JP5860726B2 - Permanent magnet motor control device, permanent magnet motor, and compressor - Google Patents

Permanent magnet motor control device, permanent magnet motor, and compressor Download PDF

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本発明は、永久磁石モータの制御装置、その制御装置により制御される永久磁石、及びその制御装置により制御される永久磁石を備えた圧縮機に関する。   The present invention relates to a control device for a permanent magnet motor, a permanent magnet controlled by the control device, and a compressor including a permanent magnet controlled by the control device.

永久磁石モータに適用する磁石材料にフェライト磁石がある。フェライト磁石は、ネオジム磁石に代表される希土類磁石と比較して、非常に安価に調達できるため、コスト低減策として有用である。しかし、その反面、保持力および残留磁束密度が低いため、外部磁界に対する耐性が低く、発生する磁束量も少ない。したがって、磁石を肉厚化するとともに、磁石の表面積を大きくする必要があり、モータ体格の大型化を招く傾向が強い。   There is a ferrite magnet as a magnet material applied to a permanent magnet motor. Since ferrite magnets can be procured at a very low cost compared to rare earth magnets typified by neodymium magnets, they are useful as cost reduction measures. However, since the coercive force and the residual magnetic flux density are low, the resistance to an external magnetic field is low and the amount of magnetic flux generated is small. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the magnet and increase the surface area of the magnet, which tends to increase the size of the motor.

また、フェライト磁石の温度特性は、ネオジム磁石の温度特性と異なる。すなわち、ネオジム磁石は高温になるほど保持力が低下するのに対し、フェライト磁石は低温になるほど保持力が低下する。図10はネオジム磁石とフェライト磁石の特性の違いを示す代表図である。図10において、横軸は保持力Hcおよびステータコイルが発生する外部磁界Hで、縦軸は磁石の残留磁束密度Brである。実線は永久磁石の磁気特性を、点線はモータ磁気回路の負荷特性を表しており、両者の交点が永久磁石の動作点となる。外部磁界が与えられると、図10に示すように点線は横軸方向に平行移動する。磁気特性(実線)が「直線」の領域においては、外部磁界の増減に応じて、動作点がこの「直線」上を往来するので問題ない。しかし、ネオジム磁石では高温(図10では140℃)になると、フェライト磁石では低温(図10では−20℃)になると、それぞれクニック点が表れ、このクニック点を超える外部磁界が印加されると永久磁石は減磁する。いったん減磁すると、常温に戻したり、外部磁界を除去したりしても、磁気特性が元の状態に戻ることは無く、モータは当初の性能を発揮できなくなる。   Further, the temperature characteristics of the ferrite magnet are different from the temperature characteristics of the neodymium magnet. That is, the holding power of neodymium magnets decreases as the temperature increases, whereas the holding power of ferrite magnets decreases as the temperature decreases. FIG. 10 is a typical view showing the difference in characteristics between a neodymium magnet and a ferrite magnet. In FIG. 10, the horizontal axis represents the holding force Hc and the external magnetic field H generated by the stator coil, and the vertical axis represents the residual magnetic flux density Br of the magnet. The solid line represents the magnetic characteristics of the permanent magnet, and the dotted line represents the load characteristics of the motor magnetic circuit, and the intersection of both is the operating point of the permanent magnet. When an external magnetic field is applied, the dotted line translates in the horizontal axis direction as shown in FIG. In the region where the magnetic characteristic (solid line) is “straight line”, there is no problem because the operating point moves on this “straight line” according to the increase or decrease of the external magnetic field. However, a neodymium magnet has a high temperature (140 ° C. in FIG. 10), and a ferrite magnet has a low temperature (−20 ° C. in FIG. 10). The magnet is demagnetized. Once demagnetized, the magnetic characteristics will not return to the original state even if the temperature is returned to room temperature or the external magnetic field is removed, and the motor cannot exhibit its original performance.

図10より、フェライト磁石を適用したモータを低温状態で駆動する際には、減磁を回避する目的で、外部磁界、すなわちステータ電流を制限するか、永久磁石の温度を上昇させる必要があることがわかる。   From FIG. 10, it is necessary to limit the external magnetic field, that is, the stator current or increase the temperature of the permanent magnet for the purpose of avoiding demagnetization when driving a motor using a ferrite magnet at a low temperature. I understand.

特許文献1は、このような低温状態での減磁を回避する技術を開示する。特許文献1によれば、フェライト磁石の温度が所定値よりも低い場合には、ステータコイルに高周波電流を流して高周波の磁界を発生させる。この高周波磁界の形成に伴ってコア部分にて発生する鉄損によってコア部分が発熱し、永久磁石が加熱されるので、低温状態での減磁を回避することができる。   Patent Document 1 discloses a technique for avoiding such demagnetization in a low temperature state. According to Patent Document 1, when the temperature of the ferrite magnet is lower than a predetermined value, a high-frequency magnetic field is generated by flowing a high-frequency current through the stator coil. The core part generates heat due to the iron loss generated in the core part with the formation of the high-frequency magnetic field, and the permanent magnet is heated. Therefore, demagnetization in a low temperature state can be avoided.

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、高周波における電流の過渡現象を考慮していないため、以下の問題がある。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 has the following problems because it does not take into account current transients at high frequencies.

図11はRL回路に交流のパルス電圧を印加したときの電流の過渡現象を模式的に表した図である。ここでは簡単のため一相分のRL回路を対象とするが、モータを構成する三相回路においても、各相でほぼ同様の過渡現象が得られる。図11(a)は、周波数fs1でパルス電圧を交流変化させている。モータの電気抵抗RとインダクタンスLから得られる電気時定数Taに対し、パルス電圧の周期1/fs1は十分大きいとする。このとき電流は、上限値または下限値に到達した後、パルス電圧の符号が変わるまで一定となる。電流の上限値・下限値は、モータに接続されたインバータの直流電圧udcと電気抵抗Rとで決まる。udcの大きさは使用するインバータにより異なるが有限である。電流の過渡変化の勾配は、Ta、udc、Rにより決定される。図11(b)は、周波数fs2の場合で、パルス電圧の周期1/fs2が電気時定数Taに対して十分小さい。電流が上限値・下限値に到達する手前でパルス電圧の符号が逆転するため、電流振幅i2は図11(a)のi1と比較して小さくなる。永久磁石モータの電気時定数は数ms〜数十ms程度であるため、パルス電圧の周波数を数十Hz〜数百Hz以上に設定する場合には、図11(b)に示すような電流変化となる。 FIG. 11 is a diagram schematically showing a transient phenomenon of current when an AC pulse voltage is applied to the RL circuit. Here, for the sake of simplicity, an RL circuit for one phase is targeted, but in a three-phase circuit constituting a motor, almost the same transient phenomenon can be obtained in each phase. In FIG. 11A, the pulse voltage is AC-changed at the frequency f s1 . To electrical time constant T a obtained from the electrical resistance R and the inductance L of the motor, the period 1 / f s1 of the pulse voltage is sufficiently large. At this time, the current is constant until the sign of the pulse voltage changes after reaching the upper limit value or the lower limit value. The upper limit value and lower limit value of the current are determined by the DC voltage u dc and the electric resistance R of the inverter connected to the motor. The size of u dc varies depending on the inverter used, but is finite. The slope of the current transient change is determined by T a , u dc , and R. FIG. 11 (b), in the case of frequency f s2, the period 1 / f s2 of the pulse voltage is sufficiently small relative to the electric time constant T a. Since the sign of the pulse voltage is reversed just before the current reaches the upper limit value and the lower limit value, the current amplitude i 2 becomes smaller than i 1 in FIG. Since the electrical time constant of the permanent magnet motor is about several ms to several tens of ms, when the pulse voltage frequency is set to several tens Hz to several hundreds Hz or more, the current change as shown in FIG. It becomes.

