JP2013005698A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は位置センサを用いたモータ制御装置において、位置センサの故障を検出する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting a failure of a position sensor in a motor control device using the position sensor.
従来、この種のモータ制御装置の位置センサの故障検出方法は、位置センサの状態を常に監視して所定時間状態変化が無ければ故障とみなしてモータを停止させている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in this type of position detection failure detection method for a motor control device, the state of the position sensor is constantly monitored, and if there is no change in the state for a predetermined time, the motor is regarded as a failure (see, for example, Patent Document 1). ).
図6は、特許文献1に記載された従来のモータ制御装置のモータ構造図、図7は、従来のモータ制御装置の制御ブロック図を示すものである。 FIG. 6 is a motor structure diagram of a conventional motor control device described in Patent Document 1, and FIG. 7 is a control block diagram of the conventional motor control device.
図6に示すように、モータはロータ52と、ステータ50を有している。ロータ52は、複数のN極とS極を有する。また、位置センサ56と58はステータ50の周りに設置される。図7に示すように、位置センサ56および58からの出力信号S56およびS58が処理装置62に入力される。 As shown in FIG. 6, the motor has a rotor 52 and a stator 50. The rotor 52 has a plurality of N poles and S poles. The position sensors 56 and 58 are installed around the stator 50. As shown in FIG. 7, output signals S56 and S58 from the position sensors 56 and 58 are input to the processing device 62.
そして、位置センサ56および58は、それぞれN極を感知した時にはHレベルの信号S56およびS58を出力し、S極を感知した時にはLレベルの信号S56およびS58を出力する。従って、モータ運転時は位置センサ56および58ともにN極、S極を交互に検出するので、出力信号はHレベルとLレベルが交互に切換わる。 The position sensors 56 and 58 output H level signals S56 and S58, respectively, when they sense the N pole, and output L level signals S56 and S58 when they sense the S pole. Accordingly, since the position sensors 56 and 58 alternately detect the N pole and the S pole during motor operation, the output signal is alternately switched between the H level and the L level.
ところが、例えば、位置センサ58が故障してしまい、モータ運転中であっても出力信号S58の出力レベルがHレベルで固定となった場合、処理装置62はHレベルで固定した状態が所定時間維持されたことを確認して、モータを停止させる。これにより位置センサ58の故障に起因して発生する過大電流によるモータへのダメージを防ぐことができる。 However, for example, if the position sensor 58 breaks down and the output level of the output signal S58 is fixed at the H level even while the motor is operating, the processing device 62 maintains the state fixed at the H level for a predetermined time. Confirm that this is done and stop the motor. Thereby, it is possible to prevent damage to the motor due to an excessive current generated due to the failure of the position sensor 58.
しかしながら、前記従来の構成では、位置センサが不定期的に出力信号を出力するような半故障状態等である場合は、位置センサが異常であっても、不定期に位置センサからの出力信号が検出されるため、故障として検出できないという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, when the position sensor is in a semi-failure state where the output signal is output irregularly, the output signal from the position sensor is irregularly output even if the position sensor is abnormal. Since it is detected, it has a problem that it cannot be detected as a failure.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、位置センサが半故障状態等の場合でも位置センサの故障を検出することができる、信頼性の高いモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable motor control device that can detect a failure of the position sensor even when the position sensor is in a semi-failure state or the like. .
