WO2022195772A1 - モータ駆動装置 - Google Patents

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WO2022195772A1
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connection
rotor magnetic
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泰明 江村
慎也 豊留
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三菱電機株式会社
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    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
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    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Definitions

  • the present disclosure relates to a motor drive device that drives a motor.
  • a motor that can switch the connection state of windings is known as a motor mounted on equipment such as an air conditioner.
  • the motor driving device operates the motor by switching the connection state according to the operating state of the device.
  • the motor driving device stops the motor and checks the connection state when switching the connection state and when confirming an abnormality in the switching of the connection state.
  • Patent Literature 1 discloses a motor drive system that determines an abnormality in the connection state by detecting an abnormality in which the actual connection state of the motor and the connection state recognized by the motor drive system are different.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a motor drive device that enables confirmation of the connection state during operation of the motor.
  • a motor drive device includes an inverter section that supplies alternating current to a motor having a plurality of stator windings, and a switch between the inverter section and the motor.
  • a connection switching unit arranged to switch the connection state of the stator windings, and a rotor for calculating an estimated rotor magnetic flux, which is an estimated value of the rotor magnetic flux of the motor, based on current information, which is the result of detecting the current value of the alternating current.
  • a child magnetic flux estimator and a determination processor that determines a connection state based on the estimated rotor magnetic flux.
  • the motor drive device has the effect that the connection state can be checked while the motor is operating.
  • FIG. 1 shows a configuration of a motor drive device according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a connection switching unit of the motor drive device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of hardware that implements a control unit of the motor drive device according to the first embodiment
  • 4 is a flow chart showing the operation procedure of the motor drive device according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • Motor drive device 100 drives motor 40, which is a three-phase motor.
  • Motor 40 has a plurality of stator windings.
  • the motor drive device 100 has an inverter section 10 , a current detection section 20 , a connection switching section 30 and a control section 50 .
  • the inverter section 10 is connected to the DC voltage source 1 .
  • the inverter unit 10 converts the DC voltage from the DC voltage source 1 into AC voltage and supplies AC current to the motor 40 .
  • the DC voltage source 1 only needs to be capable of outputting a DC voltage, and may have a configuration in which a converter is connected to an AC voltage source.
  • the current detection section 20 detects the current value of the alternating current supplied to the motor 40 by the inverter section 10 .
  • the connection switching unit 30 is arranged between the inverter unit 10 and the motor 40 .
  • the connection switching unit 30 switches the connection state of the stator windings in the motor 40 .
  • the control unit 50 performs signal processing for controlling the motor 40 .
  • Each component of the motor drive device 100 shown in FIG. 1 can be mounted on one substrate.
  • Each component of the motor drive device 100 may be distributed and mounted on a plurality of substrates.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the connection switching unit 30 of the motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • the connection switching unit 30 has three relays 31 , 32 , 33 .
  • the connection switching unit 30 simultaneously switches the relays 31 , 32 , 33 according to the connection switching signal acquired from the control unit 50 .
  • the motor 40 is configured so that the connection state of the stator winding can be switched between star connection and delta connection.
  • the star connection will be referred to as "Y connection” and the delta connection will be referred to as " ⁇ connection”.
  • the connection switching unit 30 switches the connection state from Y connection to ⁇ connection or from ⁇ connection to Y connection by simultaneously switching the relays 31 , 32 , and 33 .
  • the connection state when the common contact of each relay 31, 32, 33 is connected to the "b contact” is Y connection.
  • the connection state when the common contact of each relay 31, 32, 33 is connected to the "a contact” is delta connection.
  • a relationship of ⁇ 3:1 is established between the rotor magnetic flux when the connection state is Y connection and the rotating magnetic flux when the connection state is ⁇ connection.
  • the motor 40 is not limited to one that can switch the connection state between the Y connection and the ⁇ connection.
  • the motor 40 may be capable of switching between three or more types of connection states. Each connection state that the motor 40 can take should be one in which the rotor magnetic flux can be changed by switching the connection state.
  • the inverter section 10 shown in FIG. 1 has a plurality of switching elements.
  • the inverter unit 10 converts a DC voltage into a three-phase AC current by turning on and off each switching element according to a PWM (Pulse Width Modulation) signal obtained from the control unit 50 . Illustration of switching elements is omitted.
  • the current detection unit 20 detects current values of two-phase AC currents among the three-phase AC currents flowing from the inverter unit 10 to the motor 40 .
  • the current detection unit 20 outputs current information, which is the result of detection of the current value of alternating current.
  • Current detection by the current detection unit 20 is not limited to detection of two-phase alternating current.
  • the current detection unit 20 may detect each of the three-phase alternating currents, or may detect a direct current obtained by synthesizing the three-phase alternating currents.
  • the control unit 50 has a rotor magnetic flux estimation unit 51 , a connection switching control unit 52 , a determination value storage unit 53 , a determination processing unit 54 and a drive signal control unit 55 .
  • the rotor magnetic flux estimator 51 acquires current information from the current detector 20 and calculates an estimated rotor magnetic flux based on the current information.
