JP6718356B2 - Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device - Google Patents

Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device Download PDF

Info

Publication number
JP6718356B2
JP6718356B2 JP2016203528A JP2016203528A JP6718356B2 JP 6718356 B2 JP6718356 B2 JP 6718356B2 JP 2016203528 A JP2016203528 A JP 2016203528A JP 2016203528 A JP2016203528 A JP 2016203528A JP 6718356 B2 JP6718356 B2 JP 6718356B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
phase
pwm signal
current
rotor position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016203528A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018067981A (en
Inventor
達也 前川
達也 前川
雅也 野木
雅也 野木
嘉隆 内山
嘉隆 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Carrier Corp
Original Assignee
Toshiba Carrier Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Carrier Corp filed Critical Toshiba Carrier Corp
Priority to JP2016203528A priority Critical patent/JP6718356B2/en
Publication of JP2018067981A publication Critical patent/JP2018067981A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6718356B2 publication Critical patent/JP6718356B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明の実施形態は、3相モータをPWM制御するモータ制御装置,及びそのモータ制御装置を備えるヒートポンプ式冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a motor control device that PWM-controls a three-phase motor, and a heat pump type refrigeration cycle device including the motor control device.

例えば特許文献1には、モータが外力によって回転している状態から起動を開始するため、インバータ回路によりゼロベクトル通電を行い、モータの回転を停止させてから起動する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique of starting a motor in a state in which the motor is rotating by an external force, so that zero vector energization is performed by an inverter circuit to stop the rotation of the motor before starting.

特開2000−125584号公報JP 2000-125584 A

ところで、モータが外力によって回転している状態から起動する際に、事前に回転方向及びロータ位置を判別できればモータの回転を停止させずとも起動できる。しかしながら、モータの相電流を、インバータ回路の直流部に挿入した1つの抵抗素子,つまり1シャント方式により検出する構成を前提にすると、ゼロベクトル通電では各相電流が検出できないという問題がある。 By the way, when the motor is started from the state of being rotated by an external force, if the rotation direction and the rotor position can be determined in advance, the motor can be started without stopping the rotation. However, assuming a configuration in which the phase current of the motor is detected by one resistance element inserted in the DC portion of the inverter circuit, that is, one shunt method, there is a problem that each phase current cannot be detected by zero vector energization.

そこで、1シャント方式により電流を検出する構成でも、モータが外力によって回転している状態での回転方向を判別できるモータ制御装置,及びその装置を備えるヒートポンプ式冷凍サイクル装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a motor control device capable of discriminating the rotation direction in the state in which the motor is rotated by an external force even with a configuration in which the current is detected by the one-shunt method, and a heat pump refrigeration cycle device including the device.

実施形態のモータ制御装置は、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相交流に変換するインバータ回路を介してモータを駆動するものにおいて、
前記インバータ回路の直流側に接続され、電流値に対応する信号を発生する電流検出素子と、前記モータの相電流に基づいてロータ位置を決定するロータ位置決定部と、前記ロータ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信号生成部と、
前記電流検出素子に発生した信号と前記PWM信号パターンとに基づいて、前記モータの相電流を検出する電流検出部とを備え、
前記PWM信号生成部は、各相のオン時間を同じとし、少なくとも2つのPWMパルスのオンタイミングをシフトさせることで、前記電流検出部が、前記PWM信号の搬送波周期内で2相の電流を検出可能となるようにゼロベクトルに対応する3相のPWM信号パターンを生成し、
前記モータの起動を開始する前に、前記PWM信号生成部に前記ゼロベクトルに対応するPWM信号パターンを出力させ、その際に検出される電流に基づいて前記モータの回転方向を判別する回転方向判別部を更に備える。
前記PWM信号生成部は、前記回転方向判別部による前記回転方向の判別後に、前記電流検出素子により検出される電流値が「0」となるようにPWM信号をフィードバック制御し、
前記ロータ位置決定部は、前記電流検出素子により検出される電流値がゼロとなった状態において、ロータ位置を決定する。
The motor control device of the embodiment drives the motor through an inverter circuit that converts direct current into three-phase alternating current by performing on/off control of a plurality of switching elements connected in three-phase bridge according to a predetermined PWM signal pattern. ,
A current detection element that is connected to the DC side of the inverter circuit and that generates a signal corresponding to a current value, a rotor position determination unit that determines the rotor position based on the phase current of the motor, and to follow the rotor position. A PWM signal generator that generates a three-phase PWM signal pattern,
A current detection unit that detects a phase current of the motor based on the signal generated in the current detection element and the PWM signal pattern,
The PWM signal generation unit sets the ON time of each phase to be the same and shifts the ON timing of at least two PWM pulses, so that the current detection unit detects the currents of two phases within the carrier wave cycle of the PWM signal. Generate a three-phase PWM signal pattern corresponding to the zero vector as possible,
Before the start of the motor is started, the PWM signal generation unit is caused to output a PWM signal pattern corresponding to the zero vector, and a rotation direction determination is performed to determine the rotation direction of the motor based on the current detected at that time. Further comprises a section.
The PWM signal generation unit feedback-controls the PWM signal so that the current value detected by the current detection element becomes “0” after the rotation direction determination unit determines the rotation direction.
The rotor position determination unit determines the rotor position when the current value detected by the current detection element is zero.

