JP3680016B2 - Synchronous motor step-out detection device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動する同期電動機の脱調検出装置及び同期電動機の脱調検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は一般的な従来のインバータ装置の構成を示す図である。図において、１は直流電源部、２はインバータ装置、３は複数のスイッチング素子であり、３ａはＵ相上側スイッチング素子、３ｂはＶ相上側スイッチング素子、３ｃはＷ相上側スイッチング素子、３ｄはＵ相下側スイッチング素子、３ｅはＶ相下側スイッチング素子、３ｆはＷ相下側スイッチング素子である。４は複数のスイッチング素子３と並列に接続された複数の還流ダイオード、５は複数のスイッチング素子３及び複数の還流ダイオード４からなるインバータ主回路、６は直流ブラシレスモータである。
【０００３】
７ａは直流ブラシレスモータ６に流入する電流のうち一相の電流を検出する電流検出手段、７ｂは電流検出手段７ａと異なる相の電流を検出する電流検出手段、８は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された電流値に基づきインバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するインバータ制御手段である。
【０００４】
９はインバータ制御手段８内で求められた出力電圧指令値をスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生手段、１０は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された２相分の電流値から３相の電流値を求める相電流演算手段、１１は相電流演算手段より求められた３相の電流値をｄ−ｑ座標系の電流値に変換する３相２相変換手段、１２は３相２相変換手段１１により求められたｄ−ｑ座標系電流値を基に直流ブラシレスモータを駆動するためのｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を求める電圧指令値演算手段、１３は電圧指令値演算手段１２により求められたｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段、１４は直流電源１の直流電圧を検出する直流電圧検出手段、７０は相電流の過電流状態を検出する過電流検出手段である。
【０００５】
上記のように構成されたインバータ装置及び直流ブラシレスモータにおける動作を図９を用いて説明する。図において、インバータ装置２は直流ブラシレスモータ６に流入する相電流のうち２相分の電流を電流検出手段７ａ、７ｂより検出する。検出した２相分の電流、例えばＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖを用いて、インバータ制御手段８は、直流ブラシレスモータ６を駆動するためにインバータ主回路５が出力する電圧値及び電圧位相等の出力電圧指令値を演算により求め、インバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【０００６】
インバータ制御手段８においては、以下に記載する動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された相電流Ｉｕ、Ｉｖにより相電流演算手段１０にて３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求め、３相２相変換手段により３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。電圧指令値演算手段１２はｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑよりｄ−ｑ座標系における出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*を演算により求める。出力電圧ベクトル演算手段１３はｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*より出力電圧ベクトルＶｘ*を演算により求める。ＰＷＭ信号発生手段９は直流電圧検出手段１４より得られた直流電圧Ｖｄｃと出力電圧ベクトルＶｘ*よりスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を求め出力する。
【０００７】
ＰＷＭ信号発生手段９により出力されたＰＷＭ信号によりインバータ主回路５内のスイッチング素子３がオン・オフ動作される。スイッチング素子３のオン・オフ動作によりインバータ主回路５より直流ブラシレスモータ６に電力が供給され、直流ブラシレスモータ６が駆動される。
【０００８】
ここで、上記の従来のインバータ装置での脱調検出は以下のように行われる。直流ブラシレスモータ６が脱調を起こした場合は、同期運転時に比べ相電流のピークレベルが大となるため、この現象から脱調を検出する。例えば、過電流検出手段７０により、相電流値と過電流レベルを比較し、相電流が過電流レベルを超えていた場合過電流異常とし、過電流異常により脱調検出を行う。ここで、過電流検出手段７０はハードウエアあるいはソフトウエアにより構成する。
【０００９】
また、従来の同期電動機の脱調検出装置の他の例が特開平１１−１８４９９号公報に開示されている。特開平１１−１８４９９号公報に開示された同期電動機の脱調検出装置においては、制御器内で回転子上に推定速度ωｒで回転するように設定したγ―δ軸を構成し、回転子上のｄ−ｑ軸との誤差θｅを求める。このγ−δ軸に発生するθｅを関数とするγ軸誘起電圧と、δ軸誘起電圧を推定する状態推定器を構成し、逐次２つの推定値を比較することにより同期電動機の脱調を検出する例について記載している。
【００１０】
さらに、従来の同期電動機の脱調検出装置の他の例が特開２００１−２５２８２号公報に開示されている。特開２００１−２５２８２号公報に開示された同期電動機の脱調検出装置においては、インバータ装置の出力する電圧の周期と、センサレスブラシレスモータに流れる電流の周期を比較し脱調を検出する例について開示してある。また、励磁電流成分であるｄ軸電流と脱調検出レベルを比較することにより脱調を検出する例について開示してある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同期電動機の脱調検出装置は以上のように構成され、脱調状態を過電流という現象から検出していたため精度良く脱調検出をすることが困難であった。また、脱調を起こさず同期運転を継続している場合であっても、負荷の増加や速度の過減速等により電流が増加し過電流となる場合もあり、過電流現象から脱調現象を分離することは困難であった。また、過電流検出に用いる過電流レベルは、直流ブラシレスモータの回転子に用いる磁石の減磁耐力や、インバータ装置に用いる素子の限界電流のレベルによって設定される値であり、脱調検出に用いる検出レベルを独立に設定することが困難であった。
【００１２】
また、インバータ装置と直流ブラシレスモータの組み合わせによっては、脱調時の電流が同期状態の電流に比べ小となる場合もあるため過電流による検出が不可能な場合があった。
【００１３】
上記のように脱調状態が持続する場合、電動機の回転子の振動や騒音が発生する問題があった。また、電動機の振動の影響で装置を故障させる場合もあった。また、同期電動機に流れる電流が大となりインバータ装置に用いられる半導体素子等の破壊を起こす問題があった。
【００１４】
また、特開平１１−１８４９９号公報に開示された同期電動機の脱調検出装置においては、脱調検出のためにモータの誘起電圧を推定する手段を必要とするため、マイコン等の演算処理負荷を増加させることとなる。
【００１５】
また、特開２００１−２５２８２号公報に開示された同期電動機の脱調検出装置においては、インバータ装置の出力する電圧の周期と、センサレスブラシレスモータに流れる電流の周期を比較し脱調を検出するため、脱調時にインバータ装置の出力する電圧周期と、同期電動機に流れる電流の周期に差がないような状態では脱調検出が不可能である。また、励磁電流成分であるｄ軸電流と脱調検出レベルを比較することにより脱調を検出する手段では、励磁電流は回転数や負荷トルクの条件により変化するため脱調検出レベルを運転条件ごとに設定する必要があり、設定が複雑になる。
【００１６】
この発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、簡略化された脱調検出処理で精度良く同期電動機の脱調検出を可能とする同期電動機の脱調検出装置及び同期電動機の脱調検出方法を提供することを目的とする。
また、上記のような同期電動機の脱調検出装置を搭載した密閉形圧縮機の駆動装置及びファンモータの駆動装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、電流交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に比較して脱調を検出する脱調検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、電流交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の実効値又は絶対値の平均化値を求めて、ｄ−ｑ軸電流交流成分を平均化する交流成分平均化手段と、交流成分平均化手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の平均化値の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ座標電流とｄ−ｑ座標電流指令値との誤差を求める電流誤差演算手段と、電流誤差演算手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する電流誤差交成分検出手段と、電流誤差交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｄ−ｑ座標系電流から交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、特定の周波数成分を、インバータ装置の出力する電圧の周波数の２倍の周波数としたことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することを特徴とする。
【００２３】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｑ軸電流交流成分の平均値と比較される脱調検出レベルは同期電動機の定格電流の２００％程度とすることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、低速回転時に脱調検出が困難となる場合は、起動直後に定常動作回転数まで加速して脱調の検出を行うことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機を加減速する際に、脱調検出の誤検出を起こす可能性がある場合は、加減速過程以外で脱調検出処理を行うことを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号より同期電動機に印加する出力電圧指令値を求める出力電圧指令演算手段と、出力電圧指令演算手段により得られた出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段と、出力電圧ベクトル演算手段により得られた出力電圧ベクトルの大きさと脱調検出レベルとを比較する出力電圧異常検出手段と、出力電圧異常検出手段により得られた比較結果より脱調を検出する脱調検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜６は実施の形態１を示す図で、図１はインバータ装置の構成を示す図、図２は同期運転時の各種波形を説明する図、図３は脱調時の各種波形を説明する図、図４は脱調検出処理のフローチャート、図５は脱調時の各種波形を説明する図、図６は脱調検出処理のフローチャートである。
【００４０】
図１において、１は直流電源部、２はインバータ装置、３は複数のスイッチング素子であり、３ａはＵ相上側スイッチング素子、３ｂはＶ相上側スイッチング素子、３ｃはＷ相上側スイッチング素子、３ｄはＵ相下側スイッチング素子、３ｅはＶ相下側スイッチング素子、３ｆはＷ相下側スイッチング素子である。４は複数のスイッチング素子３と並列に接続された複数の還流ダイオード、５は複数のスイッチング素子３及び複数の還流ダイオード４からなるインバータ主回路、６は直流ブラシレスモータである。
【００４１】
７ａは直流ブラシレスモータ６に流入する電流のうち一相の電流を検出する電流検出手段、７ｂは電流検出手段７ａと異なる相の電流を検出する電流検出手段、８は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された電流値に基づきインバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するインバータ制御手段である。
【００４２】
９はインバータ制御手段８内で求められた出力電圧指令値をスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生手段、１０は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された２相分の電流値から３相の電流値を求める相電流演算手段、１１は相電流演算手段１０より求められた３相の電流値をｄ−ｑ 座標系の電流値に変換するｄ−ｑ座標変換手段である３相２相変換手段、１２は３相２相変換手段１１により求められたｄ−ｑ座標系電流値を基に直流ブラシレスモータを駆動するためのｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を求める電圧指令値演算手段、１３は電圧指令値演算手段１２により求められたｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段、１４は直流電源１の直流電圧を検出する直流電圧検出手段である。
【００４３】
１５は３相２相変換手段１１より得られたｄ−ｑ座標系電流の交流成分を検出する交流成分検出手段、１６は交流成分抽出手段１５より得られたｄ−ｑ座標系電流の交流成分と脱調レベルを比較し脱調検出を行う脱調検出手段である。
【００４４】
上記のように構成されたインバータ装置の動作を図１を用いて説明する。図において、インバータ装置２は直流ブラシレスモータ６に流入する相電流のうち２相分の電流を電流検出手段７ａ、７ｂより検出する。検出した２相分の電流、例えばＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖを用いて、インバータ制御手段８は、直流ブラシレスモータ６を駆動するためにインバータ主回路５が出力する電圧値及び電圧位相等の出力電圧指令値を演算により求め、インバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【００４５】
インバータ制御手段８においては、以下に記載する動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された相電流Ｉｕ、Ｉｖにより相電流演算手段１０にて３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求め、３相２相変換手段１１により３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。電圧指令値演算手段１２はｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑよりｄ−ｑ座標系における出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*を演算により求める。出力電圧ベクトル演算手段１３はｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*より出力電圧ベクトルＶｘ*を演算により求める。ＰＷＭ信号発生手段９は直流電圧検出手段１４より得られた直流電圧Ｖｄｃと出力電圧ベクトルＶｘ*よりスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を求め出力する。
【００４６】
ＰＷＭ信号発生手段９により出力されたＰＷＭ信号によりインバータ主回路５内のスイッチング素子３がオン・オフ動作される。スイッチング素子３のオン・オフ動作によりインバータ主回路５より直流ブラシレスモータ６に電力が供給され、直流ブラシレスモータが駆動される。
【００４７】