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、ステータコアおよびモータ巻線より構成されるステータと、ロータコア、N極およびS極の永久磁石より構成されるロータと、ロータの永久磁石のN極とS極の切換りを検出して位置センサ信号を出力する複数の位置センサと、複数の位置センサ信号を基にロータを回転させる駆動信号を出
力するインバータ制御手段と、複数の位置センサ信号各々の切換り周波数を計測するセンサ信号カウント手段とを備え、インバータ制御手段はセンサ信号カウント手段が計測する複数の位置センサ信号のうち少なくとも何れか1つの位置センサ信号の周波数の平均値が所定の周波数以下の時にモータを停止させるものである。
In order to solve the above-described conventional problems, a motor control device of the present invention includes a stator composed of a stator core and motor windings, a rotor composed of a rotor core, N-pole and S-pole permanent magnets, and a permanent rotor. A plurality of position sensors that detect the switching between the N pole and the S pole of the magnet and output a position sensor signal; an inverter control means that outputs a drive signal for rotating the rotor based on the plurality of position sensor signals; Sensor signal counting means for measuring a switching frequency of each of the position sensor signals, and the inverter control means is an average value of the frequencies of at least one of the plurality of position sensor signals measured by the sensor signal counting means. The motor is stopped when is below a predetermined frequency.
これによって、所定期間内の位置センサの切換り周波数より位置センサの異常を検出するので、1つ或いは複数のセンサに半固定状態等の故障が発生した場合であっても位置センサの異常を検出することができる。 As a result, an abnormality of the position sensor is detected based on the switching frequency of the position sensor within a predetermined period. Therefore, even if a failure such as a semi-fixed state occurs in one or a plurality of sensors, the abnormality of the position sensor is detected. can do.
本発明のモータ制御装置は、位置センサの切換り周波数より位置センサの異常を検出するので、1つ或いは複数のセンサに半固定状態等の故障が発生した場合であっても、位置センサの異常を検出することができるので、モータへのダメージを抑制することができ、より信頼性の高いモータ制御装置を提供することができる。 Since the motor control device of the present invention detects an abnormality of the position sensor from the switching frequency of the position sensor, even if a failure such as a semi-fixed state occurs in one or a plurality of sensors, the abnormality of the position sensor Can be detected, damage to the motor can be suppressed, and a more reliable motor control device can be provided.
第1の発明のモータ制御装置はステータコアおよびモータ巻線より構成されるステータと、ロータコア、N極およびS極の永久磁石より構成されるロータと、ロータの永久磁石のN極とS極の切換りを検出して位置センサ信号を出力する複数の位置センサと、複数の位置センサ信号を基にロータを回転させる駆動信号を出力するインバータ制御手段と、複数の位置センサ信号各々の切換り周波数を計測するセンサ信号カウント手段を備え、インバータ制御手段はセンサ信号カウント手段が計測する複数の位置センサ信号のうち少なくとも何れか1つの位置センサ信号の切換り周波数の平均値が所定の周波数以下の時にモータを停止させることにより、1つ或いは複数の位置センサが半固定状態等の故障をした場合であっても位置センサの異常を検出することができ、モータへのダメージを防止することができる。 A motor control device according to a first aspect of the present invention is a stator composed of a stator core and motor windings, a rotor composed of a rotor core, N-pole and S-pole permanent magnets, and switching between N-pole and S-pole of the permanent magnet of the rotor. A plurality of position sensors that detect position signals and output position sensor signals; inverter control means that outputs a drive signal for rotating the rotor based on the plurality of position sensor signals; and a switching frequency of each of the plurality of position sensor signals. A sensor signal counting means for measuring, and the inverter control means is a motor when an average value of switching frequencies of at least one position sensor signal among a plurality of position sensor signals measured by the sensor signal counting means is equal to or lower than a predetermined frequency. If one or more position sensors fail due to a semi-fixed state, etc. Can be detected, it is possible to prevent damage to the motor.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の制御ブロック図、図2は、同実施の形態1におけるモータの詳細な構造図を示すものである。図1において、交流電源1の電圧を脈流状の電圧に変換するダイオードブリッジ2、この脈流電圧を略直流電圧に平滑する平滑コンデンサ3、3相モータでステータおよびロータより構成される負荷5(例えば送風ファンや空調圧縮機等)が接続される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a control block diagram of the motor control apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed structural diagram of the motor according to the first embodiment. In FIG. 1, a diode bridge 2 for converting the voltage of an AC power source 1 into a pulsating voltage, a smoothing capacitor 3 for smoothing the pulsating voltage into a substantially DC voltage, and a load 5 comprising a stator and a rotor with a three-phase motor. (For example, a blower fan, an air-conditioning compressor, etc.) are connected.
