JP4818145B2 - モータ駆動制御装置並びに換気扇、液体用ポンプ、冷媒圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫 - Google Patents
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Description
このため、誘導電動機の回転子を、マグネットロータとし、同期電動機として動作させることで、回転子の銅損を無くすことができる。但し、同期電動機は、原理上、固定子(以下、「ステータ」ともいう)が発生する回転磁界と回転子の磁極とが同期しないと連続的にトルクを発生しないため、回転子の状態にあわせ、回転磁界を制御する必要がある。
通常、送風機等に用いられる同期電動機では、回転子の磁極位置を検知する磁極位置検知センサ(以下、「センサ」ともいう)をモータ内に内蔵し、その信号をもとに回転磁界を制御する方法が用いられる。
また、コイルエンドを低減するように固定子の巻線に集中巻き方式を用いる方法もあるが、静音性を求められる送風機等に用いる誘導電動機では、この巻線方式をとることはできず、誘導電動機と同期電動機とを同一の生産ラインで製造することはできない。この場合、誘導電動機と同期電動機の双方の生産設備が必要となり、双方の生産量がアンバランスな場合、生産量の少ない方の電動機の生産設備費用の回収が難しくなる。
図1は実施の形態1に係るモータとモータ駆動制御装置の回路図である。図1において、モータ駆動制御装置は、整流回路2と、インバータ回路5と、センサレス制御手段10と、電流検出手段11とにより構成され、商用電源1から供給される電力により駆動される2相同期電動機(以下、「モータ」という)7の運転を制御するものである。
一方、電流誤差演算部28は、外部から与えられるd軸電流指令値id*と、電流検出手段11から入力されたdq軸電流idqの励磁電流成分(id)との誤差を演算して電流誤差ierrを電流制御器30へ入力する。ローパスフィルタ29は、電流検出手段11から入力されたdq軸電流idqの高周波成分を除去して、フィルタ通過後のdq軸電流idqであるフィルタ通過値idq_filを電流制御器30へ入力する。
次に、電圧座標変換部22は、αβ軸電圧指令変換部31により、dq軸電圧指令Vdqをθe演算部27から得られた位相角θeを用いて、αβ軸電圧指令Vαβに変換するする。次に、このαβ軸電圧指令Vαβを、MCS軸電圧指令変換部32により、MCS軸電圧指令に変換してPWM信号発生手段33へ入力する。
次に、上記のようなモータ駆動制御装置により駆動され、回転子と固定子とを組み合わせた状態で巻線を行う自動生産に適したモータ7の構造について、図3を用いて説明する。
図3(a)において、絶縁カバー40は、16スロットのティース43と、巻線8(図示せず)との間の絶縁を行うカバーである。マグネットロータ9は、4極の極異方配向プラスチックマグネットを用いたバックヨークなしロータである。このマグネットロータ9は、ロータシャフト91を一体成型で形成し、その後着磁を行ったものであり、マグネットロータ9とロータシャフト91とにより、ロータシャフトASSY45を構成する。
本実施の形態2におけるモータ駆動制御装置は、整流回路2の構成を倍電圧整流回路としたものである。尚、モータ7の構成は上記実施の形態と同様である。
また、センサレス制御・中点電圧制御手段14は、電圧検出手段13から得られる電解コンデンサ4a,4b間の中点の電圧が、バランスして全体の1/2となるよう制御を行う。具体的には中点電位がバランスするよう、M相及びS相の電流バランスをスイッチング素子6a〜6dのPWM制御することで制御する。
これにより同一負荷点における、モータ7に流れる巻線電流を低減することができ、巻線8における銅損及びインバータ回路5のスイッチング素子6の導通損失を低減することが可能となり、高効率なモータ及びモータ駆動制御装置が得られる。
図6は実施の形態3に係るステータの構造を模式的に示した図である。図6において、本実施の形態3におけるステータは、ステータティース及びコアバックを一体としたステータコア60と、このステータコア60の内周に形成されたスロット間に巻回される巻線8と、この巻線8端末と接続され、巻線8とインバータ回路5とを結合するリード線81とにより構成される。尚、このステータ以外の構成は上記実施の形態1又は2と同様である。
しかしながら、コイルエンドが大きいため、磁極位置検知センサを配置する場合、コイルエンドの幅分、ステータコア60から、遠い位置に配置せざるをえず、その場合、ロータマグネットから出る磁束は原理上距離の1乗〜2乗に比例し弱まるため、マグネット長をセンサ側に伸ばすか別途センサ用のマグネットが必要となる。そのためコイルエンドの高さ分トルクに寄与しないマグネットを増量するか別部品が必要があり、モータのコストが高くなる。また、センサ側をコイルエンド内部に配置することも考えられるが、コイルエンドには漏れ磁束が発生するため、その場合、巻線電流に比例してセンサ出力が変動し、磁極位置の検知性能の信頼性が損なわれる。
このため、マグネットロータ9を後から挿入する製造方式を用いた2相同期電動機において、センサをモータに内蔵することは課題が多い。
上記実施の形態1〜3では、センサレス制御手段10は、インバータ回路5のシャント抵抗12a,12b,12cにより検出された各アームのシャント電流を用いてPWM制御を行い、モータ7の各巻線8の巻線電流を制御することで、マグネットロータ9に同期した回転磁界を発生し、モータ7を駆動制御したが、モータ7の各巻線8に誘起される誘起電圧に応じた電圧位相制御を行い、モータ7を同期運転させても同様の効果が得られることはいうまでもない。
図7は実施の形態5に係る空気調和機の構成を示す図である。図7において、本実施の形態における空気調和機は、室外機310、室内機320を備え、室外機310には、図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機311、図示しない熱交換機を送風する室外機用の送風機312を備えている。そして、この冷媒圧縮機311、室外機用の送風機312は、上述した実施の形態1〜4のモータ駆動制御装置により制御されるモータ7により駆動される。このような構成によりモータ7を運転させても、上記実施の形態1〜4と同様の効果が得られることはいうまでもない。