３相２相変換手段１１よりえられたｄ−ｑ座標系電流Ｉｄ、Ｉｑより交流成分検出手段１５はｄ−ｑ座標系電流Ｉｄ、Ｉｑの交流成分Ｉｄ＿ＡＣ、Ｉｑ＿ＡＣを検出する。脱調検出手段１６はｄ−ｑ座標系電流の交流成分Ｉｄ＿ＡＣ、Ｉｑ＿ＡＣと脱調検出レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを比較し、Ｉｄ＿ＡＣあるいはＩｑ＿ＡＣが脱調検出レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを超えた場合脱調とし異常停止信号を出力する。
【００４８】
脱調検出手段１６より異常停止信号が出力された場合、ＰＷＭ信号発生手段９はインバータ主回路５内のスイッチング素子３を全てオフさせるための信号を出力し、インバータ主回路５から直流ブラシレスモータ６への電力の供給を停止する。同時に、インバータ制御手段８の動作も停止させる。
【００４９】
次に、本実施の形態による脱調検出方法の詳細を図２及び図３を用いて説明する。図２に示す波形図は直流ブラシレスモータ６が正常に同期運転している場合の各種波形の一例を示すものである。図２において、波形（ａ）は電流検出手段７ａより得られる相電流波形Ｉｕ、波形（ｂ）は３相２相変換手段より得られるｄ軸電流波形Ｉｄ、波形（ｃ）は３相２相変換手段１１より得られるｑ軸電流波形Ｉｑ、波形（ｄ）はｑ軸電流Ｉｑの交流成分波形Ｉｑ＿ＡＣを示す。
【００５０】
図３に示す波形は直流ブラシレスモータが脱調している場合の各種波形の一例を示すものである。図３において、波形（ａ）は電流検出手段７ａより得られる相電流波形Ｉｕ、波形（ｂ）は３相２相変換手段より得られるｄ軸電流波形Ｉｄ、波形（ｃ）は３相２相変換手段１１より得られるｑ軸電流波形Ｉｑ、波形（ｄ）はｑ軸電流Ｉｑの交流成分波形Ｉｑ＿ＡＣを示す。
【００５１】
図２及び図３に示すように、直流ブラシレスモータが同期運転状態であれば、ｄ−ｑ座標系電流Ｉｄ、Ｉｑはほぼ直流となるが、脱調状態の場合Ｉｄ、Ｉｑに交流成分が生じる。図３の波形（ｄ）のようにＩｄ、Ｉｑの交流成分Ｉｄ＿ＡＣ、Ｉｑ＿ＡＣを脱調検出レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌと比較し、これを超えていた場合脱調とする。このような動作により脱調の検出が可能となる。
ここで、Ｉｄ、Ｉｑに交流成分が生じる現象について以下に説明する。特にＩＰＭＳＭ（埋め込み磁石型同期電動機）のようなｄ軸とｑ軸のインダクタンスが異なるモータでは、同期運転状態では、回転子位相とインバータの出力電圧位相との関係が一定の位相差を保った状態、つまりインバータの出力電圧位相を基準とした場合回転子のｄ軸とｑ軸のインダクタンスが一定の状態で動作しているためｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑはほぼ直流となる。一方、脱調状態では、回転子位相とインバータの出力電圧位相との関係が常に変動する状態、つまり、インバータの出力電圧位相を基準とした場合ｄ軸とｑ軸のインダクタンスが常に変動する状態であるためｄ軸電流およびｑ軸電流が回転位相ごとに変動し、それぞれに交流成分が発生する。このように、ｄ−ｑ軸電流の交流成分を検出することで、インバータの出力電圧位相から見た、回転子のｄ軸とｑ軸のインダクタンスの変動（回転子の動作状態）を捕らえることができ、これにより同期電動機の脱調が検出可能となる。
【００５２】
図４を用いて、実施の形態１における脱調検出手段の一例として、特にモータに流入する電流の出力トルク成分に相当するｑ軸電流Ｉｑを用いる手段を説明する。図４は脱調検出処理の流れを示すフローチャートである。図４において、ＳＴＰ１は脱調検出の開始処理、ＳＴＰ２は相電流の検出処理、ＳＴＰ３は相電流演算処理、ＳＴＰ４は３相２相変換処理、ＳＴＰ５は交流成分検出処理、ＳＴＰ６は脱調レベル比較処理、ＳＴＰ７はＰＷＭ停止処理、ＳＴＰ８は異常終了処理、ＳＴＰ９は正常終了処理である。
【００５３】
脱調検出の流れは以下のようになる。ＳＴＰ１により脱調検出処理が開始され、ＳＴＰ２の相電流検出処理で電流検出手段７ａ及び７ｂより直流ブラシレスモータ６に流入する２相分の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。ＳＴＰ３の相電流演算処理ではＳＴＰ２で得られた２相分の電流Ｉｕ、Ｉｖより３相分の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求める。ＳＴＰ４の３相２相変換処理ではＳＴＰ４で得られた３相分の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。ＳＴＰ５の交流成分検出処理では、ＳＴＰ４で得られたｑ軸電流Ｉｑの交流成分Ｉｑ＿ＡＣをハイパスフィルタにて検出する。
【００５４】
ＳＴＰ６の脱調レベル比較処理ではＳＴＰ５で得られたｑ軸電流交流成分Ｉｑ＿ＡＣを脱調レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌと比較し、Ｉｑ＿ＡＣ ≧ Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合脱調とし、ＳＴＰ７へ進む。Ｉｑ＿ＡＣ ＜ Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合同期運転中としＳＴＰ９へ進む。ＳＴＰ７のＰＷＭ停止処理ではＳＴＰ６で脱調と判断した場合、ＰＷＭ信号発生手段９の出力するＰＷＭ信号をすべて停止状態とし、さらにインバータ制御手段の動作を停止させる。ＳＴＰ８の異常終了処理では脱調異常として脱調検出を終了する。ＳＴＰ９の正常終了処理では正常動作中として脱調検出処理を終了する。
【００５５】
以上のように正常運転時と脱調時に生じるｄ−ｑ軸電流の変化を検出することにより直流ブラシレスモータの脱調を検出するようにしたため従来の過電流現象による脱調検出に比べより精度良く脱調検出が可能である。
【００５６】
また、モータに流入する電流の出力トルク成分に相当するｑ軸電流Ｉｑは出力トルクに比例するためｑ軸電流のレベルで脱調を検出すると誤検出を起こす可能性がある。そこでＩｑの交流分を検出することで、出力トルクが異なる条件であっても脱調の検出をより精度良く行うことが可能となる。
【００５７】
また、インバータ制御手段８内で出力電圧指令値の演算に用いる変数を用いているため、誘起電圧推定手段等の手段が不要であるため、脱調検出処理を簡略化することが可能である。
【００５８】
次に、本発明による同期電動機の脱調検出装置の実施の形態１の別の構成について図５を用いて説明する。ここで、インバータ装置の構成は図１と同様である。図５に示す波形図は直流ブラシレスモータ６が脱調している場合の各種波形の一例を示すものである。図５において、波形（ａ）は電流検出手段７ａより得られる相電流波形Ｉｕ、波形（ｂ）は３相２相変換手段１１より得られるｄ軸電流波形Ｉｄ、波形（ｃ）は３相２相変換手段より得られるｑ軸電流波形Ｉｑ、波形（ｄ）はｑ軸電流Ｉｑの交流成分波形Ｉｑ＿ＡＣ、波形（ｅ）はｑ軸電流交流分Ｉｑ＿ＡＣを整流して得られるｑ軸電流交流分絶対値波形｜Ｉｑ＿ＡＣ｜、波形（ｆ）はｑ軸電流交流分絶対値をローパスフィルタによりフィルタリングした波形Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌを示す。
【００５９】
図２及び図５に示すように、直流ブラシレスモータが同期運転状態であれば、ｄ−ｑ座標系電流Ｉｄ、Ｉｑはほぼ直流となるが、脱調状態の場合Ｉｄ、Ｉｑに交流成分が生じる。図３の波形（ｆ）のようにＩｄ、Ｉｑの交流成分絶対値をローパスフィルタにてフィルタリングした値Ｉｄ＿ＡＣ＿Ｆｉｌ、Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌを脱調検出レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌと比較し、これを超えていた場合脱調とする。このような動作により脱調の検出が可能となる。
【００６０】
図６を用いて、脱調検出手段の一例として、特にモータに流入する電流の出力トルク成分に相当するｑ軸電流Ｉｑを用いる手段を説明する。図６は脱調検出の処理の流れを示すフローチャートである。図６において、ＳＴＰ１は脱調検出の開始処理、ＳＴＰ２は相電流の検出処理、ＳＴＰ３は相電流演算処理、ＳＴＰ４は３相２相変換処理、ＳＴＰ５は交流成分検出処理、ＳＴＰ１０は整流（絶対値演算）処理、ＳＴＰ１１ローパスフィルタによるフィルタリング処理、ＳＴＰ１２は脱調レベル比較処理、ＳＴＰ７はＰＷＭ停止処理、ＳＴＰ８は異常処理、ＳＴＰ９は正常終了処理である。
【００６１】
脱調検出の流れは以下のようになる。ＳＴＰ１により脱調検出処理が開始され、ＳＴＰ２の相電流検出処理で電流検出手段７ａ及び７ｂより直流ブラシレスモータ６に流入する２相分の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。ＳＴＰ３の相電流演算処理ではＳＴＰ２で得られた２相分の電流Ｉｕ、Ｉｖより３相分の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求める。ＳＴＰ４の３相２相変換処理ではＳＴＰ４で得られた３相分の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。ＳＴＰ５の交流成分検出処理では、ＳＴＰ４で得られたｑ軸電流Ｉｑの交流成分Ｉｑ＿ＡＣをハイパスフィルタにて検出する。
【００６２】
ＳＴＰ１０の整流（絶対値演算）処理ではＳＴＰ５で得られたｑ軸電流交流成分Ｉｑ＿ＡＣを整流しＩｑ＿ＡＣの絶対値｜Ｉｑ＿ＡＣ｜を求める。ＳＴＰ１１のフィルタリング処理は｜Ｉｑ＿ＡＣ｜をローパスフィルタを用いてフィルタリングを行いＩｑの交流分の絶対値フィルタ値Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌを求める。ＳＴＰ１２の脱調レベル比較手段では、Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌと脱調レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌと比較し、Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌ ≧ Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合脱調とし、ＳＴＰ７へ進む。Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌ ＜ Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合同期運転中としＳＴＰ９へ進む。ＳＴＰ７のＰＷＭ停止処理ではＳＴＰ６で脱調と判断した場合、ＰＷＭ信号発生手段９の出力するＰＷＭ信号をすべて停止状態とし、さらにインバータ制御手段の動作を停止させる。ＳＴＰ８の異常終了処理では脱調異常として脱調検出を終了する。ＳＴＰ９の正常終了処理では正常動作中として脱調検出処理を終了する。
【００６３】
以上のように正常運転時と脱調時に生じるｄ−ｑ軸電流の変化を検出することにより直流ブラシレスモータの脱調を検出するようにしたため従来の過電流現象による脱調検出に比べより精度良く脱調検出が可能である。
【００６４】
また、モータに流入する電流の出力トルク成分に相当するｑ軸電流Ｉｑは出力トルクに比例するため、単純にｑ軸電流のレベルで脱調を検出する場合、回転数や負荷トルクの条件に応じて脱調レベルを設定する必要があるため複雑な構成となる。しかし、本発明の実施の形態１のようにＩｑの交流分を検出することで、出力トルクが異なる条件であっても脱調の検出をより精度良く行うことが可能となる。
【００６５】
同様に脱調検出にｄ軸電流値を用いる場合であっても、ｄ軸電流値は回転数や負荷トルクのような同期電動機の運転条件により変化するため、従来例のように単純にｄ軸電流のレベルで脱調を検出する場合、回転数や負荷トルクの条件に応じて脱調レベルを設定する必要があるため複雑な構成となる。しかし、本発明の実施の形態１のようにＩｄの交流分を検出することで、同期電動機の運転状態が異なる条件であっても脱調の検出をより精度良く行うことが可能となる。
【００６６】
また、インバータ制御手段８内で出力電圧指令値の演算に用いる変数を用いているため、誘起電圧推定手段等の手段が不要であるため、脱調検出処理を簡略化することが可能である。
【００６７】
また、ｑ軸電流の交流成分Ｉｑ＿ＡＣの絶対値を取り｜Ｉｑ＿ＡＣ｜、その値をローパスフィルタを用いてフィルタリングした値Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌを脱調検出に用いることで、以下の点でより脱調検出精度を向上することが可能である。急激な負荷トルク変動あるいは、直流電源１の電圧の変動により、脱調状態でない場合であってもｑ軸電流の交流成分Ｉｑ＿ＡＣが一時的に大となる場合があるが、Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌを脱調検出に用いることで前記状態による脱調状態の誤検出を回避することが可能である。
【００６８】
ここで、脱調検出時に比較するための脱調検出レベルの設定例について説明する。ｑ軸電流値Ｉｑの交流成分Ｉｑ＿ＡＣは同期運転状態においても、負荷トルクの変動などにより発生する。しかし、通常時に発生するＩｑ＿ＡＣのレベルは脱調時に発生するＩｑ＿ＡＣレベルと比較すると小であるため、設定レベルは通常時に発生するＩｑ＿ＡＣレベルより大きく、脱調時に発生するＩｑ＿ＡＣレベルより小とすることで可能である。通常時と脱調時のＩｑ＿ＡＣの発生レベルには大きな差があるため設定は容易である。
【００６９】
脱調レベル設定値の一例を以下に説明する。定格運転時の電流が０．５Ａ程度の直流ブラシレスモータに対して脱調時に発生するｑ軸電流Ｉｑの交流成分の平均値Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌのレベルは定格運転範囲内において定格電流実効値の５０％以下であったのに対し、脱調時に発生するｑ軸電流交流成分平均値Ｉｑ＿ＡＣ＿Ｆｉｌのレベルは定格運転範囲において定格電流実効値の２５０％以上であった。そこで、負荷トルクの変動や直流電圧変動の影響を考慮し、定格電流実効値の２００％を脱調検出レベルとするなどの手段が考えられる。
【００７０】
また、脱調レベル設定時の別の一例を以下に説明する。同期電動機の負荷の例として圧縮機、特にシングル回転子リタイプの圧縮機のように一回転中の負荷変動が大きいものに対しては、負荷変動の影響によるトルクリップルによりｑ軸電流Ｉｑに発生する交流成分Ｉｑ＿ＡＣがやや大となるが、脱調時のＩｑ＿ＡＣはそれほど大とはならない。通常に比べて脱調検出レベルを大きめに設定すればよい。
【００７１】
本発明の実施の形態１で示した脱調検出法において、インバータ装置と直流ブラシレスモータの組み合わせによっては低速時の直流モータに流入する電流が小さいため、低速回転時に脱調検出が困難となる条件がある。このような場合は、起動直後に定常動作回転数まで加速することで検出が可能となる。このとき、検出までの間、脱調状態が継続することとなるが、時間として、数秒であり、また流れる電流も定格運転時に比べ小さいため、インバータ装置や同期電動機への悪影響はほとんどない。
【００７２】
また、直流ブラシレスモータを加減速する場合、ｄ−ｑ座標系電流Ｉｄ、Ｉｑに交流成分が生じる場合があり、脱調検出の誤検出を起こす可能性がある。このような場合は加減速中に脱調検出処理を行わず、加減速過程以外で検出するようにすることで検出が可能となる。
【００７３】
ここで、図４あるいは図６に示す脱調検出のための流れ図において、ＳＴＰ５でｄ−ｑ座標系電流から交流成分を検出する際、バンドパスフィルタやＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を用いて特定の周波数成分のみを検出する手段を用いることでより脱調検出精度を向上することが可能となる。特定周波数成分の一例として、インバータ装置の出力する電圧の周波数の２倍の周波数が上げられる。これは、例えば４極のモータであれば脱調時のｄ−ｑ座標系電流にインバータ装置の出力する電圧の回転周波数の２倍の周波数成分が多く含まれるためである。特定周波数成分を決める場合、一例として、モータの極数などから決定する方法がある。
【００７４】
実施の形態１における脱調検出法としてｑ軸電流値を用いる手段について説明したが、ｄ軸電流値あるいは、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流との誤差、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流との誤差を用いることでも同様の脱調検出を行うことが可能である。ここで、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値とは、同期電動機を駆動制御する際に、同期電動機を適正に制御するための指令値であり、同期電動機の運転条件により決まる値である。
