッチング態様と第2スイッチング態様とを含むスイッチング態様の切り換えを行うように構成され、電流検出部は、インバータ制御部が位置決め動作時に切り換えるスイッチング態様においてインバータ回路に直流通電された時に流れる、第1電流と第2電流とを含む電流を検出するように構成され、故障検出部は、インバータ制御部が位置決め動作時に切り換えるスイッチング態様について電流検出部が検出する電流を用いて故障検出を行うように構成されている、ものである。 A motor control device according to a second aspect of the present invention is the motor control device according to the first aspect, wherein the inverter control unit is turned on at least once for all the switching elements of the inverter circuit during the positioning operation immediately after startup. DC switching as a state is configured to switch between switching modes including the first switching mode and the second switching mode, and the current detection unit is configured to perform DC switching on the inverter circuit in the switching mode that the inverter control unit switches during the positioning operation. The failure detection unit is configured to detect a current including the first current and the second current that flows when the inverter control unit switches during the positioning operation. It is configured to perform fault detection.
第2観点のモータ制御装置においては、インバータ回路の全てのスイッチング素子に対して少なくとも1度はオン状態のときに直流通電されるので、少なくとも一つのスイッチング素子に欠相故障が生じていれば、その欠相故障によっていずれかの電流に変化が生じる。従って、インバータ回路の全てのスイッチング素子のいずれかに係る欠相故障が生じているか否かを検出することが可能になる。 In the motor control device according to the second aspect, since direct current is energized at least once for all the switching elements of the inverter circuit, if a phase failure occurs in at least one switching element, A change occurs in one of the currents due to the phase failure. Therefore, it is possible to detect whether or not an open-phase failure has occurred in any of the switching elements of the inverter circuit.
本発明の第3観点に係るモータ制御装置は、第2観点に係るモータ制御装置において、インバータ回路が上アームに第1スイッチング素子、第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子を含むとともに下アームに第4スイッチング素子、第5スイッチング素子及び第6スイッチング素子を含み、インバータ制御部は、第1スイッチング態様又は第2スイッチング態様で第1スイッチング素子、第4スイッチング素子及び第5スイッチング素子をオン状態にし、第2スイッチング態様又は第1スイッチング態様で第2スイッチング素子、第3スイッチング素子及び第6スイッチング素子をオン状態にするように構成され、故障検出部は、第4スイッチング素子及び第5スイッチング素子のうちの一方に欠相故障が生じていて第1スイッチング素子に欠相故障が生じていないときの第1電流又は第2電流と、第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子のうちの一方に欠相故障が生じていて第6スイッチング素子に欠相故障が生じていないときの第2電流又は第1電流とのうちの大きい方の値から、インバータ回路に欠相故障が生じていないときの第1電流及び第2電流のうちの小さい方の値までの間に欠相故障を検出するための閾値が設定されている、ものである。 A motor control device according to a third aspect of the present invention is the motor control device according to the second aspect, wherein the inverter circuit includes the first switching element, the second switching element, and the third switching element in the upper arm and the second arm in the lower arm. Including four switching elements, a fifth switching element, and a sixth switching element, and the inverter control unit turns on the first switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element in the first switching mode or the second switching mode, The second switching element, the third switching element, and the sixth switching element are configured to be turned on in the second switching mode or the first switching mode, and the failure detection unit includes the fourth switching element and the fifth switching element. A phase failure has occurred in one of the When the element has no phase failure, the first current or the second current and one of the second switching element and the third switching element has a phase failure, and the sixth switching element has a phase failure. From the larger value of the second current or the first current when it does not occur to the smaller value of the first current and the second current when no phase failure has occurred in the inverter circuit In the meantime, a threshold value for detecting a phase failure is set.
第3観点のモータ制御装置においては、第1スイッチング態様と第2スイッチング態様の2つの通電パターンでインバータ回路の全スイッチング素子に係る欠相故障を確認できる。 In the motor control device according to the third aspect, it is possible to confirm an open phase failure related to all the switching elements of the inverter circuit with the two energization patterns of the first switching mode and the second switching mode.
本発明の第4観点に係るモータ制御装置は、第2観点に係るモータ制御装置において、インバータ回路が上アームに第1スイッチング素子、第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子を含むとともに下アームに第4スイッチング素子、第5スイッチング素子及び第6スイッチング素子を含み、インバータ制御部は、第1スイッチング態様で第1スイッチング素子及び第4スイッチング素子をオン状態にし、第2スイッチング態様で第2スイッチング素子及び第5スイッチング素子をオン状態にし、第3スイッチング態様で第3スイッチング素子及び第6スイッチング素子をオン状態にするように構成され、電流検出部は、第1電流及び第2電流に加えて、第3スイッチング態様のインバータ回路に流れる第3電流を検出するように構成されている、ものである。 A motor control device according to a fourth aspect of the present invention is the motor control device according to the second aspect, wherein the inverter circuit includes the first switching element, the second switching element, and the third switching element in the upper arm and the second arm in the lower arm. The inverter control unit turns on the first switching element and the fourth switching element in the first switching mode, and sets the second switching element and the second switching device in the second switching mode. The fifth switching element is turned on, and the third switching element and the sixth switching element are turned on in the third switching mode. The current detection unit includes the first current and the second current, Configured to detect a third current flowing in an inverter circuit of three switching modes It has been, is intended.
第4観点のモータ制御装置においては、欠相故障が生じているときと欠相故障が生じていないときで、第1電流乃至第3電流の値の変化を大きくすることができる。 In the motor control device according to the fourth aspect, the change in the values of the first current to the third current can be increased between when the phase failure occurs and when the phase failure does not occur.
本発明の第5観点に係るモータ制御装置は、第4観点に係るモータ制御装置において、故障検出部は、第1スイッチング素子乃至第6スイッチング素子のうちのいずれかに欠相故障が生じているとき欠相故障の経路に流れる第1電流、第2電流及び第3電流のうちのもっとも大きな値と、第1スイッチング素子乃至第6スイッチング素子のうちのいずれにも欠相故障が生じていないときの第1電流、第2電流及び第3電流のうちのもっとも小さな値までの間に欠相故障を検出するための閾値が設定されている、ものである。 The motor control device according to a fifth aspect of the present invention is the motor control device according to the fourth aspect, wherein the failure detection unit has a phase failure in any one of the first switching element to the sixth switching element. When the largest value among the first current, the second current and the third current flowing through the path of the phase failure and the phase loss failure does not occur in any of the first switching element to the sixth switching element A threshold for detecting an open-phase fault is set up to the smallest value among the first current, the second current, and the third current.
第5観点のモータ制御装置においては、欠相故障時に第1電流、第2電流及び第3電流がわずかに流れるような場合でも欠相故障の検出ができる。 In the motor control device according to the fifth aspect, even when the first current, the second current, and the third current flow slightly at the time of the phase failure, the phase failure can be detected.
本発明の第6観点に係るモータ制御装置は、第1観点から第5観点のいずれかに係るモータ制御装置において、少なくとも電流検出部で検出される第1電流と第2電流とを用いてモータの巻線抵抗値を推定する巻線抵抗推定部をさらに備える、ものである。 A motor control device according to a sixth aspect of the present invention is the motor control device according to any one of the first to fifth aspects, using at least the first current and the second current detected by the current detection unit. A winding resistance estimation unit for estimating the winding resistance value of the coil.
第6観点のモータ制御装置は、巻線抵抗推定部で推定されるモータの巻線抵抗値からモータの巻線に係わる故障や不具合などを検出することができる。 The motor control device according to the sixth aspect can detect a failure or malfunction related to the motor winding from the winding resistance value of the motor estimated by the winding resistance estimation unit.
本発明の第7観点に係るモータ制御装置は、第1観点から第6観点のいずれかに係るモータ制御装置において、モータは、センサ数が2つ以下のブラシレスDCモータである、ものである。 A motor control device according to a seventh aspect of the present invention is the motor control device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the motor is a brushless DC motor having two or less sensors.
第7観点のモータ制御装置は、ブラシレスDCモータとモータ制御装置を含むモータシステムにおけるセンサ数が少ないことからコストが抑えられる。 The motor control device according to the seventh aspect can reduce the cost because the number of sensors in the motor system including the brushless DC motor and the motor control device is small.
本発明の第1観点に係るモータ制御装置では、モータの定常運転までに要する時間が欠相故障あるいは短絡故障の検出によって長くなるのを抑制することができる。 In the motor control device according to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress the time required for the steady operation of the motor from becoming long due to detection of a phase failure or a short circuit failure.
本発明の第2観点に係るモータ制御装置では、インバータ回路の全てのスイッチング素子に係る欠相故障の検出を行なっても、モータの定常運転までに要する時間が長くなるのを抑制することができる。 In the motor control device according to the second aspect of the present invention, it is possible to suppress an increase in the time required for the steady operation of the motor even if the phase failure is detected for all the switching elements of the inverter circuit. .
本発明の第3観点に係るモータ制御装置では、起動時間を十分に短くすることのできるモータ制御装置を容易に実現することができる。 In the motor control device according to the third aspect of the present invention, it is possible to easily realize a motor control device capable of sufficiently shortening the startup time.
本発明の第4観点に係るモータ制御装置では、第1電流乃至第3電流の値の変化が大きくなるため、欠相故障の検出が容易になる。 In the motor control device according to the fourth aspect of the present invention, the change in the value of the first current to the third current becomes large, so that it is easy to detect the phase failure.
本発明の第5観点に係るモータ制御装置では、欠相故障の検出の確実性を向上させることができる。 In the motor control device according to the fifth aspect of the present invention, the certainty of detection of an open phase failure can be improved.
本発明の第6観点に係るモータ制御装置では、モータの巻線に係わる不具合も合わせて検出することができる。 In the motor control device according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to detect a defect related to the winding of the motor.
本発明の第7観点に係るモータ制御装置では、モータとモータ制御装置を含むモータシステムのコストを低く抑えることができる。 In the motor control device according to the seventh aspect of the present invention, the cost of the motor system including the motor and the motor control device can be kept low.
