JP5314103B2 - Permanent magnet synchronous motor drive device - Google Patents

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明の実施形態は、センサレス駆動の永久磁石同期電動機駆動装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a sensorless drive permanent magnet synchronous motor drive device.

インバータを用いて電動機を可変速駆動する可変速電動機駆動装置は各分野に適用されている。電動機の中でも永久磁石同期電動機は、回転子に永久磁石を有することにより誘導電動機に比べて高効率であるため広く採用されてきている。また、速度センサや位置センサを用いない位置速度センサレス制御は、信頼性向上や設置環境の制約の改善などの点で有用である。   2. Description of the Related Art A variable speed motor driving device that drives an electric motor at a variable speed using an inverter is applied to various fields. Among the electric motors, the permanent magnet synchronous motor has been widely adopted because it has a permanent magnet in the rotor and is more efficient than the induction motor. Further, position / speed sensorless control without using a speed sensor or position sensor is useful in terms of improving reliability and improving constraints on the installation environment.

こうした電動機駆動装置の実用性を高めるため、電動機駆動装置と電動機との間の欠相を検出する手段が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。しかし、永久磁石同期電動機を対象とする欠相判定の場合には、ロータに磁束が存在することから、ステータ巻線に流す電流とロータの永久磁石による磁束との位置関係次第ではトルクが発生することがある。ブレーキ等で固定されている場合にはロータは動かないが、ロータが固定されていない場合には、欠相を検出するために流す電流によりロータが回転してしまう恐れがある。   In order to enhance the practicality of such an electric motor drive device, means for detecting an open phase between the electric motor drive device and the electric motor has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, in the case of phase loss determination for a permanent magnet synchronous motor, since a magnetic flux exists in the rotor, torque is generated depending on the positional relationship between the current flowing through the stator winding and the magnetic flux generated by the permanent magnet of the rotor. Sometimes. When fixed by a brake or the like, the rotor does not move. However, when the rotor is not fixed, there is a possibility that the rotor may rotate due to an electric current that flows to detect an open phase.

欠相検出においてこのような回転を避けるためには、トルクが発生しないように永久磁石による磁束と平行な方向に検出電流を流せばよい。しかし、磁極位置を検出するセンサを備えることなく所謂センサレスで永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置は、電圧を出力していない停止中において永久磁石による磁束の位置を推定することはできない。   In order to avoid such rotation in phase loss detection, a detection current may be supplied in a direction parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet so that torque is not generated. However, an electric motor drive device that drives a permanent magnet synchronous motor without a sensor that detects a magnetic pole position cannot estimate the position of the magnetic flux by the permanent magnet during a stop in which no voltage is output.

例えば、前回の駆動でロータが停止した時の永久磁石による磁束の推定位置を記憶しておき、次回の起動時にはその記憶した磁束の推定位置と平行となる位置に直流電流を流せばロータは回転しない。しかし、停止中にロータを動かされる可能性がある場合には、この手段は採用できない。   For example, the estimated position of the magnetic flux by the permanent magnet when the rotor is stopped by the previous drive is stored, and the rotor rotates if a DC current is passed to a position parallel to the stored estimated position of the magnetic flux at the next start-up. do not do. However, this means cannot be adopted when there is a possibility that the rotor is moved during the stop.

また、電動機駆動装置は、d軸電流指令とq軸電流指令とからそれぞれd軸電圧指令とq軸電圧指令を演算し、磁極位置を示す位相情報に基づく回転座標変換によりU相、V相、W相の各相電圧を算出しPWM信号を生成している。このため、前回の駆動時に3相のうち1相の電流が0となる位相で停止した場合、次回その停止位置から起動するとその相には電流が流れないので、相電流のレベルのみで欠相判定をしていると誤判定する恐れがある。   The motor driving device calculates a d-axis voltage command and a q-axis voltage command from the d-axis current command and the q-axis current command, respectively, and performs U-phase, V-phase, Each phase voltage of the W phase is calculated to generate a PWM signal. For this reason, if one phase out of the three phases stops during the previous drive, the current will not flow to the phase when starting from the stop position next time, so only the phase current level is missing. There is a risk of misjudgment that the judgment is being made.

これに対し、磁極位置を検出可能なセンサを有する電動機駆動装置では、トルクを発生しない電流位相方向は起動前に予め検出できる。しかし、上述したセンサレス駆動の場合と同様に、前回の駆動時に3相のうち1相の電流が0となる位相で停止した場合には、電流のレベルのみで欠相判定をする限り誤判定する恐れが残る。   On the other hand, in an electric motor drive device having a sensor capable of detecting a magnetic pole position, a current phase direction that does not generate torque can be detected in advance before starting. However, as in the case of the sensorless drive described above, if the phase is stopped at a phase where the current of one phase of the three phases becomes 0 during the previous drive, an erroneous determination is made as long as the missing phase determination is made based only on the current level. Fear remains.

特開2011−51695号公報JP 2011-51695 A 特開2009−38959号公報JP 2009-38959 A

そこで、センサレス駆動の構成において、ロータがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータが動くことなく確実に欠相状態を検出できる永久磁石同期電動機駆動装置を提供する。   Accordingly, a permanent magnet synchronous motor driving device is provided that can reliably detect a phase loss state without moving the rotor even when the rotor is not fixed by a brake or the like in the configuration of sensorless driving.

実施形態の永久磁石同期電動機駆動装置は、永久磁石同期電動機の磁極位置を検出するセンサを備えることなく当該永久磁石同期電動機を駆動する。永久磁石同期電動機駆動装置は、電圧形インバータと電流検出手段と欠相検出手段とを備える。電圧形インバータは、スイッチング素子を有する上アームと下アームの対からなるブリッジ回路を3相分備え、永久磁石同期電動機の各相の巻線に電圧を供給する。電流検出手段は、永久磁石同期電動機の相電流を検出する。欠相検出手段は、電圧供給制御手段と比較手段と欠相判定手段とを備え、永久磁石同期電動機の回転駆動を開始する前に、永久磁石同期電動機の欠相検出処理を実行する。   The permanent magnet synchronous motor drive device of the embodiment drives the permanent magnet synchronous motor without including a sensor for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor. The permanent magnet synchronous motor drive device includes a voltage source inverter, current detection means, and open phase detection means. The voltage source inverter includes a bridge circuit composed of a pair of an upper arm and a lower arm having switching elements for three phases, and supplies a voltage to the windings of each phase of the permanent magnet synchronous motor. The current detection means detects the phase current of the permanent magnet synchronous motor. The phase loss detection unit includes a voltage supply control unit, a comparison unit, and a phase loss determination unit, and executes a phase loss detection process for the permanent magnet synchronous motor before starting to rotate the permanent magnet synchronous motor.

電圧供給制御手段は、電圧形インバータの上アームのうち1つの検出相のスイッチング素子と下アームのうち他の少なくとも1つの相のスイッチング素子をオンする通電期間と、この通電期間でオンするスイッチング素子を有するアームに対し対をなすアームが有するスイッチング素子をオンする通電期間とを組み合わせて永久磁石同期電動機の検出相に交番電流を供給する通電処理を、検出相を順に変更しながら各相について実行する。   The voltage supply control means includes an energization period in which the switching element of one detection phase in the upper arm of the voltage source inverter and the switching element of at least one other phase in the lower arm are turned on, and the switching element that is turned on in this energization period The energization process for supplying alternating current to the detection phase of the permanent magnet synchronous motor in combination with the energization period for turning on the switching element of the arm that forms a pair with the arm having the power is executed for each phase while sequentially changing the detection phase. To do.

