JP7248456B2 - 制御装置、巻線切替モータシステム、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、関連する技術として、モータの巻線の接続状態を切り替えるときに、モータを一旦停止させた上で、巻線の接続状態を切り替え、その直後にモータを動作させることに関する技術が開示されている。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム1の構成について説明する。
巻線切替モータシステム1は、空気調和機の圧縮機などで使用されるモータシステムである。巻線切替モータシステム1は、図1に示すように、電圧源10、インバータ20、巻線切替スイッチ30、巻線切替モータ40、圧縮機50、電流検出部60、電圧検出部70、制御部80(巻線切替モータの巻線どうしの接続を切り替えるスイッチを制御する制御装置の一例)を備える。
例えば、インバータ20は、図2に示すように、6つのトランジスタスイッチ201、202、203、204、205、206から成る回路である。6つのトランジスタスイッチ201、202、203、204、205、206のそれぞれが、制御部80が出力する制御信号sig1に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、インバータ20は、三相交流電圧を生成する。この場合の制御信号sig1は、例えば、6つのトランジスタスイッチ201、202、203、204、205、206のそれぞれに応じたPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
インバータ20は、生成した交流電圧を、巻線切替スイッチ30を介して巻線切替モータ40に出力する。
巻線切替スイッチ30におけるスイッチのそれぞれが、制御信号sig2または制御信号sig8に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えることができる。なお、巻線どうしの接続の切り替えには、Δ結線とY結線との間の切り替え、直列、並列、及び、直並列の間の切り替え、巻線の巻数の切り替えなどが含まれる。
例えば、巻線どうしの接続が切り替わることによって、図3に示すように、巻線切替モータ40の回転数が比較的低い領域では巻線切替モータ40における巻線がY結線となり、巻線切替モータ40の回転数が比較的高い領域では巻線切替モータ40における巻線がΔ結線となる。また、例えば、巻線どうしの接続が切り替わることによって、図4に示すように、巻線切替モータ40の回転数が比較的低い領域では巻線切替モータ40における巻線が高ターンとなり(巻線の巻数が大きくなり)、巻線切替モータ40の回転数が比較的高い領域では巻線切替モータ40における巻線が低ターンとなる(巻線の巻数が小さくなる)。これらのように、巻線どうしの接続が切り替わることによって、巻線切替モータ40の効率を向上させることができる。なお、図には示していないが、巻線切替モータ40の回転数が比較的低い領域で巻線切替モータ40における巻線を直列に接続し、巻線切替モータ40の回転数が比較的高い領域で巻線切替モータ40における巻線を並列に接続する場合も同様に巻線切替モータ40の効率を向上させることができる。
例えば、電流検出部60は、抵抗601、差動アンプ602を備える。
抵抗601は、インバータ20から電圧源10へ電流が戻る経路に直列に設けられる。
差動アンプ602は、抵抗601の両端の電位差に応じた電圧を制御部80に出力する。差動アンプ602の出力電圧は、抵抗601の両端の電位差に応じた電圧である。そのため、差動アンプ602の出力電圧と抵抗601の抵抗値から、抵抗601に流れるリターン電流を推定することができる。なお、抵抗601の抵抗値は、予め決定された値である。つまり、差動アンプ602の出力電圧値を取得することは、リターン電流値を検出することに等しい。
なお、電流検出部60は、例えば、インバータ20から電圧源10へリターン電流が流れる経路において電流を直接測定する電流センサであってもよい。
電流検出部60は、検出結果を示す情報inf1を制御部80に出力する。
電流推定部801は、電流検出部60から受ける情報inf1に基づいて、リターン電流を推定する。
例えば、電流検出部60が抵抗601及び差動アンプ602を備える場合、電流推定部801は、電流検出部60が出力する電圧値を取得する。そして、電流推定部801は、取得した電圧値と、予め決定された抵抗601の抵抗値とに基づいて、リターン電流を推定する。具体的には、電流検出部60が出力する電圧値が抵抗601の両端の電位差に比例する場合には、電流推定部801は、電流検出部60が出力する電圧値を抵抗601の抵抗値で除算した値をリターン電流値と推定する。
また、例えば、電流検出部60がリターン電流を直接測定する電流センサである場合、電流推定部801は、電流検出部60から取得する電流値をリターン電流の推定値とする。
