JP3733095B2

JP3733095B2 - Synchronous motor step-out detection device, synchronous motor step-out detection method, and compressor driving device for refrigeration air conditioner

Info

Publication number: JP3733095B2
Application number: JP2002256256A
Authority: JP
Inventors: 正明矢部; 和憲坂廼邊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2022-09-02
Also published as: JP2004096914A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同期電動機を回転子位置を検出するための位置センサを用いずに駆動する同期電動機駆動装置の脱調検出装置及び脱調検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２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、３ａ〜３ｆは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はスイッチング素子３のそれぞれと並列に接続された還流ダイオード、５はスイッチング素子３およ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は埋込磁石型同期電動機である。
【０００３】
７ａは埋込磁石型同期電動機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が検出する相とは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】
１０は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された２相分の電流から３相の電流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相の電流を励磁電流成分（ｄ軸電流）とトルク電流成分（ｑ軸電流）のｄ−ｑ座標の電流に変換する座標変換手段、１２は座標変換手段１１により求められたｄ−ｑ座標電流を基に埋込磁石型同期電動機６を駆動するためのｄ−ｑ座標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基にスイッチング素子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、１５は直流電源部１の直流電圧を検出する直流電圧検出手段、３０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および埋込磁石型同期電動機における動作を、図１２を用いて説明する。図において、インバータ装置２は埋込磁石型同期電動機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およびＶ相電流Ｉｖを用いて、インバータ制御手段８は、埋込磁石型同期電動機６を駆動するためにインバータ主回路５が出力する電圧値およ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、座標変換手段１１により３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。電圧指令値演算手段１２はｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑよりｄ−ｑ座標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１４により出力されたＰＷＭ信号に基づきインバータ主回路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より埋込磁石型同期電動機６に電力が供給され、埋込磁石型同期電動機６が駆動される。
【０００８】
ここで、上記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。埋込磁石型同期電動機６が脱調を起こす直前では、通常の同期運転時に比べ相電流のピークレベルが大となる。この現象より電動機の脱調を検出する。例えば、過電流検出手段３０により、相電流と過電流レベルを比較し、相電流が過電流レベルを超えた場合、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３０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一例が、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も開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２５２８２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータ装置での脱調検出は、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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、過電流検出に用いる過電流レベルは、埋込磁石型同期電動機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。
【００１４】
また、インバータ装置と埋込磁石型同期電動機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。
【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。
【００１６】
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毎に設定する必要があり、設定が複雑になる。
【００１７】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、同期電動機の負荷によらず、精度良く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。
【００１８】
【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を励磁電流成分であるｄ軸電流と、トルク電流成分であるｑ軸電流のｄ−ｑ座標電流に変換する座標変換手段と、座標変換手段により得られたｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方を第一の所定値と比較する電流比較手段と、ｄ−ｑ座標電流と第一の所定値とが所定時間内に交差する数を計測する交差数計測手段と、交差数計測手段により計測された交差数と第二の所定値との一致回数を計測する一致回数計測手段と、一致回数計測手段で計測された一致回数と第三の所定値を比較し一致回数が第三の所定値以上となった場合に脱調を検出する一致回数比較手段と、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、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流の変動の中心付近に設定し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、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流に含まれる直流成分としたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流の平均値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、ローパスフィルタを用いてｄ−ｑ座標電流の直流に近い成分のみを取り出して第一の所定値と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、ローパスフィルタの遮断周波数を１．５Ｈｚとしたことを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段において、所定時間内にｄ−ｑ座標電流が第一の所定値を小から大となるように交差する場合と、大から小になるように交差する場合の少なくとも一方の交差数を計測することを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段において、所定時間内にｄ−ｑ座標電流が第一の所定値を小から大となるように交差する場合と、大から小になるように交差する場合の交差数をそれぞれ計測し、一致回数計測手段において、少なくともいずれか一方の交差数が第二の所定値と一致した場合に、一致と判断することを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数計測手段において交差数と第二の所定値とが連続して一致した回数を一致回数とすることを特徴とする。
【００２７】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段が交差数を計測する所定時間を電動機の１回転周期の倍数としたことを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数計測手段において、交差数と比較を行う第二の所定値は電動機の極数の倍数としたことを特徴とする。
【００２９】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数比較手段における第三の所定値を、２回以上、最大は脱調を数秒で検出できる回数としたことを特徴とする。
【００３０】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、電流比較手段において比較に用いるｄ−ｑ座標電流は高周波成分を除去した後に第一の所定値と比較することを特徴とする。
【００３１】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機の最大回転速度の極数倍の周波数を超える高周波成分を除去することを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る冷凍空調装置用圧縮機の駆動装置は、請求項１〜１４の何れかに記載の同期電動機の脱調検出装置を搭載したことを特徴とする。
【００３３】
この発明に係る同期電動機の脱調検出方法は、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ステップと、電流検出手段により得られた電流を励磁電流成分であるｄ軸電流とトルク電流成分であるｑ軸電流のｄ−ｑ座標電流に変換する座標変換ステップと、座標変換ステップにより得られたｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方を第一の所定値と比較するｄ−ｑ座標電流比較ステップと、ｄ−ｑ座標電流と第一の所定値とが所定時間内に交差する数を計測する交差数計測ステップと、交差数計測ステップより得られた交差数と第二の所定値の一致回数を計測する一致回数計測ステップと、一致回数計測ステップで計測された一致回数と第三の所定値を比較し一致回数が第三の所定値以上となった場合に脱調を検出する一致回数比較ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出方法は、ｄ−ｑ座標電流比較ステップでは、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方と第一の所定値との大小を比較して、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方が第一の所定値より大きい場合と小さい場合の比較結果信号を出力し、交差数計測ステップでは比較結果信号の変化を検出することを特徴とする。
【００３５】
また、この発明に係る同期電動機の脱調検出方法は、ｄ−ｑ座標電流比較ステップでは、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方と第一の所定値との差を求め、その差の符号が正から負または負から正に変化した場合と変化しない場合の比較結果信号を出力し、交差数計測ステップでは比較結果信号から交差数を検出することを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、埋込磁石型同期電動機を例に挙げて説明するが、これはあくまでも一例であり、ｄ軸とｑ軸のインダクタンスに差がある突極型の同期電動機であれば、以下に説明する方法により脱調検出が可能である。
【００３７】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、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はスイッチング素子３のそれぞれに並列に接続された還流ダイオード、５はスイッチング素子３およびスイッチング素子３のそれぞれに並列に接続された還流ダイオード４からなるインバータ主回路、６は埋込磁石型同期電動機である。
【００３８】
７ａは埋込磁石型同期電動機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。
【００３９】
９はインバータ制御手段８内に設けられた埋込磁石型同期電動機６の駆動制御を行う電動機制御部、１０は電流検出手段７ａ、７ｂにより検出された２相分の電流から３相の電流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相の電流をｄ−ｑ座標の電流に変換する座標変換手段、１２は座標変換手段１１により求められたｄ−ｑ座標電流を基に埋込磁石型同期電動機６を駆動するためのｄ−ｑ座標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基にスイッチング素子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、１５は直流電源部１の直流電圧を検出する直流電圧検出手段である。
【００４０】
１６はインバータ制御手段８内に設けられた埋込磁石型同期電動機６の脱調を検出する脱調検出手段で、電流比較手段１７、交差数計測手段１８、一致回数計測手段１９、一致回数比較手段２０で構成される。
【００４１】
電流比較手段１７は座標変換手段１１より得られたｄ−ｑ座標電流と脱調検出のための基準電流となる第一の所定値との大小を比較する。交差数計測手段１８は電流比較手段１７により得られた比較結果を基に、ｄ−ｑ座標電流が第一の所定値と交差する数を所定時間計測する。一致回数計測手段１９は交差数計測手段１８より得られた所定時間の交差数と脱調検出の基準となる第二の所定値を比較し交差数と第二の所定値とが一致する回数を計測する。一致回数比較手段２０は一致回数計測手段１９より得られた一致回数と第三の所定値を比較し、一致回数が第三の所定値以上となった場合に脱調を検出する。
【００４２】
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は埋込磁石型同期電動機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およびＶ相電流Ｉｖを用いて、インバータ制御手段８は、埋込磁石型同期電動機６を駆動するためにインバータ主回路５が出力する電圧値およ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。
【００４３】
インバータ制御手段８内の電動機制御部９では、インバータ装置の電動機駆動の処理を行う。ここでは、以下に記載する動作にて電動機駆動のための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、座標変換手段１１により３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはｄ−ｑ座標の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換される。電圧指令値演算手段１２はｄ−ｑ座標の電流Ｉｄ、Ｉｑおよび回転速度指令値ｆ＊に基づき、ｄ−ｑ座標における出力電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を演算により求める。
【００４４】
ここで、回転速度指令値ｆ＊はインバータ装置の上位装置、例えばインバータ装置の搭載されたシステムのメインマイコンや他のインターフェース（マンマシンインターフェースなど）より与えられる。出力電圧ベクトル演算手段１３はｄ−ｑ座標の出力電圧指令値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１４は直流電圧検出手段１５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。
【００４５】
ＰＷＭ信号発生手段１４により出力されたＰＷＭ信号に基づき、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より埋込磁石型同期電動機６に電力が供給され、埋込磁石型同期電動機６が駆動される。
【００４６】
本発明の最も重要な特徴部分である脱調検出の一例である脱調検出手段１６について、以下説明する。
インバータ制御手段８内の脱調検出手段１６では、以下に記載する動作により埋込磁石型同期電動機６の脱調検出処理を行う。座標変換手段１１より得られたｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑは、電流比較手段１７において第一の所定値である電流基準値Ｉｔｈとの大小を比較し、比較結果信号Ｓｉが出力される。
【００４７】
ここで、例えば比較する値としてトルク分電流であるｑ軸電流Ｉｑを用いるとし、比較結果信号ＳｉはＩｑ≧ＩｔｈのときＳｉ＝１、Ｉｑ＜ＩｔｈのときＳｉ＝０と出力する。
【００４８】
交差数計測手段１８は、電流比較手段１７より得られた比較結果信号Ｓｉが所定時間Ｔｍ内に０から１、または１から０に変化する回数である交差数Ｎｃを計測する。
【００４９】
一致回数計測手段１９では、交差数Ｎｃを第二の所定値である脱調交差数Ｎｅｒｒと比較し交差数Ｎｃと脱調交差数Ｎｅｒｒが一致Ｎｃ＝Ｎｅｒｒとなる一致回数Ｎｅｑを計測する。
【００５０】
一致回数比較手段２０では、一致回数計測手段１９より得られた一致回数Ｎｅｑが脱調検出レベルＥｒｒｏｒ＿Ｌｅｖｅｌ以上となった場合、脱調異常信号Ｓｙ＿ｅｒｒに１を出力する。脱調でない場合の脱調異常信号Ｓｙ＿ｅｒｒは０である。
【００５１】
脱調検出手段１６より、脱調異常信号Ｓｙ＿ｅｒｒ＝１が出力された場合、ＰＷＭ信号発生手段１４はインバータ主回路５内のスイッチング素子３をすべてオフさせるための信号を出力し、インバータ主回路５から埋込磁石型同期電動機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。
【００５２】
次に、本発明による脱調検出法の一例を、図１〜図４を用いて詳細に説明する。図２に示す波形図は、埋込磁石型同期電動機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）はインバータ制御手段８の中で用いられている位相角（電気角位相）、波形（ｂ）は座標変換手段１１で得られるｄ−ｑ座標電流のうちのｑ軸電流Ｉｑ、波形（ｃ）は電流比較手段１７で比較されるｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈ、波形（ｄ）は電流比較手段１７でｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈとの比較結果である比較結果信号Ｓｉを示す。
【００５３】
図３に示す波形図は埋込磁石型同期電動機６が正常に同期運転している場合で、特に埋込磁石型同期電動機６に接続された負荷の電動機一回転における変動が大である場合の各種波形の一例を示すものである。電動機一回転における負荷変動の大きなものとして、例えばレシプロ圧縮機などが挙げられる。
【００５４】
図３において、波形（ａ）はインバータ制御手段８の中で用いられている位相角（電気角位相）、波形（ｂ）は座標変換手段１１で得られるｄ−ｑ座標電流のうちのｑ軸電流Ｉｑ、波形（ｃ）は電流比較手段１７で比較されるｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈ、波形（ｄ）は電流比較手段１７でｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈとの比較結果である比較結果信号Ｓｉを示す。
【００５５】
図４に示す波形図は埋込磁石型同期電動機６が、脱調状態の場合の各種波形の一例を示すものである。図４において、波形（ａ）はインバータ制御手段８の中で用いられている位相角（電気角位相）、波形（ｂ）は座標変換手段１１で得られるｄ−ｑ座標電流のうちのｑ軸電流Ｉｑ、波形（ｃ）は電流比較手段１７で比較されるｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈ、波形（ｄ）は電流比較手段１７でｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈとの比較結果である比較結果信号Ｓｉを示す。
【００５６】
ここで、図２、図３、図４に示す波形図は埋込磁石型同期電動機６の例として回転子の極数が６極電動機における波形を示している。
【００５７】
図２に示すように、同期電動機は同期運転時であれば、ｄ軸電流Ｉｄ（図示せず）およびｑ軸電流Ｉｑはほぼ直流となり、Ｉｑ＝Ｉｔｈである。このため、基準電流Ｉｔｈと比較した結果である比較結果信号Ｓｉは、基準電流Ｉｔｈに応じて１となりほぼ変化しない。
【００５８】
また、図３に示すように同期運転時であっても、電動機負荷の一回転中の変動が大きい場合（例えばレシプロ圧縮機の場合）、ｄ軸電流Ｉｄ（図示せず）およびｑ軸電流Ｉｑに電動機一回転当たり一回の変動が生じる。つまり、電動機の回転周波数に対し、１倍の周波数成分がｑ軸電流Ｉｑに生じる。この場合、電動機の一回転周期Ｔｍ（６極であるので電気角で３周期）にｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈの交差する回数は２回（０から１に変化が１回、１から０に変化が１回）となる。
【００５９】
一方、図４に示すような脱調状態であれば、ｄ軸電流Ｉｄ（図示せず）、ｑ軸電流Ｉｑに電動機一回転当たり回転子の極数Ｐｍ（図４では、Ｐｍ＝６）と同じ数の変動が生じる。つまり、電動機の回転周波数に対し、６倍の周波数成分がｑ軸電流Ｉｑに生じる。この場合、電動機の一回転周期Ｔｍ（６極であるので電気角で３周期）にｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈの交差する回数は１２回（０から１に変化が６回、１から０に変化が６回）となる。
【００６０】
よって、埋込磁石型同期電動機６が脱調している場合はｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに電動機一回転周波数に相当する電気角周期中に電動機の極数Ｐｍの２倍（比較結果信号Ｓｉにおいて０から１の変化と１から０への変化を含めて）の基準電流Ｉｔｈとの交差が生じる。
【００６１】
つまり図２、図３、図４で例に挙げた６極電動機においては、電動機１回転に相当する電気角３周期Ｔｍ中に６極の２倍の１２回交差数Ｎｃが生じる。
【００６２】
以上から、脱調時と同期時とではｄ−ｑ座標電流の基準電流に対して変動する頻度が異なり、特に脱調時は回転速度に関係なく電動機に応じてその頻度（基準電流との交差数）が一つに決まる。このため、この違いを検出することで脱調を検出することが可能となる。
【００６３】
具体的には、所定時間Ｔｍ内のｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈとの交差数Ｎｃを脱調検出周期毎に計測し、交差数Ｎｃが脱調時の交差数Ｎｅｒｒと一致した場合、脱調の可能性があるとし、Ｎｃ＝Ｎｅｒｒとなる一致回数が第三の所定値である脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ以上となった場合に脱調と判断する。これは、電流検出に含まれるノイズなどの影響により、脱調時以外にＮｃ＝Ｎｅｒｒとなる可能性を考慮し、交差数Ｎｃと脱調交差数Ｎｅｒｒとが一致した回数が脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ以上となった場合にのみ脱調と判断するようにする。
【００６４】
ここで、一回転当たりの変動の大きな負荷を駆動する電動機において、電動機の回転速度が高くなるに連れて、電動機への負荷変動による影響が小となり、負荷変動に起因したｄ−ｑ座標電流に生じる変動成分は減少する。この場合、低速運転時に図３のような電流波形であっても、高速運転になるに従い、徐々に図２のようなｄ−ｑ座標電流に含まれる変動は少なくなる状態へと移行する。但し、高速運転時おいても脱調時のようなｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈが電動機の極数Ｐｍの倍数で交差することはない。
【００６５】
一方、高速回転時の脱調では、ｑ軸電流に生じる電流変動成分の大きさは低速運転時に比べ減少するものの、所定時間のｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈが電動機の極数Ｐｍの倍数で交差することは低速運転時と同様に生じる。このため、回転速度が変わっても同様の手法で脱調検出を行うことが可能である。
【００６６】
ここで、図２と図４とを比較すると、一回転中における変動の小さい負荷を駆動する電動機では、図２に示すように同期運転時のｄ−ｑ座標電流に生じる変動成分（交流成分）は小さく、図４に示す脱調時のｄ−ｑ座標電流に生じる変動成分（交流成分）は同期時に比べて大い。このように一回転中における変動が小さい負荷を駆動する電動機であれば、ｄ−ｑ座標電流に含まれる交流成分を検出し、その交流成分の大きさが所定値を超えた場合に脱調とすることで、脱調検出を行ってもよい。
【００６７】
しかし、図３に示すように一回転中における変動が大きい負荷を駆動する電動機では、同期運転中においてもｄ−ｑ座標電流に大きな変動が生じる。運転条件によっては脱調時に生じるｄ−ｑ座標電流の変動成分よりも同期運転時に生じるｄ−ｑ軸電流の変動成分のほうが大となる場合がある。本発明による同期電動機の脱調検出装置を用いることで、このような、一回転中における変動の大きい負荷を駆動する電動機の場合でも精度良く脱調を検出することができる。
【００６８】
ここで、図２〜図４のようにｄ軸電流Ｉｄ（図示せず）およびｑ軸電流Ｉｑに同期時と脱調時に差異が現れる現象について、図５〜図７を用いて以下に説明する。図５に永久磁石型同期電動機の回転子とインバータ制御手段８上の座標の関係を示す。図５において、回転子上でＮ極側をｄ軸とし、回転方向に９０度進んだ位相をｑ軸とするのが一般的である。
【００６９】
同期電動機の駆動に回転子の位置を検出する位置センサを用いない場合、インバータ制御手段８では回転子のｄ−ｑ軸を正確に捉えることができないため、インバータ制御手段８側では、推測したｄ−ｑ軸としてγ−δ軸を定義する。また、３相固定座標のＵ相から見たインバータ制御手段の位相角を電気角位相θｅとする。
【００７０】
同期電動機において特に埋込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突極型電動機について説明する。同期運転状態では、電動機回転子とインバータの出力電圧位相とに同期が取れている状態である。このため回転子位相（ｄ−ｑ軸）とインバータの出力電圧位相（γ−δ軸）との関係が一定の位相差Δθを保った状態、つまりインバータの出力電圧位相γ−δ軸を基準とした場合、図６のようにγ−δ軸から見たインダクタンスＬγ、Ｌδが一定の状態で動作していることとなり、ｄ軸電流Ｉｄ（Ｉγ）とｑ軸電流Ｉｑ（Ｉδ）はほぼ直流となる。
【００７１】
但し、一回転中の変動が大きな負荷を駆動する電動機では、負荷変動に応じて回転むらが生じる。このためインバータの出力電圧位相γ−δ軸と回転子位相ｄ−ｑ軸とが一回転中に変動を起こすためｄ軸電流Ｉｄ（Ｉγ）とｑ軸電流Ｉｑ（Ｉδ）に一回転毎の変動が発生する。
【００７２】
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γ−δ軸のみが回転し、回転子位相ｄ−ｑ軸は停止した状態となるため、図７のようにγ−δ軸から見たインダクタンスＬγ、Ｌδが常に変動する状態となり、ｄ軸電流Ｉｄ（Ｉγ）およびｑ軸電流Ｉｑ（Ｉδ）が回転位相毎に変動し、それぞれに変動が発生する。このとき一回転中のインダクタンスの変化が電動機の回転子極数Ｐｍと同じだけ発生する。図５の例では２極であるためＬγとＬδの変動は１回転２回となる。
【００７３】
このように、回転子一回転中のｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑの変動数を検出することで、回転子の動作状態を把握することができ、これにより同期電動機の脱調が検出可能となる。
【００７４】
ここで、第一の所定値である基準電流Ｉｔｈの設定方法の一例を以下に示す。以上に説明したように、本発明による脱調検出では、ｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉｔｈの交差数から脱調を検出する方法である。このため、基準電流Ｉｔｈはｑ軸電流の変動の中心付近に設定すれば良い。例えば、ｑ軸電流Ｉｑの平均値Ｉｑ＿ｆｉｌ、またはｑ軸電流の直流成分Ｉｑ＿ｄｃとすればよい。ｑ軸電流をローパスフィルタなどを用いてｑ軸電流の直流成分あるいは低周波数成分を抽出し基準電流Ｉｔｈとすれば良い。直流に近い成分のみを取り出すにはローパスフィルタの遮断周波数として、例えば１．５Ｈｚとすればよい。
【００７５】
このように、基準電流Ｉｔｈを演算で求める場合の制御ブロック図を図８に示す。図８は図１の脱調検出手段１６のみを取り出したものを示しており、符号の同じものは図１と同じ手段を示す。図８のように電流比較手段１７に用いる基準電流Ｉｔｈは、基準電流演算手段２１によりｑ軸電流Ｉｑの平均値Ｉｑ＿ｆｉｌ、またはｑ軸電流の直流成分Ｉｑ＿ｄｃが演算により求められる。
【００７６】
また、第二の所定値である脱調交差数Ｎｅｒｒ及び交差数計測の所定時間Ｔｍの設定方法の一例を以下に示す。以上の説明より、脱調時は回転子一回転当たりに電動機の極数Ｐｍの２倍の交差数Ｎｃが生じる。以上より所定時間Ｔｍは回転子一回転当たりの電気角周期Ｔｅのｎ倍とし、脱調交差数Ｎｅｒｒは電動機極数Ｐｍの２ｎ倍とすればよい。
【００７７】
ただし、所定時間Ｔｍを回転子一回転当たりの電気角周期Ｔｅのｎ倍とした場合、回転子の回転速度によりＴｍの値は異なることになる。これにより、交差数Ｎｃは所定時間Ｔｍの周期で計測・更新されることとなる。前記した例で示したように、６極電動機（Ｐｍ＝６）を対象とするのであれば、所定時間Ｔｍを回転子一回転（ｎ＝１）の時間（回転周波数により異なる）とし、このときの脱調交差数はＮｅｒｒ＝Ｐｍ×２×ｎ＝６×２×１＝１２とすればよい。
【００７８】
交差数計測の際に比較結果信号Ｓｉの変化のうち、立下り（１から０に変化）または立上がり（０から１へ変化）の少なくともどちらか一方を用いて脱調交差数を計測してもよい。この場合、所定時間Ｔｍを回転子一回転当たりの電気角周期Ｔｅのｎ倍とすれば、脱調交差数Ｎｅｒｒは電動機極数Ｐｍのｎ倍とすればよい。前記した例に示したように６極電動機（Ｐｍ＝６）を対象とするのであれば、所定時間Ｔｍを回転子一回転（ｎ＝１）の時間（回転周波数により異なる）とし、このときの脱調交差数はＮｅｒｒ＝Ｐｍ×ｎ＝６×１＝６とすればよい。以上から脱調交差数Ｎｅｒｒおよび所定時間（交差数計測時間）Ｔｍは電動機の極数に基づき設定すればよい。
【００７９】
ここで、図４に示す波形において、交差数計測時間（所定時間Ｔｍ）の計測開始時（あるいは計測終了時）がｑ軸電流（あるいはｄ軸電流）と基準電流Ｉｔｈの交差時とほぼ一致した場合、交差数が適切に検出できない場合がある。このような場合は、前記のように比較結果信号Ｓｉの変化のうち、所定時間Ｔｍ内の立下り（１から０に変化）または立上がり（０から１へ変化）の数をそれぞれ測定し、少なくともどちらか一方がＮｅｒｒと一致した場合に交差数が脱調交差数と一致Ｎｃ＝Ｎｅｒｒと判断し、一致回数Ｎｅｑを１増加させればよい。
【００８０】
また、第三の所定値である脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌの設定方法の一例を以下に示す。前述したように交差数Ｎｃと脱調交差数Ｎｅｒｒがノイズ等の影響ににより一致する可能性がある。これを回避するため、Ｎｃ＝Ｎｅｒｒが脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ以上となった場合に脱調を検出するようにする。脱調時は脱調検出周期毎に連続してＮｃ＝Ｎｅｒｒとなるため、Ｎｃ＝Ｎｅｒｒが連続して脱調検出ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ回以上発生した場合に脱調とすればよい。
【００８１】