このように、高周波の電流を発生させる場合には、過渡現象により電流の振幅が小さくなる問題がある。このため、モータ機内に十分な大きさの磁界を発生することができず、コア部分に大きな鉄損を発生させることができない。したがって、永久磁石が減磁しないような温度にまで上昇するには長い時間を要する。   Thus, when a high-frequency current is generated, there is a problem that the amplitude of the current becomes small due to a transient phenomenon. For this reason, a sufficiently large magnetic field cannot be generated in the motor machine, and a large iron loss cannot be generated in the core portion. Therefore, it takes a long time to increase the temperature so that the permanent magnet does not demagnetize.

製品レベルで要求されるモータ性能や出力応答速度を考えると、低温状態で停止しているモータをいち早く起動し、定格条件や過負荷条件で駆動する必要がある。例えば、エアコン用コンプレッサの場合、極低温状態(例えば−20℃)でユーザから暖房運転の要求があると、モータは過負荷条件での迅速な起動および駆動が必須となる。電気自動車の場合も、路面状況や道路勾配に関わらず、極低温状態で走行を開始するためには、モータは定格条件や過負荷条件での迅速な起動および駆動が必須となる。   Considering the motor performance and output response speed required at the product level, it is necessary to start a motor stopped in a low temperature state quickly and drive it under rated conditions and overload conditions. For example, in the case of a compressor for an air conditioner, if a user requests a heating operation in an extremely low temperature state (for example, −20 ° C.), the motor is required to be quickly started and driven under an overload condition. In the case of an electric vehicle as well, in order to start running at an extremely low temperature regardless of the road surface condition or road gradient, the motor must be started and driven quickly under rated conditions and overload conditions.

特許第3641871号公報Japanese Patent No. 3641871

本発明は、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a control device for a permanent magnet motor that avoids demagnetization in a low temperature state and can be quickly started.

本発明の永久磁石モータの制御装置はステータとステータに設けられたコイルと永久磁石と永久磁石を有するロータとを備え、モータの起動時、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第1周波数を有する電流をコイルに通電し、その後、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第1周波数よりも小さい第2周波数を有する電流をコイルに通電し、永久磁石の温度が所定値以上の場合はモータを起動させ、第2周波数における電流の振幅は、第1周波数における電流の振幅よりも大きく、第1周波数及び第2周波数は、それぞれの永久磁石の温度における減磁開始電流値に基づいて決められる。
The control device for a permanent magnet motor of the present invention includes a stator, a coil provided on the stator, a permanent magnet, and a rotor having a permanent magnet, and stops the motor when the temperature of the permanent magnet is lower than a predetermined value when the motor is started. A current having a first frequency is applied to the coil while the coil is in a state, and then a current having a second frequency lower than the first frequency is applied to the coil while the motor is stopped when the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than a predetermined value. When the temperature of the permanent magnet is equal to or higher than the predetermined value, the motor is started, and the amplitude of the current at the second frequency is larger than the amplitude of the current at the first frequency. It is determined based on the demagnetization start current value at the magnet temperature.

本発明によれば、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the permanent magnet motor which can avoid the demagnetization in a low temperature state and can be started rapidly can be provided.

永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図。The block diagram which shows the whole block diagram of a permanent magnet motor drive device. 温度と減磁開始電流の関係図。The relationship diagram of temperature and demagnetization start current. 基本波周波数とインバータ出力電流最大値、銅損、鉄損の関係図。Relationship diagram of fundamental frequency, inverter output current maximum value, copper loss, iron loss. 温度上昇処理のプログラムの制御構造を示すフローチャート。The flowchart which shows the control structure of the program of a temperature rise process. 電流波形と温度上昇を示す図。The figure which shows a current waveform and a temperature rise. 電流波形と温度上昇を示す図。The figure which shows a current waveform and a temperature rise. 永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図。The block diagram which shows the whole block diagram of a permanent magnet motor drive device. 電流波形と温度上昇を示す図。The figure which shows a current waveform and a temperature rise. 圧縮機の断面構造図。The cross-section figure of a compressor. 永久磁石の減磁曲線と温度特性を示す図。The figure which shows the demagnetization curve and temperature characteristic of a permanent magnet. 電流の過渡現象を示す図。The figure which shows the transient phenomenon of an electric current.

以下、本発明の第1の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、一例として、スクロール圧縮機に本発明の永久磁石モータの制御装置を適用した場合について説明する。   A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, as an example, a case where the control device for a permanent magnet motor of the present invention is applied to a scroll compressor will be described.

図9はスクロール圧縮機の断面構造図である。図9において、圧縮機構部は、固定スクロール部材13の端板14に直立する渦巻状ラップ15と、旋回スクロール部材16の端板17に直立する渦巻状ラップ18とを噛み合わせて形成される。そして、旋回スクロール部材16をクランクシャフト6によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。固定スクロール部材13及び旋回スクロール部材16によって形成される圧縮室19(19a、19b、……)のうち、最も外径側に位置する圧縮室19は、旋回運動に伴って両スクロール部材13、16の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。両圧縮室19a、19bが両スクロール部材13、16の中心近傍に達すると、両圧縮室19内の圧縮ガスは圧縮室19と連通した吐出口20から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材13及びフレーム21に設けられたガス通路(図示せず)を通ってフレーム21下部の圧力容器22内に至り、圧力容器22の側壁に設けられた吐出パイプ23から圧縮機外に排出される。圧力容器22内に、ステータ9とロータ1とで構成される永久磁石モータ103が内封されており、ロータ1が回転することで、圧縮動作を行う。永久磁石モータ103の下部には、油溜部25が設けられる。油溜部25内の油は回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト6内に設けられた油孔26を通って、旋回スクロール部材16とクランクシャフト6との摺動部、滑り軸受け27等の潤滑に供される。圧力容器22の側壁にはステータコイル12を圧力容器22の外側に引出すための端子箱30が設けられ、例えば、三相永久磁石モータの場合は、U、V、W各巻線の端子(計3個)が納められる。永久磁石モータ103は永久磁石モータ駆動装置101(図示せず)によって駆動制御される。永久磁石モータ駆動装置101にて、後述する永久磁石(又はコイル)の温度上昇処理を実行する。   FIG. 9 is a sectional structural view of the scroll compressor. In FIG. 9, the compression mechanism section is formed by meshing a spiral wrap 15 standing upright on the end plate 14 of the fixed scroll member 13 and a spiral wrap 18 standing upright on the end plate 17 of the orbiting scroll member 16. Then, the orbiting scroll member 16 is rotated by the crankshaft 6 to perform the compression operation. Of the compression chambers 19 (19 a, 19 b,...) Formed by the fixed scroll member 13 and the orbiting scroll member 16, the compression chamber 19 positioned on the outermost diameter side has both scroll members 13 and 16 accompanying the orbiting motion. The volume gradually decreases. When both the compression chambers 19 a and 19 b reach the vicinity of the centers of the scroll members 13 and 16, the compressed gas in both the compression chambers 19 is discharged from the discharge port 20 communicating with the compression chamber 19. The discharged compressed gas passes through a gas passage (not shown) provided in the fixed scroll member 13 and the frame 21 and reaches the pressure vessel 22 below the frame 21, and a discharge pipe provided on the side wall of the pressure vessel 22. 23 is discharged out of the compressor. A permanent magnet motor 103 composed of the stator 9 and the rotor 1 is enclosed in the pressure vessel 22, and the compression operation is performed by rotating the rotor 1. An oil reservoir 25 is provided below the permanent magnet motor 103. Oil in the oil reservoir 25 passes through an oil hole 26 provided in the crankshaft 6 due to a pressure difference caused by rotational movement, and the sliding portion between the orbiting scroll member 16 and the crankshaft 6, the sliding bearing 27, etc. Used for lubrication. A terminal box 30 for pulling out the stator coil 12 to the outside of the pressure vessel 22 is provided on the side wall of the pressure vessel 22. For example, in the case of a three-phase permanent magnet motor, terminals of U, V, and W windings (total 3 Pieces). The permanent magnet motor 103 is driven and controlled by a permanent magnet motor driving device 101 (not shown). The permanent magnet motor drive device 101 executes a temperature increase process of a permanent magnet (or coil) described later.