<第1実施形態>
(1)全体構成
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置が適用される空気調和装置の構成の概略を示す図である。図1の空気調和装置10は、室外機101と室内機102とを備えて構成される。室外機101には、圧縮機103、四路切換弁104、室外熱交換器105、電動弁106、アキュムレータ107及び室外ファン20等が設けられており、室内機102には、室内熱交換器109及び室内ファン110などが設けられている。ここでは、室外機101及び室内機102のいずれか一方が熱源ユニットに相当し、熱源ユニットは、他ユニットとの間で熱の遣り取りを行って熱の利用を行うものである。
<First Embodiment>
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of an air conditioner to which a motor control device according to a first embodiment of the present invention is applied. The
空気調和装置10において、室外機101と室内機102とが配管111で接続されることにより、冷媒の循環する冷媒回路が構成されている。冷媒回路を構成するため、室外熱交換器105は、一方の出入口が四路切換弁104に接続され、四路切換弁104と接続されていない他方の出入口が電動弁106に接続されている。電動弁106は、室外熱交換器105と接続されていない方の出入口が室内熱交換器109に接続されている。そして、圧縮機103の吐出側には四路切換弁104が設けられている。圧縮機103から吐出された冷媒は、四路切換弁104の第1ポートから入り、四路切換弁104の第3ポートからアキュムレータ107を介して圧縮機103に冷媒が戻される。
In the
四路切換弁104は、冷房時には実線で示した接続になり、暖房時には破線で示した接続になることによって、冷房時と暖房時の冷媒の流れる方向を切り換える。つまり、冷房時には、室外熱交換器105に接続されている四路切換弁104の第2ポートと第1ポートの間が開通し、室内熱交換器109に接続されている四路切換弁104の第4ポートと第3ポートとの間が開通する。一方、暖房時には、室内熱交換器109に接続されている四路切換弁104の第4ポートと第1ポートとの間が開通し、室外熱交換器105に接続されている第2ポートと第3ポートとの間が開通する。
The four-
冷媒は、圧縮機103と室外熱交換器105と電動弁106とアキュムレータ107と室内熱交換器109とからなる冷凍回路を循環する。暖房時には、室外機101の室外熱交換器105で室外の熱を取り込んだ冷媒が室内機102の室内熱交換器109に流れ、冷媒は室内機102の室内熱交換器109で室内空気に熱を放出する。そして、熱を放出して冷えた冷媒が室内熱交換器109から室外熱交換器105に戻る。冷房時には、暖房の時とは逆に、室外機101の室外熱交換器105で室外へ熱を放出して冷えた冷媒は、室内機102の室内熱交換器109に流れ、室内熱交換器109で熱を取り込むことによって室内空気から熱を奪う。室内熱交換器109で熱を奪って温度が上昇した冷媒が再び室外熱交換器105において熱を放出する。
The refrigerant circulates in a refrigeration circuit including the
冷媒との間で熱交換する室外空気や室内空気の気流は、室外熱交換器105や室内熱交換器109に設けられている室外ファン20や室内ファン110が発生させる。これら室外ファン20や室内ファン110を駆動するファンモータ22,110aの駆動装置において欠相異常が発生すると、ファンモータ22,110aの回転数が低下したり、騒音を発生したり、ファンモータ22,110aが停止したりする不具合を生じる。ファンモータ22,110aの回転数が低下したり停止したりすると、空気の流れが減少あるいは停止して冷媒と室内空気や室外空気との間での熱交換の効率が悪くなるので、空気調和装置10は、外部に対して異常を報知して空気調和装置10の運転を停止するなどの処置を採る。そのために、空気調和装置10は、全体の制御を行なう主制御装置120を備えている。主制御装置120は、圧縮機103と室外熱交換器105と電動弁106と室外ファン20と室内熱交換器109と室内ファン110とに接続されている。それは、主制御装置120がこれらの機器の内部及びその周辺の種々の検出器から制御に必要な情報を得るためであり、またこれらの機器のうちの特定の機器、例えばファンモータ22,110aの回転や圧縮機103の運転周波数を制御するためである。
The outdoor air and the indoor fan 110 provided in the
(2)室内ファンと室外ファン
第1実施形態に係るモータ制御装置は、室外ファン20及び室内ファン110のいずれのファンモータ22,110aにも適用可能であるが、ここでは、室外ファン20のファンモータ22に適用される場合を説明する。図2に示されているように、室外ファン20は、回転羽根21とファンモータ22とインバータ回路30と整流回路40とモータ制御装置50とを備えている。回転羽根21は、ファンモータ22によって駆動されて回転する。ファンモータ22は、インバータ回路30から駆動電圧SU,SV,SWを供給される。インバータ回路30には、整流回路40で整流される直流電圧が印加される。また、インバータ回路30は、モータ制御装置50によって制御されている。モータ制御装置50は、インバータ回路30を制御することによってファンモータ22の回転数などを制御している。
(2) Indoor fan and outdoor fan The motor control apparatus according to the first embodiment can be applied to any of the
(2−1)整流回路
(2−1−1)整流部
整流部41を構成する4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bは、ブリッジ状に結線されブリッジ回路を形成している。ブリッジ回路を形成するため、2つのダイオードD1a,D1bが直列に接続され、同様に2つのダイオードD2a,D2bが直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aのカソード端子は共に平滑コンデンサ42のプラス側端子に接続されており、整流部41のプラス側の出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bのアノード端子は共に平滑コンデンサ42のマイナス側端子に接続されており、整流部41のマイナス側の出力端子として機能する。ダイオードD1aのアノード端子とダイオードD1bのカソード端子の接続点及びダイオードD2aのアノード端子とダイオードD2bのカソード端子の接続点は、商用電源91の2つの出力端子にそれぞれ接続されている。このような構成を有する整流部41は、商用電源91から入力される交流電圧Vacを整流して平滑コンデンサ42に供給する。
(2-1) Rectifier circuit (2-1-1) Rectifier The four diodes D1a, D1b, D2a, and D2b constituting the
(2−1−2)平滑コンデンサ42
平滑コンデンサ42は、整流部41によって整流された電圧を平滑する。平滑コンデンサ42によって平滑化された電圧は、リップルの低い直流電圧Vdcであり、平滑コンデンサ42の後段、即ち出力側に接続されたインバータ回路30に印加される。この平滑コンデンサ42のマイナス側端子の接続されているラインの電位が基準電位(以下GNDという)となる。
(2-1-2) Smoothing
The smoothing
(2−2)インバータ回路
インバータ回路30は、平滑コンデンサ42の出力側に接続される。図2に示されているように、インバータ回路30は、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。また、インバータ回路30は、ブートストラップキャパシタC3,C4,C5並びにそれらに直列に接続されている抵抗R3,R4,R5及びダイオードD3c,D4c,D5cを含む。ブートストラップキャパシタC3,C4,C5には、トランジスタQ3a,Q4a,Q5aを駆動できるだけの直流電圧VDが抵抗R3,R4,R5及びダイオードD3c,D4c,D5cを介して接続され、トランジスタQ3b,Q4b,Q5bがオンすることで、ブートストラップキャパシタC3,C4,C5がそれぞれNU,NV,NWを基準とした電圧に充電される。また、ここでは図示しないが、ブートストラップキャパシタC3,C4,C5は、ダイオードD3c,D4c,D5c側がそれぞれトランジスタQ3a,Q4a,Q5aの駆動回路に接続されて、トランジスタQ3a,Q4a,Q5a駆動用の電源となる。ダイオードD3c,D4c,D5cは、インバータ動作によってブートストラップキャパシタC3,C4,C5の電位が変動して直流電圧VDより高い電位となった場合に、直流電圧VD側への放電が行なわれないために設けられている。
(2-2) Inverter Circuit The
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、逆並列接続されている。 Transistors Q3a and Q3b, Q4a and Q4b, Q5a and Q5b are connected to each other in series, and each of the diodes D3a to D5b has a transistor collector terminal and a diode cathode terminal, The transistors are connected in reverse parallel so that the emitter terminal of the transistor and the anode terminal of the diode are connected.