【００７５】
ｄ軸電流指令値とｄ軸電流との誤差、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流との誤差を用いて脱調検出を行う場合は、相電流演算手段１０より求められた３相の電流値をｄ−ｑ 座標系の電流値に変換するｄ−ｑ座標変換手段である３相２相変換手段１１により得られたｄ−ｑ座標電流とｄ−ｑ座標電流指令値との誤差を求め、得られたｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出し、検出されたｄ−ｑ軸電流誤差交流成分の少なくとも何れか一方と任意に設定された脱調レベル信号とを比較して脱調を検出する。
【００７６】
脱調検出にｑ軸電流値を用いる場合、ｑ軸電流は同期電動機に流れる電流のトルク成分に相当する。このためｑ軸電流に大きな交流成分が生じる場合は電動機の出力トルクの変動が大である場合であり、動作が異常である場合に相当する。ここで、定常動作時においても、負荷トルクの変動によってｑ軸電流に交流成分が発生するが脱調時に発生する交流成分に比べ小である。以上のようにｑ軸電流の変化は電動機の動作に関連付けられるため正常時と脱調時を区別しやすい。このため脱調検出にｑ軸電流を用いる手段は脱調レベルの設定等が容易になる。
【００７７】
また、脱調検出にｄ軸電流を用いる場合、ｄ軸電流はｑ軸電流と同様に脱調時に交流成分を生じるため、ｑ軸電流と同様に脱調検出が可能となる。
【００７８】
また、ｄ軸電流とｑ軸電流の両方を用いる場合は、複数の情報より脱調を検出するためより脱調検出の精度が向上する。ｄ軸電流値とｑ軸電流値を用いて座標変換や演算式を用いてｄ軸電流あるいはｑ軸電流以外の少なくとも１つの検出量に変換して用いる場合も同様である。
【００７９】
また、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、一般的に電動機の回転子の磁極方向をｄ軸、ｄ軸から回転方向に９０度進んだ位相をｑ軸と定義している。しかし、位置センサレスで同期電動機を駆動する場合、正確にｄ−ｑ軸を検出することは困難なので、制御上の座標系として、ｄ軸に相当する軸をδ軸、ｑ軸に相当する軸をγ軸として定義する場合もあるが、δ−γ軸座標系においても同様の構成で実現できることは言うまでもない。
【００８０】
上述の実施の形態では、ｄ−ｑ軸電流交流成分を平均化する場合に、ｄ−ｑ 軸電流の交流成分の絶対値を取り、その絶対値をフィルタリングすることによりｄ−ｑ 軸電流の交流成分平均化値を求めたが、ｄ−ｑ軸電流交流成分の実効値を求めてｄ−ｑ 軸電流の交流成分平均化値としてもよい。
【００８１】
実施の形態２．
図７、８は実施の形態２を示す図で、図７はインバータ装置の構成を示す図、図８は脱調検出処理の流れ図である。図７において、１は直流電源部、２はインバータ装置、３は複数のスイッチング素子であり、３ａはＵ相上側スイッチング素子、３ｂはＶ相上側スイッチング素子、３ｃはＷ相上側スイッチング素子、３ｄはＵ相下側スイッチング素子、３ｅはＶ相下側スイッチング素子、３ｆはＷ相下側スイッチング素子である。４は複数のスイッチング素子３と並列に接続された複数の還流ダイオード、５は複数のスイッチング素子３及び複数の還流ダイオード４からなるインバータ主回路、６は直流ブラシレスモータである。
【００８２】
７ａは直流ブラシレスモータ６に流入する電流のうち一相の電流を検出する電流検出手段、７ｂは電流検出手段７ａと異なる相の電流を検出する電流検出手段、８は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された電流値に基づきインバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するインバータ制御手段である。
【００８３】
９はインバータ制御手段８内で求められた出力電圧指令値をスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生手段、１０は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された２相分の電流値から３相の電流値を求める相電流演算手段、１１は相電流演算手段より求められた３相の電流値をｄ−ｑ座標系の電流値に変換する３相２相変換手段、１２は３相２相変換手段１１により求められたｄ−ｑ座標系電流値を基に直流ブラシレスモータを駆動するためのｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を求める電圧指令値演算手段、１３は電圧指令値演算手段１２により求められたｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段、１４は直流電源１の直流電圧を検出する直流電圧検出手段である。
【００８４】
１７は出力電圧ベクトル演算処理１３より得られた出力電圧ベクトルＶｘ*の大きさ｜Ｖｘ*｜と脱調検出レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌとを比較する出力電圧異常検出手段、１８は出力電圧異常検出手段１７より得られた比較結果より脱調を検出する脱調検出手段である。
【００８５】
上記のように構成されたインバータ装置の動作を図７を用いて説明する。図において、インバータ装置２は直流ブラシレスモータ６に流入する相電流のうち２相分の電流を電流検出手段７ａ、７ｂより検出する。検出した２相分の電流、例えばＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖを用いて、インバータ制御手段８は、直流ブラシレスモータ６を駆動するためにインバータ主回路５が出力する電圧値及び電圧位相等の出力電圧指令値を演算により求め、インバータ主回路５内のスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【００８６】
インバータ制御手段８においては、以下に記載する動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された相電流Ｉｕ、Ｉｖにより相電流演算手段１０にて３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求め、３相２相変換手段１１により３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。電圧指令値演算手段１２はｄ−ｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑよりｄ−ｑ座標系における出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*を演算により求める。出力電圧ベクトル演算手段１３はｄ−ｑ座標系の出力電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*より出力電圧ベクトルＶｘ*を演算により求める。ＰＷＭ信号発生手段９は直流電圧検出手段１４より得られた直流電圧Ｖｄｃと出力電圧ベクトルＶｘ*よりスイッチング素子３をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を求め出力する。
【００８７】
ＰＷＭ信号発生手段９により出力されたＰＷＭ信号によりインバータ主回路５内のスイッチング素子３がオン・オフ動作される。スイッチング素子３のオン・オフ動作によりインバータ主回路５より直流ブラシレスモータ６に電力が供給され、直流ブラシレスモータが駆動される。
【００８８】
出力電圧ベクトル演算手段１３より得られた出力電圧ベクトルＶｘ*は出力電圧異常検出手段１７においてベクトルの大きさ｜Ｖｘ*｜が求められたのち、脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌと比較され脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを下回った場合脱調とする。一方、脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを超えていれば正常に同期運転が行われているとする。
【００８９】
脱調検出手段１８では出力電圧異常検出処理の結果、｜Ｖｘ*｜が脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを下回った場合、脱調とし、ＰＷＭ信号発生手段９に異常停止信号を出力する。ＰＷＭ信号発生手段９は異常停止信号を受信した場合、インバータ主回路５内のスイッチング素子３をすべてオフとする信号を出力し、スイッチング素子の動作を停止させる。また、これと同時にインバータ制御装置の動作も停止させる。このような動作により脱調検出が可能となる。
【００９０】
図８を用いて、実施の形態２における脱調検出処理の流れの一例について説明する。図８は脱調検出の処理の流れを示すフローチャートである。図８において、ＳＴＰ１は脱調検出の開始処理、ＳＴＰ１３は出力電圧ベクトル検出処理、ＳＴＰ１４は出力電圧ベクトルの大きさ検出処理、ＳＴＰ１５は脱調レベル比較処理、ＳＴＰ７はＰＷＭ停止処理、ＳＴＰ８は異常終了処理、ＳＴＰ９は正常終了処理である。
【００９１】
ＳＴＰ１で脱調検出処理を開始し、ＳＴＰ１３の出力ベクトル検出処理で出力電圧ベクトル演算処理１３より得られた出力電圧ベクトルＶｘ*を検出し、ＳＴＰ１４の出力ベクトルの大きさ検出処理でＳＴＰ１３で検出した出力電圧ベクトルＶｘ*の大きさ｜Ｖｘ*｜を求める。ＳＴＰ１５の脱調レベル比較処理では出力電圧ベクトルの大きさ｜Ｖｘ*｜と脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌを比較し、｜Ｖｘ*｜ ＜ Ｖ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合脱調としＳＴＰ７に進む。一方｜Ｖｘ*｜ ≧ Ｖ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌの場合正常に同期運転が行われているとしＳＴＰ９に進む。
【００９２】
ＳＴＰ７のＰＷＭ停止処理ではＳＴＰ６で脱調と判断した場合、ＰＷＭ信号発生手段９の出力するＰＷＭ信号をすべて停止状態とし、さらにインバータ制御手段の動作を停止させる。ＳＴＰ８の異常終了処理では脱調異常として脱調検出を終了する。ＳＴＰ９の正常終了処理では正常動作中として脱調検出処理を終了する。
【００９３】
直流ブラシレスモータを駆動する場合、同期運転を継続するために必要な出力電圧を下回るような場合、同期運転が継続できず脱調を起こす。そこでこの現象より脱調を検出することが可能となる。この検出が実施の形態２に示した動作で実現可能である。ここで、運転条件に応じて出力電圧ベクトルの大きさ｜Ｖｘ*｜は異なるため脱調レベルＶ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌは運転条件に応じて設定する。
【００９４】
以上のように正常同期運転時と脱調時に生じる出力電圧ベクトル｜Ｖｘ*｜の差を検出することにより直流ブラシレスモータの脱調を検出するようにしたため従来の過電流現象による脱調検出に比べより精度良く脱調検出が可能である。
【００９５】
また、インバータ制御手段８内で出力電圧指令値の演算に用いる変数を用いているため、誘起電圧推定手段等の手段が不要となり、脱調検出処理を簡略化することが可能である。
【００９６】
ここで、本発明による実施の形態１及び実施の形態２による同期電動機の例として直流ブラシレスモータを例にあげたが、永久磁石同期電動機やシンクロナスリラクタンスモータ、スイッチドリラクタンスモータのようなものであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９７】
本発明による同期電動機の脱調検出装置を搭載する装置の一例として、冷凍冷蔵庫や空気調和機の圧縮機駆動装置があげられる。圧縮機駆動装置に搭載することで、脱調が継続した場合に生じる圧縮機騒音、圧縮機の振動による冷媒配管の損傷あるいは電動機の回転子に用いられる磁石の減磁あるいは電流増加によるインバータ装置の半導体素子の破壊などの問題点を改善できる。これにより、信頼性の高い冷凍冷蔵庫や空気調和機を実現できる。
【００９８】
本発明による同期電動機の脱調検出装置を搭載する装置の一例として、冷凍冷蔵庫や空気調和機のファンモータ駆動装置が上げられる。ファンモータ駆動装置に搭載することで、脱調が継続した場合に生じるファンモータ騒音、ファンモータの振動あるいは電動機の回転子に用いられる磁石の減磁あるいは電流増加によるインバータ装置の半導体素子の破壊などの問題点を改善できる。これにより、信頼性の高い冷凍冷蔵庫や空気調和機を実現できる。
【００９９】
【発明の効果】
この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、電流交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段とを備えたことにより、簡略化された構成で、精度良く脱調を検出することが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる、回転子内の磁石の減磁や電流増加によるインバータ主回路素子の破壊を防ぐことが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の騒音や振動を防ぐことが可能となる。
【０１００】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、電流交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の実効値又は絶対値の平均化値を求めて、ｄ−ｑ軸電流交流成分を平均化する交流成分平均化手段と、交流成分平均化手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の平均化値の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段とを備えたことにより、簡略化された容易な構成で、精度良く脱調を検出することが可能となる。また、検出に用いる値に平均化した値を用いるため、同期電動機の負荷トルク変動、あるいは電圧変動による脱調誤検出を防ぐことが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の回転子内の磁石の減磁や電流増加によるインバータ主回路素子の破壊を防ぐことが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の騒音や振動を防ぐことが可能となる。
【０１０１】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ座標電流とｄ−ｑ座標電流指令値との誤差を求める電流誤差演算手段と、電流誤差演算手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する電流誤差交成分検出手段と、電流誤差交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合にとを比較して脱調を検出する脱調検出手段とを備えたことにより、簡略化された構成で、精度良く脱調を検出することが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の回転子内の磁石の減磁や電流増加によるインバータ主回路素子の破壊を防ぐことが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の騒音や振動を防ぐことが可能となる。
【０１０２】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｄ−ｑ座標系電流から交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することにより、脱調検出精度を向上することができる。
【０１０３】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、特定の周波数成分を、インバータ装置の出力する電圧の周波数の２倍の周波数としたことにより、脱調検出精度を向上することができる。
【０１０４】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することにより、脱調検出精度を向上することができる。
【０１０５】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、ｑ軸電流交流成分の平均値と比較される脱調検出レベルは同期電動機の定格電流の２００％程度とすることにより、負荷トルクや直流電圧の変動の影響を受けることなく、確実に脱調を検出することができる。