  • Rotor flux is the flux through the rotor of motor 40 .
  • the estimated rotor flux is an estimate of the rotor flux.
  • connection switching control unit 52 generates a connection switching signal for controlling switching of the connection state, and sends the generated connection switching signal to the connection switching unit 30 .
  • the determination value storage unit 53 stores thresholds that are values used to determine the connection state.
  • the determination processing unit 54 acquires the estimated rotor magnetic flux from the rotor magnetic flux estimation unit 51 and determines the connection state based on the estimated rotor magnetic flux.
  • a connection switching signal is also input to the determination processing unit 54 .
  • the determination processing unit 54 reads the threshold value from the determination value storage unit 53 and determines the connection state using the threshold value and the connection switching signal.
  • the determination processing unit 54 determines the connection state by comparing the estimated rotor magnetic flux with a threshold value. Further, the determination processing unit 54 identifies the connection state indicated by the connection switching signal.
  • the determination processing unit 54 determines whether the connection state is abnormal by comparing the determination result of the connection state with the connection state indicated by the connection switching signal.
  • An abnormal connection state means that the actual connection state of the motor 40 is different from the connection state recognized by the motor drive device 100 for controlling the motor 40 .
  • the drive signal control unit 55 acquires the connection state determination result from the determination processing unit 54 .
  • the drive signal control unit 55 generates a PWM signal based on the determination result of the connection state.
  • the threshold value is a value between the value of the rotor magnetic flux when the connection state is the Y connection and the value of the rotor magnetic flux when the connection state is the ⁇ connection.
  • the threshold is determined in advance based on the specifications of the motor 40 .
  • the determined threshold value is stored in the judgment value storage unit 53 .
  • the motor drive device 100 allows suspension of the motor 40 when the connection state is determined to be abnormal.
  • the judgment processing unit 54 judges whether or not the postponement of suspension is possible.
  • the determination processing unit 54 determines that the suspension should be postponed if the number of suspension postponements has not reached the preset number of times.
  • the determination processing unit 54 counts the suspension period.
  • the determination processing unit 54 determines that the suspension should not be postponed when the number of times the suspension has been postponed reaches a preset number of times.
  • the drive signal control section 55 stops generating the PWM signal based on the determination by the determination processing section 54 .
  • the motor drive device 100 stops the motor 40 when the drive signal control unit 55 stops generating the PWM signal.
  • Information indicating the number of times set in advance as a criterion for determining whether or not to allow grace period is referred to as grace number information.
  • the grace period information is stored in the judgment value storage unit 53 .
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of hardware that implements the control unit 50 of the motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a rotor magnetic flux estimating unit 51, a connection switching control unit 52, a determination value storage unit 53, a determination processing unit 54, and a drive signal control unit 55, which are main parts of the control unit 50, and a processor 63 and a memory 64. It is a configuration example in the case of being realized by a processing circuit 61 having.
  • the processor 63 is a CPU (Central Processing Unit). Processor 63 executes the control program.
  • the control program describes processing for operating as the rotor magnetic flux estimation unit 51, the connection switching control unit 52, the determination value storage unit 53, the determination processing unit 54, and the drive signal control unit 55, which are the main parts of the control unit 50. program.
  • the memory 64 is, for example, non-volatile or It is volatile memory.
  • the memory 64 stores control programs.
  • the memory 64 is also used as temporary memory when the processor 63 executes various processes.
  • the judgment value storage unit 53 is realized by a nonvolatile memory.
  • the input unit 62 is a circuit that receives an input signal to the control unit 50 from the outside.
  • the input unit 62 receives current information.
  • the output unit 65 is a circuit that outputs the signal generated by the control unit 50 to the outside of the control unit 50 .
  • the output unit 65 outputs the PWM signal and the connection switching signal.
  • the function of the processing circuit 61 may be realized by a processing circuit that is dedicated hardware.
  • the processing circuit, which is dedicated hardware is, for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit combining these.
  • a part of the essential parts of the control unit 50 may be realized by the processor 63 and the memory 64, and the rest may be realized by dedicated hardware.
  • the estimated rotor flux is found in the process of estimating the rotational speed and rotational position of the motor 40 by the adaptive flux observer method.
  • the rotor magnetic flux estimator 51 calculates an estimated rotor magnetic flux obtained in the process of estimating the rotational speed and rotational position of the motor 40 .
  • the rotor magnetic flux estimator 51 converts the three-phase alternating current values indicated in the current information into current values of the dq axes, which is a rotating coordinate system.
  • the adaptive magnetic flux observer method can calculate an estimated magnetic flux vector and an estimated current vector from a state equation based on a voltage vector applied to the motor 40, a current vector output from the motor 40, and an estimated angular velocity. is.
  • Ld represents d -axis inductance
  • Lq represents q -axis inductance
  • R is the motor resistance
  • ⁇ is the primary angular frequency
  • ⁇ r is the angular velocity
  • vds is the d-axis voltage
  • vqs is the q-axis voltage
  • ids is the d-axis current
  • iqs is the q-axis current
  • ⁇ ds is the d -axis.