また、実施形態のヒートポンプ式冷凍サイクル装置は、ファンモータと、このファンモータを制御する上述のモータ制御装置とを備える。 The heat pump refrigeration cycle apparatus of the embodiment includes a fan motor and the above-described motor control device that controls the fan motor.

第1実施形態であり、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図It is 1st Embodiment and is a functional block diagram which shows the structure of a motor control apparatus. ヒートポンプ式冷凍サイクル装置の構成を示す図The figure which shows the structure of a heat pump type refrigeration cycle device. 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で表した図Space vector representing the ON state of the switching elements that make up the inverter circuit PWMデューティパルスをシフトする技術を説明する図The figure explaining the technique which shifts a PWM duty pulse 各相パルスをシフトしたゼロベクトルPWMパルスの実際の波形を観測した一例を示す図The figure which shows an example which observed the actual waveform of the zero vector PWM pulse which shifted each phase pulse. モータが順方向,逆方向に回転してい場合の各相電流の波形を示す図Diagram showing the waveform of each phase current when the motor is rotating in the forward and reverse directions ファンモータの回転数を推定する処理内容を示すフローチャートThe flowchart which shows the processing content which estimates the rotation speed of a fan motor. 回転方向の判別からモータの起動までの処理を示す状態遷移図State transition diagram showing processing from rotation direction determination to motor startup モータが順方向に回転している場合の推定回転数とU相電流Iuの波形とを示す図The figure which shows the estimated rotation speed when the motor is rotating in the forward direction, and the waveform of the U-phase current Iu. モータが逆方向に回転している場合の推定回転数とU相電流Iuの波形とを示す図The figure which shows the estimated rotation speed when the motor is rotating in the reverse direction, and the waveform of the U-phase current Iu.

以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。図2において、ヒートポンプ式冷凍サイクル装置1を構成する圧縮機2は、圧縮部3とモータ4を同一の密閉容器5内に収容して構成され、モータ4のロータシャフトが圧縮部3に連結されている。そして、圧縮機2、四方弁6、室内熱交換器7、減圧装置8、室外熱交換器9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2は、例えばロータリ型の圧縮機であり、モータ4は、例えば3相IPM(Interior Permanent Magnet)モータ,ブラシレスDCモータである。空気調和機Eは、上記のヒートポンプシステム1を有して構成されている。 Hereinafter, one embodiment will be described with reference to the drawings. In FIG. 2, a compressor 2 constituting a heat pump type refrigeration cycle device 1 is configured by accommodating a compression unit 3 and a motor 4 in the same hermetic container 5, and a rotor shaft of the motor 4 is connected to the compression unit 3. ing. The compressor 2, the four-way valve 6, the indoor heat exchanger 7, the pressure reducing device 8, and the outdoor heat exchanger 9 are connected by a pipe serving as a heat transfer medium flow path so as to form a closed loop. The compressor 2 is, for example, a rotary type compressor, and the motor 4 is, for example, a three-phase IPM (Interior Permanent Magnet) motor or a brushless DC motor. The air conditioner E is configured to include the heat pump system 1 described above.

暖房時には、四方弁6は実線で示す状態にあり、圧縮機2の圧縮部3で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室内熱交換器7に供給されて凝縮し、その後、減圧装置8で減圧され、低温となって室外熱交換器9に流れ、ここで蒸発して圧縮機2へと戻る。一方、冷房時には、四方弁6は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機2の圧縮部3で圧縮された高温冷媒は、四方弁6から室外熱交換器9に供給されて凝縮し、その後、減圧装置8で減圧され、低温となって室内熱交換器7に流れ、ここで蒸発して圧縮機2へと戻る。室外熱交換器9は、暖房時には蒸発器として、冷房運転時には凝縮器として機能し、室内熱交換器7は、逆に、暖房時には凝縮器として、冷房運転時には蒸発器として機能するようになっている。 At the time of heating, the four-way valve 6 is in the state shown by the solid line, and the high-temperature refrigerant compressed in the compression section 3 of the compressor 2 is supplied from the four-way valve 6 to the indoor heat exchanger 7 and condensed, and then the decompression device 8 Then, the pressure is reduced, and the temperature becomes low and flows into the outdoor heat exchanger 9, where it evaporates and returns to the compressor 2. On the other hand, during cooling, the four-way valve 6 is switched to the state shown by the broken line. Therefore, the high-temperature refrigerant compressed in the compression unit 3 of the compressor 2 is supplied from the four-way valve 6 to the outdoor heat exchanger 9 to be condensed, and then decompressed by the decompression device 8 to become a low temperature and the indoor heat exchange is performed. It flows to the vessel 7, where it evaporates and returns to the compressor 2. The outdoor heat exchanger 9 functions as an evaporator during heating and as a condenser during cooling operation, and the indoor heat exchanger 7 conversely functions as a condenser during heating and as an evaporator during cooling operation. There is.

そして、室内側、室外側の各熱交換器7,9には、それぞれファン10,11により送風が行われ、その送風によって各熱交換器7,9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。室外側の熱交換器9に送風を行うファン11は、ファンモータ12により駆動される。ファンモータ12は、例えばモータ4と同様のブラシレスDCモータである。 Air is blown by the fans 10 and 11 to the heat exchangers 7 and 9 on the indoor side and the outdoor side, respectively, and the heat exchange between the heat exchangers 7 and 9 and the indoor air and the outdoor air is efficiently performed by the air blowing. It is designed to be well done. A fan 11 that blows air to the outdoor heat exchanger 9 is driven by a fan motor 12. The fan motor 12 is, for example, a brushless DC motor similar to the motor 4.

