WO2024105859A1 - インバータ制御装置、モータ駆動装置、送風機及び空気調和機 - Google Patents

インバータ制御装置、モータ駆動装置、送風機及び空気調和機 Download PDF

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WO2024105859A1
WO2024105859A1 PCT/JP2022/042747 JP2022042747W WO2024105859A1 WO 2024105859 A1 WO2024105859 A1 WO 2024105859A1 JP 2022042747 W JP2022042747 W JP 2022042747W WO 2024105859 A1 WO2024105859 A1 WO 2024105859A1
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WO
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voltage
phase
axis
superimposed
motor
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Application number
PCT/JP2022/042747
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮一 佐々木
和徳 畠山
厚司 土谷
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Definitions

  • This disclosure relates to an inverter control device that controls an inverter, a motor drive device, a blower, and an air conditioner.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to provide an inverter control device that can further reduce noise and vibration that may occur in a motor.
  • the inverter control device is an inverter control device that controls a three-phase inverter that supplies AC power to a motor, and includes first, second, and third coordinate conversion units, a phase and speed estimation unit, and a superimposed voltage generation unit.
  • the first coordinate conversion unit converts the three-phase motor current flowing through the motor into a d-axis current and a q-axis current.
  • the second coordinate conversion unit converts the inverter output voltage output by the three-phase inverter into a d-axis voltage and a q-axis voltage in a dq-axis coordinate system.
  • the third coordinate conversion unit converts the dq-axis voltage command value in the dq-axis coordinate system into a three-phase voltage command value in a UVW three-phase coordinate system.
  • the phase and speed estimation unit calculates the motor phase, which is the electrical angle phase of the rotation angle of the motor, and the mechanical angle estimated speed, which is an estimated value of the rotation angular speed of the motor, based on the d-axis voltage and q-axis voltage, as well as the d-axis current and q-axis current.
  • the superimposed voltage generation unit generates a superimposed voltage to be superimposed on the dq-axis voltage command value or the three-phase voltage command value based on the motor phase and the mechanical angle estimated speed.
  • the inverter control device disclosed herein has the effect of further reducing noise and vibration that may occur in the motor.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motor drive device including an inverter control device according to a first embodiment; A diagram of the three-phase inverter circuit portion extracted from the configuration in Figure 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the state of a switching element in the three-phase inverter circuit shown in FIG. 2 and the current flowing between the three-phase inverter circuit and a fan motor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of table data stored in a voltage superposition amount table data section according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of voltage superposition control using the inverter control device according to the first embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for implementing the functions of an inverter control device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing another example of a hardware configuration for implementing the functions of the inverter control device according to the first embodiment;
  • FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of table data stored in a voltage superposition amount table data section according to the fourth embodiment;
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of table data stored in a voltage superposition amount table data section according to the fourth embodiment;
  • FIG. 13 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a blower according to a sixth embodiment;
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner according to a sixth embodiment.
  • inverter control device a motor drive device, a blower, and an air conditioner according to embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings.
  • the load connected to the inverter is a fan motor of an outdoor unit of an air conditioner, but this is not intended to exclude application to motors other than fan motors.
  • the technology of the present disclosure can also be applied to motors other than fan motors.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motor drive device 2 including an inverter control device 26 according to a first embodiment.
  • the motor drive device 2 is connected to an AC power source 1 and a fan motor 31 of a blower 3.
  • the motor drive device 2 converts an AC voltage output from the AC power source 1 into a DC voltage, and further converts the DC voltage into an AC voltage of a desired voltage and frequency and outputs it to the fan motor 31.
  • the fan motor 31 is a three-phase motor having a winding 32 for each phase, i.e., the U phase, the V phase, and the W phase.
  • the AC voltage output from the AC power source 1 may be referred to as a "first AC voltage”
  • the AC voltage of a desired voltage and frequency output to the fan motor 31 may be referred to as a "second AC voltage”.
  • the motor drive device 2 includes a reactor 20, a rectifier circuit 21, a capacitor 23, a voltage detection unit 24, a current detection unit 25, an inverter control device 26, and a three-phase inverter 27.
  • the rectifier circuit 21 includes a plurality of diodes 22, four diodes 22 in the example of FIG. 1, and converts the first AC voltage output from the AC power supply 1 into a DC voltage and outputs it.
  • a circuit that converts the first AC voltage into a DC voltage is called a converter.
  • the rectifier circuit 21 is a non-boost converter, but a boost converter may also be used.
  • FIG. 1 shows an example in which the AC power supply 1 is a single-phase AC power supply, the AC power supply 1 may be a three-phase AC power supply.
  • the rectifier circuit 21 is configured to include six diodes 22.
  • one end of the reactor 20 is connected to one side of the AC power source 1, and the other end is connected to the input end of the rectifier circuit 21.
  • the installation position of the reactor 20 is not limited to the example of FIG. 1.
  • one end of the reactor 20 may be connected to the other side of the AC power source 1, and the other end may be connected to the other input end of the rectifier circuit 21.
  • one end of the capacitor 23 is connected to one output terminal of the rectifier circuit 21, and the other end is connected to the other output terminal of the rectifier circuit 21.
  • the capacitor 23 smoothes the DC voltage converted by the rectifier circuit 21.
  • the voltage detection unit 24 is connected to both ends of the capacitor 23 and detects the voltage value of the capacitor voltage output by the capacitor 23. The voltage detection unit 24 outputs the detected value of the capacitor voltage to the inverter control device 26.
  • the current detection unit 25 is disposed on the connection wiring 30 that connects the three-phase inverter 27 and the fan motor 31, and detects the current flowing between the three-phase inverter 27 and the fan motor 31, i.e., the current value of the motor current.
  • the current detection unit 25 outputs the detected value of the motor current to the inverter control device 26.
  • the three-phase inverter 27 is connected in parallel to the capacitor 23, and converts the capacitor voltage into a second AC voltage of a desired voltage and frequency under the control of the inverter control device 26.
  • the three-phase inverter 27 includes a switching element 28 and six diodes 29 connected in parallel to the switching elements 28. Each switching element 28 is controlled to be turned on and off based on an inverter drive signal output from the inverter control device 26. With this control, the three-phase inverter 27 outputs the converted AC voltage and applies it to the fan motor 31, driving the fan motor 31.
  • the inverter control device 26 controls the operation of the three-phase inverter 27 so that the three-phase inverter 27 outputs a second AC voltage to the fan motor 31 connected to the three-phase inverter 27. Specifically, the inverter control device 26 generates an inverter drive signal for controlling the operation of the three-phase inverter 27 based on the detection values obtained from the voltage detection unit 24 and the current detection unit 25, and outputs the signal to the three-phase inverter 27.
  • FIG. 2 is a diagram of the circuit portion of the three-phase inverter 27 extracted from the configuration of FIG. 1.
  • the six switching elements 28 shown in FIG. 1 are represented by the symbols Tr1 to Tr6, and the six diodes 29 shown in FIG. 1 are represented by the symbols D1 to D6.
  • Switching elements Tr1, Tr3, and Tr5 are called the upper arm switching elements, and switching elements Tr2, Tr4, and Tr6 are called the lower arm switching elements.
  • the switching element Tr1 of the upper arm and the switching element Tr2 of the lower arm are connected in series to form the U-phase leg 40U.
  • a wire is drawn from the connection point between the switching element Tr1 of the upper arm and the switching element Tr2 of the lower arm, i.e., the midpoint of the U-phase leg 40U, and is electrically connected to the U-phase of the fan motor 31.
  • the other switching elements Tr3 to Tr6 are configured in the same way. That is, the V-phase leg 40V is formed by the switching element Tr3 of the upper arm and the switching element Tr4 of the lower arm, and the W-phase leg 40W is formed by the switching element Tr5 of the upper arm and the switching element Tr6 of the lower arm.
  • the U-phase leg 40U, V-phase leg 40V, and W-phase leg 40W are connected in parallel in three parts to form the three-phase inverter circuit 35.
  • the collector sides of the upper arm switching elements Tr1, Tr3, and Tr5 are connected to each other, and the emitter sides of the lower arm switching elements Tr2, Tr4, and Tr6 are connected to each other. Furthermore, wiring is drawn from the connection point between the upper arm switching element Tr1 and the lower arm switching element Tr2, i.e., the midpoint of the U-phase leg 40U, and is electrically connected to the U-phase of the fan motor 31. Similarly, wiring is drawn from the midpoint of the V-phase leg 40V and is electrically connected to the V-phase of the fan motor 31, and wiring is drawn from the midpoint of the W-phase leg 40W and is electrically connected to the W-phase of the fan motor 31.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the state of the switching elements in the three-phase inverter circuit 35 shown in FIG. 2 and the current flowing between the three-phase inverter circuit 35 and the fan motor 31.
  • switching elements Tr1 and Tr4 are ON, a current flows between the three-phase inverter circuit 35 and the fan motor 31 through the path of switching element Tr1 ⁇ U-phase of the fan motor 31 ⁇ V-phase of the fan motor 31 ⁇ switching element Tr4. If the polarity of the current flowing from the three-phase inverter circuit 35 toward the fan motor 31 is defined as positive, these currents can be expressed as +Iu and -Iv. The same applies to other combinations, and a description thereof will be omitted here.
  • the states of the six switching elements Tr1 to Tr6 are controlled according to the inverter drive signal output from the inverter control device 26.
  • the positive and negative polarities of the currents output to the U-phase, V-phase, and W-phase of the fan motor 31 change depending on the combination in which the switching elements Tr1 to Tr6 are turned on, and the DC current output from the capacitor 23 to the three-phase inverter circuit 35 is converted to three-phase AC current.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the inverter control device 26 according to the first embodiment.
  • the inverter control device 26 includes a deviation calculation unit 4, a voltage command value generation unit 5, a UVW conversion unit 6, a drive signal generation unit 7, dq conversion units 8 and 9, a phase and speed estimation unit 10, and a superimposed voltage generation unit 50.
  • the superimposed voltage generation unit 50 includes a voltage superimposition amount table data unit 11 and a superimposed voltage calculation unit 12.
  • the dq conversion unit 8 may be referred to as the "first coordinate conversion unit”
  • the dq conversion unit 9 as the "second coordinate conversion unit”
  • the UVW conversion unit 6 as the "third coordinate conversion unit”.