  • ⁇ qs is the q-axis stator flux
  • ⁇ dr is the d-axis rotor flux.
  • h 11 , h 12 , h 21 , h 22 , h 31 and h 32 represent observer gains.
  • a constant arbitrarily set according to the motor 40 is used for the observer gain. Also, the symbol " ⁇ " represents an estimated value.
  • the rotor flux is only the rotor flux in the d-axis direction, and the rotor flux in the q-axis direction is zero. Therefore, ⁇ qr , which is the q-axis rotor flux, is not described in equations (1) and (2).
  • the value of the output voltage command is used for the d-axis voltage vds and the q-axis voltage vqs in equation (1).
  • the d-axis current ids and the q-axis current iqs are calculated based on the current information.
  • estimated d-axis stator flux ⁇ ds estimated q-axis stator flux ⁇ qs , estimated d-axis current i ds , estimated q-axis current i qs , primary angular frequency ⁇ , and estimated angular velocity ⁇ r .
  • the integrated value of the estimated d-axis stator magnetic flux ⁇ ds ⁇ and the integrated value of the estimated q-axis stator magnetic flux ⁇ qs ⁇ are used, respectively.
  • the magnetic flux of the motor 40 changes.
  • the magnetic flux is in the d-axis direction, that is, the polar direction of the magnet.
  • the motor drive device 100 estimates the d-axis rotor magnetic flux and detects switching of the connection state by using the estimation result. From the relationship of formula (1), the estimated d-axis rotor magnetic flux ⁇ dr ⁇ can be calculated by the following formula (3).
  • Equation (3) The result of calculation by Equation (3) is the previous value in the control cycle.
  • Estimated d-axis rotor magnetic flux ⁇ dr ⁇ is obtained by obtaining (d/dt) ⁇ dr ⁇ considering the control cycle and adding the obtained result to the previous value, which is the integrated value of Equation (3).
  • the determination processing unit 54 uses the fact that the rotor magnetic flux changes according to the connection state to determine the connection state from the calculation result of the estimated rotor magnetic flux.
  • the determination processing unit 54 uses the connection switching signal acquired from the connection switching control unit 52 and the threshold read from the determination value storage unit 53 to determine the connection state. Based on the connection switching signal, the determination processing unit 54 grasps the currently commanded connection state. The determination processing unit 54 determines whether the connection state is abnormal by comparing the determination result based on the estimated rotor magnetic flux with the currently commanded connection state.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the operating procedure of the motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • the motor drive device 100 uses the rotor magnetic flux estimator 51 to calculate an estimated rotor magnetic flux.
  • the rotor magnetic flux estimator 51 calculates an estimated rotor magnetic flux in the process of estimating the rotational speed and rotational position of the motor 40 by the adaptive magnetic flux observer method.
  • step S2 the motor drive device 100 determines by the determination processing unit 54 which of the Y connection and the ⁇ connection the connection switching signal indicates. That is, the determination processing unit 54 determines whether the current commanded connection state is Y connection or ⁇ connection.
  • step S3 the determination processing unit 54 determines whether or not the estimated rotor magnetic flux is greater than the threshold.
  • the threshold value is a value between the value of the rotor magnetic flux when the connection state is the Y connection and the value of the rotor magnetic flux when the connection state is the delta connection.
  • the determination processing unit 54 determines whether or not the current connection state is Y connection by comparing the estimated rotor magnetic flux with a threshold value.
  • the determination processing unit 54 determines that the current connection state is Y connection. In addition, since the currently instructed connection state and the current connection state are both Y-connection, the determination processing unit 54 determines that the connection is normal. In this case, the motor driving device 100 continues driving the motor 40 in step S6.
  • step S3 No if it is determined that the estimated rotor magnetic flux is equal to or less than the threshold (step S3, No), the determination processing unit 54 determines that the current connection state is ⁇ connection. Also, the currently commanded connection state is Y connection, whereas the current connection state is ⁇ connection, so the currently commanded connection state and the current connection state do not match. Therefore, the determination processing unit 54 determines that the connection state is abnormal. In this case, the motor driving device 100 advances the procedure to step S5.
  • step S4 determines whether or not the estimated rotor magnetic flux is equal to or less than the threshold.
  • the determination processing unit 54 determines whether or not the current connection state is delta connection by comparing the estimated rotor magnetic flux with a threshold value.
  • the determination processing unit 54 determines that the current connection state is ⁇ connection. In addition, since the currently instructed connection state and the current connection state are both matched by the ⁇ connection, the determination processing unit 54 determines that the connection is normal. In this case, the motor driving device 100 continues driving the motor 40 in step S6.
  • step S4 determines that the current connection state is Y connection.
  • the current commanded connection state is the ⁇ connection, whereas the current connection state is the Y connection. Therefore, the currently commanded connection state and the current connection state do not match. Therefore, the determination processing unit 54 determines that the connection state is abnormal. In this case, the motor driving device 100 advances the procedure to step S5.