【０１０６】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、低速回転時に脱調検出が困難となる場合は、起動直後に定常動作回転数まで加速して脱調の検出を行うことにより、脱調の検出が可能となる。
【０１０７】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機を加減速する際に、脱調検出の誤検出を起こす可能性がある場合は、加減速過程以外で脱調検出処理を行うことにより、脱調の検出が可能となる。
【０１０８】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号より同期電動機に印加する出力電圧指令値を求める出力電圧指令演算手段と、出力電圧指令演算手段により得られた出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段と、出力電圧ベクトル演算手段により得られた出力電圧ベクトルの大きさと脱調検出レベルとを比較する出力電圧異常検出手段と、出力電圧異常検出手段により得られた比較結果より脱調を検出する脱調検出手段とを備えたことにより、簡略化された構成で、精度良く脱調を検出することが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の回転子内の磁石の減磁や電流増加によるインバータ主回路素子の破壊を防ぐことが可能となる。また、脱調状態が継続することで生じる同期電動機の騒音や振動を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、同期電動機の脱調検出装置の構成を示す図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、同期運転時の各種波形を説明する図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、脱調時の各種波形を説明する図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、脱調検出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、脱調時の各種波形を説明する図ある。
【図６】 実施の形態１を示す図で、脱調検出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図７】 実施の形態２を示す図で、同期電動機の脱調検出装置の構成を示す図である。
【図８】 実施の形態２を示す図で、脱調検出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】 従来の同期電動機の脱調検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 直流電源部、２ インバータ装置、３ スイッチング素子、３ａ Ｕ相上側スイッチング素子、３ｂ Ｖ相上側スイッチング素子、３ｃ Ｗ相上側スイッチング素子、３ｄ Ｕ相下側スイッチング素子、３ｅ Ｖ相下側スイッチング素子、３ｆ Ｗ相下側スイッチング素子、４ 還流ダイオード、５ インバータ主回路、６ 直流ブラシレスモータ、７ａ、７ｂ 電流検出手段、８ インバータ制御手段、９ ＰＷＭ信号発生手段、１０ 相電流演算手段、１１ ３相２相変換手段、１２ 電圧指令値演算手段、１３ 出力電圧ベクトル演算手段、１４ 直流電圧検出手段、１５ 交流成分検出手段、１６ 脱調検出手段、１７ 出力電圧異常検出手段、１８ 脱調検出手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a synchronous motor step-out detection device and a synchronous motor step-out detection method for driving a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a general conventional inverter device. In the figure, 1 is a DC power supply unit, 2 is an inverter device, 3 is a plurality of switching elements, 3a is a U-phase upper switching element, 3b is a V-phase upper switching element, 3c is a W-phase upper switching element, and 3d is a U-phase switching element. A phase lower switching element, 3e is a V phase lower switching element, and 3f is a W phase lower switching element. Reference numeral 4 denotes a plurality of freewheeling diodes connected in parallel to the plurality of switching elements 3, 5 denotes an inverter main circuit including the plurality of switching elements 3 and the plurality of freewheeling diodes 4, and 6 denotes a DC brushless motor.
[0003]
7a is a current detection means for detecting one phase of the current flowing into the DC brushless motor 6, 7b is a current detection means for detecting a current of a phase different from the current detection means 7a, and 8 is a current detection means 7a, 7b. This is inverter control means for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 based on the detected current value.
[0004]
9 is a PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling on / off of the switching element 3 based on the output voltage command value obtained in the inverter control means 8, and 10 is detected by the current detecting means 7a and 7b. Phase current calculation means for obtaining a three-phase current value from the current value of the phase, 11 is a three-phase two-phase conversion for converting the three-phase current value obtained by the phase current calculation means into a current value in the dq coordinate system Means 12 is a voltage command value calculation means for obtaining an output voltage command value of the dq coordinate system for driving the DC brushless motor based on the dq coordinate system current value obtained by the three-phase to two-phase conversion means 11. , 13 is an output voltage vector computing means for obtaining an output voltage vector based on the output voltage command value of the dq coordinate system obtained by the voltage command value computing means 12, and 14 is a DC voltage for detecting the DC voltage of the DC power source 1. Inspection Means, 70 is the overcurrent detection means for detecting an overcurrent state of the phase current.
[0005]
Operations in the inverter device and the DC brushless motor configured as described above will be described with reference to FIG. In the figure, the inverter device 2 detects currents for two phases among the phase currents flowing into the DC brushless motor 6 by means of current detection means 7a, 7b. Using the detected two-phase currents, for example, the U-phase current Iu and the V-phase current Iv, the inverter control means 8 outputs the voltage value, voltage phase, etc. output from the inverter main circuit 5 to drive the DC brushless motor 6. The output voltage command value is obtained by calculation, and a PWM signal for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 is output.
[0006]
The inverter control means 8 outputs a PWM signal by the operation described below. The phase current calculation means 10 obtains phase currents Iu, Iv, Iw for three phases from the phase currents Iu, Iv detected by the current detection means 7a, 7b, and the phase currents for three phases are obtained by the three-phase two-phase conversion means. Iu, Iv, and Iw are converted into currents Id and Iq in the dq coordinate system. The voltage command value calculation means 12 calculates the output voltage command value Vd in the dq coordinate system from the currents Id and Iq in the dq coordinate system. * , Vq * Is obtained by calculation. The output voltage vector calculation means 13 outputs the output voltage command value Vd in the dq coordinate system. * , Vq * Output voltage vector Vx * Is obtained by calculation. The PWM signal generating means 9 includes a DC voltage Vdc obtained from the DC voltage detecting means 14 and an output voltage vector Vx. * Thus, a PWM signal for ON / OFF control of the switching element 3 is obtained and output.
[0007]
The switching element 3 in the inverter main circuit 5 is turned on / off by the PWM signal output from the PWM signal generating means 9. Electric power is supplied from the inverter main circuit 5 to the DC brushless motor 6 by the on / off operation of the switching element 3, and the DC brushless motor 6 is driven.
[0008]
Here, the step-out detection in the above conventional inverter device is performed as follows. When the DC brushless motor 6 has stepped out, the peak level of the phase current becomes larger than that during the synchronous operation, so the step out is detected from this phenomenon. For example, the overcurrent detection means 70 compares the phase current value with the overcurrent level. If the phase current exceeds the overcurrent level, an overcurrent abnormality is detected, and step-out detection is performed due to the overcurrent abnormality. Here, the overcurrent detection means 70 is configured by hardware or software.
[0009]
Another example of a conventional synchronous motor step-out detection device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-18499. In the synchronous motor step-out detection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-18499, a γ-δ axis set to rotate at an estimated speed ωr on the rotor is configured in the controller, and An error θe with respect to the dq axis is obtained. Configures a state estimator that estimates the γ-axis induced voltage, which is a function of θe generated on the γ-δ axis, and the δ-axis induced voltage, and detects out-of-step of the synchronous motor by sequentially comparing the two estimated values. An example is given.
