JP5539928B2 - モータ駆動装置、それを用いたファン制御装置およびヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置20が採用されるシステム100の全体構成と、モータ駆動装置20の内部構成とを示すブロック図である。図1において、ファンモータ51は、空気調和機1の室内機10(図2参照)に搭載される室内ファン15駆動用のブラシレスDCモータである。モータ駆動装置20も、室内機10内に搭載される。
図2は、空気調和機1の室内機10の構成図である。図2において、室内機10は、ヒートポンプ式空気調和機の室内機であって、室内熱交換器14と室内ファン15とを有している。室内熱交換器14は、冷媒配管5によって室外機3と接続され、冷凍サイクルが構成されている。この冷凍サイクルとそれらの動作を制御する制御装置により、冷媒制御系が構成される。
ファンモータ51は、3相のブラシレスDCモータであって、ステータ52と、ロータ53とを備えている。ステータ52は、スター結線されたU相、V相及びW相の駆動コイルLu,Lv,Lwを含む。各駆動コイルLu,Lv,Lwの一方端は、それぞれインバータ25から延びるU相、V相及びW相の各配線の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。各駆動コイルLu,Lv,Lwの他方端は、互いに端子TNとして接続されている。これら3相の駆動コイルLu,Lv,Lwは、ロータ53が回転することによりその回転速度とロータ53の位置に応じた誘起電圧を発生させる。
モータ駆動装置20は、図1に示すように、商用電源91、整流部21及び平滑コンデンサ22により直流電源として構成された電源供給部と、電圧検出部23と、電流検出部24と、インバータ25と、ゲート駆動回路26と、センサレス制御回路29と、マイクロコンピュータ30とを備えている。これらは、例えば1枚のプリント基板上に実装される。
整流部21は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ22のプラス側端子に接続されており、整流部21の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ22のマイナス側端子に接続されており、整流部21の負側出力端子として機能する。
平滑コンデンサ22は、一端が整流部21の正側出力端子に接続され、他端が整流部21の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ22は、整流部21によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ22による平滑後の電圧を“平滑後電圧Vfl”という。
電圧検出部23は、平滑コンデンサ22の出力側に接続されており、平滑コンデンサ22の両端電圧、即ち平滑後電圧Vflの値を検出するためのものである。電圧検出部23は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ22に並列接続され、平滑後電圧Vflが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、センサレス制御回路29に入力される。
電流検出部24は、平滑コンデンサ22及びインバータ25の間であって、かつ平滑コンデンサ22の負側出力端子側に接続されている。電流検出部24は、ファンモータ51の起動後、ファンモータ51に流れるモータ電流Imを三相分の電流の合計値として検出する。
インバータ25は、平滑コンデンサ22の出力側に接続される。図1において、インバータ25は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)Q3a,Q3b,Q4a,Q4b,Q5a,Q5b及び複数の還流用ダイオードD3a,D3b,D4a,D4b,D5a,D5bを含む。
ゲート駆動回路26は、センサレス制御回路29からの指令Vpwmに基づき、インバータ25の各トランジスタQ3a〜Q5bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路26は、センサレス制御回路29によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧SU,SV,SWがインバータ25からファンモータ51に出力されるように、各トランジスタQ3a〜Q5bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ3a〜Q5bのゲート端子に印加される。
センサレス制御回路29は、電圧検出部23、電流検出部24、ゲート駆動回路26及びマイクロコンピュータ30と接続されている。センサレス制御回路29は、マイクロコンピュータ30から送られてきた回転数指令Vfgを含む運転指令に基づいて、ファンモータ51をロータ位置センサレス方式にて駆動させる回路である。
マイクロコンピュータ30は、センサレス制御回路29と接続されている。また、マイクロコンピュータ30は、空気調和機1の各機器を統括して制御する図示しないシステム制御部とも接続されており、室内機10を各機器における異常の有無に応じて、ファンモータ51の駆動を制御する。それゆえ、マイクロコンピュータ30は、制御部として機能する。
図6は、モータ駆動装置20が行う動作の一例を示す制御フロー図である。以下、モータ駆動装置20の動作について、図1及び図6を用いて説明する。
(4−1)
モータ駆動装置20では、マイクロコンピュータ30は、室内ファン15を駆動するファンモータ51を停止させる際、ファンモータ51の回転数を所定回転数まで低下させた後にインバータ25を停止する。ファンモータ51はブラシレスDCモータであって、起動後はロータ位置センサレス制御によって駆動される。
モータ駆動装置20では、インバータ25が停止するまではロータ位置推定が継続されているので、ファンモータ51の回転数を所定回転数まで低下させている途中で運転指令をうけたとき、ロータ位置センサレス制御の継続が可能であり、先に示した問題点を発生させないのはもちろんのこと、再起動時の不連続動作や異音などを発生させることもなく、安定した駆動を続けることができる。