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。直流電源部21は、直流電源のシンボルで示しているが、商用交流電源から直流電源を生成している場合には、整流回路や平滑コンデンサ等を含んでいる。直流電源部21には、正側母線22a,負側母線22bを介してインバータ回路23が接続されているが、負側母線22b側には電流検出素子であるシャント抵抗24が挿入されている。すなわち、いわゆる1シャント電流検出方式が用いられている。インバータ回路23は、スイッチング素子として例えばNチャネル型のパワーMOSFET25(U+,V+,W+,U−,V−,W−)を3相ブリッジ接続して構成されており、各相の出力端子はモータ12の各相巻線にそれぞれ接続されている。 FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the motor control device. Although the DC power supply unit 21 is shown by the symbol of the DC power supply, when the DC power supply is generated from the commercial AC power supply, it includes a rectifying circuit, a smoothing capacitor, and the like. An inverter circuit 23 is connected to the DC power supply unit 21 via a positive side bus 22a and a negative side bus 22b, and a shunt resistor 24 which is a current detection element is inserted on the side of the negative side bus 22b. That is, the so-called one-shunt current detection method is used. The inverter circuit 23 is configured by connecting N-channel power MOSFETs 25 (U+, V+, W+, U-, V-, W-) as a switching element in a three-phase bridge connection, and the output terminal of each phase is a motor. Each of the 12 phase windings is connected.

電流検出素子であるシャント抵抗24の端子電圧は電流値に対応した信号であり、電流検出部27により検出される。電流検出部27は、前記端子電圧をA/D変換して読み込むと、インバータ回路3に出力される3相のPWM信号パターンに基づいてU,V,W各相の電流Iu,Iv,Iwを検出する。電流検出部27が検出した各相電流は、ベクトル演算部30に入力される。 The terminal voltage of the shunt resistor 24, which is a current detection element, is a signal corresponding to the current value and is detected by the current detection unit 27. When the current detection unit 27 A/D-converts and reads the terminal voltage, the currents Iu, Iv, and Iw of the U, V, and W phases are calculated based on the PWM signal pattern of the three phases output to the inverter circuit 3. To detect. The phase currents detected by the current detector 27 are input to the vector calculator 30.

ベクトル演算部30では、制御条件を設定するマイクロコンピュータ等の機能部分よりモータ12の回転速度指令ωrefが与えられると、推定したモータ12の実際の回転速度との差分に基づいてトルク電流指令Iqrefが生成される。ベクトル演算部30内にある図示しないロータ位置決定部は、モータ12の各相電流Iu,Iv,Iw及びその時点で出力しているPWM信号からモータ12のロータ位置θを決定(推定)する。そのロータ位置θを用いるベクトル制御演算によりトルク電流Iq,界磁電流Idが算出される。トルク電流指令Iqrefとトルク電流Iqとの差分に対して例えばPI制御演算が行われ、電圧指令Vqが生成される。界磁電流Id側についても同様に処理されて電圧指令Vdが生成され、電圧指令Vq,Vdが上記ロータ位置θを用いて三相電圧Vu,Vv,Vwに変換される。三相電圧Vu,Vv,Vwは、DUTY生成部31に入力され、各相のPWM信号を生成するためのデューティU_DUTY,V_DUTY,W_DUTYが決定される。 In the vector calculation unit 30, when the rotation speed command ωref of the motor 12 is given from a functional part such as a microcomputer that sets the control condition, the torque current command Iqref is calculated based on the difference from the estimated actual rotation speed of the motor 12. Is generated. A rotor position determination unit (not shown) in the vector calculation unit 30 determines (estimates) the rotor position θ of the motor 12 from the phase currents Iu, Iv, Iw of the motor 12 and the PWM signal output at that time. The torque current Iq and the field current Id are calculated by vector control calculation using the rotor position θ. For example, the PI control calculation is performed on the difference between the torque current command Iqref and the torque current Iq to generate the voltage command Vq. The field command Id side is similarly processed to generate the voltage command Vd, and the voltage commands Vq, Vd are converted into the three-phase voltages Vu, Vv, Vw using the rotor position θ. The three-phase voltages Vu, Vv, Vw are input to the DUTY generation unit 31, and the duties U_DUTY, V_DUTY, W_DUTY for generating the PWM signal of each phase are determined.

各相デューティU,V,W_DUTYは、PWM信号生成部32に与えられ、搬送波,キャリアとのレベルが比較されることで2相又は3相PWM信号が生成される。また、2相又は3相PWM信号を反転させた下アーム側の信号も生成されて、必要に応じてデッドタイムが付加された後、それらが駆動回路33に出力される。尚、べクトル制御部30及びDUTY生成部31も、特許請求の範囲のPWM信号生成部に相当する。 Each phase duty U, V, W_DUTY is given to the PWM signal generation unit 32, and a two-phase or three-phase PWM signal is generated by comparing the levels of the carrier wave and the carrier. Further, a signal on the lower arm side, which is an inversion of the two-phase or three-phase PWM signal, is also generated, and a dead time is added if necessary, and then the signals are output to the drive circuit 33. The vector control unit 30 and the DUTY generation unit 31 also correspond to the PWM signal generation unit in the claims.

