JP6514164B2 - Rotation position device for synchronous motor, air conditioner and washing machine - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、同期電動機の回転位置を推定する装置,及びその装置を備えた空調機並びに洗濯機に関する。 Embodiments of the present invention relate to an apparatus for estimating the rotational position of a synchronous motor, an air conditioner including the apparatus, and a washing machine.
従来、同期電動機の回転位置を推定する方法として、例えば同期電動機の速度に比例する誘起電圧を同期電動機への入力電圧と電流より演算し、その誘起電圧に基づいて推定する方法が広く用いられている。しかしながら、この方法は、同期電動機が高速で運転される領域では十分な精度が得られるが、誘起電圧情報が少なくなる極低速で運転される領域では、正確な推定ができないという問題がある。 Conventionally, as a method of estimating the rotational position of a synchronous motor, for example, a method of calculating an induced voltage proportional to the speed of the synchronous motor from an input voltage and current to the synchronous motor and estimating based on the induced voltage is widely used. There is. However, although this method can obtain sufficient accuracy in the region where the synchronous motor is operated at high speed, there is a problem that accurate estimation can not be performed in the region operated at extremely low speed where the induced voltage information decreases.
また、駆動周波数に関係しないセンシングのための交流信号を同期電動機に印加し、電圧電流の関係から回転位置を推定する方法も提案されている。しかし、交流信号の周波数がキャリア周波数以下となる数100Hz〜数kHz程度の場合、モータの電流リップル周波数が人の可聴域に入るため、モータの駆動騒音が悪化することになる。これに対して、特許文献1では、キャリア周期の半周期毎に各相PWM信号のパルス幅を制御することでキャリア周波数と同周波数の高周波電流を発生させ、騒音を抑制しながら回転位置を推定する手法が提案されている。
There is also proposed a method of applying an alternating current signal for sensing that is not related to the drive frequency to the synchronous motor and estimating the rotational position from the relationship between voltage and current. However, when the frequency of the AC signal is about several hundred Hz to several kHz, which is lower than the carrier frequency, the current ripple frequency of the motor falls within the audible range of human beings, thereby deteriorating the driving noise of the motor. On the other hand, in
また、特許文献2では、キャリアの1周期を基準にして位相を120度ずつずらした3種類の三角波キャリアを用いて3相のPWM信号を生成することで、等価的に特許文献1と同様のキャリア周波数と同周波数の高周波電流を発生させ、その電流微分により回転位置を推定する手法が提案されている。
Further, in
インバータ出力に含まれる高周波成分やキャリア周波数成分の高周波電流を利用して回転位置を推定する方法は、高周波電圧に応じて流れる高周波電流がインバータ出力の基本波成分の電圧に対して外乱となるが、キャリア周波数は同期電動機の回転速度に対して十分に高いのでトルクに対する外乱とはならない。またこの方法は、回転位置推定においては電流帰還値にローパスフィルタを付加する等の必要がなく、制御システムとしての応答性が良好となる利点がある。 In the method of estimating the rotational position using the high frequency current of the high frequency component and the carrier frequency component included in the inverter output, the high frequency current flowing according to the high frequency voltage is a disturbance to the voltage of the fundamental wave component of the inverter output. Since the carrier frequency is sufficiently high with respect to the rotational speed of the synchronous motor, it does not become a disturbance for torque. Further, this method does not need to add a low pass filter to the current feedback value in rotational position estimation, and has an advantage that the response as a control system is improved.
ところがこの方法は、実用化の観点から見ると、キャリア周波数に対応する高周波電流の大きさは同期電動機のパラメータに依存して決まるため、その影響は使用する同期電動機に応じて異なり、様々なシステムに対して汎用的に適用できない。具体的には、突極性が小さい、或いはインダクタンスが大きい電動機では、キャリア周波数の電流リップル成分が小さく、回転位置推定のSN比が低下する問題がある。また、キャリア半周期毎にPWM信号のパルス幅を制御する場合、キャリア周波数が低い条件下では、騒音を十分に抑制ができない問題もある。 However, in this method, from the viewpoint of practical use, the magnitude of the high-frequency current corresponding to the carrier frequency is determined depending on the parameters of the synchronous motor, so the effect differs depending on the synchronous motor used and various systems Not universally applicable to Specifically, in an electric motor having a small saliency or a large inductance, there is a problem that the current ripple component of the carrier frequency is small and the SN ratio of rotational position estimation is lowered. In addition, when the pulse width of the PWM signal is controlled in each carrier half cycle, there is also a problem that noise can not be sufficiently suppressed under the condition where the carrier frequency is low.