  • step S5 the motor drive device 100 determines whether or not the number of times the motor 40 has been postponed to stop has reached a preset number of times. If the determination processing unit 54 determines that the connection state is abnormal in step S3 or step S4, it increases the count value of the delay up to the present.
  • the judgment processing unit 54 reads out the grace number information from the judgment value storage unit 53 and compares the grace count value and the grace number information. Based on this comparison, the determination processing unit 54 determines whether or not the number of delays in stopping the motor 40 has reached a preset number.
  • step S5 When it is determined that the number of times the motor 40 has been delayed to stop is less than the preset number of times (step S5, No), the motor drive device 100 delays the stop of the motor 40 in response to the determination that the connection state is abnormal. Motor drive device 100 returns the procedure to step S1.
  • step S5 if it is determined that the number of times the motor 40 has been delayed to stop has reached the preset number of times (step S5, Yes), the motor drive device 100 confirms the determination that the connection state is abnormal. Thereby, the motor drive device 100 stops the motor 40 in step S7. In both cases of step S6 and step S7, the determination processing unit 54 clears the grace count value. As described above, the motor driving device 100 completes the operation according to the procedure shown in FIG. By setting a grace period for stopping the motor 40 and stopping the motor 40 when the abnormality determination is confirmed, the motor drive device 100 can prevent the motor 40 from being stopped due to an erroneous determination.
  • the motor driving device 100 calculates the estimated rotor magnetic flux and determines the connection state of the motor 40 based on the estimated rotor magnetic flux, thereby confirming the connection state during the operation of the motor 40. be able to.
  • the motor driving device 100 can check the connection state while the motor 40 is operating, and thus can determine whether the connection state is abnormal during the operation of the motor 40 . Therefore, the motor drive device 100 can prevent the motor 40 from continuing to be driven while the actual connection state and the connection state recognized in the control of the motor 40 are different.
  • the motor drive device 100 can prevent the performance of the motor 40 from deteriorating from its original performance by preventing the motor 40 from being driven when the connection state is abnormal.
  • the motor drive device 100 can stably drive the motor 40 .
  • the motor drive device 100 can detect an abnormality in the connection state at an early stage by determining the abnormality during the operation of the motor 40 .
  • Motor drive device 100 can obtain high reliability by enabling normal wiring to be maintained.