駆動回路33は、与えられたPWM信号に従い、インバータ回路23を構成する6つのFET25(U+,V+,W+,U−,V−,W−)の各ゲートに、ゲート信号を出力する。尚、上アーム側については、必要なレベルだけ昇圧した電位で出力する。尚、以上において、駆動回路33を除く構成27〜34の機能は、CPUを含むマイクロコンピュータのハードウェア及びソフトウェアにより実現される機能である。また、ベクトル演算部30は、回転方向判別部に相当する。 The drive circuit 33 outputs a gate signal to each gate of the six FETs 25 (U+, V+, W+, U−, V−, W−) forming the inverter circuit 23 according to the given PWM signal. The upper arm side outputs at a potential boosted by a required level. In the above, the functions of the configurations 27 to 34 excluding the drive circuit 33 are the functions realized by the hardware and software of the microcomputer including the CPU. The vector calculation unit 30 corresponds to a rotation direction determination unit.

図3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。例えばベクトルV1(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。これらの内、V0(0,0,0)及びV7(1,1,1)がゼロベクトルである。 FIG. 3 shows the ON state of the switching elements forming the inverter circuit by a method called a space vector. For example, the vector V1 (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. Exists. Of these, V0 (0,0,0) and V7 (1,1,1) are zero vectors.

本実施形態では、室外側の熱交換器9に配置されているファン11が風を受けてファンモータ12が外力により回転している場合に、その回転方向を起動前に判別するためゼロベクトルV7(1,1,1)を用いる。その際に、各相のPWMデューティパルス(オンパルス)をシフトする技術を適用する。 In the present embodiment, when the fan 11 arranged in the outdoor heat exchanger 9 receives wind and the fan motor 12 is rotated by an external force, the zero vector V7 is used to determine the rotation direction before starting. (1,1,1) is used. At that time, a technique of shifting the PWM duty pulse (on-pulse) of each phase is applied.

図4(a)は、一般的なゼロベクトルV7に対応する3相PWMパルスである。この3相PWMパルスでは、3相のすべてのパルスが同じタイミングで同じ時間幅を有しているため、各相電流を検出することができない。そこで、本実施形態では、1シャント電流検出方式において、固定した2点の検出タイミングで2相の電流を検出できるように、図4(b)に示すように、図4(a)中の同じ時間幅を有する3相PWMパルスの各オン時間は変更せず、それぞれのPWMパルスのオンタイミングをずらす、すなわち、シフトさせる。 FIG. 4A shows a three-phase PWM pulse corresponding to a general zero vector V7. In this three-phase PWM pulse, since all the three-phase pulses have the same timing and the same time width, it is impossible to detect each phase current. Therefore, in the present embodiment, in the one-shunt current detection method, as shown in FIG. 4B, the same in FIG. 4A so that the two-phase currents can be detected at the fixed two detection timings. Each on-time of the three-phase PWM pulse having a time width is not changed, and the on-timing of each PWM pulse is shifted, that is, shifted.

この例では、V相はオンタイミングの位相はそのままとし、U相はボトムを基準として遅れ位相側にシフトさせ、W相はボトムを基準として進み位相側にシフトさせている。これにより、図中に示す2点の検出タイミングA,Bで2相の電流を検出できる。この際、各相のPWMパルスのオン時間は同じであるため、実質的にゼロベクトル出力となっている。なお、各相のPWMパルスのオン時間はできるだけ同一であることが望ましいが、制御タイミング等の極僅かなずれは許容され、実質的に同一であればよい。 In this example, the V phase is left as it is at the on-timing phase, the U phase is shifted to the delayed phase side with respect to the bottom, and the W phase is shifted to the advanced phase side with respect to the bottom. As a result, two-phase currents can be detected at the two detection timings A and B shown in the figure. At this time, the PWM pulse of each phase has the same on-time, so that the output is substantially a zero vector. Although it is desirable that the ON time of the PWM pulse of each phase be the same as much as possible, a slight deviation such as control timing is allowed, and it may be substantially the same.

図5は、実際の波形の観測結果を一例として示しており、この例では、何れもボトムを基準としてU相は移動(シフト)させず、V相は遅れ位相側に、W相は進み位相側にシフトさせている。 FIG. 5 shows an actual waveform observation result as an example. In this example, the U phase is not moved (shifted) with the bottom as a reference, the V phase is on the delayed phase side, and the W phase is on the advanced phase side. It is shifting to the side.

図6に示すように、3相モータが外力により回転している際に検出される各相電流の大小関係は、順方向と逆方向とで異なる。したがって、各相電流を少なくとも1/6周期以内の近接する2点で検出できれば、各相電流の大小関係及び各相電流の増減変化から起動前の回転方向を判別できる。また、この時に各相電流の値からある程度のロータの回転位置も推定できるため、2点の回転位置の変化からも、起動前の回転方向を判別できる。本実施形態においては、2点のロータの回転位置の推定結果に基づく位置変化から起動前の回転方向を判別している。 As shown in FIG. 6, the magnitude relationship of the phase currents detected when the three-phase motor is rotating by an external force is different in the forward direction and the reverse direction. Therefore, if each phase current can be detected at two adjacent points within at least ⅙ cycle, the rotation direction before starting can be determined from the magnitude relationship of each phase current and the increase/decrease change of each phase current. Further, at this time, since the rotational position of the rotor can be estimated to some extent from the value of each phase current, the rotational direction before the start can be discriminated also from the change in the rotational positions of two points. In the present embodiment, the rotation direction before starting is determined from the position change based on the estimation result of the rotation positions of the two rotors.