  • the deviation calculation unit 4 generates a speed deviation ⁇ , which is the difference between the speed command ⁇ ref and the mechanical angle estimated speed ⁇ m.
  • the mechanical angle estimated speed ⁇ m is an estimated value of the mechanical rotational angular speed of the fan motor 31.
  • the voltage command value generation unit 5 generates a dq-axis voltage command value Vdq * in the dq-axis coordinate system based on the speed deviation ⁇ .
  • the UVW conversion unit 6 converts the dq-axis voltage command value Vdq * output from the voltage command value generation unit 5 into a three-phase voltage command value Vuvw * , which is a voltage command value in the UVW coordinate system.
  • the drive signal generation unit 7 generates a drive signal for driving the three-phase inverter 27 based on the three-phase voltage command value Vuvw * .
  • the drive signal generating unit 7 generates a pulse width modulation (PWM) signal Spwm by superimposing the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f output from the superimposed voltage calculating unit 12 on the three-phase voltage command value Vuvw * for each of the three phases.
  • the PWM signal Spwm is an example of the inverter drive signal shown in Fig. 1, that is, the inverter drive signal output from the inverter control device 26.
  • the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f will be described in detail later.
  • the dq conversion unit 8 receives the detection value of the three-phase motor current Iuvw detected by the current detection unit 25.
  • the dq conversion unit 8 converts the three-phase motor current Iuvw into a dq-axis current Idq in the dq-axis coordinate system.
  • the dq-axis current Id can be separated into a d-axis current Id, which is the current component in the d-axis direction, and a q-axis current Iq, which is the current component in the q-axis direction.
  • the three-phase voltage Vuvw generated inside the drive signal generating unit 7 is input to the dq conversion unit 9.
  • the three-phase voltage Vuvw is a voltage signal equivalent to the three-phase inverter output voltage that the three-phase inverter 27 outputs to the fan motor 31.
  • the dq conversion unit 9 converts the three-phase voltage Vuvw into a dq-axis voltage Vdq in the dq-axis coordinate system.
  • the dq-axis voltage Vd can be divided into a d-axis voltage Vd, which is the voltage component in the d-axis direction, and a q-axis voltage Vq, which is the voltage component in the q-axis direction.
  • the phase and speed estimator 10 calculates the motor phase ⁇ e and the aforementioned mechanical angle estimated speed ⁇ m based on the dq-axis current Idq and the dq-axis voltage Vdq.
  • the motor phase ⁇ e is a phase obtained by converting the rotation angle of the rotor (not shown) of the fan motor 31 from a reference position into an electrical angle.
  • the motor phase ⁇ e is used when the dq converter 8 converts the three-phase motor current Iuvw into a dq-axis current Idq, and when the dq converter 9 converts the three-phase voltage Vuvw into a dq-axis voltage Vdq.
  • the motor phase ⁇ e is also used when the UVW converter 6 converts the dq-axis voltage command value Vdq * into a three-phase voltage command value Vuvw * .
  • the voltage superposition amount table data section 11 stores data on the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f that define the waveforms of the three-phase superposition voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, ⁇ Vw5f. Furthermore, data on the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f are stored in the voltage superposition amount table data section 11 in association with the mechanical angle estimated speed ⁇ m.
  • the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f are voltages that define the amplitude of the electrical 5f component.
  • the phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f are the phase differences between the electrical 5f component and the fundamental wave component in each of the UVW phases.
  • the voltage superposition amount table data unit 11 outputs the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f corresponding to the mechanical angle estimated speed ⁇ m to the superposition voltage calculation unit 12 based on the mechanical angle estimated speed ⁇ m output from the phase and speed estimation unit 10.
  • the fundamental component of the three-phase motor current Iuvw is generated by the fundamental component of the inverter output voltage applied to the fan motor 31.
  • the frequency of the inverter output voltage converted into an electrical angle is called the "inverter frequency” and is represented by "f".
  • the above-mentioned electrical 5f component is a voltage having a frequency component five times the inverter frequency f.
  • the fundamental component of the three-phase motor current Iuvw is dq converted, it becomes DC. That is, in the fan motor 31, it is the DC component of the dq-axis current Idq that mainly contributes to the motor torque.
  • the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f of the electrical 5f components are output to the superimposed voltage calculation unit 12.
  • the superimposed voltage calculation unit 12 calculates the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, ⁇ Vw5f using the following equations (1) to (3).
  • the superimposed voltage calculation unit 12 outputs the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f calculated using the above formulas (1) to (3) to the drive signal generation unit 7.
  • the subsequent operations are as described above.
  • the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, ⁇ Vw5f may be affected by changes in the effective value of the dq-axis current and changes in the phase of the dq-axis current, which may occur due to load fluctuations. Therefore, the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f may be set based on at least one of the effective value I of the dq-axis current and the phase ⁇ i of the dq-axis current, in addition to the estimated mechanical angle speed ⁇ m.
  • the effective value I of the dq-axis current and the phase ⁇ i of the dq-axis current can be calculated using the following equations (4) and (5).
  • noise and vibration have been suppressed by passing a sinusoidal current through the fan motor 31. It was believed that passing a sinusoidal current through the fan motor 31 would suppress the harmonic current components contained in the motor current, thereby reducing the torque ripple of the fan motor 31 and suppressing noise and vibration.
  • simply driving the fan motor 31 in a sinusoidal wave format was not sufficient to suppress noise and vibration. This is because there is distortion in the waveform of the motor induced voltage generated by the rotation of the fan motor 31.
  • control is performed to superimpose three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f on the three-phase voltage command value Vuvw * so that the electric 5f component current is superimposed on the motor current.
  • the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f are voltages of the electric 5f component superimposed on the three-phase voltage command value Vuvw * .
  • the electric 5f component of the motor current is a six-fold pulsation component with respect to the torque current in the dq-axis coordinate system. Therefore, if the three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f are superimposed on the three-phase voltage command value Vuvw * , it is possible to control the six-fold pulsation component in the torque current.
  • the electric 7f component of the motor current also generates a six-fold pulsation component with respect to the torque current in the dq-axis coordinate system. Therefore, instead of the voltage of the electrical 5f component, a voltage of the electrical 7f component may be used.
  • the electrical 7f component is a voltage having a frequency component seven times the inverter frequency f.
  • Figure 5 is a diagram showing an example of table data stored in the voltage superposition amount table data unit 11 according to the first embodiment.
  • the data values of the table data shown in FIG. 5 can be obtained by prior measurement. Specifically, first, the fan motor 31 is driven, and while changing the rotation speed, the noise or vibration of the electrical 5f component is detected for each predetermined rotation speed. The noise or vibration is detected using a noise sensor, a vibration sensor, etc.
  • the three-phase voltage command value Vuvw * is manipulated so that the electric 5f component is superimposed on the motor current, and conditions are searched for under which noise or vibration in the fan motor 31 is suppressed. Then, the voltage superimposition amount of the electric 5f component contained in the inverter output voltage under the conditions is actually measured.
  • This voltage superimposition amount is stored as a table value for each rotation speed in the voltage superimposition amount table data unit 11. Note that the table values stored in the voltage superimposition amount table data unit 11 may be different table values for each model of the fan motor 31, or may be different table values for each model of the product in which the fan motor 31 is mounted.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of voltage superposition control using the inverter control device 26 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 6 represents the ratio of the electrical 5f component to the fundamental wave component of the motor current
  • the vertical axis of FIG. 6 represents the noise level of the fan motor 31.
  • the values on the vertical axis of FIG. 6 are standardized to 1.0 when the electrical 5f component is not superimposed on the motor current.
  • the waveform shown in FIG. 6 represents the characteristics when the ratio of the electrical 5f component is increased while the rotation speed is fixed, and has a downward convex shape with a minimum value.
  • the noise level of the fan motor 31 decreases, reaches a minimum value at ratio p [%], and then increases.
  • the ratio of the electrical 5f component is further increased, the value on the vertical axis at ratio q [%] coincides with the noise level when the electrical 5f component is not superimposed.
  • the ratio q in a typical fan motor 31 is approximately 20%.
  • the value of the ratio q fluctuates, but if an error of 5% is allowed, it can be estimated to be approximately 25 [%].
  • the ratio p of the electrical 5f component that minimizes the noise level is also approximately 10%.
  • the ratio q which corresponds to the upper limit of the ratio of the electrical 5f component, to 25% and setting the range of the ratio of the electrical 5f component superimposed on the motor current to a value that does not include 0% and is equal to or less than 25%, it is possible to reliably reduce the noise and vibration generated in the fan motor 31.
  • the inverter control device 26 according to the first embodiment makes it possible to increase the options for fan motors 31 that can be implemented in products.
  • the control method of embodiment 1 is applicable even if the noise and vibration that may occur in the fan motor 31 are caused by frequency components other than six times the electrical angular frequency.
  • the table values stored in the voltage superposition amount table data unit 11 can be made to correspond to the frequency components that cause the noise and vibration. In this way, it is possible to suppress the noise and vibration that may occur due to the frequency components.
  • Fig. 7 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for realizing the functions of the inverter control device 26 according to the first embodiment.
  • Fig. 8 is a block diagram showing another example of a hardware configuration for realizing the functions of the inverter control device 26 according to the first embodiment.
  • the configuration can include a processor 300 that performs calculations, a memory 302 that stores programs read by the processor 300, and an interface 304 that inputs and outputs signals, as shown in FIG. 7.
  • Processor 300 is an example of a computing means.
  • Processor 300 may be a computing means called a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor).
  • Memory 302 is an example of a storage area. Examples of memory 302 include non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), and EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, and DVDs (Digital Versatile Discs).
  • Memory 302 stores a program that executes the functions of inverter control device 26 according to embodiment 1, and data values relating to the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f, and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f described above.
  • Processor 300 exchanges necessary information via interface 304, executes the program stored in memory 302, and refers to data values relating to the amplitude values Au5f, Av5f, Aw5f, and phase differences ⁇ u5f, ⁇ v5f, ⁇ w5f stored in memory 302, thereby performing the above-mentioned processing.
  • the results of calculations by processor 300 can be stored in memory 302.
  • the processing circuit 303 shown in FIG. 8 can be used.
