JP3731105B2 - Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method - Google Patents
Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3731105B2 JP3731105B2 JP30531899A JP30531899A JP3731105B2 JP 3731105 B2 JP3731105 B2 JP 3731105B2 JP 30531899 A JP30531899 A JP 30531899A JP 30531899 A JP30531899 A JP 30531899A JP 3731105 B2 JP3731105 B2 JP 3731105B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- phase
- frequency
- current
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/85—Starting
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータシステムとこのモータシステムを備えた空気調和機ならびにモータの起動方法に関するもので、特に、直流ブラシレスモータ等の多相モータとインバータ等の駆動周波数を変更可能な駆動回路を備えたモータシステムおよびこのモータシステムを備えた空気調和機とこのような多相モータに適したモータの起動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、例えば、特開平7−337080号公報に示された従来の空気調和機に用いられる送風機用ブラシレスモータシステムの全体構成を簡略化して表したブロック図であり、図において、101はパワートランジスタQ1〜Q6およびこのパワートランジスタを駆動するドライブ回路DRから成るモータ駆動回路、102はモータ駆動回路101によって駆動され送風機のファンを回転させる三相DCブラシレスモータ、103は三相DCブラシレスモータ102の各相に発生する逆起電力をフィルタ回路104を通して回転子の磁極位置検出信号として出力する位置検出回路、105は位置検出回路103から出力された磁極位置検出信号に基いて三相DCブラシレスモータ102の回転数を算出するとともに、回転数指令電圧によって設定された回転数と比較し、モータ駆動回路101を制御する制御回路、106は100Vの交流電流を整流し、モータ駆動回路101にモータ駆動用の直流電力を供給する整流回路である。
【0003】
以下、この従来装置の起動時の動作について、図9のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS101では、三相DCブラシレスモータ102の起動指令が発生しているか否かが判定される。ここで、起動指令がない場合はスタート状態に戻り、起動指令が来ている場合にはステップS102に移行して、現在の三相DCブラシレスモータ102の回転方向が判断され、正転方向(N>94rpm)である場合には、ステップS103の加速処理およびステップS104の速度制御に移行する。
【0004】
一方、ステップS102において、正転でないと判定された場合は、ステップS105に移行して逆転(N<−43rpm)であるか否かが判定され、逆転の場合には、ステップS106で位置検出回路103によって推定された回転子の磁極位置に基いてスイッチング素子をON/OFFすることにより減速方向の同期運転を行ない、このブレーキ動作によってステップS107で回転子を停止させる。その後、ステップS108で回転子と回転磁界の位置を同期させながら正転方向に始動し、始動後、ステップS109で同期運転からブラシレス運転に切り換えて、以後ステップS103の加速処理およびステップS104の速度制御に移行する。
【0005】
また、ステップS105において、停止状態(−43rpm<N<94rpm)と判定された場合には、ステップS110で回転子の磁極とコイルの位置決めが行われた後、ステップS108で回転子の回転数と駆動周波数を同期させながら始動し、ステップS109でブラシレス運転に切り換えて、以後ステップS103の加速処理およびステップS104の速度制御に移行する。
【0006】
こうして、この特開平7−337080号公報に開示された従来の空気調和機用モータシステムでは、起動前に、ファン用モータである三相DCブラシレスモータ102の回転方向を検出し、検出された回転方向に基いて起動方法を変更することにより、起動時のトルク変動による脱調や逆回転の防止を図っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平7−337080号公報に開示された従来のモータシステムでは、逆回転時のブレーキ動作を回転子の磁極の位置を検出しながら磁極の位置に同期させてスイッチング素子をON/OFFするよう構成されているため、磁極の位置検出精度が要求されるとともに、例えば、外風の変動等によって回転数が変動するような場合には、回転数と同期した周波数で減速ができず、ブレーキ時間(減速時間)が長くなるといった問題点があった。
【0008】
また、逆回転中に直接正転方向に同期始動するよう制御するため、回転子に作用するトルク変化量が大きくなり、同期が不十分な場合には引き込みができずに脱調するといった問題点があった。また、トルク変化が大きいため、始動時の振動や騒音が発生しやすいといった問題点もあった。
【0009】
さらに、この従来装置においては、位置検出回路103がパワートランジスタQ1〜Q6のOFF時すなわち、各相の通電が休止中で、かつモータ環流電流がなくなった状態での三相DCブラシレスモータ102の誘起電圧(逆電圧)ゼロクロスを検出し、回転子の磁極位置情報を出力するよう構成しているため、通電停止期間を大きく設定(通電電気角180度毎に60度の通電休止期間)する必要があり、この結果、各相への印加電圧の変動が大きくなって、相電流の遅れによるトルクリプルが発生し、騒音や振動が発生するとともに、回転角運動量(慣性モーメント)が小さい起動時には、このトルクリプルによって起動が不安定になるといった問題点があった。
【0010】
また、三相DCブラシレスモータ102のインダクタンス成分によって、通電停止後も一定時間環流電流が巻き線内を流れるため、この間、誘起電圧ゼロクロスの検出は不能となる。従って、通電停止後にも長時間環流電流が流れる条件、例えば、大きな相電流が流れる高負荷時後等には、誘起電圧ゼロクロスの検出が不能となり、この結果、三相DCブラシレスモータ102の運転範囲が制約されたり、負荷変動に対する裕度が減少して脱調する等の問題があった。
【0011】
この発明は、従来装置の上記のような問題点を解決するためになされたもので、この発明の第1の目的は、起動時の安定性が高く、脱調等が発生しにくいモータシステムを得ることを目的とする。
【0012】
また、この発明の第2の目的は、起動前のモータの減速動作が安定して行なえるモータシステムを得ることを目的とする。
【0013】
また、この発明の第3の目的は、起動時においても、低振動、低騒音な運転が可能なモータシステムを得ることを目的とする。
【0014】
また、この発明の第4の目的は、起動時の安定性ならびに低振動・低騒音性に優れた空気調和機を得ることを目的とする。
【0015】
また、この発明の第5の目的は、起動時の安定性が高く、脱調等が発生しにくいモータの起動方法を得ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータシステムは、上記の目的を達成するために、多相の交流電流を生成する駆動回路と、前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したものである。
【0017】
また、この発明に係るモータシステムは、前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させるよう構成したものである。
【0018】