[0010]
Furthermore, another example of a conventional synchronous motor step-out detection device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25282. The synchronous motor step-out detection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25282 discloses an example in which step-out is detected by comparing the cycle of the voltage output from the inverter device with the cycle of the current flowing through the sensorless brushless motor. It is. In addition, an example in which step-out is detected by comparing the d-axis current, which is an excitation current component, with the step-out detection level is disclosed.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional synchronous motor step-out detection device is configured as described above, and it is difficult to detect step-out with high accuracy because the step-out state is detected from the phenomenon of overcurrent. In addition, even when synchronous operation is continued without causing step-out, the current may increase due to an increase in load or excessive deceleration of the speed, resulting in an overcurrent. It was difficult to separate. The overcurrent level used for overcurrent detection is a value set by the demagnetization resistance of the magnet used for the rotor of the DC brushless motor and the limit current level of the element used for the inverter device, and is used for step-out detection. It was difficult to set the detection level independently.
[0012]
Also, depending on the combination of the inverter device and the DC brushless motor, the current at the time of step-out may be smaller than the current in the synchronous state, so that detection by overcurrent may not be possible.
[0013]
When the step-out state continues as described above, there is a problem that vibration and noise of the rotor of the electric motor are generated. In some cases, the device may be damaged due to the vibration of the motor. Further, there is a problem in that the current flowing through the synchronous motor becomes large and the semiconductor elements used in the inverter device are destroyed.
[0014]
Further, the synchronous motor step-out detection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-18499 requires means for estimating the induced voltage of the motor for step-out detection. Will be increased.
[0015]
Further, in the synchronous motor step-out detection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25282, in order to detect step-out by comparing the cycle of the voltage output from the inverter device with the cycle of the current flowing through the sensorless brushless motor. In a state where there is no difference between the voltage cycle output from the inverter device at the time of step-out and the cycle of the current flowing through the synchronous motor, step-out detection is impossible. Also, in the means for detecting step-out by comparing the d-axis current that is the excitation current component with the step-out detection level, the step-out detection level is changed for each operating condition because the excitation current changes depending on the conditions of the rotation speed and load torque. It is necessary to set to, and the setting becomes complicated.
[0016]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a synchronous motor step-out detection device and a synchronous motor capable of accurately detecting step-out of a synchronous motor with simplified step-out detection processing. An object of the present invention is to provide a step-out detection method.
It is another object of the present invention to provide a hermetic compressor driving device and a fan motor driving device equipped with the synchronous motor step-out detection device as described above.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A synchronous motor step-out detection device according to the present invention includes: a current detection unit that detects a current flowing through a synchronous motor in an inverter device that drives the synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position; Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the detection means into an excitation current component (d-axis current) and a torque current component (q-axis current), and d obtained by the dq coordinate conversion means. A current AC component detection means for obtaining an AC component of the q-axis current and at least one of a dq-axis current AC component obtained by the current AC component detection means But Arbitrarily set step-out level signal If it exceeds And a step-out detecting means for detecting step-out in comparison.
[0018]
A step-out detection device for a synchronous motor according to the present invention includes: a current detection unit that detects a current flowing through the synchronous motor in an inverter device that drives the synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position; Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the current detection means into excitation current component (d-axis current) and torque current component (q-axis current), and dq coordinate conversion means. A current alternating current component detecting means for obtaining an alternating current component of the dq axis current, an effective value or an average value of absolute values of the dq axis current alternating current component obtained by the current alternating current component detecting means, and d− AC component averaging means for averaging q-axis current AC components, and at least one of dq-axis current AC component average values obtained by AC component averaging means But Arbitrarily set step-out level signal If it exceeds And a step-out detecting means for detecting step-out.
[0019]
A step-out detection device for a synchronous motor according to the present invention includes: a current detection unit that detects a current flowing through the synchronous motor in an inverter device that drives the synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position; Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the current detection means into excitation current component (d-axis current) and torque current component (q-axis current), and dq coordinate conversion means. Current error calculation means for obtaining an error between the dq coordinate current and the dq coordinate current command value, and current error cross component detection for detecting an alternating current component of the dq axis current error obtained by the current error calculation means. And at least one of dq axis current error AC component obtained by current error AC component detection means But Arbitrarily set step-out level signal If it exceeds And a step-out detecting means for detecting step-out.
[0020]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized by detecting only a specific frequency component when detecting an AC component from a dq coordinate system current.
[0021]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the specific frequency component is set to a frequency twice the frequency of the voltage output from the inverter device.
[0022]
The synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized by detecting only a specific frequency component when detecting an AC component of a dq axis current error.
[0023]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the step-out detection level compared with the average value of the q-axis current AC component is about 200% of the rated current of the synchronous motor.
[0024]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that when step-out detection is difficult at low speed rotation, the step-up detection is performed by accelerating to the steady operation rotational speed immediately after startup. .
[0025]
Also, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention performs step-out detection processing other than the acceleration / deceleration process when there is a possibility of erroneous detection of step-out detection when accelerating / decelerating the synchronous motor. It is characterized by that.
[0026]
A step-out detection device for a synchronous motor according to the present invention includes: a current detection unit that detects a current flowing through the synchronous motor in an inverter device that drives the synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position; An output voltage command calculation means for obtaining an output voltage command value to be applied to the synchronous motor from a current signal obtained by the current detection means, and an output voltage vector is obtained based on the output voltage command value obtained by the output voltage command calculation means The output voltage vector calculating means, the output voltage abnormality detecting means for comparing the magnitude of the output voltage vector obtained by the output voltage vector calculating means and the step-out detection level, and the comparison result obtained by the output voltage abnormality detecting means And a step-out detecting means for detecting a key.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 to 6 are diagrams illustrating the first embodiment, FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an inverter device, FIG. 2 is a diagram illustrating various waveforms during synchronous operation, and FIG. 3 is a diagram illustrating various waveforms during step-out. FIG. 4 is a flowchart of the step-out detection process, FIG. 5 is a diagram for explaining various waveforms at the time of step-out, and FIG. 6 is a flowchart of the step-out detection process.
[0040]
In FIG. 1, 1 is a DC power supply unit, 2 is an inverter device, 3 is a plurality of switching elements, 3a is a U-phase upper switching element, 3b is a V-phase upper switching element, 3c is a W-phase upper switching element, and 3d is A U-phase lower switching element, 3e is a V-phase lower switching element, and 3f is a W-phase lower switching element. Reference numeral 4 denotes a plurality of freewheeling diodes connected in parallel to the plurality of switching elements 3, 5 denotes an inverter main circuit including the plurality of switching elements 3 and the plurality of freewheeling diodes 4, and 6 denotes a DC brushless motor.
[0041]
7a is a current detection means for detecting one phase of the current flowing into the DC brushless motor 6, 7b is a current detection means for detecting a current of a phase different from the current detection means 7a, and 8 is a current detection means 7a, 7b. This is inverter control means for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 based on the detected current value.
[0042]
9 is a PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling on / off of the switching element 3 based on the output voltage command value obtained in the inverter control means 8, and 10 is detected by the current detecting means 7a and 7b. Phase current calculation means for obtaining a three-phase current value from the current value of the phase, and 11 is a dq coordinate for converting the three-phase current value obtained by the phase current calculation means 10 into a current value in the dq coordinate system. A three-phase / two-phase conversion unit, which is a conversion unit, 12 is an output voltage of a dq coordinate system for driving a DC brushless motor based on a dq coordinate system current value obtained by the three-phase / two-phase conversion unit 11. A voltage command value calculating means for determining a command value, 13 is an output voltage vector calculating means for determining an output voltage vector based on the output voltage command value of the dq coordinate system determined by the voltage command value calculating means 12, and 14 is a DC power source. 1's DC voltage detection means for detecting a DC voltage.
[0043]
Reference numeral 15 denotes AC component detection means for detecting an AC component of the dq coordinate system current obtained from the three-phase / two-phase conversion means 11, and 16 denotes an AC component of the dq coordinate system current obtained from the AC component extraction means 15. And step-out detection means for comparing step-out levels and detecting step-out.
[0044]
The operation of the inverter device configured as described above will be described with reference to FIG. In the figure, the inverter device 2 detects currents for two phases among the phase currents flowing into the DC brushless motor 6 by means of current detection means 7a, 7b. Using the detected two-phase currents, for example, the U-phase current Iu and the V-phase current Iv, the inverter control means 8 outputs the voltage value, voltage phase, etc. output from the inverter main circuit 5 to drive the DC brushless motor 6. The output voltage command value is obtained by calculation, and a PWM signal for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 is output.
[0045]
The inverter control means 8 outputs a PWM signal by the operation described below. The phase current calculation means 10 obtains the phase currents Iu, Iv, Iw for three phases from the phase currents Iu, Iv detected by the current detection means 7a, 7b, and the phase for three phases is obtained by the three-phase / two-phase conversion means 11. The currents Iu, Iv, and Iw are converted into currents Id and Iq in the dq coordinate system. The voltage command value calculation means 12 calculates the output voltage command value Vd in the dq coordinate system from the currents Id and Iq in the dq coordinate system. * , Vq * Is obtained by calculation. The output voltage vector calculation means 13 outputs the output voltage command value Vd in the dq coordinate system. * , Vq * Output voltage vector Vx * Is obtained by calculation. The PWM signal generating means 9 includes a DC voltage Vdc obtained from the DC voltage detecting means 14 and an output voltage vector Vx. * Thus, a PWM signal for ON / OFF control of the switching element 3 is obtained and output.
[0046]
The switching element 3 in the inverter main circuit 5 is turned on / off by the PWM signal output from the PWM signal generating means 9. Electric power is supplied from the inverter main circuit 5 to the DC brushless motor 6 by the on / off operation of the switching element 3, and the DC brushless motor is driven.
[0047]
From the dq coordinate system currents Id and Iq obtained from the three-phase to two-phase conversion means 11, the alternating current component detection means 15 detects the alternating current components Id_AC and Iq_AC of the dq coordinate system currents Id and Iq. The step-out detection means 16 compares the AC components Id_AC, Iq_AC of the dq coordinate system current with the step-out detection level Error_Level, and if Id_AC or Iq_AC exceeds the step-out detection level Error_Level, a step-out is detected and an abnormal stop signal is output. .
[0048]
When an abnormal stop signal is output from the step-out detection means 16, the PWM signal generation means 9 outputs a signal for turning off all the switching elements 3 in the inverter main circuit 5, and the DC brushless motor 6 is output from the inverter main circuit 5. Stop supplying power to At the same time, the operation of the inverter control means 8 is also stopped.
[0049]
Next, details of the step-out detection method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The waveform diagram shown in FIG. 2 shows an example of various waveforms when the DC brushless motor 6 is normally synchronously operated. In FIG. 2, a waveform (a) is a phase current waveform Iu obtained from the current detection means 7a, a waveform (b) is a d-axis current waveform Id obtained from a three-phase to two-phase conversion means, and a waveform (c) is a three-phase two-phase. The q-axis current waveform Iq and waveform (d) obtained from the conversion means 11 show the AC component waveform Iq_AC of the q-axis current Iq.
[0050]
The waveforms shown in FIG. 3 show examples of various waveforms when the DC brushless motor is out of step. In FIG. 3, a waveform (a) is a phase current waveform Iu obtained from the current detection means 7a, a waveform (b) is a d-axis current waveform Id obtained from a three-phase two-phase conversion means, and a waveform (c) is a three-phase two-phase. The q-axis current waveform Iq and waveform (d) obtained from the conversion means 11 show the AC component waveform Iq_AC of the q-axis current Iq.