  • the processing circuit 303 can be a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these.
  • Information input to the processing circuit 303 and information output from the processing circuit 303 can be obtained via the interface 304.
  • processing in the inverter control device 26 may be performed by the processing circuit 303, and other processing that is not performed by the processing circuit 303 may be performed by the processor 300 and memory 302.
  • the inverter control device includes a first, second and third coordinate conversion unit, a phase and speed estimation unit and a superimposed voltage generation unit.
  • the first coordinate conversion unit converts the three-phase motor current flowing through the motor into a d-axis current and a q-axis current.
  • the second coordinate conversion unit converts the three-phase inverter output voltage output by the three-phase inverter into a d-axis voltage and a q-axis voltage in a dq-axis coordinate system.
  • the third coordinate conversion unit converts the dq-axis voltage command value in the dq-axis coordinate system into a three-phase voltage command value in a UVW three-phase coordinate system.
  • the phase and speed estimation unit calculates the motor phase, which is the electrical angle phase of the motor's rotation angle, and the mechanical angle estimated speed, which is an estimated value of the motor's rotational angular speed, from the d-axis voltage and q-axis voltage, as well as the d-axis current and q-axis current.
  • the superimposed voltage generation unit generates a three-phase superimposed voltage in the UVW three-phase coordinate system to be superimposed on the three-phase voltage command value based on the motor phase and the mechanical angle estimated speed.
  • the inverter control device configured in this way makes it possible to further reduce noise and vibration that may occur due to distortion of the motor induced voltage. This makes it possible to further reduce noise and vibration that may occur in the motor.
  • the three-phase superimposed voltage is a voltage having a frequency component that is five or seven times the inverter frequency, which is the frequency of the inverter output voltage.
  • the inverter control device includes a table data section that stores amplitude values and phase differences that define the waveform of the three-phase superimposed voltage, and this table data section stores data on the amplitude values and phase differences associated with the mechanical angle estimated speed.
  • the three-phase superimposed voltage is calculated using the data stored in the table data section during inverter control, so that it is possible to reduce the calculation load compared to when the table data section is not used.
  • the inverter control device according to the first embodiment can use a cheaper processor, which has the effect of expanding the options for processors that can be implemented.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device 26A according to a second embodiment.
  • the voltage superposition amount table data unit 11 is replaced with a specific order component detection unit 41
  • the superposition voltage calculation unit 12 is replaced with a superposition voltage calculation unit 43.
  • the specific order component detection unit 41 and the superposition voltage calculation unit 43 constitute a superposition voltage generation unit 50A.
  • a speed detector 33 is provided on the fan motor 31.
  • the other configurations are the same or equivalent to those of the inverter control device 26 according to the first embodiment shown in FIG.
  • an encoder a resolver, a Hall IC, a Hall sensor, or the like can be used as the speed detector 33.
  • the fan motor 31 is actually driven, and while changing the rotation speed, the noise or vibration of the electrical 5f component is detected for each predetermined rotation speed, thereby creating table data of the voltage superposition amount of the electrical 5f component.
  • the voltage superposition control is basically performed using the detection value of the speed detector 33 without using the table data. Specifically, the operation is as follows.
  • the specific order component detection unit 41 detects the specific order component ⁇ f, which is a frequency component of a specific order superimposed on the motor speed ⁇ Fb. Specifically, the specific order component detection unit 41 performs frequency analysis of the motor speed ⁇ Fb using Fourier series expansion or the like to detect the specific order component ⁇ f, and inputs the detected value to the superimposed voltage calculation unit 43. If the fan motor 31 is, for example, a motor with five pole pairs, the 30th order frequency component of the mechanical angular frequency corresponding to a frequency component six times the inverter frequency f corresponds to the specific order component ⁇ f referred to here.
  • the superimposed voltage calculation unit 43 uses a known optimization algorithm such as a differential evolution method or Bayesian optimization to calculate three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f such that the amplitude of the specific order component ⁇ f becomes 0, and outputs the voltages to the drive signal generation unit 7. More specifically, the superimposed voltage calculation unit 43 searches for an optimal amplitude and phase difference such that the amplitude of the specific order component ⁇ f detected by the specific order component detection unit 41 becomes 0, using the phase difference between the amplitude of the electrical 5f component superimposed on the three-phase voltage command value Vuvw * and the fundamental wave component as a variable. Then, the superimposed voltage calculation unit 43 generates three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f using the amplitude and phase difference obtained by this search.
  • a known optimization algorithm such as a differential evolution method or Bayesian optimization to calculate three-phase superimposed voltages ⁇ Vu
  • the superimposed voltage calculation unit 43 is assumed to store and hold in advance the phase difference for each rotation speed with respect to the fundamental wave component of the amplitude of the electrical 5f component to be superimposed on the three-phase voltage command value Vuvw * .
  • the superimposed voltage calculation unit 43 receives the amplitude of the specific order component ⁇ f from the specific order component detection unit 41, and receives the motor phase ⁇ e from the phase and speed estimation unit 10.
  • the superimposed voltage calculation unit 43 refers to the phase difference with respect to the fundamental wave component of the amplitude of the electrical 5f component stored in the table data, sets the amplitude value of the received specific order component ⁇ f as the amplitude, and generates three-phase superimposed voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, ⁇ Vw5f having a phase difference with respect to the fundamental wave component of the amplitude of the referred electrical 5f component.
  • the phase difference of the amplitude of the electrical 5f component with respect to the fundamental component is stored as table data, but it is also possible to use known technology to calculate not only the amplitude of the specific order component ⁇ f, but also the phase difference of the electrical 5f component, which is the voltage superposition amount, with respect to the fundamental component, to generate the three-phase superposition voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f.
  • the superimposed voltage generation unit includes a specific order component detection unit and a superimposed voltage calculation unit.
  • the specific order component detection unit detects a specific order component, which is a frequency component of a specific order superimposed on the motor speed detected by the speed detector.
  • the superimposed voltage calculation unit calculates a three-phase superimposed voltage using the amplitude value and phase of the specific order component.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device 26B according to a third embodiment.
  • the specific order component detection unit 41 in the inverter control device 26A according to the second embodiment shown in FIG. 9 is replaced with a specific order component detection unit 42.
  • the specific order component detection unit 42 and the superimposed voltage calculation unit 43 constitute a superimposed voltage generation unit 50B.
  • the speed detector 33 provided in the fan motor 31 is omitted in the third embodiment, and the input signal to the specific order component detection unit 42 is changed from the motor speed ⁇ Fb to the mechanical angle estimation speed ⁇ m.
  • the other configurations are the same or equivalent to those of the inverter control device 26A according to the second embodiment shown in FIG. 9, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate.
  • the detection value of the speed detector 33 is used to perform the voltage superposition control.
  • the detection value of the speed detector 33 is not used, and instead, the voltage superposition control is performed using the mechanical angle estimated speed ⁇ m estimated by the phase and speed estimation unit 10. Note that the operation of the third embodiment is the same as that of the second embodiment, except that the detection value of the speed detector 33 is replaced with the mechanical angle estimated speed ⁇ m.
  • the superimposed voltage generation unit includes a specific-order component detection unit and a superimposed voltage calculation unit.
  • the specific-order component detection unit detects a specific-order component, which is a frequency component of a specific order superimposed on the mechanical angle estimated speed estimated by the phase and speed estimation unit.
  • the superimposed voltage calculation unit calculates a three-phase superimposed voltage using the amplitude value and phase of the specific-order component. According to the inverter control device configured in this manner, it is possible to perform voltage superimposition control equivalent to that of the first embodiment, and therefore it is possible to enjoy the effects of the first embodiment.
  • Fig. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device 26C according to a fourth embodiment.
  • the voltage superimposition amount table data unit 11 is replaced with a voltage superimposition amount table data unit 44, and the superimposition voltage calculation unit 12 is deleted.
  • the voltage superimposition amount table data unit 44 constitutes a superimposition voltage generation unit 50C.
  • the other configurations are the same as or equivalent to the configurations of the inverter control device 26 according to the first embodiment shown in Fig. 4, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate.
  • FIG. 12 shows an example of table data stored in the voltage superposition amount table data unit 44 in embodiment 4.
  • the values of the three-phase superposed voltage ⁇ Vu5f of the U phase are stored as data values corresponding to the values of the estimated mechanical angle speed ⁇ m and the motor phase ⁇ e.
  • the estimated mechanical angle speed ⁇ m and the motor phase ⁇ e without data values are input, they can be calculated by linear interpolation or the like.
  • FIG. 12 only shows table data relating to the U-phase three-phase superimposed voltage ⁇ Vu5f, the V-phase three-phase superimposed voltage ⁇ Vv5f and the W-phase three-phase superimposed voltage ⁇ Vw5f are also stored in the voltage superimposition amount table data section 44 in a similar manner.
  • the data values of the table data shown in FIG. 12 can be obtained by prior measurement, as in the first embodiment. Specifically, first, the fan motor 31 is driven, and while changing the rotation speed, noise or vibration of the electrical 5f component is detected for each predetermined rotation speed. The noise or vibration is detected using a noise sensor, a vibration sensor, etc.
  • the three-phase voltage command value Vuvw * is manipulated so that the electric 5f component is superimposed on the motor current, and conditions are searched for under which noise or vibration in the fan motor 31 is suppressed. Then, the voltage superimposition amount of the electric 5f component contained in the inverter output voltage under the conditions is actually measured.
  • This voltage superimposition amount is stored in the voltage superimposition amount table data unit 44 as a two-dimensional table value for each rotation speed and motor phase ⁇ e. Note that the two-dimensional table values stored in the voltage superimposition amount table data unit 44 may be table values that differ for each model of the fan motor 31, or table values that differ for each model of the product in which the fan motor 31 is mounted.
  • the voltage superposition amount table data unit 44 reads out the three-phase superposition voltages ⁇ Vu5f, ⁇ Vv5f, and ⁇ Vw5f corresponding to the mechanical angle estimated speed ⁇ m and the motor phase ⁇ e based on the mechanical angle estimated speed ⁇ m and the motor phase ⁇ e output from the phase and speed estimator 10, and outputs them to the drive signal generator 7.
  • the subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
  • the three-phase superimposed voltage is a voltage having a frequency component that is five or seven times the inverter frequency, which is the frequency of the inverter output voltage.