また、この発明に係るモータシステムは、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したものである。
【0019】
また、この発明に係るモータシステムは、前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込む相電流の位相を検出することにより、前記モータの回転数および回転方向を算出するよう構成したものである。
【0020】
また、この発明に係るモータシステムは、前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込むいずれか二相の相電流の位相に基づいて回転方向を判定するよう構成したものである。
【0021】
また、この発明に係るモータシステムは、前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前記モータの各相に対応してON/OFFする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のOFF時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をOFFした時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部を備えたものである。
【0022】
また、この発明に係るモータシステムは、前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数を非可聴周波数領域としたものである。
【0023】
また、この発明に係るモータシステムは、起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手段を備えたものである。
【0024】
また、この発明に係るモータシステムは、前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速するよう構成したものである。
【0025】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記制御回路が前記ブレーキ手段によるブレーキ動作を行なわないよう制御するよう構成したものである。
【0026】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動しないよう制御するよう構成したものである。
【0027】
また、この発明に係るモータシステムは、前記モータとしてブラシレスモータを、前記駆動回路として電圧型フルブリッジインバータを用いたものである。
【0028】
また、この発明に係る空気調和機は、送風機用モータとして、上記のいずれかに記載のモータシステムを備えたものである。
【0029】
また、この発明に係るモータの起動方法は、多相の交流電流によって駆動されるモータの起動方法であって、前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、を含むものである。
【0030】
また、この発明に係るモータの起動方法は、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップにおいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したものである。
【0031】
また、この発明に係るモータの起動方法は、起動前に、前記モータの回転数を減速させるステップを含むものである。
【0032】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図1〜図3を用いてこの発明の実施の形態1であるモータシステムの構成および動作について説明する。図1は、この発明の実施の形態1であるモータシステムの全体構成を表すブロック図であり、図1において、1はモータ駆動電圧(Vu、Vv、Vw)を出力することにより三相DCブラシレスモータ(以下、モータと称する)2を駆動する駆動部、3はモータ2の各相の相電流(Iu、Iv、Iw)の位相(PhIu、PhIv、PhIw)を検出する回転情報検出手段である電流位相検出部、4は電流位相検出部3で検出された電流の位相に基いて回転数および回転方向を算出するとともに、PWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)信号(Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw)を出力することにより駆動部1を制御する制御部、5は駆動部1を介してモータ2に電力を供給する直流電源である。
【0033】
図2には、図1に示した駆動部1の詳細な回路構成図を示す。図2において、10〜15は直流電源5の正極端子Pおよび負極端子N間に接続されたパワートランジスタやMOS FET等からなるスイッチング素子であり、それぞれ、スイッチング素子10および13はモータ2のU相に、スイッチング素子11および14はモータ2のV相に、また、スイッチング素子12および15はモータ2のW相に対応して設けられている。こうして、この駆動部1は、基本的な構成として、電圧型フルブリッジインバータを構成しており、制御部4から出力されるPWM信号(Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw)によって各スイッチング素子10〜15のON/OFF状態を適宜切り替えることにより、各スイッチング素子対の出力端からモータ2の各相にモータ駆動電圧(Vu、Vv、Vw)を出力するよう構成されている。
【0034】
また、この駆動部1の各スイッチング素子10〜15には、それぞれ、並列に環流ダイオード16〜21が備えられており、モータ2の各相に対応する2つのスイッチング素子が同時にOFF状態となった場合に、モータ2のインダクタンス成分によって発生する環流電流をこの環流ダイオード16〜21内を環流することにより、スイッチング素子10〜15を保護し、また、相電圧の大幅な上昇を抑制するよう構成されている。
【0035】
図3には、図1に示した制御部4のブロック構成図を示す。図3において、40は駆動部1や電流位相検出部3と信号の入出力を行なう外部インターフェース(I/O)、41は各信号やデータを処理する演算部、42はデータを記憶するメモリ、43はタイマである。図3に示すように、外部インターフェイス40には、電流位相検出部3からモータ2の各相の相電流(Iu、Iv、Iw)の位相を表す出力信号(PhIu、PhIv、PhIw)が供給されるとともに、駆動部1のスイッチング素子10〜15のそれぞれに対して、PWM信号(Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw)が出力されている。また、この制御部4は、外部インターフェイス40を介して、駆動部1および電流位相検出部3の双方に、各相に対応する2つのスイッチング素子を同時にOFF状態とする期間を表す信号Toffを供給する(図1参照)。なお、この実施の形態1では、制御部4をマイクロプロセッサによって実現している。
【0036】
次に、図4〜図6を用いてこのモータシステムの動作について説明する。図4は、この実施の形態1のモータシステムのタイミングチャートであり、Puは、U相を直流電源5の正極端子Pに接続するスイッチング素子10に対して供給されるPWM信号の波形を、また、Toffは、全てのスイッチング素子10〜15に対するオフ指令(負論理)の波形を表す。また、VuおよびIuは、それぞれ、駆動部1からU相に印加されるモータ駆動電圧の波形、および、U相を流れる相電流の波形であり、さらに、PhIuは、この時に電流位相検出部3から出力されるU相の相電流の位相を示す信号波形である。
【0037】
図4に示すように、制御部4から所定の周波数でパルス幅(デューティ比)が時間的に変化するPWM信号(Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw)を送出すると、駆動部1ではこの信号に基いてスイッチング素子10〜15がON/OFFされ、直流電圧5の正極電圧および負極電圧を適当な時間比率でモータ2の各相に接続することにより、モータ2の各相には図4中にVuで示されたようなパルス状のモータ駆動電圧が印加される。