更に、特許文献1,2共に、検出した電流を3相座標系ではなく2相座標系に変換し処理を行っている。すなわち、2相座標系に基づくベクトル制御を前提とした回転位置の推定であるが、ベクトル制御は演算が複雑で高価な演算器が必要となるため、モータの駆動システムを低コストで構成する用途には不向きである。
Further, in both
そこで、駆動騒音を抑制しつつ低コストで回転位置を推定できる同期電動機の回転位置推定装置,及びその装置を備えた空調機並びに洗濯機を提供する。 Therefore, a rotational position estimation device for a synchronous motor capable of estimating a rotational position at low cost while suppressing driving noise, and an air conditioner and a washing machine provided with the device are provided.
実施形態の同期電動機の回転位置推定装置は、同期電動機の相電流を検出する電流検出部と、前記同期電動機の回転位置に追従するように3相のPWM信号パターンを生成するPWM生成部と、前記PWM信号の搬送波に基づいて、検出タイミング信号を生成する検出タイミング信号生成部と、前記検出タイミング信号に応じて、前記電流検出部により検出される相電流の変化量を求める電流変化量検出部と、3種類の電圧ベクトル期間に対応する前記変化量の大小関係を比較することで、前記同期電動機の回転位置を推定する回転位置推定部とを備える。 The rotation position estimation device for a synchronous motor according to the embodiment includes a current detection unit that detects a phase current of the synchronous motor, and a PWM generation unit that generates a three-phase PWM signal pattern so as to follow the rotation position of the synchronous motor. A detection timing signal generation unit that generates a detection timing signal based on a carrier wave of the PWM signal; and a current change amount detection unit that obtains a change amount of the phase current detected by the current detection unit according to the detection timing signal And a rotational position estimation unit configured to estimate a rotational position of the synchronous motor by comparing magnitude relationships of the change amounts corresponding to three types of voltage vector periods .
そして、前記PWM生成部は、前記搬送波の1周期内において前記検出タイミング信号生成部により生成される固定された6点の検出タイミング信号に応じて、前記電流変化量検出部が3種類の電圧ベクトル期間に対応する相電流変化量を検出できるように、3相のPWM信号パターンを生成する。 The PWM generation unit is configured such that the current change amount detection unit generates three types of voltage vectors according to the fixed six detection timing signals generated by the detection timing signal generation unit within one cycle of the carrier wave. A three-phase PWM signal pattern is generated so that the phase current change amount corresponding to the period can be detected.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1から図5を参照して説明する。図1は、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。直流電源1は、回転子に永久磁石を備える永久磁石同期モータ(以下、単にモータと称す)2を駆動する電力源である。直流電源1は、交流電源を直流に変換したものでも良い。インバータ回路3は、6個のスイッチング素子,例えばNチャネルMOSFET4U+,4Y+,4W+,4U−,4Y−,4W−を3相ブリッジ接続して構成されており、後述するPWM生成部5で生成される3相分6つのスイッチング信号に基づいて、モータ2を駆動する電圧を生成する。
First Embodiment
The first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a motor control device. The direct
電圧検出部6は、直流電源1の電圧VDCを検出する。電流検出部7は、インバータ回路3の負側電源線と直流電源1の負側端子との間に接続されている。電流検出部7は、一般にシャント抵抗やホールCTなどを用いた電流センサ及び信号処理回路で構成され、モータ2に流れる直流電流Idcを検出する。
電流変化量検出部8は、後述する検出タイミング信号生成部9から入力される検出タイミング信号t1〜t6に基づいて直流電流Idcを6回検出し、2回毎の検出値の差分値を変化量dIu_V1,dIv_V3,dIw_V5として算出する。回転位置演算部10は、上記変化量dIu_V1,dIv_V3,dIw_V5からモータ2の回転位置検出値θcを算出する。3相電圧指令値生成部11は、指令値である電圧振幅指令値Vampと電圧位相指令値φvとから、3相の電圧指令値Vu,Vv,Vwを生成する。
The current change
デューティ生成部12は、3相電圧指令値Vu,Vv,Vwを直流電圧VDCで除すことで各相の変調指令Du,Dv,Dwを演算する。PWM生成部5は、3相変調指令Du,Dv,DwとPWMキャリア,搬送波とを比較して各相のPWM信号パルスを生成する。1相当たりのパルスにはデッドタイムが付加され、それぞれ3相上下のNチャネルMOSFET4に出力するスイッチング信号U+,U−,V+,V−,W+,W−を生成する。
以上の構成において、モータ2,インバータ回路3を除いたものが、回転位置検出装置13を構成している。そして、回転位置検出装置13にインバータ回路3を加えたものがモータ制御装置14を構成している。
In the above configuration, the rotational
ここで、本実施形態における回転位置検出方法の原理を説明する。(1)式は、突極性を有する同期電動機の3相インダクタンスを示している。
図2は、インバータ回路を構成するスイッチング素子のオン状態を空間ベクトルと呼ばれる手法で表したものである。例えば(1,0,0)は,U相上側のスイッチング素子がオン、V相及びW相の上側スイッチング素子がオフの状態を示しており、電圧ベクトルはV0〜V7の8つのパターンが存在する。 FIG. 2 illustrates the on state of the switching elements that constitute the inverter circuit by a method called a space vector. For example, (1, 0, 0) indicates that the U-phase upper switching element is on and the V-phase and W-phase upper switching elements are off, and the voltage vector has eight patterns V0 to V7. .