比較手段は、各通電処理において、電流検出手段により検出された電流に基づく検出相に流れる電流の大きさまたは変化分に応じて欠相判定用検出電流値を求め、その欠相判定用検出電流値と欠相判定用基準電流値とを比較する。欠相判定手段は、この比較結果により、欠相判定用検出電流値が欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する。   The comparison means obtains a detection current value for phase loss determination according to the magnitude or change of the current flowing in the detection phase based on the current detected by the current detection means in each energization process, and detects the phase failure detection detection current. The value is compared with the reference current value for phase loss determination. The phase loss determination means determines a phase loss when the phase loss detection current value is smaller than the phase loss determination reference current value based on the comparison result.

一実施形態による電動機駆動装置の構成図1 is a configuration diagram of an electric motor drive device according to an embodiment. 電圧ベクトルを示す図Diagram showing voltage vector 電圧ベクトルとIGBTのオンオフ状態との関係を示す図The figure which shows the relationship between a voltage vector and the on-off state of IGBT. (a)は電圧ベクトルV1、(b)は電圧ベクトルV4を出力している時の電流経路を示す図(A) is voltage vector V1, (b) is a figure which shows the electric current path when the voltage vector V4 is output. U相を検出相とした場合の波形図Waveform diagram when the U phase is the detection phase U相を検出相としたときの電圧供給制御手段のフローチャートFlow chart of voltage supply control means when the U phase is the detection phase V相を検出相としたときの図6相当図FIG. 6 equivalent diagram when the V phase is the detection phase W相を検出相としたときの図6相当図FIG. 6 equivalent diagram when the W phase is the detection phase 欠相検出処理の全体的なフローチャートOverall flowchart of phase loss detection processing

図面を参照しながら一実施形態を説明する。図1は、永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置の構成を示している。この電動機駆動装置1は、永久磁石同期電動機2(以下、電動機2と称す)の磁極位置を検出するセンサを備えることなく所謂センサレスで電動機2を駆動する。電動機2は、ステータ2sに三相巻線2u、2v、2wが巻回されており、ロータ2rに永久磁石を備えている。   An embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an electric motor drive device that drives a permanent magnet synchronous motor. This electric motor drive device 1 drives the electric motor 2 without so-called sensorless without providing a sensor for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous electric motor 2 (hereinafter referred to as the electric motor 2). In the electric motor 2, three-phase windings 2u, 2v, and 2w are wound around a stator 2s, and a rotor 2r is provided with a permanent magnet.

電動機駆動装置1の主回路は、商用電源PSから入力した交流電圧を整流して直流電源線3、4間に出力するコンバータ5、平滑用のコンデンサ6、電圧形インバータ7、電流センサ8、9等から構成されている。電圧形インバータ7は、IGBT10upを有する上アーム11upとIGBT10unを有する下アーム11unの対からなるブリッジ回路12u、IGBT10vpを有する上アーム11vpとIGBT10vnを有する下アーム11vnの対からなるブリッジ回路12v、およびIGBT10wpを有する上アーム11wpとIGBT10wnを有する下アーム11wnの対からなるブリッジ回路12wからなる三相ブリッジの構成を備えている。これらのIGBT10up〜10wn(スイッチング素子)は、ドライブ回路13により駆動される。   The main circuit of the motor drive device 1 includes a converter 5 that rectifies an AC voltage input from the commercial power supply PS and outputs the rectified voltage between the DC power supply lines 3 and 4, a smoothing capacitor 6, a voltage source inverter 7, and current sensors 8 and 9. Etc. The voltage source inverter 7 includes a bridge circuit 12u including a pair of an upper arm 11up having an IGBT 10up and a lower arm 11un having an IGBT 10un, a bridge circuit 12v having a pair of an upper arm 11vp having an IGBT 10vp and a lower arm 11vn having an IGBT 10vn, and an IGBT 10wp. A three-phase bridge comprising a bridge circuit 12w comprising a pair of an upper arm 11wp having an IGBT and a lower arm 11wn having an IGBT 10wn is provided. These IGBTs 10 up to 10 wn (switching elements) are driven by a drive circuit 13.

各ブリッジ回路12u、12v、12wの出力端子には、負荷である電動機2の巻線端子が接続されるようになっている。これら出力端子と巻線端子との間の未結線、不完全結線などにより欠相が生じる。電流センサ8、9は、ホール素子等から構成される電流検出手段であり、それぞれブリッジ回路12uの出力端子から巻線2uに流れる相電流Iu、ブリッジ回路12wの出力端子から巻線2wに流れる相電流Iwを検出している。   The winding terminals of the electric motor 2 as a load are connected to the output terminals of the bridge circuits 12u, 12v, and 12w. Phase loss occurs due to unconnected or incomplete connection between the output terminal and the winding terminal. The current sensors 8 and 9 are current detection means composed of Hall elements and the like. The phase sensors Iu flowing from the output terminal of the bridge circuit 12u to the winding 2u and the phases flowing from the output terminal of the bridge circuit 12w to the winding 2w, respectively. The current Iw is detected.

制御手段14は、CPU、RAM、ROM、EEPROM15、入出力ポート、A/D変換器16、タイマ、PWM信号形成回路、通信手段などを有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。ROMには、IGBT10up〜10wnをはじめとするハードウェアの検査プログラム、電動機定数等を推定するオートチューニングプログラム、ベクトル制御やV/F一定制御による電動機2の回転駆動プログラムに加え、欠相を検出する欠相検出プログラムが格納されている。EEPROM15には加速時間、減速時間、上限周波数、下限周波数、多段速運転周波数、入出力端子選択などの多種類のパラメータに加え、後述する欠相検出処理で用いる時間ΔTの値が記憶されている。   The control means 14 is mainly composed of a microcomputer having a CPU, RAM, ROM, EEPROM 15, input / output port, A / D converter 16, timer, PWM signal forming circuit, communication means, and the like. In the ROM, in addition to the hardware inspection program including IGBT 10up to 10wn, the auto tuning program for estimating the motor constant, etc., the rotational drive program for the motor 2 by vector control and V / F constant control, the phase loss is detected. The phase loss detection program is stored. The EEPROM 15 stores the value of time ΔT used in the phase loss detection process described later, in addition to various parameters such as acceleration time, deceleration time, upper limit frequency, lower limit frequency, multistage speed operation frequency, and input / output terminal selection. .

制御手段14は、欠相検出手段として機能する。図1において制御手段14内に記載された各ブロック(EEPROM15とA/D変換器16を除く)は、マイクロコンピュータのCPUがROMに記憶された欠相検出プログラムに従って実行する欠相検出処理に係る処理機能を表している。回転駆動プログラムなどのその他の処理プログラムに従って実行する処理機能は図示を省略している。また、電動機駆動装置1は、運転キー、停止キー、アップキー、ダウンキー、モードキー、エンターキーなどを有する操作部17と、セグメント表示器やLEDなどを有する表示部18とを備えた操作パネル19を備えている。   The control unit 14 functions as a phase loss detection unit. Each block (excluding the EEPROM 15 and the A / D converter 16) described in the control means 14 in FIG. 1 relates to a phase loss detection process executed by the microcomputer CPU according to a phase loss detection program stored in the ROM. Represents a processing function. Processing functions executed in accordance with other processing programs such as a rotation driving program are not shown. In addition, the electric motor driving device 1 includes an operation panel 17 having an operation key, a stop key, an up key, a down key, a mode key, an enter key, and the like, and a display unit 18 having a segment display, an LED, and the like. 19 is provided.