【0038】
一方、このパルス状のモータ駆動電圧(Vu、Vv、Vw)はモータ内部のインピーダンス等によって高周波成分が除去されるため、モータ2内の巻き線等の回路には実質的に正弦波状の交流の相電圧と相電流が発生することとなり、制御部4からU相、V相およびW相のスイッチング素子に出力するPWM信号の位相を制御し、各相の正弦波状の相電圧間に120度の位相差が生じるよう設定しておけば、この位相差によって生じる磁界の回転により、モータ2の回転子が回転する。なお、図4中のモータ駆動電圧Vuの波形が一部パルス形状から変形している部分は、後述するオフ指令ToffによってPWM信号のON中にスイッチング素子がOFFされたための効果である。
【0039】
次に、電流位相検出部3の動作について説明する。モータ2の起動時もしくは運転中、モータ2に電流が流れている時に、図4に示すオフ指令Toffによって各相に対応する2つのスイッチング素子が共にOFF状態にされると、それらのスイッチング素子と並列に設けられている環流ダイオードの何れかがON状態となり環流電流が流れる。例えば、モータ2のU相に、駆動部1側からモータ2側へ向かう相電流が流通(以下、この方向を「正方向」と称す)している状況下で2つのスイッチング素子10および13が共にOFF状態とされると、スイッチング素子13と並列に設けられている環流ダイオード19がON状態となって環流電流が流通し、上記の環流電流が流通している間、U相の相電圧は直流電源5の負極電位Nに固定される。
【0040】
また、モータ2のU相に、モータ2側から駆動部1側へ向かう相電流が流通(以下、この方向を「逆方向」と称す)している状況下で2つのスイッチング素子10および13が共にOFF状態とされると、スイッチング素子10と並列に設けられた環流ダイオード16がON状態となって環流電流が流通し、上記の環流電流が流通している間、U相の相電圧は直流電源5の正極電位Pに固定される。
【0041】
例えば、相電流の時間的変化を図4中の Iuのように仮定すると、1番目および2番目のToff時はIuの極性が負であるためこの極性を表す信号PhIu(負論理)はHighとなり、3番目のToff時にIuの極性が正となるためこの時点で信号PhIu(負論理)がLowとなる。こうして、モータ2の運転中にオフ指令Toffによって全スイッチング素子を微少時間OFFするとともに、これと同期して電流位相検出部3が各相の相電圧(極性)を検出することにより、環流電流の方向およびモータ2の各相に流れ込む相電流の流通方向が検出され、従って、所定の時間間隔でオフ指令Toffを送出し、相電流の方向をサンプリングすれば、相電流のゼロクロス点を検出することが可能となる。なお、この実施の形態1では、OFF時間は1μs、オフ指令Toffのサンプリング周波数は非可聴周波数領域である20kHz(サンプリング周期=50μs)に設定されている。
【0042】
以上のように、電流位相検出部3によって保持される相電圧の極性情報は、相電流が正方向に流通している状況下では負となり、相電流の流通方向が逆方向に変化した後、正となる。すなわち、電流位相検出部3が保持する相電圧の極性情報は、相電流の極性に対応した情報であり、また、相電流の位相情報を含むものである。従って、電流位相検出部3から出力された極性情報を処理することにより、各相の相電流の位相情報(PhIu、PhIv、PhIw)、すなわち、モータ2の回転子の回転位置を表す電流位相情報を生成することができ、この情報から回転数等の種々の情報を得ることができる。
【0043】
次に、図5を用いてこのモータシステムの起動時の動作について説明する。図5においてモータ2を起動する旨の指示が出されると、制御部4は、ステップS1で、まず、駆動部1の下側のスイッチング素子13、14、15を全て3秒間ON(閉成)するようPWM信号(Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw)を送出する。これにより、モータ2は三相短絡状態となり、回転子が回転中であれば誘起電圧による短絡電流が流れ、制動トルクが発生して、短時間で回転子の回転数が低下する。
【0044】
次に、3秒間経過後、ステップS2に移行し、制御部4が下側のスイッチング素子13、14、15を騒音が発生しない非可聴周波数でON/OFFし、電流位相検出部3がスイッチング素子13、14、15のOFF時の相電圧をサンプリングすることにより、相電流の電流ゼロクロスを検出する。そして、電流位相検出部3から出力された出力信号(PhIu、PhIv、PhIw)が制御部4に入力されると、制御部4では、内蔵されたタイマ43によって電流ゼロクロスの周期および2相間の電流ゼロクロスの位相差が計測され、さらに、電流ゼロクロスの周期から電流周波数(finit)が、また、電流の位相差の関係から回転子の回転方向に対応した電流の回転方向が算出される。
【0045】
続いて、ステップS3では、制御部4の演算部41によりステップS2で得られた電流の位相差から回転方向の正逆が判定され、モータ2が所望の回転方向と逆方向に回転している場合はステップS4に移行して、ステップS2で計測された電流周波数(finit)よりさらに3Hzだけ高い逆転方向に加速する電流周波数(以下、逆転方向に回転する場合の周波数を逆転周波数と呼ぶ)を新しい電流周波数として設定し、この新しい電流周波数でモータ2を駆動するようPWM信号を変更して駆動部1の各スイッチング素子を制御する。なお、駆動部1からモータ2に出力されるモータ駆動電圧(Vu、Vv、Vw)の大きさは任意の固定電圧とする。
【0046】
上記ステップS4の操作により、設定された電流周波数に対して回転子の回転がほぼ同期し、引き込みが完了した時点で、ステップS5に移行し、制御部4から出力されるPWM信号の電流周波数を逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させることにより、回転子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了する。
【0047】
一方、ステップS3においてモータ2の回転方向が逆転以外の場合(正転方向及び停止状態)には、ステップS6に移行して、電流周波数を1Hzに設定し、制御部4が1Hzの電流周波数でモータ2を駆動するようPWM信号を生成し、駆動部1の各スイッチング素子を制御する。
【0048】
そして、上記ステップS6の操作により、回転子が回転し始め、回転がほぼ同期するとステップS7に移行し、制御部4から出力されるPWM信号の電流周波数を正転方向に徐々に上昇させることにより、回転子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了する。
【0049】
なお、上記逆転および正転のいずれの場合も、起動が完了し、回転子の回転数が所望の回転数まで引き上げられた後は、電流位相検出部3から出力される相電流の位相情報(PhIu、PhIv、PhIw)と制御部4が自ら生成しているモータ駆動電圧(Vu、Vv、Vw)の位相情報とに基づいて、相電流と相電圧の位相差が一定になるよう制御(力率制御)され、これにより定常運転時においては一層高い効率で運転を行なうことができるよう構成されている。
【0050】
図6には、上記した力率制御に関連し、モータ2のひとつの相(例えばU相)に印加される実質的な相電圧30と相電流31および電流位相検出部3から出力される電流位相信号32の関係を示す。ブラシレスモータ2の回転子は永久磁石を備えているため、回転子の回転に伴ってこの永久磁石の磁極がモータ2の各相のコイルと近接・離間を繰り返すことにより、各相のコイルには、磁界の変化に起因する誘起電圧が発生する。このため、モータ2の各相には、駆動部1から印加される相電圧30と回転子の位置および回転速度に応じて生ずる誘起電圧との合計電圧が作用するとともに、各相のインダクタンスによって決定される相電流31が流れるようになり、相電圧30と相電流31との間には、図6に示すような位相差(θ)が発生する。従って、この実施の形態1によれば、電流位相検出部3から出力される相電流の位相情報を表す信号(PhIu、PhIv、PhIw)と制御部4が自ら生成しているモータ駆動電圧の位相情報とから、この位相差(θ)に相当する時間を制御部4のタイマ43によって計測することにより、相電圧と相電流との位相差が算出でき、力率制御を行なうことが可能である。