ここで,電圧ベクトルV1(1,0,0)を印加している再のモータの相間電圧方程式を(2)式に示す。上からUV線間電圧,VW線間電圧,WU線間電圧を示している。
これら3つの電流変化量は、図3に示すように直流オフセット量2dt/Aを持ち,振幅L1dt/(AL0)で回転位置2θに応じて、それぞれの位相差2d/3で変化する交流信号である。これらは交流信号であるが、そのオフセット量2dt/Aや振幅L1dt/(AL0)にはモータのパラメータが含まれている。そこで、パラメータを用いない簡易な回転位置演算を行うため、3つの信号の差分値のゼロクロス信号を生成し、それに基づき推定回転位置θcを求める。(8)式で示す3相の電流変化量がそれぞれ交差する回転位置は(9)式のようになる。
また、これらの交差位置に基づくと、各相の大小関係によって6つのセクタに分けることができる。
次に、セクタ毎に2種類の回転位置のどちらを選択するかを決定するアルゴリズムについて説明する。モータが回転すると、電気角1周期中に上記セクタは1から6まで変化した後、再度1から6まで変化する。そこで、最初のセクタ1〜6までをセクタの第1周期とし、続く第2周期は別セクタとして考える。つまり、下記に示すように、セクタ数を「12」としてそれぞれに回転位置を割り当てる。これは、セクタが1→6まで変化した後にカウントアップするカウンタを用いることで容易に実現できる。
これらの方法を用いる場合、モータが回転する前、すなわち初期回転位置においては、上記のカウンタがカウントを開始する前であるため、各相の電流変化量からどちらの位置が正しいか判定する必要がある。例えば、検出した電流変化量の大小関係が
dIv_V3>dIu_V1>dIw_V5であるとき、該当するセクタは1又は7であり、回転位置は75°又は−105°となる。
When using these methods, it is necessary to determine which position is correct from the amount of change in current of each phase before the motor rotates, that is, at the initial rotation position, before the counter starts counting. is there. For example, when the magnitude relation of the detected current variation is dIv_V3>dIu_V1> dIw_V5, the corresponding sector is 1 or 7, and the rotational position is 75 ° or -105 °.
モータ駆動前の停止状態において上記のどちらかを判定するためには、初期位置の同定アルゴリズムが必要となる。これについては、従来の公知技術である磁気飽和の特性を用いた方式にて判定を行う。本公知技術については、例えば下記の文献などの手法がある。
電気学会論文誌D(産業応用部門誌)Vol.125(2005),No.3「パルス電圧を用いた表面磁石同期モータの初期回転位置推定法」,山本修,荒隆裕
以上のアルゴリズムによって、検出した電流変化量から同期電動機の回転位置を推定できる。
In order to determine either of the above in the stopped state before the motor drive, an identification algorithm of the initial position is required. This determination is performed by a method using the characteristic of magnetic saturation which is a conventional known technique. About this well-known technique, there exist methods, such as the following literature, for example.
Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 125 (2005), No. 3 "Initial Rotation Position Estimation Method of Surface Magnet Synchronous Motor Using Pulse Voltage", Osamu Yamamoto, Yutaka Arataka The rotational position of the synchronous motor can be estimated from the amount of current change.