誤検出を防ぐためにも連続発生時のみとしたほうが良い。その方法として、例えば前回計測した所定時間Ｔｍ内の交差数Ｎｃが脱調交差数Ｎｅｒｒと一致Ｎｃ＝Ｎｅｒｒで、今回もＮｃ＝Ｎｅｒｒであれば、一致回数Ｎｅｑに１を加える。前回がＮｃ＝Ｎｅｒｒで今回Ｎｃ≠Ｎｅｒｒの場合は一致回数Ｎｅｑを０にクリアすればよい。
【００８２】
脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌの設定例を以下に示す。ノイズによる誤検出回避のため、最低でもＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ≧２とする。また、ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌを大きくすると脱調が検出されるまでの時間が長くなることとなる。電動機の最低回転速度を脱調状態が継続することで電動機や電動機の負荷となる装置が破損する可能性や脱調により振動や騒音が生じる可能性がある場合は数秒単位で脱調を検出する必要がある。６極電動機で所定時間Ｔｍを回転子一回転の時間とし、回転子の最低回転数が２０Ｈｚである場合、脱調を５秒以内で検出するためにＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ≦１００とすればよい。
【００８３】
また、図２に示すように、電動機の負荷において電動機の一回転中の負荷変動がほとんどない場合は、ｄ軸電流（図示せず）Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑには理想的には変動が生じない。しかし、実際に電動機を駆動する場合は、Ｉｄ、Ｉｑに変動成分（交流成分）が重畳する。この場合、基準電流Ｉｔｈと、様々な外乱によりＩｄ、Ｉｑが頻繁に交差することとなり、交差数Ｎｃが乱数的に変化する。この場合脱調条件である脱調交差数Ｎｅｒｒと交差数Ｎｃが一致する可能性は極めて低い。また、たとえＮｃ＝Ｎｅｒｒとなったとしても、これが連続して発生しその回数が脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ以上となることはさらに低くなる。このようにＮｃ＝Ｎｅｒｒとなることが連続してＮＧ＿Ｌｅｖｅｌ以上発生するときのみ脱調とすることで脱調検出の信頼性を上げることができる。
【００８４】
また、ｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑに含まれる交流成分において、電動機の一回転中の負荷変動による変動成分や脱調時に発生する変動成分以外に、ＰＷＭによる電流の歪や、永久磁石の着磁波形の歪などの外乱により発生する変動成分が含まれることがある。電流比較手段１７でｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑと基準電流Ｉｔｈを比較する際にこれらのノイズによって交差が生じる場合がある。この場合、交差数の検出精度が低下するため脱調検出能力も低下する。このような場合は、基準電流Ｉｔｈと比較するｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑに対しフィルタ処理を行い、ノイズ成分を除去することで検出精度の低下を抑制すればよい。
【００８５】
このような場合、脱調検出に必要な周波数成分は回転周波数の極数倍なので、脱調検出に必要となる電動機の最大回転速度の極数倍の周波数成分を超える成分を除去することで、ノイズによる検出精度の低下を抑制すればよい。例えば、６極の電動機に対して、回転子の最大回転速度が８０Ｈｚの場合、８０×６＝４８０Ｈｚを超える周波数成分をカットするようなローパスフィルタとすればよい。
【００８６】
このようにのｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑに対しノイズ除去（ローパスフィルタ）を構成した場合の制御ブロック図を図９に示す。図９は図１の脱調検出手段１６のみを取り出したものを示しており、符号の同じものは図１と同じ手段を示す。図９のように電流比較手段１７で用いるｑ軸電流Ｉｑに対しノイズ除去手段２２（ローパスフィルタ）を用いて脱調検出に関係のない周波数成分（高周波成分）を除去した値Ｉｑ＿ｆｉｌを用いることで、ノイズに対する脱調検出精度の低下を抑制すればよい。
【００８７】
本発明による脱調検出の流れを、図１０を用いて説明する。図１０において、ＳＴＰ１は脱調検出処理を開始する脱調検出開始ステップ、ＳＴＰ２は脱調検出の周期を管理する脱調検出周期判断ステップである。ＳＴＰ３は埋込磁石型同期電動機６に流入する電流を検出する相電流検出ステップであり、図１の相電流検出手段７ａ，７ｂで行う動作に相当する。ＳＴＰ４は３相分の相電流を演算する相電流演算ステップであり、図１の相電流演算手段１０で行う動作に相当する。ＳＴＰ５は３相電流をｄ−ｑ座標電流に変換する座標変換ステップであり、図１の座標変換手段１１で行う動作に相当する。
【００８８】
ＳＴＰ６はｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流とを比較し、比較結果出力信号を出力する電流比較ステップであり、図１の電流比較手段１７で行う動作に相当する。電流比較ステップＳＴＰ６は、図１０のようには構成される。電流比較ステップＳＴＰ６の内部でＳＴＰ６ａはｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流Ｉｔｈとを比較する電流比較判断ステップ、ＳＴＰ６ｂは電流比較ステップＳＴＰ６ａの結果に基づき比較結果信号を出力する比較結果信号出力ステップ１、ＳＴＰ６ｃは電流比較判断ステップＳＴＰ６ａの結果に基づき比較結果信号を出力する比較結果信号出力ステップ２である。
【００８９】
ＳＴＰ７は電流比較ステップＳＴＰ６ので得られる比較結果信号から所定時間におけるｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流Ｉｔｈとの交差数を計測する交差数計測ステップであり、図１の交差数計測手段１８で行う動作に相当する。交差数計測ステップＳＴＰ７は、図１０のように構成される。交差数計測ステップＳＴＰ７の内部において、ＳＴＰ７ａは電流比較ステップＳＴＰ６で得られる比較結果出力信号からｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流Ｉｔｈの交差を検出する交差検出ステップ、ＳＴＰ７ｂは交差検出ステップＳＴＰ７ａで交差が検出された場合に交差数をカウントする交差数カウントステップ、ＳＴＰ７ｃは交差数の計測時間を更新する計測時間更新ステップ、ＳＴＰ７ｄは現在の計測時間が所定時間内か否かを計測する所定時間計測ステップである。
【００９０】
ＳＴＰ８は所定時間内の交差数が第二の所定値である脱調交差回数と一致する回数を計測する一致回数計測ステップであり、図１の一致回数計測手段１９で行う動作に相当する。一致回数計測ステップＳＴＰ８は、図１０のように構成される。一致回数計測ステップＳＴＰ８において、ＳＴＰ８ａは交差数Ｎｃと第二の所定値である脱調交差数Ｎｅｒｒを比較する交差数比較ステップ、ＳＴＰ８ｂは交差数比較ステップＳＴＰ８ａの結果が一致であった場合、一致回数をカウントする一致回数カウントステップ、ＳＴＰ８ｃは交差数比較ステップＳＴＰ８ａの結果が一致でなかった場合に脱調検出に用いた変数をクリアする変数クリアステップである。
【００９１】
ＳＴＰ９は一致回数計測ステップＳＴＰ８で得られた一致回数を第三の所定値である脱調検出回数Ｎｅｒｒと比較し脱調の発生の有り無しを検出する一致回数比較ステップであり、図１の一致回数比較手段２０での処理に相当する。一致回数比較ステップＳＴＰ９は、図１０のように構成される。一致回数比較ステップＳＴＰ９において、ＳＴＰ９ａは一致回数計測ステップＳＴＰ８で得られた一致回数を第三の所定値である脱調検出回数Ｎｅｒｒと比較し脱調か同期かを判断する一致回数比較判断ステップ、ＳＴＰ９ｂは一致回数比較判断ステップＳＴＰ９ａでの結果が同期であった場合に脱調検出に使用した変数をクリアする変数クリアステップである。
【００９２】
ＳＴＰ１０は一致回数比較ステップの結果が脱調であった場合ＰＷＭの出力を停止させるＰＷＭ出力停止ステップ、ＳＴＰ１１は脱調異常としてインバータを停止される停止ステップである。
【００９３】
脱調検出の流れは以下のようになる。ＳＴＰ１の脱調検出開始ステップで、電動機の駆動制御とともに脱調検出処理が開始される。ＳＴＰ２の脱調検出周期判断ステップでは脱調検出周期Ｔｓを管理し脱調検出周期Ｔｓ毎に、ＳＴＰ３以降の脱調検出処理を実行する。ＳＴＰ３の相電流検出ステップでは電流検出手段７ａ、７ｂにより埋込磁石型同期電動機６に流入する電流の少なくとも２相分例えばＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖを検出する。ＳＴＰ４の相電流演算ステップでは相電流検出ステップＳＴＰ３で得られた相電流Ｉｕ、Ｉｖから相電流演算手段１０より３相分の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを演算する。ＳＴＰ５の座標変換ステップは相電流演算ステップＳＴＰ４で得られた３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを座標変換手段１１によりｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑに座標変換する。ここで、相電流演算ステップＳＴＰ４は省略可能であり、電流検出ステップＳＴＰ３から座標変換ステップＳＴＰ５へ進むことも可能である。
【００９４】
ＳＴＰ６の電流比較ステップでは、電流比較手段１７にて座標変換ステップＳＴＰ４で得られたｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑを第一の所定値である基準電流Ｉｔｈと比較し比較結果信号Ｓｉを求める。詳しくは、ＳＴＰ６ａの電流比較判断ステップで、ｄ−ｑ座標電流の例えばｑ軸電流Ｉｑと第一の所定値による基準電流Ｉｔｈと大小を比較する。Ｉｑ＞Ｉｔｈの場合ＳＴＰ６ｂに進みそれ以外の場合はＳＴＰ６ｃに進む。ＳＴＰ６ｂの比較結果信号出力ステップ１では比較結果信号ＳｉをＳｉ＝１と出力し、ＳＴＰ６ｃの比較結果信号出力ステップ２では比較結果信号ＳｉをＳｉ＝０と出力する。
【００９５】
ＳＴＰ７の交差数計測ステップでは、交差数計測手段１８にて、電流比較ステップＳＴＰ６で得られた比較結果信号Ｓｉより所定時間Ｔｍのｄ−ｑ座標電流Ｉｄ，Ｉｑと基準電流Ｉｔｈの交差数Ｎｃを計測する。詳しくはＳＴＰ７ａの交差検出ステップで比較結果信号Ｓｉの変化を検出する。比較結果信号Ｓｉが０から１（立上がり）あるいは１から０（立下り）と変化した場合、ＳＴＰ７ｂに進み、変化しなかった場合（０から０あるいは１から１）ＳＴＰ７ｃに進む。ＳＴＰ７ｂの交差数カウントステップでは、比較結果信号Ｓｉに変化があったとして、交差数Ｎｃに１を加えＳＴＰ７ｃに進む。ＳＴＰ７ｃの計測時間更新ステップでは、計測時間ｔｋに脱調検出周期Ｔｓを加え計測時間ｔｋを更新する。ＳＴＰ７ｄの所定時間計測ステップは計測時間ｔｋが所定時間Ｔｍになったか否かを判断し、所定時間Ｔｍを経過した場合は、ＳＴＰ８の一致回数計測ステップに進む。所定時間Ｔｍを経過していない場合はＳＴＰ２の脱調検出周期判断ステップに戻る。
【００９６】
ＳＴＰ８の一致回数計測ステップでは、一致回数計測手段１９にて交差数計測ステップＳＴＰ７で得られた所定時間Ｔｍの交差回数Ｎｃが第二の所定値である脱調検出回数Ｎｅｒｒと一致した回数Ｎｅｑを脱調検出周期Ｔｓ毎に計測する。詳しくは、ＳＴＰ８ａの交差数比較ステップでは、交差数計測ステップＳＴＰ７で得られた所定時間Ｔｍの交差回数Ｎｃと第二の所定値である脱調検出回数Ｎｅｒｒとを比較する。この結果Ｎｃ＝Ｎｅｒｒであった場合、ＳＴＰ８ｂに進み、Ｎｃ≠Ｎｅｒｒの場合ＳＴＰ８ｃに進む。ＳＴＰ８ｂの一致回数カウントステップでは、交差回数Ｎｃと脱調検出回数Ｎｅｒｒの一致回数Ｎｅｑに１を加える。ＳＴＰ８ｃの変数クリアステップでは、Ｎｃ≠Ｎｅｒｒの結果から脱調の可能性はないとし、次の所定時間の脱調検出処理を行うため計測時間ｔｋ、交差数Ｎｃを０にクリアし、ＳＴＰ２の脱調検出周期判断ステップに戻る。ＳＴＰ８ｃで一致回数Ｎｅｑも同時にクリアするとＮｃ＝Ｎｅｒｒが所定時間Ｔｍ毎に連続して発生したときのみ脱調検出を行うようにすることができる。
【００９７】
ＳＴＰ９の一致回数比較ステップでは、一致回数比較手段２０にて一致回数計測ステップＳＴＰ８で得られた一致回数Ｎｅｑと第三の所定値である脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌを比較し、脱調か同期かを判断する。詳しくは一致回数比較判断ステップＳＴＰ９ａにて一致回数計測ステップＳＴＰ８で得られた一致回数Ｎｅｑと第三の所定値である脱調検出回数ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌを比較しＮｅｑ≧ＮＧ＿Ｌｅｖｅｌとなった場合に脱調と判断し、ＳＴＰ１０に進む。これ以外の場合は、同期運転と判断し、ＳＴＰ９ｂ進む。変数クリアステップＳＴＰ９ｂでは、一致回数比較判断ステップＳＴＰ９ａにて同期と判断された場合、次の所定時間の脱調検出処理を行うため計測時間ｔｋ、交差数Ｎｃを０にクリアし、ＳＴＰ２の脱調検出周期判断ステップに戻る。
【００９８】
ＳＴＰ１０のＰＷＭ停止ステップでは、一致回数比較ステップＳＴＰ９にて脱調を検出した場合にインバータの電圧出力を停止するため、ＰＷＭ信号発生手段１４のＰＷＭ信号出力を停止させる。
【００９９】
ＳＴＰ１１のインバータ停止ステップでは、インバータ制御手段８の動作も停止させ、異常表示をするなどしてインバータ装置の動作を停止させる。
【０１００】
ここで、以上で説明した脱調検出の流れにおいては、所定時間Ｔｍの計測に脱調検出周期Ｔｓを用いて求める手法について示しているが、図２または図３または図４に示したように、インバータ制御手段８で用いている電気角位相θｅを用いても同様に所定時間Ｔｍを求めることができる。図２から図４までの例のように６極の電動機であれば計測開始からの電気角位相が３６０×３＝１０８０度となったときがＴｍに相当することとなる。
【０１０１】
また、図１０に示した脱調検出の流れと異なる脱調検出の流れを図１１に示す。図１１に示す脱調検出の流れにおいては、図１０の特に電流比較ステップＳＴＰ６および交差数計測ステップＳＴＰ７の別方法について説明するものである。図１１において、図１０と同じ記号のステップは同一の処理を示す。このため、図１０と同一記号の処理については説明を省略する。
【０１０２】
図１１において、ＳＴＰ１２は図１０でＳＴＰ６に相当する電流比較ステップである。電流比較ステップＳＴＰ１２において、ＳＴＰ１２ａは座標変換ステップＳＴＰ５で得られたｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流Ｉｔｈとを比較する電流比較判断ステップ、ＳＴＰ１２ｂは電流比較判断ステップ１２ａの結果に基づき比較結果信号を出力する比較結果信号出力ステップ１、ＳＴＰ１２ｃは電流比較判断ステップＳＴＰ１２ａの結果に基づき比較結果出力信号を出力する比較結果信号出力ステップ２である。
【０１０３】
ＳＴＰ１３は電流比較ステップＳＴＰ１２で得られる比較結果信号から所定時間におけるｄ−ｑ座標電流と第一の所定値である基準電流Ｉｔｈとの交差数を計測する交差数計測手段である。交差数計測手段ＳＴＰ１３において、ＳＴＰ１３ａは電流比較ステップＳＴＰ１２で得られた出力結果信号と交差数を加え交差数をカウントする交差数カウントステップ、ＳＴＰ１２ｂは交差数の計測時間を更新する計測時間更新ステップ、ＳＴＰ１２ｃは現在の計測時間が所定時間内か否かを計測する所定時間計測手段である。
【０１０４】
図１１に示す脱調検出法の流れについて説明する。図１０と同一記号の処理は動作の流れも同一であるため説明は省略する。ＳＴＰ１２の電流比較ステップでは電流比較手段１７にて座標変換ステップＳＴＰ５で得られたｄ−ｑ座標電流Ｉｄ、Ｉｑを第一の所定値である基準電流Ｉｔｈと比較し比較結果信号Ｓｉを求める。詳しくは、ＳＴＰ６ａの電流比較ステップでｄ−ｑ座標電流の例えばｑ軸電流Ｉｑと第一の所定値による基準電流Ｉｔｈと大小を比較する。例えばＩｑ−Ｉｔｈの値を求める。１周期前の脱調検出周期時に求めたＩｑ−Ｉｔｈの値の符号が正から負あるいは負から正と変化していた場合、ｑ軸電流が第一の所定値である基準電流Ｉｔｈを交差したこととなるのでＳＴＰ１２ｂに進み、それ以外の場合はＳＴＰ１２ｃに進む。ＳＴＰ１２ｂの比較結果信号出力ステップ１では比較結果信号ＳｉをＳｉ＝１と出力し、ＳＴＰ１２ｃの比較結果信号出力ステップ２では比較結果信号ＳｉをＳｉ＝０と出力する。
【０１０５】
ＳＴＰ１３の交差数計測ステップでは、電流比較ステップＳＴＰ１２で得られた比較結果信号Ｓｉより所定時間Ｔｍ内のｄ−ｑ座標電流Ｉｄ，Ｉｑと基準電流Ｉｔｈの交差数Ｎｃを計測する。詳しくはＳＴＰ１３ａの交差数カウントステップで比較結果信号Ｓｉを交差数Ｎｃに加え交差数Ｎｃを更新する。ＳＴＰ１３ｂの計測時間更新ステップでは、計測時間ｔｋに脱調検出周期Ｔｓを加え計測時間ｔｋを更新する。ＳＴＰ１３ｃの所定時間計測ステップは計測時間ｔｋが所定時間Ｔｍになったか否かを判断し、所定時間Ｔｍを経過した場合は、ＳＴＰ８の一致回数計測ステップに進む。所定時間Ｔｍを経過していない場合はＳＴＰ２の脱調検出周期判断ステップに戻る。一致回数計測ステップＳＴＰ８以降は図１０の場合と同様である。
【０１０６】
以上のように正常運転時と脱調時とのｄ−ｑ座標電流に生じる変動を基準電流Ｉｔｈに対する交差数Ｎｃから同期電動機の脱調を検出するようにしたため、従来の過電流による脱調検出法や、ｄ−ｑ座標電流の大きさ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。また、一回転中における負荷変動の大きい負荷を駆動する電動機であっても精度良く脱調検出が可能となる。
【０１０７】
また、電動機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Ｉｑ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り脱調レベルの設定が困難になる。そこでＩｑの変動の頻度を検出することで、負荷トルクによらず脱調の検出を精度良く行うことが可能となる。
【０１０８】
また、電動機モデルや特定周波数成分抽出のためのＦＦＴ演算のような脱調検出のための複雑な演算は不要であり、単に、インバータ制御手段８で用いられるｄ−ｑ座標電流をそのまま利用し、基準電圧との交差数を計測するだけの簡単な処理ですむ。このため、インバータ制御手段８に用いるマイコンに高性能な演算能力を必要としないため、安価なマイコンを用いることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。
【０１０９】
また、本発明による同期電動機の脱調検出装置をインバータ装置に組み込むことで、精度良く脱調検出が可能な信頼性の高い安価なインバータ装置が実現できる。
【０１１０】
冷凍空調装置において、圧縮機用電動機が脱調を継続すると冷凍空調装置の能力が得られず、また、圧縮機や電動機、冷媒配管、インバータ回路などに損傷を与えるなど装置に悪影響を与える場合がある。本発明による同期電動機の脱調検出装置を冷凍空調装置の圧縮機駆動用インバータに搭載することで、圧縮機の脱調を精度良く検出することが可能となり、前記のような冷凍空調装置に対する悪影響を抑制することが可能となる。これにより冷凍空調装置の信頼性を向上することが可能となる。
【０１１１】
また、本発明による同期電動機の脱調検出装置を冷凍空調装置の圧縮機駆動用インバータに搭載することで、一回転当たりの変動が大きな負荷を駆動する電動機においても精度良く脱調検出が可能となるため、レシプロ圧縮機のような一回転当たりの負荷変動が大きな圧縮機に対しても精度のよい脱調検出が行える。負荷変動の大きなレシプロ圧縮機から負荷変動の小さなスクロール圧縮機まで幅広い負荷に対して脱調検出が精度良く行うことが可能となる。電動機負荷によらず信頼性の高い冷凍空調機のインバータ装置を実現できる。
【０１１２】
以上に示した実施の形態１では、同期電動機として埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の例を示したが、同様に用いられる他の同期電動機として、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣＭ）、リラクタンスモータ（ＲＭ）、シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙＲＭ）、スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）などのｄ軸とｑ軸のインダクタンスに差がある電動機であれば同様の構成にて脱調検出が可能である。
【０１１３】
また、以上に示した実施の形態１では脱調検出に用いたパラメータをｄ−ｑ座標電流のｑ軸電流として説明したが、ｄ軸電流や、ｄ軸電流およびｑ軸電流より求められた別の値を用いても同様の脱調検出が行える。
【０１１４】
【発明の効果】
この発明の請求項１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を励磁電流成分であるｄ軸電流と、トルク電流成分であるｑ軸電流のｄ−ｑ座標電流に変換する座標変換手段と、座標変換手段により得られたｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方を第一の所定値と比較する電流比較手段と、ｄ−ｑ座標電流と第一の所定値とが所定時間内に交差する数を計測する交差数計測手段と、交差数計測手段により計測された交差数と第二の所定値との一致回数を計測する一致回数計測手段と、一致回数計測手段で計測された一致回数と第三の所定値を比較し一致回数が第三の所定値以上となった場合に脱調を検出する一致回数比較手段と、を備えたことにより、同期電動機の脱調を簡単な構成で、精度良く検出することが可能となる。また、一回転中の変動の大きな負荷を駆動する同期電動機に対しても精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１１５】
また、この発明の請求項２に係る同期電動機の脱調検出装置は、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流の変動の中心付近に設定したことにより、同期電動機の運転状態に応じて脱調検出のための基準信号を容易に求めることが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１１６】
また、この発明の請求項３に係る同期電動機の脱調検出装置は、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流に含まれる直流成分としたことにより、同期電動機の運転状態に応じて脱調検出のための基準信号を容易に求めることが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１１７】
また、この発明の請求項４に係る同期電動機の脱調検出装置は、第一の所定値をｄ−ｑ座標電流の平均値としたことにより、同期電動機の運転状態に応じて脱調検出のための基準信号を容易に求めることが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１１８】
また、この発明の請求項５に係る同期電動機の脱調検出装置は、ローパスフィルタを用いてｄ−ｑ座標電流の直流に近い成分のみを取り出して第一の所定値とすることにより、同期電動機の運転状態に応じて脱調検出のための基準信号を容易に求めることが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１１９】
また、この発明の請求項６に係る同期電動機の脱調検出装置は、ローパスフィルタの遮断周波数を１．５Ｈｚとしたことにより、同期電動機の運転状態に応じて脱調検出のための基準信号を容易に求めることが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１２０】
また、この発明の請求項７に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段において、所定時間内にｄ−ｑ座標電流が第一の所定値を小から大となるように交差する場合と、大から小になるように交差する場合の少なくとも一方の交差数を計測することにより、検出電流に含まれるノイズの影響があっても良好に脱調を検出することが可能となり、信頼性の高い、脱調検出装置が可能となる。
【０１２１】
また、この発明の請求項８に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段において、所定時間内にｄ−ｑ座標電流が第一の所定値を小から大となるように交差する場合と、大から小になるように交差する場合の交差数をそれぞれ計測し、一致回数計測手段において、少なくともいずれか一方の交差数が第二の所定値と一致した場合に、一致と判断することにより、交差数計測時間の計測開始時あるいは計測終了時がｄ−ｑ座標電流と基準電流の交差時とほぼ一致した場合でも、交差数を適切に検出できる。
【０１２２】
また、この発明の請求項９に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数計測手段において交差数と第二の所定値とが連続して一致した回数を一致回数とすることにより、検出電流に含まれるノイズの影響による脱調の誤検出を抑制することが可能となり、信頼性の高い脱調検出装置が得られる。
【０１２３】
また、この発明の請求項１０に係る同期電動機の脱調検出装置は、交差数計測手段が交差数を計測する所定時間を電動機の１回転周期の倍数としたことにより、インバータ接続対象となる同期電動機が変更になった場合においても、電動機の定数がわかれば容易に交差数を計測する所定時間を設定することが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１２４】
また、この発明の請求項１１に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数計測手段において、交差数と比較を行う第二の所定値は電動機の極数の倍数としたことにより、電動機の定数がわかれば容易に脱調検出の基準となる脱調交差数である第二の所定値を設定することが可能となり、簡単な構成で精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１２５】
また、この発明の請求項１２に係る同期電動機の脱調検出装置は、一致回数比較手段における第三の所定値を、２回以上、最大は脱調を数秒で検出できる回数としたことにより、ノイズによる誤検出を回避できると共に、同期電動機や同期電動機の負荷となる装置の破損、脱調による振動や騒音を防止できる。
【０１２６】
また、この発明の請求項１３に係る同期電動機の脱調検出装置は、電流比較手段において比較に用いるｄ−ｑ座標電流は高周波成分を除去した後に第一の所定値と比較することにより、検出電流に含まれるノイズの影響により脱調の誤検出を抑制することが可能となり、信頼性の高い、脱調検出装置が可能となる。
【０１２７】
また、この発明の請求項１４に係る同期電動機の脱調検出装置は、同期電動機の最大回転速度の極数倍の周波数を超える高周波成分を除去することにより、検出電流に含まれるノイズの影響により脱調の誤検出を抑制することが可能となり、信頼性の高い、脱調検出装置が可能となる。
【０１２８】
この発明の請求項１５に係る冷凍空調装置用圧縮機の駆動装置は、請求項１〜１４の何れかに記載の同期電動機の脱調検出装置を搭載したことにより、圧縮機の脱調を精度良く検出することができ、冷凍空調装置に対する悪影響を抑制することが可能となる。これにより冷凍空調装置の信頼性を向上することができる。
【０１２９】
この発明の請求項１６に係る同期電動機の脱調検出方法は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出ステップと、電流検出手段により得られた電流を励磁電流成分であるｄ軸電流とトルク電流成分ｑ軸電流のｄ−ｑ座標電流に変換する座標変換ステップと、座標変換ステップにより得られたｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方を第一の所定値と比較するｄ−ｑ座標電流比較ステップと、ｄ−ｑ座標電流と第一の所定値とが所定時間内に交差する数を計測する交差数計測ステップと、交差数計測ステップより得られた交差数と第二の所定値の一致回数を計測する一致回数計測ステップと、一致回数計測ステップで計測された一致回数と第三の所定値を比較し一致回数が第三の所定値以上となった場合に脱調を検出する一致回数比較ステップと、を備えたことにより、同期電動機の脱調を簡単な構成で、精度良く検出することが可能となる。また、一回転中の変動の大きな負荷を駆動する同期電動機に対しても精度良く脱調を検出することが可能となる。
【０１３０】
また、この発明の請求項１７に係る同期電動機の脱調検出方法は、ｄ−ｑ座標電流比較ステップでは、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方と第一の所定値との大小を比較して、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方が第一の所定値より大きい場合と小さい場合の比較結果信号を出力し、交差数計測ステップでは比較結果信号の変化を検出することにより、同期電動機の脱調を簡単な構成で、精度良く検出することが可能となる。
【０１３１】
また、この発明の請求項１８に係る同期電動機の脱調検出方法は、ｄ−ｑ座標電流比較ステップでは、ｄ−ｑ座標電流の少なくとも一方と第一の所定値との差を求め、その差の符号が正から負または負から正に変化した場合と変化しない場合の比較結果信号を出力し、交差数計測ステップでは比較結果信号から交差数を検出することにより、同期電動機の脱調を簡単な構成で、精度良く検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す図で、同期電動機のインバータ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、同期運転時で負荷変動の大きな負荷を駆動した際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、脱調時の各種波形を説明する図である。
【図５】実施の形態１を示す図で、電動機の回転子とインバータ制御手段出で用いる電気角位相および座標の関係を示す図である。
【図６】実施の形態１を示す図で、同期時のインバータ制御手段を基準とした場合のインダクタンスと電流の変化を示す図である。
【図７】実施の形態１を示す図で、脱調時のインバータ制御手段を基準とした場合のインダクタンスと電流の変化を示す図である。
【図８】実施の形態１を示す図で、脱調検出手段の構成を示す図である。
【図９】実施の形態１を示す図で、脱調検出手段の別構成を示す図である。
【図１０】実施の形態１を示す図で、脱調検出処理の流れ図である。
【図１１】実施の形態１を示す図で、脱調検出処理の別の流れ図である。
【図１２】従来の同期電動機の脱調検出装置の構成の一例を示す図である。
【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、３ａＵ相上側スイッチング素子、３ｂＶ相上側スイッチング素子、３ｃＷ相上側スイッチング素子、３ｄＵ相下側スイッチング素子、３ｅＶ相下側スイッチング素子、３ｆＷ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埋込磁石型同期電動機、７ａ，７ｂ電流検出手段、８インバータ制御手段、９電動機駆動手段、１０相電流演算手段、１１座標座標変換手段、１２電圧指令値演算手段、１３出力電圧ベクトル演算手段、１４ＰＷＭ信号発生手段、１５直流電圧検出手段、１６脱調検出手段、１７電流比較手段、１８交差数計測手段、１９一致回数計測手段、２０一致回数比較手段、２１基準電流演算手段、２２ノイズ除去手段、３０過電流検出手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a step-out detection device and a step-out detection method for a synchronous motor drive device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 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, 3a to 3f are 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 free-wheeling diode connected in parallel with each of the switching elements 3, reference numeral 5 denotes an inverter main circuit including the switching element 3 and a plurality of free-wheeling diodes 4, and reference numeral 6 denotes an embedded magnet type synchronous motor.
[0003]