図7は、ファンモータ12を起動する前に行う回転数の推定処理を示すフローチャートである。先ず、1回目のゼロベクトルを出力して(S1)U,V,Wの各相電流を検出し(S2)、その時点のロータ位置を推定する(S3)。尚、第3相の電流は、検出した2相の電流から演算で求める。続くステップS4〜S6は、2回目のゼロベクトル出力に対応してステップS1〜S3と同様の処理を行う。 FIG. 7 is a flowchart showing a rotation speed estimation process performed before the fan motor 12 is started. First, the first zero vector is output (S1), the U, V, and W phase currents are detected (S2), and the rotor position at that time is estimated (S3). The third-phase current is calculated from the detected two-phase current. In subsequent steps S4 to S6, the same processing as steps S1 to S3 is performed corresponding to the second zero vector output.

次のステップS7では、ステップS3の前回位置と、ステップS6の今回位置との差からモータ12の回転方向,ロータ回転位置及び回転数を推定する。そして、推定されたモータ12の回転方向,回転数及び回転方向から、ベクトル演算した各相デューティU,V,W_DUTYに基づきPWM信号を出力する。このPWM信号を供給した結果、各相電流が「0」になるように各相デューティU,V,W_DUTYを調整していく。例えば、最初のPWM信号の後に、各相デューティU,V,W_DUTYが大きくなるように調整したPWM信号を出力した結果、各相電流が増加すれば次から各相デューティU,V,W_DUTYを徐々に減少させ、逆に各相電流が減少すれば次から各相デューティU,V,W_DUTYを徐々に増加させる。このように各相デューティU,V,W_DUTYを変更していくことで電流が「0」になるまで調整を繰り返す。 In the next step S7, the rotational direction of the motor 12, the rotor rotational position and the rotational speed are estimated from the difference between the previous position in step S3 and the current position in step S6. Then, a PWM signal is output from the estimated rotation direction, rotation speed, and rotation direction of the motor 12 based on the vector-calculated phase duties U, V, and W_DUTY. As a result of supplying this PWM signal, each phase duty U, V, W_DUTY is adjusted so that each phase current becomes "0". For example, as a result of outputting a PWM signal adjusted so that each phase duty U, V, W_DUTY becomes large after the first PWM signal, if each phase current increases, then each phase duty U, V, W_DUTY gradually increases. If the current of each phase decreases, the duty U, V, W_DUTY of each phase is gradually increased from the next. By changing the duty U, V, W_DUTY of each phase in this way, the adjustment is repeated until the current becomes “0”.

すなわち、シャント抵抗24により検出される電流が「0」になるベクトルとなるようなPWM信号でインバータ回路23をスイッチングして(S8)、各相電流を検出し(S9)、その時点のロータ位置を推定する(S10)。以降は、起動前の回転数推定時間として設定されている時間が経過するまで(S11;NO)、ステップS8に戻りフィードバック制御を継続する。 That is, the inverter circuit 23 is switched by the PWM signal such that the current detected by the shunt resistor 24 becomes a vector of "0" (S8), each phase current is detected (S9), and the rotor position at that time is detected. Is estimated (S10). After that, until the time set as the rotation speed estimation time before activation elapses (S11; NO), the process returns to step S8 and the feedback control is continued.

この結果、最終的にステップS11で「YES」となる時間では、電流が「0」になるPWM信号が出力されている状態となっている。ここで、電流が「0」になるということは、PWM信号の出力と外力が釣り合った状態となっていることを示している。したがって、この状態で用いられているロータ位置決定部におけるロータ位置の推定値は、正確にその時のロータ位置を示しているものと考えることができる。 As a result, at the time when "YES" is finally obtained in step S11, the PWM signal in which the current is "0" is output. Here, the fact that the current becomes “0” indicates that the output of the PWM signal and the external force are in balance. Therefore, it can be considered that the estimated value of the rotor position in the rotor position determining unit used in this state accurately indicates the rotor position at that time.

図8は、回転方向の判別からモータ12の起動までの処理を示す状態遷移図である。上位の制御装置などからモータ起動指令が与えられると、起動開始前に上述したステップS7で、モータ12の回転方向の判別が実施される。続いて、順回転,逆回転の何れの場合も、ステップS11において所定時間が経過(YES)したところで、その直前のステップS10におけるロータ位置推定に基づきモータ12の回転数が推定され、その回転数から必要な風量が確保されているか否かを判別する。ヒートポンプ式冷凍サイクル装置1においては、外力,つまり外風によって装置に必要な風量が確保できていれば、モータ12を起動する必要が無いのでそのまま放置する。その方が省エネにもなる。 FIG. 8 is a state transition diagram showing processing from the determination of the rotation direction to the activation of the motor 12. When a motor start command is given from a host controller or the like, the rotation direction of the motor 12 is determined in step S7 described above before starting the start. Then, in both forward rotation and reverse rotation, when the predetermined time has passed (YES) in step S11, the rotation speed of the motor 12 is estimated based on the rotor position estimation in step S10 immediately before that, and the rotation speed is determined. From the above, it is determined whether or not the required air volume is secured. In the heat pump refrigeration cycle apparatus 1, if the amount of air required for the apparatus can be secured by the external force, that is, the outside air, the motor 12 does not need to be started and is left as it is. It also saves energy.