尚、密閉構造において温度検出部110をモータに取り付ける場合、サーミスタの引出し線が必要となり、新たな引出し機構を設ける必要が生じるため、コスト増を招く。したがって、後述するように、電気抵抗値を用いて温度を推定することで、コスト増を招くことなく、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速なモータ起動および駆動が可能となる。   When the temperature detector 110 is attached to the motor in a sealed structure, a thermistor lead wire is required, and a new lead mechanism needs to be provided, resulting in an increase in cost. Therefore, as will be described later, by estimating the temperature using the electric resistance value, demagnetization in a low temperature state can be avoided and the motor can be started and driven quickly without causing an increase in cost.

次に、本実施例における永久磁石モータ駆動装置による永久磁石モータの起動及び駆動制御について詳細に説明する。図1に永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図を示す。図1において、永久磁石モータ駆動装置101は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路104と、インバータ回路104に接続された永久磁石モータ103に流れる電流を検出する相電流検出部106と、相電流検出部106で検出された相電流情報106Aと相電圧検出部107で検出された相電圧情報107Aを基に印加電圧指令パルス信号108Aを用いてインバータ制御を行う制御装置105とから構成される。また、インバータ回路104は、IGBTとダイオードなどの半導体スイッチング素子から構成されたインバータ主回路141と、インバータ制御部108からの印加電圧指令パルス信号108Aに基づいて主回路のIGBTへのゲート信号を発生するゲート・ドライバ142とから構成される。   Next, the activation and drive control of the permanent magnet motor by the permanent magnet motor drive device in the present embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration diagram of a permanent magnet motor driving device. In FIG. 1, a permanent magnet motor drive device 101 includes an inverter circuit 104 that converts DC power into AC power, a phase current detector 106 that detects a current flowing through the permanent magnet motor 103 connected to the inverter circuit 104, A control device 105 that performs inverter control using the applied voltage command pulse signal 108A based on the phase current information 106A detected by the current detector 106 and the phase voltage information 107A detected by the phase voltage detector 107. . The inverter circuit 104 generates a gate signal to the IGBT of the main circuit based on the inverter main circuit 141 composed of an IGBT and a semiconductor switching element such as a diode, and the applied voltage command pulse signal 108A from the inverter control unit 108. And a gate driver 142.

制御装置105は、相電流検出部106で検出された相電流情報106Aと、温度検出部110で検出された温度情報110Aと、磁極位置判定部109で推定された磁極位置情報109Aとを用いて印加電圧指令パルス情報108Aを算出するインバータ制御部108と、相電圧検出部107で検出された相電圧情報107Aと、インバータ制御部108から出力された印加電圧指令パルス信号108Aを用いて磁極位置を判別する磁極位置判定部109とから構成される。   The control device 105 uses the phase current information 106A detected by the phase current detection unit 106, the temperature information 110A detected by the temperature detection unit 110, and the magnetic pole position information 109A estimated by the magnetic pole position determination unit 109. The magnetic pole position is determined using the inverter control unit 108 for calculating the applied voltage command pulse information 108A, the phase voltage information 107A detected by the phase voltage detection unit 107, and the applied voltage command pulse signal 108A output from the inverter control unit 108. It comprises a magnetic pole position determination unit 109 for determination.

本実施例の永久磁石モータ103は、低温で減磁しやすい磁石、例えばフェライト磁石を用いて構成される。永久磁石モータ103のステータコイルに所定値以上の電流が加わると、永久磁石は減磁する。以下、この電流値を減磁開始電流という。減磁開始電流は永久磁石の温度によって変化し、図2に示すように、低温になるほど低い値となる。永久磁石の温度と減磁開始電流の関係は、実機試験により得ることも可能であるし、磁界解析等の数値解析で得ることも可能である。インバータ制御部108では、図2に示すようなデータを使用温度範囲に応じてテーブルまたは数式にて記憶する。   The permanent magnet motor 103 of the present embodiment is configured using a magnet that is easily demagnetized at a low temperature, for example, a ferrite magnet. When a current exceeding a predetermined value is applied to the stator coil of the permanent magnet motor 103, the permanent magnet is demagnetized. Hereinafter, this current value is referred to as a demagnetization start current. The demagnetization start current varies depending on the temperature of the permanent magnet, and becomes a lower value as the temperature becomes lower, as shown in FIG. The relationship between the temperature of the permanent magnet and the demagnetization start current can be obtained by an actual machine test, or can be obtained by numerical analysis such as magnetic field analysis. In the inverter control unit 108, data as shown in FIG. 2 is stored in a table or mathematical expression according to the operating temperature range.

一方で、インバータ回路104から永久磁石モータ103に通電可能な電流最大値は、インバータ回路104を構成する半導体スイッチング素子の電流容量によって決定される。仮にモータ駆動時の電流値を小さく抑えるよう制御ソフトを構成しても、何らかの不具合が生じた場合には、インバータを構成するハード側で上記の最大電流を発生し得る。以下、この最大値を電流ハード上限値という。図2では、電流値i40が電流ハード上限値であり、40℃以上であれば、設計上、減磁は起こり得ないと言える。言い換えると、40℃未満の状態では、モータ駆動時に電流ハード上限値が通電されると、減磁が発生する。したがって、製品の信頼性を確保するためには、モータ起動前、すなわちモータ停止状態で、減磁を回避しつつ温度を40℃にまで迅速に上昇させる必要がある。 On the other hand, the maximum current value that can be passed from the inverter circuit 104 to the permanent magnet motor 103 is determined by the current capacity of the semiconductor switching elements that constitute the inverter circuit 104. Even if the control software is configured so as to suppress the current value during motor driving to a small value, the above-mentioned maximum current can be generated on the hardware side that constitutes the inverter if any trouble occurs. Hereinafter, this maximum value is referred to as a current hard upper limit value. In FIG. 2, if the current value i 40 is the current hard upper limit value and it is 40 ° C. or higher, it can be said that demagnetization cannot occur by design. In other words, in a state of less than 40 ° C., demagnetization occurs when the current hard upper limit value is energized during motor driving. Therefore, in order to ensure the reliability of the product, it is necessary to quickly raise the temperature to 40 ° C. while avoiding demagnetization before starting the motor, that is, in the motor stopped state.

永久磁石の温度を上昇させる方法として、モータの鉄損および銅損による発熱を利用する方法が挙げられる。ここでは、迅速な温度上昇を実現するべく、鉄損と銅損を最大化するメカニズムに関して、図3を用いて説明する。図3に示す記号fs1、fs2、i1、i2は図11と同一の定義とする。図3に示すインバータ出力電流最大値は、図11で述べたように、高周波になるほど過渡現象の影響を受けて小さな値となる。また、図11によれば、基本波周波数がfs1の場合、インバータ出力電流最大値は理論上i1となるが、一般に、電流ハード上限値(ここではi40)はi1よりも小さな値に設定されるので、図3においてもそのように表記した。 As a method for increasing the temperature of the permanent magnet, there is a method using heat generation due to iron loss and copper loss of a motor. Here, a mechanism for maximizing iron loss and copper loss in order to realize a rapid temperature rise will be described with reference to FIG. Symbols f s1 , f s2 , i 1 , and i 2 shown in FIG. 3 have the same definitions as those in FIG. As shown in FIG. 11, the maximum value of the inverter output current shown in FIG. 3 becomes smaller as the frequency becomes higher due to the influence of the transient phenomenon. Further, according to FIG. 11, when the fundamental frequency is f s1 , the maximum inverter output current value is theoretically i 1 , but in general, the current hard upper limit value (here, i 40 ) is a value smaller than i 1. Therefore, this is also shown in FIG.