7a is a current detection means for detecting one phase of the current flowing into the embedded magnet type synchronous motor 6, 7b is a current detection means for detecting a current of a phase different from the phase detected by the current detection means 7a, 8b Is an inverter control means for controlling on / off of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 based on the current detected by the current detection means 7a, 7b.
[0004]
Reference numeral 10 denotes phase current calculation means for obtaining a three-phase current from currents for two phases detected by the current detection means 7a and 7b, and 11 denotes a three-phase current obtained from the phase current calculation means 10 as an excitation current component (d A coordinate conversion means for converting the current into the dq coordinate current of the shaft current) and the torque current component (q axis current), 12 is an embedded magnet type synchronous motor based on the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means 11 6 is a voltage command value calculation means for obtaining an output voltage command value in dq coordinates for driving 6, and 13 is an output voltage vector based on the output voltage command value in dq coordinates obtained by the voltage command value calculation means 12. An output voltage vector calculating means 14 for obtaining the PWM signal generating means 14 for generating a PWM signal for on / off control of the switching element 3 based on the output voltage command value obtained in the inverter control means 8; DC voltage detection means for detecting a flow DC voltage of the power supply unit 1, 30 is an overcurrent detecting means for detecting an overcurrent state of the phase current.
[0005]
The operation of the inverter device and the embedded magnet type synchronous motor configured as described above will be described with reference to FIG. In the figure, the inverter device 2 detects currents for two phases out of phase currents flowing into the embedded magnet type synchronous 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 output from the inverter main circuit 5 to drive the embedded magnet type synchronous motor 6 and An output voltage command value such as a voltage phase 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 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 current Iu, Iv and Iw are converted into dq coordinate currents Id and Iq. The voltage command value calculation means 12 calculates the output voltage command values Vd * and Vq * in the dq coordinates from the dq coordinate currents Id and Iq by calculation. The output voltage vector calculating means 13 calculates the output voltage vector Vx * from the output voltage command values Vd * and Vq * of the dq coordinates. The PWM signal generating means 9 obtains and outputs a PWM signal for on / off control of the switching element 3 from the DC voltage Vdc obtained from the DC voltage detecting means 14 and the output voltage vector Vx *.
[0007]
The switching element 3 in the inverter main circuit 5 is turned on / off based on the PWM signal output from the PWM signal generating means 14. Electric power is supplied from the inverter main circuit 5 to the embedded magnet type synchronous motor 6 by the on / off operation of the switching element 3, and the embedded magnet type synchronous motor 6 is driven.
[0008]
Here, the step-out detection in the conventional inverter device is performed as follows. Immediately before the embedded magnet type synchronous motor 6 steps out, the peak level of the phase current becomes larger than that in the normal synchronous operation. The motor step-out is detected from this phenomenon. For example, the overcurrent detection means 30 compares the phase current and the overcurrent level. If the phase current exceeds the overcurrent level, the overcurrent abnormality is detected, and step-out detection is performed due to the overcurrent abnormality. Here, the overcurrent detection means 30 is configured by hardware or software.
[0009]
An 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 that is an excitation current component and the step-out detection level is also disclosed.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-25282 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the step-out detection in the conventional inverter device, the step-out state is detected from the phenomenon of overcurrent, and therefore it is difficult to detect the step-out accurately.
[0012]
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.
[0013]
The overcurrent level used for overcurrent detection is a value set by the demagnetization resistance of the magnet used for the rotor of the embedded magnet type synchronous motor and the limit current level of the element used for the inverter device. It was difficult to set the detection level used for detection independently.
[0014]
Also, depending on the combination of the inverter device and the embedded magnet type synchronous 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.
[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.
[0016]
Further, in the means for detecting step-out by comparing the d-axis current that is the excitation current component and the step-out detection level, the step-out detection level is set for each operating condition because the excitation current changes depending on the rotational speed and load torque conditions. It is necessary to set to, and the setting becomes complicated.
[0017]
The present invention has been made to solve the above-described problems. A synchronous motor step-out detection device and a synchronous motor step-out detection capable of accurately detecting step-out regardless of the load of the synchronous motor. It aims to provide a method.
[0018]
[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; Coordinate conversion means for converting the current obtained by the detection means into a d-axis current that is an excitation current component and a d-q coordinate current of a q-axis current that is a torque current component, and dq obtained by the coordinate conversion means. A current comparing means for comparing at least one of the coordinate currents with a first predetermined value, an intersection number measuring means for measuring the number of intersections of the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time, and the number of intersections The coincidence number measurement means for measuring the number of coincidence between the number of intersections measured by the measurement means and the second predetermined value, and the coincidence number measured by the coincidence number measurement means and the third predetermined value are compared to determine the number of coincidence. More than three predetermined values A match count comparing means for detecting the out-of-step if it becomes, characterized by comprising a.
[0019]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the first predetermined value is set near the center of fluctuation of the dq coordinate current.
[0020]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the first predetermined value is a DC component included in the dq coordinate current.
[0021]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the first predetermined value is an average value of the dq coordinate current.
[0022]
The out-of-step detecting apparatus for a synchronous motor according to the present invention is characterized in that only a component close to direct current of the dq coordinate current is extracted and set as a first predetermined value using a low-pass filter.
[0023]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the cutoff frequency of the low-pass filter is 1.5 Hz.
[0024]
In the synchronous motor step-out detection device according to the present invention, in the intersection number measuring means, the dq coordinate current intersects the first predetermined value from a small value to a large value within a predetermined time. It is characterized in that the number of intersections of at least one of the intersections is measured so as to be small.
[0025]
In the synchronous motor step-out detection device according to the present invention, in the intersection number measuring means, the dq coordinate current intersects the first predetermined value from a small value to a large value within a predetermined time. The number of intersections in the case of intersecting so as to be smaller than each is measured, and in the coincidence count measuring means, when at least any one of the intersection numbers coincides with a second predetermined value, it is determined that they coincide with each other. To do.
[0026]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the number of times of coincidence between the number of intersections and the second predetermined value is determined as the number of coincidences in the coincidence number measuring means.
[0027]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the predetermined time during which the intersection number measuring means measures the number of intersections is a multiple of one rotation period of the motor.
[0028]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that, in the coincidence number measuring means, the second predetermined value to be compared with the number of intersections is a multiple of the number of poles of the motor.
[0029]
The synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the third predetermined value in the coincidence number comparison means is set to two or more times, and the maximum is the number of times that step-out can be detected in a few seconds.
[0030]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized in that the dq coordinate current used for comparison in the current comparison means is compared with a first predetermined value after removing a high frequency component.
[0031]
In addition, the synchronous motor step-out detection device according to the present invention is characterized by removing a high-frequency component exceeding the frequency of the number of poles of the maximum rotation speed of the synchronous motor.
[0032]
A drive device for a compressor for a refrigerating and air-conditioning apparatus according to the present invention includes the synchronous motor step-out detection device according to any one of claims 1 to 14.
[0033]
A synchronous motor step-out detection method according to the present invention includes: a current detection step for detecting 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; A coordinate conversion step for converting the current obtained by the detection means into a d-q coordinate current of a d-axis current that is an excitation current component and a q-axis current that is a torque current component; and a dq coordinate obtained by the coordinate conversion step. A dq coordinate current comparison step for comparing at least one of the currents with a first predetermined value; a crossing number measurement step for measuring the number of crossings of the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time; , The number-of-matches measurement step for measuring the number of matches between the number of intersections obtained from the number-of-intersections measurement step and the second predetermined value, the number of matches measured in the number-of-matches measurement step and the third predetermined value A match count comparison step of detecting the out-of-step when the comparison matches count reaches a third predetermined value or more, characterized by comprising a.
[0034]
In the synchronous motor step-out detection method according to the present invention, in the dq coordinate current comparison step, at least one of the dq coordinate currents is compared with the first predetermined value, and the dq coordinate current is compared. A comparison result signal is output when at least one of the currents is larger or smaller than a first predetermined value, and a change in the comparison result signal is detected in the intersection number measurement step.
[0035]
In the synchronous motor step-out detection method according to the present invention, in the dq coordinate current comparison step, a difference between at least one of the dq coordinate currents and the first predetermined value is obtained, and the sign of the difference is positive. A comparison result signal is output when there is a change from negative to positive or negative to positive and when there is no change, and the number of intersections is detected from the comparison result signal in the intersection number measurement step.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an explanation will be given by taking an embedded magnet type synchronous motor as an example, but this is only an example, and a salient pole type synchronous motor having a difference in inductance between the d axis and the q axis will be described below. Step-out detection is possible by the method.
[0037]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a diagram illustrating a configuration of an inverter device. In the figure, 1 is a DC power supply unit, 2 is an inverter device, 3 is a switching element, 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 element. The side switching elements, 3e are V-phase lower switching elements, and 3f is a W-phase lower switching element. 4 is a free-wheeling diode connected in parallel to each of the switching elements 3, 5 is an inverter main circuit comprising the switching diode 3 and the free-wheeling diode 4 connected in parallel to each of the switching elements 3, and 6 is an embedded magnet type synchronous motor It is.
[0038]
7a is a current detection means for detecting a current of one phase of the current flowing into the embedded magnet type synchronous 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 is inverter control means for controlling on / off of the switching element 3 in the inverter main circuit 5 based on the current detected by 7b.
[0039]
Reference numeral 9 denotes an electric motor control unit for controlling the driving of the embedded magnet type synchronous motor 6 provided in the inverter control means 8. Reference numeral 10 denotes a three-phase current from the two-phase current detected by the current detection means 7a and 7b. The phase current calculation means 11 to be obtained, 11 is a coordinate conversion means for converting the three-phase current obtained by the phase current calculation means 10 into a dq coordinate current, and 12 is the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means 11. The voltage command value calculating means for obtaining the output voltage command value of the dq coordinate for driving the embedded magnet type synchronous motor 6 based on the above, 13 is the output of the dq coordinate obtained by the voltage command value calculating means 12 An output voltage vector computing means for obtaining an output voltage vector based on the voltage command value, and 14 is 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. PWM signal generating means for antibody 15 is a DC voltage detection means for detecting a DC voltage of the DC power supply unit 1.