インバータ回路30は、平滑コンデンサ42から直流電圧Vdcが印加され、かつモータ制御装置50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によって、ファンモータ22を駆動する駆動電圧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22に出力される。
The
(2−3)ファンモータ22
ファンモータ22は、3相のブラシレスDCモータにて構成されており、ステータ22aとロータ22bとを有している。
(2-3)
The
ステータ22a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回路30(後述)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22bが回転することにより、その回転速度とロータ22bの位置に応じた誘起電圧を発生させる。
The
ロータ22b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22aに対し回転軸を中心として回転する。ロータ22bの回転トルクは、この回転軸と同一軸心上にある出力軸を介して回転羽根21に伝達される。
The
(2−4)モータ制御装置50
モータ制御装置50は、上述したように、インバータ回路30を制御することによってファンモータ22の制御を行なっている。ファンモータ22の制御を行なうために、ファンモータ22及びインバータ回路30に係る電流や電圧を検出しており、電圧検出部51及び電流検出部52を備えている。また、インバータ回路30に対してトランジスタQ3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5bのゲート電位を変化させるゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成するため、ゲート駆動回路53、センサレス制御回路54及びマイクロコンピュータ55を備えている。
(2-4)
As described above, the
(2−4−1)電圧検出部51
電圧検出部51は、平滑コンデンサ42の出力側に接続されており、平滑コンデンサ42の両端電圧、即ち直流電圧Vdcの大きさを検出するためのものである。電圧検出部51は、例えば、直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ42に並列接続され、直流電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧がセンサレス制御回路54に入力される。
(2-4-1)
The
(2−4−2)電流検出部52
電流検出部52は、平滑コンデンサ42及びインバータ回路30の間であって、かつ平滑コンデンサ42のマイナス側端子に接続されている。電流検出部52は、ファンモータ22の起動後、ファンモータ22に流れるモータ電流Imを検出する。電流検出部52は、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てもよい。電流検出部52において、例えば、シャント抵抗が直流電圧Vdcをインバータ回路30に供給するGND側のラインに直列に挿入され、増幅回路で増幅されることによって検出されるモータ電流Imに応じた電圧がセンサレス制御回路54に入力される。
(2-4-2)
The
(2−4−3)ゲート駆動回路53
ゲート駆動回路53は、センサレス制御回路54からの起動指令に基づき、インバータ回路30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53は、センサレス制御回路54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がインバータ回路30からファンモータ22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、トランジスタQ3a〜Q5bのそれぞれのゲート端子に印加される。
(2-4-3)
Based on the start command from the
このファンモータ22は、センサレス制御されているので、起動直後にはゲート駆動回路53のゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzにより直流励磁される。特に、このモータ制御装置50は、直流励磁のときに欠相故障及び短絡故障を行なうために直流励磁において2通りのスイッチング態様によって直流電流を流してロータ固定を行なっている。ロータ固定時のゲート駆動回路53の動作については後ほど詳細に説明する。
Since this
(2−4−4)センサレス制御回路54
センサレス制御回路54は、電圧検出部51、電流検出部52、ゲート駆動回路53、及びマイクロコンピュータ55に接続されている。センサレス制御回路54は、ファンモータ22をセンサレス方式、より具体的にはロータ位置センサレス方式にて駆動制御するための機能を有している。
(2-4-4)
The
ファンモータ22は、まずは、直流励磁方式にて起動する。直流励磁方式とは、起動直後のファンモータ22に対して所定の電圧を印加する直流通電を行うことで、ファンモータ22におけるロータ22bの位置を所定位置に一旦固定させ、ロータ22bが固定した状態からファンモータ22の回転を開始させる方式である。
The
このファンモータ22を制御するロータ位置センサレス方式においては、ロータ22bを固定した後から回転位相が検出できる回転数に達するまで、回転位相と非同期の状態で所定の交流波形を持つ駆動電圧を印加して強制的にロータ22bの回転数を漸次増加させる強制駆動が行なわれる。
In the rotor position sensorless system for controlling the
センサレス制御回路54は、ロータ固定後に回転を始めたファンモータ22のロータ22bの位置を推定すると共に、推定したロータ22bの位置に基づいてファンモータ22の回転数を推定する。推定されたファンモータ22の回転数は、回転数信号FGとして、マイクロコンピュータ55に入力される。マイクロコンピュータ55から回転数指令Vfgを含む運転指令がセンサレス制御回路54に送られてくると、センサレス制御回路54は、この運転指令、推定したロータ22bの位置、推定した回転数、電圧検出部51の検出結果及び電流検出部52の検出結果を用いてロータ位置センサレス方式により各制御タイミングにおける駆動電圧SU,SV,SWのデューティを決定し、電圧指令値Vpwmによってゲート駆動回路53に指示する。
The
ここで説明しているロータ位置センサレス方式では、ファンモータ22の特性を示す各種パラメータ、直流電圧Vdc(即ち、電圧検出部51の検出結果)、モータ電流Im(即ち、電流検出部52の検出結果)、及びファンモータ22の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ22b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制御等が行なわれる。ファンモータ22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22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。
In the rotor position sensorless system described here, various parameters indicating the characteristics of the
(2−4−5)マイクロコンピュータ55
マイクロコンピュータ55は、電流検出部52、センサレス制御回路54及び主制御装置120に接続されている。マイクロコンピュータ55は、主制御装置120からの指令に沿ってファンモータ22を制御する。また、ファンモータ22やインバータ回路30に欠相故障や短絡故障が生じた場合には、マイクロコンピュータ55から主制御装置120に故障の発生を示す信号が送信される。
(2-4-5)
The
マイクロコンピュータ55は、ファンモータ22の起動時のロータ固定のときに、欠相故障及び短絡故障の検出を行なう。そのために、マイクロコンピュータ55は、直流励磁のときに電流検出部52で検出される電流に係る信号を電流検出部52から受信する。
The
マイクロコンピュータ55は、ロータ固定時に欠相故障及び短絡故障の検出を行なうために故障検出部55aを有している。故障検出部55aは、ロータ固定時の2通りの通電パターンのときに電流検出部52で検出される電流に基づいて欠相故障及び短絡故障を検出する。この故障検出部55aで行われる故障検出については後ほど詳しく説明する。
The
(3)起動動作の概要
ファンモータ22が停止又は気流などによってわずかに回転している状態から、インバータ回路30によってファンモータ22に三相交流が供給され、ファンモータ22が主制御装置120から指示されている回転数に達するまでを簡単に説明する。主制御装置120は、設定されている空気調和を実現し得る冷媒回路の状態に近づける制御において、ファンモータ22の目標回転数をモータ制御装置50に指示する。
(3) Outline of start-up operation Three-phase alternating current is supplied to the
モータ制御装置50は、ファンモータ22の起動直後にロータ位置固定を行なうために直流励磁を行なう。この直流励磁では、インバータ回路30は、2通りの通電パターンで通電するための2通りのスイッチング態様を採る。この2通りのスイッチング態様のときに、モータ制御装置50は故障検出を行なう。
The
故障検出して故障が無ければ、モータ制御装置50は、次いで強制駆動を行ない、更には通常の起動のための三相交流をインバータ回路30に出力させるようにゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。故障検出で故障が発見されれば、モータ制御装置50は、主制御装置120に欠相故障及び短絡故障のうちの少なくとも一方が発生していることを通知する。主制御装置120は、モータ制御装置50からの故障発生の通知を受けて、空気調和装置10の表示部(図示せず)に故障の発生を表示する。また、主制御装置120は、モータ制御装置50からの故障発生の通知を受けて、ファンモータ22の起動動作を中止させる。
If a failure is detected and there is no failure, the
(4)故障検出に係わる動作
直流励磁の際のスイッチング態様を説明する前に、図3を用いて、スイッチング態様S1〜S6とU相、V相及びW相に流れる電流の関係を説明する。図3において、○は電流が流れることを示し、×は電流が流れないことを示している。例えば、インバータ回路30がスイッチング態様S1を採るとき、ファンモータ22及びインバータ回路30に故障がなければ、ハイアーム側のU相及びV相には電流が流れず、ハイアーム側のW相に電流が流れる。つまり、スイッチング態様S1では、トランジスタQ3a,Q4aがオフし、トランジスタQ5aがオンする。一方、スイッチング態様S1においてローアーム側では、U相及びV相に電流が流れ、W相に電流が流れないように、トランジスタQ3b,Q4bがオンし、トランジスタQ5bがオフする。
(4) Operation related to failure detection Before explaining the switching mode at the time of DC excitation, the relationship between the switching modes S 1 to S 6 and the current flowing in the U phase, V phase and W phase will be explained using FIG. To do. In FIG. 3, ◯ indicates that current flows, and × indicates that no current flows. For example, when the
スイッチング態様S2〜S6についても、図3に示されているように、ハイアーム側又はローアーム側のいずれか一方の一つの相に電流が流れかつ二つの相に電流が流れない状態と他方の二つの相に電流が流れかつ一つの相に電流が流れない状態が生じる構成になっている。 As for switching modes S 2 to S 6 , as shown in FIG. 3, the current flows in one phase on either the high arm side or the low arm side and the current does not flow in the two phases. In this configuration, current flows in two phases and no current flows in one phase.
また、スイッチング態様S1〜S6以外にスイッチング態様S0がある。スイッチング態様S0は、インバータ回路30のハイアーム側のトランジスタQ3a,Q4aをオフとし、ローアーム側のトランジスタQ3b,Q4b,Q5bのみをオンする態様である。このスイッチング態様S0は、ブートストラップキャパシタC3,C4,C5の充電を行うために設けられているものであり、また、直流励磁を行なっていない時にモータとインバータ回路との間で電流を還流させる働きをする。このスイッチング態様S0の時には、モータに対して直流励磁は行なわれていないことになる。この還流動作が行なわれている間は、ローアーム側のU相、V相、W相には電流が流れているが直流電圧Vdc側からは電流が供給されず、また、ブートストラップキャパシタが充電されている状態であれば、トランジスタQ3b,Q4b,Q5bおよび電流検出部52を通って流れる充電電流は、直流励磁によって検出される電流に比べて無視できる程度に小さいため、図3ではスイッチング態様S0の時の電流は×としている。
In addition to the switching modes S 1 to S 6, there is a switching mode S 0 . The switching mode S 0 is a mode in which the high-arm transistors Q3a and Q4a of the
直流励磁のときの2通りの通電パターンは、これら2つの通電パターンによってインバータ回路30の6つのトランジスタQ3a〜Q5bが1回はオンするような組合せになっている。例えば、一方にスイッチング態様S1が選ばれた場合には、他方にスイッチング態様S6が選択される。つまり、ハイアーム側のトランジスタQ3a,Q4aはスイッチング態様S6のときにオンし、トランジスタQ5aはスイッチング態様S1のときにオンする。ローアーム側について見れば、トランジスタQ3b,Q4bはスイッチング態様S1のときにオンし、トランジスタQ5bはスイッチング態様S6のときにオンする。
The two energization patterns at the time of direct current excitation are combinations in which the six transistors Q3a to Q5b of the
具体的には、例えば図4(b)に示されている直流励磁の期間Tdcのようなスイッチング態様の切り換えが行われる。まず、スイッチング態様S0でブートストラップキャパシタC3〜C5の充電が行なわれ、スイッチング態様S6でトランジスタQ3a,Q4a,Q5bのいずれかに故障が生じていないかが検査される。次に、再び、スイッチング態様S0でブートストラップキャパシタC3〜C5の充電を行なうと共に、還流動作によってモータに流れている電流を減衰させる。そしてさらに、スイッチング態様S1でトランジスタQ3b,Q4b,Q5aのいずれかに故障が生じていないかが検査される。 Specifically, for example, switching of the switching mode is performed as in the DC excitation period Tdc shown in FIG. First, it performed the charging of the bootstrap capacitor C3~C5 in switching mode S 0 is a transistor Q3a switching mode S 6, Q4a, is either not occur failures in any of Q5b be examined. Then again, in switching mode S 0 with charging the bootstrap capacitor C3-C5, to attenuate the current flowing in the motor by refluxing operation. And further, a transistor Q3b switching mode S 1, Q4b, is either not occur failures in any of Q5a is examined.