  • the motor drive device 100 can protect the motor 40 by stopping the motor 40 when there is an abnormality in the connection state. This makes it possible to extend the life of the motor 40 and improve the reliability of the motor 40 .
  • the motor drive device 100 uses the process of estimating the rotational speed and rotational position of the motor 40 by the adaptive magnetic flux observer method to calculate the estimated rotor magnetic flux.
  • the motor drive device 100 can confirm the connection state by a simple process. Therefore, the motor drive device 100 can reduce the processing load while the motor 40 is operating. In addition, the motor driving device 100 can reduce the situation where the processing cannot catch up with the control period. As a result, the motor drive device 100 can stably control the motor 40 and achieve high reliability.
  • the motor drive device 100 uses the rotor magnetic flux to determine the connection state.
  • the motor driving device 100 can determine the connection state by simple comparison without using parameters such as the rotation speed or the load of the motor 40 .
  • the motor drive device 100 can reduce the parameters used for determining the connection state.
  • the motor drive device 100 can simplify the conditions used to determine the connection state. As a result, the motor drive device 100 can reduce the processing load and control the motor 40 stably.
  • the configuration shown in the above embodiment shows an example of the content of the present disclosure.
  • the configuration of the embodiment can be combined with another known technique. A part of the configuration of the embodiment can be omitted or changed without departing from the gist of the present disclosure.

Landscapes

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Abstract

モータ駆動装置（１００）は、複数の固定子巻線を有するモータ（４０）へ交流電流を供給するインバータ部（１０）と、インバータ部（１０）とモータ（４０）との間に配されて固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替部（３０）と、交流電流の電流値の検出結果である電流情報を基にモータ（４０）の回転子磁束の推定値である推定回転子磁束を算出する回転子磁束推定部（５１）と、推定回転子磁束を基に結線状態を判定する判定処理部（５４）と、を備え、モータ（４０）の動作中に結線状態の異常を判定する。

Description

モータ駆動装置
　本開示は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
　空気調和機等の機器に搭載されるモータとして、巻線の結線状態を切替え可能なモータが知られている。モータ駆動装置は、機器の運転状態に応じて結線状態を切り替えてモータを動作させる。モータ駆動装置は、結線状態の切替え時と、結線状態の切替えにおける異常を確認するときとにおいて、モータを停止させて結線状態を確認する。特許文献１には、モータの実際の結線状態とモータ駆動システムが認識している結線状態とが異なる異常を検知することにより、結線状態の異常判定を行うモータ駆動システムが開示されている。
国際公開第２０１９／００８７５６号
　しかしながら、特許文献１に開示される従来の技術によると、モータ駆動装置は、結線状態を確認するときにモータを停止させる必要があることから、モータの動作中において結線状態を確認することができない。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、モータの動作中に結線状態を確認可能とするモータ駆動装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるモータ駆動装置は、複数の固定子巻線を有するモータへ交流電流を供給するインバータ部と、インバータ部とモータとの間に配されて固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替部と、交流電流の電流値の検出結果である電流情報を基にモータの回転子磁束の推定値である推定回転子磁束を算出する回転子磁束推定部と、推定回転子磁束を基に結線状態を判定する判定処理部と、を備える。
　本開示にかかるモータ駆動装置は、モータの動作中に結線状態を確認できるという効果を奏する。
実施の形態１にかかるモータ駆動装置の構成を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動装置の結線切替部の構成を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動装置の制御部を実現するハードウェアの構成例を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャート
　以下に、実施の形態にかかるモータ駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の構成を示す図である。モータ駆動装置１００は、３相モータであるモータ４０を駆動する。モータ４０は、複数の固定子巻線を有する。モータ駆動装置１００は、インバータ部１０と、電流検出部２０と、結線切替部３０と、制御部５０とを有する。
　インバータ部１０は、直流電圧源１に接続される。インバータ部１０は、直流電圧源１からの直流電圧を交流電圧に変換して、モータ４０に交流電流を供給する。直流電圧源１は、直流電圧を出力可能であればよく、交流電圧源にコンバータが接続された構成であっても良い。
　電流検出部２０は、インバータ部１０によってモータ４０に供給される交流電流の電流値を検出する。結線切替部３０は、インバータ部１０とモータ４０との間に配されている。結線切替部３０は、モータ４０における固定子巻線の結線状態を切り替える。制御部５０は、モータ４０を制御するための信号処理を行う。図１に示すモータ駆動装置１００の各構成要素は、１つの基板に搭載可能である。モータ駆動装置１００の各構成要素は、複数の基板に分散されて搭載されても良い。
　図２は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の結線切替部３０の構成を示す図である。結線切替部３０は、３個のリレー３１，３２，３３を有する。結線切替部３０は、制御部５０から取得された結線切替信号に従って各リレー３１，３２，３３を同時に切り替える。
　モータ４０は、スター結線とデルタ結線との間での固定子巻線の結線状態の切替えが可能に構成されている。以下、スター結線を「Ｙ結線」、デルタ結線を「Δ結線」と称する。結線切替部３０は、各リレー３１，３２，３３を同時に切り替えることによって、Ｙ結線からΔ結線へ、またはΔ結線からＹ結線へ、結線状態を切り替える。各リレー３１，３２，３３の共通接点が「ｂ接点」に接続されているときにおける結線状態は、Ｙ結線である。各リレー３１，３２，３３の共通接点が「ａ接点」に接続されているときにおける結線状態は、Δ結線である。
　結線状態がＹ結線であるときの回転子磁束と、結線状態がΔ結線であるときの回転磁束とには、√３：１の関係が成り立つ。なお、モータ４０は、Ｙ結線とΔ結線との間で結線状態を切り替え可能であるものに限られない。モータ４０は、３種類以上の結線状態を切り替え可能なものであっても良い。モータ４０が取りうる各結線状態は、結線状態の切り替えによって回転子磁束が変化可能なものであれば良い。
　図１に示すインバータ部１０は、複数のスイッチング素子を有する。インバータ部１０は、制御部５０から取得されたＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）信号に従って各スイッチング素子がオンオフ動作することによって、直流電圧を３相交流電流に変換する。スイッチング素子の図示は省略する。
　電流検出部２０は、インバータ部１０からモータ４０へ流れる３相交流電流のうち２相の交流電流の電流値を検出する。電流検出部２０は、交流電流の電流値の検出結果である電流情報を出力する。電流検出部２０による電流検出は、２相の交流電流の検出に限られない。電流検出部２０は、３相交流電流の各々を検出しても良く、３相交流電流を合成した直流電流を検出しても良い。
　制御部５０は、回転子磁束推定部５１と、結線切替制御部５２と、判定値記憶部５３と、判定処理部５４と、駆動信号制御部５５とを有する。回転子磁束推定部５１は、電流検出部２０から電流情報を取得し、電流情報を基に推定回転子磁束を算出する。回転子磁束は、モータ４０の回転子を通る磁束である。推定回転子磁束は、回転子磁束の推定値である。
　結線切替制御部５２は、結線状態の切替えを制御するための結線切替信号を生成し、生成された結線切替信号を結線切替部３０へ送る。判定値記憶部５３は、結線状態の判定に使用される値である閾値を記憶する。
　判定処理部５４は、回転子磁束推定部５１から推定回転子磁束を取得し、推定回転子磁束を基に結線状態を判定する。また、判定処理部５４には、結線切替信号が入力される。判定処理部５４は、判定値記憶部５３から閾値を読み出し、閾値と結線切替信号とを用いて結線状態を判定する。判定処理部５４は、推定回転子磁束を閾値と比較することによって結線状態を判定する。また、判定処理部５４は、結線切替信号に示される結線状態を識別する。判定処理部５４は、結線状態の判定結果と、結線切替信号に示される結線状態とを比較することによって、結線状態の異常を判定する。結線状態の異常とは、モータ４０の実際の結線状態と、モータ４０の制御のためにモータ駆動装置１００が認識している結線状態とが異なることを指す。
　駆動信号制御部５５は、結線状態の判定結果を判定処理部５４から取得する。駆動信号制御部５５は、結線状態の判定結果を基に、ＰＷＭ信号を生成する。
　上記の閾値には、各結線状態の回転子磁束の値同士の中間の値が設定される。すなわち、閾値は、結線状態がＹ結線であるときの回転子磁束の値と、結線状態がΔ結線であるときの回転子磁束の値との間の値である。閾値は、モータ４０の仕様を基に事前に決定される。決定された閾値は、判定値記憶部５３に格納される。
　モータ駆動装置１００は、結線状態が異常と判定された場合において、モータ４０の停止を猶予可能とする。判定処理部５４は、停止の猶予についての可否を判断する。判定処理部５４は、停止を猶予した回数があらかじめ設定された回数に達していない場合は、停止を猶予すると判断する。判定処理部５４は、停止の猶予をカウントする。判定処理部５４は、停止を猶予した回数があらかじめ設定された回数に達した場合は、停止を猶予しないと判断する。この場合、駆動信号制御部５５は、判定処理部５４による判断を基に、ＰＷＭ信号の生成を止める。駆動信号制御部５５がＰＷＭ信号の生成を止めることによって、モータ駆動装置１００は、モータ４０を停止させる。猶予の可否を判断するための基準としてあらかじめ設定された回数を示す情報を、猶予回数情報と称する。猶予回数情報は、判定値記憶部５３に格納される。
　図３は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の制御部５０を実現するハードウェアの構成例を示す図である。図３は、制御部５０の要部である回転子磁束推定部５１、結線切替制御部５２、判定値記憶部５３、判定処理部５４および駆動信号制御部５５を、プロセッサ６３とメモリ６４とを有する処理回路６１によって実現する場合の構成例である。
　プロセッサ６３は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）である。プロセッサ６３は、制御プログラムを実行する。制御プログラムは、制御部５０の要部である回転子磁束推定部５１、結線切替制御部５２、判定値記憶部５３、判定処理部５４および駆動信号制御部５５として動作するための処理が記述されたプログラムである。