一方、順回転で風量が不足している場合は、モータ12の回転を停止させることなく、回転状態を維持しながら駆動を開始する。具体的には、ステップS11で所定時間が経過(YES)した時点、すなわち、ロータ位置とPWM信号が同期している状態から、モータ12が目標とする回転数に徐々に増速するようにベクトル演算を行い各相デューティU,V,W_DUTYを算出して、算出結果に応じたPWM信号を出力して行く。図9は、このケースに対応する推定回転数とU相電流Iuの波形とを示す。 On the other hand, when the air volume is insufficient due to the forward rotation, the driving is started while maintaining the rotation state without stopping the rotation of the motor 12. Specifically, from the time when the predetermined time has elapsed (YES) in step S11, that is, from the state where the rotor position and the PWM signal are synchronized, the vector is set so that the motor 12 gradually increases its speed to a target rotation speed. Calculation is performed to calculate each phase duty U, V, W_DUTY, and a PWM signal according to the calculation result is output. FIG. 9 shows the estimated rotation speed and the waveform of the U-phase current Iu corresponding to this case.

これに対して、逆回転で風量が不足している場合は、ブレーキをかけるようなPWM信号を出力して、モータ12の回転を一旦停止させてから順方向に駆動する。具体的には、ステップS11で所定時間が経過(YES)した時点、すなわち、ロータ位置とPWM信号が同期している状態から、回転数に徐々に減少するようにブレーキをかけるようにベクトル演算を行い各相デューティU,V,W_DUTYを算出して、算出結果に応じたPWM信号を出力してモータ12を停止させ、その後、目標とする回転数に徐々に増速するようにベクトル演算により各相デューティU,V,W_DUTYを算出して、算出結果に応じたPWM信号を出力して行く。図10は、このケースに対応する推定回転数とU相電流Iuの波形とを示す。 On the other hand, when the air volume is insufficient due to the reverse rotation, a PWM signal for braking is output to temporarily stop the rotation of the motor 12 and then drive the motor 12 in the forward direction. Specifically, from the time when a predetermined time has passed (YES) in step S11, that is, from the state where the rotor position and the PWM signal are synchronized, vector calculation is performed so that the brake is applied so as to gradually decrease to the rotation speed. The duty U, V, W_DUTY of each phase is calculated, a PWM signal corresponding to the calculation result is output to stop the motor 12, and then each vector calculation is performed to gradually increase the target rotation speed. The phase duty U, V, W_DUTY is calculated, and the PWM signal according to the calculation result is output. FIG. 10 shows the estimated rotation speed and the waveform of the U-phase current Iu corresponding to this case.

以上のように本実施形態によれば、電流検出部27は、インバータ回路23の直流側に接続されるシャント抵抗24が電流値に対応して発生した信号とPWM信号パターンとに基づいてモータ4の相電流Iu,Iv,Iwを検出し、ベクトル演算部30は相電流に基づいてロータ位置θを決定し、PWM信号生成部32と共に、ロータ位置θに追従するように2相又は3相のPWM信号パターンを生成する。 As described above, according to the present embodiment, the current detection unit 27 determines the motor 4 based on the signal generated by the shunt resistor 24 connected to the DC side of the inverter circuit 23 in accordance with the current value and the PWM signal pattern. Of the two-phase or three-phase so as to follow the rotor position θ together with the PWM signal generator 32. Generate a PWM signal pattern.

ファンモータ12の起動時には、PWM信号生成部32は、3相のPWM信号パターンについては、3相ともオン期間が同一で、何れか1相はそのままとし、他の1相は遅れ側,進み側の何れか一方向に、残りの1相は前記方向とは逆方向にオン信号をシフトさせたゼロベクトル信号を出力する。 When the fan motor 12 is started, the PWM signal generation unit 32 has the same ON period for all three phases of the PWM signal pattern of the three phases, one of the phases remains unchanged, and the other one of the phases is delayed or advanced. In any one of the two directions, the remaining one phase outputs a zero vector signal obtained by shifting the ON signal in the opposite direction to the above direction.

これにより、電流検出部27が、PWM信号のキャリア周期内で固定された2点のタイミングで2相の電流を検出可能となる3相のPWM信号パターンが生成される。ベクトル制御部30は、ファンモータ12の起動を開始する前に、PWM信号生成部32に前記PWM信号パターンを出力させ、その際に検出される電流に基づいてモータ12の回転方向を判別する。したがって、1シャント方式により電流を検出する構成においても、モータ12が外力によって回転している状態での回転方向を判別できる。 As a result, the current detection unit 27 generates a three-phase PWM signal pattern capable of detecting a two-phase current at two fixed timings within the carrier cycle of the PWM signal. The vector control unit 30 causes the PWM signal generation unit 32 to output the PWM signal pattern before starting the fan motor 12, and determines the rotation direction of the motor 12 based on the current detected at that time. Therefore, even in the configuration in which the current is detected by the one-shunt method, it is possible to determine the rotation direction when the motor 12 is rotating by the external force.