【0051】
また、この相電圧と相電流との位相差(θ)は、回転子の位置情報を含んでいるため、この位相差情報からモータ2の回転数や回転方向に関する情報を抽出し、この情報に基いて上記図5に示した起動時の制御を行なうことも可能である。
【0052】
以上、この実施の形態1によれば、モータ2が逆転方向に回転している場合に、一旦、逆転方向に駆動してから徐々に正転方向に回転方向を転換するよう構成したため、逆回転時に直接正転方向の電圧を印加する場合に比べて回転子の角運動量の変化(回転子に作用するトルク)を小さくすることができ、脱調等が発生しにくく、より確実に引き込みができるとともに、起動時の安定性に優れたモータシステムが得られる効果がある。また、大きなトルクの発生にともなう振動や騒音を抑制できる効果がある。
【0053】
また、電流位相検出部3および制御部4で算出された回転子の回転数に基いてモータ2に供給する交流電流の逆転周波数の初期値を設定し、より高い逆転周波数で駆動するよう構成したため、回転子の逆転周波数とモータ2に供給される交流電流の電流周波数の差が小さくなって、より脱調等が発生しにくくなり、起動時の安定性がさらに向上する効果がある。
【0054】
また、回転子の回転とモータ駆動電圧の電流周波数を同期させながら、電流周波数を所望の周波数まで連続的に変化させてゆくよう構成したため、回転子の回転と印加電圧の周波数の開離が小さくなり、効率良くトルクを発生させることができるため、回転子の回転数を円滑かつ安定して変更できる効果がある。
【0055】
また、回転子の回転方向を検出し、逆回転時とその他の場合とで起動方法を変えたため、逆回転時以外の起動時間を短縮できる効果がある。
【0056】
また、ブレーキ動作をした後に、モータ2を駆動するよう構成したため、回転子2が逆方向に回転中であっても短時間で回転数を低下させることができ、モータ2の起動時間を短縮できる効果がある。
【0057】
また、スイッチング素子13、14、15をONし、モータ2を三相短絡状態にしてブレーキ動作を行なうよう構成したため、より確実にブレーキ動作が行われる効果がある。
【0058】
また、回転数計測時のスイッチング素子のON/OFF周波数を非可聴周波数領域である20kHzとしたため、計測時の電流リプルに起因するトルクリプルが無く無音で起動できる効果がある。
【0059】
また、モータ2の運転中に、極めて短い時間(1μs)だけ各相に対応する2つのスイッチング素子を同時にOFF状態とすることで、電流位相検出部3が各相の相電流の位相情報(PhIu、PhIv、PhIw)を検出し、回転数および回転方向を検出するよう構成したため、電圧印加休止時間に起因するモータ2のトルクリプルを抑制することができ、モータ2を、静粛に、効率良く、かつ、安定に駆動できる効果がある。また、モータ負荷が高い場合でも、安定して動作するモータシステムを得ることができる。
【0060】
また、電流位相検出部3が各相の相電流の位相情報(PhIu、PhIv、PhIw)を検出することにより、回転数および回転方向を検出するよう構成したため、回転数検出用のホール素子等の位置センサが不要となり、化合物半導体や電子部品等の廃棄物を削減できる。
【0061】
また、モータ2の起動時には、相電流の位相情報(PhIu、PhIv、PhIw)から算出される回転数と回転方向に基いてモータ2に供給される交流電流の周波数を制御するとともに、所定の回転数に到達した後は、より効率の高い力率制御に切り換えるよう構成したため、起動時のトルクリプルが小さくなって起動の安定性が向上するとともに起動後の効率が高いモータシステムが得られる効果がある。
【0062】
なお、上記実施の形態1では、モータ2としてDCブラシレスモータを用いた例を示したが、モータ2は、これに限定されるものではなく、誘導モータ等の他の多相モータであっても同様の効果を奏することができる。また、三相以外の相数のモータにも適用できることは言うまでもない。
【0063】
また、起動時に駆動部1から出力されるモータ駆動電圧を、通常運転時より高目の電圧に設定しておけば、外乱等によるトルク変動や加速中のトルクアップに対しても同期状態からはずれることが少なくなり、より安定して起動することができる効果がある。
【0064】
また、上記実施の形態1では、回転情報検出手段として、回転数および回転方向の検出を電流ゼロクロス検出回路3からの位相信号(PhIu、PhIv、PhIw)に基いて行なうよう構成した例を示したが、従来装置と同様にモータ2に発生する誘起電圧(逆起電力)等を検出してもよく、この他、ホール素子等の位置検出素子の利用等、種々の形態が可能である。
【0065】
また、上記実施の形態1では、3つの相の全部について位相信号(PhIu、PhIv、PhIw)を計測したが、三相モータの原理から、この内のいずれか2相の位相が分かれば、他の1相を導出することができ、回転数および回転方向を判定することが可能である。
【0066】
さらに、上記実施の形態1では、起動時の回転数検出を電流ゼロクロス検出回路3からの位相信号(PhIu、PhIv、PhIw)により、また、通常運転時は、相電流と相電圧間の位相差による力率制御により構成した例を示したが、通常運転時も電流ゼロクロス検出回路3からの位相信号(PhIu、PhIv、PhIw)に基いて制御するよう構成してもよく、この場合、起動時と通常運転時の回路とが兼用できるため起動用の新たな回路が不要となり、コスト低減が可能となる効果がある。
【0067】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、ステップS1においてスイッチング素子を常時ON(閉成)し、ブレーキ動作を行なった後、ステップS2で電流周波数および回転方向の計測を行なうよう構成した例を示したが、スイッチング素子を断続的にON/OFFするよう構成してもよく、この場合、ブレーキ動作と同時に回転数等の計測もできるため、起動時間がさらに早くなる効果がある。
【0068】
また、上記実施の形態1では制御部4がステップS1において常に3秒間ブレーキ動作を行なうよう構成したが、このように構成された実施の形態2によればブレーキ操作を行いながら回転数等を検出できるため、回転数が所定の値以下(この実施の形態2では、100rpmに設定)となった場合にステップS3に移行するよう構成すれば、起動時間がさらに短縮できるとともに、確実に減速してから起動動作を行なうことができるため、起動時の安定性がより向上する効果がある。
【0069】
実施の形態3.
また、上記実施の形態1では、ブレーキ操作(ステップS1)後に回転方向を検出(ステップS2)し、起動方法を変更(ステップS3)するよう構成したが、ブレーキ動作前に回転方向を検出し、例えば、モータ2が正転方向に十分な速度で回転している場合には、ステップS2で計測された電流周波数と所望の運転周波数を比較し、その大小によってステップS2で計測された電流周波数より1Hzだけ高い(計測された周波数<所望周波数の場合)もしくは1Hzだけ低い(計測された周波数>所望周波数の場合)正転周波数を新しい電流周波数として設定し、制御部4がこの新しい電流周波数でモータ2を駆動し、徐々に回転数を変更するよう構成すれば、正転方向に回転している回転子2を一旦減速させる必要がなくなり、起動時間がさらに短縮される効果がある。
【0070】
実施の形態4.
また、上記実施の形態1では、起動前に必ずブレーキ動作(ステップ1)を行なうよう構成した例を示したが、ブレーキ操作前に回転数を検出するよう構成するとともに、この結果に基いて、回転子の回転数が非常に高い場合(この実施の形態4では、500rpmに設定)には、モータ2を起動させないよう構成してもよく、この場合、高速で逆回転する回転子を制動する際に駆動部1に過大電流あるいは高電圧が発生し、駆動部1の回路が故障することを防止できる効果がある。
【0071】
実施の形態5.