A/D変換器16は、電流センサ8、9から出力された信号電圧をデジタル値であるU相、W相の検出電流Iu、Iwに変換する。電圧供給制御手段20は、欠相検出に必要な交番電流を電動機2の巻線2u、2v、2wに流すため、欠相検出の対象となる検出相に応じて電圧形インバータ7が出力する電圧ベクトルを決定し、その電圧ベクトルに対応した通電期間を設ける。欠相検出処理は、U相、V相、W相を順に検出相として3相全てについて行う。   The A / D converter 16 converts the signal voltage output from the current sensors 8 and 9 into U-phase and W-phase detection currents Iu and Iw, which are digital values. The voltage supply control means 20 causes the alternating current necessary for phase loss detection to flow through the windings 2u, 2v, and 2w of the electric motor 2, so that the voltage output from the voltage source inverter 7 according to the detection phase that is the target of phase loss detection A vector is determined, and an energization period corresponding to the voltage vector is provided. The phase loss detection process is performed for all three phases with the U phase, V phase, and W phase as detection phases in order.

電圧ベクトル選択手段21は、電圧供給制御手段20が決定した電圧ベクトルを選択して出力するために、各通電期間においてIGBT10up〜10wnのうち電圧ベクトルに対応したIGBTをオン駆動する。ここでのIGBT10up〜10wnの駆動は、PWM駆動とは異なり、時間ΔTの幅を持つ通電期間中に上下アームの所定相のIGBTをオンし続ける。   In order to select and output the voltage vector determined by the voltage supply control means 20, the voltage vector selection means 21 turns on the IGBT corresponding to the voltage vector among the IGBTs 10up to 10wn during each energization period. The driving of the IGBTs 10up to 10wn here, unlike the PWM driving, keeps turning on the IGBTs of the predetermined phases of the upper and lower arms during the energization period having a width of time ΔT.

比較手段22は、電流センサ8、9により検出された相電流Iu、Iwに基づいて、検出相に流れる電流の大きさに応じた欠相判定用検出電流値を求める。V相を検出相とする場合には、−(Iu+Iw)によりV相の電流Ivを求める。そして、この欠相判定用検出電流値と予め設定された欠相判定用基準電流値とを比較する。欠相判定手段23は、上記比較結果により、欠相判定用検出電流値が欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する。欠相と判定した場合には、欠相している旨を操作パネル19の表示部18に表示する。検出電流設定手段24は、電圧ベクトルを出力する通電期間の時間ΔTを求め、不揮発性メモリであるEEPROM15に記憶する。電圧供給制御手段20は、EEPROM15から時間ΔTを読み出して、その時間ΔTを持つ通電期間が経過するごとに電圧ベクトルを切り替える。   Based on the phase currents Iu and Iw detected by the current sensors 8 and 9, the comparison unit 22 obtains a detection current value for phase loss determination corresponding to the magnitude of the current flowing in the detection phase. When the V phase is set as the detection phase, the V phase current Iv is obtained by-(Iu + Iw). Then, the phase loss determination detection current value is compared with a preset phase loss determination reference current value. The phase loss determination means 23 determines a phase loss when the phase loss detection current value is smaller than the phase loss determination reference current value based on the comparison result. If it is determined that the phase is missing, the fact that the phase is missing is displayed on the display unit 18 of the operation panel 19. The detection current setting means 24 obtains the time ΔT of the energization period for outputting the voltage vector and stores it in the EEPROM 15 which is a nonvolatile memory. The voltage supply control means 20 reads the time ΔT from the EEPROM 15 and switches the voltage vector every time the energization period having the time ΔT elapses.

次に、図2ないし図9も参照しながら本実施形態の作用を詳しく説明する。制御手段14は、電動機駆動装置1に電源を投入してから最初に電動機2を起動する際、または電動機2を起動するごとに欠相検出処理を実行する。この場合、最初にハードウェアの検査プログラムを実行し、続いて欠相検出プログラムを実行する。その後、オートチューニングプログラムを実行して初期値を設定した後、回転駆動プログラムを実行して電動機2の始動および加速を行う。欠相検出処理では、電動機駆動装置1から電動機2に所定の通電処理(通電シーケンス)で電圧を与え、流れる電流を観測することにより電動機駆動装置1と電動機2との間の欠相の有無および欠相している相を判定する。後述するように検出期間中はトルクを発生しないので、ロータ2rをブレーキ等で固定する必要がない。   Next, the operation of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. The control means 14 executes the phase loss detection process when starting up the electric motor 2 for the first time after turning on the electric power to the electric motor driving device 1 or starting up the electric motor 2. In this case, the hardware inspection program is executed first, and then the phase loss detection program is executed. Thereafter, an auto tuning program is executed to set an initial value, and then a rotation drive program is executed to start and accelerate the electric motor 2. In the phase loss detection process, a voltage is applied from the motor drive device 1 to the motor 2 by a predetermined energization process (energization sequence), and the presence or absence of phase loss between the motor drive device 1 and the motor 2 is observed by observing the flowing current. Determine the phase that is missing. As will be described later, since no torque is generated during the detection period, it is not necessary to fix the rotor 2r with a brake or the like.

はじめに、欠相検出処理で用いる電圧ベクトルについて説明する。電圧型インバータ7は、IGBT10xpを有する上アーム11xpとIGBT10xnを有する下アーム11xnの対からなるブリッジ回路12x(xはu、v、w)を備えている。上アーム11xpのIGBT10xpがオンのとき1、下アーム11xnのIGBT10xnがオンのとき0とし、それを(U相V相W相)の順に組み合わせて表記すると、図2に示す電圧ベクトルV0〜V7が得られる。   First, voltage vectors used in the phase loss detection process will be described. The voltage type inverter 7 includes a bridge circuit 12x (x is u, v, w) including a pair of an upper arm 11xp having an IGBT 10xp and a lower arm 11xn having an IGBT 10xn. When the IGBT 10xp of the upper arm 11xp is on and 1 when the IGBT 10xn of the lower arm 11xn is on, the voltage vectors V0 to V7 shown in FIG. 2 are expressed by combining them in the order of (U phase V phase W phase). can get.

図2に示すベクトル図において、V1(100)、V3(010)、V5(001)の向きは、それぞれU相、V相、W相の電圧の向きに一致する。α軸、β軸は、3相−2相変換により得られる2相の座標軸である。図3は、電圧ベクトルとIGBT10up〜10wnのオンオフ状態との対応関係を示している。これらの電圧ベクトルのうちゼロベクトルV0(000)とV7(111)は欠相検出処理に使用していない。   In the vector diagram shown in FIG. 2, the directions of V1 (100), V3 (010), and V5 (001) coincide with the directions of the U-phase, V-phase, and W-phase voltages, respectively. The α axis and β axis are two-phase coordinate axes obtained by three-phase to two-phase conversion. FIG. 3 shows the correspondence between the voltage vector and the on / off states of the IGBTs 10up to 10wn. Of these voltage vectors, zero vectors V0 (000) and V7 (111) are not used for the phase loss detection process.