電流推定部801は、リターン電流の推定値を第1制御部802に出力する。
また、第1制御部802は、生成した制御信号sig1をインバータ20に出力する。また、第1制御部802は、制御信号sig1と同一の制御内容を示す情報inf3(例えば、制御信号sig1そのもの)を第2制御部803に出力する。
また、第1制御部802は、インバータ20を停止させる指示を示す指令信号sig3を第2制御部803から受けると、インバータ20を停止させる制御信号sig4(例えば、トランジスタスイッチ201~206のすべてを停止させるLowレベルの信号)をインバータ20に出力する。第1制御部802が制御信号sig4をインバータ20に出力することによって、巻線切替モータ40は空転を開始する。すなわち、第1制御部802が制御信号sig4をインバータ20に出力することは、巻線切替モータ40を空転させる制御である。なお、巻線切替モータ40の空転によって生じる電圧はモータの回転数に比例するため、回転数が低ければ、モータ端子間電圧よりも電圧源10の電圧の方が高い。そのため、この場合、電流は流れず、回生エネルギーは発生しない。
第1制御部802は、制御信号sig4をインバータ20に出力すると、インバータ20を停止させたことを知らせる通知信号sig5を第2制御部803に出力する。
また、第1制御部802は、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えたことを知らせる通知信号sig6を第2制御部803から受けると、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えた後の巻線について記憶部804に記録されているパラメータに設定を変更する。第1制御部802は、電圧検出部70から受ける情報inf2と、電流推定部801から受けたリターン電流の推定値と、巻線切替モータ40における現在の巻線について記憶部804に記録されているパラメータと、に基づいて、変更したパラメータに応じた新たな制御信号sig7をインバータ20に出力する。
例えば、予め巻線切替モータ40の回転領域を、低回転領域と、低回転領域を超える回転数の高回転領域に分ける。第2制御部803は、情報inf2と、情報inf3とから、巻線切替モータ40に供給している電圧を特定する。第2制御部803は、特定した電圧から巻線切替モータ40の現在の回転数を推定する。第2制御部803によるこの推定は、所定の短い時間間隔ごとに行われる。第2制御部803は、推定した回転数が低回転領域から高回転領域に遷移した、または、推定した回転数が高回転領域から低回転領域に遷移した場合に、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えると判定する。
第2制御部803は、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えると判定すると、指令信号sig3を第1制御部802に出力する。
また、第2制御部803は、第1制御部802から通知信号sig5を受けると、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替える制御信号sig8を巻線切替スイッチ30に出力する。
第2制御部803は、制御信号sig8を巻線切替スイッチ30に出力すると、通知信号sig6を第1制御部802に出力する。
ここでは、図6に示す巻線切替モータシステム1の処理フローについて説明する。
例えば、電流検出部60が抵抗601及び差動アンプ602を備える場合、電流推定部801は、電流検出部60が出力する電圧値を取得する。そして、電流推定部801は、取得した電圧値と、予め決定された抵抗601の抵抗値とに基づいて、リターン電流を推定する。具体的には、電流検出部60が出力する電圧値が抵抗601の両端の電位差に比例する場合には、電流推定部801は、電流検出部60が出力する電圧値を抵抗601の抵抗値で除算した値をリターン電流値と推定する。
また、例えば、電流検出部60がリターン電流を直接測定する電流センサである場合、電流推定部801は、電流検出部60から取得する電流値をリターン電流の推定値とする。
電流推定部801は、リターン電流の推定値を第1制御部802に出力する。
第1制御部802は、電圧検出部70から受けた情報inf2と、電流推定部801から受けたリターン電流の推定値と、巻線切替モータ40における現在の巻線どうしの接続について記憶部804に記録されているパラメータと、に基づいて、インバータ20を制御する制御信号sig1を生成する(ステップS4)。
第1制御部802は、生成した制御信号sig1をインバータ20に出力する(ステップS5)。また、第1制御部802は、制御信号sig1と同一の制御内容を示す情報inf3(例えば、制御信号sig1そのもの)を第2制御部803に出力する(ステップS6)。