ここで、過渡現象の影響によりインバータ出力電流最大値がi40となる周波数を新たにfs0と定義する。電流が実線で示すような変化をするとき、これに対応する銅損、鉄損の変化を同じく実線で示す。銅損は電流値の二乗に比例するため、fs0以上の周波数になると、電流よりも減衰傾向が顕著となる。鉄損は電流が一定であれば周波数の一乗ないし二乗に比例するため、0からfs0の範囲では、鉄損は周波数の増加に伴い非線形に増加する。また、鉄損は磁束密度の二乗にも比例するため、fs0以上の周波数において電流が減少すると、モータ機内の磁束量が減少し、鉄損の減少要因となる。この鉄損の減少分が、周波数増加による鉄損増加分を上回るため、高周波になるほどトータルの鉄損は減少する。以上より、ここでは周波数をfs0とすることで鉄損と銅損の合計を最大化できることがわかる。 Here, the frequency at which the maximum value of the inverter output current becomes i 40 due to the influence of the transient phenomenon is newly defined as f s0 . When the current changes as indicated by a solid line, the corresponding changes in copper loss and iron loss are also indicated by solid lines. Since the copper loss is proportional to the square of the current value, the attenuation tendency becomes more prominent than the current when the frequency is f s0 or more. Since the iron loss is proportional to the first or second frequency when the current is constant, the iron loss increases non-linearly as the frequency increases in the range of 0 to f s0 . Further, since the iron loss is proportional to the square of the magnetic flux density, if the current decreases at a frequency of f s0 or higher, the amount of magnetic flux in the motor machine decreases, which causes a reduction in iron loss. Since the decrease in iron loss exceeds the increase in iron loss due to frequency increase, the total iron loss decreases as the frequency increases. From the above, it can be seen that the total of iron loss and copper loss can be maximized by setting the frequency to f s0 here.

同様にして、例えば−20℃の低温状態においても、鉄損と銅損を最大化することができる。図2より、−20℃の減磁開始電流はi-20であることがわかっているので、周波数に関わらず、これ以上大きな電流は流せない。一方で、過渡現象の影響によりインバータ出力電流最大値がi-20となる周波数をfs3と定義すると、電流は図3に示すようにfs3で折れ曲がる一点鎖線で表され、これに対応する銅損、鉄損も同じく一点鎖線で表される。以上より、−20℃においては周波数をfs3とすることで鉄損と銅損の合計を最大化できることがわかる。 Similarly, iron loss and copper loss can be maximized even in a low temperature state of, for example, −20 ° C. From FIG. 2, it is known that the demagnetization start current at −20 ° C. is i −20 , so that no larger current can flow regardless of the frequency. On the other hand, if the frequency at which the inverter output current maximum value is i -20 due to the influence of the transient phenomenon is defined as f s3 , the current is represented by a one-dot chain line bent at f s3 as shown in FIG. Loss and iron loss are also represented by alternate long and short dash lines. From the above, it can be seen that the sum of iron loss and copper loss can be maximized by setting the frequency to f s3 at −20 ° C.

以上を総括すると、次のようになる。つまり、周波数を調整することで、過渡現象によって制限されるインバータ出力電流最大値を変えることができ、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数を選択できれば、鉄損と銅損の合計を最大化することができる。さらに、いったん通電がなされれば、鉄損と銅損の発熱に伴う温度上昇により減磁開始電流が増加するので、この減磁開始電流と一致するように、周波数を低減し、インバータ出力電流最大値を増加させることで、継続的に鉄損と銅損の合計を最大化することができる。これらの工程を繰り返すことにより、減磁を確実に回避しつつ、迅速に所望の温度に到達することができる。   The above is summarized as follows. In other words, by adjusting the frequency, the maximum value of the inverter output current limited by the transient phenomenon can be changed, and if a frequency that matches the maximum value of the inverter output current and the demagnetization start current can be selected, the iron loss and The total copper loss can be maximized. Furthermore, once energized, the demagnetization start current increases due to the temperature rise caused by the heat generation of iron loss and copper loss, so the frequency is reduced to match the demagnetization start current, and the inverter output current maximum By increasing the value, the sum of iron loss and copper loss can be continuously maximized. By repeating these steps, it is possible to quickly reach a desired temperature while reliably avoiding demagnetization.

従来技術では、高周波における過渡現象によってインバータ出力電流が低く抑えられるという概念が欠落していたため、高周波にするほど鉄損が大きくなり、発熱効果が向上すると考えられた。これに対し本発明は、過渡現象を利用して物理的に電流を制限できること、ならびに鉄損と銅損の合計が最大となるような周波数が存在することに着目した点で優れている。また、ヒータ等の加熱手段を新たに設ける必要がなく、既存の永久磁石モータと制御システムの物理的な構成を変更する必要もないので、システムの大型化、重量化、コスト増を招くことがない点でも優れている。   In the prior art, the concept that the inverter output current can be kept low due to the transient phenomenon at high frequency is lacking, so it was thought that the higher the frequency, the higher the iron loss and the better the heat generation effect. On the other hand, the present invention is excellent in that the current can be physically limited by using a transient phenomenon and that there is a frequency at which the sum of iron loss and copper loss is maximized. In addition, it is not necessary to newly provide a heating means such as a heater, and it is not necessary to change the physical configuration of the existing permanent magnet motor and the control system, resulting in an increase in system size, weight, and cost. There is no point.

なお、鉄損と銅損の最大化のみを実現するならば、低周波の電流を初めに通電し、徐々に増加して目標とする周波数に近づける方法でもよい。しかしながら、この方法では電流ハード上限値が通電される可能性を排除できないため、減磁を確実に回避することは困難となる。仮に制御ソフトの工夫により上記の問題を解決できても、低周波での通電時には、ステータが発生する交流磁界にモータの磁極が追従しやすくなるため、モータが振動し異音を発生する問題がある。   If only the iron loss and the copper loss are maximized, a method may be used in which a low-frequency current is first energized and gradually increased to approach the target frequency. However, this method cannot eliminate the possibility that the current hard upper limit value is energized, and it is difficult to reliably avoid demagnetization. Even if the above-mentioned problems can be solved by devising the control software, the motor's magnetic poles easily follow the AC magnetic field generated by the stator when energized at low frequencies, causing the motor to vibrate and generate abnormal noise. is there.

ここで、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数は、次式によって簡易的に得ることができる。式(1)は一般的なモータ回路一相分の電圧方程式である。uはインバータの出力電圧を、iはインバータの出力電流を、R、Lはモータの電気抵抗、インダクタンスをそれぞれ表している。高周波の電流変化を扱う場合には、式(1)右辺第1項は第2項に対して十分小さく無視できる。このとき、式(1)を電流iについて解くと、式(2)に示す解が得られる。   Here, a frequency at which the maximum value of the inverter output current matches the demagnetization start current can be easily obtained by the following equation. Equation (1) is a voltage equation for one phase of a general motor circuit. u represents the output voltage of the inverter, i represents the output current of the inverter, and R and L represent the electric resistance and inductance of the motor, respectively. When dealing with high-frequency current changes, the first term on the right side of Equation (1) is sufficiently smaller than the second term and can be ignored. At this time, when equation (1) is solved for current i, a solution shown in equation (2) is obtained.

式(2)において、i(0)は時間t=0における電流の初期値である。式(2)第1項は、周波数fで通電される電流の振幅を表しており、Δtは約半周期の時間に相当するので、fを用いて次式で表される。   In equation (2), i (0) is the initial value of the current at time t = 0. The first term of Equation (2) represents the amplitude of the current that is passed at the frequency f, and Δt corresponds to the time of about a half cycle, and is expressed by the following equation using f.

式(2)において、u、Lはインバータおよびモータの仕様によりそれぞれ決定する。減磁開始電流idemag(波高値)を既知とすると、このidemagを通電できる最大の周波数fhは式(4)で表される。 In Expression (2), u and L are determined according to the specifications of the inverter and the motor, respectively. Assuming that the demagnetization start current i demag ( peak value) is known, the maximum frequency f h through which this i demag can be energized is expressed by equation (4).