  • the superimposed voltage generating unit includes a table data unit in which the actual measured value of the voltage having a frequency component that is five or seven times the inverter frequency is stored in correspondence with the estimated mechanical angle speed and the motor phase.
  • the superimposed voltage generating unit also outputs the data value stored in the table data unit to the drive signal generating unit as a three-phase superimposed voltage.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a detailed configuration of an inverter control device 26D according to the fifth embodiment.
  • the voltage superposition amount table data unit 11 is replaced with a voltage superposition amount table data unit 45
  • the superposition voltage calculation unit 12 is replaced with a superposition voltage calculation unit 46.
  • the voltage superposition amount table data unit 45 and the superposition voltage calculation unit 46 constitute a superposition voltage generation unit 50D.
  • the destination of the output signal of the superposition voltage generation unit 50D is changed from the drive signal generation unit 7 to the voltage command value generation unit 5.
  • the other configurations are the same or equivalent to the configuration of the inverter control device 26 according to the first embodiment shown in FIG. 4, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate.
  • the three-phase superposed voltages in the UVW three-phase coordinate system are superposed on the three-phase voltage command value Vuvw * .
  • the dq-axis superposed voltages ⁇ Vd6f, ⁇ Vq6f in the dq-axis coordinate system are output to the voltage command value generating unit 5, and are superposed on the dq-axis voltage command value Vdq * inside the voltage command value generating unit 5.
  • the dq-axis superposed voltages ⁇ Vd6f, ⁇ Vq6f are electrical 6f components having a frequency component six times the inverter frequency f.
  • the electrical 5f component of the motor current is a pulsating component six times that of the torque current in the dq-axis coordinate system.
  • control is performed to superimpose the dq-axis superposed voltages ⁇ Vd6f, ⁇ Vq6f, which are the voltages of the electrical 6f component, on the dq-axis voltage command value Vdq * .
  • the table data stored in the voltage superposition amount table data section 45 can be a table having the amplitude value of the electrical 6f component in the dq-axis coordinate system and the phase difference between the electrical 6f component and the fundamental wave component in the dq-axis coordinate system, as in FIG. 5.
  • the data values of the table data stored in the voltage superposition amount table data section 45 can be obtained by prior measurement, as in the first embodiment.
  • the method of obtaining the data values of the table data is the same as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted here.
  • the superimposed voltage is a dq-axis superimposed voltage in the dq-axis coordinate system that is superimposed on the dq-axis voltage command value
  • the dq-axis superimposed voltage is a voltage having a frequency component six times the inverter frequency, which is the frequency of the inverter output voltage.
  • the superimposed voltage generating unit includes a table data unit that stores the amplitude value and phase difference that define the waveform of the dq-axis superimposed voltage, and this table data unit stores data related to the amplitude value and phase difference associated with the mechanical angle estimated speed.
  • the superimposed voltage generating unit also includes a superimposed voltage calculating unit that calculates the dq-axis superimposed voltage using the amplitude value and phase difference.
  • a superimposed voltage calculating unit that calculates the dq-axis superimposed voltage using the amplitude value and phase difference.
  • Embodiment 6 In the sixth embodiment, an application example of the motor driving device 2 described in the first to fifth embodiments will be described.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of a blower 100 according to embodiment 6.
  • the blower 100 is configured to be driven by the motor drive device 2 described in embodiments 1 to 5.
  • the blower 100 can rotate the fan 104 by the motor drive device 2 driving the fan motor 102.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of an air conditioner 150 according to embodiment 6.
  • the air conditioner 150 is configured to include the motor drive device 2 described in embodiments 1 to 5, and is driven by the motor drive device 2.
  • the air conditioner 150 may also be configured to include the blower 100 shown in FIG. 14.
  • the air conditioner 150 includes an outdoor unit 126 and an indoor unit 127.
  • the outdoor unit 126 includes an outdoor heat exchanger 128, an outdoor fan 129, and a compressor 130.
  • the indoor unit 127 includes an indoor heat exchanger 131, an indoor fan 132, and an expansion valve 133.
  • the compressor 130, the outdoor heat exchanger 128, the expansion valve 133, and the indoor heat exchanger 131 are connected in a ring shape to form a refrigerant circuit.
  • outdoor air is sent to the outdoor heat exchanger 128 as the outdoor fan 129 rotates.
  • the sent outdoor air also exchanges heat with the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 128.
  • the fan motor 134 is connected to the rotor of the outdoor fan 129.
  • indoor air is sent to the indoor heat exchanger 131 as the indoor fan 132 rotates.
  • the sent indoor air also exchanges heat with the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger 131.
  • the motor drive device 2 according to the first to fifth embodiments can be applied to products such as the blower 100 and the air conditioner 150. This allows the effects described in the first to fifth embodiments to be enjoyed in products such as the blower 100 and the air conditioner 150.

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Abstract

インバータ制御装置(26)は、ファンモータ(31)に流れる三相のモータ電流をd軸電流及びq軸電流に変換するdq変換部(8)と、三相インバータ(27)が出力するインバータ出力電圧をdq軸座標系のd軸電圧及びq軸電圧に変換するdq変換部(9)と、dq軸座標系のdq軸電圧指令値をUVW三相座標系の三相電圧指令値に変換するUVW変換部(6)と、d軸電圧及びq軸電圧、並びにd軸電流及びq軸電流に基づいてファンモータ(31)の回転角の電気角位相であるモータ位相、及びファンモータ(31)の回転角速度の推定値である機械角推定速度を演算する位相及び速度推定部(10)と、モータ位相及び機械角推定速度に基づいてdq軸電圧指令値又は三相電圧指令値に重畳する重畳電圧を生成する重畳電圧生成部(50)とを備える。

Description

インバータ制御装置、モータ駆動装置、送風機及び空気調和機
 本開示は、インバータを制御するインバータ制御装置、モータ駆動装置、送風機及び空気調和機に関する。