また、負荷5のモータに設けられた位置センサ8および9を有し、モータを構成するロータに設けられたN極、S極の磁極を検出して、位置センサ8および9が出力信号H8およびH9を出力する。この出力信号H8およびH9は、例えばN極を検知するとHレベル、S極を検知するとLレベルの信号を出力する。なお、他の実施例として、HレベルとL
レベルが逆であっても問題はない。
Further, it has position sensors 8 and 9 provided in the motor of the load 5, detects the N-pole and S-pole magnetic poles provided in the rotor constituting the motor, and the position sensors 8 and 9 output the signal H8 and H9 is output. For example, the output signals H8 and H9 output an H level signal when the N pole is detected, and an L level signal when the S pole is detected. As another embodiment, H level and L
There is no problem even if the level is reversed.
また、位置センサ8および9から出力される出力信号H8およびH9がそれぞれHレベル→Lレベル→Hレベル、或いはLレベル→Hレベル→Lレベルとなる周波数を計測するセンサ信号カウント装置7を有する。 Further, it has a sensor signal counting device 7 for measuring the frequency at which the output signals H8 and H9 output from the position sensors 8 and 9 are respectively H level → L level → H level or L level → H level → L level.
また、位置センサ8および9から出力される出力信号H8およびH9を受けて負荷5のモータを駆動させる駆動信号を生成し、インバータ装置4へ出力するインバータ制御装置6を有する。 Further, the inverter control device 6 that receives the output signals H8 and H9 output from the position sensors 8 and 9 and generates a drive signal for driving the motor of the load 5 and outputs the drive signal to the inverter device 4 is provided.
さらに、図2に示すように、負荷5のモータは、ステータ30と、ロータ31より構成される。ステータ30にはU相巻線32a、V相巻線32b、W相巻線32cが設けられるとともに、位置センサ8および9が120°の位相差を介して設けられている。 Further, as shown in FIG. 2, the motor of the load 5 includes a stator 30 and a rotor 31. The stator 30 is provided with a U-phase winding 32a, a V-phase winding 32b, and a W-phase winding 32c, and position sensors 8 and 9 are provided with a phase difference of 120 °.
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the motor control device configured as described above will be described below.
まず、インバータ制御装置6は、負荷5のモータを起動させた後、位置センサ8および9が出力する出力信号H8、H9に従い、負荷5のモータを駆動させる信号を生成してインバータ装置4に出力する。 First, after starting the motor of the load 5, the inverter control device 6 generates a signal for driving the motor of the load 5 and outputs it to the inverter device 4 according to the output signals H8 and H9 output from the position sensors 8 and 9. To do.
図3は、同実施の形態1における位置センサの出力信号波形図であり、図2のように構成された負荷5のモータが回転したときに位置センサ8および9がそれぞれ出力する出力信号H8およびH9の波形を示すものである。図2の矢印で示す回転方向に対して、位置センサ8は位置センサ9よりも120°位相が進んでいるため、位置センサ8および9が出力する出力信号H8およびH9は、出力信号H9に対して出力信号H8が120°位相が進んだものとなる。 FIG. 3 is an output signal waveform diagram of the position sensor in the first embodiment. When the motor of the load 5 configured as shown in FIG. 2 rotates, the output signals H8 and 9 output from the position sensors 8 and 9, respectively. The waveform of H9 is shown. Since the position sensor 8 is 120 ° ahead of the position sensor 9 with respect to the rotational direction indicated by the arrow in FIG. 2, the output signals H8 and H9 output by the position sensors 8 and 9 are relative to the output signal H9. Thus, the output signal H8 has a phase advanced by 120 °.