第2制御部803は、電圧検出部70から受けた情報inf2と、第1制御部802から受けた情報inf3とに基づいて、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えるか否かを決定する(ステップS7)。
例えば、予め巻線切替モータ40の回転領域を、低回転領域と、低回転領域を超える回転数の高回転領域に分ける。第2制御部803は、情報inf2と、情報inf3とから、巻線切替モータ40に供給している電圧を特定する。第2制御部803は、特定した電圧から巻線切替モータ40の現在の回転数を推定する。第2制御部803によるこの推定は、所定の短い時間間隔ごとに行われる。第2制御部803は、推定した回転数が低回転領域から高回転領域に遷移した、または、推定した回転数が高回転領域から低回転領域に遷移した場合に、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えると判定する。
また、第2制御部803は、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えると判定した場合(ステップS7においてYES)、インバータ20を停止させる指示を示す指令信号sig3を第1制御部802に出力する(ステップS8)。
第1制御部802は、制御信号sig4をインバータ20に出力すると、インバータ20を停止させたことを知らせる通知信号sig5を第2制御部803に出力する(ステップS10)。
第2制御部803は、制御信号sig8を巻線切替スイッチ30に出力すると、巻線切替モータ40における巻線どうしの接続を切り替えたことを知らせる通知信号sig6を第1制御部802に出力する(ステップS12)。
第1制御部802は、電圧検出部70から受ける情報inf2と、電流推定部801から受けたリターン電流の推定値と、巻線切替モータ40における現在の巻線(すなわち、接続を切り替えた後の巻線)について記憶部804に記録されているパラメータと、に基づいて、変更したパラメータに応じた新たな制御信号sig7をインバータ20に出力する(ステップS14)。第1制御部802が制御信号sig7をインバータ20に出力することによって、巻線切替モータ40は空転から通常の回転状態へと切り替わる。第1制御部802は、処理を終了する。
そして、制御部80は、ステップS1~ステップS14の処理を繰り返す。
本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム1において、制御部80は、巻線切替モータ40の巻線どうしの接続を切り替える巻線切替スイッチ30を制御する。第1制御部802は、巻線切替モータ40を空転させる制御を行う。第2制御部803は、巻線切替モータ40が空転している間に巻線切替スイッチ30を制御する。
このように巻線切替モータシステム1の制御部80を構成することで、巻線切替モータ40の巻線どうしの接続を切り替えるときに、巻線切替モータ40は空転しており、巻線切替スイッチ30には電流が流れない。そのため、巻線切替スイッチ30を切り替えても、機械式スイッチの場合のアークや、トランジスタスイッチ(半導体スイッチの一例)の場合のサージの発生を抑制することができる。
図7は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ5は、図7に示すように、CPU6、メインメモリ7、ストレージ8、インターフェース9を備える。
例えば、上述の制御部80、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ5に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ8に記憶されている。CPU6は、プログラムをストレージ8から読み出してメインメモリ7に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU6は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ7に確保する。
5・・・コンピュータ
6・・・CPU
7・・・メインメモリ
8・・・ストレージ
9・・・インターフェース
10・・・電圧源
20・・・インバータ
30・・・巻線切替スイッチ
40・・・巻線切替モータ
50・・・圧縮機
60・・・電流検出部
70・・・電圧検出部
80・・・制御部
201、202、203、204、205、206・・・トランジスタスイッチ
601・・・抵抗
602・・・差動アンプ
801・・・電流推定部
802・・・第1制御部
803・・・第2制御部
804・・・記憶部
Claims (8)
- 巻線切替モータの巻線どうしの接続を切り替える巻線切替スイッチを制御する制御装置であって、
前記巻線切替モータを空転させる制御を行う第1制御部と、