 近年、空気調和機、給湯器などの冷凍サイクル機器の室外機ファンに用いられるモータでは、モータを低騒音及び低振動で駆動するために正弦波駆動することが行われている。正弦波駆動によってモータの騒音及び振動が低下することは、下記特許文献1などに記載されている。
特開2002-345283号公報
 しかしながら、モータの回転によって発生するモータ誘起電圧の波形には歪があり、モータを正弦波駆動するだけでは、騒音及び振動の抑制は十分ではなかった。
 本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、モータに発生し得る騒音及び振動の更なる低減を可能とするインバータ制御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、本開示に係るインバータ制御装置は、モータに交流電力を供給する三相インバータを制御するインバータ制御装置であって、第1、第2及び第3の座標変換部と、位相及び速度推定部と、重畳電圧生成部とを備える。第1の座標変換部は、モータに流れる三相のモータ電流をd軸電流及びq軸電流に変換する。第2の座標変換部は、三相インバータが出力するインバータ出力電圧をdq軸座標系のd軸電圧及びq軸電圧に変換する。第3の座標変換部は、dq軸座標系のdq軸電圧指令値をUVW三相座標系の三相電圧指令値に変換する。位相及び速度推定部は、d軸電圧及びq軸電圧、並びにd軸電流及びq軸電流に基づいてモータの回転角の電気角位相であるモータ位相、及びモータの回転角速度の推定値である機械角推定速度を演算する。重畳電圧生成部は、モータ位相及び機械角推定速度に基づいてdq軸電圧指令値又は三相電圧指令値に重畳する重畳電圧を生成する。
 本開示に係るインバータ制御装置によれば、モータに発生し得る騒音及び振動の更なる低減が可能になるという効果を奏する。
実施の形態1に係るインバータ制御装置を含むモータ駆動装置の構成例を示す図 図1の構成から三相インバータの回路部分を抜き出した図 図2に示す三相インバータ回路におけるスイッチング素子の状態と三相インバータ回路とファンモータとの間に流れる電流との関係を示す図 実施の形態1に係るインバータ制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態1に係る電圧重畳量テーブルデータ部に格納されるテーブルデータの例を示す図 実施の形態1に係るインバータ制御装置を用いた電圧重畳制御による効果の説明に供する図 実施の形態1に係るインバータ制御装置の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態1に係るインバータ制御装置の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図 実施の形態2に係るインバータ制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態3に係るインバータ制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態4に係るインバータ制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態4に係る電圧重畳量テーブルデータ部に格納されるテーブルデータの例を示す図 実施の形態5に係るインバータ制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態6に係る送風機の構成例を示す図 実施の形態6に係る空気調和機の構成例を示す図
 以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係るインバータ制御装置、モータ駆動装置、送風機及び空気調和機について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、インバータに接続される負荷が、空気調和機の室外機のファンモータである場合を一例として説明するが、ファンモータ以外のモータへの適用を除外する意図ではない。即ち、本開示の技術は、ファンモータ以外のモータへの適用も可能である。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係るインバータ制御装置26を含むモータ駆動装置2の構成例を示す図である。図1に示すように、モータ駆動装置2は、交流電源1と、送風機3のファンモータ31とに接続される。モータ駆動装置2は、交流電源1から出力される交流電圧を直流電圧に変換すると共に、この直流電圧を更に所望の電圧及び周波数の交流電圧に変換してファンモータ31に出力する。ファンモータ31は、各相、即ちU相、V相及びW相ごとに巻線32を備える三相モータである。なお、本稿では、交流電源1から出力される交流電圧を「第1の交流電圧」と記載し、ファンモータ31に出力する所望の電圧及び周波数の交流電圧を「第2の交流電圧」と記載することがある。
 モータ駆動装置2は、リアクトル20と、整流回路21と、コンデンサ23と、電圧検出部24と、電流検出部25と、インバータ制御装置26と、三相インバータ27とを備える。
 整流回路21は、複数のダイオード22、図1の例では4つのダイオード22を備え、交流電源1から出力される第1の交流電圧を直流電圧に変換して出力する。第1の交流電圧を直流電圧に変換する回路は、コンバータと呼ばれる。整流回路21は、非昇圧型のコンバータであるが、昇圧型のコンバータを用いてもよい。また、図1では、交流電源1が単相交流電源である例を示しているが、交流電源1は三相交流電源であってもよい。交流電源1が三相交流電源である場合、整流回路21は、6つのダイオード22を備えて構成される。
 リアクトル20は、図1の例では、一端が交流電源1の一方側に接続され、他端が整流回路21の入力端に接続される。なお、リアクトル20の設置位置は図1の例に限定されない。例えば、リアクトル20の一端が交流電源1の他方側に接続され、他端が整流回路21の他方の入力端に接続される構成でもよい。
 コンデンサ23は、図1の例では、一端が整流回路21の一方の出力端に接続され、他端が整流回路21の他方の出力端に接続される。コンデンサ23は、整流回路21で変換された直流電圧を平滑化する。
 電圧検出部24は、コンデンサ23の両端に接続され、コンデンサ23が出力するコンデンサ電圧の電圧値を検出する。電圧検出部24は、コンデンサ電圧の検出値をインバータ制御装置26に出力する。
 電流検出部25は、三相インバータ27とファンモータ31とを結ぶ接続配線30に配置され、三相インバータ27とファンモータ31との間に流れる電流、即ちモータ電流の電流値を検出する。電流検出部25は、モータ電流の検出値をインバータ制御装置26に出力する。
 三相インバータ27は、コンデンサ23に並列に接続され、インバータ制御装置26の制御によって、コンデンサ電圧を所望の電圧及び周波数の第2の交流電圧に変換する。三相インバータ27は、スイッチング素子28、及びスイッチング素子28に並列に接続されるダイオード29を6つ備える。各々のスイッチング素子28は、インバータ制御装置26から出力されるインバータ駆動信号に基づいてオンオフ制御される。この制御により、三相インバータ27からは、変換された交流電圧が出力されてファンモータ31に印加され、ファンモータ31が駆動される。
 インバータ制御装置26は、三相インバータ27に接続されるファンモータ31に対して、三相インバータ27から第2の交流電圧が出力されるように三相インバータ27の動作を制御する。具体的に、インバータ制御装置26は、電圧検出部24及び電流検出部25から取得した検出値に基づいて、三相インバータ27の動作を制御するためのインバータ駆動信号を生成し、三相インバータ27に出力する。
 図2は、図1の構成から三相インバータ27の回路部分を抜き出した図である。図2では、図1で示した6つのスイッチング素子28をTr1~Tr6の符号で表し、図1で示した6つのダイオード29をD1~D6の符号で表している。スイッチング素子Tr1,Tr3,Tr5は上アームのスイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子Tr2,Tr4,Tr6は下アームのスイッチング素子と呼ばれる。
 図2において、上アームのスイッチング素子Tr1と下アームのスイッチング素子Tr2とは直列に接続されてU相レグ40Uを構成する。上アームのスイッチング素子Tr1と下アームのスイッチング素子Tr2との接続点、即ちU相レグ40Uの中点からは配線が引き出されてファンモータ31のU相に電気的に接続される。他のスイッチング素子Tr3~Tr6も同様に構成される。即ち、上アームのスイッチング素子Tr3と下アームのスイッチング素子Tr4とによってV相レグ40Vが構成され、上アームのスイッチング素子Tr5と下アームのスイッチング素子Tr6とによってW相レグ40Wが構成される。これらのU相レグ40U、V相レグ40V及びW相レグ40Wは、3並列に接続されて三相インバータ回路35を構成する。
 上アームのスイッチング素子Tr1,Tr3,Tr5のコレクタ側は互いに接続され、下アームのスイッチング素子Tr2,Tr4,Tr6のエミッタ側は互いに接続される。また、上アームのスイッチング素子Tr1と下アームのスイッチング素子Tr2との接続点、即ちU相レグ40Uの中点からは配線が引き出されてファンモータ31のU相に電気的に接続される。以下同様に、V相レグ40Vの中点からは配線が引き出されてファンモータ31のV相に電気的に接続され、W相レグ40Wの中点からは配線が引き出されてファンモータ31のW相に電気的に接続される。
 図3は、図2に示す三相インバータ回路35におけるスイッチング素子の状態と三相インバータ回路35とファンモータ31との間に流れる電流との関係を示す図である。例えば、スイッチング素子Tr1,Tr4がON状態であるとき、三相インバータ回路35とファンモータ31との間には、スイッチング素子Tr1→ファンモータ31のU相→ファンモータ31のV相→スイッチング素子Tr4の経路で電流が流れる。三相インバータ回路35からファンモータ31に向かう方向の電流の極性を正と定義すれば、これらの電流は、+Iu、-Ivと表記することができる。他の組合せのときも同様であり、ここでの説明は割愛する。
 6つのスイッチング素子Tr1~Tr6は、インバータ制御装置26から出力されるインバータ駆動信号に従って状態が制御される。これにより、図3に示されるように、スイッチング素子Tr1~Tr6がオン状態となる組合せによって、ファンモータ31のU相、V相、W相に出力される電流の正負が変わり、コンデンサ23から三相インバータ回路35に出力される直流電流が三相交流電流に変換される。
 図4は、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の詳細構成を示すブロック図である。インバータ制御装置26は、図4に示すように、偏差演算部4と、電圧指令値生成部5と、UVW変換部6と、駆動信号生成部7と、dq変換部8,9と、位相及び速度推定部10と、重畳電圧生成部50とを備える。また、重畳電圧生成部50は、電圧重畳量テーブルデータ部11と、重畳電圧演算部12とを備える。なお、本稿では、dq変換部8を「第1の座標変換部」と記載し、dq変換部9を「第2の座標変換部」と記載し、UVW変換部6を「第3の座標変換部」と記載することがある。
 次に、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の動作について説明する。まず、偏差演算部4は、速度指令ωrefと、機械角推定速度ωmとの差分である速度偏差Δωを生成する。機械角推定速度ωmは、ファンモータ31の機械的な回転角速度の推定値である。電圧指令値生成部5は、速度偏差Δωに基づいてdq軸座標系のdq軸電圧指令値Vdqを生成する。UVW変換部6は、電圧指令値生成部5から出力されるdq軸電圧指令値VdqをUVW座標系の電圧指令値である三相電圧指令値Vuvwに変換する。駆動信号生成部7は、三相電圧指令値Vuvwに基づいて三相インバータ27を駆動するための駆動信号を生成する。具体的に、駆動信号生成部7は、三相の各相ごとに、重畳電圧演算部12から出力される三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを三相電圧指令値Vuvwに重畳することでパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)信号Spwmを生成する。PWM信号Spwmは、図1に示すインバータ駆動信号、即ちインバータ制御装置26から出力されるインバータ駆動信号の一例である。三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fの詳細については後述する。
 dq変換部8には、電流検出部25によって検出された三相のモータ電流Iuvwの検出値が入力される。dq変換部8は、三相のモータ電流Iuvwをdq軸座標系のdq軸電流Idqに変換する。dq軸電流Idqは、dq軸座標系において、d軸方向の電流成分であるd軸電流Idと、q軸方向の電流成分であるq軸電流Iqとに分けることができる。
 dq変換部9には、駆動信号生成部7の内部で生成される三相電圧Vuvwが入力される。三相電圧Vuvwは、三相インバータ27がファンモータ31に出力する三相のインバータ出力電圧と同等の電圧信号である。dq変換部9は、三相電圧Vuvwをdq軸座標系のdq軸電圧Vdqに変換する。dq軸電圧Vdqは、dq軸座標系において、d軸方向の電圧成分であるd軸電圧Vdと、q軸方向の電圧成分であるq軸電圧Vqとに分けることができる。
 位相及び速度推定部10は、dq軸電流Idq及びdq軸電圧Vdqに基づいてモータ位相θe、及び前述した機械角推定速度ωmを演算する。モータ位相θeは、ファンモータ31の図示しないロータの基準位置からの回転角を電気角に換算した位相である。モータ位相θeは、dq変換部8が、三相のモータ電流Iuvwをdq軸電流Idqに変換する際、及びdq変換部9が、三相電圧Vuvwをdq軸電圧Vdqに変換する際に使用される。また、モータ位相θeは、UVW変換部6が、dq軸電圧指令値Vdqを三相電圧指令値Vuvwに変換する際にも使用される。
 電圧重畳量テーブルデータ部11には、三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fの波形を規定する振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータが格納されている。また、これらの振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータは、機械角推定速度ωmに対応付けられて電圧重畳量テーブルデータ部11に格納されている。振幅値Au5f,Av5f,Aw5fは、電気5f成分の振幅を規定する電圧である。また、位相差θu5f,θv5f,θw5fは、UVWの各相における、電気5f成分と基本波成分との間の位相差である。