[0040]
Reference numeral 16 denotes a step-out detection means for detecting step-out of the embedded magnet type synchronous motor 6 provided in the inverter control means 8. The current comparison means 17, the intersection number measurement means 18, the coincidence number measurement means 19, and the coincidence number comparison. Consists of means 20.
[0041]
The current comparison means 17 compares the dq coordinate current obtained from the coordinate conversion means 11 with the first predetermined value serving as a reference current for step-out detection. Based on the comparison result obtained by the current comparison unit 17, the intersection number measurement unit 18 measures the number of times the dq coordinate current intersects the first predetermined value for a predetermined time. The coincidence count measuring means 19 compares the number of intersections obtained from the intersection number measuring means 18 with a second predetermined value as a reference for step-out detection, and determines the number of times that the number of intersections matches the second predetermined value. measure. The number-of-matches comparison unit 20 compares the number of matches obtained from the number-of-matches measurement unit 19 with a third predetermined value, and detects a step-out when the number of matches exceeds a third predetermined value.
[0042]
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 out of phase currents flowing into the embedded magnet type synchronous 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 output from the inverter main circuit 5 to drive the embedded magnet type synchronous motor 6 and An output voltage command value such as a voltage phase 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.
[0043]
The motor control unit 9 in the inverter control means 8 performs a process for driving the motor of the inverter device. Here, a PWM signal for driving the motor is output 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 current Iu, Iv and Iw are converted into currents Id and Iq in dq coordinates. The voltage command value calculation means 12 calculates the output voltage command values Vd * and Vq * in the dq coordinates based on the currents Id and Iq in the dq coordinates and the rotation speed command value f *.
[0044]
Here, the rotational speed command value f * is given from a host device of the inverter device, for example, a main microcomputer of the system in which the inverter device is mounted or another interface (man machine interface or the like). The output voltage vector calculating means 13 calculates the output voltage vector Vx * from the output voltage command values Vd * and Vq * of the dq coordinates. The PWM signal generator 14 obtains and outputs a PWM signal for on / off control of the switching element 3 from the DC voltage Vdc obtained from the DC voltage detector 15 and the output voltage vector Vx *.
[0045]
Based on the PWM signal output from the PWM signal generating means 14, the switching element 3 in the inverter main circuit 5 is turned on / off. Electric power is supplied from the inverter main circuit 5 to the embedded magnet type synchronous motor 6 by the on / off operation of the switching element 3, and the embedded magnet type synchronous motor 6 is driven.
[0046]
The step-out detection means 16 which is an example of step-out detection which is the most important feature of the present invention will be described below.
The step-out detection means 16 in the inverter control means 8 performs step-out detection processing of the embedded magnet type synchronous motor 6 by the operation described below. The dq coordinate currents Id and Iq obtained from the coordinate conversion means 11 are compared with the current reference value Ith, which is the first predetermined value, in the current comparison means 17, and a comparison result signal Si is output.
[0047]
Here, for example, a q-axis current Iq that is a torque component current is used as a value to be compared, and the comparison result signal Si is output as Si = 1 when Iq ≧ Ith, and Si = 0 when Iq <Ith.
[0048]
The intersection number measuring means 18 measures the intersection number Nc, which is the number of times that the comparison result signal Si obtained from the current comparing means 17 changes from 0 to 1 or from 1 to 0 within a predetermined time Tm.
[0049]
The coincidence count measuring means 19 compares the number Nc of intersections with the step-out intersection number Nerr which is a second predetermined value, and measures the number of matches Neq where the number of intersections Nc and the number of step-out intersections Nerr match Nc = Nerr.
[0050]
The coincidence number comparison means 20 outputs 1 to the out-of-step abnormality signal Sy_err when the coincidence number Neq obtained from the coincidence number measurement means 19 becomes equal to or greater than the out-of-step detection level Error_Level. The step-out abnormality signal Sy_err when the step-out is not out is zero.
[0051]
When a step-out abnormality signal Sy_err = 1 is output from the step-out detection means 16, the PWM signal generation means 14 outputs a signal for turning off all the switching elements 3 in the inverter main circuit 5, and the inverter main circuit 5 Supply of electric power to the embedded magnet type synchronous motor 6 is stopped. At the same time, the operation of the inverter control means 8 is also stopped.
[0052]
Next, an example of the step-out detection method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The waveform diagram shown in FIG. 2 shows an example of various waveforms when the embedded magnet type synchronous motor 6 is normally operating synchronously. In FIG. 2, the waveform (a) is the phase angle (electrical angle phase) used in the inverter control means 8, and the waveform (b) is the q axis of the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means 11. The current Iq, the waveform (c) is the q-axis current Iq and the reference current Ith compared by the current comparison means 17, and the waveform (d) is the comparison that is the comparison result between the q-axis current Iq and the reference current Ith by the current comparison means 17. The result signal Si is shown.
[0053]
The waveform diagram shown in FIG. 3 is for the case where the embedded magnet type synchronous motor 6 is normally operating synchronously, and particularly when the fluctuation of the load connected to the embedded magnet type synchronous motor 6 in one rotation of the motor is large. An example of various waveforms is shown. An example of a large load fluctuation in one rotation of the electric motor is a reciprocating compressor.
[0054]
In FIG. 3, the waveform (a) is the phase angle (electrical angle phase) used in the inverter control means 8, and the waveform (b) is the q axis of the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means 11. The current Iq, the waveform (c) is the q-axis current Iq and the reference current Ith compared by the current comparison means 17, and the waveform (d) is the comparison that is the comparison result between the q-axis current Iq and the reference current Ith by the current comparison means 17. The result signal Si is shown.
[0055]
The waveform diagram shown in FIG. 4 shows an example of various waveforms when the embedded magnet type synchronous motor 6 is in a step-out state. In FIG. 4, the waveform (a) is the phase angle (electrical angle phase) used in the inverter control means 8, and the waveform (b) is the q axis of the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means 11. The current Iq, the waveform (c) is the q-axis current Iq and the reference current Ith compared by the current comparison means 17, and the waveform (d) is the comparison that is the comparison result between the q-axis current Iq and the reference current Ith by the current comparison means 17. The result signal Si is shown.
[0056]
Here, the waveform diagrams shown in FIGS. 2, 3, and 4 illustrate waveforms in an electric motor having a 6-pole rotor as an example of the embedded magnet type synchronous motor 6.
[0057]
As shown in FIG. 2, when the synchronous motor is in synchronous operation, the d-axis current Id (not shown) and the q-axis current Iq are substantially DC, and Iq = Ith. For this reason, the comparison result signal Si, which is the result of comparison with the reference current Ith, becomes 1 according to the reference current Ith and does not change substantially.
[0058]
In addition, as shown in FIG. 3, even during synchronous operation, when fluctuations during one rotation of the motor load are large (for example, in the case of a reciprocating compressor), d-axis current Id (not shown) and q-axis current Iq In this case, a fluctuation occurs once per rotation of the electric motor. That is, a frequency component that is one time the rotational frequency of the motor is generated in the q-axis current Iq. In this case, the number of times the q-axis current Iq and the reference current Ith cross each other in one rotation cycle Tm of the motor (three cycles in terms of electrical angle since it is 6 poles) is 2 (change from 0 to 1 once, 1 to 0) 1 change).
[0059]
On the other hand, in the step-out state as shown in FIG. 4, the d-axis current Id (not shown), the q-axis current Iq, and the number of rotor poles Pm per rotation of the motor (Pm = 6 in FIG. 4) The same number of fluctuations occur. That is, a frequency component that is six times the rotational frequency of the electric motor is generated in the q-axis current Iq. In this case, the number of times that the q-axis current Iq and the reference current Ith intersect in one rotation cycle Tm of the motor (3 cycles in terms of electrical angle since it is 6 poles) is 12 times (change from 0 to 1 is 6 times, 1 to 0) 6 changes).
[0060]
Therefore, when the embedded magnet type synchronous motor 6 is out of step, the d-axis current Id and the q-axis current Iq are twice the number of poles Pm of the motor during the electrical angular period corresponding to the motor rotation speed (comparison result). Crossing of the reference current Ith occurs (including a change from 0 to 1 and a change from 1 to 0 in the signal Si).
[0061]
That is, in the 6-pole motor exemplified in FIGS. 2, 3, and 4, the 12-times crossing number Nc that is twice that of the 6-pole occurs in the electrical angle 3 period Tm corresponding to one rotation of the motor.
[0062]
From the above, the frequency of fluctuation with respect to the reference current of the dq coordinate current is different between the step-out time and the synchronization time, and in particular at the step-out time, the frequency (intersection with the reference current) depends on the motor regardless of the rotation speed. Number) is decided as one. Therefore, it is possible to detect step-out by detecting this difference.
[0063]
Specifically, the number of crossings Nc between the q-axis current Iq and the reference current Ith within a predetermined time Tm is measured for each step-out detection period, and when the number of crossings Nc matches the number of crossings Nerr at the time of step-out, It is determined that there is a step-out when the number of coincidence Nc = Nerr is equal to or greater than the third predetermined step-out detection number NG_Level. In consideration of the possibility of Nc = Nerr other than at the time of step-out due to the influence of noise or the like included in the current detection, the number of times the number of intersections Nc and the number of step-out intersections Nerr coincide is the number of times of step-out detection NG_Level. A step-out is judged only when the above is reached.
[0064]
Here, in an electric motor that drives a load having a large fluctuation per revolution, as the rotation speed of the electric motor increases, the influence of the load fluctuation on the electric motor becomes small, and the dq coordinate current caused by the load fluctuation is reduced. The resulting fluctuation component is reduced. In this case, even when the current waveform is as shown in FIG. 3 during low-speed operation, as the high-speed operation is started, the fluctuation included in the dq coordinate current gradually decreases as shown in FIG. However, even during high-speed operation, the q-axis current Iq and the reference current Ith do not cross at a multiple of the number of poles Pm of the motor as in step-out.
[0065]
On the other hand, in the step-out during high-speed rotation, the magnitude of the current fluctuation component generated in the q-axis current is reduced compared to that during low-speed operation, but the q-axis current Iq and the reference current Ith for a predetermined time are a multiple of the number of poles Pm of the motor. Crossing occurs as in low speed operation. For this reason, even if the rotational speed changes, it is possible to perform the step-out detection by the same method.
[0066]
Here, when FIG. 2 is compared with FIG. 4, in an electric motor that drives a load with small fluctuation during one rotation, as shown in FIG. 2, a fluctuation component (alternating current component) generated in a dq coordinate current during synchronous operation. The fluctuation component (alternating current component) generated in the dq coordinate current at the time of step-out shown in FIG. 4 is larger than that at the time of synchronization. In this way, if the motor drives a load with a small fluctuation during one rotation, the AC component included in the dq coordinate current is detected, and the step-out is detected when the magnitude of the AC component exceeds a predetermined value. By doing so, step-out detection may be performed.
[0067]
However, as shown in FIG. 3, in a motor that drives a load having a large fluctuation during one rotation, a large fluctuation occurs in the dq coordinate current even during synchronous operation. Depending on the operating conditions, the fluctuation component of the dq axis current generated during the synchronous operation may be larger than the fluctuation component of the dq coordinate current generated during the step-out. By using the synchronous motor step-out detection device according to the present invention, it is possible to detect step-out with high accuracy even in the case of such an electric motor that drives a load having a large fluctuation during one rotation.
[0068]
Here, as shown in FIGS. 2 to 4, a phenomenon in which a difference appears in d-axis current Id (not shown) and q-axis current Iq during synchronization and step-out will be described below with reference to FIGS. 5 to 7. . FIG. 5 shows the relationship between the rotor of the permanent magnet type synchronous motor and the coordinates on the inverter control means 8. In FIG. 5, the N pole side on the rotor is generally d-axis, and the phase advanced 90 degrees in the rotation direction is generally q-axis.