[0051]
As shown in FIGS. 2 and 3, if the DC brushless motor is in a synchronous operation state, the dq coordinate system currents Id and Iq are almost DC, but in the step-out state, an AC component is generated in Id and Iq. . As shown by the waveform (d) in FIG. 3, the AC components Id_AC and Iq_AC of Id and Iq are compared with the step-out detection level Error_Level. Such an operation makes it possible to detect step-out.
Here, a phenomenon in which an AC component is generated in Id and Iq will be described below. In particular, in motors having different d-axis and q-axis inductances, such as IPMSM (embedded magnet type synchronous motor), in the synchronous operation state, the relationship between the rotor phase and the output voltage phase of the inverter maintains a constant phase difference. That is, when the output voltage phase of the inverter is used as a reference, the d-axis current Id and the q-axis current Iq are substantially DC because the rotor operates with the d-axis and q-axis inductances being constant. On the other hand, in the step-out state, the relationship between the rotor phase and the inverter output voltage phase always fluctuates, that is, the d-axis and q-axis inductances always fluctuate when the inverter output voltage phase is used as a reference. Therefore, the d-axis current and the q-axis current fluctuate for each rotation phase, and an AC component is generated in each. Thus, by detecting the alternating current component of the dq axis current, it is possible to capture fluctuations in the rotor's d-axis and q-axis inductance (rotor operating state) as seen from the output voltage phase of the inverter. This makes it possible to detect the step-out of the synchronous motor.
[0052]
With reference to FIG. 4, as an example of the step-out detection means in the first embodiment, a means that uses q-axis current Iq corresponding to the output torque component of the current flowing into the motor will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the step-out detection process. 4, STP1 is a step-out detection start process, STP2 is a phase current detection process, STP3 is a phase current calculation process, STP4 is a three-phase / two-phase conversion process, STP5 is an AC component detection process, and STP6 is a step-out level comparison. STP7 is a PWM stop process, STP8 is an abnormal end process, and STP9 is a normal end process.
[0053]
The flow of step-out detection is as follows. The step-out detection process is started by STP1, and the currents Iu and Iv for two phases flowing into the DC brushless motor 6 from the current detection means 7a and 7b are detected by the phase current detection process of STP2. In the phase current calculation process of STP3, currents Iu, Iv, and Iw for three phases are obtained from the currents Iu and Iv for two phases obtained in STP2. In the three-phase / two-phase conversion process of STP4, the currents Iu, Iv, Iw for three phases obtained in STP4 are converted into currents Id, Iq in the dq coordinate system. In the AC component detection process of STP5, the AC component Iq_AC of the q-axis current Iq obtained in STP4 is detected by a high-pass filter.
[0054]
In the step-out level comparison process of STP6, the q-axis current alternating current component Iq_AC obtained in STP5 is compared with the step-out level Error_Level, and if Iq_AC ≧ Error_Level, step-out is performed, and the process proceeds to STP7. In the case of Iq_AC <Error_Level, it is determined that the synchronous operation is being performed and the process proceeds to STP9. In the PWM stop process of STP7, when stepping out is determined in STP6, all the PWM signals output from the PWM signal generating means 9 are stopped, and the operation of the inverter control means is further stopped. In the abnormal termination process of STP8, step-out detection is terminated as a step-out abnormality. In the normal termination process of STP9, the step-out detection process is terminated as normal operation.
[0055]
As described above, since the step-out of the DC brushless motor is detected by detecting the change in the dq axis current that occurs during normal operation and step-out, it is more accurate than the conventional step-out detection by the overcurrent phenomenon. Step-out detection is possible.
[0056]
Further, since the q-axis current Iq corresponding to the output torque component of the current flowing into the motor is proportional to the output torque, there is a possibility of erroneous detection if a step-out is detected at the level of the q-axis current. Therefore, by detecting the AC component of Iq, it is possible to detect the step-out more accurately even under conditions where the output torque is different.
[0057]
Further, since the variable used for the calculation of the output voltage command value is used in the inverter control means 8, no means such as the induced voltage estimation means is required, so that the step-out detection process can be simplified.
[0058]
Next, another configuration of the first embodiment of the synchronous motor step-out detection device according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, the configuration of the inverter device is the same as that of FIG. The waveform diagram shown in FIG. 5 shows an example of various waveforms when the DC brushless motor 6 is out of step. In FIG. 5, a waveform (a) is a phase current waveform Iu obtained from the current detection means 7a, a waveform (b) is a d-axis current waveform Id obtained from the three-phase to two-phase conversion means 11, and a waveform (c) is three-phase two. Q-axis current waveform Iq obtained from the phase conversion means, waveform (d) is AC component waveform Iq_AC of q-axis current Iq, waveform (e) is absolute q-axis current AC component obtained by rectifying q-axis current AC component Iq_AC A value waveform | Iq_AC | and a waveform (f) show a waveform Iq_AC_Fil obtained by filtering the absolute value of the q-axis current alternating current with a low-pass filter.
[0059]
As shown in FIGS. 2 and 5, if the DC brushless motor is in the synchronous operation state, the dq coordinate system currents Id and Iq are almost DC, but in the step-out state, AC components are generated in Id and Iq. . As shown in the waveform (f) of FIG. 3, values Id_AC_Fil and Iq_AC_Fil obtained by filtering the AC component absolute values of Id and Iq with a low-pass filter are compared with the step-out detection level Error_Level, and if it exceeds this, step-out is determined. Such an operation makes it possible to detect step-out.
[0060]
With reference to FIG. 6, as an example of the step-out detection unit, a unit that uses the q-axis current Iq corresponding to the output torque component of the current flowing into the motor will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of processing for step-out detection. 6, STP1 is a step-out detection start process, STP2 is a phase current detection process, STP3 is a phase current calculation process, STP4 is a three-phase to two-phase conversion process, STP5 is an AC component detection process, and STP10 is a rectifier (absolute value). (Operation) processing, filtering processing by the STP11 low-pass filter, STP12 is the step-out level comparison processing, STP7 is the PWM stop processing, STP8 is the abnormal processing, and STP9 is the normal termination processing.
[0061]
The flow of step-out detection is as follows. The step-out detection process is started by STP1, and the currents Iu and Iv for two phases flowing into the DC brushless motor 6 from the current detection means 7a and 7b are detected by the phase current detection process of STP2. In the phase current calculation process of STP3, currents Iu, Iv, and Iw for three phases are obtained from the currents Iu and Iv for two phases obtained in STP2. In the three-phase / two-phase conversion process of STP4, the currents Iu, Iv, Iw for three phases obtained in STP4 are converted into currents Id, Iq in the dq coordinate system. In the AC component detection process of STP5, the AC component Iq_AC of the q-axis current Iq obtained in STP4 is detected by a high-pass filter.
[0062]
In the rectification (absolute value calculation) process of STP10, the q-axis current AC component Iq_AC obtained in STP5 is rectified to obtain the absolute value | Iq_AC | of Iq_AC. In the filtering process of STP11, | Iq_AC | is filtered using a low-pass filter to obtain an absolute value filter value Iq_AC_Fil for the alternating current of Iq. The step-out level comparison means of STP 12 compares Iq_AC_Fil with the step-out level Error_Level, and if Iq_AC_Fil ≧ Error_Level, step out is performed, and the process proceeds to STP7. In the case of Iq_AC_Fil <Error_Level, it is determined that the synchronous operation is being performed and the process proceeds to STP9. In the PWM stop process of STP7, when stepping out is determined in STP6, all the PWM signals output from the PWM signal generating means 9 are stopped, and the operation of the inverter control means is further stopped. In the abnormal termination process of STP8, step-out detection is terminated as a step-out abnormality. In the normal termination process of STP9, the step-out detection process is terminated as normal operation.
[0063]
As described above, since the step-out of the DC brushless motor is detected by detecting the change in the dq axis current that occurs during normal operation and step-out, it is more accurate than the conventional step-out detection by the overcurrent phenomenon. Step-out detection is possible.
[0064]
In addition, since the q-axis current Iq corresponding to the output torque component of the current flowing into the motor is proportional to the output torque, when detecting a step-out simply at the level of the q-axis current, it depends on the conditions of the rotational speed and load torque. Therefore, it is necessary to set the step-out level. However, by detecting the AC component of Iq as in the first embodiment of the present invention, it is possible to detect step-out more accurately even under different conditions of output torque.
[0065]
Similarly, even when the d-axis current value is used for step-out detection, the d-axis current value varies depending on the operating conditions of the synchronous motor such as the rotation speed and the load torque. When detecting the step-out at the current level, it is necessary to set the step-out level according to the conditions of the rotational speed and the load torque, so that the configuration is complicated. However, by detecting the alternating current of Id as in the first embodiment of the present invention, it is possible to detect the step-out more accurately even under the condition where the operating state of the synchronous motor is different.
[0066]
Further, since the variable used for the calculation of the output voltage command value is used in the inverter control means 8, no means such as the induced voltage estimation means is required, so that the step-out detection process can be simplified.
[0067]
Also, by taking the absolute value of the alternating current component Iq_AC of the q-axis current | Iq_AC |, and using the value Iq_AC_Fil obtained by filtering the value using a low-pass filter for out-of-step detection, the out-of-step detection accuracy is further improved in the following points. Is possible. Even if it is not in a step-out state due to a sudden load torque fluctuation or a fluctuation in the voltage of the DC power source 1, the AC component Iq_AC of the q-axis current may temporarily become large, but Iq_AC_Fil is used to detect step-out. By using it, it is possible to avoid erroneous detection of the step-out state due to the state.
[0068]
Here, a setting example of the step-out detection level for comparison at the time of step-out detection will be described. The alternating current component Iq_AC of the q-axis current value Iq is generated due to fluctuations in load torque and the like even in the synchronous operation state. However, since the level of Iq_AC that occurs during normal operation is small compared to the Iq_AC level that occurs during step-out, the set level is set to be larger than the Iq_AC level generated during normal operation and lower than the Iq_AC level generated during step-out. Is possible. Setting is easy because there is a large difference in the generation level of Iq_AC during normal operation and step-out.
[0069]
An example of the step-out level setting value will be described below. The level of the average value Iq_AC_Fil of the AC component of the q-axis current Iq generated during step-out for a DC brushless motor with a rated operation current of about 0.5A is 50% or less of the effective value of the rated current within the rated operation range. In contrast, the level of the q-axis current AC component average value Iq_AC_Fil generated at the time of step-out was 250% or more of the rated current effective value in the rated operation range. Accordingly, in consideration of the effects of load torque fluctuations and DC voltage fluctuations, means such as setting the step-out detection level at 200% of the rated current effective value can be considered.
[0070]
Another example when setting the step-out level will be described below. As an example of the load of the synchronous motor, a compressor, particularly a single rotor retype compressor, which has a large load fluctuation during one rotation, is generated in the q-axis current Iq due to torque ripple due to the influence of the load fluctuation. The AC component Iq_AC is slightly large, but Iq_AC at the time of step-out is not so large. What is necessary is just to set a step-out detection level larger than usual.
[0071]
In the step-out detection method shown in the first embodiment of the present invention, depending on the combination of the inverter device and the direct current brushless motor, the current flowing into the direct current motor at low speed is small, and therefore it is difficult to detect out of step at low speed rotation. There is. In such a case, detection is possible by accelerating to the steady operation speed immediately after startup. At this time, the step-out state continues until detection, but the time is several seconds and the flowing current is smaller than that during rated operation, so there is almost no adverse effect on the inverter device and the synchronous motor.
[0072]
Further, when accelerating / decelerating the DC brushless motor, an AC component may be generated in the dq coordinate system currents Id and Iq, which may cause erroneous detection of step-out detection. In such a case, detection can be performed by not performing the step-out detection process during acceleration / deceleration but by detecting it outside the acceleration / deceleration process.