次に、図5のフローチャートに沿って故障検出の手順について説明する。直流励磁において、ブートストラップキャパシタC3〜C5に充電された後、第1スイッチング態様、例えば図4(b)に示されている場合にはスイッチング態様S6で通電される(ステップST1)。この通電によってロータ22bは、固定位置に移動するための回転動作を始める。このとき、電流検出部52ではシャント抵抗の電流を検出し、センサレス制御回路54を介してマイクロコンピュータ55に対して検出結果を出力する。マイクロコンピュータ55では、電流検出部52で検出される電流を用いて故障検出部55aが欠相故障及び短絡故障を検出する(ステップST2)。もし、故障検出部55aで故障の発生が検出されれば(ステップST3)、室外ファン20に異常があることがマイクロコンピュータ55から主制御装置120に通知されるとともにマイクロコンピュータ55によってファンモータ22の回転が停止される(ステップST8)。
Next, a failure detection procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. In DC excitation, after being charged in the bootstrap capacitor C3-C5, the first switching mode, the case shown, for example, in FIG. 4 (b) is energized by the switching mode S 6 (step ST1). With this energization, the
もし、ステップST2で故障検出部55aにおいて故障が検出されなければ、ステップST3からステップST4に進み、ブートストラップキャパシタC3〜C5に充電された後、第2スイッチング態様、例えば図4(b)に示されている場合にはスイッチング態様S1で通電される。この通電により、所定の位置にファンモータ22のロータ22bが固定される。このとき、電流検出部52ではシャント抵抗の電流を検出し、ステップST2と同様に、故障検出部55aが欠相故障及び短絡故障を検出する(ステップST5)。またこのとき、シャント抵抗で検出される電流値と電圧検出部51で検出される電圧値とを用いてファンモータ22の駆動コイルLu,Lv,Lwの抵抗値の推定がマイクロコンピュータ55の巻線抵抗推定部55bによって行われる。もし、故障検出部55aで故障の発生が検出されれば(ステップST6)、室外ファン20に異常があることがマイクロコンピュータ55から主制御装置120に通知されるとともにマイクロコンピュータ55によってファンモータ22の回転が停止される(ステップST8)。もし、ステップST5で故障検出部55aにおいて故障が検出されなければ、ステップST6からステップST7に進み、強制通電を行なってロータを回転させる。
If no failure is detected in the
ステップST2,ST5で行なわれるトランジスタQ3a〜Q5bの故障の検出は、図4(a)に示されている、電流検出部52のシャント抵抗に流れる電流の大小を判断することによって行なわれる。図4(a)に示されているのは、故障が生じていないときの電流波形であり、スイッチング態様S1,S6のときに流れる電流の電流値がいずれも閾値Ith1を超えている。
The detection of the failure of the transistors Q3a to Q5b performed in steps ST2 and ST5 is performed by determining the magnitude of the current flowing through the shunt resistor of the
図6には、図4(a)に示されているシャント抵抗に流れる電流の電流波形IW1が拡大して示されている。また、図6には、欠相故障が生じているときにシャント抵抗に流れる電流の電流波形IW2,IW3が示されている。さらに、図6には、ファンモータ22又はインバータ回路30に短絡故障が発生しているときの電流波形IW4が示されている。電流波形IW1は上述のように欠相故障が発生していないときの電流波形であるから、定常状態になった期間T2では閾値Ith1を超えている。ただし、電流波形IW1でも過渡状態の期間T1では閾値Ith1を超えないので、欠相故障の検査は、定常状態で電流値が比較的安定している期間T2に行なわれる。この電流波形IW1を用いると、ファンモータ22の駆動コイルLu,Lv,Lwの抵抗値の推定を行なうことができる。
FIG. 6 shows an enlarged view of the current waveform IW1 of the current flowing through the shunt resistor shown in FIG. FIG. 6 also shows current waveforms IW2 and IW3 of the current that flows through the shunt resistor when an open-phase failure has occurred. Further, FIG. 6 shows a current waveform IW4 when a short-circuit failure has occurred in the
電流波形IW2は、二つの相で通電されるべき側のアームのうちの一方の相に欠相故障が発生している場合の電流波形の例である。電流波形IW2を見ると分かるように、一方の相に欠相故障が発生している場合は、直列に接続されている2つのトランジスタを通じて電流が流れるものの、3つのトランジスタを通じて電流が流れている場合に比べてシャント抵抗に繋がる電流経路の抵抗値が高くなるためシャント抵抗に流れる電流が減少する。 The current waveform IW2 is an example of a current waveform in a case where a phase failure has occurred in one of the arms to be energized in two phases. As can be seen from the current waveform IW2, when a phase failure has occurred in one phase, the current flows through two transistors connected in series, but the current flows through three transistors. As compared with the above, since the resistance value of the current path connected to the shunt resistor becomes high, the current flowing through the shunt resistor decreases.
電流波形IW3は、一つの相で通電されるべき側のアームで欠相故障が発生している場合の電流波形又は二つの相で通電されるべき側のアームの両方の相に欠相故障が発生している場合の電流波形の例である。この場合には、シャント抵抗に繋がる電流経路がなくなるため、シャント抵抗には電流が流れない。 The current waveform IW3 is a current waveform when a phase failure has occurred in the arm to be energized in one phase, or a phase failure has occurred in both phases of the arm to be energized in two phases. It is an example of the current waveform when it has occurred. In this case, since there is no current path connected to the shunt resistor, no current flows through the shunt resistor.
電流波形IW4は、ファンモータ22又はインバータ回路30で短絡故障が発生している場合の電流波形の例である。この場合、平滑コンデンサ42のプラス側端子からファンモータ22又はインバータ回路30、そして電流検出部52を経由して平滑コンデンサ42のマイナス側端子に繋がる極めて抵抗値の低いショートサーキットができるため、シャント抵抗に極めて大きな電流が流れる。従って、故障が発生していないときの電流波形IW1の最も大きな電流値に比べて十分に大きな閾値Ith2を設定することで、電流検出部52で検出される電流値を用いて短絡故障を検出することができる。なお、短絡故障の検出では、大きな電流を長期間流すことは好ましくないので、マイクロコンピュータ55は、過渡期間T1においても閾値Ith2を超えたときには短絡故障の判断によってファンモータ22の通電を停止させる。
The current waveform IW4 is an example of a current waveform when a short circuit failure has occurred in the
上述の欠相故障の箇所と各スイッチング態様との関係をまとめると図7のようになる。図7の上段には、アームの種類と欠相故障との対応関係が示されている。図7の上段において○が欠相故障の発生がないことを示し、×が欠相故障の発生していることを示している。例えば、図7の上段の1行目は、U相のハイアーム側つまりトランジスタQ3aに欠相故障が生じているかどうかが記載されている。図7の下段には、スイッチング態様と電流検出との対応関係が示されている。図7の下段における○は、電流検出部52で検出される電流値が閾値Ith1を超えていたことを示している。図7の下段における×は電流値が0であったことを示している。そして、図7の下段における△は電流値が0ではなかったが、閾値Ith1よりも小さかったことを示している。つまり、○は欠相故障の発生が無い状態(電流波形IW1の状態)ことを示し、×が欠相故障によって電流経路が完全にオープン状態(電流波形IW3の状態)になっていることを示し、△が欠相故障によって電流値が減少している状態(電流波形IW2の状態)であることを示している。通常、トランジスタが同時に2つ以上故障する確率は小さいので、図7の下段の×のところについては、一つの相しか通電に関与していないトランジスタが故障した可能性が高いことが推測できる。
FIG. 7 shows a summary of the relationship between the above-described location of the phase failure and each switching mode. The upper part of FIG. 7 shows the correspondence between the type of arm and the phase failure. In the upper part of FIG. 7, “◯” indicates that no phase failure has occurred, and “X” indicates that a phase failure has occurred. For example, the first line in the upper stage of FIG. 7 describes whether or not a phase failure has occurred on the U-phase high arm side, that is, the transistor Q3a. The lower part of FIG. 7 shows the correspondence between switching modes and current detection. The circles in the lower part of FIG. 7 indicate that the current value detected by the
次に、図7の全体の見方を説明する。図7の上段の1列目に×が無くて○だけが記されている。つまり、図7の1列目は、インバータ回路30及びファンモータ22に欠相故障が発生していないことを示している。従って図7の下段の1列目も全て○になっている。図7の上段の2列目については、U相のハイアーム側にのみ×が記されており、U相のハイアーム側で欠相故障が発生している場合であることが示されている。このような場合に、インバータ回路30がスイッチング態様S4になっていれば、電流波形IW3の電流が生じるため欠相故障が発生しており、その箇所がU相のハイアーム側である可能性が高いことが特定される。このような場合に、インバータ回路30がスイッチング態様S5になっていれば、電流波形IW2の電流が生じるためハイアーム側で欠相故障が発生していることは特定できるが、オープン状態になっているのがU相であるのかW相であるのかの特定はできない。同様に、このような場合に、インバータ回路30がスイッチング態様S6になっていれば、電流波形IW2の電流が生じるためハイアーム側で欠相故障が発生していることは特定できるが、オープン状態になっているのがU相であるのかV相であるのかの特定はできない。
Next, the overall view of FIG. 7 will be described. In the upper row of FIG. 7, there is no “x” and only “◯” is marked. That is, the first column in FIG. 7 indicates that no phase failure has occurred in the
例えば、既に説明した直流励磁のときにスイッチング態様S1とスイッチング態様S6とを用いる場合についていえば、欠相故障が検出されたとき、W相のハイアーム側とローアーム側で欠相故障が生じている可能性が高いことは推定できるが、U相とV相のどちらで欠相故障が生じているかを特定することはできないということである。 For example, in the case of using the switching mode S 1 and the switching mode S 6 at the time of DC excitation already described, when a phase failure is detected, a phase failure occurs on the high arm side and the low arm side of the W phase. It is possible to estimate that there is a high possibility that the phase failure has occurred in either the U phase or the V phase.