図7には、この発明の実施の形態5として、上記実施の形態1に記載のモータシステムを室外機のファンの駆動用に用いた空気調和機の構成図を示す。図において、50は空気調和機の室外機であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。また、2は上記実施の形態1に記載のブラシレスモータ、51は上記実施の形態1に示した駆動部1、電流位相検出部3および制御部4からなるモータ駆動装置、52はブラシレスモータ2によって回転されるプロペラファン、53はプロペラファン52の回転によって送風される外気と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器、54は冷媒を圧縮する圧縮機であり、ブラシレスモータ2、モータ駆動装置51およびプロペラファン52により送風機55が構成されている。
【0072】
このように、この実施の形態5によれば、室外機50のファンを駆動するモータシステムとして上記実施の形態1に記載したモータシステムを用いたため、例えば、プロペラファン52が外風によって逆回転している場合でも、プロペラファン52を安定して起動することができる効果がある。
【0073】
なお、上記実施の形態5において、モータシステムとして上記実施の形態4を用いれば、プロペラファン52が強い外風で高速に逆回転している場合には、モータ2が起動しないため、モータ駆動装置51の回路が保護されるとともに、モータ2を回転させなくとも外風によって熱交換が行われるため、モータ2の消費電力を節約することができ、より省電力となる効果がある。
【0074】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【0075】
多相の交流電流を生成する駆動回路と、前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したため、脱調等が発生しにくく、より確実に引き込みができるとともに、起動時の安定性に優れたモータシステムが得られる効果がある。
【0076】
また、前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させるよう構成したため、前記モータの回転数と前記モータに供給される交流電流の電流周波数の差が小さくなって、より脱調等が発生しにくくなり、起動時の安定性が向上する効果がある。
【0077】
また、前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前記モータの各相に対応してON/OFFする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のOFF時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をOFFした時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部からの出力により回転数および回転方向を検出するよう構成したため、回転数および回転方向を検出するための電圧印加休止時間を短くすることができ、電圧印加休止時のトルクリプルによるモータ駆動時の騒音や振動を低減できる効果がある。
【0078】
また、前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数を非可聴周波数領域としたため、より低騒音化が可能となる効果がある。
【0079】
また、起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手段を備えたため、前記モータが逆方向に回転していても短時間で回転数を低下させることができ、前記モータの起動時間を短縮できる効果がある。
【0080】
また、前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速するよう構成したため、より確実に前記モータの回転数を減速できる効果がある。
【0081】
また、前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記ブレーキ手段がブレーキ動作を行なわないよう構成したため、正転方向に回転している場合の起動時間をさらに短縮できる効果がある。
【0082】
また、前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動しないよう構成したため、前記駆動回路に過大電流あるいは高電圧が発生して、前記駆動回路が故障することを防止できる効果がある。
【0083】
また、空気調和機の送風機用モータとして、上記のいずれかに記載のモータシステムを備えたため、前記モータに装着されたプロペラファンが外風で逆回転している場合でも、プロペラファンを安定して起動することが可能な空気調和機が得られる効果がある。
【0084】
また、多相モータの起動時、前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、前記モータが逆転方向に回転している場合に、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、を含むよう構成したため、脱調等が発生しにくく、より安定して起動できる効果がある。
【0085】
また、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップにおいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定したため、起動時の安定性が一層向上する効果がある。
【0086】
また、起動前に、前記モータの回転数を減速させるステップを含むよう構成したため、前記モータが逆方向に回転していても短時間で回転数を低下させることができ、前記モータの起動時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1のモータシステムの全体構成を表すブロック図。
【図2】 この発明の実施の形態1のモータシステムの駆動部の構成を表す回路図。
【図3】 この発明の実施の形態1のモータシステムの制御部の構成を表す回路図。
【図4】 この発明の実施の形態1のモータシステムの動作を表すタイミングチャート。
【図5】 この発明の実施の形態1のモータシステムの起動時の動作手順を表すフローチャート。
【図6】 この発明の実施の形態1のモータシステムの通常運転時の相電圧、相電流および相電流位相信号の関係を表す波形図。
【図7】 この発明の実施の形態5の空気調和機の室外機の構成を表す構成図。
【図8】 従来のモータシステムの全体構成を表すブロック図。
【図9】 従来のモータシステムの起動時の動作を表すフローチャート。
【符号の説明】
1 駆動部(駆動回路、ブレーキ手段)
2 三相DCブラシレスモータ(モータ)
3 電流位相検出部(回転情報検出手段)
4 制御部(制御回路、回転情報検出手段)
5 直流電源
10、11、12、13、14、15 スイッチング素子(スイッチング手段)
16、17、18、19、20、22 環流ダイオード
30 相電圧の波形
31 相電流の波形
32 電流位相検出部からの出力波形
40 外部インターフェース
41 演算部
42 メモリ
43 タイマ
50 室外機
51 モータ駆動装置
52 プロペラファン
53 熱交換器
54 圧縮機
55 送風機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor system, an air conditioner including the motor system, and a motor starting method, and more particularly, a multiphase motor such as a DC brushless motor and a drive circuit capable of changing a drive frequency of an inverter or the like. The present invention relates to a motor system, an air conditioner including the motor system, and a motor starting method suitable for such a multiphase motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a simplified block diagram of the overall structure of a brushless motor system for a blower used in a conventional air conditioner disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-337080. In FIG. A motor drive circuit comprising transistors Q1 to Q6 and a drive circuit DR for driving the power transistor, 102 is a three-phase DC brushless motor driven by the
[0003]
Hereinafter, the operation at the time of starting the conventional apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S101, it is determined whether or not a start command for the three-phase DC
[0004]
On the other hand, if it is determined in step S102 that the rotation is not normal, the process proceeds to step S105 to determine whether or not reverse rotation (N <−43 rpm). In the case of reverse rotation, the position detection circuit is determined in step S106. On the basis of the magnetic pole position of the rotor estimated at 103, the switching element is turned ON / OFF to perform synchronous operation in the deceleration direction, and the rotor is stopped in step S107 by this braking operation. Thereafter, in step S108, the motor is started in the forward rotation direction while synchronizing the position of the rotor and the rotating magnetic field. After starting, the operation is switched from the synchronous operation to the brushless operation in step S109. Thereafter, the acceleration process in step S103 and the speed control in step S104 are performed. Migrate to
[0005]
If it is determined in step S105 that the motor is stopped (−43 rpm <N <94 rpm), the rotor magnetic poles and coils are positioned in step S110, and then the rotor rotation speed is determined in step S108. The operation is started while synchronizing the drive frequency, and the operation is switched to the brushless operation in step S109, and thereafter, the process proceeds to the acceleration process in step S103 and the speed control in step S104.
[0006]
Thus, in the conventional air conditioner motor system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-337080, the rotational direction of the three-phase DC
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional motor system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-337080, the switching element is turned on / off by synchronizing the brake operation during reverse rotation with the position of the magnetic pole while detecting the position of the magnetic pole of the rotor. Therefore, for example, when the rotational speed fluctuates due to fluctuations in the external wind, etc., it is not possible to decelerate at a frequency synchronized with the rotational speed. There is a problem that the brake time (deceleration time) becomes long.
[0008]
In addition, since control is performed so as to directly start synchronously in the forward direction during reverse rotation, the amount of torque change acting on the rotor becomes large, and if the synchronization is insufficient, the step-out occurs without being able to be pulled in. was there. Further, since the torque change is large, there is a problem that vibration and noise at the start are likely to occur.