以上より、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数fhは、簡易的に算出することが可能である。式(4)からも、減磁開始電流idemagをより大きな値に設定する場合には周波数fhを低減する、という関係が理解できる。 As described above, the frequency f h at which the maximum value of the inverter output current matches the demagnetization start current can be easily calculated. From equation (4), it can be understood that the frequency f h is reduced when the demagnetization start current i demag is set to a larger value.

上述した永久磁石の温度上昇に関する永久磁石モータの制御処理フローに関して、図4を参照しながら以下で説明する。図4のフローはモータの運転指令を受けてスタートし(すなわちモータ停止状態で実行され)、永久磁石が所定の温度に到達した時点でフローが完了となり、モータが起動される。尚、直接的に永久磁石の温度の測定が困難な場合は、コイル温度を測定して永久磁石の温度として用いる等、他の方法で間接的に求めた永久磁石の温度を代用してもよい。   The control process flow of the permanent magnet motor related to the temperature increase of the permanent magnet will be described below with reference to FIG. The flow in FIG. 4 starts upon receiving a motor operation command (that is, executed when the motor is stopped). When the permanent magnet reaches a predetermined temperature, the flow is completed and the motor is started. If it is difficult to directly measure the temperature of the permanent magnet, the temperature of the permanent magnet obtained indirectly by another method, such as measuring the coil temperature and using it as the temperature of the permanent magnet, may be substituted. .

ステップ(以下、ステップを「S」という。)1にて、温度判別部111は、温度検出部110で検出された温度情報110Aを用いて温度Tを算出する。   In step (hereinafter, step is referred to as “S”) 1, the temperature determination unit 111 calculates the temperature T using the temperature information 110 </ b> A detected by the temperature detection unit 110.

S2にて、温度判別部111は、算出された温度Tが予め設定した基準温度Trefよりも高いか否かを判定する。温度Tが基準温度Trefよりも高ければ(S2でYESの場合)、低温状態での永久磁石の減磁を回避できるのでS9に進み、モータを起動させる。基準温度Trefよりも低ければ(S2でNOの場合)、S3に進み、温度上昇処理を実行する。基準温度Trefは、減磁を確実に回避できるような値に設定する。例えば、電流ハード上限値が通電されても減磁しない温度(図2では40℃)としてもよいし、減磁防止をより確実にする目的で、より高い温度で安全サイドに設定しても良い。 In S2, the temperature determination unit 111 determines whether or not the calculated temperature T is higher than a preset reference temperature Tref . If the temperature T is higher than the reference temperature T ref (in the case of YES in S2), demagnetization of the permanent magnet in the low temperature state can be avoided, so that the process proceeds to S9 and the motor is started. If the temperature is lower than the reference temperature T ref (in the case of NO in S2), the process proceeds to S3 and a temperature increase process is executed. The reference temperature T ref is set to a value that can reliably avoid demagnetization. For example, it may be a temperature that does not demagnetize even when the current hard upper limit value is energized (40 ° C. in FIG. 2), or may be set to a safe side at a higher temperature for the purpose of preventing demagnetization more reliably. .

S3にて、インバータ制御部108は、算出された温度Tに対応する減磁開始電流idemagを、予め記憶しておいたテーブルまたは数式により算出する。ただし、減磁開始電流idemagよりも大きな電流が通電されると、ただちに減磁してしまう可能性が高いので、算出された値よりも若干小さな値を減磁開始電流idemagとして設定しても良い。この場合は、より確実に減磁を回避することができる。 In S3, inverter control unit 108 calculates demagnetization start current i demag corresponding to calculated temperature T using a previously stored table or mathematical expression. However, if a current larger than the demagnetization start current i demag is applied, there is a high possibility of demagnetization immediately. Therefore, a value slightly smaller than the calculated value is set as the demagnetization start current i demag. Also good. In this case, demagnetization can be avoided more reliably.

S4にて、インバータ制御部108は、通電する電流の基本波周波数fを算出する。fの初期値は、インバータ出力電流最大値が減磁開始電流idemagよりも確実に低くなるような周波数であれば良い。つまり、fの初期値は、インバータ回路104を構成する半導体スイッチング素子の最大スイッチング周波数としても良いし、式(4)によって算出される周波数fhを参考に設定しても良い。 In S4, inverter control unit 108 calculates a fundamental frequency f of the current to be energized. The initial value of f may be a frequency that ensures that the maximum value of the inverter output current is lower than the demagnetization start current i demag . That is, the initial value of f may be the maximum switching frequency of the semiconductor switching elements constituting the inverter circuit 104, or may be set with reference to the frequency f h calculated by Expression (4).

S5にて、インバータ制御部108は、周波数fの交流パルス電圧を発生する指令信号108Aを発信し、ゲート・ドライバ142を介して周波数fの交流パルス電圧がモータに印加される。   In S <b> 5, inverter control unit 108 transmits command signal 108 </ b> A that generates an AC pulse voltage of frequency f, and the AC pulse voltage of frequency f is applied to the motor via gate driver 142.

S6にて、相電流検出部106は、このときの電流値を検出する。
S7にて、インバータ制御部108は、検出された相電流情報106Aを基に、モータに通電されている電流値i(波高値)が、S3にて設定した減磁開始電流idemagよりも大きいか否かを判定する。iがidemagよりも低ければ(S7でNOの場合)、周波数fを低減してS5に戻り、iがidemagと同等になるまで、周波数fの低減を繰り返す。iがidemagと同等になれば(S7でYESの場合)、S8に進む。なお、S7以前のフローにおいては、プログラムの構成上、電流値iが減磁開始電流idemagよりも大きくなることはないが、インバータ回路およびモータ回路の不具合、故障、破壊等により、idemagを超過するiが通電された場合には、インバータ制御部108は通電を中止する保護フローを有する。
In S6, phase current detection unit 106 detects the current value at this time.
In S7, based on the detected phase current information 106A, inverter control unit 108 has current value i (crest value) energized in the motor larger than demagnetization start current i demag set in S3. It is determined whether or not. If i is lower than i demag (in the case of NO in S7), the frequency f is reduced and the process returns to S5, and the reduction of the frequency f is repeated until i becomes equal to i demag . If i becomes equal to i demag (YES in S7), the process proceeds to S8. Incidentally, S7 in the previous flow, the structure of the program, becomes never larger than the current value i demagnetization starting current i demag, malfunction of the inverter circuit and the motor circuit, a fault, the destruction, the i demag When excess i is energized, the inverter control unit 108 has a protection flow for stopping energization.

S8にて、インバータ制御部108は、電流値iを任意時間通電し、所定の時間が経過したのち、S1に戻り、その後の処理を継続する。   In S8, inverter control unit 108 energizes current value i for an arbitrary period of time, and after a predetermined time has elapsed, returns to S1 and continues the subsequent processing.

再びS2にて、温度Tが基準温度Trefよりも低ければ(S2でNOの場合)、S3に進む。このとき、基準温度Trefを安全サイドで高めに設定した場合(極端な例として、図2でTref=100℃とした場合)は、インバータ制御部108は以下の制御プログラムを実行する。すなわち、仮に温度上昇がある程度進み、温度Tが50℃になっていると、減磁開始電流idemagは電流ハード上限値i40よりも大きくなるので、インバータ制御部108は、電流ハード上限値i40を減磁開始電流idemagとして再設定する。なお、電流ハード上限値i40の代わりに、内規等で既定される電流値を用いても良いし、減磁以外の他の条件によってより低い電流値が規定されるのであれば、その値を用いても良い。 If the temperature T is lower than the reference temperature T ref again in S2 (NO in S2), the process proceeds to S3. At this time, when the reference temperature T ref is set higher on the safe side (as an extreme example, when T ref = 100 ° C. in FIG. 2), the inverter control unit 108 executes the following control program. That is, if the temperature rise proceeds to some extent and the temperature T is 50 ° C., the demagnetization start current i demag becomes larger than the current hard upper limit value i 40 , so that the inverter control unit 108 sets the current hard upper limit value i. 40 is reset as the demagnetization start current i demag . Instead of the current hard upper limit i 40 , a current value defined by internal regulations or the like may be used. If a lower current value is defined by other conditions than demagnetization, the value is It may be used.