(5)特徴
(5−1)
以上説明したように、ファンモータ22の起動直後の直流励磁(位置決め動作の一例)のときに、例えばゲート駆動回路53(インバータ制御部の一例)によってスイッチング態様S6(第1スイッチング態様の一例)にされているインバータ回路30から電流検出部52に流れる電流(第1電流の一例)と、例えばスイッチング態様S1(第2スイッチング態様の一例)のインバータ回路30から電流検出部52に流れる電流(第2電流の一例)とを用いて故障検出部55aで故障検出を行う。そのため、直流励磁のロータ位置固定と並行して故障検出が行え、直流励磁のロータ位置固定と故障検出とを順次行なう場合に比べてファンモータ22の起動時間が短縮される。このように、モータ制御装置50では、ファンモータ22の定常運転までに要する時間が欠相故障あるいは短絡故障の検出によって長くなるのを抑制することができる。
(5) Features (5-1)
As described above, at the time of direct current excitation (an example of a positioning operation) immediately after the start of the
上記実施形態では、スイッチング態様S1とスイッチング態様S6の組合せを用いてインバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5b(第1スイッチング素子乃至第6スイッチング素子の一例)に対して少なくとも一度はオン状態のときに直流通電されるようにしている。欠相故障が生じている箇所は特定できないが、ハイアーム(上アームの一例)側及びローアーム(下アームの一例)側の全ての相について欠相故障が生じているか否かを検出することができる。それにより、インバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5bに係る欠相故障の検出を行なっても、ファンモータ22の定常運転までに要する時間が長くなるのを抑制することができる。
In the above embodiment, at least once on state relative to (an example of the first switching element to sixth switching elements) all the transistors Q3a~
上記実施形態では、インバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5bをそれぞれ一度はオン状態にして直流通電するためスイッチング態様S1とスイッチング態様S6の組合せを用いているがスイッチング態様の組合せはこれだけに限られるものではなく、例えば、スイッチング態様S2とスイッチング態様S5の組合せやスイッチング態様S3とスイッチング態様S4の組合せなどでもよい。
In the above embodiment, the one time each and every transistor Q3a~Q5b uses a combination of switching mode S 1 and the switching mode S 6 for DC application is turned on and the combination of the switching mode of the
(5−2)
巻線抵抗推定部55bでは、スイッチング態様S1とスイッチング態様S6の各スイッチング態様において、電圧検出部51と電流検出部52の検出結果に基づいて、ファンモータ22の駆動コイルLu,Lv,Lwの抵抗値(巻線抵抗値の一例)を推定している。もし、巻線抵抗推定部55bで推定される巻線の抵抗値が予め設定されている値からずれていれば、駆動コイルLu,Lv,Lwに何らかの不具合が生じていることが推定できる。
(5-2)
In winding
(5−3)
上述のように、故障検出部55aにおいては、欠相故障を検出するために図6に示されている閾値Ith1が設定されている。この閾値Ith1は、電流波形IW1の電流値よりも小さい値に設定されている。この電流波形IW1の電流値は、インバータ回路30に欠相故障が生じていないときの電流の値(第1電流及び第2電流のうちの小さい方の値の一例)である。その一方で、閾値Ith1は、電流波形IW2の電流値よりも大きい値に設定されている。この電流波形IW2の電流値は、スイッチング態様S1,S6においてインバータ回路30の並列接続される2つのトランジスタのいずれか一方に欠相故障が生じているときの電流の値(第1電流及び第2電流のうちの大きい方の値の一例)である。
(5-3)
As described above, in the
上述の説明では、欠相故障が生じていない場合、スイッチング態様S6(第1スイッチング態様の一例)でトランジスタQ3a(第2スイッチング素子の一例)とトランジスタQ4a(第3スイッチング素子の一例)とトランジスタQ5b(第6スイッチング素子の一例)とがオン状態のときの電流の波形は電流波形IW1のようになる。同様に、欠相故障が生じていない場合、スイッチング態様S1(第2スイッチング態様の一例)でトランジスタQ5a(第1スイッチング素子の一例)とトランジスタQ3b(第4スイッチング素子の一例)とトランジスタQ4b(第5スイッチング素子の一例)とがオン状態のときの電流の波形も電流波形IW1のようになる。 In the above description, when no phase failure has occurred, the transistor Q3a (an example of the second switching element), the transistor Q4a (an example of the third switching element), and the transistor in the switching mode S 6 (an example of the first switching mode) The current waveform when Q5b (an example of the sixth switching element) is in an on state is a current waveform IW1. Similarly, when no phase failure has occurred, the transistor Q5a (an example of the first switching element), the transistor Q3b (an example of the fourth switching element), the transistor Q4b (an example of the second switching element) in the switching mode S 1 (an example of the second switching mode). The waveform of the current when the example of the fifth switching element is on is also the current waveform IW1.
ここでは、欠相故障が生じていないときに、スイッチング態様S1,S6の状態で流れる電流同士に大小がない場合について説明したが、いずれかが小さくなるときは誤検出を行なわないように、小さい方の電流値よりも閾値Ith1が小さくなるように設定される。 Here, a case has been described in which there is no magnitude between the currents flowing in the state of the switching modes S 1 and S 6 when no open-phase fault has occurred. The threshold value I th1 is set to be smaller than the smaller current value.
また、スイッチング態様S1の状態で並列に接続されるトランジスタQ3b,Q4bの一方に欠相故障が生じていてトランジスタQ5aに欠相故障が生じていないときの電流の波形は電流波形IW2のようになる。同様に、スイッチング態様S6の状態で並列に接続されるトランジスタQ3a,Q4aの一方に欠相故障が生じていてトランジスタQ5bに欠相故障が生じていない場合の電流の波形も電流波形IW2のようになる。 Also, switching mode S 1 state in transistor Q3b connected in parallel, the waveform of the current when open-phase fault in the transistor Q5a have occurred open-phase fault on one Q4b is not generated as the current waveform IW2 Become. Similarly, switching mode S 6 of the state in the transistor Q3a is connected in parallel, as waveforms of the current waveform IW2 of current when the open-phase fault in the transistor Q5b have occurred open-phase fault on one Q4a has not occurred become.
ここでは、並列に接続されているトランジスタの一方に欠相故障が生じている場合に、スイッチング態様S1,S6の状態で流れる電流同士に大小がない場合について説明したが、いずれかが大きくなるときは誤検出を行なわないように、大きい方の電流値よりも閾値Ith1が大きくなるように設定される。 Here, a case has been described in which an open-phase fault has occurred in one of the transistors connected in parallel, and the currents flowing in the states of the switching modes S 1 and S 6 are not large. In order to prevent erroneous detection, the threshold value I th1 is set to be larger than the larger current value.
なお、電流波形がIW3となる場合、すなわち、一つの相で通電されるべき側のアームで欠相故障が発生している場合又は二つの相で通電されるべき側のアームの両方の相に欠相故障が発生している場合には、その電流値は閾値Ith1よりも小さいため、これらの欠相故障時にも同じ閾値で欠相検出を行なうことができる。 When the current waveform is IW3, that is, when a phase failure has occurred in the arm to be energized in one phase, or in both phases of the arm to be energized in two phases. When an open phase failure has occurred, the current value is smaller than the threshold value I th1 , so that the open phase detection can be performed with the same threshold value even at the time of these open phase failures.
このように、スイッチング態様S1,S6の2つの通電パターンでインバータ回路30の全トランジスタQ3a〜Q5bに係る欠相故障を確認できる。2つの通電パターンで確認ができ、モータ制御装置50の起動制御において短い起動時間を容易に実現することができる。また、このような閾値の設定の仕方をすれば、例えば、部品の特性のバラツキ及び製造バラツキなどによって電流値に大小が生じる場合や、電流値がU相とV相とW相とで異なる設計になっている場合などでも対応できる。
As described above, the open-phase fault related to all the transistors Q3a to Q5b of the
(6)変形例
(6−1)変形例1A
上記第1実施形態では、ブラシレスDCモータであるファンモータ22がセンサレス制御によって駆動されるときの直流励磁を例に上げて説明したが、直流励磁が行なわれるモータであれば、センサレス制御が行なわれるブラシレスDCモータには限られない。例えば、ロータ位置の検出を行なうためのセンサ数が2個以下のブラシレスDCモータの直流励磁の場合でも、上記実施形態で説明した発明の適用は可能である。また、起動時に直流励磁によるロータ位置固定が行なわれるモータであれば、ブラシレスDCモータに限られるものではなく、他のタイプのモータにも適用可能である。また、センサ数を2個以下とすることでコストが抑えられる。
(6) Modification (6-1) Modification 1A
In the first embodiment, the DC excitation when the
(6−2)変形例1B
上記第1実施形態では、ブートストラップキャパシタを用いて構成されているインバータ回路30を例に上げて説明したが、ブートストラップキャパシタを用いないインバータ回路にも本願発明を適用することができる。その場合には、スイッチング態様S0を省いて動作させることができる。あるいは、直流励磁を行なわない時にトランジスタを全てオフするスイッチング態様として動作させることができる。
(6-2) Modification 1B
In the first embodiment, the
(6−3)変形例1C
直流励磁を行なう場合には、スイッチング様態によってロータの固定位置が異なる。ロータ位置検出センサが設けられているなどで、直流励磁を行なう前のロータ位置が所定の範囲内にあることがわかっている場合には、その範囲に近い位置にロータを固定できるスイッチング態様を第1スイッチング態様とするように選定すれば、直流励磁を行なった時のロータ移動量が少なくてすむため、電流値が安定するまでの時間が短くなり、また、電流の変動も小さくすることができる。
(6-3) Modification 1C
When direct current excitation is performed, the fixed position of the rotor varies depending on the switching mode. If it is known that the rotor position before DC excitation is within a predetermined range, such as by providing a rotor position detection sensor, the switching mode that can fix the rotor to a position close to that range is If the switching mode is selected, it is possible to reduce the amount of movement of the rotor when direct current excitation is performed. Therefore, the time until the current value is stabilized is shortened, and the fluctuation of the current can be reduced. .
(6−4)変形例1D
上記第1実施形態では、片側アームの2素子と逆側アームの1素子を通電させるスイッチング態様での直流励磁を2態様について行ない、そのいずれの態様でも異常検出を行なうことで全ての素子の異常状態を検出するものであったが、全ての素子の異常を検出できるのであれば、直流励磁を行なう(位置固定する)スイッチング態様は3つ以上でもよいし、その場合には、その全てのスイッチング態様で異常を検出することが必要というわけではない。
(6-4) Modification 1D
In the first embodiment, DC excitation is performed for two modes in a switching mode in which two elements on one side arm and one element on the opposite side arm are energized, and abnormalities are detected in all modes by detecting abnormalities in either mode. If the abnormality of all elements can be detected, there may be three or more switching modes for performing DC excitation (fixing the position), and in that case, all the switching is performed. It is not necessary to detect anomalies in a manner.