[0069]
When the position sensor for detecting the position of the rotor is not used for driving the synchronous motor, the inverter control means 8 cannot accurately capture the dq axis of the rotor. The γ-δ axis is defined as the −q axis. Further, the phase angle of the inverter control means viewed from the U phase of the three-phase fixed coordinates is defined as an electrical angle phase θe.
[0070]
In the synchronous motor, a salient pole type motor having different d-axis and q-axis inductances, such as an embedded magnet type synchronous motor, will be described. In the synchronous operation state, the motor rotor and the output voltage phase of the inverter are synchronized. For this reason, the relationship between the rotor phase (dq axis) and the inverter output voltage phase (γ-δ axis) maintains a constant phase difference Δθ, that is, the inverter output voltage phase γ-δ axis as a reference. In this case, as shown in FIG. 6, the inductances Lγ and Lδ viewed from the γ-δ axis are operating in a constant state, and the d-axis current Id (Iγ) and the q-axis current Iq (Iδ) are almost DC. Become.
[0071]
However, in an electric motor that drives a load having a large fluctuation during one rotation, rotation unevenness occurs according to the load fluctuation. For this reason, since the output voltage phase γ-δ axis and the rotor phase dq axis of the inverter fluctuate during one rotation, the d-axis current Id (Iγ) and the q-axis current Iq (Iδ) vary every rotation. Will occur.
[0072]
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, only the inverter output voltage phase γ-δ axis rotates, and the rotor phase dq axis stops. Thus, as shown in FIG. 7, the inductances Lγ and Lδ as viewed from the γ-δ axis are constantly fluctuating, and the d-axis current Id (Iγ) and the q-axis current Iq (Iδ) vary for each rotation phase. However, fluctuations occur in each. At this time, the change in inductance during one rotation occurs as much as the number of rotor poles Pm of the motor. In the example of FIG. 5, since there are two poles, the fluctuations in Lγ and Lδ are two revolutions.
[0073]
Thus, by detecting the number of fluctuations in the dq coordinate currents Id and Iq during one rotation of the rotor, it is possible to grasp the operating state of the rotor and thereby detect the step-out of the synchronous motor. Become.
[0074]
Here, an example of a method for setting the reference current Ith, which is the first predetermined value, will be described below. As described above, the step-out detection according to the present invention is a method for detecting step-out from the number of intersections between the q-axis current Iq and the reference current Ith. For this reason, the reference current Ith may be set near the center of the fluctuation of the q-axis current. For example, the average value Iq_fil of the q-axis current Iq or the DC component Iq_dc of the q-axis current may be used. The q-axis current may be extracted as a reference current Ith by extracting a DC component or low-frequency component of the q-axis current using a low-pass filter or the like. In order to extract only a component close to a direct current, the cutoff frequency of the low-pass filter may be set to 1.5 Hz, for example.
[0075]
FIG. 8 shows a control block diagram when the reference current Ith is obtained by calculation in this way. FIG. 8 shows only the step-out detection means 16 of FIG. 1 taken out, and the same reference numerals indicate the same means as in FIG. As shown in FIG. 8, the reference current Ith used for the current comparison means 17 is obtained by the calculation of the average value Iq_fil of the q-axis current Iq or the DC component Iq_dc of the q-axis current by the reference current calculation means 21.
[0076]
An example of a method for setting the second predetermined value, the step-out intersection number Nerr and the predetermined time Tm for measuring the number of intersections, is shown below. From the above description, at the time of step-out, the number of intersections Nc that is twice the number of poles Pm of the motor is generated per rotation of the rotor. From the above, the predetermined time Tm may be n times the electrical angular period Te per rotor rotation, and the step-out intersection number Nerr may be 2n times the motor pole number Pm.
[0077]
However, when the predetermined time Tm is set to n times the electrical angular period Te per rotation of the rotor, the value of Tm varies depending on the rotation speed of the rotor. As a result, the intersection number Nc is measured and updated at a cycle of the predetermined time Tm. As shown in the above example, if the target is a 6-pole motor (Pm = 6), the predetermined time Tm is set to the time of one rotation of the rotor (n = 1) (depending on the rotation frequency). The step-out intersection number of Ner may be Nerr = Pm × 2 × n = 6 × 2 × 1 = 12.
[0078]
Even when the number of crossovers is measured, at least one of falling (changing from 1 to 0) and rising (changing from 0 to 1) among the changes in the comparison result signal Si is measured. Good. In this case, if the predetermined time Tm is n times the electrical angular period Te per rotor rotation, the step-out intersection number Nerr may be n times the motor pole number Pm. As shown in the above example, if a 6-pole motor (Pm = 6) is targeted, the predetermined time Tm is set to the time of one rotation of the rotor (n = 1) (depending on the rotation frequency). The step-out intersection number may be Nerr = Pm × n = 6 × 1 = 6. From the above, the step-out intersection number Nerr and the predetermined time (intersection number measurement time) Tm may be set based on the number of poles of the motor.
[0079]
Here, in the waveform shown in FIG. 4, the measurement start time (or measurement end time) of the number of intersections measurement time (predetermined time Tm) almost coincides with the time of intersection of the q-axis current (or d-axis current) and the reference current Ith. In some cases, the number of intersections may not be detected properly. In such a case, the number of falling edges (change from 1 to 0) or rising edges (change from 0 to 1) within the predetermined time Tm among the changes in the comparison result signal Si as described above is measured, and at least If either one matches Nerr, the number of intersections is determined to match the number of step-out intersections, and Nc = Nerr, and the number of matches Neq may be increased by one.
[0080]
In addition, an example of a method for setting the number of step-out detection times NG_Level, which is the third predetermined value, is shown below. As described above, there is a possibility that the intersection number Nc and the step-out intersection number Nerr coincide with each other due to the influence of noise or the like. In order to avoid this, the step-out is detected when Nc = Nerr is greater than or equal to the number of step-out detection times NG_Level. At the time of step-out, since Nc = Nerr continuously for every step-out detection cycle, the step-out may be performed when Nc = Nerr occurs continuously more than NG_Level times of step-out detection.
[0081]
In order to prevent false detection, it is better to use only during continuous occurrence. As the method, for example, if the number Nc of intersections within the predetermined time Tm measured last time matches the step-out intersection number Nerr and Nc = Nerr, and this time also Nc = Nerr, 1 is added to the number of matches Neq. If the previous time is Nc = Nerr and this time Nc ≠ Nerr, the number of matches Neq may be cleared to zero.
[0082]
A setting example of the step-out detection number NG_Level is shown below. In order to avoid erroneous detection due to noise, at least NG_Level ≧ 2 is set. Further, when NG_Level is increased, the time until a step-out is detected becomes longer. When the step-out state continues at the minimum rotation speed of the motor, the step-out is detected in seconds when there is a possibility of damage to the motor or the device that is the load of the motor, or vibration or noise may occur due to step-out. There is a need. In a 6-pole motor, when the predetermined time Tm is a time for one rotation of the rotor and the minimum rotation speed of the rotor is 20 Hz, NG_Level ≦ 100 may be set in order to detect the step-out within 5 seconds.
[0083]
In addition, as shown in FIG. 2, when there is almost no load fluctuation during one rotation of the motor in the load of the motor, fluctuations ideally occur in the d-axis current (not shown) Id and the q-axis current Iq. Absent. However, when the electric motor is actually driven, a fluctuation component (AC component) is superimposed on Id and Iq. In this case, Id and Iq frequently intersect with the reference current Ith due to various disturbances, and the number of intersections Nc changes randomly. In this case, the possibility that the step-out intersection number Nerr, which is the step-out condition, coincides with the number Nc of intersections is very low. Even if Nc = Nerr, it is further reduced that this occurs continuously and the number of times becomes equal to or greater than the number of step-out detection times NG_Level. Thus, the reliability of step-out detection can be improved by performing step-out only when Nc = Nerr continuously occurs more than NG_Level.
[0084]
In addition, in the AC component included in the dq coordinate currents Id and Iq, in addition to the fluctuation component due to load fluctuation during one rotation of the electric motor and the fluctuation component generated at the time of step-out, current distortion due to PWM and the attachment of the permanent magnet There may be included fluctuation components generated by disturbances such as distortion of the magnetic waveform. When the current comparison means 17 compares the dq coordinate currents Id and Iq with the reference current Ith, there is a case where crossing occurs due to these noises. In this case, since the detection accuracy of the number of intersections is lowered, the step-out detection capability is also lowered. In such a case, the dq coordinate currents Id and Iq to be compared with the reference current Ith may be filtered to remove noise components and suppress a decrease in detection accuracy.
[0085]
In such a case, the frequency component necessary for step-out detection is the number of poles of the rotational frequency, so by removing the component that exceeds the frequency component of the number of poles of the maximum rotation speed of the motor required for step-out detection, A decrease in detection accuracy due to noise may be suppressed. For example, when the maximum rotation speed of the rotor is 80 Hz for a 6-pole motor, a low-pass filter that cuts frequency components exceeding 80 × 6 = 480 Hz may be used.
[0086]
FIG. 9 shows a control block diagram in the case where noise removal (low-pass filter) is configured for such dq coordinate currents Id and Iq. FIG. 9 shows only the step-out detection means 16 of FIG. 1 taken out, and the same reference numerals indicate the same means as in FIG. As shown in FIG. 9, by using the value Iq_fil obtained by removing the frequency component (high frequency component) unrelated to the step-out detection using the noise removing unit 22 (low-pass filter) for the q-axis current Iq used in the current comparing unit 17. What is necessary is just to suppress the fall of the step-out detection accuracy with respect to noise.
[0087]
The flow of step-out detection according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, STP1 is a step-out detection start step for starting a step-out detection process, and STP2 is a step-out detection cycle determination step for managing a step-out detection cycle. STP3 is a phase current detection step for detecting the current flowing into the embedded magnet type synchronous motor 6, and corresponds to the operation performed by the phase current detection means 7a, 7b in FIG. STP4 is a phase current calculation step for calculating phase currents for three phases, and corresponds to an operation performed by the phase current calculation means 10 in FIG. STP5 is a coordinate conversion step for converting a three-phase current into a dq coordinate current, and corresponds to an operation performed by the coordinate conversion means 11 in FIG.
[0088]
STP 6 is a current comparison step of comparing the dq coordinate current with a reference current that is a first predetermined value and outputting a comparison result output signal, and corresponds to the operation performed by the current comparison means 17 of FIG. The current comparison step STP6 is configured as shown in FIG. In the current comparison step STP6, the STP 6a outputs a comparison result signal based on the result of the current comparison step STP6a. The STP 6a outputs a comparison result signal based on the result of the current comparison step STP6a. Comparison result signal output step 1 and STP 6c are comparison result signal output step 2 for outputting a comparison result signal based on the result of current comparison determination step STP6a.
[0089]
STP7 is an intersection number measurement step for measuring the number of intersections between the dq coordinate current and the reference current Ith which is the first predetermined value at a predetermined time from the comparison result signal obtained in the current comparison step STP6. This corresponds to the operation performed by the number measuring means 18. The intersection number measurement step STP7 is configured as shown in FIG. Inside the intersection number measurement step STP7, the STP7a detects an intersection between the dq coordinate current and the reference current Ith which is the first predetermined value from the comparison result output signal obtained in the current comparison step STP6, and the STP7b A crossing count step for counting the number of crossings when a crossing is detected in the crossing detection step STP7a, STP7c is a measurement time update step for updating the measurement time of the number of crossings, and STP7d is whether the current measurement time is within a predetermined time. This is a predetermined time measurement step for measuring.
[0090]