再びS4に進んだ場合は、新たにfを算出してもよいが、前回のS8で駆動していた周波数を使用してもよい。   When the process proceeds to S4 again, f may be newly calculated, but the frequency driven in the previous S8 may be used.

一連のステップにおいて、通電する電流に高調波成分を重畳してもよく、その場合は鉄損が増加するので、鉄損による発熱量が増加し、より迅速に所定の温度にまで上昇させることができる。また、S7がNOの場合において、周波数の低減幅は常に一定でも良いが、周波数が低下するにつれ電流の上昇ペースが大きくなるので、これに合わせて低減幅を小さくしても良く、そのようにすることで鉄損と銅損の合計が最大となる周波数により迅速に収束させることができる。   In a series of steps, harmonic components may be superimposed on the energized current. In that case, iron loss increases, so the amount of heat generated by iron loss increases, and the temperature can be raised to a predetermined temperature more quickly. it can. Further, when S7 is NO, the frequency reduction range may be always constant, but the current increase rate increases as the frequency decreases, so the reduction range may be reduced accordingly. By doing so, it is possible to quickly converge the frequency at which the sum of the iron loss and the copper loss is maximized.

図5は本発明により生成される電流波形の代表図である。時間0のときにモータの運転指令を受けて、S1〜S4が実行される。このとき、モータは停止状態である。S3では、予め記憶しておいたテーブルまたは数式(ここでは図2に示すデータ)を用いて減磁開始電流idemagを算出する。時間0のとき、温度Tは−20℃なので、減磁開始電流はi-20に設定される。次にS5〜S7を繰り返し実行することで、周波数が低減すると同時に電流振幅が増加する。時間t1のとき、波高値がi-20に到達するので、S8を実行する。すなわち、予め設定した任意時間Δtが経過するまで、周波数、電流振幅を固定して通電する。 FIG. 5 is a representative diagram of current waveforms generated by the present invention. In response to the motor operation command at time 0, S1 to S4 are executed. At this time, the motor is in a stopped state. In S3, the demagnetization start current i demag is calculated using a previously stored table or mathematical expression (here, data shown in FIG. 2). At time 0, since the temperature T is −20 ° C., the demagnetization start current is set to i −20 . Next, by repeatedly executing S5 to S7, the frequency is reduced and the current amplitude is increased at the same time. At time t 1, since the peak value reaches the i -20, it executes S8. That is, energization is performed with a fixed frequency and current amplitude until a preset arbitrary time Δt elapses.

時間Δtが経過して、時間t2に至ると、再びS1〜S4を実行する。このときの温度Tは10K上昇して−10℃なので、減磁開始電流はi-10(図2には記載していない)に設定される。次にS5〜S7を繰り返し実行することで、周波数が低減すると同時に電流振幅が増加する。時間t3のとき、波高値がi-10に到達するので、S8に進み、時間Δtが経過するまで周波数、電流振幅を固定して通電する。時間t4のとき、温度Tは時間t2のときよりも30K上昇して20℃となる。このように、周波数を低減しながら通電することで、温度上昇ペースを上げることが可能となり、より迅速に所望の温度に到達することができる。 Time Δt has elapsed, reaches the time t 2, executes S1~S4 again. Since the temperature T at this time rises by 10K and is −10 ° C., the demagnetization start current is set to i −10 (not shown in FIG. 2). Next, by repeatedly executing S5 to S7, the frequency is reduced and the current amplitude is increased at the same time. At time t 3 , since the peak value reaches i −10 , the process proceeds to S 8, and energization is performed with the frequency and current amplitude fixed until time Δt elapses. At time t 4 , the temperature T rises 30K to 20 ° C. than at time t 2 . Thus, by energizing while reducing the frequency, it becomes possible to increase the pace of temperature rise, and to reach a desired temperature more quickly.

以上説明したように、本実施例の永久磁石モータの制御装置はステータとステータに設けられたコイルと永久磁石と永久磁石を有するロータとを備え、モータの起動時、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第1周波数を有する電流をコイルに通電し、その後、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第1周波数よりも小さい第2周波数を有する電流をコイルに通電し、永久磁石の温度が所定値以上の場合はモータを起動させる。本実施例によれば、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することができる。つまり、過渡現象を利用して物理的に電流を制限できることに着目したことで、低温状態における減磁を確実に回避することが可能となり、かつ、鉄損と銅損の合計が最大となるような周波数が存在することに着目したことで、温度上昇ペースを上げることが可能となる。また、実施例の永久磁石モータの制御装置によれば、ヒータ等の加熱手段を新たに設ける必要がなく、既存の永久磁石モータと制御システムの物理的な構成を変更する必要もない。したがって、システムの大型化、重量化、コスト増を招くことなく、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速にモータを起動および駆動することができる。   As described above, the control device for the permanent magnet motor of this embodiment includes the stator, the coil provided on the stator, the permanent magnet, and the rotor having the permanent magnet, and the temperature of the permanent magnet is a predetermined value when the motor is started. In the following cases, a current having a first frequency is applied to the coil while the motor is stopped, and then the second frequency smaller than the first frequency while the motor is stopped when the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than a predetermined value. When the temperature of the permanent magnet is equal to or higher than a predetermined value, the motor is started. According to the present embodiment, it is possible to provide a control device for a permanent magnet motor which can avoid demagnetization in a low temperature state and can be quickly started. In other words, focusing on the fact that the current can be physically limited by using a transient phenomenon, it is possible to reliably avoid demagnetization in a low temperature state, and to maximize the total of iron loss and copper loss. By paying attention to the presence of various frequencies, it becomes possible to increase the pace of temperature rise. Further, according to the control device for the permanent magnet motor of the embodiment, it is not necessary to newly provide a heating means such as a heater, and it is not necessary to change the physical configuration of the existing permanent magnet motor and the control system. Therefore, demagnetization in a low temperature state can be avoided and the motor can be started and driven quickly without increasing the size, weight and cost of the system.

次に、本発明の第2の実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、実施例1(図1)で備える温度検出部110を用いずに、ステータコイルの電気抵抗値を用いて永久磁石の温度を推定する。永久磁石モータ駆動装置の全体構成や制御方法は、温度検出部110を用いないこと以外は実施例1と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the temperature of the permanent magnet is estimated using the electric resistance value of the stator coil without using the temperature detection unit 110 provided in the first embodiment (FIG. 1). Since the entire configuration and control method of the permanent magnet motor driving device are the same as those in the first embodiment except that the temperature detection unit 110 is not used, detailed description thereof is omitted.

温度検出部110により永久磁石の温度を測定する場合、以下の問題点がある。まず、温度センサの取り付け位置が問題となる。つまり、永久磁石が回転することを考えれば、永久磁石およびロータコアに取り付けることは困難である。非接触式の温度センサを用いることは可能だが、コスト増を招くほか、センサが大型化する問題がある。一方、ステータに取り付ける場合、サーミスタをスロットに埋め込む方法や、コイルエンドに設ける方法がある。しかしながら、前者は、スロット内導体の高密度化の弊害となる可能性がある、また、後者は、放熱部分に温度センサを取り付けることとなるが、放熱部分と永久磁石部分とは熱伝達状態が根本的に異なるため、測定した温度が永久磁石の温度と乖離する可能性が高い。   When the temperature of the permanent magnet is measured by the temperature detector 110, there are the following problems. First, the mounting position of the temperature sensor becomes a problem. In other words, considering that the permanent magnet rotates, it is difficult to attach the permanent magnet to the rotor core. Although it is possible to use a non-contact type temperature sensor, there is a problem that the cost is increased and the sensor is enlarged. On the other hand, when attaching to the stator, there are a method of embedding the thermistor in the slot and a method of providing it at the coil end. However, the former may have a negative effect of increasing the density of the conductors in the slot, and the latter will attach a temperature sensor to the heat radiating part. However, the heat radiating part and the permanent magnet part have a heat transfer state. Since it is fundamentally different, the measured temperature is likely to deviate from the temperature of the permanent magnet.