 電圧重畳量テーブルデータ部11は、位相及び速度推定部10から出力される機械角推定速度ωmに基づいて、機械角推定速度ωmに対応する振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fを重畳電圧演算部12に出力する。
 ここで、電気5f成分について補足する。ファンモータ31において、モータトルクに主に寄与するのは、三相のモータ電流Iuvwの基本波成分である。モータ電流Iuvwの基本波成分は、ファンモータ31に印加されるインバータ出力電圧の基本波成分によって生じる。ここで、電気角に換算したインバータ出力電圧の周波数を「インバータ周波数」と呼び、「f」で表す。このとき、インバータ周波数fの5倍を「電気5f」と呼ぶ。従って、上述した電気5f成分は、インバータ周波数fの5倍の周波数成分を有する電圧である。なお、三相のモータ電流Iuvwの基本波成分をdq変換すると直流になる。即ち、ファンモータ31において、モータトルクに主に寄与するのは、dq軸電流Idqの直流成分である。
 電気5f成分の振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fは、重畳電圧演算部12に出力される。重畳電圧演算部12は、下記(1)~(3)式を用いて、三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを演算する。
 ΔVu5f=Au5f×sin(5×θe+θu5f)…(1)
 ΔVv5f=Av5f×sin(5×θe+θv5f)…(2)
 ΔVw5f=Aw5f×sin(5×θe+θw5f)…(3)
 重畳電圧演算部12は、上記(1)~(3)式を用いて演算した三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを駆動信号生成部7に出力する。以後の動作は、前述した通りである。
 なお、三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fは、負荷変動によって生じ得る、dq軸電流の実効値の変化、及びdq軸電流の位相の変化の影響を受ける可能性がある。そのため、振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fは、機械角推定速度ωmに加え、dq軸電流の実効値I及びdq軸電流の位相θiのうちの少なくも1つに基づいて設定されていてもよい。dq軸電流の実効値I及びdq軸電流の位相θiは、下記(4)、(5)式を用いて演算することができる。
 I=√(Id+Iq)…(4)
 θi=tan-1(Iq/Id)…(5)
 次に、実施の形態1に係るインバータ制御装置26による制御において、三相電圧指令値Vuvwに、電気5f成分である三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを重畳する理由について説明する。
 まず、従来から、ファンモータ31に発生し得る騒音及び振動は、インバータ周波数fの6倍の周波数成分で発生することが知られている。ファンモータ31が、例えば5極対のモータである場合、インバータ周波数fの6倍の周波数成分は、機械角周波数の30次(=5×6)の周波数成分に相当する。従来技術では、[背景技術]の項で説明したように、ファンモータ31に正弦波状の電流を流すことで騒音及び振動を抑制することが行われていた。ファンモータ31に正弦波状の電流を流すようにすれば、モータ電流に含まれる高調波電流成分が抑制され、これにより、ファンモータ31のトルクリップルが小さくなって、騒音及び振動が抑制されると考えられていたからである。ところが、ファンモータ31を正弦波駆動するだけでは、騒音及び振動の抑制は十分ではなかった。その理由は、ファンモータ31の回転によって発生するモータ誘起電圧の波形に歪が存在するからである。
 そこで、実施の形態1では、ファンモータ31に発生し得る電気角周波数の6倍の周波数成分に起因する騒音及び振動を抑制するため、モータ電流に電気5f成分の電流が重畳されるように、三相電圧指令値Vuvwに三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを重畳する制御を行う。三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fは、三相電圧指令値Vuvwに重畳する電気5f成分の電圧である。ここで、モータ電流の電気5f成分は、dq軸座標系におけるトルク電流に対して6倍の脈動成分となる。このため、三相電圧指令値Vuvwに三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを重畳すれば、トルク電流における6倍の脈動成分を制御することが可能となる。なお、モータ電流の電気7f成分も、dq軸座標系におけるトルク電流に対して6倍の脈動成分を生じさせる。このため、電気5f成分の電圧に代えて、電気7f成分の電圧を用いてもよい。電気7f成分は、インバータ周波数fの7倍の周波数成分を有する電圧である。
 次に、電圧重畳量テーブルデータ部11に格納されるテーブルデータについて説明する。図5は、実施の形態1に係る電圧重畳量テーブルデータ部11に格納されるテーブルデータの例を示す図である。
 図5に示すテーブルデータでは、機械角推定速度ωmの値に対応して、振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータ値が格納されている。具体的に、機械角推定速度ωm=10[rad/s]においては、振幅値Au5f,Av5f,Aw5fとして、それぞれAu5f10,Av5f10,Aw5f10が格納され、また、位相差θu5f,θv5f,θw5fとして、それぞれθu5f10,θv5f10,θw5f10が格納されている。説明は割愛するが、機械角推定速度ωm=20,30,…,100に関しても、同様に振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータ値が格納されている。データ値のない機械角推定速度ωmが入力された場合には、線形補間などにより演算で求めることができる。
 図5に示すテーブルデータのデータ値は、事前の計測により求めることができる。具体的には、まず、ファンモータ31を駆動し、回転速度を変更しながら、予め定めた回転速度ごとに電気5f成分の騒音又は振動を検出する。騒音又は振動の検出は、騒音センサ、振動センサなどを用いて行う。
 次に、モータ電流に電気5f成分が重畳されるように三相電圧指令値Vuvwを操作し、ファンモータ31における騒音又は振動が抑制される条件を探索する。そして、当該条件におけるインバータ出力電圧に含まれる電気5f成分の電圧重畳量を実測する。この電圧重畳量を回転速度ごとのテーブル値として、電圧重畳量テーブルデータ部11に格納する。なお、電圧重畳量テーブルデータ部11に格納するテーブル値は、ファンモータ31の型式ごとに異なるテーブル値としてもよいし、ファンモータ31が搭載される製品の型式ごとに異なるテーブル値としてもよい。
 次に、実施の形態1に係るインバータ制御装置26を用いたことによる効果について説明する。図6は、実施の形態1に係るインバータ制御装置26を用いた電圧重畳制御による効果の説明に供する図である。図6の横軸は、モータ電流の基本波成分に対する電気5f成分の割合を表し、図6の縦軸は、ファンモータ31の騒音の大きさを表している。また、図6の縦軸の値は、モータ電流に電気5f成分を重畳しない場合を1.0として規格化されている。
 図6に示される波形は、回転速度を固定して電気5f成分の割合を増加させていった場合の特性を表しており、極小値を有する下に凸の形状となる。電気5f成分の割合を増加させていった場合、ファンモータ31の騒音の大きさは小さくなり、割合p[%]のところで極小値をとり、その後、騒音の大きさは増加する。更に、電気5f成分の割合を増加させると、割合q[%]のところで、縦軸上の値、即ち電気5f成分を重畳しない場合の騒音の大きさに一致している。ここで、一般的なファンモータ31における割合qは、概ね20%である。回転速度を変更した場合、割合qの値は変動するが、誤差を5%見込めば、概ね25[%]と見積もることができる。また、一般的なファンモータ31におけるモータ誘起電圧の歪は、概ね10%以下であるため、騒音の大きさを最小化する電気5f成分の割合pも概ね10%になる。また、回転速度を変更した場合、極小値をとるまでの波形形状には大きな変化はなく、極小値をとる割合pの値の変動も小さい。従って、電気5f成分の割合の上限値に相当する割合qを25[%]に設定し、モータ電流に重畳する電気5f成分の割合の範囲を0[%]は含まず、且つ、25[%]以下に設定すれば、ファンモータ31に発生する騒音及び振動を確実に低減することができる。
 以上の説明のように、実施の形態1に係るインバータ制御装置26を用いれば、モータ誘起電圧の歪に起因して生じ得る騒音及び振動の更なる低減が可能となる。また、従来の制御では、騒音又は振動が大きくて使用できなかった製品でも、実施の形態1に係るインバータ制御装置26を用いれば、当該製品への適用が可能となることも想定される。従って、実施の形態1に係るインバータ制御装置26によれば、製品に実装できるファンモータ31の選択肢を増やすことが可能となる。
 なお、上記の説明では、ファンモータ31に発生し得る騒音及び振動の原因が電気角周波数の6倍の周波数成分であることを前提としていたが、この前提を変更してもよい。即ち、ファンモータ31に発生し得る騒音及び振動の原因が電気角周波数の6倍以外の周波数成分であっても、実施の形態1の制御手法は適用可能である。具体的には、電圧重畳量テーブルデータ部11に格納するテーブル値を騒音及び振動の原因となる周波数成分に対応させたものとすればよい。このようにすれば、当該周波数成分に起因して発生し得る騒音及び振動の抑制が可能となる。
 次に、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能を実現するためのハードウェア構成について、図7及び図8の図面を参照して説明する。図7は、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図8は、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。
 実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能の一部又は全部を実現する場合には、図7に示されるように、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。
 プロセッサ300は、演算手段の一例である。プロセッサ300は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)と称される演算手段であってもよい。また、メモリ302は、記憶領域の一例である。メモリ302には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。
 メモリ302には、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能を実行するプログラム、及び上述した振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータ値が格納されている。プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行し、メモリ302に格納された振幅値Au5f,Av5f,Aw5f、及び位相差θu5f,θv5f,θw5fに関するデータ値をプロセッサ300が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ300による演算結果は、メモリ302に記憶することができる。
 また、実施の形態1に係るインバータ制御装置26の機能の一部を実現する場合には、図8に示す処理回路303を用いることもできる。処理回路303は、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路303に入力する情報、及び処理回路303から出力する情報は、インタフェース304を介して入手することができる。
 なお、インバータ制御装置26における一部の処理を処理回路303で実施し、処理回路303で実施しない処理をプロセッサ300及びメモリ302で実施してもよい。
 以上説明したように、実施の形態1に係るインバータ制御装置は、第1、第2及び第3の座標変換部と、位相及び速度推定部及び重畳電圧生成部を備える。第1の座標変換部は、モータに流れる三相のモータ電流をd軸電流及びq軸電流に変換する。第2の座標変換部は、三相インバータが出力する三相のインバータ出力電圧をdq軸座標系のd軸電圧及びq軸電圧に変換する。第3の座標変換部は、dq軸座標系のdq軸電圧指令値をUVW三相座標系の三相電圧指令値に変換する。位相及び速度推定部は、d軸電圧及びq軸電圧、並びにd軸電流及びq軸電流にモータの回転角の電気角位相であるモータ位相、及びモータの回転角速度の推定値である機械角推定速度を演算する。重畳電圧生成部は、モータ位相及び機械角推定速度に基づいて三相電圧指令値に重畳する、UVW三相座標系の三相重畳電圧を生成する。このように構成されたインバータ制御装置によれば、モータ誘起電圧の歪に起因して生じ得る騒音及び振動の更なる低減が可能となる。これにより、モータに発生し得る騒音及び振動の更なる低減が可能となる。
 また、実施の形態1に係るインバータ制御装置において、三相重畳電圧は、インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧である。インバータ制御装置は、三相重畳電圧の波形を規定する振幅値及び位相差を格納するテーブルデータ部を備え、このテーブルデータ部には、機械角推定速度に対応付けられた振幅値及び位相差に関するデータが格納されている。このように構成されたインバータ制御装置によれば、インバータの制御中に、テーブルデータ部に格納されたデータを使用して三相重畳電圧を演算するので、テーブルデータ部を使用しない場合と比べて演算負荷を低減することが可能となる。これにより、実施の形態1に係るインバータ制御装置では、より安価なプロセッサを使用することができるので、実装できるプロセッサの選択肢が広がるという効果が得られる。
 また、従来のインバータ制御では、騒音及び振動の十分な抑制ができないため、用途によっては、実装が見送られていたモータが存在していた。これに対し、実施の形態1の手法を用いれば、騒音及び振動の十分な抑制効果が見込まれる。これにより、実施の形態1に係るインバータ制御装置では、従来では実装できなかったモータの使用が可能となるので、実装できるモータの選択肢が広がるという効果が得られる。
実施の形態2.