STP 8 is a coincidence count measurement step for measuring the number of times that the number of intersections within a predetermined time coincides with the number of step-out intersections that is the second predetermined value, and corresponds to the operation performed by the coincidence count measuring means 19 in FIG. The coincidence count measurement step STP8 is configured as shown in FIG. In the coincidence count measurement step STP8, STP8a is a crossover number comparison step for comparing the crossover number Nc with the second predetermined step-out crossover number Nerr, and STP8b is a match if the result of the crossover number comparison step STP8a is coincident. The coincidence number counting step STP8c for counting the number of times is a variable clearing step for clearing a variable used for step-out detection when the result of the intersection number comparison step STP8a is not coincident.
[0091]
STP 9 is a coincidence number comparison step for comparing the number of coincidences obtained in the coincidence number measuring step STP 8 with a step-out detection number Nerr, which is a third predetermined value, and detecting the presence or absence of occurrence of step-out. This corresponds to the processing in the number comparison means 20. The coincidence number comparison step STP9 is configured as shown in FIG. In the coincidence number comparison step STP9, the STP 9a compares the number of coincidences obtained in the coincidence number measurement step STP8 with a step-out detection number Nerr that is a third predetermined value, and determines whether or not the step is out of synchronization. STP9b is a variable clearing step for clearing the variable used for step-out detection when the result of the coincidence number comparison determination step STP9a is synchronous.
[0092]
STP 10 is a PWM output stop step for stopping PWM output when the result of the coincidence number comparison step is step out, and STP 11 is a stop step for stopping the inverter as a step out abnormality.
[0093]
The flow of step-out detection is as follows. In the step-out detection start step of STP1, step-out detection processing is started together with drive control of the electric motor. In the step-out detection cycle determination step of STP2, the step-out detection cycle Ts is managed, and step-out detection processing after STP3 is executed for each step-out detection cycle Ts. In the phase current detection step of STP3, current detection means 7a and 7b detect at least two phases of current flowing into the embedded magnet type synchronous motor 6, for example, U phase current Iu and V phase current Iv. In the phase current calculation step of STP4, phase currents Iu, Iv, Iw for three phases are calculated by the phase current calculation means 10 from the phase currents Iu, Iv obtained in the phase current detection step STP3. In the coordinate conversion step of STP5, the three-phase currents Iu, Iv, Iw obtained in the phase current calculation step STP4 are converted into dq coordinate currents Id, Iq by the coordinate conversion means 11. Here, the phase current calculation step STP4 can be omitted, and the current detection step STP3 can proceed to the coordinate conversion step STP5.
[0094]
In the current comparison step of STP6, the current comparison means 17 compares the dq coordinate currents Id and Iq obtained in the coordinate conversion step STP4 with a reference current Ith which is a first predetermined value to obtain a comparison result signal Si. Specifically, in the current comparison determination step of the STP 6a, for example, the q-axis current Iq of the dq coordinate current is compared with the reference current Ith based on the first predetermined value. If Iq> Ith, the process proceeds to STP6b. Otherwise, the process proceeds to STP6c. In the comparison result signal output step 1 of the STP 6b, the comparison result signal Si is output as Si = 1, and in the comparison result signal output step 2 of the STP 6c, the comparison result signal Si is output as Si = 0.
[0095]
In the crossing number measuring step of STP7, the crossing number measuring means 18 calculates the crossing number Nc of the dq coordinate currents Id, Iq and the reference current Ith for a predetermined time Tm from the comparison result signal Si obtained in the current comparing step STP6. measure. Specifically, a change in the comparison result signal Si is detected in the intersection detection step of the STP 7a. If the comparison result signal Si changes from 0 to 1 (rising) or 1 to 0 (falling), the process proceeds to STP7b, and if not changed (0 to 0 or 1 to 1), the process proceeds to STP7c. At the intersection count step of STP7b, assuming that there is a change in the comparison result signal Si, 1 is added to the intersection number Nc and the process proceeds to STP7c. In the measurement time update step of STP7c, the step-out detection period Ts is added to the measurement time tk to update the measurement time tk. In the predetermined time measurement step of STP7d, it is determined whether or not the measurement time tk has reached the predetermined time Tm. If the predetermined time Tm has elapsed, the process proceeds to the coincidence frequency measurement step of STP8. If the predetermined time Tm has not elapsed, the process returns to the step-out detection cycle determination step of STP2.
[0096]
In the coincidence count measurement step of STP8, the number Neq of coincidence times Nc of the predetermined time Tm obtained in the intersection count measurement step STP7 in the coincidence count measurement means 19 coincides with the step-out detection count Nerr which is the second predetermined value. Measured every step-out detection period Ts. Specifically, in the intersection number comparison step of STP8a, the number of intersections Nc of the predetermined time Tm obtained in the intersection number measurement step STP7 is compared with the second predetermined value of the step-out detection number Nerr. As a result, if Nc = Nerr, the process proceeds to STP8b, and if Nc ≠ Nerr, the process proceeds to STP8c. In the coincidence count counting step of STP8b, 1 is added to the coincidence count Neq between the intersection count Nc and the step-out detection count Nerr. In the variable clear step of STP8c, it is assumed that there is no possibility of step-out from the result of Nc ≠ Nerr. In order to perform step-out detection processing for the next predetermined time, the measurement time tk and the intersection number Nc are cleared to zero, and step STP2 is removed. Return to the key detection cycle determination step. If the matching number Neq is also cleared at STP 8c, the step-out detection can be performed only when Nc = Nerr is generated continuously every predetermined time Tm.
[0097]
In the coincidence number comparison step of STP9, the coincidence number comparison means 20 compares the coincidence number Neq obtained in the coincidence number measurement step STP8 with the third predetermined value of the step-out detection number NG_Level, and determines whether the step-out or synchronization is out. to decide. More specifically, the number of matches Neq obtained in the number-of-matches comparison step STP8 in the number-of-matches comparison determination step STP9 is compared with the third predetermined value of the step-out detection number NG_Level, and it is determined that the step-out occurs when Neq ≧ NG_Level. Then, the process proceeds to STP10. In other cases, it is determined that the operation is synchronous, and the process proceeds to STP 9b. In the variable clear step STP9b, when it is determined that the synchronization is made in the coincidence number comparison determination step STP9a, the measurement time tk and the number of intersections Nc are cleared to 0 to perform the step-out detection process for the next predetermined time, and the step-out of STP2 is performed. Return to the detection cycle determination step.
[0098]
In the PWM stop step of STP10, the PWM signal output of the PWM signal generating means 14 is stopped in order to stop the voltage output of the inverter when the step-out is detected in the coincidence number comparison step STP9.
[0099]
In the inverter stop step of STP11, the operation of the inverter control means 8 is also stopped, and the operation of the inverter device is stopped by displaying an abnormality.
[0100]
Here, in the flow of step-out detection described above, a method for obtaining the predetermined time Tm by using the step-out detection period Ts is shown, but as shown in FIG. 2, FIG. 3, or FIG. Similarly, the predetermined time Tm can be obtained using the electrical angle phase θe used in the inverter control means 8. In the case of a 6-pole motor as in the examples from FIG. 2 to FIG. 4, the time when the electrical angle phase from the start of measurement is 360 × 3 = 1080 degrees corresponds to Tm.
[0101]
FIG. 11 shows a step-out detection flow different from the step-out detection flow shown in FIG. In the flow of step-out detection shown in FIG. 11, another method of the current comparison step STP6 and the crossing number measurement step STP7 in FIG. 10 will be described. In FIG. 11, steps with the same symbols as in FIG. 10 indicate the same processing. For this reason, description of the processing of the same symbols as in FIG. 10 is omitted.
[0102]
In FIG. 11, STP12 is a current comparison step corresponding to STP6 in FIG. In the current comparison step STP12, the STP 12a compares the dq coordinate current obtained in the coordinate conversion step STP5 with the reference current Ith which is the first predetermined value, and the STP 12b is the result of the current comparison determination step 12a. The comparison result signal output step 1 and STP12c for outputting the comparison result signal based on the above are the comparison result signal output step 2 for outputting the comparison result output signal based on the result of the current comparison determination step STP12a.
[0103]
STP 13 is an intersection number measuring means for measuring the number of intersections between the dq coordinate current and the reference current Ith, which is a first predetermined value, in a predetermined time from the comparison result signal obtained in the current comparison step STP12. In the intersection number measuring means STP13, the STP 13a adds the output result signal obtained in the current comparison step STP12 and the intersection number, and counts the intersection number, and the STP 12b updates the measurement time of the intersection number, The STP 12c is a predetermined time measurement unit that measures whether or not the current measurement time is within a predetermined time.
[0104]
A flow of the step-out detection method shown in FIG. 11 will be described. Since the processing of the same symbols as those in FIG. 10 has the same operation flow, description thereof is omitted. In the current comparison step of STP 12, the current comparison means 17 compares the dq coordinate currents Id and Iq obtained in the coordinate conversion step STP5 with a reference current Ith which is a first predetermined value to obtain a comparison result signal Si. Specifically, in the current comparison step of the STP 6a, for example, the q-axis current Iq of the dq coordinate current is compared with the reference current Ith based on the first predetermined value. For example, the value of Iq-Ith is obtained. When the sign of the value of Iq−Ith obtained during the step-out detection cycle one cycle before has changed from positive to negative or from negative to positive, the q-axis current crosses the reference current Ith which is the first predetermined value. Therefore, the process proceeds to STP 12b. Otherwise, the process proceeds to STP 12c. In the comparison result signal output step 1 of the STP 12b, the comparison result signal Si is output as Si = 1, and in the comparison result signal output step 2 of the STP 12c, the comparison result signal Si is output as Si = 0.
[0105]
In the crossing number measuring step of STP13, the crossing number Nc of the dq coordinate currents Id, Iq and the reference current Ith within a predetermined time Tm is measured from the comparison result signal Si obtained in the current comparison step STP12. Specifically, the comparison result signal Si is added to the intersection number Nc in the intersection number counting step of the STP 13a to update the intersection number Nc. In the measurement time update step of the STP 13b, the step-out detection period Ts is added to the measurement time tk to update the measurement time tk. In the predetermined time measurement step of STP13c, it is determined whether or not the measurement time tk has reached the predetermined time Tm. If the predetermined time Tm has elapsed, the process proceeds to the coincidence frequency measurement step of STP8. If the predetermined time Tm has not elapsed, the process returns to the step-out detection cycle determination step of STP2. The steps after the coincidence count measurement step STP8 are the same as those in FIG.
[0106]
As described above, since the step-out of the synchronous motor is detected from the number of intersections Nc with respect to the reference current Ith, the fluctuation occurring in the dq coordinate current during normal operation and step-out is detected. The step-out detection can be performed with higher accuracy than the step-out detection based on the method and the magnitude of the dq coordinate current. Further, even an electric motor that drives a load with a large load fluctuation during one rotation can detect step-out with high accuracy.
[0107]
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 that erroneous detection may occur if the step-out is detected at the level of the q-axis current Iq. Becomes difficult. Therefore, by detecting the frequency of fluctuation of Iq, it is possible to accurately detect the step-out regardless of the load torque.
[0108]
Further, a complicated calculation for step-out detection such as an FFT calculation for extracting an electric motor model or a specific frequency component is unnecessary, and the dq coordinate current used in the inverter control means 8 is simply used as it is. It is a simple process that only measures the number of crossings with the reference voltage. For this reason, since the microcomputer used for the inverter control means 8 does not require high-performance computing capability, an inexpensive microcomputer can be used. As a result, the cost of the apparatus can be reduced.
[0109]
Also, by incorporating the synchronous motor step-out detection device according to the present invention into the inverter device, a highly reliable and inexpensive inverter device capable of detecting step-out with high accuracy can be realized.
[0110]
In a refrigeration air conditioner, if the compressor motor continues to step out, the capacity of the refrigeration air conditioner cannot be obtained, and the compressor, electric motor, refrigerant piping, inverter circuit, etc. may be damaged and the device may be adversely affected. is there. By mounting the synchronous motor step-out detection device according to the present invention on the compressor drive inverter of the refrigeration air conditioner, it becomes possible to detect the step-out of the compressor with high accuracy and adversely affect the refrigeration air conditioner as described above. Can be suppressed. This can improve the reliability of the refrigeration air conditioner.