上記実施形態ではスイッチング態様S6で直流励磁・異常検出した後、スイッチング態様S1で直流励磁・異常検出を行なっているが、これらのスイッチング態様によるロータ固定位置は電気角で180度ずれているので、例えばこれらのスイッチング態様の間にスイッチング態様S2,S3のいずれかのスイッチング態様で直流励磁(ロータ位置固定)を行なうか、もしくはスイッチング態様S6→スイッチング態様S2→スイッチング態様S3→スイッチング態様S1の順番で直流励磁(ロータ位置固定)動作を行なうことによって、1回の直流励磁動作でのロータ移動距離を短くすることができる。それにより、直流励磁時に電流値が安定するまでの時間が短くなり、かつ、電流の変動も小さくすることができるため、電流検出(図6に示されている期間T2)までの測定待機時間を短くすることが可能となる。この時、スイッチング態様S2,S3では、異常検出を行なわなくてもよい。 After DC excitation, the abnormality detection in switching mode S 6 in the above embodiment, although performing DC excitation, the abnormality detection in switching mode S 1, the rotor fixed position by these switching mode is 180 electrical degrees Therefore, for example, DC excitation (rotor position fixing) is performed in one of the switching modes S 2 and S 3 between these switching modes, or switching mode S 6 → switching mode S 2 → switching mode S 3 → by performing a DC excitation (rotor stationary) operation in the order of switching mode S 1, it is possible to shorten the rotor movement distance in one DC excitation operation. As a result, the time until the current value is stabilized during DC excitation is shortened and the fluctuation of the current can be reduced, so that the measurement standby time until the current detection (period T2 shown in FIG. 6) is reduced. It can be shortened. At this time, abnormality detection may not be performed in the switching modes S 2 and S 3 .
<第2実施形態>
(1)構成
次に、本発明の第2実施形態に係るモータ制御装置について図8乃至図11を用いて説明する。以下に説明する第2実施形態に係るモータ制御装置が適用される空気調和装置は図1に示されている第1実施形態の構成と同様であり、また、モータ制御装置の構成も図2に示されている第1実施形態の構成と同様であるので、これらの説明を省略して図1及び図2を用いて第2実施形態に係るモータ制御装置についての説明を行なう。
Second Embodiment
(1) Configuration Next, a motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. An air conditioner to which a motor control device according to a second embodiment described below is applied is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, and the configuration of the motor control device is also shown in FIG. Since it is the same as the structure of 1st Embodiment shown, these descriptions are abbreviate | omitted and the motor control apparatus which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
第1実施形態に係るモータ制御装置は、直流励磁のときにインバータ回路30の第1スイッチング態様と第2スイッチング態様の2つの通電パターンを用いて故障検出を行なっている。それに対して、第2実施形態のモータ制御装置は、以下に説明するように直流励磁のときに3つの通電パターンを用いて故障検出を行なう。
The motor control device according to the first embodiment performs failure detection using two energization patterns of the first switching mode and the second switching mode of the
(2)スイッチング態様
ここで、3つの通電パターンを行なうためのスイッチング態様について図8及び図9を用いて説明する。まず、図8に示されているスイッチング態様S1a〜S6aとU相、V相及びW相に流れる電流の関係を説明する。図8において、○は電流が流れることを示し、×は電流が流れないことを示している。例えば、インバータ回路30がスイッチング態様S1aを採るとき、ファンモータ22及びインバータ回路30に故障がなければ、ハイアーム側のU相及びV相には電流が流れず、ハイアーム側のW相に電流が流れる。つまり、スイッチング態様S1aでは、トランジスタQ3a,Q4aがオフし、トランジスタQ5aがオンする。一方、スイッチング態様S1aにおいてローアーム側では、U相に電流が流れ、V相及びW相に電流が流れないように、トランジスタQ3bがオンし、トランジスタQ4b,Q5bがオフする。また、第2実施形態のモータ制御装置50においても第1実施形態と同様に、ブートストラップキャパシタC3,C4,C5の充電を行うために、スイッチング態様S1a〜S6a以外にスイッチング態様S0が設けられている。
(2) Switching Mode Here, a switching mode for performing the three energization patterns will be described with reference to FIGS. First, the relationship between the switching modes S 1a to S 6a shown in FIG. 8 and the current flowing in the U phase, the V phase, and the W phase will be described. In FIG. 8, ◯ indicates that current flows, and × indicates that current does not flow. For example, when the
スイッチング態様S2a〜S6aについても、図8に示されているように、ハイアーム側及びローアーム側の両方において、一つの相に電流が流れかつ二つの相に電流が流れない状態が生じる構成になっている。 As shown in FIG. 8, the switching modes S 2a to S 6a also have a configuration in which a current flows in one phase and a current does not flow in two phases on both the high arm side and the low arm side. It has become.
(3)故障検出
直流励磁のときの3通りの通電パターンは、これら3つの通電パターンによってインバータ回路30の6つのトランジスタQ3a〜Q5bが1回はオンするような組合せになっている。例えば、一方にスイッチング態様S3aが選ばれた場合には、他にスイッチング態様S5a,S6aが選択される。つまり、ハイアーム側のトランジスタQ3aはスイッチング態様S6aのときにオンし、トランジスタQ4aはスイッチング態様S3aのときにオンし、トランジスタQ5aはスイッチング態様S5aのときにオンする。ローアーム側について見れば、トランジスタQ3bはスイッチング態様S3aのときにオンし、トランジスタQ4bはスイッチング態様S5aのときにオンし、トランジスタQ5bはスイッチング態様S6aのときにオンする。
(3) Failure detection The three energization patterns at the time of direct current excitation are combinations in which the six transistors Q3a to Q5b of the
具体的には、例えば図9(b)に示されている直流励磁の期間Tdcのようなスイッチング態様の切り換えが行われる。まず、スイッチング態様S0でブートストラップキャパシタC3〜C5の充電が行なわれ、スイッチング態様S6aでトランジスタQ3a,Q5bのいずれかに故障が生じていないかが検査される。次に、再び、スイッチング態様S0でブートストラップキャパシタC3〜C5の充電を行なうと共に、還流動作によってモータに流れている電流を減衰させる。そして、スイッチング態様S3aでトランジスタQ4a,Q3bのいずれかに欠相故障が生じていないかが検査される。再び、スイッチング態様S0でブートストラップキャパシタC3〜C5の充電を行なうと共に、還流動作によってモータに流れている電流を減衰させる。そしてさらに、スイッチング態様S5aでトランジスタQ5a,Q4bのいずれかに故障が生じていないかが検査される。 Specifically, for example, switching of the switching mode such as the DC excitation period Tdc shown in FIG. 9B is performed. First, the charging of the bootstrap capacitor C3~C5 in switching mode S 0 is performed, switching mode S 6a transistors Q3a, Do failure in any of Q5b does not occur is examined. Then again, in switching mode S 0 with charging the bootstrap capacitor C3-C5, to attenuate the current flowing in the motor by refluxing operation. Then, in switching mode S 3a , it is checked whether any of the transistors Q4a and Q3b has a phase failure. Again, in switching mode S 0 with charging the bootstrap capacitor C3-C5, to attenuate the current flowing in the motor by refluxing operation. And further switching mode S 5a in transistor Q5a, Do failure in any of Q4b it does not occur is examined.
故障検査の手順については、第1実施形態において図5のフローチャートに沿って説明した手順に第3スイッチング態様で通電したときの故障検出のステップが加わるだけである。つまり、図5のステップST3とステップST4との間に、ステップST1からステップST3と同様のステップが第3スイッチング態様について繰り返される。 As for the procedure of the fault inspection, only the step of fault detection when energized in the third switching mode is added to the procedure described along the flowchart of FIG. 5 in the first embodiment. That is, steps similar to steps ST1 to ST3 are repeated for the third switching mode between step ST3 and step ST4 in FIG.