 図9は、実施の形態2に係るインバータ制御装置26Aの詳細構成を示すブロック図である。図9では、図4に示した実施の形態1に係るインバータ制御装置26において、電圧重畳量テーブルデータ部11が特定次数成分検出部41に置き替えられ、重畳電圧演算部12が重畳電圧演算部43に置き替えられている。特定次数成分検出部41及び重畳電圧演算部43は、重畳電圧生成部50Aを構成する。また、ファンモータ31には速度検出器33が設けられている。その他の構成は、図4に示す実施の形態1に係るインバータ制御装置26の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は適宜割愛する。なお、速度検出器33としては、エンコーダ、レゾルバ、ホールIC、ホールセンサなどを用いることができる。
 実施の形態1による電圧重畳制御では、ファンモータ31を実際に駆動し、回転速度を変更しながら、予め定めた回転速度ごとに電気5f成分の騒音又は振動を検出することで、電気5f成分の電圧重畳量のテーブルデータを作成した。これに対し、実施の形態2では、基本的には、テーブルデータを用いずに、速度検出器33の検出値を使用して電圧重畳制御を行う。具体的には、以下の動作となる。
 まず、重畳電圧生成部50Aの特定次数成分検出部41には、速度検出器33が検出したモータ速度ωFbの情報が入力される。特定次数成分検出部41は、モータ速度ωFbに重畳されている特定次数の周波数成分である特定次数成分ωfを検出する。具体的に、特定次数成分検出部41は、フーリエ級数展開等を用いてモータ速度ωFbを周波数解析して特定次数成分ωfを検出し、その検出値を重畳電圧演算部43に入力する。ファンモータ31が、例えば5極対のモータである場合、インバータ周波数fの6倍の周波数成分に対応する機械角周波数の30次の周波数成分が、ここで言う特定次数成分ωfに相当する。
 重畳電圧演算部43は、差分進化法、ベイズ最適化といった公知の最適化アルゴリズムを用いて、特定次数成分ωfの振幅が0になるような三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを演算して駆動信号生成部7に出力する。より具体的に説明すると、重畳電圧演算部43は、三相電圧指令値Vuvwへ重畳する電気5f成分の振幅と基本波成分との位相差を変数として、特定次数成分検出部41にて検出された特定次数成分ωfの振幅が0になるような最適な振幅及び位相差を探索する。そして、重畳電圧演算部43は、この探索によって求められた振幅及び位相差を使用して、三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを生成する。
 上記の処理において、複数の変数のために最適な振幅及び位相差の探索に時間がかかる場合、又は局所最適解になってしまうなどの理由で最適化アルゴリズムによる探索が困難である場合には、次のようなフィードバック制御を行うことができる。具体的に説明すると、まず、重畳電圧演算部43には、三相電圧指令値Vuvwへ重畳する電気5f成分の振幅の基本波成分に対する、回転速度ごとの位相差が事前に格納されて保持されているものとする。重畳電圧演算部43は、特定次数成分検出部41から特定次数成分ωfの振幅を受信し、位相及び速度推定部10からモータ位相θeを受信する。そして、重畳電圧演算部43は、テーブルデータに格納された電気5f成分の振幅の基本波成分に対する位相差を参照し、受信した特定次数成分ωfの振幅値を振幅とし、参照した電気5f成分の振幅の基本波成分に対する位相差を有する三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを生成する。
 上記の手法では、電気5f成分の振幅の基本波成分に対する位相差をテーブルデータとして格納しているが、公知の技術を用いて特定次数成分ωfの振幅だけでなく、電圧重畳量となる電気5f成分の基本波成分に対する位相差を算出して、三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを生成してもよい。
 その後の動作は、実施の形態1と同様であり、説明を割愛する。
 実施の形態2に係るインバータ制御装置によれば、重畳電圧生成部は、特定次数成分検出部と、重畳電圧演算部とを備える。特定次数成分検出部は、速度検出器が検出したモータ速度に重畳されている特定次数の周波数成分である特定次数成分を検出する。重畳電圧演算部は、特定次数成分の振幅値及び位相を用いて三相重畳電圧を演算する。このように構成されたインバータ制御装置によれば、実施の形態1と同等の電圧重畳制御を実施できるので、実施の形態1の効果を享受することができる。
実施の形態3.
 図10は、実施の形態3に係るインバータ制御装置26Bの詳細構成を示すブロック図である。図10では、図9に示した実施の形態2に係るインバータ制御装置26Aにおいて、特定次数成分検出部41が特定次数成分検出部42に置き替えられている。特定次数成分検出部42及び重畳電圧演算部43は、重畳電圧生成部50Bを構成する。また、ファンモータ31に具備されていた速度検出器33は、実施の形態3では省略され、特定次数成分検出部42への入力信号は、モータ速度ωFbから機械角推定速度ωmに変更されている。その他の構成は、図9に示す実施の形態2に係るインバータ制御装置26Aの構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は適宜割愛する。
 実施の形態2による電圧重畳制御では、速度検出器33の検出値を使用して電圧重畳制御を行っていた。これに対し、実施の形態3では、速度検出器33の検出値を使用せず、代わりに、位相及び速度推定部10によって推定された機械角推定速度ωmを用いて電圧重畳制御を行う。なお、実施の形態3の動作は、速度検出器33の検出値が機械角推定速度ωmに置き替わっただけであり、具体的な動作は実施の形態2と同様である。
 実施の形態3に係るインバータ制御装置によれば、重畳電圧生成部は、特定次数成分検出部と、重畳電圧演算部とを備える。特定次数成分検出部は、位相及び速度推定部が推定した機械角推定速度に重畳されている特定次数の周波数成分である特定次数成分を検出する。重畳電圧演算部は、特定次数成分の振幅値及び位相を用いて三相重畳電圧を演算する。このように構成されたインバータ制御装置によれば、実施の形態1と同等の電圧重畳制御を実施できるので、実施の形態1の効果を享受することができる。
実施の形態4.
 図11は、実施の形態4に係るインバータ制御装置26Cの詳細構成を示すブロック図である。図11では、図4に示した実施の形態1に係るインバータ制御装置26において、電圧重畳量テーブルデータ部11が電圧重畳量テーブルデータ部44に置き替えられ、重畳電圧演算部12が削除されている。電圧重畳量テーブルデータ部44は、重畳電圧生成部50Cを構成する。その他の構成は、図4に示す実施の形態1に係るインバータ制御装置26の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は適宜割愛する。
 図12は、実施の形態4に係る電圧重畳量テーブルデータ部44に格納されるテーブルデータの例を示す図である。
 図12に示すテーブルデータでは、機械角推定速度ωm及びモータ位相θeの値に対応して、U相の三相重畳電圧ΔVu5fの値がデータ値として格納されている。具体的に、機械角推定速度ωm=10[rad/s]においては、0~2πの範囲のモータ位相θe=0,π/2,π,3π/2,2π[rad]に対応させて、それぞれ三相重畳電圧ΔVu5f11,ΔVu5f12,ΔVu5f13,ΔVu5f14,ΔVu5f15が格納されている。説明は割愛するが、機械角推定速度ωm=20~100に関しても、同様に三相重畳電圧ΔVu5fに関するデータ値が格納されている。データ値のない機械角推定速度ωm及びモータ位相θeが入力された場合には、線形補間などにより演算で求めることができる。
 なお、図12では、U相の三相重畳電圧ΔVu5fに関するテーブルデータのみが示されているが、V相の三相重畳電圧ΔVv5f、及びW相の三相重畳電圧ΔVw5fについても同様な形で電圧重畳量テーブルデータ部44に格納されている。
 図12に示すテーブルデータのデータ値は、実施の形態1と同様に、事前の計測により求めることができる。具体的には、まず、ファンモータ31を駆動し、回転速度を変更しながら、予め定めた回転速度ごとに電気5f成分の騒音又は振動を検出する。騒音又は振動の検出は、騒音センサ、振動センサなどを用いて行う。
 次に、モータ電流に電気5f成分が重畳されるように三相電圧指令値Vuvwを操作し、ファンモータ31における騒音又は振動が抑制される条件を探索する。そして、当該条件におけるインバータ出力電圧に含まれる電気5f成分の電圧重畳量を実測する。この電圧重畳量を回転速度及びモータ位相θeごとの2次元テーブル値として、電圧重畳量テーブルデータ部44に格納する。なお、電圧重畳量テーブルデータ部44に格納する2次元テーブル値は、ファンモータ31の型式ごとに異なるテーブル値としてもよいし、ファンモータ31が搭載される製品の型式ごとに異なるテーブル値としてもよい。
 電圧重畳量テーブルデータ部44は、位相及び速度推定部10から出力される機械角推定速度ωm及びモータ位相θeに基づいて機械角推定速度ωm及びモータ位相θeに対応する三相重畳電圧ΔVu5f,ΔVv5f,ΔVw5fを読み出して駆動信号生成部7に出力する。以後の動作は、実施の形態1などと同様である。
 実施の形態4に係るインバータ制御装置において、三相重畳電圧は、インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧である。重畳電圧生成部は、インバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧の実測値が機械角推定速度及びモータ位相に対応付けられて格納されるテーブルデータ部を備える。また、重畳電圧生成部は、テーブルデータ部に格納されたデータ値を三相重畳電圧として駆動信号生成部に出力する。このように構成されたインバータ制御装置によれば、実施の形態1と同等の電圧重畳制御を実施できるので、実施の形態1の効果を享受することができる。
実施の形態5.