また、温度センサの取り付け作業の分、製造工程が増えるためコスト増につながる問題がある。   In addition, there is a problem that the manufacturing process increases due to the mounting work of the temperature sensor, leading to an increase in cost.

さらには、圧縮機等の密閉容器にモータを内蔵する場合は、サーミスタの引出し線が必要となるため、密閉容器の構造が複雑化しコスト増を招く。また、圧縮機の場合は、冷媒に混入する微小な金属片との機械的接触および電気的短絡を回避する目的で、サーミスタのケーブルを絶縁皮膜で保護する必要がある。このため、絶縁材には高温・高圧環境下での耐性を有する材料を選定する必要があり、コスト増を招くこととなる。   Furthermore, when a motor is built in a sealed container such as a compressor, a lead wire for the thermistor is required, which complicates the structure of the sealed container and increases costs. In the case of a compressor, it is necessary to protect the thermistor cable with an insulating film for the purpose of avoiding mechanical contact and electrical short-circuiting with minute metal pieces mixed in the refrigerant. For this reason, it is necessary to select a material having resistance in a high temperature / high pressure environment as an insulating material, which causes an increase in cost.

従って、本実施例においては、実施例1(図1)で備える温度検出部110を用いずに、電気抵抗値を用いて永久磁石の温度を推定する。ステータコイルの電気抵抗値を用いた永久磁石温度の推定方法について以下に説明する。   Therefore, in this embodiment, the temperature of the permanent magnet is estimated using the electric resistance value without using the temperature detection unit 110 provided in the first embodiment (FIG. 1). A method for estimating the permanent magnet temperature using the electrical resistance value of the stator coil will be described below.

本実施例の永久磁石モータの制御処理フローは実施例1(図4)と同様である。本実施例では、S1において温度Tを検出する際に、温度検出部110で検出するのではなく、モータに直流電圧を印加して得られた電流値を用いてオームの法則によりステータコイルの電気抵抗値R1を算出し、このR1に基づいてモータ温度を推定する。そして、このモータ温度を永久磁石温度とし、実施例1で適用した永久磁石モータの制御処理フローを実行する。 The control process flow of the permanent magnet motor of this embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 4). In this embodiment, when the temperature T is detected in S1, the temperature detection unit 110 does not detect the temperature T, but the current value obtained by applying a DC voltage to the motor is used according to Ohm's law. The resistance value R 1 is calculated, and the motor temperature is estimated based on this R 1 . And this motor temperature is made into permanent magnet temperature, and the control processing flow of the permanent magnet motor applied in Example 1 is performed.

一般的に、モータ駆動時においては、直流電圧を印加して電気抵抗を測定することが困難であるため、温度把握のためには温度検出器が必要となるが、本実施例では、モータ停止時であれば電気抵抗値を用いた温度推定が可能となることに着目した。この方法により、サーミスタ等の温度検出器をモータに取り付けることが困難なシステムにおいても、容易にモータの温度を推定することができる。しかも、電気抵抗値を用いることで巻線の平均温度の把握が可能となるため、温度検出器の取り付け位置に起因する測定誤差の問題が無い点で優れている。さらに、温度検出器の取り付け作業が不要となるため、製造工程が削減でき、製造コストを低減することができる。   Generally, when driving a motor, it is difficult to measure the electrical resistance by applying a DC voltage, so a temperature detector is required to grasp the temperature. In this embodiment, the motor is stopped. Attention was paid to the fact that the temperature could be estimated using the electrical resistance value at any time. By this method, even in a system in which it is difficult to attach a temperature detector such as a thermistor to the motor, the temperature of the motor can be easily estimated. In addition, since the average temperature of the winding can be grasped by using the electric resistance value, it is excellent in that there is no problem of measurement error due to the mounting position of the temperature detector. Furthermore, since the temperature detector is not required to be attached, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

温度Tは電気抵抗値R1を基に、式(5)を用いて算出される。 The temperature T is calculated using Equation (5) based on the electric resistance value R 1 .

式(5)において、R0は任意温度T0におけるステータコイルの電気抵抗値である。R0、T0は抵抗測定器と温度計があれば容易に測定できるので、予め測定した値をインバータ制御部108のメモリに記憶する。このほかにも、モータを搭載したシステムがモータ以外の機構部で温度検出器を有している場合は、例えば製品出荷時に、ステータコイルと周囲温度とが同等温度であるような状態で、S1のみを実行することで、R0とT0を得ることができるので、これをメモリに記憶しても良い。 In the equation (5), R 0 is an electric resistance value of the stator coil at an arbitrary temperature T 0 . Since R 0 and T 0 can be easily measured with a resistance measuring instrument and a thermometer, the values measured in advance are stored in the memory of the inverter control unit 108. In addition, when the system equipped with the motor has a temperature detector in a mechanism other than the motor, for example, when the product is shipped, the stator coil and the ambient temperature are in the same temperature, and S1 Since only R 0 and T 0 can be obtained by executing only this, they may be stored in the memory.

図6は、本実施例により生成される電流波形の代表図である。図5と異なる点は、時間0〜taならびに時間t2〜tbで実行されるS1において、直流電圧が印加され(図示せず)、直流電流が通電される点である。 FIG. 6 is a representative diagram of current waveforms generated by this embodiment. Figure 5 differs in S1, executed in the time 0 to t a and time t 2 ~t b, DC voltage is applied (not shown), is that the DC current is supplied.

このように電気抵抗値を用いて温度を推定することで、温度検出器の取り付け位置に起因する測定誤差の問題を解決でき、より正確な温度の推定が可能となるため、システムの信頼性を向上することができる。また、温度検出器の取り付け作業が不要となるため、製造工程が削減でき、製造コストの低減が可能となる。また、温度検出器をモータに取り付けることが困難なシステムにおいても、コスト増を招くことなく温度の推定が可能となり、低温状態における減磁を回避し、かつ迅速なモータ起動および駆動が可能となる。   By estimating the temperature using the electrical resistance value in this way, it is possible to solve the measurement error problem caused by the mounting position of the temperature detector, and it is possible to estimate the temperature more accurately. Can be improved. Further, since the temperature detector is not required to be attached, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. In addition, even in a system in which it is difficult to attach a temperature detector to a motor, the temperature can be estimated without increasing the cost, demagnetization in a low temperature state can be avoided, and the motor can be started and driven quickly. .

次に、本発明の第3の実施例を図面を用いて説明する。本実施例の永久磁石モータ制御の処理フローを図7を用いて説明する。本実施例では、S4にて算出する基本波周波数fh、minが、電流ハード上限値i40と式(4)を用いて算出され、一連の温度上昇の処理フローにおいて、基本波周波数はfh、minに固定される。S7にて電流値iが減磁開始電流idemagよりも低ければ(S7でNOの場合)、電流振幅を増加させる。周波数はfh、minに固定されるので、再びS4に進んだ場合は、再度fh、minを算出する必要は無い。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A processing flow of the permanent magnet motor control of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fundamental frequency f h, min calculated in S4 is calculated using the current hard upper limit i 40 and equation (4), and the fundamental frequency is f in a series of temperature rise processing flows. Fixed to h and min . If the current value i is lower than the demagnetization start current i demag in S7 (NO in S7), the current amplitude is increased. Since the frequency is fixed at f h and min , it is not necessary to calculate f h and min again when proceeding to S4 again.