図8は実施の形態6に係る冷蔵庫の構成を示す図である。図8に示すように、冷蔵庫400は、図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機401、冷却室402内に設けられた冷却器403で生成された冷気を、冷蔵室、冷凍室等に送るための冷気循環用の送風機404を備えている。そして、この冷媒圧縮機401、冷気循環用の送風機404は、上述した実施の形態1〜4のモータ駆動制御装置により制御されるモータ7により駆動される。このような構成によりモータ7を運転させても、上記実施の形態1〜4と同様の効果が得られることはいうまでもない。
Claims (17)
- 第1巻線と第2巻線とを有する2相の固定子巻線と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子とを備えたモータを駆動するモータ駆動制御装置において、
PWM制御により直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、
前記モータの固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した電流に基づき、前記インバータ回路をPWM制御して、前記モータを同期運転させる制御手段と
を備え、
前記インバータ回路は、スイッチング素子の各アームの電流を電圧に変換するシャント抵抗を各アーム毎に有し、
前記電流検出手段は、前記各シャント抵抗の電圧に基づき、前記インバータ回路の各アーム電流を検出し、
前記制御手段は、
前記電流検出手段により検出された前記各アーム電流を、二相静止座標上のαβ軸電流へ変換し、
前記αβ軸電流を、位相角θeを用いて、励磁電流成分であるd軸電流と、トルク電流成分であるq軸電流のdq座標電流に変換し、
前記dq座標電流のq軸電流の値に基づき、与えられる速度指令値に対する補償量を求め、
与えられた速度指令値を前記補償量により補償し、補償された速度指令値を求め、
前記補償された速度指令値に基づき前記位相角θeを求め、
前記dq座標電流を用いて、前記インバータ回路をPWM制御するためのスイッチング信号を発生する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 前記制御手段は、
前記インバータ回路をPWM制御することにより、前記固定子巻線の各巻線に流れる巻線電流を制御して、前記モータを同期運転させることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動制御装置。 - 前記制御手段は、
前記インバータ回路をPWM制御することにより、前記固定子巻線の各巻線に誘起される誘起電圧に応じた電圧位相制御を行い、前記モータを同期運転させることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動制御装置。 - 整流回路を備え、
前記インバータ回路は、
前記整流回路により整流された直流電圧が入力されることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 平滑コンデンサを複数有する倍電圧整流回路を備え、
前記インバータ回路は、
前記整流回路により整流された直流電圧が入力され、前記平滑コンデンサの電圧がバランスするように制御されることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 前記インバータ回路は、
6つのスイッチング素子をブリッジ結線して構成されることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 前記インバータ回路は、
前記固定子巻線の各巻線が当該インバータ回路の出力端子に接続されることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 前記インバータ回路は、
前記固定子巻線の各巻線の一端と、前記固定子巻線の共通端子とが当該インバータ回路の出力端子に接続されることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 前記制御手段は、
前記回転子の磁極位置を検知する検出手段によらず、前記モータを同期運転させるよう制御することを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 - 第1巻線と第2巻線とを有する2相の固定子巻線と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項1〜9の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする換気扇。 - 第1巻線と第2巻線とを有する2相の固定子巻線と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項1〜9の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする冷媒圧縮機。 - 第1巻線と第2巻線とを有する2相の固定子巻線と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項1〜9の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする送風機。 - 第1巻線と第2巻線とを有する2相の固定子巻線と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項1〜9の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする液体用ポンプ。 - 請求項11記載の冷媒圧縮機を備えたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項12記載の送風機を備えたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項11記載の冷媒圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
- 請求項12記載の送風機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
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