ここで、インバータ制御装置6は、出力信号H8の立上りエッジあるいは、立下りエッジを検出することでインバータ装置4のU相を駆動する信号を生成する。そして、出力信号H9の立上りエッジあるいは、立下りエッジを検出することで、インバータ装置4のV相を駆動する信号を生成する。そしてW相を駆動する信号については、出力信号H8およびH9より、インバータ制御装置6において仮想の位置センサ信号H10を算出し、この仮想の出力信号H10の立上りエッジあるいは、立下りエッジよりW相を駆動する信号を生成、出力する。 Here, the inverter control device 6 generates a signal for driving the U phase of the inverter device 4 by detecting the rising edge or the falling edge of the output signal H8. And the signal which drives the V phase of the inverter apparatus 4 is produced | generated by detecting the rising edge or falling edge of the output signal H9. For the signal for driving the W phase, a virtual position sensor signal H10 is calculated by the inverter control device 6 from the output signals H8 and H9, and the W phase is determined from the rising edge or falling edge of the virtual output signal H10. Generate and output signals to drive.
次に、図3を用いてセンサ信号カウント装置7の動作について説明する。 Next, the operation of the sensor signal counting device 7 will be described with reference to FIG.
まず、センサ信号カウント装置7は所定期間T毎の位置センサ8および9が出力する出力信号H8およびH9の立上りエッジから立上りエッジ、或いは立下りエッジから立下りエッジの周波数をそれぞれ計測する。 First, the sensor signal counting device 7 measures the frequency from the rising edge to the rising edge or from the falling edge to the falling edge of the output signals H8 and H9 output by the position sensors 8 and 9 every predetermined period T, respectively.
図3の場合、所定期間T毎の位置センサ信号の周波数はH8およびH9ともに同じとなる。負荷5のモータが回転し、位置センサ8および9がロータ31のN極、S極を正しく検出すると、位相差はあるものの出力信号H8およびH9は同じ波形となるため、それぞれの周波数はほぼ同じ値となる。 In the case of FIG. 3, the frequency of the position sensor signal for each predetermined period T is the same for both H8 and H9. When the motor of the load 5 rotates and the position sensors 8 and 9 correctly detect the north and south poles of the rotor 31, the output signals H8 and H9 have the same waveform although there is a phase difference. Value.
図4は、同実施の形態1における位置センサの出力信号波形図であり、この図4を用いて位置センサが半故障状態のセンサ信号カウント装置7の動作について説明する。図4は、位置センサ8が半故障状態となり、ロータ31のN極およびS極を正しく検知できていない状態を示すものである。センサ信号カウント装置7は同様に所定期間T毎の位置セン
サ出力信号H8およびH9の立上りエッジから立上りエッジ、或いは立下りエッジから立下りエッジの周波数をそれぞれ計測する。その結果、例えば図4に示す事例の場合、所定期間T毎の位置センサ出力信号H8の周波数の平均値は、H9より低くなる。センサ信号カウント装置7は所定期間T毎に検出する位置センサ出力信号H8の周波数の平均値が所定値以下となると、位置センサ8に異常が発生したものとみなして位置センサ異常信号をインバータ制御装置6に出力する。インバータ制御装置6は位置センサ異常信号を受けて負荷5のモータを停止させる信号をインバータ装置4に出力する。
FIG. 4 is an output signal waveform diagram of the position sensor in the first embodiment, and the operation of the sensor signal counting device 7 in which the position sensor is in a semi-failure state will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a state where the position sensor 8 is in a semi-failed state and the N pole and S pole of the rotor 31 are not correctly detected. Similarly, the sensor signal counting device 7 measures the frequency from the rising edge to the rising edge or from the falling edge to the falling edge of the position sensor output signals H8 and H9 for each predetermined period T. As a result, for example, in the case shown in FIG. 4, the average value of the frequency of the position sensor output signal H8 for each predetermined period T is lower than H9. When the average value of the frequency of the position sensor output signal H8 detected every predetermined period T becomes equal to or less than the predetermined value, the sensor signal counting device 7 considers that the position sensor 8 is abnormal and outputs the position sensor abnormal signal to the inverter control device. 6 is output. The inverter control device 6 receives the position sensor abnormality signal and outputs a signal for stopping the motor of the load 5 to the inverter device 4.