[0009]
Further, in this conventional apparatus, the induction of the three-phase DC
[0010]
In addition, because of the inductance component of the three-phase DC
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional apparatus, and a first object of the present invention is to provide a motor system that is highly stable at start-up and is unlikely to cause step-out. The purpose is to obtain.
[0012]
A second object of the present invention is to obtain a motor system capable of stably performing a deceleration operation of a motor before starting.
[0013]
A third object of the present invention is to obtain a motor system that can be operated with low vibration and low noise even at startup.
[0014]
A fourth object of the present invention is to obtain an air conditioner that is excellent in stability at start-up, as well as low vibration and low noise.
[0015]
A fifth object of the present invention is to provide a motor starting method that has high stability at the time of starting and is unlikely to cause step-out.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a motor system according to the present invention includes a drive circuit that generates a multi-phase alternating current, a motor driven by the multi-phase alternating current supplied from the drive circuit, and the motor Rotation information detection means for detecting the rotation speed and rotation direction of the motor, and the frequency of the alternating current output from the drive circuit based on the rotation speed and rotation direction of the motor output from the rotation information detection means, A control circuit for controlling the number of rotations of the motor, and the control circuit determines the rotation direction of the motor output from the rotation information detection means when the motor is started, and the motor rotates in the reverse direction. In this case, an AC current having a reverse rotation frequency is supplied from the drive circuit to the motor to perform drawing, and then the frequency is changed in the forward rotation direction. Those configured to start the motor by.
[0017]
Further, the motor system according to the present invention is configured such that the control circuit changes the initial value of the reverse frequency of the alternating current output from the drive circuit at the time of start-up according to the number of revolutions before the motor is started up. It is a thing.
[0018]
In the motor system according to the present invention, the initial value of the reverse frequency of the alternating current output from the drive circuit at the time of start-up is a frequency that is larger in the reverse direction than the current frequency corresponding to the rotational speed before the start of the motor. Is set.
[0019]
The motor system according to the present invention is configured such that the rotation information detecting means calculates the rotation speed and rotation direction of the motor by detecting the phase of the phase current flowing into the motor.
[0020]
Further, the motor system according to the present invention is configured such that the rotation information detection means determines the rotation direction based on the phase of any two-phase current flowing into the motor.
[0021]
In the motor system according to the present invention, the drive circuit includes a plurality of pairs of switching means for turning on / off a DC current supplied from a DC power supply corresponding to each phase of the motor, and each of the switching means. By providing a free-wheeling diode provided in parallel and circulating a free-wheeling current when the switching means is OFF, the rotation information detecting means samples the polarity of the phase voltage of the motor when the switching means is OFF, A current phase detector for detecting a zero cross of a phase current flowing into the motor and detecting a phase of the phase current is provided.
[0022]
In the motor system according to the present invention, the sampling frequency of the phase voltage by the current phase detector is in the non-audible frequency region.
[0023]
In addition, the motor system according to the present invention includes a brake means for decelerating the rotational speed of the motor before starting.
[0024]
Further, the motor system according to the present invention is configured such that the brake means generates a short-circuit current by short-circuiting the wires of each phase of the motor, thereby reducing the rotational speed.
[0025]
Further, the motor system according to the present invention is configured such that when the rotation direction of the motor is a forward rotation direction, the control circuit controls so as not to perform a brake operation by the brake means.
[0026]
The motor system according to the present invention is configured such that the control circuit controls the drive circuit not to drive the motor when the rotation speed of the motor is greater than a predetermined rotation speed.
[0027]
The motor system according to the present invention uses a brushless motor as the motor and a voltage-type full-bridge inverter as the drive circuit.
[0028]
Moreover, the air conditioner which concerns on this invention is provided with the motor system in any one of said as a fan motor.
[0029]
The motor start method according to the present invention is a motor start method driven by a multi-phase alternating current, the step of detecting the rotation speed and rotation direction of the motor, and the motor rotating in the reverse direction. In this case, the method includes a step of pulling in by supplying an alternating current having a reverse frequency to the motor, and a step of changing the frequency of the alternating current in the forward direction after the pulling is completed.
[0030]
In the motor starting method according to the present invention, the initial value of the reverse frequency of the alternating current supplied to the motor may be determined in the step of pulling in by supplying the alternating current of the reverse frequency to the motor. The frequency is set to be larger in the reverse direction than the current frequency corresponding to the rotational speed before the motor is started.
[0031]
The motor starting method according to the present invention includes a step of decelerating the rotational speed of the motor before starting.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of the motor system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a motor system according to
[0033]
FIG. 2 shows a detailed circuit configuration diagram of the
[0034]
Moreover, each switching element 10-15 of this
[0035]
FIG. 3 shows a block configuration diagram of the
[0036]
Next, the operation of this motor system will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a timing chart of the motor system according to the first embodiment. Pu represents the waveform of the PWM signal supplied to the switching
[0037]
As shown in FIG. 4, when a PWM signal (Pu, Pv, Pw, Nu, Nv, Nw) whose pulse width (duty ratio) changes with time at a predetermined frequency is sent from the
[0038]
On the other hand, since the high-frequency component of this pulsed motor drive voltage (Vu, Vv, Vw) is removed by the internal impedance of the motor, the circuit such as the winding in the
[0039]
Next, the operation of the
[0040]
Further, the two switching
[0041]
For example, assuming the temporal change of the phase current as Iu in Fig. 4, the polarity of Iu is negative at the first and second Toff, so the signal PhIu (negative logic) indicating this polarity is High. Since the polarity of Iu becomes positive at the third Toff, the signal PhIu (negative logic) becomes Low at this time. In this way, all the switching elements are turned off for a short time by the off command Toff during the operation of the
[0042]
As described above, the polarity information of the phase voltage held by the current
[0043]
Next, the operation at the start of the motor system will be described with reference to FIG. When an instruction to start the
[0044]
Next, after the elapse of 3 seconds, the process proceeds to step S2, where the
[0045]
Subsequently, in step S3, the
[0046]
When the rotation of the rotor is substantially synchronized with the set current frequency by the operation of step S4 and the pull-in is completed, the process proceeds to step S5, and the current frequency of the PWM signal output from the
[0047]
On the other hand, when the rotation direction of the
[0048]
Then, by the operation of step S6, the rotor starts to rotate, and when the rotation is substantially synchronized, the process proceeds to step S7, and the current frequency of the PWM signal output from the
[0049]
In both the reverse rotation and the normal rotation, after the start-up is completed and the rotation speed of the rotor is increased to a desired rotation speed, the phase information of the phase current output from the current phase detection unit 3 ( Based on the phase information of the motor drive voltages (Vu, Vv, Vw) generated by the
[0050]
FIG. 6 shows a substantial phase voltage 30 and a phase current 31 applied to one phase (for example, U phase) of the
[0051]
Further, since the phase difference (θ) between the phase voltage and the phase current includes the rotor position information, information on the number of rotations and the rotation direction of the
[0052]
As described above, according to the first embodiment, when the
[0053]
In addition, the initial value of the reverse frequency of the alternating current supplied to the
[0054]
In addition, since the current frequency is continuously changed to a desired frequency while synchronizing the rotation of the rotor and the current frequency of the motor drive voltage, the separation between the rotation of the rotor and the frequency of the applied voltage is small. Thus, the torque can be generated efficiently, so that the rotational speed of the rotor can be changed smoothly and stably.