次に、図10を用いて故障検出についての第1実施形態と第2実施形態の違いについて説明する。また、図10には、欠相故障が生じているときにシャント抵抗に流れる電流の電流波形IW3が示されている。さらに、図10には、ファンモータ22又はインバータ回路30に短絡故障が発生しているときの電流波形IW4が示されている。図6と比較して分かるように、図6には記載されていた電流波形IW2が図10には記載されていない。これは、スイッチング態様S3a,S5a,S6aのいずれにおいても例えばトランジスタがオープン状態になって導通しなければ、電流経路が遮断されて電流が流れなくなるためである。従って、第2実施形態のモータ制御装置50においては、欠相故障の有無を判断するための閾値Ith3を欠相故障の無いときの電流波形IW5と欠相故障の有るときの電流波形IW3と間に設定すればよく、第1実施形態の閾値Ith1よりも小さく設定できる。あるいは、シャント抵抗に流れる電流の有無を電流検出部52に検出させることによって判断することもできる。
Next, differences between the first embodiment and the second embodiment regarding failure detection will be described with reference to FIG. Further, FIG. 10 shows a current waveform IW3 of a current flowing through the shunt resistor when a phase failure occurs. Further, FIG. 10 shows a current waveform IW4 when a short-circuit failure has occurred in the
また、この電流波形IW5を用いると、ファンモータ22の駆動コイルLu,Lv,Lwの抵抗値の推定を行なうことができる。第2実施形態の場合には、第1スイッチング態様と第2スイッチング態様と第3スイッチング態様によって、駆動コイルLu,Lvと駆動コイルLu,Lwと駆動コイルLv,Lwの2つの駆動コイルの直列接続の抵抗値の推定ができる。
Further, by using this current waveform IW5, the resistance values of the drive coils Lu, Lv, Lw of the
上述の欠相故障の箇所と各スイッチング態様との関係をまとめると図11のようになる。図11の上段には、アームの種類と欠相故障との対応関係が示されている。図11の上段において○が欠相故障の発生がないことを示し、×が欠相故障の発生していることを示している。例えば、図11の上段の1行目は、U相のハイアーム側つまりトランジスタQ3aに欠相故障が生じているかどうかが記載されている。図11の下段には、スイッチング態様と電流検出との対応関係が示されている。図11の下段における○は、電流検出部52で検出される電流値が閾値Ith3を超えていたことを示している。図11の下段における×は電流値が0であったことを示している。つまり、○は欠相故障の発生が無い状態(電流波形IW5の状態)ことを示し、×が欠相故障によって電流経路が完全にオープン状態(電流波形IW3の状態)になっていることを示している。
FIG. 11 shows a summary of the relationship between the above-described location of the phase failure and each switching mode. The upper part of FIG. 11 shows the correspondence between the type of arm and the phase failure. In the upper part of FIG. 11, ◯ indicates that no phase failure has occurred, and x indicates that a phase failure has occurred. For example, the first line in the upper stage of FIG. 11 describes whether or not a phase failure has occurred on the U-phase high arm side, that is, the transistor Q3a. The lower part of FIG. 11 shows the correspondence between the switching mode and the current detection. A circle in the lower part of FIG. 11 indicates that the current value detected by the
次に、図11の全体の見方を説明する。図11の上段の1列目に×が無くて○だけが記されている。つまり、図11の1列目は、インバータ回路30及びファンモータ22に欠相故障が発生していないことを示している。従って図11の下段の1列目も全て○になっている。図11の上段の2列目については、U相のハイアーム側にのみ×が記されており、U相のハイアーム側で欠相故障が発生している場合であることが示されている。このような場合に、インバータ回路30がスイッチング態様S6aになっていれば、電流波形IW3の電流が生じるため欠相故障が発生しており、その箇所がU相のハイアーム側又はW相のローアーム側であることが特定される。U相のハイアーム側に特定されないのは、図11の7列目を見ると分かるように、W相のローアーム側で欠相故障が発生している場合にも、インバータ回路30がスイッチング態様S6aになっていれば、電流波形IW3の電流が生じるからである。
Next, the overall view of FIG. 11 will be described. In the upper row of FIG. 11, there is no “x” and only “◯” is marked. That is, the first column in FIG. 11 indicates that no phase failure has occurred in the
(4)特徴
(4−1)
モータ制御装置50が第2実施形態のように構成されたときは、ファンモータ22の起動直後の直流励磁(位置決め動作の一例)のときに、例えばゲート駆動回路53(インバータ制御部の一例)によってスイッチング態様S6a(第1スイッチング態様の一例)にされているインバータ回路30から電流検出部52に流れる電流(第1電流の一例)と、例えばスイッチング態様S3a(第2スイッチング態様の一例)のインバータ回路30から電流検出部52に流れる電流(第2電流の一例)とに加えて、例えばスイッチング態様S5a(第3スイッチング態様の一例)のインバータ回路30から電流検出部52に流れる電流(第3電流の一例)を用いて故障検出部55aで故障検出が行われる。
(4) Features (4-1)
When the
そのため、直流励磁のロータ位置固定と並行して故障検出が行え、直流励磁のロータ位置固定と故障検出とを順次行なう場合に比べてファンモータ22の起動時間が短縮される。このように、モータ制御装置50では、ファンモータ22の定常運転までに要する時間が欠相故障あるいは短絡故障の検出によって長くなるのを抑制することができる。
Therefore, the failure detection can be performed in parallel with the DC excitation rotor position fixing, and the startup time of the
上記第2実施形態では、スイッチング態様S3aとスイッチング態様S5aとスイッチング態様S6aの組合せを用いてインバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5b(第1スイッチング素子乃至第6スイッチング素子の一例)に対して少なくとも一度はオン状態のときに直流通電されるようにしている。欠相故障が生じている箇所は特定できないが、ハイアーム側及びローアーム側の全ての相について欠相故障が生じているか否かを検出することができる。それにより、インバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5bに係る欠相故障の検出を行なっても、ファンモータ22の定常運転までに要する時間が長くなるのを抑制することができる。
In the second embodiment, all of the transistors Q3a~Q5b inverter circuit 30 (an example of the first switching element to sixth switching element) using a combination of switching mode S 3a and the switching mode S 5a and switching mode S 6a On the other hand, direct current is applied at least once in the on state. Although the location where the open phase failure occurs cannot be specified, it is possible to detect whether or not the open phase failure occurs for all the phases on the high arm side and the low arm side. As a result, even if the phase failure of all the transistors Q3a to Q5b of the
上記実施形態では、インバータ回路30の全てのトランジスタQ3a〜Q5bをそれぞれ一度はオン状態にして直流通電するためスイッチング態様S3aとスイッチング態様S5aとスイッチング態様S6aの組合せを用いているがスイッチング態様の組合せはこれだけに限られるものではなく、例えば、スイッチング態様S1aとスイッチング態様S2aとスイッチング態様S4aの組合せなどでもよい。
In the above embodiment, the switching mode S 3a , the switching mode S 5a, and the switching mode S 6a are used in order to supply all the transistors Q3a to Q5b of the
(4−2)
巻線抵抗推定部55bでは、スイッチング態様S3aとスイッチング態様S5aとスイッチング態様S6aの各スイッチング態様において、電圧検出部51と電流検出部52の検出結果に基づいて、ファンモータ22の駆動コイルLu,Lv,Lwの抵抗値(巻線抵抗値の一例)を推定している。もし、巻線抵抗推定部55bで推定される巻線の抵抗値が予め設定されている値からずれていれば、駆動コイルLu,Lv,Lwに何らかの不具合が生じていることが推定できる。
(4-2)
In winding
(4−3)
上述のように、故障検出部55aにおいては、欠相故障を検出するために図10に示されている閾値Ith3が設定されている。上述の説明では、トランジスタQ3a〜Q5bのいずれかに欠相故障が生じたときにシャント抵抗に電流が流れないとしているが、詳細に見れば、欠相故障が生じたときに逆方向にバイアスされる還流用ダイオードD3a〜D5bに漏れ電流が流れる。通常、漏れ電流は極めて小さいので、閾値Ith3の設定において無視しても差し支えないが、閾値Ith3を非常に小さく設定したいときには、最も大きな漏れ電流よりも閾値Ith3が大きくなるように設定する。上述のインバータ回路30では、トランジスタQ3a〜Q5bのいずれかに欠相故障が生じたときに欠相故障の経路の還流用ダイオードD3a〜D5bに漏れ電流が流れたが、インバータ回路の構成によっては、先に述べたブートストラップキャパシタ充電時の電流など、それ以外の経路を通じて電流が流れる場合もあり、そのような場合でも欠相故障の経路に流れる電流のうち最も大きな電流値よりも閾値Ith3が大きく設定される。
(4-3)
As described above, in the
なお、欠相故障が生じていないときの電流値のうち最も小さな値よりも小さな値に閾値Ith3が設定されるのは第1実施形態の閾値Ith1の設定と同様である。 Note that the threshold value I th3 is set to a value smaller than the smallest value among the current values when no phase failure has occurred, as in the case of the threshold value I th1 in the first embodiment.
第2実施形態のように構成すれば、欠相故障が生じているときと欠相故障が生じていないときで電流の値の変化を大きくすることができるので、第1実施形態の閾値Ith1の設定と第2実施形態の閾値Ith3の設定とを比較して分かるように、欠相故障の検出が容易になる。また、このような閾値の設定の仕方をすれば、例えば、部品のバラツキ及び製造バラツキなどによって電流値にバラツキが生じる場合や、電流値がU相とV相とW相とで異なる設計になっている場合などでも対応できる。 If configured as in the second embodiment, the change in current value can be increased when an open-phase failure has occurred and when no open-phase failure has occurred, so that the threshold I th1 of the first embodiment can be increased. As can be seen from a comparison between the setting of the threshold Ith3 of the second embodiment and the setting of the threshold I th3 of the second embodiment, it is easy to detect the phase failure. In addition, if the threshold value is set in this way, for example, when the current value varies due to component variation and manufacturing variation, or the current value is different in the U phase, the V phase, and the W phase. It can respond even if it is.
(5)変形例
(5−1)変形例2A
上記第2実施形態では、ブラシレスDCモータであるファンモータ22がセンサレス制御によって駆動されるときの直流励磁を例に上げて説明したが、直流励磁が行なわれるモータであれば、センサレス制御が行なわれるブラシレスDCモータには限られない。例えば、ロータ位置の検出を行なうためのセンサ数が2個以下のブラシレスDCモータの直流励磁の場合でも、上記実施形態で説明した発明の適用は可能である。また、起動時に直流励磁によるロータ位置固定が行なわれるモータであれば、ブラシレスDCモータに限られるものではなく、他のタイプのモータにも適用可能である。また、センサ数を2個以下とすることでコストが抑えられる。
(5) Modification (5-1) Modification 2A
In the second embodiment, the DC excitation when the
(5−2)変形例2B
上記第2実施形態では、ブートストラップキャパシタを用いて構成されているインバータ回路30を例に上げて説明したが、ブートストラップキャパシタを用いないインバータ回路にも本願発明を適用することができる。その場合には、スイッチング態様S0を省いて動作させることができる。あるいは、直流励磁を行なわない時にトランジスタを全てオフするスイッチング態様として動作させることができる。
(5-2) Modification 2B
In the second embodiment, the
(5−3)変形例2C
直流励磁を行なう場合には、スイッチング様態によってロータの固定位置が異なる。ロータ位置検出センサが設けられているなどで、直流励磁を行なう前のロータ位置が所定の範囲内にあることがわかっている場合には、その範囲に近い位置にロータを固定できるスイッチング態様を第1スイッチング態様とするように選定すれば、直流励磁を行なった時のロータ移動量が少なくてすむため、電流値が安定するまでの時間が短くなり、また、電流の変動も小さくすることができる。
(5-3) Modification 2C
When direct current excitation is performed, the fixed position of the rotor varies depending on the switching mode. If it is known that the rotor position before DC excitation is within a predetermined range, such as by providing a rotor position detection sensor, the switching mode that can fix the rotor to a position close to that range is If the switching mode is selected, it is possible to reduce the amount of movement of the rotor when direct current excitation is performed. Therefore, the time until the current value is stabilized is shortened, and the fluctuation of the current can be reduced. .
また、これらのスイッチング態様によるロータ固定位置は電気角で120度ずつずれているが、その固定位置の移動方向をモータの回転方向と同じ向きにすることによって、強制駆動に移行して回転動作を開始する時にスムーズに回転動作を開始することができる。 Also, the rotor fixing position by these switching modes is shifted by 120 degrees in electrical angle, but by making the movement direction of the fixing position the same direction as the rotation direction of the motor, it shifts to forcible driving and rotates operation. When starting, the rotation operation can be started smoothly.