また、ベクトル制御部30は、モータ12の回転方向を判別した後で、シャント抵抗24により検出される電流値が「0」となるようにPWM信号パターンをフィードバック制御する。これにより、モータ12が外力を受けて回転している状態での回転数及びロータ位置を、より正確に推定できる。 Further, the vector control unit 30 performs feedback control of the PWM signal pattern so that the current value detected by the shunt resistor 24 becomes “0” after determining the rotation direction of the motor 12. This makes it possible to more accurately estimate the rotation speed and the rotor position when the motor 12 is receiving external force and rotating.

更に、ベクトル制御部30は、回転方向が「順」であればモータ12をそのまま順方向に起動させ、回転方向が「逆」であれば、モータ12の回転を停止させてから順方向に起動させる。したがって、モータ12が順方向に回転している際には、一旦モータ12を停止させることなく迅速に起動することができる。 Further, the vector control unit 30 starts the motor 12 as it is in the forward direction when the rotation direction is “forward”, and stops the rotation of the motor 12 and starts in the forward direction when the rotation direction is “reverse”. Let Therefore, when the motor 12 is rotating in the forward direction, the motor 12 can be quickly started without temporarily stopping it.

また、本実施形態のモータ制御装置を、圧縮機2と、室外熱交換器9と、減圧装置8と、室内熱交換器7とを備えるヒートポンプ式冷凍サイクル装置1を備える空気調和機Eに適用し、ファンモータ12を制御対象とするので、室外熱交換器9に配置されるファン11が風を受けて回転している状態を起動前に把握して、ファンモータ12を適切に起動することができる。 Further, the motor control device of the present embodiment is applied to the air conditioner E including the heat pump type refrigeration cycle device 1 including the compressor 2, the outdoor heat exchanger 9, the pressure reducing device 8 and the indoor heat exchanger 7. However, since the fan motor 12 is the control target, it is necessary to grasp the state in which the fan 11 arranged in the outdoor heat exchanger 9 is rotating by receiving wind before starting the fan motor 12 properly. You can

(その他の実施形態)
上記実施形態においては、ゼロベクトルV1を用いたが、ゼロベクトルV0を用いても良い。この場合、PWM周期の間に、3相すべての下側素子を同じ時間幅でオンさせる出力となる。
モータ制御装置の適用対象は、空気調和機やヒートポンプ式冷凍サイクル装置に限らない。また、駆動対象もファンモータに限らず、通電しなくとも外力により回転してしまうモータを対象とすることができる。
(Other embodiments)
Although the zero vector V1 is used in the above embodiment, the zero vector V0 may be used. In this case, during the PWM cycle, the output is such that the lower elements of all three phases are turned on in the same time width.
The application target of the motor control device is not limited to the air conditioner and the heat pump type refrigeration cycle device. Further, the drive target is not limited to the fan motor, and a motor that is rotated by an external force without being energized can be targeted.

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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples 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 spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

図面中、1はヒートポンプ式冷凍サイクル装置、7は室内熱交換器、8は減圧装置、9は室外熱交換器、23はインバータ回路、24はシャント抵抗、27は電流検出部、30はベクトル演算部、31はDUTY生成部、32はPWM信号生成部を示す。 In the drawing, 1 is a heat pump type refrigeration cycle device, 7 is an indoor heat exchanger, 8 is a decompression device, 9 is an outdoor heat exchanger, 23 is an inverter circuit, 24 is a shunt resistor, 27 is a current detection unit, and 30 is a vector operation. Reference numeral 31 denotes a DUTY generator, and 32 denotes a PWM signal generator.

Claims (3)