[0055]
Further, since the rotation direction of the rotor is detected and the activation method is changed between reverse rotation and other cases, there is an effect that the activation time other than during reverse rotation can be shortened.
[0056]
In addition, since the
[0057]
In addition, since the switching
[0058]
Further, since the ON / OFF frequency of the switching element at the time of measuring the rotational speed is set to 20 kHz which is a non-audible frequency region, there is no torque ripple caused by the current ripple at the time of measurement, and there is an effect that it can be started silently.
[0059]
Further, during the operation of the
[0060]
In addition, the
[0061]
Further, when the
[0062]
In the first embodiment, an example in which a DC brushless motor is used as the
[0063]
Also, if the motor drive voltage output from the
[0064]
In the first embodiment, the rotation information detection unit is configured to detect the rotation speed and the rotation direction based on the phase signals (PhIu, PhIv, PhIw) from the current zero
[0065]
In the first embodiment, the phase signals (PhIu, PhIv, PhIw) are measured for all three phases. However, if one of the two phases is known from the principle of the three-phase motor, the other signals are obtained. 1 phase can be derived, and the number of rotations and the direction of rotation can be determined.
[0066]
Furthermore, in the first embodiment, the rotational speed at the time of start-up is detected by the phase signal (PhIu, PhIv, PhIw) from the current zero
[0067]
In the first embodiment, the switching element is always turned on (closed) in step S1, the brake operation is performed, and then the current frequency and the rotation direction are measured in step S2. The element may be configured to be turned ON / OFF intermittently. In this case, since the rotation speed and the like can be measured simultaneously with the brake operation, there is an effect that the startup time is further shortened.
[0068]
Further, in the first embodiment, the
[0069]
In the first embodiment, the rotation direction is detected (step S2) after the brake operation (step S1) and the activation method is changed (step S3). However, the rotation direction is detected before the brake operation, For example, when the
[0070]
In the first embodiment, an example is shown in which the brake operation (step 1) is always performed before starting. However, the configuration is such that the rotational speed is detected before the brake operation, and based on this result, When the rotational speed of the rotor is very high (in this fourth embodiment, it is set to 500 rpm), the
[0071]
FIG. 7 shows, as a fifth embodiment of the present invention, a configuration diagram of an air conditioner using the motor system described in the first embodiment for driving a fan of an outdoor unit. In the figure, 50 is an outdoor unit of an air conditioner, (a) is a front view, and (b) is a side view. Also, 2 is the brushless motor described in the first embodiment, 51 is a motor drive device including the
[0072]
As described above, according to the fifth embodiment, since the motor system described in the first embodiment is used as a motor system for driving the fan of the
[0073]
In the fifth embodiment, if the fourth embodiment is used as a motor system, the
[0074]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0075]
A driving circuit for generating a multi-phase alternating current; a motor driven by the multi-phase alternating current supplied from the driving circuit; a rotation information detecting means for detecting a rotation speed and a rotating direction of the motor; and the rotation A control circuit for controlling the frequency of the alternating current output from the drive circuit based on the rotation speed and rotation direction of the motor output from the information detection means, and controlling the rotation speed of the motor, the control circuit comprising: When the motor is started, the rotation direction of the motor output from the rotation information detection means is determined, and when the motor is rotating in the reverse rotation direction, the reverse rotation frequency from the drive circuit to the motor is determined. Since the motor is started by changing the frequency in the forward direction, the out-of-step occurs. Difficult, it is pulling more reliably, the effect of a motor system having excellent stability during startup can be obtained.
[0076]
In addition, since the control circuit is configured to change the initial value of the reverse frequency of the alternating current output from the drive circuit at the time of start-up according to the number of rotations before the start of the motor, The difference in the current frequency of the alternating current supplied to the motor is reduced, so that step-out and the like are less likely to occur, and there is an effect that the stability at the time of starting is improved.
[0077]
A plurality of pairs of switching means for turning on / off a direct current supplied from a direct current power supply corresponding to each phase of the motor; The rotation information detecting means samples the polarity of the phase voltage of the motor when the switching means is turned OFF, so that the zero crossing of the phase current flowing into the motor is provided. Since the rotation speed and the rotation direction are detected by the output from the current phase detection unit that detects the phase of the phase current, the voltage application pause time for detecting the rotation speed and the rotation direction can be shortened. It is possible to reduce noise and vibration when driving the motor due to torque ripple when voltage application is stopped. .
[0078]
In addition, since the sampling frequency of the phase voltage by the current phase detector is in the non-audible frequency region, there is an effect that noise can be further reduced.
[0079]
Moreover, since the brake means for decelerating the rotational speed of the motor before starting is provided, the rotational speed can be reduced in a short time even if the motor rotates in the reverse direction, and the starting time of the motor is shortened. There is an effect.
[0080]
Further, since the brake means is configured to generate a short-circuit current by short-circuiting the wires of each phase of the motor and to reduce the rotational speed, there is an effect that the rotational speed of the motor can be more reliably reduced. .
[0081]
In addition, when the rotation direction of the motor is the normal rotation direction, the brake means is configured not to perform a braking operation, so that it is possible to further reduce the startup time when the motor rotates in the normal rotation direction.
[0082]
Further, when the rotational speed of the motor is larger than a predetermined rotational speed, the control circuit is configured not to drive the motor by the drive circuit, so that an excessive current or high voltage is generated in the drive circuit, There is an effect that the drive circuit can be prevented from being broken.
[0083]
Moreover, since the motor system according to any one of the above is provided as a blower motor of an air conditioner, the propeller fan can be stably stabilized even when the propeller fan mounted on the motor is reversely rotated by outside air. There is an effect that an air conditioner that can be activated is obtained.
[0084]
In addition, when the multiphase motor is started, a step of detecting the rotation speed and rotation direction of the motor, and when the motor is rotating in the reverse rotation direction, an alternating current having a reverse rotation frequency is supplied to the motor. And the step of changing the frequency of the alternating current in the normal rotation direction after the completion of the pull-in. Therefore, there is an effect that the step-out or the like hardly occurs and the start can be performed more stably.
[0085]
Further, in the step of pulling in by supplying an alternating current having a reverse rotation frequency to the motor, the initial value of the reverse rotation frequency of the alternating current supplied to the motor is set to the rotation speed before starting the motor. Since the frequency is set to be larger in the reverse direction than the corresponding current frequency, there is an effect that the stability at the time of starting is further improved.
[0086]
In addition, since the motor is configured to include a step of decelerating the rotational speed of the motor before starting, the rotational speed can be reduced in a short time even if the motor rotates in the reverse direction, and the starting time of the motor is reduced. There is an effect that can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a motor system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a drive unit of the motor system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a control unit of the motor system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the motor system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure when starting the motor system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship among phase voltage, phase current, and phase current phase signal during normal operation of the motor system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of an outdoor unit of an air conditioner according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of a conventional motor system.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation at the time of starting a conventional motor system.