図5は、同実施の形態1における位置センサの出力信号波形図であり、この図5を用いて同様にセンサ信号カウント装置7の動作について説明する。図5では、位置センサ8、9ともに半故障状態である場合を示す。センサ信号カウント装置7は同様に所定期間T毎の位置センサ信号H8、H9の立上りエッジから立上りエッジ、或いは立下りエッジから立下りエッジの周波数の平均値をそれぞれ計測する。図5の場合、所定期間T毎の位置センサ出力信号の周波数の平均値はH8、H9ともに所定値以下となる。センサ信号カウント装置7は所定期間T毎に検出する位置センサ出力信号H8およびH9の周波数の平均値が所定値以下となると、位置センサ8および9に異常が発生したものとみなして位置センサ異常信号をインバータ制御装置6に出力する。インバータ制御装置6は位置センサ異常信号を受けて負荷5のモータを停止させる信号をインバータ装置4に出力する。 FIG. 5 is an output signal waveform diagram of the position sensor in the first embodiment, and the operation of the sensor signal counting device 7 will be described in the same manner with reference to FIG. FIG. 5 shows a case where both the position sensors 8 and 9 are in a semi-failure state. Similarly, the sensor signal counting device 7 measures the average values of the frequency from the rising edge to the rising edge or the falling edge to the falling edge of the position sensor signals H8 and H9 for each predetermined period T. In the case of FIG. 5, the average value of the frequency of the position sensor output signal for each predetermined period T is equal to or less than the predetermined value for both H8 and H9. When the average value of the frequency of the position sensor output signals H8 and H9 detected every predetermined period T falls below a predetermined value, the sensor signal counting device 7 regards that the position sensors 8 and 9 are abnormal and detects the position sensor abnormality signal. Is output to the inverter control device 6. The inverter control device 6 receives the position sensor abnormality signal and outputs a signal for stopping the motor of the load 5 to the inverter device 4.
以上のように、本実施の形態においては位置センサ出力信号H8、H9の少なくとも何れか1つが半故障状態であっても、この異常を検出することができるので、負荷5のモータへのダメージを防止することができ、より信頼性の高いモータ制御装置を提供することができる。 As described above, in this embodiment, even when at least one of the position sensor output signals H8 and H9 is in a semi-failure state, this abnormality can be detected. Therefore, a more reliable motor control device can be provided.
また、本実施の形態では位置センサの数が2個の場合を説明したが、これに限定されることはなく、位置センサの数が3個の場合でも同様の効果を得ることができある。 Further, although the case where the number of position sensors is two has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the number of position sensors is three.
本発明にかかるモータ制御装置は、位置センサの故障時もモータへのダメージを抑えることができ、より信頼性の高いモータ保護が可能となるので、粉塵や外乱等の悪環境下でのモータ駆動の用途にも適用できる。 The motor control device according to the present invention can suppress damage to the motor even in the event of a position sensor failure and enables more reliable motor protection, so that the motor can be driven in a bad environment such as dust or disturbance. It can be applied to other uses.
1 交流電源
2 ダイオードブリッジ
3 平滑コンデンサ
4 インバータ装置
5 負荷
6 インバータ制御装置
7 センサ信号カウント装置
8、9 位置センサ
30 ステータ
31 ロータ
32a U相巻線
32b V相巻線
32c W相巻線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Diode bridge 3 Smoothing capacitor 4 Inverter device 5 Load 6 Inverter control device 7 Sensor signal count device 8, 9 Position sensor 30 Stator 31 Rotor 32a U phase winding 32b V phase winding 32c W phase winding
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