[0073]
Here, in the flowchart for step-out detection shown in FIG. 4 or FIG. 6, when detecting an AC component from the dq coordinate system current in STP5, it is specified by using a bandpass filter, FFT (Fast Fourier Transform) or the like. By using the means for detecting only the frequency component, the out-of-step detection accuracy can be improved. As an example of the specific frequency component, a frequency that is twice the frequency of the voltage output from the inverter device is increased. This is because, for example, in the case of a 4-pole motor, the dq coordinate system current at the time of step-out includes many frequency components that are twice the rotational frequency of the voltage output from the inverter device. When determining the specific frequency component, as an example, there is a method of determining from the number of poles of the motor.
[0074]
The means using the q-axis current value as the step-out detection method in the first embodiment has been described. However, the d-axis current value, the error between the d-axis current command value and the d-axis current, the q-axis current command value and the q-axis current are described. The same step-out detection can be performed by using the error. Here, the d-axis current command value and the q-axis current command value are command values for properly controlling the synchronous motor when driving the synchronous motor, and are values determined by the operating conditions of the synchronous motor. .
[0075]
When step-out detection is performed using an error between the d-axis current command value and the d-axis current and an error between the q-axis current command value and the q-axis current, the three-phase current values obtained by the phase current calculation means 10 An error between the dq coordinate current obtained by the three-phase two-phase conversion means 11 which is a dq coordinate conversion means for converting the current value into the dq coordinate system current value and the dq coordinate current command value; An AC component of the obtained dq-axis current error is detected, and at least one of the detected dq-axis current error AC components is compared with a step-out level signal that is arbitrarily set. To detect.
[0076]
When the q-axis current value is used for step-out detection, the q-axis current corresponds to the torque component of the current flowing through the synchronous motor. For this reason, when a large alternating current component is generated in the q-axis current, the variation in the output torque of the motor is large, which corresponds to the case where the operation is abnormal. Here, even during steady operation, an alternating current component is generated in the q-axis current due to fluctuations in the load torque, but is smaller than the alternating current component generated during step-out. As described above, since the change in the q-axis current is related to the operation of the electric motor, it is easy to distinguish between normal time and step-out time. For this reason, the means using the q-axis current for step-out detection can easily set the step-out level.
[0077]
Further, when the d-axis current is used for step-out detection, the d-axis current generates an alternating current component at the time of step-out similarly to the q-axis current, and therefore step-out detection can be performed similarly to the q-axis current.
[0078]
Further, when both the d-axis current and the q-axis current are used, the step-out detection accuracy is further improved because the step-out is detected from a plurality of pieces of information. The same applies to the case where the d-axis current value and the q-axis current value are used for conversion into at least one detection amount other than the d-axis current or the q-axis current using coordinate conversion or an arithmetic expression.
[0079]
The d-axis current and the q-axis current are generally defined as the d-axis being the magnetic pole direction of the rotor of the motor and the q-axis being the phase advanced 90 degrees from the d-axis in the rotation direction. However, when a synchronous motor is driven without a position sensor, it is difficult to accurately detect the dq axes. Therefore, as a control coordinate system, an axis corresponding to the d axis is a δ axis and an axis corresponding to the q axis is used. Although it may be defined as the γ-axis, it is needless to say that the same configuration can be realized in the δ-γ-axis coordinate system.
[0080]
In the above-described embodiment, when the dq-axis current alternating current component is averaged, the absolute value of the alternating current component of the dq-axis current is taken and the absolute value is filtered to obtain the alternating current of the dq-axis current. Although the component average value is obtained, the effective value of the dq axis current AC component may be obtained to obtain the AC component average value of the dq axis current.
[0081]
Embodiment 2. FIG.
7 and 8 are diagrams showing the second embodiment, FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the inverter device, and FIG. 8 is a flowchart of the step-out detection process. In FIG. 7, 1 is a DC power supply unit, 2 is an inverter device, 3 is a plurality of switching elements, 3a is a U-phase upper switching element, 3b is a V-phase upper switching element, 3c is a W-phase upper switching element, and 3d is A U-phase lower switching element, 3e is a V-phase lower switching element, and 3f is a W-phase lower switching element. Reference numeral 4 denotes a plurality of freewheeling diodes connected in parallel to the plurality of switching elements 3, 5 denotes an inverter main circuit including the plurality of switching elements 3 and the plurality of freewheeling diodes 4, and 6 denotes a DC brushless motor.
[0082]
7a is a current detection means for detecting one phase of the current flowing into the DC brushless motor 6, 7b is a current detection means for detecting a current of a phase different from the current detection means 7a, and 8 is a current detection means 7a, 7b. This is inverter control means for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 based on the detected current value.
[0083]
9 is a PWM signal generating means for generating a PWM signal for controlling on / off of the switching element 3 based on the output voltage command value obtained in the inverter control means 8, and 10 is detected by the current detecting means 7a and 7b. Phase current calculation means for obtaining a three-phase current value from the current value of the phase, 11 is a three-phase two-phase conversion for converting the three-phase current value obtained by the phase current calculation means into a current value in the dq coordinate system Means 12 is a voltage command value calculation means for obtaining an output voltage command value of the dq coordinate system for driving the DC brushless motor based on the dq coordinate system current value obtained by the three-phase to two-phase conversion means 11. , 13 is an output voltage vector computing means for obtaining an output voltage vector based on the output voltage command value of the dq coordinate system obtained by the voltage command value computing means 12, and 14 is a DC voltage for detecting the DC voltage of the DC power source 1. Inspection It is a means.
[0084]
Reference numeral 17 denotes an output voltage vector Vx obtained by the output voltage vector calculation processing 13. * Size | Vx * The output voltage abnormality detecting means 18 for comparing | and the step-out detection level V_Error_Level, and 18 is a step-out detecting means for detecting a step-out from the comparison result obtained from the output voltage abnormality detecting means 17.
[0085]
The operation of the inverter device configured as described above will be described with reference to FIG. In the figure, the inverter device 2 detects currents for two phases among the phase currents flowing into the DC brushless motor 6 by means of current detection means 7a, 7b. Using the detected two-phase currents, for example, the U-phase current Iu and the V-phase current Iv, the inverter control means 8 outputs the voltage value, voltage phase, etc. output from the inverter main circuit 5 to drive the DC brushless motor 6. The output voltage command value is obtained by calculation, and a PWM signal for on / off control of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 is output.
[0086]
The inverter control means 8 outputs a PWM signal by the operation described below. The phase current calculation means 10 obtains the phase currents Iu, Iv, Iw for three phases from the phase currents Iu, Iv detected by the current detection means 7a, 7b, and the phase for three phases is obtained by the three-phase / two-phase conversion means 11. The currents Iu, Iv, and Iw are converted into currents Id and Iq in the dq coordinate system. The voltage command value calculation means 12 calculates the output voltage command value Vd in the dq coordinate system from the currents Id and Iq in the dq coordinate system. * , Vq * Is obtained by calculation. The output voltage vector calculation means 13 outputs the output voltage command value Vd in the dq coordinate system. * , Vq * Output voltage vector Vx * Is obtained by calculation. The PWM signal generating means 9 includes a DC voltage Vdc obtained from the DC voltage detecting means 14 and an output voltage vector Vx. * Thus, a PWM signal for ON / OFF control of the switching element 3 is obtained and output.
[0087]
The switching element 3 in the inverter main circuit 5 is turned on / off by the PWM signal output from the PWM signal generating means 9. Electric power is supplied from the inverter main circuit 5 to the DC brushless motor 6 by the on / off operation of the switching element 3, and the DC brushless motor is driven.
[0088]
Output voltage vector Vx obtained from output voltage vector calculation means 13 * Is the magnitude of the vector | Vx in the output voltage abnormality detection means 17. * After | is obtained, it is compared with the step-out level V_Error_Level and falls below the step-out level V_Error_Level. On the other hand, if the step-out level V_Error_Level is exceeded, it is assumed that the synchronous operation is normally performed.
[0089]
As a result of the output voltage abnormality detection processing in the step-out detection means 18, | Vx * When | falls below the step-out level V_Error_Level, step-out is performed and an abnormal stop signal is output to the PWM signal generating means 9. When the PWM signal generating means 9 receives the abnormal stop signal, it outputs a signal for turning off all the switching elements 3 in the inverter main circuit 5 to stop the operation of the switching elements. At the same time, the operation of the inverter control device is also stopped. By such an operation, step-out detection can be performed.
[0090]
With reference to FIG. 8, an example of the flow of the step-out detection process in the second embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing for step-out detection. 8, STP1 is a step-out detection start process, STP13 is an output voltage vector detection process, STP14 is an output voltage vector magnitude detection process, STP15 is a step-out level comparison process, STP7 is a PWM stop process, and STP8 is abnormally terminated. The process STP9 is a normal end process.
[0091]
The step-out detection process is started in STP1, and the output voltage vector Vx obtained from the output voltage vector calculation process 13 in the output vector detection process in STP13. * And the output voltage vector Vx detected by the STP 13 in the output vector magnitude detection process of the STP 14 * Size | Vx * Find |. In the step-out level comparison process of STP15, the magnitude of the output voltage vector | Vx * | And the step-out level V_Error_Level are compared, and | Vx * | <If V_Error_Level, step out and proceed to STP7. On the other hand | Vx * If | ≧ V_Error_Level, it is assumed that the synchronous operation is normally performed, and the process proceeds to STP9.
[0092]
In the PWM stop process of STP7, when stepping out is determined in STP6, all the PWM signals output from the PWM signal generating means 9 are stopped, and the operation of the inverter control means is further stopped. In the abnormal termination process of STP8, step-out detection is terminated as a step-out abnormality. In the normal termination process of STP9, the step-out detection process is terminated as normal operation.
[0093]
When driving a DC brushless motor, if the output voltage is lower than that required to continue the synchronous operation, the synchronous operation cannot be continued and a step-out occurs. Therefore, it is possible to detect step-out from this phenomenon. This detection can be realized by the operation shown in the second embodiment. Here, the magnitude of the output voltage vector | Vx according to the operating conditions * Since | is different, the step-out level V_Error_Level is set according to the operating conditions.
[0094]
As described above, the output voltage vector | Vx generated during normal synchronous operation and step-out * The step-out detection of the DC brushless motor is detected by detecting the difference of |, so that the step-out detection can be performed with higher accuracy than the conventional step-out detection due to the overcurrent phenomenon.
[0095]
Further, since the variables used for the calculation of the output voltage command value are used in the inverter control means 8, no means such as an induced voltage estimation means is required, and the step-out detection process can be simplified.
[0096]
Here, a DC brushless motor has been exemplified as an example of the synchronous motor according to the first and second embodiments of the present invention. However, a permanent magnet synchronous motor, a synchronous reluctance motor, or a switched reluctance motor is used. Needless to say, the same effect can be obtained.
[0097]
As an example of a device in which the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is mounted, there are a refrigerator driving device for a refrigerator and an air conditioner. Installed in the compressor drive unit, the compressor noise generated when the step-out continues, damage to the refrigerant piping due to the vibration of the compressor, or the demagnetization of the magnet used for the rotor of the motor or the increase in current of the inverter device Problems such as destruction of semiconductor elements can be improved. Thereby, a highly reliable refrigerator-freezer and air conditioner can be realized.
[0098]
As an example of a device in which the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is mounted, a refrigerator motor or a fan motor driving device of an air conditioner can be cited. When mounted in a fan motor drive device, fan motor noise that occurs when step-out continues, fan motor vibration, demagnetization of magnets used in the rotor of the motor, or destruction of semiconductor elements of the inverter device due to current increase, etc. Can be improved. Thereby, a highly reliable refrigerator-freezer and air conditioner can be realized.
[0099]
【The invention's effect】
The synchronous motor step-out detection device according to the present invention includes a current detection means for detecting a current flowing through the synchronous motor, and a current signal obtained by the current detection means by using an excitation current component (d-axis current) and a torque current component (q Dq coordinate conversion means for converting the current to (axis current), current AC component detection means for obtaining an AC component of the dq axis current obtained by the dq coordinate conversion means, and current AC component detection means. At least one of the generated dq-axis current AC components But Arbitrarily set step-out level signal If it exceeds By providing the step-out detection means for detecting step-out, it is possible to detect step-out with high accuracy with a simplified configuration. Further, it is possible to prevent the inverter main circuit element from being destroyed due to demagnetization of the magnet in the rotor or increase in current, which is caused by continuing the step-out state. Moreover, it becomes possible to prevent the noise and vibration of the synchronous motor caused by continuing the step-out state.