[0111]
In addition, by mounting the synchronous motor step-out detection device according to the present invention in the compressor drive inverter of the refrigeration air conditioner, it is possible to detect step-out with high accuracy even in an electric motor that drives a load with a large fluctuation per revolution. Therefore, accurate step-out detection can be performed even for a compressor such as a reciprocating compressor that has a large load fluctuation per rotation. Step-out detection can be accurately performed for a wide range of loads from a reciprocating compressor having a large load fluctuation to a scroll compressor having a small load fluctuation. A highly reliable inverter device for a refrigeration air conditioner can be realized regardless of the motor load.
[0112]
In the first embodiment described above, an example of an embedded magnet type synchronous motor (IPMSM) is shown as a synchronous motor. ), Step-out detection is possible with the same configuration as long as the motor has a difference in inductance between the d-axis and the q-axis, such as a synchronous reluctance motor (SyRM) and a switched reluctance motor (SRM).
[0113]
In the first embodiment described above, the parameter used for step-out detection has been described as the q-axis current of the dq coordinate current. However, the parameter obtained from the d-axis current, the d-axis current, and the q-axis current is different. The same step-out detection can be performed using the value of.
[0114]
【The invention's effect】
According to a first aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device, a current detection means for detecting a current flowing through the synchronous motor, a d-axis current that is an excitation current component, a torque obtained by the current detection means, and a torque. Coordinate conversion means for converting the current component q-axis current into dq coordinate current; current comparison means for comparing at least one of the dq coordinate current obtained by the coordinate conversion means with a first predetermined value; A crossing number measuring unit that measures the number of crossings between the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time, and a number of coincidence between the crossing number measured by the crossing number measuring unit and the second predetermined value. The number-of-matches measurement means to measure and the number-of-matches comparison means for comparing the number of matches measured by the number-of-matches measurement means with a third predetermined value and detecting a step-out when the number of matches exceeds a third predetermined value Of the synchronous motor Adjusted by a simple configuration, it is possible to accurately detect. In addition, it is possible to detect a step-out with high accuracy even for a synchronous motor that drives a load having a large fluctuation during one rotation.
[0115]
Further, the synchronous motor step-out detection device according to claim 2 of the present invention sets the first predetermined value in the vicinity of the center of the fluctuation of the dq coordinate current, so that the step-out detection is performed according to the operating state of the synchronous motor. A reference signal for key detection can be easily obtained, and step-out can be detected accurately with a simple configuration.
[0116]
In the synchronous motor step-out detection device according to claim 3 of the present invention, the first predetermined value is a direct current component included in the dq coordinate current, so that the step-out operation is performed according to the operating state of the synchronous motor. A reference signal for detection can be easily obtained, and step-out can be accurately detected with a simple configuration.
[0117]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device, wherein the first predetermined value is an average value of the dq coordinate current, thereby detecting step-out detection according to the operating state of the synchronous motor. Therefore, it is possible to easily obtain a reference signal for detecting a step-out with high accuracy with a simple configuration.
[0118]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor out-of-step detection apparatus that uses a low-pass filter to extract only a component close to a direct current of a dq coordinate current to obtain a first predetermined value. Accordingly, it is possible to easily obtain a reference signal for step-out detection according to the operating state, and to detect step-out with high accuracy with a simple configuration.
[0119]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device that provides a reference signal for detecting step-out according to the operating state of the synchronous motor by setting the cutoff frequency of the low-pass filter to 1.5 Hz. It can be easily obtained, and the step-out can be detected with high accuracy with a simple configuration.
[0120]
In the synchronous motor step-out detection device according to claim 7 of the present invention, the dq coordinate current crosses the first predetermined value from small to large within a predetermined time in the crossing number measuring means. By measuring the number of intersections between the case and the case of crossing from large to small, it is possible to detect step-out well even if there is an influence of noise contained in the detection current. A high-performance step-out detection device is possible.
[0121]
In the synchronous motor step-out detection device according to claim 8 of the present invention, in the intersection number measuring means, the dq coordinate current intersects the first predetermined value from small to large within a predetermined time. And the number of intersections when intersecting from large to small, respectively, and the coincidence number measuring means determines that the number of intersections coincides with the second predetermined value when the number of intersections coincides with the second predetermined value. Thereby, even when the measurement start time or the measurement end time of the intersection number measurement time substantially coincides with the intersection time of the dq coordinate current and the reference current, the number of intersections can be detected appropriately.
[0122]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device, wherein the number of coincidences of the number of intersections and the second predetermined value in the coincidence number measuring means is set as the number of coincidences, thereby detecting the detected current. It is possible to suppress erroneous detection of step-out due to the influence of noise contained in the device, and a highly reliable step-out detection device can be obtained.
[0123]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device in which a predetermined time for the number of intersections to measure the number of intersections is a multiple of one rotation cycle of the motor, so Even when the motor is changed, it is possible to easily set a predetermined time for measuring the number of intersections if the constant of the motor is known, and it is possible to detect step-out with high accuracy with a simple configuration.
[0124]
In the synchronous motor step-out detection device according to claim 11 of the present invention, in the coincidence number measuring means, the second predetermined value to be compared with the number of intersections is a multiple of the number of poles of the motor. If the constant is known, it is possible to easily set the second predetermined value, which is the number of step-out intersections that is a reference for step-out detection, and it is possible to detect step-out with high accuracy with a simple configuration.
[0125]
Further, in the synchronous motor step-out detection device according to claim 12 of the present invention, the third predetermined value in the coincidence number comparison means is set to two or more times, and the maximum is the number of times that step-out can be detected in a few seconds. In addition to avoiding false detection due to noise, it is possible to prevent damage and vibration and noise due to step-out of the synchronous motor and the apparatus serving as the load of the synchronous motor.
[0126]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device which detects a dq coordinate current used for comparison in a current comparison means by removing a high frequency component and comparing it with a first predetermined value. It is possible to suppress erroneous detection of step-out due to the influence of noise included in the current, and a step-out detection device with high reliability becomes possible.
[0127]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection device that removes high-frequency components exceeding a frequency that is the number of poles of the maximum rotational speed of the synchronous motor, thereby affecting the influence of noise included in the detection current. It is possible to suppress erroneous detection of step-out, and a step-out detection device with high reliability is possible.
[0128]
According to a fifteenth aspect of the present invention, a compressor driving device for a refrigerating and air-conditioning apparatus is equipped with the synchronous motor step-out detection device according to any one of the first to fourteenth aspects. It can be detected well, and adverse effects on the refrigeration air conditioner can be suppressed. Thereby, the reliability of the refrigeration air conditioner can be improved.
[0129]
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor step-out detection method comprising: a current detection step for detecting a current flowing through the synchronous motor; and a d-axis current and a torque current, which are excitation current components, obtained from the current obtained by the current detection means. A coordinate conversion step for converting the component q-axis current into a dq coordinate current; a dq coordinate current comparison step for comparing at least one of the dq coordinate currents obtained by the coordinate conversion step with a first predetermined value; , An intersection number measuring step for measuring the number of intersections of the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time, and the number of intersections obtained from the intersection number measuring step with the second predetermined value The number-of-matches measurement step to be measured, and the number-of-matches comparison step for comparing the number of matches measured in the number-of-matches measurement step with a third predetermined value and detecting step-out when the number of matches exceeds a third predetermined value When By providing a step-out of the synchronous motor with a simple configuration, it is possible to accurately detect. In addition, it is possible to detect a step-out with high accuracy even for a synchronous motor that drives a load having a large fluctuation during one rotation.
[0130]
Further, in the synchronous motor step-out detection method according to claim 17 of the present invention, in the dq coordinate current comparison step, the magnitude of at least one of the dq coordinate current and the first predetermined value is compared, A comparison result signal is output when at least one of the dq coordinate currents is larger than or smaller than the first predetermined value, and the change of the comparison result signal is detected in the crossing number measurement step, whereby the synchronous motor is stepped out. It becomes possible to detect with high accuracy with a simple configuration.
[0131]
Further, in the synchronous motor step-out detection method according to claim 18 of the present invention, in the dq coordinate current comparison step, a difference between at least one of the dq coordinate currents and the first predetermined value is obtained, and the difference is obtained. Outputs a comparison result signal when the sign of 変化 changes from positive to negative or negative to positive, and does not change. By detecting the number of intersections from the comparison result signal in the intersection number measurement step, the synchronous motor can be easily stepped out. With a simple configuration, it becomes possible to detect with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment and showing a configuration of an inverter device of 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 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a diagram for explaining various waveforms when a load with a large load variation is driven during synchronous operation.
FIG. 4 shows the first embodiment and is a diagram for explaining various waveforms at the time of step-out.
FIG. 5 is a diagram showing the first embodiment, and is a diagram showing a relationship between an electric motor rotor and an electrical angle phase and coordinates used by an inverter control means.
FIG. 6 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a diagram illustrating changes in inductance and current when the inverter control means at the time of synchronization is used as a reference.
FIG. 7 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a diagram illustrating changes in inductance and current when the inverter control means at the time of step-out is used as a reference.
FIG. 8 is a diagram illustrating the first embodiment and is a diagram illustrating a configuration of a step-out detection unit;
FIG. 9 is a diagram illustrating the first embodiment and is a diagram illustrating another configuration of a step-out detection unit;
FIG. 10 is a diagram illustrating the first embodiment and is a flowchart of a step-out detection process.
FIG. 11 is a diagram showing the first embodiment and is another flowchart of the step-out detection process;
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of a conventional synchronous motor step-out detection device.
[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 embedded magnet type synchronous motor, 7a, 7b current detection means, 8 inverter control means, 9 motor drive means, 10 phase current calculation means, 11 coordinates Coordinate conversion means, 12 Voltage command value calculation means, 13 Output voltage vector calculation means, 14 PWM signal generation means, 15 DC voltage detection means, 16 Step-out detection means, 17 Current comparison means, 18 Crossing number measurement means, 19 Number of coincidence Measuring means, 20 coincidence number comparing means, 21 reference current calculating means, 22 noise removing means, 30 Current detection means.