図4に回転位置演算部10の構成を示す。コンパレータ21uは、入力される電流変化量dIu_V1とdIv_V3とを比較する。コンパレータ21vは、入力される電流変化量dIv_V3とdIw_V5とを比較する。コンパレータ21wは、入力される電流変化量dIw_V5とdIu_V1とを比較する。コンパレータ21u〜21wの出力信号は、2θc演算部22に入力される。2θc演算部22は、コンパレータ21により入力される各信号の二値レベルの組み合わせから6つのセクタに基づく回転位置2θcを演算し、カウンタ演算部23に出力する。カウンタ演算部23は、上述のようにセクタ数セクタが1→6まで変化した後にカウントアップするカウンタであり「12」のセクタに応じた回転位置θcを出力する。
FIG. 4 shows the configuration of the rotational
次に、(8)式で示した3種類の電圧ベクトル印加中の電流変化量の検出方法について説明する。それぞれ、電圧ベクトルV1印加中のU相電流、V3印加中のV相電流、V5印加中のW相電流を検出する必要がある。ここで、本実施形態では、図5に示すように各相のPWM信号を生成するためのキャリアを、それぞれ波形が異なる3種類用いる。例えばU相は三角波キャリア、V相は逆鋸波キャリア、W相は鋸波キャリアである。これらのようなキャリアを用いてPWM信号を生成すると、U相の三角波キャリアを基準とした場合、
U相PWMパルス:三角波の谷を基準に両側へ発生
V相PWMパルス:三角波の山を基準に左側へ発生
W相PWMパルス:三角波の山を基準に右側へ発生
となる。そして、6回の電流の検出タイミング信号t1〜t6を、図5に示すように与える。
・直流電流IdcからU相の電流変化量dIu_V1を検出するための信号t1,t2は、三角波の谷を基準にその前後にΔT/2ずれた時刻
・直流電流IdcからV相の電流変化量dIv_V3を検出するための信号t3,t4は、三角波の山よりもΔT前の時刻及び三角波の山の時刻
・直流電流IdcからW相の電流変化量dIw_V5を検出するための信号t5,t6は、三角波の山の時刻及び三角波の山よりもΔT遅れた時刻
上記を基準とする。
Next, a method of detecting the amount of change in current during application of three types of voltage vectors shown in equation (8) will be described. It is necessary to detect the U-phase current during voltage vector V1, the V-phase current during V3, and the W-phase current during V5 application, respectively. Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, three types of carriers having different waveforms are used as carriers for generating the PWM signal of each phase. For example, U phase is triangular wave carrier, V phase is reverse sawtooth wave carrier, and W phase is sawtooth wave carrier. When a PWM signal is generated using a carrier such as these, with reference to the U-phase triangular wave carrier,
U-phase PWM pulse: generated to both sides with respect to the valley of the triangular wave V-phase PWM pulse: generated to the left with reference to the mountain of the triangular wave W-phase PWM pulse: generated to the right with reference to the mountain of the triangular wave. Then, six detection timing signals t1 to t6 of current are given as shown in FIG.
The signals t1 and t2 for detecting the U-phase current change amount dIu_V1 from the direct current Idc are shifted by ΔT / 2 before and after the valley of the triangular wave. The DC current Idc to the V-phase current change amount dIv_V3 The signals t3 and t4 for detecting the current are ΔT before the peak of the triangular wave, and the times t and t6 for detecting the current change amount dIw_V5 of the W phase from the peak current and time Ic of the triangular wave The above is used as a reference at the time of ΔT later than the time of the mountain and the peak of the triangular wave.
また、実際にはパルスが発生した直後はノイズによる電流検出値への影響が大きい場合もあるので、検出タイミングを上記の基準値から数μs程度ずらすこともある。そして、これらt1〜t6の検出タイミングは、インバータ回路に入力されるPWM信号によらず常に一定,すなわち固定された6点のタイミングとなる。 In addition, since the influence of noise on the current detection value may be large immediately after the pulse is generated, the detection timing may be shifted from the above reference value by about several microseconds. The detection timings of these t1 to t6 are six timings which are always constant, that is, fixed, regardless of the PWM signal input to the inverter circuit.