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相交流に変換するインバータ回路を介してモータを駆動するモータ制御装置において、
前記インバータ回路の直流側に接続され、電流値に対応する信号を発生する電流検出素子と、
前記モータの相電流に基づいてロータ位置を決定するロータ位置決定部と、
前記ロータ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信号生成部と、
前記電流検出素子に発生した信号と前記PWM信号パターンとに基づいて、前記モータの相電流を検出する電流検出部とを備え、
前記PWM信号生成部は、各相のオン時間を同じとし、少なくとも2つのPWMパルスのオンタイミングをシフトさせることで、前記電流検出部が、前記PWM信号の搬送波周期内で2相の電流を検出可能となるようにゼロベクトルに対応する3相のPWM信号パターンを生成し、
前記モータの起動を開始する前に、前記PWM信号生成部に前記ゼロベクトルに対応するPWM信号パターンを出力させ、その際に検出される電流に基づいて前記モータの回転方向を判別する回転方向判別部を更に備え
前記PWM信号生成部は、前記回転方向判別部による前記回転方向の判別後に、前記電流検出素子により検出される電流値が「0」となるようにPWM信号をフィードバック制御し、
前記ロータ位置決定部は、前記電流検出素子により検出される電流値がゼロとなった状態において、ロータ位置を決定するモータ制御装置。
A motor control device that drives a motor through an inverter circuit that converts direct current into three-phase alternating current by performing on/off control of a plurality of switching elements connected in a three-phase bridge according to a predetermined PWM signal pattern,
A current detection element connected to the DC side of the inverter circuit and generating a signal corresponding to a current value,
A rotor position determination unit that determines the rotor position based on the phase current of the motor;
A PWM signal generator that generates a three-phase PWM signal pattern so as to follow the rotor position;
A current detection unit that detects a phase current of the motor based on the signal generated in the current detection element and the PWM signal pattern,
The PWM signal generation unit sets the ON time of each phase to be the same and shifts the ON timing of at least two PWM pulses, so that the current detection unit detects the currents of two phases within the carrier wave cycle of the PWM signal. Generate a three-phase PWM signal pattern corresponding to the zero vector as possible,
Before the start of the motor is started, the PWM signal generation unit is caused to output a PWM signal pattern corresponding to the zero vector, and the rotation direction determination is performed to determine the rotation direction of the motor based on the current detected at that time. Further provided with
The PWM signal generation unit feedback-controls the PWM signal so that the current value detected by the current detection element becomes “0” after the rotation direction determination unit determines the rotation direction.
The motor control device, wherein the rotor position determination unit determines the rotor position in a state where the current value detected by the current detection element is zero .
前記回転方向が「順」であれば前記モータをそのまま順方向に起動させ、前記回転方向が「逆」であれば、前記モータの回転を停止させてから順方向に起動させる請求項1記載のモータ制御装置。 The direction of rotation is activated as a forward direction the motor if "forward", if the rotational direction is "reverse", claim 1 Symbol placement activates after stopping the rotation of the motor in the forward direction Motor controller. ファンモータと、
このファンモータを制御する請求項1又は2記載のモータ制御装置とを備えるヒートポンプ式冷凍サイクル装置。
A fan motor,
The motor control device according to claim 1 or 2, wherein controlling the fan motor and a heat pump type refrigeration cycle device comprising a.
JP2016203528A 2016-10-17 2016-10-17 Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device Active JP6718356B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016203528A JP6718356B2 (en) 2016-10-17 2016-10-17 Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016203528A JP6718356B2 (en) 2016-10-17 2016-10-17 Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018067981A JP2018067981A (en) 2018-04-26
JP6718356B2 true JP6718356B2 (en) 2020-07-08

Family

ID=62086385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016203528A Active JP6718356B2 (en) 2016-10-17 2016-10-17 Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6718356B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7089449B2 (en) * 2018-09-18 2022-06-22 東芝ライフスタイル株式会社 Inverter device for washing machine
JP7228486B2 (en) * 2019-07-11 2023-02-24 株式会社東芝 motor control system
CN112448619A (en) * 2019-09-04 2021-03-05 青岛海尔空调电子有限公司 Phase current detection method of motor based on PWM control and air conditioner
JP2021164278A (en) * 2020-03-31 2021-10-11 ミネベアミツミ株式会社 Motor controller, motor system, and motor control method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422356B2 (en) * 1998-02-13 2003-06-30 サンケン電気株式会社 Method and apparatus for detecting inertial rotation information of AC motor and motor driving method
JP3979771B2 (en) * 2000-08-10 2007-09-19 東洋電機製造株式会社 AC motor control device
JP5193421B2 (en) * 2005-12-09 2013-05-08 日立アプライアンス株式会社 Electric motor control device
JP5159465B2 (en) * 2008-06-24 2013-03-06 株式会社東芝 Motor control device and semiconductor integrated circuit device
JP5178799B2 (en) * 2010-09-27 2013-04-10 株式会社東芝 Motor control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018067981A (en) 2018-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6296930B2 (en) Motor control device and air conditioner
JP6165470B2 (en) Motor control device, heat pump system and air conditioner
JP5838038B2 (en) Motor control device
JP6718356B2 (en) Motor control device and heat pump type refrigeration cycle device
US20080072619A1 (en) Control device of motor for refrigerant compressor
US9692332B2 (en) Power conversion device
US20100148710A1 (en) Apparatus and method for controlling a bldc motor
JP2019140778A (en) Motor control device, open-phase detection device, and open-phase detection method for motor control device
JP2019176554A (en) Motor drive device
JP6246756B2 (en) Motor control device, heat pump system and air conditioner
JP2002247876A (en) Inverter device, compressor controlling device, freezer and air conditioner controlling device, motor controlling method, compressor, freezer and air conditioner
JP4804100B2 (en) Motor drive device, control method therefor, and air conditioner
CN107947667B (en) Rotation position estimation device for synchronous motor, air conditioner, and washing machine
JP2017131087A (en) Current sensor abnormality detection device
WO2012053148A1 (en) Inverter control device, electric compressor, and electric device
JP2008005592A (en) Motor drive device and storage device with the motor drive device
JP4197974B2 (en) Motor control device and motor control method
JP2004040861A (en) Driving-gear of motor
JP6480859B2 (en) Heat pump device, air conditioner and refrigerator
JP2003348885A (en) Method and apparatus for controlling permanent magnet synchronous motor
WO2018055820A1 (en) Motor control device and heat pump-type refrigeration cycle device
JP7150186B2 (en) Motor drive device, motor drive system and refrigeration cycle device
JP2003037988A (en) Method and device for driving brushless dc motor
JP2005094925A (en) Control method for brushless dc motor
JP2003333886A (en) Method and apparatus for driving permanent magnet type synchronous motor and air conditioner

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170216

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190613

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200407

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200423

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200519

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200612

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6718356

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150