電圧供給制御手段20は、検出相と同じ向きの電圧ベクトルに対応するように、電圧形インバータ7の上アーム11up、11vp、11wpのうち1つの検出相のIGBT10xpと、下アーム11un、11vn、11wnのうち他の2相のIGBT10yn、10znをオンする第1通電期間を設ける。ここで、x、y、zはu、v、wと順不同で対応する。加えて、検出相と逆向きの電圧ベクトルに対応するように、第1通電期間でオンするIGBT10xp、10yn、10znを有するアーム11xp、11yn、11znに対し対をなすアーム11xn、11yp、11zpが有するIGBT10xn、10yp、10zpをオンする第2通電期間を設ける。そして、これら第1通電期間と第2通電期間とを組み合わせた通電処理(通電シーケンス)に従って電圧を出力する。   The voltage supply control means 20 corresponds to the voltage vector in the same direction as the detection phase, and the IGBT 10xp of one detection phase among the upper arms 11up, 11vp, 11wp of the voltage source inverter 7 and the lower arms 11un, 11vn, 11wn. The first energization period for turning on the other two-phase IGBTs 10yn and 10zn is provided. Here, x, y, and z correspond to u, v, and w in no particular order. In addition, the arms 11xn, 11yp, and 11zp that are paired with the arms 11xp, 11yn, and 11zn having the IGBTs 10xp, 10yn, and 10zn that are turned on in the first energization period have a voltage vector opposite to the detection phase. A second energization period for turning on the IGBTs 10xn, 10yp, and 10zp is provided. And a voltage is output according to the energization process (energization sequence) which combined these 1st electricity supply periods and 2nd electricity supply periods.

具体的には、U相を検出相とする場合にはV1、V4、V4、V1の順に、V相を検出相とする場合にはV3、V6、V6、V3の順に、W相を検出相とする場合にはV5、V2、V2、V5の順に、それぞれ時間ΔTを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替える。ただし、同じ電圧ベクトルが時間2ΔTだけ続くときには、その間の切り替えは不要である。図4(a)(b)は、それぞれ電圧ベクトルV1(100)、V4(011)の電圧を出力している時の電流経路(太線)を示している。   Specifically, when the U phase is the detection phase, the detection phase is V1, V4, V4, and V1, and when the V phase is the detection phase, the W phase is the detection phase in the order of V3, V6, V6, and V3. In this case, the voltage vector is switched for each energization period having a time ΔT in the order of V5, V2, V2, and V5. However, when the same voltage vector continues for the time 2ΔT, switching between them is unnecessary. FIGS. 4A and 4B show current paths (thick lines) when voltage vectors V1 (100) and V4 (011) are output, respectively.

図5は、U相を検出相とした場合の電圧ベクトル、ブリッジ回路12uの出力端子とブリッジ回路12v、12wの出力端子との間の電圧Vu-vw、および欠相がないときのU相電流Iuの波形を示している。各通電期間の時間ΔTは、三角波状の電流のピーク値|Iu2+|または|Iu2-|が所定の検出電流設定値に等しくなるように予め検出電流設定手段24により設定されている。   FIG. 5 shows the voltage vector when the U phase is the detection phase, the voltage Vu-vw between the output terminal of the bridge circuit 12u and the output terminals of the bridge circuits 12v and 12w, and the U phase current when there is no open phase. The waveform of Iu is shown. The time ΔT of each energization period is set in advance by the detection current setting means 24 so that the peak value | Iu2 + | or | Iu2- | of the triangular wave current is equal to a predetermined detection current setting value.

すなわち、検出電流設定手段24は、欠相検出処理に先立って、電圧ベクトルを出力する時間ΔTを徐々に増やしながら、電圧供給制御手段20による電圧ベクトルの切り替えと同順で電圧ベクトルを切り替える通電シーケンスを繰り返し実行する。そして、欠相がない状態で、検出相の電流ピーク値|Iu2+|または|Iu2-|が検出電流設定値よりも大きくなった時の時間ΔTをEEPROM15に記憶する。検出電流設定値は、例えば定格電流の1/3〜1/4程度にすればよい。   That is, the detection current setting unit 24 switches the voltage vector in the same order as the voltage vector switching by the voltage supply control unit 20 while gradually increasing the voltage vector output time ΔT prior to the phase loss detection process. Repeatedly. Then, the time ΔT when the current peak value | Iu2 + | or | Iu2- | of the detection phase becomes larger than the detection current set value in a state where there is no open phase is stored in the EEPROM 15. The detection current set value may be, for example, about 1/3 to 1/4 of the rated current.

欠相がない場合には、図5に示すように欠相検出処理において電流がゼロに整定している状態で電圧型インバータ7が電圧ベクトルV1を持つ電圧を出力すると(時刻t1)、U相電流Iuはインダクタンスに応じた傾きでほぼ直線で増加し、電圧ベクトルがV4に切り替わる時点(時刻t3)で正のピーク値Iu2+に達する。この通電期間の中央時刻t2におけるU相電流IuはIu1+である。電圧ベクトルがV4に切り替わると、U相電流Iuはほぼ直線で減少し、次の通電期間に移行する時点(時刻t4)でゼロになる。   When there is no phase loss, when the voltage-type inverter 7 outputs a voltage having the voltage vector V1 in the state where the current is set to zero in the phase loss detection process as shown in FIG. 5 (time t1), the U phase The current Iu increases substantially linearly with a slope corresponding to the inductance, and reaches a positive peak value Iu2 + at the time when the voltage vector switches to V4 (time t3). The U-phase current Iu at the central time t2 in this energization period is Iu1 +. When the voltage vector is switched to V4, the U-phase current Iu decreases substantially in a straight line, and becomes zero at the time of transition to the next energization period (time t4).

次の通電期間も同じ電圧ベクトルV4であるので、U相電流Iuはほぼ直線で減少を続け、電圧ベクトルがV1に切り替わる時点(時刻t6)で負のピーク値Iu2-に達する。この通電期間の中央時刻t5におけるU相電流IuはIu1-である。電圧ベクトルがV1に切り替わると、U相電流Iuはほぼ直線で増加し、U相を検出相とする通電処理が終了する時点(時刻t7)でゼロになる。このように、検出相および他の2相には、ゼロを中心として正負に変化する三角波状の交番電流が流れる。   Since the voltage vector V4 is the same during the next energization period, the U-phase current Iu continues to decrease substantially linearly, and reaches the negative peak value Iu2- at the time when the voltage vector switches to V1 (time t6). The U-phase current Iu at the central time t5 in this energization period is Iu1-. When the voltage vector is switched to V1, the U-phase current Iu increases in a substantially straight line and becomes zero when the energization process using the U-phase as the detection phase ends (time t7). In this manner, a triangular wave-like alternating current that changes positively and negatively around zero flows in the detection phase and the other two phases.

Iu2+、Iu2-は電圧ベクトルの切り替え時のU相電流の値であるが、切り替え時には切り替えノイズの影響を受け易い。そこで、制御手段14は、電圧ベクトルを切り替える直前のU相電流Iu2+、Iu2-を入力して欠相判定用検出電流値とする。時刻t7の後、電流が完全にゼロに整定するのに必要な待機時間を挟みながら、V相を検出相とする通電シーケンスおよびW相を検出相とする通電シーケンスを順次行う。   Iu2 + and Iu2- are U-phase current values at the time of voltage vector switching, but are easily affected by switching noise at the time of switching. Therefore, the control means 14 inputs the U-phase currents Iu2 + and Iu2- immediately before switching the voltage vector, and sets the detected current value for the phase loss determination. After the time t7, an energization sequence using the V phase as a detection phase and an energization sequence using the W phase as a detection phase are sequentially performed with a standby time necessary for the current to completely settle to zero.

図6、図7、図8は、それぞれ電圧供給制御手段20がU相、V相、W相を検出相として実行する上記通電シーケンス(処理A、B、C)のフローチャートである。図6において、タイマ時間tを0に初期化し(ステップS1)、タイマ時間tがΔT以上になるまで、制御周期Tcごとに電圧ベクトルV1の出力とタイマ時間tの加算を実行する(ステップS2、S3)。タイマ時間tがΔT以上になると、その時(実際には上述したようにΔTが経過する直前)のU相電流Iuを欠相判定用検出電流値Iu2+として入力する(ステップS4)。   6, 7, and 8 are flowcharts of the energization sequence (processes A, B, and C) that the voltage supply control unit 20 executes using the U phase, the V phase, and the W phase as detection phases, respectively. In FIG. 6, the timer time t is initialized to 0 (step S1), and the output of the voltage vector V1 and the timer time t are added every control cycle Tc until the timer time t becomes equal to or greater than ΔT (step S2, S3). When the timer time t becomes equal to or greater than ΔT, the U-phase current Iu at that time (actually immediately before ΔT elapses as described above) is input as the detection current value Iu2 + for phase loss determination (step S4).