これらの固定タイミングで検出する電流値が、それぞれベクトルV1印加中のU相電流、ベクトルV3印加中のV相電流、ベクトルV5印加中のW相電流となるためには、各相のパルス幅に以下のような一定の制限を設ける必要がある。
<dIu_V1の検出可能条件>
・U相デューティDu>ΔT
・V相デューティDv<50%−ΔT/2
・W相デューティDw<50%−ΔT/2
<dIv_V3の検出可能条件>
・U相デューティDu<100%−2ΔT
・V相デューティDv>ΔT
・W相デューティDw<100%−ΔT
<dIw_V5の検出可能条件>
・U相デューティDu<100%−2ΔT
・V相デューティDv<100%−ΔT
・W相デューティDw>ΔT
このため、本実施形態のように回転位置を推定する場合、インバータ回路3が出力可能な変調率が制限されるが、一般にモータの停止・低速時には変調率が低いため、問題にはなり難い。
In order for the current values detected at these fixed timings to be U-phase current during vector V1 application, V-phase current during vector V3 application, and W-phase current during vector V5 application, the pulse width of each phase is used. It is necessary to set certain limitations as follows.
<DIu_V1 detectable condition>
U phase duty Du> ΔT
· V phase duty Dv <50%-ΔT / 2
· W phase duty Dw <50%-ΔT / 2
<DIv_V3 detectable condition>
・ U-phase duty Du <100% -2ΔT
· V phase duty Dv> ΔT
· W phase duty Dw <100%-ΔT
<Detectable Condition of dIw_V5>
・ U-phase duty Du <100% -2ΔT
· V phase duty Dv <100%-ΔT
· W phase duty Dw> ΔT
For this reason, when the rotational position is estimated as in the present embodiment, the modulation factor that can be output by the
以上のように本実施形態によれば、検出タイミング信号生成部9は、PWM信号の搬送波に基づいて検出タイミング信号t1〜t6を生成し、電流変化量検出部8は、検出タイミング信号t1〜t6に応じて電流検出部7により検出される相電流の変化量を求める。回転位置演算部10は、相電流の変化量に基づいて、モータ2の回転位置を推定する。
As described above, according to the present embodiment, the detection timing signal generation unit 9 generates the detection timing signals t1 to t6 based on the carrier wave of the PWM signal, and the current change
そして、PWM生成部5は、PWMキャリアの1周期内において、固定された6点の検出タイミング信号t1〜t6に応じて、電流変化量検出部8が3種類の電圧ベクトル期間V1,V3,V5に対応する相電流変化量dIu_V1,dIv_V3,dIw_V5を検出できるように3相のPWM信号パターンを生成する。
Then, in one cycle of the PWM carrier, the
具体的には、PWM生成部5は、3相のPWM信号のうちU相は、PWMキャリア周期の任意の位相を基準として遅れ側,進み側の双方向にデューティDuを増減させ、V相は前記任意の位相を基準として遅れ側,進み側の一方向にデューティDvを増減させ、W相は、前記任意の位相を基準として前記方向とは逆方向にデューティDwを増減させるようにした。これにより、高価な演算能力を持つ演算器を用いることなく、検出した電流変化量の大小関係のみに基づく簡易なアルゴリズムによる安価な演算器を用いて、モータ2の停止又は低速領域におけるセンサレス駆動が可能となる。
Specifically, the
また、PWM生成部5は、各相のPWMパルスを発生させる基準を、キャリアの振幅が最大又は最小となる位相に基づいて設定するので、基準の設定が簡単になる。更に、PWM生成部5は、U相については三角波を、V相については前記三角波の振幅が最大又は最小を示す位相に振幅が最大を示す位相が一致する鋸歯状波を、W相については前記鋸歯状波に対して逆相となる鋸歯状波をそれぞれキャリアとして使用する。その際に、各相の基準を、各キャリア振幅の最大値又は最小値が全て一致する位相に基づいて設定する。これにより、各相のPWMパルスの伸長方向を簡単に設定できる。
Further, since the
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。第2実施形態では、各相に使用するPWMキャリアを図6に示すように設定する。各相について使用するキャリアの波形は同じであるが、第2実施形態では、U相の三角波の谷とV,W相の鋸歯状波のゼロ点とを一致させている。
Second Embodiment
Hereinafter, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and different parts will be described. In the second embodiment, PWM carriers to be used for each phase are set as shown in FIG. The carrier waveform used for each phase is the same, but in the second embodiment, the valleys of the U-phase triangle wave and the zero points of the V and W-phase sawtooth waves are matched.