(5−4)変形例2D
上記第2実施形態では、片側アームの1素子と逆側アームの1素子を通電させるスイッチング態様での直流励磁を3態様について行ない、そのいずれの態様でも異常検出を行なうことで全ての素子の異常状態を検出するものであったが、全ての素子の異常を検出できるのであれば、直流励磁を行なう(位置固定する)スイッチング態様は4つ以上でもよいし、その場合には、その全てのスイッチング態様で異常を検出することが必要というわけではない。
(5-4) Modification 2D
In the second embodiment, the DC excitation in the switching mode in which one element of the one side arm and one element of the opposite side arm are energized is performed in three modes, and abnormality detection is performed in any of these modes to detect abnormalities in all elements. If the abnormality of all elements can be detected, the number of switching modes in which DC excitation is performed (position fixing) may be four or more. In that case, all of the switching modes are detected. It is not necessary to detect anomalies in a manner.
上記実施形態ではスイッチング態様S6aで直流励磁・異常検出した後、スイッチング態様S3aで、次いでスイッチング態様S5aで直流励磁・異常検出を行なっているが、これらのスイッチング態様によるロータ固定位置は電気角でそれぞれ120度ずれているので、例えばスイッチング態様S6aとスイッチング態様S3aの間にスイッチング態様S2aのスイッチング態様を設けたり、スイッチング態様S3aとスイッチング態様S5aの間にスイッチング態様S1aのスイッチング態様を設けて直流励磁(ロータ位置固定)を行なうことによって、1回の直流励磁動作でのロータ移動距離を短くすることができる。それにより、直流励磁時に電流値が安定するまでの時間が短くなり、かつ、電流の変動も小さくすることができるため、電流検出(図10に示されている期間T2)までの測定待機時間を短くすることが可能となる。この時、スイッチング態様S2a,S1aでは、異常検出を行なわなくてもよい。 In the above embodiment, after the DC excitation / abnormality is detected in the switching mode S6a , the DC excitation / abnormality is detected in the switching mode S3a and then in the switching mode S5a. since the shifted 120 degrees respectively at the corners, for example, it may be provided a switching mode of the switching mode S 2a during switching mode S 6a and switching mode S 3a, switching mode S 1a between the switching mode S 3a and the switching mode S 5a By providing direct current excitation (rotor position fixing) with the above switching mode, the rotor moving distance in one direct current excitation operation can be shortened. As a result, the time until the current value is stabilized during DC excitation is shortened and the fluctuation of the current can be reduced, so that the measurement standby time until the current detection (period T2 shown in FIG. 10) is reduced. It can be shortened. At this time, in the switching modes S 2a and S 1a , it is not necessary to perform abnormality detection.
(5−5)変形例2E
上記第1実施形態では、片側アームの2素子と逆側アームの1素子を通電させるスイッチング態様での直流励磁・異常検出を2回行ない、上記第2実施形態では、片側アームの2素子と逆側アームの1素子を通電させるスイッチング態様での直流励磁・異常検出を3回行なっているが、これら第1実施形態と第2実施形態のスイッチング態様を組み合わせて直流励磁・異常検出を行なっても構わないし、全ての素子の異常を検出できるのであれば、それら全てのスイッチング態様で異常検出を行なわなければならないというものではない。
(5-5) Modification 2E
In the first embodiment, DC excitation / abnormality detection is performed twice in a switching mode in which two elements of the one-side arm and one element of the opposite-side arm are energized. In the second embodiment, opposite to the two elements of the one-side arm. Although the DC excitation / abnormality detection is performed three times in the switching mode in which one element of the side arm is energized, the DC excitation / abnormality detection can be performed by combining the switching modes of the first and second embodiments. Of course, if it is possible to detect the abnormality of all the elements, it is not necessary to detect the abnormality in all the switching modes.
20 室外ファン
22 ファンモータ
30 インバータ回路
50 モータ制御装置
51 電圧検出部
52 電流検出部
53 ゲート駆動回路
55 マイクロコンピュータ
55a 故障検出部
55b 巻線抵抗推定部
Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b トランジスタ
20
Claims (7)
前記モータの起動直後の位置決め動作のときに前記インバータ回路を第1スイッチング態様に設定して直流通電した後、前記位置決め動作中にさらに前記第1スイッチング態様とは異なる第2スイッチング態様に前記インバータ回路を設定して直流通電するように構成されているインバータ制御部(53)と、
前記第1スイッチング態様の前記インバータ回路に流れる第1電流と、前記第2スイッチング態様の前記インバータ回路に流れる第2電流とを検出するように構成されている電流検出部(52)と、
少なくとも前記電流検出部で検出される前記第1電流と前記第2電流とを用いて前記モータ及びインバータ回路に係る欠相故障及び短絡故障のうちの少なくとも一方を含む故障検出を行うように構成されている故障検出部(55a)と、
を備える、モータ制御装置。 A motor control device (50) for controlling the motor by controlling a switching operation of an inverter circuit (30) for driving the motor (22),
After the inverter circuit is set to the first switching mode and DC is energized during the positioning operation immediately after the start of the motor, the inverter circuit is further switched to the second switching mode different from the first switching mode during the positioning operation. An inverter control unit (53) configured to set DC
A current detector configured to detect a first current flowing in the inverter circuit in the first switching mode and a second current flowing in the inverter circuit in the second switching mode;
At least one of the first current and the second current detected by the current detection unit is used to detect a fault including at least one of an open-phase fault and a short-circuit fault related to the motor and the inverter circuit. A fault detection unit (55a),
A motor control device.
前記電流検出部は、前記インバータ制御部が前記位置決め動作時に切り換えるスイッチング態様において前記インバータ回路に直流通電された時に流れる、前記第1電流と前記第2電流とを含む電流を検出するように構成され、
前記故障検出部は、前記インバータ制御部が前記位置決め動作時に切り換えるスイッチング態様について前記電流検出部が検出する電流を用いて前記故障検出を行うように構成されている、
請求項1に記載のモータ制御装置。 The switching including the first switching mode and the second switching mode in which the inverter control unit performs direct current energization at least once for all switching elements of the inverter circuit during a positioning operation immediately after startup. Configured to switch modes,
The current detection unit is configured to detect a current including the first current and the second current that flows when the inverter circuit is DC-directed in a switching mode in which the inverter control unit is switched during the positioning operation. ,
The failure detection unit is configured to perform the failure detection using a current detected by the current detection unit with respect to a switching mode that the inverter control unit switches during the positioning operation.
The motor control device according to claim 1.
前記インバータ制御部は、前記第1スイッチング態様又は前記第2スイッチング態様で前記第1スイッチング素子、前記第4スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子をオン状態にし、前記第2スイッチング態様又は前記第1スイッチング態様で前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子及び前記第6スイッチング素子をオン状態にするように構成され、
前記故障検出部は、前記第4スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子のうちの一方に欠相故障が生じていて前記第1スイッチング素子に欠相故障が生じていないときの前記第1電流又は前記第2電流と、前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子のうちの一方に欠相故障が生じていて前記第6スイッチング素子に欠相故障が生じていないときの前記第2電流又は前記第1電流とのうちの大きい方の値から、前記インバータ回路に欠相故障が生じていないときの前記第1電流及び前記第2電流のうちの小さい方の値までの間に欠相故障を検出するための閾値が設定されている、
請求項2に記載のモータ制御装置。 The inverter circuit includes a first switching element, a second switching element, and a third switching element on the upper arm, and includes a fourth switching element, a fifth switching element, and a sixth switching element on the lower arm,
The inverter control unit turns on the first switching element, the fourth switching element, and the fifth switching element in the first switching mode or the second switching mode, and the second switching mode or the first switching mode. The second switching element, the third switching element, and the sixth switching element are turned on in an aspect,
The failure detection unit includes the first current when the phase failure has occurred in one of the fourth switching element and the fifth switching element, and the phase failure has not occurred in the first switching element. The second current or the second current or the second current when one of the second switching element and the third switching element has a phase failure, and the sixth switching element has no phase failure. A phase failure is detected between the larger value of one current and the smaller value of the first current and the second current when no phase failure has occurred in the inverter circuit. A threshold is set for
The motor control device according to claim 2.
前記インバータ制御部は、前記第1スイッチング態様で前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子をオン状態にし、前記第2スイッチング態様で前記第2スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子をオン状態にし、第3スイッチング態様で前記第3スイッチング素子及び前記第6スイッチング素子をオン状態にするように構成され、
前記電流検出部は、前記第1電流及び前記第2電流に加えて、前記第3スイッチング態様の前記インバータ回路に流れる第3電流を検出するように構成されている、
請求項2に記載のモータ制御装置。 The inverter circuit includes a first switching element, a second switching element, and a third switching element on the upper arm, and includes a fourth switching element, a fifth switching element, and a sixth switching element on the lower arm,
The inverter control unit turns on the first switching element and the fourth switching element in the first switching mode, turns on the second switching element and the fifth switching device in the second switching mode, Configured to turn on the third switching element and the sixth switching element in a third switching mode;
The current detection unit is configured to detect a third current flowing through the inverter circuit in the third switching mode in addition to the first current and the second current.
The motor control device according to claim 2.
請求項4に記載のモータ制御装置 The failure detection unit includes the first current, the second current, and the first current that flow through a path of a phase failure when any phase failure occurs in any of the first switching element to the sixth switching element. The largest value of the three currents, and the first current, the second current, and the third current when no phase failure has occurred in any of the first to sixth switching elements. A threshold for detecting an open phase fault is set up to the smallest value of
The motor control device according to claim 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 A winding resistance estimation unit (55b) for estimating a winding resistance value of the motor using at least the first current and the second current detected by the current detection unit;
The motor control device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 The motor is a brushless DC motor having two or less sensors.
The motor control apparatus as described in any one of Claim 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012284329A JP2014128146A (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Motor control device |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2014128146A true JP2014128146A (en) | 2014-07-07 |
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ID=51407241
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012284329A Pending JP2014128146A (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Motor control device |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016116364A (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社デンソーウェーブ | Inverter device |
JP2017209408A (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Washing machine |
CN108667352A (en) * | 2018-04-03 | 2018-10-16 | 西安科技大学 | Brshless DC motor two-phase short-circuit fault positions and error-tolerant operation control method |
CN109713642A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-03 | 浙江众邦机电科技有限公司 | A kind of sewing machine and its short-circuit protection system and guard method |
-
2012
- 2012-12-27 JP JP2012284329A patent/JP2014128146A/en active Pending
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