　メモリ６４は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等の不揮発性または揮発性のメモリである。メモリ６４は、制御プログラムを記憶する。メモリ６４は、プロセッサ６３が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。判定値記憶部５３は、不揮発性のメモリで実現される。
　入力部６２は、制御部５０に対する入力信号を外部から受信する回路である。入力部６２は、電流情報を受信する。出力部６５は、制御部５０で生成した信号を制御部５０の外部へ出力する回路である。出力部６５は、ＰＭＷ信号および結線切替信号を出力する。
　処理回路６１の機能は、専用のハードウェアである処理回路で実現しても良い。専用のハードウェアである処理回路は、例えば、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。制御部５０の要部のうちの一部をプロセッサ６３とメモリ６４とで実現し、残りを専用のハードウェアで実現しても良い。
　次に、実施の形態１における推定回転子磁束の算出について説明する。推定回転子磁束は、適応磁束オブザーバ手法によりモータ４０の回転速度および回転位置を推定する過程において求まる。回転子磁束推定部５１は、モータ４０の回転速度および回転位置を推定する過程において求まる推定回転子磁束を算出する。回転子磁束推定部５１は、電流情報に示される３相の交流電流の値を、回転座標系であるｄ－ｑ軸の電流値へ変換する。
　適応磁束オブザーバ手法により、モータ４０に印加される電圧ベクトルと、モータ４０が出力する電流ベクトルと、推定角速度とに基づいて、推定磁束ベクトルおよび推定電流ベクトルを状態方程式から演算可能であることが公知である。
　次に示す式（１）および式（２）は、モータ４０の状態方程式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスを表す。Ｒはモータの抵抗、ωは一次角周波数、ωｒは角速度、ｖｄｓはｄ軸電圧、ｖｑｓはｑ軸電圧、ｉｄｓはｄ軸電流、ｉｑｓはｑ軸電流、φｄｓはｄ軸固定子磁束、φｑｓはｑ軸固定子磁束、φｄｒはｄ軸回転子磁束を表す。ｈ１１，ｈ１２，ｈ２１，ｈ２２，ｈ３１，ｈ３２はオブザーバゲインを表す。オブザーバゲインには、モータ４０に合わせて任意に設定された定数が使用される。また、記号「^」は推定値を表す。回転子磁束は、ｄ軸方向の回転子磁束のみであって、ｑ軸方向の回転子磁束はゼロとなる。このため、ｑ軸回転子磁束であるφｑｒは、式（１）および式（２）に記載されていない。
　式（１）におけるｄ軸電圧ｖｄｓおよびｑ軸電圧ｖｑｓには、出力電圧指令の値が使用される。ｄ軸電流ｉｄｓおよびｑ軸電流ｉｑｓは、電流情報を基に算出される。推定ｄ軸固定子磁束φｄｓ^、推定ｑ軸固定子磁束φｑｓ^、推定ｄ軸電流ｉｄｓ^、推定ｑ軸電流ｉｑｓ^、一次角周波数ω、および推定角速度ωｒ^には、制御周期における前回値が使用される。推定ｄ軸電流ｉｄｓ^および推定ｑ軸電流ｉｑｓ^には、それぞれ、推定ｄ軸固定子磁束φｄｓ^の積分値、推定ｑ軸固定子磁束φｑｓ^の積分値が使用される。
　モータ４０の結線状態が切り替えられた際、モータ４０の磁束は変化する。このとき、磁束は、ｄ軸方向、すなわち磁石の極性方向となる。モータ駆動装置１００は、ｄ軸回転子磁束を推定し、推定結果を利用することによって結線状態の切替えを検出する。式（１）の関係から、推定ｄ軸回転子磁束φｄｒ^は、次の式（３）により算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）による算出結果は、制御周期における前回値である。制御周期を考慮した（ｄ／ｄｔ）φｄｒ^を求め、求めた結果を、式（３）の積分値である前回値に足すことによって、推定ｄ軸回転子磁束φｄｒ^が求まる。
　判定処理部５４は、結線状態に応じて回転子磁束が変化することを利用して、推定回転子磁束の算出結果から結線状態を判定する。判定処理部５４は、結線切替制御部５２から取得された結線切替信号と判定値記憶部５３から読み出された閾値とを、結線状態の判定に用いる。判定処理部５４は、結線切替信号を基に、現在指令されている結線状態を把握する。判定処理部５４は、推定回転子磁束に基づく判定結果と、現在指令されている結線状態とを比較することによって、結線状態の異常を判定する。
　図４は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、モータ駆動装置１００は、回転子磁束推定部５１によって、推定回転子磁束を算出する。回転子磁束推定部５１は、適応磁束オブザーバ手法によりモータ４０の回転速度および回転位置を推定する過程において、推定回転子磁束を算出する。
　ステップＳ２において、モータ駆動装置１００は、結線切替信号がＹ結線およびΔ結線のうちどちらを示す信号かを、判定処理部５４によって判断する。すなわち、判定処理部５４は、現在指令されている結線状態がＹ結線とΔ結線とのいずれであるかを判断する。
　ステップＳ２において結線切替信号がＹ結線を示す信号であると判断した場合、ステップＳ３において、判定処理部５４は、推定回転子磁束が閾値よりも大きいか否かを判断する。上述するように、閾値は、結線状態がＹ結線であるときの回転子磁束の値と、結線状態がΔ結線であるときの回転子磁束の値との間の値である。判定処理部５４は、推定回転子磁束を閾値と比較することによって、現在の結線状態がＹ結線であるか否かを判断する。
　推定回転子磁束が閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、判定処理部５４は、現在の結線状態がＹ結線であると判定する。また、現在指令されている結線状態と現在の結線状態とがいずれもＹ結線で一致していることから、判定処理部５４は、結線は正常であると判定する。この場合、ステップＳ６において、モータ駆動装置１００は、モータ４０の駆動を継続する。
　一方、推定回転子磁束が閾値以下と判断した場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、判定処理部５４は、現在の結線状態がΔ結線であると判定する。また、現在指令されている結線状態がＹ結線であるのに対し、現在の結線状態がΔ結線であることから、現在指令されている結線状態と現在の結線状態とが一致していない。このため、判定処理部５４は、結線状態は異常であると判定する。この場合、モータ駆動装置１００は、手順をステップＳ５へ進める。
　ステップＳ２において結線切替信号がΔ結線を示す信号であると判断した場合、ステップＳ４において、判定処理部５４は、推定回転子磁束が閾値以下であるか否かを判断する。判定処理部５４は、推定回転子磁束を閾値と比較することによって、現在の結線状態がΔ結線であるか否かを判断する。
　推定回転子磁束が閾値以下であると判断した場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、判定処理部５４は、現在の結線状態がΔ結線であると判定する。また、現在指令されている結線状態と現在の結線状態とがいずれもΔ結線で一致していることから、判定処理部５４は、結線は正常であると判定する。この場合、ステップＳ６において、モータ駆動装置１００は、モータ４０の駆動を継続する。