また、第2実施形態では、回転位置を推定するために必要な電流変化量についても、電圧ベクトルのパターンが以下のように異なる。
・電圧ベクトルV2印加時のW相電流変化量:dIw_V2
・電圧ベクトルV4印加時のU相電流変化量:dIu_V4
・電圧ベクトルV6印加時のV相電流変化量:dIv_V6
となる。
以上のような第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the second embodiment, the pattern of the voltage vector is also different as described below with respect to the amount of change in current required to estimate the rotational position.
・ W-phase current change when voltage vector V2 is applied: dIw_V2
· U-phase current change amount when voltage vector V4 is applied: dIu_V4
・ V phase current change when voltage vector V6 is applied: dIv_V6
It becomes.
According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(第3実施形態)
図7に示すは第3実施形態であり、第1又は第2実施形態のモータ制御装置を空気調和機の圧縮機モータに適用した場合を示す。ヒートポンプシステム31を構成する圧縮機32は、圧縮部33とモータ34を同一の鉄製密閉容器35内に収容して構成され、モータ34のロータシャフトが圧縮部33に連結されている。そして、圧縮機32、四方弁36、室内側熱交換器37、減圧装置38、室外側熱交換器39は、熱伝達媒体流路たるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。尚、圧縮機32は、例えばロータリ型の圧縮機であり、モータ34は、例えば3相IPM(Interior Permanent Magnet)モータである。また、モータ34はブラシレスDCモータである。空気調和機30は、上記のヒートポンプシステム31を有して構成されている。
Third Embodiment
FIG. 7 shows a third embodiment, and shows a case where the motor control device of the first or second embodiment is applied to a compressor motor of an air conditioner. The
暖房時には、四方弁36は実線で示す状態にあり、圧縮機32の圧縮部33で圧縮された高温冷媒は、四方弁36から室内側熱交換器37に供給されて凝縮し、その後、減圧装置38で減圧され、低温となって室外側熱交換器39に流れ、ここで蒸発して圧縮機32へと戻る。一方、冷房時には、四方弁36は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機32の圧縮部33で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室外側熱交換器39に供給されて凝縮し、その後、減圧装置8で減圧され、低温となって室内側熱交換器37に流れ、ここで蒸発して圧縮機32へと戻る。そして、室内側、室外側の各熱交換器37,39には、それぞれファン40,41により送風が行われ、その送風によって各熱交換器37,39と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われるように構成されている。そして、モータ34を第1〜第3実施形態のモータ制御装置によって駆動制御する。
At the time of heating, the four-
以上のように構成される第3実施形態によれば、空気調和機30におけるヒートポンプシステム31を構成する圧縮機32のモータ34を、実施形態のモータ制御装置により駆動制御することで、空気調和機30の運転効率を向上させることができる。
According to the third embodiment configured as described above, the
(第4実施形態)
図8及び図9に示す第4実施形態は、モータ制御装置を洗濯乾燥機のドラムモータ及び/又は圧縮機モータに適用した場合を示す。図8は、ドラム式洗濯乾燥機51の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。ドラム式洗濯乾燥機51の外殻を形成する外箱52は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口53を有しており、この洗濯物出入口53は、ドア54により開閉される。外箱52の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽55が配置されており、この水槽45の背面中央部にはモータ50のステータがねじ止めにより固着されている。モータ50の回転軸56は、後端部,図8では右側の端部がモータ50のロータの軸取付部に固定されており、前端部,図8では左側の端部が水槽55内に突出している。
Fourth Embodiment
The fourth embodiment shown in FIGS. 8 and 9 shows the case where the motor control device is applied to a drum motor and / or a compressor motor of a washing and drying machine. FIG. 8 is a longitudinal side view schematically showing an internal configuration of the drum-type washing and drying