続いて、タイマ時間tが3ΔT以上になるまで、制御周期Tcごとに電圧ベクトルV4の出力とタイマ時間tの加算を実行する(ステップS5、S6)。タイマ時間tが3ΔT以上になると、その時(実際には上述したように3ΔTが経過する直前)のU相電流Iuを欠相判定用検出電流値Iu2-として入力する(ステップS7)。その後、タイマ時間tが4ΔT以上になるまで、制御周期Tcごとに電圧ベクトルV1の出力とタイマ時間tの加算を実行する(ステップS8、S9)。最後にタイマ時間tを0にクリアして終了する(ステップS10)。図7に示す処理ステップS11〜S20、図8に示す処理ステップS21〜S30も、出力する電圧ベクトルを除いてそれぞれ図6に示す処理ステップS1〜S10と同様の処理となる。   Subsequently, the output of the voltage vector V4 and the timer time t are added every control cycle Tc until the timer time t becomes 3ΔT or more (steps S5 and S6). When the timer time t becomes 3ΔT or more, the U-phase current Iu at that time (actually immediately before 3ΔT elapses as described above) is input as the detection current value Iu2- for phase loss determination (step S7). Thereafter, the output of the voltage vector V1 and the addition of the timer time t are executed every control cycle Tc until the timer time t becomes 4ΔT or more (steps S8 and S9). Finally, the timer time t is cleared to 0 and the process ends (step S10). Processing steps S11 to S20 shown in FIG. 7 and processing steps S21 to S30 shown in FIG. 8 are the same as the processing steps S1 to S10 shown in FIG. 6 except for the output voltage vector.

図9は、欠相検出処理の全体的なフローチャートである。U相を検出相として図6に示す処理を実行し(ステップS31)、欠相判定用検出電流値である正の電流ピーク値|Iu2+|と負の電流ピーク値|Iu2-|の少なくとも一方が欠相判定用基準電流値Ithより小さいか否かを判定する(ステップS32)。この欠相判定用基準電流値Ithは、電動機2の定格電流よりも小さい値、例えば定格電流の10%〜20%程度の値、或いは検出電流設定値に対して1/3〜1/4程度の値に設定されている。   FIG. 9 is an overall flowchart of the phase loss detection process. The process shown in FIG. 6 is executed with the U phase as the detection phase (step S31), and at least one of the positive current peak value | Iu2 + | and the negative current peak value | Iu2 | It is determined whether or not the phase failure determination reference current value Ith is smaller (step S32). The reference current value Ith for phase loss determination is a value smaller than the rated current of the motor 2, for example, a value of about 10% to 20% of the rated current, or about 1/3 to 1/4 of the detected current set value. Is set to the value of

ステップS32で小さい(YES)と判定した場合にはU相が欠相しているのでFlagUを1にセットし(ステップS33)、等しいまたは大きい(NO)と判定した場合にはU相が欠相していないのでFlagUを0にリセットする(ステップS34)。V相を検出相とするステップS35〜S38でも同様の処理によりFlagVをセットまたはリセットし、W相を検出相とするステップS39〜S42でも同様の処理によりFlagWをセットまたはリセットする。制御手段14は、欠相検出処理が完了した後、これらのFlagU、FlagV、FlagWを参照することにより欠相の有無および欠相している相を認識できる。   If it is determined that the phase is small (YES) in step S32, the U phase is open, so FlagU is set to 1 (step S33). If it is determined that the phase is equal or large (NO), the U phase is open. Since this is not done, FlagU is reset to 0 (step S34). In steps S35 to S38 in which the V phase is the detection phase, FlagV is set or reset by the same processing, and in steps S39 to S42 in which the W phase is the detection phase, FlagW is set or reset by the same processing. After the phase loss detection process is completed, the control unit 14 can recognize the presence or absence of the phase loss and the phase that has lost phase by referring to these FlagU, FlagV, and FlagW.

この欠相検出処理において、3相のうち2相以上が欠相している場合には、何れの通電シーケンスでも電流は流れない。従って、FlagU、FlagV、FlagWは全て1となり欠相検出が可能である。ただし、電流が全く流れないので欠相している相を特定することはできない。また、電流センサが配設されていないV相が欠相した場合、V相を検出相とする通電シーケンスではU相、W相にも電流は流れない。従って、−(Iu+Iw)によりV相の電流Ivを求めれば、電流Ivはゼロになるので欠相検出が可能である。   In this phase loss detection process, when two or more of the three phases are open, no current flows in any energization sequence. Accordingly, FlagU, FlagV, and FlagW are all 1 and phase loss detection is possible. However, since no current flows at all, it is not possible to specify a phase that is missing. Further, when the V phase where the current sensor is not disposed is lost, no current flows in the U phase and the W phase in the energization sequence using the V phase as the detection phase. Therefore, if the V-phase current Iv is obtained by-(Iu + Iw), the current Iv becomes zero, so that the phase loss can be detected.

さらに、検出相ではない相のうち何れかの相が欠相している場合、例えばU相を検出相としてV相またはW相が欠相している場合には、電圧型インバータ7から見た電動機2のインダクタンスが4/3倍に増えるため、欠相がない場合に比べU相電流Iuが3/4程度に小さくなる。この電流値は欠相判定用基準電流値Ithよりも大きいので、欠相とは判定されない。しかし、その欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは、上述したように電流が流れないので欠相を検出できる。従って、2相のみの電流センサ8、9による電流検出であっても、本欠相検出処理を用いて全相を順に検出相として通電シーケンスを実行することにより、確実に欠相を検出することができる。   Further, when any of the phases that are not the detection phase is missing, for example, when the U phase is the detection phase and the V phase or the W phase is missing, it is viewed from the voltage type inverter 7. Since the inductance of the electric motor 2 is increased by 4/3, the U-phase current Iu is reduced to about 3/4 as compared with the case where there is no open phase. Since this current value is larger than the reference current value Ith for phase loss determination, it is not determined as phase loss. However, in the energization sequence in which the phase that is out of phase is the detection phase, current does not flow as described above, so that the phase loss can be detected. Therefore, even if the current detection is performed by the current sensors 8 and 9 of only two phases, it is possible to reliably detect the phase loss by executing the energization sequence with all phases in turn as detection phases using this phase loss detection process. Can do.