前記巻線切替モータが空転している間に前記巻線切替スイッチを制御する第2制御部と、
を備え、
前記第1制御部は、
前記巻線どうしの接続を切り替えたことを知らせる通知を前記第2制御部から受けた場合、前記巻線切替モータを動作させるインバータに直流電圧を供給する電圧源が出力する前記直流電圧の値と、前記インバータから前記電圧源へのリターン電流の推定値と、前記巻線どうしの接続ごとに定められている記録部に記録されているパラメータのうち現在の前記巻線について記憶されているパラメータと、に基づいて、新たな制御信号を前記インバータに出力する、制御装置。 - 前記第2制御部は、
前記リターン電流と、前記直流電圧と、前記パラメータとに基づいて、前記巻線切替モータの回転数を推定する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第2制御部は、
前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記巻線の実効的な巻数が大きくなるように、前記巻線切替スイッチを制御し、
前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記巻線の実効的な巻数が小さくなるように、前記巻線切替スイッチを制御する、
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記第2制御部は、
3つ以上の領域に分けられた前記巻線切替モータの回転数のそれぞれの領域から別の領域に遷移した場合に、前記巻線切替スイッチを制御する、
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記インバータは、
トランジスタスイッチ、
を備え、
前記第1制御部は、
前記トランジスタスイッチを停止させることによって、前記巻線切替モータを空転させる、
請求項4に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項5の何れか一項に記載の制御装置と、
前記制御装置によって制御される巻線切替スイッチと、
を備える巻線切替モータシステム。 - 巻線切替モータの巻線どうしの接続を切り替える巻線切替スイッチを制御する制御装置による制御方法であって、
前記巻線切替モータを空転させる制御を行うことと、
前記巻線切替モータが空転している間に前記巻線切替スイッチを制御することと、
前記巻線どうしの接続を切り替えたことを知らせる通知を受けた場合、前記巻線切替モータを動作させるインバータに直流電圧を供給する電圧源が出力する前記直流電圧の値と、前記インバータから前記電圧源へのリターン電流の推定値と、前記巻線どうしの接続ごとに定められている記録部に記録されているパラメータのうち現在の前記巻線について記憶されているパラメータと、に基づいて、新たな制御信号を前記インバータに出力することと、
を含む制御方法。 - 巻線切替モータの巻線どうしの接続を切り替える巻線切替スイッチを制御する制御装置のコンピュータに、
前記巻線切替モータを空転させる制御を行うことと、
前記巻線切替モータが空転している間に前記巻線切替スイッチを制御することと、
前記巻線どうしの接続を切り替えたことを知らせる通知を受けた場合、前記巻線切替モータを動作させるインバータに直流電圧を供給する電圧源が出力する前記直流電圧の値と、前記インバータから前記電圧源へのリターン電流の推定値と、前記巻線どうしの接続ごとに定められている記録部に記録されているパラメータのうち現在の前記巻線について記憶されているパラメータと、に基づいて、新たな制御信号を前記インバータに出力することと、
を実行させるプログラム。
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JP2019039452A JP7248456B2 (ja) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | 制御装置、巻線切替モータシステム、制御方法及びプログラム |
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JP2007244171A (ja) | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動機駆動装置及びそれを用いた空気調和機 |
JP2008022665A (ja) | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Sharp Corp | モータ駆動装置、圧縮機駆動装置及び空調・冷凍装置 |
JP2010068581A (ja) | 2008-09-09 | 2010-03-25 | Panasonic Corp | 電動機駆動装置 |
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