回転軸56の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム57が水槽55に対して同軸状となるように固定されており、このドラム57は、モータ50の駆動によりロータ及び回転軸56と一体的に回転する。なお、ドラム57には、空気および水を流通可能な複数の流通孔58と、ドラム57内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル59が設けられている。水槽55には給水弁60が接続されており、当該給水弁60が開放されると、水槽55内に給水される。また、水槽55には排水弁61を有する排水ホース62が接続されており、当該排水弁61が開放されると、水槽55内の水が排出される。
At the front end of the
水槽55の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト63が設けられている。この通風ダクト63の前端部は前部ダクト64を介して水槽55内に接続されており、後端部は後部ダクト65を介して水槽55内に接続されている。通風ダクト63の後端部には、送風ファン66が設けられており、この送風ファン66の送風作用により、水槽55内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト64から通風ダクト63内に送られ、後部ダクト65を通して水槽55内に戻されるようになっている。
Below the
通風ダクト63内部の前端側には蒸発器67が配置されており、後端側には凝縮器68が配置されている。これら蒸発器67及び凝縮器68は、図9に示すように圧縮機69および絞り弁70と共にヒートポンプ71を構成しており、通風ダクト63内を流れる空気は、蒸発器67により除湿され凝縮器68により加熱されて、水槽55内に循環される。絞り弁70は膨張弁から成り、開度調整機能を有している。
An
外箱52の前面にはドア54の上方に位置して操作パネル72が設けられており、この操作パネル72には運転コースなどを設定するための図示しない複数の操作スイッチが設けられている。操作パネル72は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機51の運転全般を制御する制御回路部(図示せず)に接続されており、当該制御回路部は、操作パネル72を介して設定された内容に従って、モータ50、給水弁60、排水弁61、圧縮機69、絞り弁70などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。そして、モータ50及び/又は圧縮機69を構成する圧縮機モータを第1又は第2実施形態のモータ制御装置によって駆動制御する。
An
以上のように構成される第4実施形態によれば、洗濯乾燥機51におけるドラム回転用のモータ50及び/又はヒートポンプシステム71を構成する圧縮機69のモータを、実施形態のモータ制御装置により駆動制御することで、洗濯乾燥機51の運転効率を向上させることができる。
According to the fourth embodiment configured as described above, the motor control device according to the embodiment drives the
(その他の実施形態)
3相のPWM信号を各実施形態のように発生させるためには、3種類のキャリアを用いることに限らず、位相シフト機能等を利用しても良いし、1種のキャリアのデューティ設定タイミングや、パルス発生の比較極性等を変更するなどの方法を利用しても良い。
電流変化量検出部8が、キャリア周期内で3相の電流を検出するタイミングは、必ずしもキャリアのレベルが最小又は最大を示す位相を基準とする必要はなく、3相の電流を検出可能な範囲でキャリアの任意の位相に基づいて設定すれば良い。
(Other embodiments)
In order to generate a three-phase PWM signal as in each embodiment, the phase shift function or the like may be used without being limited to the use of three types of carriers, or the duty setting timing of one type of carrier may be used. Alternatively, methods such as changing the comparison polarity of pulse generation may be used.
The timing at which the current
また、電流を検出するタイミングは、PWMキャリアの周期に一致させる必要はなく、例えばキャリア周期の2倍や4倍の周期で検出を行っても良い。したがって、電流変化量検出部8に入力する電流検出タイミング信号は、キャリアから得られた信号そのものである必要はなく、別個のタイマで生成した信号であっても良い。
電流検出部はシャント抵抗でもCTでも良い。
スイッチング素子はMOSFET,IGBT,パワートランジスタ、SiC,GaN等のワイドギャップ半導体等を使用しても良い。
Further, the timing for detecting the current does not have to coincide with the period of the PWM carrier, and for example, the detection may be performed with a period twice or four times the carrier period. Therefore, the current detection timing signal input to the current change
The current detection unit may be a shunt resistor or a CT.
The switching element may be a MOSFET, an IGBT, a power transistor, or a wide gap semiconductor such as SiC or GaN.