ところで、図5に示す電流波形で、電流が正の期間の電流変化率と負の期間の電流変化率、すなわち正の期間の電流ピーク値|Iu2+|と負の期間の電流ピーク値|Iu2-|が若干異なっている。これは、電動機2が有する突極性により、ロータ2rの磁極位置に応じてインダクタンスの飽和特性が変化するからである。例えば、磁極の向きがU相の向きに近い場合、電圧ベクトルV1を出力してU相に電流を流すと、U相方向の磁束が増加するので飽和によりインダクタンスが減少する。その結果、電流変化率が増加して電流ピーク値|Iu2+|が高くなる。逆に電圧ベクトルV4を出力してU相に電流を流すと、U相方向の磁束が減少するので飽和が低減してインダクタンスが増加する。その結果、電流変化率が減少して電流ピーク値|Iu2-|が低くなる。   In the current waveform shown in FIG. 5, the current change rate during the positive period and the current change rate during the negative period, that is, the current peak value | Iu2 + | during the positive period and the current peak value | Iu2− during the negative period. | Is slightly different. This is because the saturation characteristic of the inductance changes according to the magnetic pole position of the rotor 2r due to the saliency of the electric motor 2. For example, when the direction of the magnetic pole is close to the direction of the U-phase, if the voltage vector V1 is output and a current is passed through the U-phase, the magnetic flux in the U-phase direction increases and the inductance decreases due to saturation. As a result, the current change rate increases and the current peak value | Iu2 + | increases. Conversely, when the voltage vector V4 is output and a current is passed through the U-phase, the magnetic flux in the U-phase direction is reduced, so that saturation is reduced and inductance is increased. As a result, the current change rate decreases and the current peak value | Iu2- | becomes lower.

この欠相検出方法では、欠相がない場合に検出相に交番電流が流れるので、発生するトルクは1相あたりの通電シーケンスにおいて正と負の値をとる。しかし、上述した飽和特性の変化により、その検出相が磁極方向に近い場合には、正と負の電流ピーク値の差異により正の発生トルクと負の発生トルクとの間に偏りが生じる可能性がある。これに対し、3相全てを順に検出相として通電シーケンスを実行することにより、正のトルクが生じている時間と負のトルクが生じている時間とで発生トルクの平均化(相殺)が十分になされるので、ロータ2rが何れの方向にあってもロータ2rが回転することを防止することができる。   In this phase loss detection method, an alternating current flows in the detection phase when there is no phase loss, so that the generated torque takes positive and negative values in the energization sequence per phase. However, if the detected phase is close to the magnetic pole direction due to the change in saturation characteristics described above, there is a possibility that a deviation occurs between the positive generated torque and the negative generated torque due to the difference between the positive and negative current peak values. There is. On the other hand, by executing the energization sequence with all three phases as detection phases in order, the generated torque is sufficiently averaged (cancelled) between the time when the positive torque is generated and the time when the negative torque is generated. Thus, the rotor 2r can be prevented from rotating regardless of the direction of the rotor 2r.

以上説明したように、本実施形態の電動機駆動装置1は、3相の各相を順に検出相とし、検出相の向きの電圧ベクトルに対応する通電期間と逆位相の電圧ベクトルに対応する通電期間とを組み合わせて欠相を検出する制御手段14を備えている。この通電処理により、欠相がない場合には巻線2u〜2wに正負のピーク値がほぼ等しい交番電流が流れるので、正負のトルクが打ち消し合って発生トルクが実効的にゼロになる。しかも、3相全てを検出相として通電シーケンスを行うので、ロータ2rの停止位置に応じて飽和特性に変化が生じてトルクが生じる相がある場合でも、発生する平均トルクを極力ゼロに近付けることができる。これにより、ロータ2rがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータ2rが動くことなく欠相検出処理を実行できる。   As described above, in the motor drive device 1 of the present embodiment, each of the three phases is set as the detection phase in turn, and the energization period corresponding to the voltage vector in the opposite phase to the energization period corresponding to the voltage vector in the direction of the detection phase. And a control means 14 for detecting a phase failure. By this energization process, when there is no open phase, alternating currents with substantially equal positive and negative peak values flow through the windings 2u to 2w, so that the positive and negative torques cancel each other and the generated torque becomes effectively zero. In addition, since the energization sequence is performed using all three phases as detection phases, even when there is a phase in which the saturation characteristic changes according to the stop position of the rotor 2r and torque is generated, the generated average torque can be made as close to zero as possible. it can. Thereby, even if the rotor 2r is not fixed by a brake or the like, the phase loss detection process can be executed without the rotor 2r moving.

1相だけが欠相している場合には、欠相の有無および欠相している相を検出することができる。3相のうち2相にだけ電流センサ8、9を設けた場合でも同様である。また、2相以上が同時に欠相している場合には、欠相している相は特定できないが、欠相の有無を検出することはできる。   When only one phase is missing, the presence / absence of the missing phase and the missing phase can be detected. The same applies to the case where the current sensors 8 and 9 are provided for only two of the three phases. In addition, when two or more phases are simultaneously open, it is not possible to identify the phase that is open, but the presence or absence of the open phase can be detected.

検出電流設定手段24は、検出電流設定値が例えば定格電流の1/3〜1/4程度となるように通電期間の幅(時間ΔT)を設定し、比較手段22は、その検出電流設定値の1/3〜1/4程度の値を欠相判定用基準電流値Ithとして用いている。これにより、非線形性やノイズの影響を避けながら精度よく欠相判定をすることができる。また、比較手段22は、電圧ベクトルが変化する直前に検出した電流の絶対値を欠相判定用検出電流値とするので、電圧ベクトルの切り替えにより生じるノイズの影響を受けにくい。   The detection current setting means 24 sets the width (time ΔT) of the energization period so that the detection current setting value is, for example, about 1/3 to 1/4 of the rated current, and the comparison means 22 sets the detection current setting value. Is used as the reference current value Ith for phase loss determination. As a result, it is possible to accurately determine the phase loss while avoiding the influence of nonlinearity and noise. In addition, since the comparison unit 22 uses the absolute value of the current detected immediately before the voltage vector changes as the detection current value for phase loss determination, the comparison unit 22 is not easily affected by noise generated by switching the voltage vector.

以上説明した実施形態の他に以下のような構成を採用してもよい。
比較手段22は、欠相検出処理において、電圧ベクトルが変化する時点から時間ΔTよりも短い時間例えばΔT/2だけ前の検出電流値と、当該電圧ベクトルが変化する直前の検出電流値との変化分(差分)の絶定値を欠相判定用検出電流値としてもよい。図5ではδIu+=|Iu2+−Iu1+|またはδIu-=|Iu2-−Iu1-|を欠相判定用検出電流値とすればよい。この場合、図9に示すステップS32に示す条件はδIu+<IthまたはδIu-<Ithとなり、ステップS36、S40に示すV相、W相についての条件も同様になる。このときの欠相判定用基準電流値Ithは、差分を得る電流の検出間隔に応じて適宜調整すればよい。
In addition to the embodiment described above, the following configuration may be adopted.
In the phase loss detection process, the comparison means 22 changes between the detected current value that is shorter than the time ΔT from the time when the voltage vector changes, for example, ΔT / 2, and the detected current value immediately before the voltage vector changes. An indefinite value of minutes (difference) may be used as the detection current value for phase loss determination. In FIG. 5, δIu + = | Iu2 + −Iu1 + | or δIu− = | Iu2−−Iu1− | In this case, the condition shown in step S32 shown in FIG. 9 is δIu + <Ith or δIu− <Ith, and the conditions for the V phase and the W phase shown in steps S36 and S40 are the same. The phase failure determination reference current value Ith at this time may be appropriately adjusted according to the current detection interval for obtaining the difference.

3相全てに電流センサを設けてもよい。
電流センサ8、9に替えて、下アーム側のIGBT10un、10vn、10wnと直流電源線4との間にシャント抵抗(電流検出手段)を設けて相電流を検出してもよい。例えばU相を検出相として通電シーケンスの最初の電圧ベクトルV1を出力している期間では、図4(a)に示すようにU相のシャント抵抗には電流が流れないため、V相とW相のシャント抵抗による検出電流からU相の欠相判定用検出電流値を生成する。電圧ベクトルV4を出力している期間では、図4(b)に示すようにU相のシャント抵抗から欠相判定用検出電流値を得られる。
Current sensors may be provided for all three phases.
Instead of the current sensors 8 and 9, a phase current may be detected by providing a shunt resistor (current detection means) between the IGBTs 10un, 10vn, 10wn on the lower arm side and the DC power supply line 4. For example, during the period when the first voltage vector V1 of the energization sequence is output with the U phase as the detection phase, current does not flow through the U phase shunt resistor as shown in FIG. A detection current value for phase loss determination of the U phase is generated from the detection current due to the shunt resistance. In the period during which the voltage vector V4 is being output, the detection current value for phase loss determination can be obtained from the U-phase shunt resistance as shown in FIG.