図8は本実施例により生成される電流波形の代表図である。図6と異なる点は、時間ta〜t1ならびに時間tb〜t3で実行されるS5〜S7の繰り返し処理において、周波数を一定として電流振幅を増加させている点である。制御ソフトの工夫により、確実に電流値を制御できる場合は、このような通電方法を用いても温度上昇ペースを高めることが可能である。 FIG. 8 is a representative diagram of current waveforms generated by this embodiment. The difference from FIG. 6 is that the current amplitude is increased at a constant frequency in the repetition processing of S5 to S7 executed at times t a to t 1 and t b to t 3 . If the current value can be reliably controlled by devising the control software, it is possible to increase the pace of temperature rise even using such an energization method.

1 ロータ
3 永久磁石
4 カシメ用ボルト
6 シャフト又はクランクシャフト
7 磁石挿入孔
9 ステータ
12 ステータコイル
13 固定スクロール部材
14、17 端板
15、18 渦巻状ラップ
16 旋回スクロール部材
19 圧縮室
20 吐出口
21 フレーム
22 圧力容器
23 吐出パイプ
25 油溜部
26 油孔
27 滑り軸受け
30 端子箱
101 永久磁石モータ駆動装置
102 直流電源
103 永久磁石モータ
104 インバータ回路
105 制御装置
106 相電流検出部
107 相電圧検出部
108 インバータ制御部
109 磁極位置判定部
110 温度検出部
111 温度判別部
141 インバータ主回路
142 ゲート・ドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 3 Permanent magnet 4 Caulking bolt 6 Shaft or crankshaft 7 Magnet insertion hole 9 Stator 12 Stator coil 13 Fixed scroll members 14 and 17 End plates 15 and 18 Spiral wrap 16 Orbiting scroll member 19 Compression chamber 20 Discharge port 21 Frame 22 Pressure vessel 23 Discharge pipe 25 Oil reservoir 26 Oil hole 27 Sliding bearing 30 Terminal box 101 Permanent magnet motor drive device 102 DC power source 103 Permanent magnet motor 104 Inverter circuit 105 Control device 106 Phase current detector 107 Phase voltage detector 108 Inverter Control unit 109 Magnetic pole position determination unit 110 Temperature detection unit 111 Temperature determination unit 141 Inverter main circuit 142 Gate driver

Claims (12)

ステータと、前記ステータに設けられたコイルと、永久磁石と、前記永久磁石を有するロータと、を備えた永久磁石モータの制御装置であって、
前記永久磁石モータの起動時、前記永久磁石の温度が所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、第1周波数を有する電流を前記コイルに通電し、
その後、前記永久磁石の温度が前記所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、前記第1周波数よりも小さい第2周波数を有する電流を前記コイルに通電し、前記永久磁石の温度が前記所定値以上の場合は、前記モータを起動させ
前記第2周波数における電流の振幅は、前記第1周波数における電流の振幅よりも大きく、
前記第1周波数及び前記第2周波数は、それぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値に基づいて決められる永久磁石モータの制御装置。
A control device for a permanent magnet motor comprising a stator, a coil provided in the stator, a permanent magnet, and a rotor having the permanent magnet,
At the time of starting the permanent magnet motor, if the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than a predetermined value, a current having a first frequency is supplied to the coil while the motor is stopped.
Thereafter, when the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than the predetermined value, a current having a second frequency smaller than the first frequency is supplied to the coil while the motor is stopped, and the temperature of the permanent magnet is If the predetermined value or more, start the motor ,
The current amplitude at the second frequency is greater than the current amplitude at the first frequency;
The control device for a permanent magnet motor, wherein the first frequency and the second frequency are determined based on a demagnetization start current value at a temperature of each of the permanent magnets .
請求項1において、前記第2周波数を有する電流を前記コイルに通電した後、
(1)前記永久磁石の温度が前記所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、前回通電した電流の周波数よりも小さい周波数を有する電流を前記コイルに通電し、
(2)前記永久磁石の温度が前記所定値以上の場合は、前記モータを起動させる、ことを、前記永久磁石の温度が前記所定値以上となるまで繰り返す永久磁石モータの制御装置。
After Oite to claim 1, a current having a second frequency and energizing the coil,
(1) When the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than the predetermined value, the coil is energized with a current having a frequency smaller than the frequency of the previously energized current while the motor is stopped.
(2) A control device for a permanent magnet motor that repeats starting the motor when the temperature of the permanent magnet is equal to or higher than the predetermined value until the temperature of the permanent magnet becomes equal to or higher than the predetermined value.
請求項において、前記コイルに通電される電流は、周波数が減少するほど振幅を増大させる永久磁石モータの制御装置。 The control apparatus for a permanent magnet motor according to claim 2 , wherein the current supplied to the coil increases in amplitude as the frequency decreases. 請求項において、前記永久磁石の温度が上昇するほど、前記コイルに通電される電流の周波数を減少させ且つ振幅を増大させる永久磁石モータの制御装置。 3. The control apparatus for a permanent magnet motor according to claim 2 , wherein the temperature of the permanent magnet increases, and the frequency of the current supplied to the coil is decreased and the amplitude is increased. 請求項において、前記第1周波数及び前記第2周波数は、前記コイルに通電される電流値がそれぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値となる周波数である永久磁石モータの制御装置。 2. The control device for a permanent magnet motor according to claim 1 , wherein the first frequency and the second frequency are frequencies at which a current value supplied to the coil becomes a demagnetization start current value at a temperature of each of the permanent magnets. 請求項において、前記第1周波数及び前記第2周波数は、前記コイルに通電される電流値がそれぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値となる周波数から所定値増加させた周波数である永久磁石モータの制御装置。 2. The frequency according to claim 1 , wherein the first frequency and the second frequency are a predetermined value increased from a frequency at which a current value applied to the coil becomes a demagnetization start current value at a temperature of each of the permanent magnets. Control device for permanent magnet motor. 請求項1乃至の何れかにおいて、前記コイルに通電される電流値が過渡現象により制限された電流値である永久磁石モータの制御装置。 In any one of claims 1 to 6, controller for a permanent magnet motor current value supplied to the coil is a limiting current value by the transients. 請求項1乃至の何れかにおいて、前記コイルに通電される電流の基本波周波数成分に高調波成分を重畳させる永久磁石モータの制御装置。 In any one of claims 1 to 7, controller for a permanent magnet motor for superimposing a harmonic component to the fundamental wave frequency component of the current applied to the coil. 請求項1乃至の何れかにおいて、前記永久磁石の温度は、電圧と前記電圧を前記コイルに印加することにより流れる電流値とから得られる前記コイルの電気抵抗値により推定される前記コイルの温度に基づいて求められる永久磁石モータの制御装置。 The temperature of the coil according to any one of claims 1 to 8 , wherein the temperature of the permanent magnet is estimated from an electric resistance value of the coil obtained from a voltage and a current value flowing by applying the voltage to the coil. The control apparatus of the permanent magnet motor calculated | required based on this. 請求項1乃至の何れかにおいて、前記永久磁石は温度が低いほど保持力が低下する温度特性を有する永久磁石モータの制御装置。 In any one of claims 1 to 9, wherein the permanent magnet controller for a permanent magnet motor having a temperature characteristic retention lower the temperature is lowered. 前記ステータと、前記ステータに設けられたコイルと、前記永久磁石と、前記永久磁石を有するロータと、前記コイルに通電される電流を制御する請求項1乃至10の何れかに記載の永久磁石モータの制御装置と、を備える永久磁石モータ。 The permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 10 , wherein the stator, the coil provided in the stator, the permanent magnet, the rotor having the permanent magnet, and the current supplied to the coil are controlled. A permanent magnet motor. 冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機後部を駆動する請求項11に記載の永久磁石モータと、を備える圧縮機。 A compressor provided with the compression mechanism part which compresses a refrigerant | coolant, and the permanent magnet motor of Claim 11 which drives the said compressor rear part.
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