Claims

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;
Coordinate conversion means for converting the current obtained by the current detection means into a d-axis current that is an excitation current component and a d-q coordinate current of a q-axis current that is a torque current component;
Current comparison means for comparing at least one of the dq coordinate currents obtained by the coordinate conversion means with a first predetermined value;
An intersection number measuring means for measuring the number of intersections of the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time;
A number-of-matches measurement unit that measures the number of matches between the number of intersections measured by the number-of-intersections measurement unit and a second predetermined value;
A match number comparison unit that compares the number of matches measured by the match number measurement unit with a third predetermined value and detects a step-out when the number of matches is equal to or greater than a third predetermined value;
A step-out detection apparatus for a synchronous motor, comprising:

2. The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein the first predetermined value is set near the center of fluctuation of the dq coordinate current.

3. The synchronous motor step-out detection device according to claim 2, wherein the first predetermined value is a direct current component included in the dq coordinate current.

3. The synchronous motor step-out detection apparatus according to claim 2, wherein the first predetermined value is an average value of dq coordinate currents.

3. The synchronous motor step-out detection apparatus according to claim 2, wherein only a component close to a direct current of the dq coordinate current is extracted by using a low-pass filter and set as the first predetermined value.

6. The synchronous motor step-out detection device according to claim 5, wherein a cutoff frequency of the low-pass filter is 1.5 Hz.

In the intersection number measuring means, at least one of a case where the dq coordinate current intersects the first predetermined value from small to large within a predetermined time and a case where the dq coordinate current intersects from large to small The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein the number is measured.

In the intersection number measuring means, the number of intersections when the dq coordinate current intersects the first predetermined value from a small value to a large value within a predetermined time and when the dq coordinate current intersects from a large value to a small value, respectively. 2. The synchronous motor step-out detection according to claim 1, wherein when the number of intersections coincides with a second predetermined value, the coincidence number measuring unit determines that the number of intersections coincides. apparatus.

2. The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein the number of coincidences in which the number of intersections coincides with the second predetermined value is used as the number of coincidences.

2. The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein the predetermined number of times for the intersection number measuring means to measure the number of intersections is a multiple of one rotation period of the motor.

2. The synchronous motor step-out detection apparatus according to claim 1, wherein the second predetermined value to be compared with the number of intersections is a multiple of the number of poles of the motor.

The synchronous motor step-out detection device according to claim 1, wherein the third predetermined value in the coincidence number comparison means is set to two or more times, and the maximum is the number of times that step-out can be detected in a few seconds.

The synchronous motor step-out detection apparatus according to claim 1, wherein the dq coordinate current used for comparison in the current comparison means is compared with the first predetermined value after removing a high-frequency component.

14. The synchronous motor step-out detection device according to claim 13, wherein high-frequency components exceeding a frequency that is the number of poles of the maximum rotation speed of the synchronous motor are removed.

A drive device for a compressor for a refrigerating and air-conditioning apparatus, comprising the synchronous motor step-out detection device according to any one of claims 1 to 14.

In an inverter device that drives a synchronous motor without using a position sensor for detecting a rotor position,
A current detection step of detecting a current flowing through the synchronous motor;
A coordinate conversion step of converting the current obtained by the current detection means into a dq coordinate current of a d-axis current that is an exciting current component and a torque current component q-axis current;
A dq coordinate current comparison step of comparing at least one of the dq coordinate currents obtained by the coordinate conversion step with a first predetermined value;
An intersection number measuring step for measuring the number of intersections of the dq coordinate current and the first predetermined value within a predetermined time;
A number-of-matches measurement step for measuring the number of matches between the number of intersections obtained from the number-of-intersections measurement step and a second predetermined value;
Comparing the number of matches measured in the number-of-matches measurement step with a third predetermined value and detecting a step-out when the number of matches is equal to or greater than a third predetermined value; and
A step-out detection method for a synchronous motor, comprising:

In the dq coordinate current comparison step, at least one of the dq coordinate currents is compared with a first predetermined value, and at least one of the dq coordinate currents is greater than the first predetermined value. 17. The synchronous motor step-out detection method according to claim 16, wherein a comparison result signal is output for a case and a case where the comparison result signal is small, and a change in the comparison result signal is detected in the crossing number measurement step.

In the dq coordinate current comparison step, a difference between at least one of the dq coordinate currents and the first predetermined value is obtained, and the sign of the difference is not changed from positive to negative or negative to positive. 17. The synchronous motor step-out detection method according to claim 16, wherein the comparison result signal is output and the number of intersections is detected from the comparison result signal in the intersection number measurement step.