[0100]
The synchronous motor step-out detection device according to the present invention includes a current detection means for detecting a current flowing through the synchronous motor, a current signal obtained by the current detection means, an excitation current component (d-axis current), and a torque current component. Dq coordinate conversion means for converting the coordinates to (q-axis current), current AC component detection means for obtaining an AC component of the dq axis current obtained by the dq coordinate conversion means, and current AC component detection means The average value of the dq axis current AC component obtained by the above is obtained by an AC component averaging means for averaging the dq axis current AC component and the AC component averaging means. At least one of the averaged values of the obtained dq-axis current AC components But Arbitrarily set step-out level signal If it exceeds By providing the step-out detecting means for detecting step-out, it is possible to detect step-out with high accuracy with a simplified and simple configuration. Further, since the averaged value is used as the value used for detection, it is possible to prevent step-out erroneous detection due to load torque fluctuation or voltage fluctuation of the synchronous motor. In addition, it is possible to prevent destruction of the inverter main circuit element due to demagnetization of the magnet in the rotor of the synchronous motor or increase in current caused by continuing the step-out state. Moreover, it becomes possible to prevent the noise and vibration of the synchronous motor caused by continuing the step-out state.
[0101]
The synchronous motor step-out detection device according to the present invention includes a current detection means for detecting a current flowing through the synchronous motor, a current signal obtained by the current detection means, an excitation current component (d-axis current), and a torque current component. Dq coordinate conversion means for converting the coordinates to (q-axis current), and current error calculation means for obtaining an error between the dq coordinate current obtained by the dq coordinate conversion means and the dq coordinate current command value. At least of a dq axis current error AC component obtained by the current error AC component detection means, a current error AC component detection means for detecting an AC component of the dq axis current error obtained by the current error calculation means, and Either But Any step-out level signal set When it exceeds And step-out detecting means for detecting step-out in comparison with the above, it becomes possible to detect step-out with high accuracy with a simplified configuration. In addition, it is possible to prevent destruction of the inverter main circuit element due to demagnetization of the magnet in the rotor of the synchronous motor or increase in current caused by continuing the step-out state. Moreover, it becomes possible to prevent the noise and vibration of the synchronous motor caused by continuing the step-out state.
[0102]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention can improve the step-out detection accuracy by detecting only a specific frequency component when detecting an AC component from the dq coordinate system current. .
[0103]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention can improve the step-out detection accuracy by setting the specific frequency component to a frequency twice the frequency of the voltage output from the inverter device.
[0104]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention can improve the step-out detection accuracy by detecting only a specific frequency component when detecting the AC component of the dq axis current error. .
[0105]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention has a step-out detection level compared with the average value of the q-axis current alternating current component of about 200% of the rated current of the synchronous motor, so that load torque and direct current can be detected. Step-out can be reliably detected without being affected by voltage fluctuations.
[0106]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention detects the step-out by accelerating to the steady operation rotational speed immediately after the start-up when the step-out detection is difficult at the low-speed rotation. Can be detected.
[0107]
Also, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention performs step-out detection processing other than the acceleration / deceleration process when there is a possibility of erroneous detection of step-out detection when accelerating / decelerating the synchronous motor. Thus, step-out can be detected.
[0108]
Also, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention includes a current detection means for detecting a current flowing through the synchronous motor, and an output for obtaining an output voltage command value applied to the synchronous motor from a current signal obtained by the current detection means. A voltage command calculating means; an output voltage vector calculating means for obtaining an output voltage vector based on the output voltage command value obtained by the output voltage command calculating means; and a magnitude and a deviation of the output voltage vector obtained by the output voltage vector calculating means. The output voltage abnormality detecting means for comparing the gradation detection level and the step-out detecting means for detecting the step-out from the comparison result obtained by the output voltage abnormality detecting means are provided with a simplified configuration, and the accuracy is improved. It is possible to detect step-out well. In addition, it is possible to prevent destruction of the inverter main circuit element due to demagnetization of the magnet in the rotor of the synchronous motor or increase in current caused by continuing the step-out state. Moreover, it becomes possible to prevent the noise and vibration of the synchronous motor caused by continuing the step-out state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment, and is a diagram illustrating a configuration of a step-out detection device for a synchronous motor.
FIG. 2 is a diagram illustrating the first embodiment and is a diagram for explaining various waveforms during synchronous operation;
FIG. 3 shows the first embodiment and is a diagram for explaining various waveforms at the time of step-out.
FIG. 4 is a diagram showing the first embodiment and is a flowchart showing a flow of step-out detection processing;
FIG. 5 shows the first embodiment and is a diagram for explaining various waveforms at the time of step-out.
FIG. 6 is a flowchart showing the step-out detection process according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating the second embodiment, and is a diagram illustrating a configuration of a synchronous motor step-out detection device;
FIG. 8 is a flowchart showing a step-out detection process according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional step-out detection device for a synchronous motor.
[Explanation of symbols]
1 DC power supply unit, 2 inverter device, 3 switching element, 3a U-phase upper switching element, 3b V-phase upper switching element, 3c W-phase upper switching element, 3d U-phase lower switching element, 3e V-phase lower switching element, 3f W-phase lower switching element, 4 freewheeling diode, 5 inverter main circuit, 6 DC brushless motor, 7a, 7b current detection means, 8 inverter control means, 9 PWM signal generation means, 10 phase current calculation means, 11 3 phase 2 Phase conversion means, 12 voltage command value calculating means, 13 output voltage vector calculating means, 14 DC voltage detecting means, 15 AC component detecting means, 16 step out detecting means, 17 output voltage abnormality detecting means, 18 step out detecting means.

Claims (10)

回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、
前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
前記ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、
前記電流交流成分検出手段により得られた前記ｄ−ｑ軸電流交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の脱調検出装置。In an inverter device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position,
Current detecting means for detecting a current flowing through the synchronous motor;
Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the current detection means into an excitation current component (d-axis current) and a torque current component (q-axis current);
Current alternating current component detection means for obtaining an alternating current component of the dq axis current obtained by the dq coordinate conversion means;
Step-out detection means for detecting step-out when at least one of the dq-axis current alternating current components obtained by the current alternating-current component detection means exceeds a step-out level signal that is arbitrarily set;
A step-out detection apparatus for a synchronous motor, comprising: 回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、
前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
前記ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ軸電流の交流成分を求める電流交流成分検出手段と、
前記電流交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の実効値又は絶対値の平均化値を求めて、ｄ−ｑ軸電流交流成分を平均化する交流成分平均化手段と、
前記交流成分平均化手段により得られたｄ−ｑ軸電流交流成分の平均化値の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の脱調検出装置。In an inverter device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position,
Current detecting means for detecting a current flowing through the synchronous motor;
Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the current detection means into an excitation current component (d-axis current) and a torque current component (q-axis current);
Current alternating current component detection means for obtaining an alternating current component of the dq axis current obtained by the dq coordinate conversion means;
AC component averaging means for obtaining an average value of effective values or absolute values of dq axis current AC components obtained by the current AC component detection means, and averaging dq axis current AC components;
Step-out detection means for detecting step-out when at least one of the average values of the dq-axis current alternating current components obtained by the AC component averaging means exceeds a step-out level signal that is arbitrarily set. When,
A step-out detection apparatus for a synchronous motor, comprising: 回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、
前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により得られた電流信号を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）とに座標変換するｄ−ｑ座標変換手段と、
前記ｄ−ｑ座標変換手段により得られたｄ−ｑ座標電流とｄ−ｑ座標電流指令値との誤差を求める電流誤差演算手段と、
前記電流誤差演算手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する電流誤差交成分検出手段と、
前記電流誤差交流成分検出手段により得られたｄ−ｑ軸電流誤差交流成分の少なくとも何れか一方が任意に設定された脱調レベル信号を超えた場合に脱調を検出する脱調検出手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の脱調検出装置。In an inverter device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position,
Current detecting means for detecting a current flowing through the synchronous motor;
Dq coordinate conversion means for converting the current signal obtained by the current detection means into an excitation current component (d-axis current) and a torque current component (q-axis current);
Current error calculation means for obtaining an error between the dq coordinate current obtained by the dq coordinate conversion means and the dq coordinate current command value;
Current error cross component detection means for detecting an alternating current component of the dq axis current error obtained by the current error calculation means;
Step-out detection means for detecting step-out when at least one of the dq-axis current error AC components obtained by the current error alternating-current component detection means exceeds a step-out level signal that is arbitrarily set;
A step-out detection apparatus for a synchronous motor, comprising: 前記ｄ−ｑ座標系電流から交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期電動機の脱調検出装置。  3. The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein when detecting an AC component from the dq coordinate system current, only a specific frequency component is detected. 4. 前記特定の周波数成分を、前記インバータ装置の出力する電圧の周波数の２倍の周波数としたことを特徴とする請求項４記載の同期電動機の脱調検出装置。  5. The synchronous motor step-out detection device according to claim 4, wherein the specific frequency component is a frequency that is twice the frequency of the voltage output from the inverter device. 前記ｄ−ｑ軸電流誤差の交流成分を検出する際、特定の周波数成分のみを検出することを特徴とする請求項３記載の同期電動機の脱調検出装置。  4. The synchronous motor step-out detection device according to claim 3, wherein when detecting an AC component of the dq axis current error, only a specific frequency component is detected. 前記ｑ軸電流交流成分の平均値と比較される脱調検出レベルは同期電動機の定格電流の２００％程度とすることを特徴とする請求項２記載の同期電動機の脱調検出装置。  3. The synchronous motor step-out detection apparatus according to claim 2, wherein the step-out detection level compared with the average value of the q-axis current alternating current component is about 200% of the rated current of the synchronous motor. 低速回転時に脱調検出が困難となる場合は、起動直後に定常動作回転数まで加速して脱調の検出を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の同期電動機の脱調検出装置。  The step-out detection of the synchronous motor according to any one of claims 1 to 3, wherein when the step-out detection becomes difficult during low-speed rotation, the step-out detection is performed by accelerating to a steady operation rotational speed immediately after startup. Key detector. 同期電動機を加減速する際に、脱調検出の誤検出を起こす可能性がある場合は、加減速過程以外で脱調検出処理を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の同期電動機の脱調検出装置。  4. The step-out detection process is performed outside the acceleration / deceleration process when there is a possibility of erroneous detection of step-out detection when accelerating / decelerating the synchronous motor. Synchronous motor step-out detection device. 回転子位置を検出するための位置センサを用いずに同期電動機を駆動するインバータ装置において、
前記同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により得られた電流信号より前記同期電動機に印加する出力電圧指令値を求める出力電圧指令演算手段と、
前記出力電圧指令演算手段により得られた出力電圧指令値を基に出力電圧ベクトルを求める出力電圧ベクトル演算手段と、
前記出力電圧ベクトル演算手段により得られた出力電圧ベクトルの大きさと脱調検出レベルとを比較する出力電圧異常検出手段と、
前記出力電圧異常検出手段により得られた比較結果より脱調を検出する脱調検出手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の脱調検出装置。In an inverter device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position,
Current detecting means for detecting a current flowing through the synchronous motor;
Output voltage command calculation means for obtaining an output voltage command value to be applied to the synchronous motor from the current signal obtained by the current detection means;
Output voltage vector calculation means for obtaining an output voltage vector based on the output voltage command value obtained by the output voltage command calculation means;
Output voltage abnormality detection means for comparing the magnitude of the output voltage vector obtained by the output voltage vector calculation means and the step-out detection level;
Step-out detection means for detecting step-out from the comparison result obtained by the output voltage abnormality detection means,
A step-out detection apparatus for a synchronous motor, comprising:
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