U相が欠相している場合にはV相、W相にも電流が流れないので、Iu=−(Iv+Iw)はゼロとなり欠相を検出できる。また、U相は欠相しておらず、V相とW相の何れかの相が欠相している場合には、欠相していない場合の電流値に対し3/4程度に小さくなる。この電流値は欠相判定用基準電流値Ithよりも大きいので欠相とは判定されない。しかし、その欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは、上述したように電流が流れないので欠相を検出できる。従って、上記シャント抵抗による電流検出の場合でも欠相を正しく検出できる。   When the U phase is missing, no current flows through the V and W phases, so Iu = − (Iv + Iw) becomes zero, and the missing phase can be detected. In addition, the U phase is not open, and if any of the V and W phases are open, the current value when the phase is not open is reduced to about 3/4. . Since this current value is larger than the reference current value Ith for phase loss determination, it is not determined as phase loss. However, in the energization sequence in which the phase that is out of phase is the detection phase, current does not flow as described above, so that the phase loss can be detected. Therefore, even when the current is detected by the shunt resistor, the phase loss can be detected correctly.

電流センサ8、9に替わる電流検出手段として、電圧形インバータ7に入力される直流電流を検出するシャント抵抗を設けてもよい。この直流電流に基づいて相電流を検出することができるからである。このシャント抵抗は、例えばコンデンサ6と電圧形インバータ7との間の直流電源線4に設ければよい。この場合にも、欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは電流が流れないので、3相を順に検出相とすることにより欠相を正しく検出できる。   As a current detection means that replaces the current sensors 8 and 9, a shunt resistor that detects a direct current input to the voltage source inverter 7 may be provided. This is because the phase current can be detected based on this direct current. This shunt resistor may be provided on the DC power supply line 4 between the capacitor 6 and the voltage source inverter 7, for example. Also in this case, since no current flows in the energization sequence in which the phase that is out of phase is the detection phase, the phase loss can be detected correctly by sequentially setting the three phases as the detection phase.

欠相検出処理では、検出相の向きの電圧ベクトルに対応する通電期間と検出相に対し逆位相の電圧ベクトルに対応する通電期間とを組み合わせて、検出相に平均電流がゼロとなる交番電流が流れる通電シーケンスを採用すればよい。従って、U相を検出相とした場合にV4、V1、V1、V4の順で電圧ベクトルを出力してもよいし、V1、V4、V4、V1、V1、V4、V4、V1、…のように2周期以上繰り返してもよい。   In the phase loss detection process, an energization period corresponding to the voltage vector in the direction of the detection phase is combined with an energization period corresponding to the voltage vector in the opposite phase to the detection phase, and an alternating current with an average current of zero is detected in the detection phase. A flowing energization sequence may be employed. Therefore, when the U phase is the detection phase, the voltage vector may be output in the order of V4, V1, V1, V4, or V1, V4, V4, V1, V1, V4, V4, V1,. It may be repeated two or more periods.

電圧供給制御手段20は、電圧形インバータ7の上アーム11up、11vp、11wpのうち1つの検出相のIGBT10xpと下アーム11un、11vn、11wnのうち他の何れか1相のIGBT10ynをオンする第1通電期間と、この第1通電期間でオンするIGBT10xp、10ynを有するアーム11xp、11ynに対し対をなすアーム11xn、11ypが有するIGBT10xn、10ypをオンする第2通電期間とを組み合わせた通電処理(通電シーケンス)に従って電圧を出力し、検出相に交番電流が流れるようにしてもよい。ここで、x、yはu、v、wの何れか異なる相に対応する。この場合も、検出相を順に変更しながら3相全てについて実行する。   The voltage supply control unit 20 turns on the first detection phase IGBT 10xp of the upper arm 11up, 11vp, 11wp of the voltage source inverter 7 and the other one-phase IGBT 10yn of the lower arm 11un, 11vn, 11wn. An energization process (energization) combining an energization period and a second energization period for turning on the IGBTs 10xn and 10yp of the arms 11xn and 11yp paired with the arms 11xp and 11yn having the IGBTs 10xp and 10yn turned on in the first energization period. A voltage may be output according to a sequence) so that an alternating current flows in the detection phase. Here, x and y correspond to different phases of u, v, and w. Also in this case, the process is executed for all three phases while sequentially changing the detection phase.

具体的には、U相を検出相として、IGBT10wp、10wnをオフした状態で、時間ΔTだけIGBT10up、10vnをオンし、時間2ΔTだけIGBT10un、10vpをオンし、時間ΔTだけIGBT10up、10vnをオンする。続いて、V相を検出相として、IGBT10up、10unをオフした状態で、時間ΔTだけIGBT10vp、10wnをオンし、時間2ΔTだけIGBT10vn、10wpをオンし、時間ΔTだけIGBT10vp、10wnをオンする。さらに続いて、W相を検出相として、IGBT10vp、10vnをオフした状態で、時間ΔTだけIGBT10wp、10unをオンし、時間2ΔTだけIGBT10wn、10upをオンし、時間ΔTだけIGBT10wp、10unをオンする。このような通電シーケンスを用いても、上述した比較手段22および欠相判定手段23により欠相を検出することができる。   Specifically, with the U phase as the detection phase and the IGBTs 10wp and 10wn turned off, the IGBTs 10up and 10vn are turned on for a time ΔT, the IGBTs 10un and 10vp are turned on for a time 2ΔT, and the IGBTs 10up and 10vn are turned on for a time ΔT. . Subsequently, with the V phase as the detection phase, with the IGBTs 10up and 10un turned off, the IGBTs 10vp and 10wn are turned on for the time ΔT, the IGBTs 10vn and 10wp are turned on for the time 2ΔT, and the IGBTs 10vp and 10wn are turned on for the time ΔT. Subsequently, with the W phase as the detection phase, with the IGBTs 10vp and 10vn turned off, the IGBTs 10wp and 10un are turned on for the time ΔT, the IGBTs 10wn and 10up are turned on for the time 2ΔT, and the IGBTs 10wp and 10un are turned on for the time ΔT. Even if such an energization sequence is used, the phase loss can be detected by the comparison means 22 and the phase loss determination means 23 described above.

欠相判定用基準電流値は、予め設定された値に限られない。例えば、通電シーケンスで流れる電流値に応じてその都度決定してもよい。
以上説明した実施形態によれば、磁極位置を検出するセンサを備えていない構成において、ロータがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータが動くことなく確実に欠相検出処理を実行できる。
The phase loss determination reference current value is not limited to a preset value. For example, you may determine each time according to the electric current value which flows by an electricity supply sequence.
According to the embodiment described above, in a configuration that does not include a sensor that detects the magnetic pole position, even if the rotor is not fixed by a brake or the like, the phase loss detection process is reliably performed without the rotor moving. it can.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

図面中、1は電動機駆動装置(永久磁石同期電動機駆動装置)、2は永久磁石同期電動機、2u、2v、2wは巻線、7は電圧形インバータ、8、9は電流センサ(電流検出手段)、10up〜10wnはIGBT(スイッチング素子)、11up〜11wpは上アーム、11un〜11wnは下アーム、12u、12v、12wはブリッジ回路、14は制御手段(欠相検出手段)、15はEEPROM(メモリ)、20は電圧供給制御手段、22は比較手段、23は欠相判定手段である。   In the drawings, 1 is a motor drive device (permanent magnet synchronous motor drive device), 2 is a permanent magnet synchronous motor, 2u, 2v and 2w are windings, 7 is a voltage source inverter, and 8 and 9 are current sensors (current detection means). 10up to 10wn are IGBTs (switching elements), 11up to 11wp are upper arms, 11un to 11wn are lower arms, 12u, 12v and 12w are bridge circuits, 14 is control means (open phase detection means), and 15 is EEPROM (memory) ), 20 is a voltage supply control means, 22 is a comparison means, and 23 is a phase loss determination means.