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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
図面中、1は直流電源、2は永久磁石同期モータ、3はインバータ回路、4はNチャネルMOSFET、5はPWM生成部、7は電流検出部、8は電流変化量検出部、9は検出タイミング信号生成部、10は回転位置演算部を示す。
In the drawing, 1 is a DC power supply, 2 is a permanent magnet synchronous motor, 3 is an inverter circuit, 4 is an N channel MOSFET, 5 is a PWM generation unit, 7 is a current detection unit, 8 is a current change detection unit, 9 is detection
Claims (6)
前記同期電動機の回転位置に追従するように3相のPWM信号パターンを生成するPWM生成部と、
前記PWM信号の搬送波に基づいて、検出タイミング信号を生成する検出タイミング信号生成部と、
前記検出タイミング信号に応じて、前記電流検出部により検出される相電流の変化量を求める電流変化量検出部と、
3種類の電圧ベクトル期間に対応する前記変化量の大小関係を比較することで、前記同期電動機の回転位置を推定する回転位置推定部とを備え、
前記PWM生成部は、前記搬送波の1周期内において前記検出タイミング信号生成部により生成される固定された6点の検出タイミング信号に応じて、前記電流変化量検出部が3種類の電圧ベクトル期間に対応する相電流変化量を検出できるように、3相のPWM信号パターンを生成する同期電動機の回転位置推定装置。 A current detection unit that detects a phase current of the synchronous motor;
A PWM generation unit that generates a three-phase PWM signal pattern so as to follow the rotational position of the synchronous motor;
A detection timing signal generation unit that generates a detection timing signal based on the carrier wave of the PWM signal;
A current change amount detection unit for obtaining a change amount of the phase current detected by the current detection unit according to the detection timing signal;
A rotational position estimation unit configured to estimate a rotational position of the synchronous motor by comparing magnitude relationships of the change amounts corresponding to three types of voltage vector periods ;
The PWM generation unit is configured such that the current change amount detection unit detects three types of voltage vector periods according to the fixed six detection timing signals generated by the detection timing signal generation unit within one cycle of the carrier wave. A synchronous motor rotation position estimation device that generates a three-phase PWM signal pattern so that a corresponding phase current change amount can be detected.
他の1相については、前記搬送波周期の任意の位相を基準として遅れ側,進み側の一方向にデューティを増減させ、
残りの1相については、前記搬送波周期の任意の位相を基準として前記方向とは逆方向にデューティを増減させる請求項1記載の同期電動機の回転位置推定装置。 The PWM generation unit increases or decreases the duty in one of the delay side and the lead side with respect to an arbitrary phase of the carrier wave period with respect to one of three phases of PWM signals.
For one other phase, the duty is increased or decreased in one direction on the delay side or the lead side with reference to an arbitrary phase of the carrier cycle,
The rotational position estimation device for a synchronous motor according to claim 1, wherein the duty is increased or decreased in the opposite direction to the direction with reference to an arbitrary phase of the carrier wave for the remaining one phase.
他の1相については、前記三角波の振幅が最大又は最小を示す位相に、振幅が最大を示す位相が一致する鋸歯状波を搬送波として使用し、
残りの1相については、前記鋸歯状波に対して逆相となる鋸歯状波を搬送波として使用し、
前記各相の基準を、各搬送波振幅の最大値又は最小値が全て一致する位相に基づいて設定する請求項3記載の同期電動機の回転位置推定装置。 The PWM generation unit uses a triangular wave as a carrier for one of the three-phase PWM signals,
For the other one phase, a sawtooth wave whose phase coincides with the maximum amplitude is used as a carrier wave as a phase whose amplitude indicates the maximum or minimum amplitude of the triangular wave,
For the remaining one phase, a sawtooth wave that is antiphase to the sawtooth wave is used as a carrier,
The rotational position estimation device for a synchronous motor according to claim 3, wherein the reference of each phase is set based on a phase in which the maximum value or the minimum value of each carrier wave amplitude is the same.
3相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を所定のPWM信号パターンに従いオンオフ制御することで、直流を3相交流に変換して前記同期電動機を駆動するインバータ回路と、
請求項1から4の何れか一項に記載の回転位置推定装置とを備え、前記同期電動機が発生する回転駆動力により空調運転を行う空調機。 Synchronous motor,
An inverter circuit that converts a direct current into a three-phase alternating current to drive the synchronous motor by on-off controlling a plurality of switching elements connected in a three-phase bridge according to a predetermined PWM signal pattern;
An air conditioner comprising the rotational position estimation device according to any one of claims 1 to 4 and performing an air conditioning operation by a rotational driving force generated by the synchronous motor.
3相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を所定のPWM信号パターンに従いオンオフ制御することで、直流を3相交流に変換して前記同期電動機を駆動するインバータ回路と、
請求項1から4の何れか一項に記載の回転位置推定装置とを備え、前記同期電動機が発生する回転駆動力により洗濯運転を行う洗濯機。
Synchronous motor,
An inverter circuit that converts a direct current into a three-phase alternating current to drive the synchronous motor by on-off controlling a plurality of switching elements connected in a three-phase bridge according to a predetermined PWM signal pattern;
A washing machine comprising the rotational position estimation device according to any one of claims 1 to 4, and performing a washing operation by a rotational driving force generated by the synchronous motor.
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