モータ駆動装置20では、マイクロコンピュータ30がインバータ25を停止させた後に運転指令を受けた場合、ファンモータ51の回転数は所定回転数まで低下しているので、ファンモータ51のロータ位置によらずに所定電圧および所定周波数を出力してファンモータ51を駆動する起動動作を行なったとしても、再起動時に過電圧、過電流、および脱調を発生させずに同期引き込みを行なうことができ、安定した起動動作を行なうことができる。
モータ駆動装置20では、マイクロコンピュータ30は、インバータ25、ファンモータ51、もしくはファンモータ51の負荷の少なくともいずれかに異常が生じたとき、ファンモータ51の回転数を所定回転数まで低下させることなくモータ駆動動作を停止する。
(5−1)第1変形例
上記実施形態では、インバータ25停止後のファンモータ51の回転数が所定回転数以下になっているので、再起動は安全に行なわれるが、理想としては、ファンモータ51のロータが停止している状態から再起動することが好ましい。
所定回転数まで減速しない状態でインバータ25を停止したとき、ファンモータ51の巻き線に逆起電力が発生し、インバータ25に過電圧が印加される、或いは、過電流が流れる可能性がある。
(6−1)
モータ駆動装置20は、ファンモータ51の制動回路をさらに備えることが好ましい。制動回路は、インバータ25の停止時に、ファンモータ51を制動する力が生じるように電流をモータの巻き線に流す回路である。
マイクロコンピュータ30は、空気調和機1内の冷媒制御系のいずれかに異常が生じたとき、ファンモータ51の回転数を所定回転数まで低下させることなくモータ駆動動作を停止する。
20 モータ駆動装置
25 インバータ
30 マイクロコンピュータ
51 ファンモータ
Claims (12)
- モータ(51)への供給電力を制御して前記モータ(51)の駆動および停止を行うモータ駆動装置であって、
電源供給部と、
前記電源供給部より供給された電力を、前記モータ(51)を駆動するための駆動電力に変換するインバータ(25)と、
前記電源供給部と前記インバータ(25)との間で、前記モータ(51)の起動後に流れるモータ電流を検出する電流検出部(24)と、
前記インバータ(25)を制御する制御部(30)と、
を備え、
前記モータ(51)は、ブラシレスDCモータであり、
前記制御部(30)は、前記モータ(51)を起動後、ロータ位置センサレス制御によって、前記電流検出部(24)において実際に検出された前記モータ電流からd軸電流Idを演算してId=0となる制御を行って前記モータ(51)を駆動し、
さらに、前記制御部(30)は、前記モータ(51)を停止させる際、前記モータ(51)の回転数が所定回転数に低下するまで前記インバータ(25)を運転し続け、前記モータ(51)の回転数を所定回転数まで低下させた後に前記インバータ(25)を停止する、
モータ駆動装置(20)。 - 前記制御部(30)は、前記モータ(51)の回転数を所定回転数まで低下させている途中で運転指令を受けたとき、前記ロータ位置センサレス制御を継続する、
請求項1に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記制御部(30)は、前記インバータ(25)を停止させた後に運転指令を受けたとき、前記モータ(51)のロータ位置によらずに所定電圧および所定周波数を出力して前記モータ(51)を駆動する起動動作を行なう、
請求項1又は請求項2に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記制御部(30)は、前記インバータ(25)を停止させた後に運転指令を受けたとき、前記モータ(51)のロータ位置を固定する動作を行なってから、所定電圧および所定周波数を出力する、
請求項3に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記所定回転数は、前記モータ(51)が前記ロータ位置センサレス制御によって起動したときに前記インバータ(25)への過電圧および/または過電流および/または脱調を引き起こさせない回転数である、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 - 前記制御部(30)は、前記インバータ(25)、前記モータ(51)、もしくは前記モータ(51)の負荷に異常が生じたとき、前記モータ(51)の回転数を前記所定回転数まで低下させることなく前記モータ(51)の駆動動作を停止する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記制御部(30)は、前記モータ(51)の巻き線に逆起電力が発生したときに生じる電流を前記巻き線へ還流させる還流動作を行なわせる、
請求項6に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記モータ(51)の駆動動作の停止時に、前記モータ(51)を制動する力が生じるように電流を前記モータ(51)の巻き線に流す制動回路をさらに備える、
請求項6に記載のモータ駆動装置(20)。 - 前記制御部(30)は、前記モータ(51)の駆動動作の停止時に、前記インバータ(25)を停止させる、
請求項6に記載のモータ駆動装置(20)。 - ファンを回転させるモータを、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)によって制御する、
ファン制御装置。 - ヒートポンプ式の空気調和機であって、
室内ファンを有する室内ユニットと、
前記室内ファンを回転させるモータを制御する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(20)と、
を備える、
空気調和機。 - 前記モータ駆動装置(20)は、前記空気調和機内の冷媒制御系のいずれかに異常が生じたとき、前記モータ(51)の回転数を前記所定回転数まで低下させることなく前記モータ(51)の駆動動作を停止する、
請求項11に記載の空気調和機。
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