Claims (6)

永久磁石同期電動機の磁極位置を検出するセンサを備えることなく当該永久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機駆動装置において、
スイッチング素子を有する上アームと下アームの対からなるブリッジ回路を3相分備え、前記永久磁石同期電動機の各相の巻線に電圧を供給する電圧形インバータと、
前記永久磁石同期電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
前記永久磁石同期電動機の回転駆動を開始する前に、前記永久磁石同期電動機の欠相検出処理を実行する欠相検出手段とを備え、
前記欠相検出手段は、
前記電圧形インバータの上アームのうち1つの検出相のスイッチング素子と下アームのうち他の少なくとも1つの相のスイッチング素子をオンする通電期間と、この通電期間でオンするスイッチング素子を有するアームに対し対をなすアームが有するスイッチング素子をオンする通電期間とを組み合わせて前記永久磁石同期電動機の検出相に交番電流を供給する通電処理を、前記検出相を順に変更しながら各相について実行する電圧供給制御手段と、
前記各検出相の通電処理において、前記電流検出手段により検出された電流に基づく前記検出相に流れる電流の大きさまたは変化分に応じて欠相判定用検出電流値を求め、その欠相判定用検出電流値と欠相判定用基準電流値とを比較する比較手段と、
この比較結果により、前記欠相判定用検出電流値が前記欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する欠相判定手段とを備えていることを特徴とする永久磁石同期電動機駆動装置。
In the permanent magnet synchronous motor drive device for driving the permanent magnet synchronous motor without providing a sensor for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor,
A voltage-type inverter that includes a bridge circuit composed of a pair of an upper arm and a lower arm having a switching element for three phases, and supplies a voltage to windings of each phase of the permanent magnet synchronous motor;
Current detecting means for detecting a phase current of the permanent magnet synchronous motor;
A phase loss detection means for performing phase loss detection processing of the permanent magnet synchronous motor before starting rotation driving of the permanent magnet synchronous motor;
The phase loss detection means includes
An energization period for turning on the switching element of one detection phase of the upper arm of the voltage source inverter and the switching element of at least one other phase of the lower arm, and an arm having the switching element turned on in this energization period A voltage supply for executing an energization process for supplying an alternating current to the detection phase of the permanent magnet synchronous motor in combination with an energization period for turning on the switching element of the pair of arms while sequentially changing the detection phase. Control means;
In the energization processing of each detection phase, a detection current value for phase loss determination is obtained according to the magnitude or change amount of the current flowing in the detection phase based on the current detected by the current detection means, and the phase loss determination A comparison means for comparing the detected current value and the reference current value for phase loss determination;
A permanent magnet synchronous motor comprising: a phase loss determining means for determining a phase loss when the detection current value for phase loss determination is smaller than the reference current value for phase loss determination based on the comparison result Drive device.
前記ブリッジ回路の上アームのスイッチング素子がオンのとき1、下アームのスイッチング素子がオンのとき0とし、それを(U相V相W相)の順に組み合わせて表記し、前記電圧形インバータが出力可能な電圧ベクトルをV1(100)、V2(110)、V3(010)、V4(011)、V5(001)、V6(101)と定義した場合、
前記電圧供給制御手段は、U相を前記検出相とする場合にはV1、V4、V4、V1の順に、V相を前記検出相とする場合にはV3、V6、V6、V3の順に、W相を前記検出相とする場合にはV5、V2、V2、V5の順に、それぞれ予め決められた時間ΔTを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替えることを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
When the switching element of the upper arm of the bridge circuit is on, it is 1 when the switching element of the lower arm is on, and it is expressed by combining them in the order of (U phase V phase W phase), and the voltage source inverter outputs If the possible voltage vectors are defined as V1 (100), V2 (110), V3 (010), V4 (011), V5 (001), V6 (101),
When the U phase is the detection phase, the voltage supply control means is in the order of V1, V4, V4, and V1, and when the V phase is the detection phase, the order is V3, V6, V6, and V3. 2. The permanent magnet synchronization according to claim 1, wherein when the phase is the detection phase, the voltage vector is switched for each energization period having a predetermined time ΔT in the order of V5, V2, V2, and V5. Electric motor drive device.
前記比較手段は、電圧ベクトルが変化する直前に前記電流検出手段により検出された電流の絶定値を前記欠相判定用検出電流値とすることを特徴とする請求項2記載の永久磁石同期電動機駆動装置。   3. The permanent magnet synchronous motor drive according to claim 2, wherein the comparing means sets the definite value of the current detected by the current detecting means immediately before the voltage vector changes as the detected current value for phase loss determination. apparatus. 前記比較手段は、電圧ベクトルが変化する時点から前記時間ΔTよりも短い時間だけ前の時点で前記電流検出手段により検出された電流値と、当該電圧ベクトルが変化する直前の時点で前記電流検出手段により検出された電流値との変化分の絶定値を前記欠相判定用検出電流値とすることを特徴とする請求項2記載の永久磁石同期電動機駆動装置。   The comparison unit includes a current value detected by the current detection unit at a time point shorter than the time ΔT from a time point when the voltage vector changes, and the current detection unit at a time point immediately before the voltage vector changes. 3. The permanent magnet synchronous motor drive device according to claim 2, wherein an indefinite value of a change from the current value detected by the step is used as the detection current value for phase loss determination. 各電圧ベクトルを出力する時間ΔTを徐々に増やしながら、前記電圧供給制御手段による電圧ベクトルの切り替えと同順で前記電圧ベクトルを切り替える通電処理を繰り返し実行し、前記電流検出手段により検出される電流のピーク値が予め設定された検出電流設定値よりも大きくなった時点における前記時間ΔTをメモリに記憶する検出電流設定手段を備え、
前記電圧供給制御手段は、前記メモリに記憶された時間ΔTを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替えることを特徴とする請求項2ないし4の何れかに記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
While gradually increasing the time ΔT for outputting each voltage vector, the energization process for switching the voltage vector in the same order as the switching of the voltage vector by the voltage supply control means is repeatedly executed, and the current detected by the current detection means A detection current setting means for storing the time ΔT at a time when the peak value becomes larger than a preset detection current setting value;
5. The permanent magnet synchronous motor driving device according to claim 2, wherein the voltage supply control unit switches the voltage vector for each energization period having a time ΔT stored in the memory.
前記欠相判定手段は、2相以上が同時に欠相している場合を除き、前記欠相判定用検出電流値が前記欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に、当該検出相が欠相していると判定することを特徴とする請求項2ないし5の何れかに記載の永久磁石同期電動機駆動装置。   The phase loss determination means determines that the detection phase is a phase loss when the phase loss detection current value is smaller than the phase loss determination reference current value, except when two or more phases are simultaneously phase loss. 6. The permanent magnet synchronous motor drive device according to claim 2, wherein the permanent magnet synchronous motor drive device is determined to be in the state.
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