　一方、推定回転子磁束が閾値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、判定処理部５４は、現在の結線状態がＹ結線であると判定する。また、現在指令されている結線状態がΔ結線であるのに対し、現在の結線状態がＹ結線であることから、現在指令されている結線状態と現在の結線状態とが一致していない。このため、判定処理部５４は、結線状態は異常であると判定する。この場合、モータ駆動装置１００は、手順をステップＳ５へ進める。
　ステップＳ５において、モータ駆動装置１００は、モータ４０の停止を猶予した回数が、あらかじめ設定された回数に達したか否かを判断する。判定処理部５４は、ステップＳ３またはステップＳ４において結線状態は異常と判定した場合、現在までの猶予のカウント値をアップする。判定処理部５４は、猶予回数情報を判定値記憶部５３から読み出し、猶予のカウント値と猶予回数情報とを比較する。かかる比較によって、判定処理部５４は、モータ４０の停止を猶予した回数が、あらかじめ設定された回数に達したか否かを判断する。
　モータ４０の停止を猶予した回数が、あらかじめ設定された回数未満と判断した場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、モータ駆動装置１００は、結線状態は異常との判定に対しモータ４０の停止を猶予する。モータ駆動装置１００は、手順をステップＳ１へ戻す。
　一方、モータ４０の停止を猶予した回数が、あらかじめ設定された回数に達したと判断した場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、モータ駆動装置１００は、結線状態は異常との判定を確定する。これにより、モータ駆動装置１００は、ステップＳ７においてモータ４０を停止させる。ステップＳ６およびステップＳ７のいずれの場合も、判定処理部５４は、猶予のカウント値をクリアする。以上により、モータ駆動装置１００は、図４に示す手順による動作を終了する。モータ４０の停止に猶予を設定し、異常判定が確定されたときにモータ４０を停止させることで、モータ駆動装置１００は、誤判定によってモータ４０が停止されることを防ぐことができる。
　実施の形態１によると、モータ駆動装置１００は、推定回転子磁束を算出し、推定回転子磁束を基にモータ４０の結線状態を判定することによって、モータ４０の動作中に結線状態を確認することができる。モータ駆動装置１００は、モータ４０の動作中に結線状態を確認できることによって、結線状態の異常をモータ４０の動作中に判定することができる。このため、モータ駆動装置１００は、実際の結線状態とモータ４０の制御において認識されている結線状態とが異なった状態でモータ４０の駆動が継続される事態を防止できる。
　モータ駆動装置１００は、結線状態が異常であるときにおけるモータ４０の駆動を防止できることによって、モータ４０の性能が本来の性能から低下することを防止できる。モータ駆動装置１００は、モータ４０を安定して駆動することができる。モータ駆動装置１００は、モータ４０の動作中における異常判定によって、結線状態の異常を早期に検出することができる。モータ駆動装置１００は、正常な結線を維持可能とすることで、高い信頼性を得ることができる。
　モータ４０の減磁を防止するための過電流遮断回路が設けられている場合において、過電流遮断回路の切替えが正常である一方で結線状態が異常であると、モータ４０に流れる電流が増加したときに減磁が生じる可能性がある。モータ駆動装置１００は、結線状態の異常があった場合にモータ４０を停止させることによって、モータ４０を保護することができる。これにより、モータ４０の長寿命化と、モータ４０の信頼性向上とが可能となる。
　モータ駆動装置１００は、適応磁束オブザーバ手法によりモータ４０の回転速度および回転位置を推定する過程を利用して、推定回転子磁束を算出する。モータ駆動装置１００は、簡易な処理によって結線状態を確認することができる。このため、モータ駆動装置１００は、モータ４０の動作中における処理負担を低減できる。また、モータ駆動装置１００は、制御周期に処理が追いつかなくなる事態を低減できる。これにより、モータ駆動装置１００は、モータ４０を安定して制御することができ、かつ高い信頼性を実現できる。
　モータ駆動装置１００は、結線状態の判定に回転子磁束を用いる。モータ駆動装置１００は、回転速度またはモータ４０の負荷といったパラメータを用いずに、容易な比較によって結線状態を判定できる。モータ駆動装置１００は、結線状態の判定のために用いるパラメータを少なくすることができる。また、モータ駆動装置１００は、結線状態の判定に使用される条件を簡易なものとすることができる。これにより、モータ駆動装置１００は、処理負担を低減可能とし、モータ４０を安定して制御することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
　１　直流電圧源、１０　インバータ部、２０　電流検出部、３０　結線切替部、３１，３２，３３　リレー、４０　モータ、５０　制御部、５１　回転子磁束推定部、５２　結線切替制御部、５３　判定値記憶部、５４　判定処理部、５５　駆動信号制御部、６１　処理回路、６２　入力部、６３　プロセッサ、６４　メモリ、６５　出力部、１００　モータ駆動装置。

Claims (4)

  1. 　複数の固定子巻線を有するモータへ交流電流を供給するインバータ部と、
    　前記インバータ部と前記モータとの間に配されて前記固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替部と、
    　前記交流電流の電流値の検出結果である電流情報を基に前記モータの回転子磁束の推定値である推定回転子磁束を算出する回転子磁束推定部と、
    　前記推定回転子磁束を基に前記結線状態を判定する判定処理部と、
    　を備えるモータ駆動装置。
  2. 　前記回転子磁束推定部は、前記モータの回転速度および回転位置を推定する過程において求まる前記推定回転子磁束を算出する請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 　前記結線状態の判定に使用される値である閾値を記憶する判定値記憶部をさらに備え、
    　前記判定処理部は、前記推定回転子磁束を前記閾値と比較することによって前記結線状態を判定する請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
  4. 　前記結線状態の切替えを制御するための結線切替信号を生成する結線切替制御部をさらに備え、
    　前記判定処理部は、前記結線切替信号と前記結線状態の判定結果とを基に、前記結線状態の異常を判定する請求項１から３のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
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