 図13は、実施の形態5に係るインバータ制御装置26Dの詳細構成を示すブロック図である。図13では、図4に示した実施の形態1に係るインバータ制御装置26において、電圧重畳量テーブルデータ部11が電圧重畳量テーブルデータ部45に置き替えられ、重畳電圧演算部12が重畳電圧演算部46に置き替えられている。電圧重畳量テーブルデータ部45及び重畳電圧演算部46は、重畳電圧生成部50Dを構成する。また、重畳電圧生成部50Dの出力信号の行先が、駆動信号生成部7から電圧指令値生成部5に変更されている。その他の構成は、図4に示す実施の形態1に係るインバータ制御装置26の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は適宜割愛する。
 実施の形態1による電圧重畳制御では、UVW三相座標系の三相重畳電圧を三相電圧指令値Vuvwに重畳していた。これに対し、実施の形態5による電圧重畳制御では、dq軸座標系のdq軸重畳電圧ΔVd6f,ΔVq6fが電圧指令値生成部5に出力され、電圧指令値生成部5の内部でdq軸電圧指令値Vdqに重畳されるようにしている。
 dq軸重畳電圧ΔVd6f,ΔVq6fは、インバータ周波数fの6倍の周波数成分を有する電気6f成分である。前述したように、モータ電流の電気5f成分は、dq軸座標系におけるトルク電流に対して6倍の脈動成分となる。このため、実施の形態5では、電気6f成分の電圧であるdq軸重畳電圧ΔVd6f,ΔVq6fをdq軸電圧指令値Vdqに重畳する制御を行う。
 電圧重畳量テーブルデータ部45に格納されるテーブルデータの図示は省略するが、図5と同様に、dq軸座標系における電気6f成分の振幅値と、dq軸座標系における電気6f成分と基本波成分との間の位相差を有するテーブルとすることができる。電圧重畳量テーブルデータ部45に格納されるテーブルデータのデータ値は、実施の形態1と同様に、事前の計測により求めることができる。テーブルデータのデータ値の求め方は、実施の形態1と同様であり、ここでの説明は割愛する。また、dq軸重畳電圧ΔVd6f,ΔVq6fをdq軸電圧指令値Vdqに重畳した後の動作は、実施の形態1と同様であり、ここでの説明は割愛する。
 実施の形態5に係るインバータ制御装置において、重畳電圧は、dq軸電圧指令値に重畳する、dq軸座標系のdq軸重畳電圧であり、dq軸重畳電圧は、インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の6倍の周波数成分を有する電圧である。重畳電圧生成部は、dq軸重畳電圧の波形を規定する振幅値及び位相差を格納するテーブルデータ部を備え、このテーブルデータ部には、機械角推定速度に対応付けられた振幅値及び位相差に関するデータが格納されている。また、重畳電圧生成部は、振幅値及び位相差を用いてdq軸重畳電圧を演算する重畳電圧演算部を備える。このように構成されたインバータ制御装置によれば、モータ誘起電圧の歪に起因して生じ得る騒音及び振動の更なる低減が可能となる。これにより、モータに発生し得る騒音及び振動の更なる低減が可能となる。また、このように構成されたインバータ制御装置によれば、インバータの制御中に、テーブルデータ部に格納されたデータを使用してdq軸重畳電圧を演算するので、テーブルデータ部を使用しない場合と比べて演算負荷を低減することが可能となる。これにより、実施の形態5に係るインバータ制御装置では、より安価なプロセッサを使用することができるので、実装できるプロセッサの選択肢が広がるという効果が得られる。
 また、従来のインバータ制御では、騒音及び振動の十分な抑制ができないため、用途によっては、実装が見送られていたモータが存在していた。これに対し、実施の形態5の手法を用いれば、騒音及び振動の十分な抑制効果が見込まれる。これにより、実施の形態5に係るインバータ制御装置では、従来では実装できなかったモータの使用が可能となるので、実装できるモータの選択肢が広がるという効果が得られる。
実施の形態6.
 実施の形態6では、実施の形態1~5で説明したモータ駆動装置2の適用例について説明する。
 図14は、実施の形態6に係る送風機100の構成例を示す図である。送風機100は、実施の形態1~5で説明したモータ駆動装置2によって駆動されるように構成されている。送風機100は、モータ駆動装置2がファンモータ102を駆動することによって、ファン104を回転させることができる。
 図15は、実施の形態6に係る空気調和機150の構成例を示す図である。図15では、図示を省略しているが、空気調和機150は、実施の形態1~5で説明したモータ駆動装置2を備え、モータ駆動装置2によって駆動されるように構成されている。空気調和機150は、図14に示す送風機100を備える構成であってもよい。
 空気調和機150は、室外機126と、室内機127とを備える。室外機126は、室外熱交換器128と、室外ファン129と、圧縮機130とを備える。室内機127は、室内熱交換器131と、室内ファン132と、膨張弁133とを備える。圧縮機130と、室外熱交換器128と、膨張弁133、室内熱交換器131とが環状に接続されることで冷媒回路が構成される。
 室外機126では、室外ファン129が回転することで室外熱交換器128に室外空気が送り込まれる。また、送り込まれた室外空気は、室外熱交換器128を通流する冷媒と熱交換をする。ファンモータ134は、室外ファン129の回転子に連結されている。室内機127では、室内ファン132が回転することで、室内熱交換器131に室内空気が送り込まれる。また、送り込まれた室内空気は、室内熱交換器131を通流する冷媒と熱交換をする。
 以上説明したように、実施の形態1~5に係るモータ駆動装置2は、送風機100、空気調和機150などの製品に適用できる。これにより、送風機100、空気調和機150などの製品において、実施の形態1~5で説明した効果を享受することができる。
 以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1 交流電源、2 モータ駆動装置、3 送風機、4 偏差演算部、5 電圧指令値生成部、6 UVW変換部、7 駆動信号生成部、8,9 dq変換部、10 位相及び速度推定部、11,44,45 電圧重畳量テーブルデータ部、12,43,46 重畳電圧演算部、20 リアクトル、21 整流回路、22,29,D1~D6 ダイオード、23 コンデンサ、24 電圧検出部、25 電流検出部、26,26A,26B,26C,26D インバータ制御装置、27 三相インバータ、28,Tr1~Tr6 スイッチング素子、30 接続配線、31,102,134 ファンモータ、32 巻線、33 速度検出器、35 三相インバータ回路、40U U相レグ、40V V相レグ、40W W相レグ、41,42 特定次数成分検出部、50,50A,50B,50C,50D 重畳電圧生成部、100 送風機、104 ファン、126 室外機、127 室内機、128 室外熱交換器、129 室外ファン、130 圧縮機、131 室内熱交換器、132 室内ファン、133 膨張弁、150 空気調和機、300 プロセッサ、302 メモリ、303 処理回路、304 インタフェース。

Claims (12)

  1.  モータに交流電力を供給する三相インバータを制御するインバータ制御装置であって、
     前記モータに流れる三相のモータ電流をd軸電流及びq軸電流に変換する第1の座標変換部と、
     前記三相インバータが出力するインバータ出力電圧をdq軸座標系のd軸電圧及びq軸電圧に変換する第2の座標変換部と、
     dq軸座標系のdq軸電圧指令値をUVW三相座標系の三相電圧指令値に変換する第3の座標変換部と、
     前記d軸電圧及び前記q軸電圧、並びに前記d軸電流及び前記q軸電流に基づいて前記モータの回転角の電気角位相であるモータ位相、及び前記モータの回転角速度の推定値である機械角推定速度を演算する位相及び速度推定部と、
     前記モータ位相及び前記機械角推定速度に基づいて前記dq軸電圧指令値又は前記三相電圧指令値に重畳する重畳電圧を生成する重畳電圧生成部と、
     を備えたインバータ制御装置。
  2.  前記三相電圧指令値に基づいて前記三相インバータを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部を備え、
     前記駆動信号生成部は、三相の各相ごとに前記重畳電圧を前記三相電圧指令値に重畳することで前記駆動信号を生成する
     請求項1に記載のインバータ制御装置。
  3.  前記重畳電圧は、前記三相電圧指令値に重畳する、UVW三相座標系の三相重畳電圧である
     請求項2に記載のインバータ制御装置。
  4.  前記三相重畳電圧は、前記インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧であり、
     前記重畳電圧生成部は、
     前記三相重畳電圧の波形を規定する振幅値及び位相差を格納するテーブルデータ部と、
     前記振幅値及び前記位相差を用いて前記三相重畳電圧を演算する重畳電圧演算部と、
     を備え、
     前記振幅値及び前記位相差は、前記機械角推定速度に対応付けられて前記テーブルデータ部に格納されている
     請求項3に記載のインバータ制御装置。
  5.  前記モータには、速度検出器が設けられ、
     前記重畳電圧生成部は、
     前記速度検出器が検出したモータ速度に重畳されている特定次数の周波数成分である特定次数成分を検出する特定次数成分検出部と、
     前記特定次数成分の振幅値及び位相を用いて前記三相重畳電圧を演算する重畳電圧演算部と、
     を備えた請求項3に記載のインバータ制御装置。
  6.  前記重畳電圧生成部は、
     前記位相及び速度推定部が推定した前記機械角推定速度に重畳されている特定次数の周波数成分である特定次数成分を検出する特定次数成分検出部と、
     前記特定次数成分の振幅値及び位相を用いて前記三相重畳電圧を演算する重畳電圧演算部と、
     を備えた請求項3に記載のインバータ制御装置。
  7.  前記三相重畳電圧は、前記インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧であり、
     前記重畳電圧生成部は、前記インバータ周波数の5倍又は7倍の周波数成分を有する電圧の実測値が前記機械角推定速度及び前記モータ位相に対応付けられて格納されるテーブルデータ部を備え、
     前記重畳電圧生成部は、前記テーブルデータ部に格納されたデータ値を前記三相重畳電圧として前記駆動信号生成部に出力する
     請求項3に記載のインバータ制御装置。
  8.  前記重畳電圧は、前記dq軸電圧指令値に重畳する、dq軸座標系のdq軸重畳電圧である
     請求項1に記載のインバータ制御装置。
  9.  前記dq軸重畳電圧は、前記インバータ出力電圧の周波数であるインバータ周波数の6倍の周波数成分を有する電圧であり、
     前記重畳電圧生成部は、
     前記dq軸重畳電圧の波形を規定する振幅値及び位相差を格納するテーブルデータ部と、
     前記振幅値及び前記位相差を用いて前記dq軸重畳電圧を演算する重畳電圧演算部と、
     を備え、
     前記振幅値及び前記位相差は、前記機械角推定速度に対応付けられて前記テーブルデータ部に格納されている
     請求項8に記載のインバータ制御装置。
  10.  請求項1から9の何れか1項に記載のインバータ制御装置を備える
     モータ駆動装置。
  11.  請求項10に記載のモータ駆動装置によって制御される
     送風機。
  12.  請求項11に記載の送風機を備える
     空気調和機。
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