[Explanation of symbols]
1 Drive unit (drive circuit, brake means)
2 Three-phase DC brushless motor (motor)
3 Current phase detector (rotation information detector)
4 Control unit (control circuit, rotation information detection means)
5 DC power supply
10, 11, 12, 13, 14, 15 Switching element (switching means)
16, 17, 18, 19, 20, 22 Freewheeling diode
30-phase voltage waveform
31 Phase current waveform
32 Output waveform from current phase detector
40 External interface
41 Calculation unit
42 memory
43 Timer
50 outdoor unit
51 Motor drive device
52 Propeller Fan
53 Heat exchanger
54 Compressor
55 Blower
Claims (16)
前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動されるモータと、
前記モータの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段と、
前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転方向に回転していると判別された場合に、前記駆動回路から前記モータに対して前記モータを前記逆転方向に増速するように加速する逆転周波数の交流電流を供給して前記モータの回転が前記逆転周波数にほぼ同期するように引き込みを行い、その後、その周波数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動するよう構成したことを特徴とするDCブラシレスモータのモータシステム。A drive circuit for generating a polyphase alternating current;
A motor driven by a polyphase alternating current supplied from the drive circuit;
Rotation information detection means for detecting the rotation speed and rotation direction of the motor;
A control circuit for controlling the frequency of the alternating current output from the drive circuit based on the rotational speed and rotational direction of the motor output from the rotational information detection means, and for controlling the rotational speed of the motor;
Wherein the control circuit, at the start of the motor, as well as determine the rotation direction of the motor output from the rotational information detecting means, when the motor is judged to be rotating in the reverse direction, the driving circuit From the motor, an alternating current having a reverse frequency for accelerating the motor in the reverse direction is supplied to the motor so that the rotation of the motor is substantially synchronized with the reverse frequency. A motor system of a DC brushless motor, wherein the motor is started by changing a frequency in a forward direction.
前記モータの回転数および回転方向を検出するステップと、
この検出ステップにより前記モータが逆転方向に回転していることが検出された場合に、前記モータに対して前記モータを前記逆転方向に増速するように加速する逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込みを行うステップと、
引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステップと、
を含むことを特徴とするモータの起動方法。A method for starting a DC brushless motor driven by a polyphase alternating current,
Detecting the rotation speed and rotation direction of the motor;
If it is detected that the motor is rotating in the reverse direction by the detection step, supplying an alternating current reversal frequency to accelerate to accelerated the motor to the reverse direction with respect to the motor Withdrawing step by
A step of changing the frequency of the alternating current in the forward rotation direction after completion of the pulling;
A method for starting a motor, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30531899A JP3731105B2 (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30531899A JP3731105B2 (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001128485A JP2001128485A (en) | 2001-05-11 |
JP3731105B2 true JP3731105B2 (en) | 2006-01-05 |
Family
ID=17943675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30531899A Expired - Fee Related JP3731105B2 (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3731105B2 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005171843A (en) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Toshiba Kyaria Kk | Fan control device |
JP4652805B2 (en) * | 2004-12-28 | 2011-03-16 | キヤノン株式会社 | Method and apparatus for controlling rotational speed of rotating mechanism |
JP4736815B2 (en) * | 2006-01-16 | 2011-07-27 | 株式会社安川電機 | Inverter control device and motor start method. |
JP2008092784A (en) | 2006-07-28 | 2008-04-17 | Mitsuba Corp | Drive unit for brushless motor, and method for starting the brushless motor and method for detecting stopping position of rotor of the brushless motor |
KR20090042522A (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | 엘지전자 주식회사 | Method for controlling fan motor of air conditioner and the motor controller |
JP5424250B2 (en) * | 2009-11-12 | 2014-02-26 | シャープ株式会社 | Motor control device |
JP2014231823A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 株式会社荏原製作所 | Pump device |
KR101489083B1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-02-02 | 주식회사 엘지유플러스 | Docking apparatus for speaker output |
CN104564754B (en) * | 2013-10-12 | 2017-02-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | fan detection control method and system |
CN106151082B (en) * | 2015-03-27 | 2017-11-24 | 深圳兴奇宏科技有限公司 | The method for preventing starting fan operating from burning |
JP2017009774A (en) * | 2015-06-22 | 2017-01-12 | 富士ゼロックス株式会社 | Image forming apparatus |
US10560044B2 (en) | 2016-09-07 | 2020-02-11 | Nidec Corporation | Motor control method, motor control system, and electric power steering system |
CN107859645B (en) | 2017-09-21 | 2019-10-08 | 珠海格力电器股份有限公司 | Fan control method and system and air conditioner |
CN115875818A (en) * | 2022-12-28 | 2023-03-31 | 宁波奥克斯电气股份有限公司 | Control method and control device of air conditioner, air conditioner and readable storage medium |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30531899A patent/JP3731105B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001128485A (en) | 2001-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100329077B1 (en) | Driving apparatus of brushless motor for outdoor fan of airconditioner | |
JP3832257B2 (en) | Synchronous motor start control method and control device | |
JP3731105B2 (en) | Motor system, air conditioner equipped with the motor system, and motor starting method | |
JP2000125584A5 (en) | ||
JPH07337080A (en) | Air-conditioner | |
JP6463966B2 (en) | Motor driving device, motor driving module and refrigeration equipment | |
JP5424250B2 (en) | Motor control device | |
JPH09294390A (en) | Step-out detecting device in centerless synchronous motor | |
JP4531180B2 (en) | Synchronous motor and method for starting synchronous motor | |
CN112400274B (en) | Method for controlling brushless permanent magnet motor | |
JPH10191682A (en) | Drive control device for blower | |
JP5326948B2 (en) | Inverter control device, electric compressor and electrical equipment | |
JP6643968B2 (en) | SR motor control system and SR motor control method | |
JP2005094925A (en) | Control method for brushless dc motor | |
JP2007189862A (en) | Control method and control device of brushless dc motor | |
JP4389746B2 (en) | Inverter control device | |
JPH07308092A (en) | Synchronous starting device for d.c. motor | |
JP5218818B2 (en) | DC brushless motor parallel drive circuit | |
JP3807507B2 (en) | Sensorless synchronous motor drive device | |
JP2007174745A (en) | Sensorless control method for brushless motor, and sensorless controller for brushless motor | |
JP2005278360A (en) | Brushless motor sensorless controlling method, sensorless controller thereof, and electric pump | |
JP2006121815A (en) | Drive device of dc brushless motor | |
JP2008295249A (en) | Drive arrangement of brushless motor | |
JP4312115B2 (en) | Motor drive device | |
JP2004007872A (en) | Starting method for brushless sensorless dc motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040914 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050210 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050913 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050926 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091021 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091021 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101021 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111021 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121021 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131021 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |