KR102580148B1 - Motor driving apparatus and freezing equipment - Google Patents

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Abstract

과대한 단락 전류를 흘리지 않고, 고정밀도로 회전자의 상태를 산출할 수 있는 모터 구동 장치 및 그것을 사용하는 냉동 기기를 제공한다. 입력된 직류 전력으로부터 변환한 교류 전력을 영구 자석 동기 모터(3)로 출력하는 인버터(2)와, 인버터(2)의 동작을 제어하는 제어부(5)를 구비하는 모터 구동 장치에 있어서, 제어부(5)는, 영구 자석 동기 모터(3)가 공전 상태인 경우에, 인버터(2)에 의한 PWM 제어를 온 상태로 함으로써 검출되는 영구 자석 동기 모터(3)의 모터 전류에 기초하여, 공전 상태에 있어서의 영구 자석 동기 모터(3)의 회전자의 상태를 산출하고, 산출된 회전자의 상태에 기초하여, 영구 자석 동기 모터(3)가 공전 상태로부터 회전을 개시하도록 인버터(2)를 제어하는 것을 특징으로 한다.A motor drive device capable of calculating the state of a rotor with high accuracy without passing excessive short-circuit current and a refrigeration device using the same are provided. A motor driving device comprising an inverter (2) that outputs alternating current power converted from input direct current power to a permanent magnet synchronous motor (3), and a control unit (5) that controls the operation of the inverter (2), the control unit ( 5) When the permanent magnet synchronous motor 3 is in an idling state, based on the motor current of the permanent magnet synchronous motor 3 detected by turning on the PWM control by the inverter 2, the idling state is Calculating the state of the rotor of the permanent magnet synchronous motor 3 in the system, and controlling the inverter 2 so that the permanent magnet synchronous motor 3 starts rotating from the idle state based on the calculated state of the rotor. It is characterized by

Description

모터 구동 장치 및 냉동 기기{MOTOR DRIVING APPARATUS AND FREEZING EQUIPMENT}MOTOR DRIVING APPARATUS AND FREEZING EQUIPMENT}

본 발명은, 모터가 공전하고 있는 상태로부터 재시동하는 수단을 구비하는 모터 구동 장치 및 그것을 사용하는 냉동 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive device including means for restarting a motor from an idling state, and a refrigeration machine using the same.

직류를 교류로 변환하는 인버터와 영구 자석 동기 모터로 구성되는 모터 구동 시스템이 가전 제품이나 산업 기기 분야에 있어서 널리 보급되고 있다. 특히, 냉동 기기 등의 분야에서는, 이와 같은 모터 구동 시스템에 의해 기기의 고효율화가 도모되고 있다.Motor drive systems consisting of an inverter that converts direct current to alternating current and a permanent magnet synchronous motor are becoming widely used in home appliances and industrial equipment. Particularly in fields such as refrigeration equipment, such motor drive systems are used to improve the efficiency of equipment.

일반적으로, 영구 자석 동기 모터를 고효율로 구동하기 위해서, 모터의 회전자 위치 정보가 필요해진다. 모터의 회전자 위치는, 인코더 등의 위치 검출기를 사용하여 직접적으로 검출할 수 있지만, 비용과 신뢰성의 문제가 있다. 그래서, 최근에 위치 검출기를 사용하지 않고 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치를 검출하는 위치 센서리스 제어가 제안되어, 다양한 제품에 적용되고 있다.Generally, in order to drive a permanent magnet synchronous motor with high efficiency, rotor position information of the motor is required. The rotor position of the motor can be directly detected using a position detector such as an encoder, but there are problems with cost and reliability. Therefore, position sensorless control, which detects the rotor position of a permanent magnet synchronous motor without using a position detector, has recently been proposed and is being applied to various products.

영구 자석 동기 모터의 위치 센서리스 제어에 있어서의 과제의 하나는, 회전자가 공전하고 있는 상태로부터 재시동하는 방법(「프리런 기동」이라고 칭함)이다. 예를 들어, 팬 등의 구동 모터는, 부하의 관성이나 외력(외풍)에 의해, 기동전에 이미 회전하고 있는 경우가 있다. 공전 상태의 회전자 위치, 회전 속도 및 회전 방향 등의 정보가 없으면, 모터가 정지할 때까지 대기하거나, 강제적으로 브레이크 제어를 걸어 회전을 정지시키고, 그 후 정지 상태로부터 재기동해야 하기 때문에, 재기동까지의 시간이 길어진다.One of the challenges in position sensorless control of a permanent magnet synchronous motor is how to restart from a state in which the rotor is idling (referred to as “free-run starting”). For example, a drive motor such as a fan may already be rotating before starting due to the inertia of the load or external force (draft). If there is no information such as the idle rotor position, rotation speed, and direction of rotation, it is necessary to wait until the motor stops or forcibly apply brake control to stop rotation, and then restart from the stopped state. The time of becomes longer.

이에 반하여, 모터 공전 시에 발생하는 유기 전압을 이용하여, 모터의 권선을 인버터에 의해 순간적으로 단락시켜, 이때 흐르는 전류에 기초하여 회전자의 위치 등을 산출하는 기술이, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있다.In contrast, a technology that uses the induced voltage generated when the motor idles to momentarily short-circuit the windings of the motor with an inverter and calculates the position of the rotor based on the current flowing at this time is described in Patent Document 1 and Patent Document 1. It is described in 2.

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 모터 구동용 인버터를 구성하는 스위칭 소자 중, 3개의 하부 암 소자를 동시에 온으로 하여, 모터 권선에 단락 전류를 흘리고, 3상의 모터 전류의 검출 정보에 기초하여 회전자의 위치와 회전 속도를 산출한다.In the technology described in Patent Document 1, among the switching elements constituting the motor driving inverter, three lower arm elements are turned on simultaneously, a short-circuit current is passed through the motor windings, and the rotor is switched on based on the detection information of the three-phase motor current. Calculate the position and rotation speed.

특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 모터 구동용 인버터의 2상분의 서로 다른 암의 소자를 동시에 온/오프 동작시켜, 인버터의 직류측의 모선(션트) 전류를 검출하고, 모터의 회전자 위치와 회전 속도를 산출한다.In the technology described in Patent Document 2, elements of different arms of the two phases of the motor driving inverter are simultaneously turned on/off, the bus bar (shunt) current on the DC side of the inverter is detected, and the rotor position and rotation of the motor are detected. Calculate speed.

일본 특허 제4103051호 공보Japanese Patent No. 4103051 Publication 일본 특허 공개 제2018-170928호 공보Japanese Patent Publication No. 2018-170928

특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 모터 권선의 단락 전류를 검출하기 위해서, 전류 센서를 사용하고, 적어도 2상분의 모터 전류를 검출할 필요가 있어, 회로 비용이 든다.In the technology described in Patent Document 1, in order to detect the short-circuit current of the motor winding, it is necessary to use a current sensor and detect the motor current of at least two phases, which increases circuit cost.

특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서는, 모선(션트) 저항에 흘리는 전류의 검출에 의해, 각 상 전류를 검출하는 전류 센서가 불필요해지지만, 특수한 PWM 제어 모드와 전류 검출 처리를 사용하기 때문에, 모터의 회전자 위치와 회전 속도를 산출하는 연산이 복잡해져, 추정 결과에 오차가 발생하기 쉽다. In the technology described in Patent Document 2, a current sensor that detects each phase current is unnecessary by detecting the current flowing through the bus bar (shunt) resistance, but since a special PWM control mode and current detection processing are used, the motor's The calculations for calculating the rotor position and rotation speed become complicated, making it easy for errors to occur in the estimation results.

그래서, 본 발명은, 모선(션트) 저항에 흘리는 전류를 검출 방식에 대응할 수 있고, 특수한 PWM 제어 모드나 전류 검출 처리를 사용하지 않고, 모터 회전자의 위치와 속도를 고정밀도로 산출할 수 있는 모터 구동 장치 및 그것을 사용하는 냉동 기기를 제공한다.Therefore, the present invention is a motor that can support a detection method for the current flowing through the bus bar (shunt) resistance and can calculate the position and speed of the motor rotor with high precision without using a special PWM control mode or current detection processing. A driving device and a refrigeration device using the same are provided.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 모터 구동 장치는,In order to solve the above problems, the motor driving device according to the present invention,

입력된 직류 전력으로부터 변환한 교류 전력을 영구 자석 동기 모터로 출력하는 인버터와, 상기 인버터의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,An inverter that outputs alternating current power converted from input direct current power to a permanent magnet synchronous motor, and a control unit that controls the operation of the inverter,

상기 제어부는,The control unit,

상기 영구 자석 동기 모터가 공전 상태인 경우에, 상기 인버터에 의한 PWM 제어를 온 상태로 함으로써 검출되는 상기 영구 자석 동기 모터의 모터 전류에 기초하여, 상기 공전 상태에 있어서의 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자 상태를 산출하고,When the permanent magnet synchronous motor is in an idling state, the rotation of the permanent magnet synchronous motor in the idling state is based on the motor current of the permanent magnet synchronous motor detected by turning on the PWM control by the inverter. calculate the electronic state,

산출된 상기 회전자의 상태에 기초하여, 상기 영구 자석 동기 모터가 상기 공전 상태로부터 회전을 개시하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.Based on the calculated state of the rotor, the inverter is controlled so that the permanent magnet synchronous motor starts rotating from the idle state.

본 발명에 따르면, 공전 중의 모터의 회전 위상을 검출하는 센서나 유기 전압 검출 회로 등이 불필요해짐으로써, 회로 비용, 기판 면적 및 마이크로컴퓨터의 A/D 포트 사용 수의 삭감이 가능하다. 또한, 회전자 위치와 회전 속도를 산출하는 기간에 과대한 모터 전류를 흘리지 않고, 고정밀도로 회전자의 상태를 산출할 수 있다. 따라서, 모터 구동 장치 및 그것을 사용하는 냉동 기기의 기동 제어의 신뢰성이 향상된다.According to the present invention, a sensor for detecting the rotational phase of an idling motor, an induced voltage detection circuit, etc. are unnecessary, making it possible to reduce circuit cost, board area, and the number of A/D ports used in a microcomputer. Additionally, the state of the rotor can be calculated with high precision without passing excessive motor current during the period of calculating the rotor position and rotation speed. Accordingly, the reliability of starting control of the motor drive device and refrigeration equipment using it is improved.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 밝혀질 것이다.Problems, configurations, and effects other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.

도 1은 본 발명의 실시예 1인 모터 구동 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 제어부의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 위상과 속도 산출의 구성도이다.
도 4는 위상과 속도 산출 시의 PWM 신호와 션트 저항 전류의 시간 파형도이다.
도 5는 공전 시에 있어서의 모터 구동 장치의 운전 상태의 천이를 나타내는 상태 천이도이다.
도 6은 모터 기동 시의 전류 명령값과 회전 속도 명령값을 나타내는 개략 파형도이다.
도 7은 모터 기동 시의 전류 명령값과 회전 속도 명령값을 나타내는 개략 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2인 냉동 기기의 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a motor driving device according to Embodiment 1 of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the control configuration of the control unit.
Figure 3 is a configuration diagram of phase and velocity calculation.
Figure 4 is a time waveform diagram of the PWM signal and shunt resistance current when calculating phase and speed.
Fig. 5 is a state transition diagram showing the transition of the operating state of the motor drive device during idling.
Figure 6 is a schematic waveform diagram showing the current command value and rotation speed command value when starting the motor.
Figure 7 is a schematic waveform diagram showing the current command value and rotation speed command value when starting the motor.
Figure 8 is a configuration diagram of a refrigeration device according to Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using the drawings.

[실시예 1][Example 1]

<장치 구성><Device configuration>

도 1은, 본 발명의 실시예 1인 모터 구동 장치의 전체 구성도이다. 도 1에 도시한 모터 구동 장치는, 직류 전원(1)과, 직류 전원(1)으로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(2)와, 구동 대상이 되는 영구 자석 동기 모터(3)와, 영구 자석 동기 모터(3)에 의해 구동되는 기계적인 모터 부하(4)와, 인버터(2)를 제어하는 제어부(5)와, 직류 전원(1)과 인버터(2) 사이에 있는 션트 저항(6) 및 션트 저항(6)의 신호를 증폭하는 증폭기(7)를 구비한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 모터 부하(4)는 냉동 기기용 팬이다.1 is an overall configuration diagram of a motor driving device according to Embodiment 1 of the present invention. The motor drive device shown in FIG. 1 includes a DC power supply 1, an inverter 2 that converts DC power from the DC power supply 1 into AC power, and a permanent magnet synchronous motor 3 to be driven. , a mechanical motor load (4) driven by a permanent magnet synchronous motor (3), a control unit (5) that controls the inverter (2), and a shunt resistor ( 6) and an amplifier (7) that amplifies the signal of the shunt resistor (6). Additionally, in this embodiment, the motor load 4 is a fan for a refrigeration machine.

직류 전원(1)으로서는, 도시되지 않는 상용 교류 전원 등의 교류 전원으로부터 수전하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치(예를 들어, 다이오드 정류기나 안정화 전원 등) 혹은 전지 등이 적용된다.As the direct current power source 1, a power conversion device (for example, a diode rectifier or stabilized power supply, etc.) or a battery that converts alternating current power received from an alternating current power source, such as a commercial alternating current power supply not shown, into direct current power is used.

인버터(2)에 있어서는, 반도체 스위칭 소자(본 실시예에서는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))와 다이오드가 역병렬로 접속되는 2개의 암 회로, 즉 상부 암과 하부 암이 직렬로 접속되는 직렬 접속 회로가, 직류 전원(1)의 한 쌍의 정부(正負) 단자 간에 접속된다. 인버터(2)는, 3상 인버터이기 때문에, 이와 같은 직렬 접속 회로를 교류의 상 수분 즉 3개 구비하고 있다. 여기서, 상부 암 및 하부 암은, 각각, 직류 전원(1)의 고전위측 및 저전위측에 접속된다. 상하 암의 직렬 접속점은 교류 단자에 접속되고, 교류 단자에는 영구 자석 동기 모터(3)가 접속된다.In the inverter 2, a two-arm circuit in which a semiconductor switching element (IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in this embodiment) and a diode are connected in anti-parallel, that is, a series connection circuit in which the upper arm and the lower arm are connected in series. A, it is connected between a pair of positive and negative terminals of the direct current power supply (1). Since the inverter 2 is a three-phase inverter, it has three such series-connected circuits for the number of alternating current phases. Here, the upper arm and the lower arm are connected to the high potential side and the low potential side of the direct current power supply 1, respectively. The series connection points of the upper and lower arms are connected to an AC terminal, and a permanent magnet synchronous motor 3 is connected to the AC terminal.

인버터(2)의 저전위측의 모선은, 전류 검출용 션트 저항(6)을 개재하여 직류 전원(1)의 부단자에 접속된다. 션트 저항(6)에 의해 검출되는 전류 검출 신호는, 증폭기(7)를 통해 제어부(5)에 입력된다. 여기서, 션트 저항(6) 대신에, 전류 센서 등의 다른 전류 검출 수단을 사용해도 된다. 또한, 제어부(5)에 있어서의 디지털 연산을 위해서, 증폭기(7)의 출력 신호는, 샘플링 및 홀드 회로와 A/D 변환기 등에 의해 디지털 신호로 변환된다.The bus bar on the low-potential side of the inverter 2 is connected to the negative terminal of the DC power supply 1 via a shunt resistor 6 for current detection. The current detection signal detected by the shunt resistor 6 is input to the control unit 5 through the amplifier 7. Here, instead of the shunt resistor 6, other current detection means such as a current sensor may be used. Additionally, for digital calculation in the control unit 5, the output signal of the amplifier 7 is converted into a digital signal by a sampling and hold circuit, an A/D converter, etc.

제어부(5)로서는, 마이크로컴퓨터 혹은 DSP(디지털 시그널 프로세서) 등의 반도체 연산 장치가 사용된다.As the control unit 5, a semiconductor arithmetic device such as a microcomputer or DSP (digital signal processor) is used.

또한, 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이 제어부(5)가, 위치 검출기를 사용하지 않고 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치를 검출하여 동기를 행하고, 위치 센서리스 제어를 실행하기 때문에, 영구 자석 동기 모터(3)에는, 회전자나 회전축의 위치를 검출하는 홀 소자 등의 자극 위치 검출 수단은 마련하고 있지 않다.In addition, in this embodiment, as will be described later, the control unit 5 detects the rotor position of the permanent magnet synchronous motor and performs synchronization without using a position detector, and performs position sensorless control, so permanent magnet synchronization The motor 3 is not provided with magnetic pole position detection means such as a Hall element that detects the position of the rotor or rotation shaft.

<전체 제어의 설명><Description of overall control>

도 2는, 본 실시예 1에 있어서의 제어부(5)의 제어 구성을 나타내는 블록도이다. 제어부(5)는, 반도체 연산 장치가 소정의 프로그램을 실행함으로써, 각 블록이 나타내는 각 기능을 구비한다.Fig. 2 is a block diagram showing the control configuration of the control unit 5 in the first embodiment. The control unit 5 is equipped with each function represented by each block by having a semiconductor arithmetic unit execute a predetermined program.

제어부(5)는, d-q축 벡터 제어에 의해, 모터에 인가하는 전압 명령 신호를 연산하고, 인버터의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하는 것이다. 제어부(5)는, 속도 제어기(10)와, d축 전류 명령 발생기(11)와, 전압 제어기(12)와, 2축/3상 변환기(13)와, 속도 및 위상 추정기(14)와, 3상/2축 변환기(15)와, 전류 재현 연산기(16)와, 공전 상태 산출기(17)와, 전압 명령 전환기(18)와, PWM 제어기(19)를 구비한다. 또한, 공전 시에 있어서의 기동 제어에 관련된 기능에 대해서는 후술한다.The control unit 5 calculates a voltage command signal applied to the motor through d-q axis vector control and generates a PWM (Pulse Width Modulation) control signal of the inverter. The control unit 5 includes a speed controller 10, a d-axis current command generator 11, a voltage controller 12, a 2-axis/3-phase converter 13, and a speed and phase estimator 14. It is provided with a three-phase/two-axis converter (15), a current reproduction calculator (16), an idle state calculator (17), a voltage command switcher (18), and a PWM controller (19). Additionally, functions related to startup control during idling will be described later.

전류 재현 연산기(16)는, 증폭기(7)로부터 출력되는 전류 검출 신호(ish)와, 3상 전압 명령(vu *, vv *, vw *)을 사용하여 인버터(2)로부터의 3상 모터 전류(iu, iv, iw)를 재현한다. 션트 저항의 전류 신호로부터 3상 모터 전류를 재현하는 방법은 공지이기 때문에, 여기에서의 상세 설명은 생략한다. 또한, 도 1에서는, 비용 저감을 위해서, 션트 저항(6)에 의해 검출되는 전류 검출 신호(ish)로부터 3상 전류를 재현하는 방식을 채용하고 있지만, 특별히 실시 형태를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 션트 저항(6) 대신에 전류 센서 등의 전류 검출 수단을 사용하여 인버터 회로(2)의 출력인 교류 전류를 검출해도 되고, 이 경우에는, 그 전류 검출 수단이 검출한 3상 전류를 3상/2축 변환기(15)에 입력하면 된다.The current reproduction calculator 16 uses the current detection signal (i sh ) output from the amplifier 7 and the three-phase voltage commands (v u * , v v * , v w * ) from the inverter (2). Reproduce the three-phase motor current (i u , i v , i w ). Since the method of reproducing the three-phase motor current from the current signal of the shunt resistor is known, detailed description here is omitted. In Fig. 1, in order to reduce costs, a method of reproducing a three-phase current from the current detection signal i sh detected by the shunt resistor 6 is adopted, but this does not particularly limit the embodiment. Therefore, instead of the shunt resistor 6, a current detection means such as a current sensor may be used to detect the alternating current that is the output of the inverter circuit 2. In this case, the three-phase current detected by the current detection means is 3. Just input it into the phase/2-axis converter (15).

3상/2축 변환기(15)는, 재현된 3상 출력 전류(iu, iv, iw)와, 속도 및 위상 추정기(14)에 의해 추정된 위상 정보 θdc에 기초하여, dc축 전류(idc)와 qc축 전류(iqc)를 수식 (1) 및 수식 (2)에 기초하여 연산한다. 수식 (1)은, 소위 3상/2축 변환을 나타내고, 수식 (2)는 회전 좌표계로의 변환을 나타낸다.The three-phase/two-axis converter 15, based on the reproduced three-phase output currents (i u , i v , i w ) and the phase information θ dc estimated by the speed and phase estimator 14, dc-axis Calculate the current (i dc ) and qc-axis current (i qc ) based on equations (1) and (2). Equation (1) represents the so-called three-phase/two-axis transformation, and formula (2) represents the transformation to a rotational coordinate system.

dc-qc축은, 추정 위치 정보에 기초하는 벡터 제어계의 추정축, d-q축은 모터 회전자축이며, 여기에서는 d-q축과 dc-qc축의 축 오차는 Δθc라고 정의한다.The dc-qc axis is the estimated axis of the vector control system based on estimated position information, and the d-q axis is the motor rotor axis. Here, the axis error between the d-q axis and the dc-qc axis is defined as Δθc.

도 2에 있어서, 속도 제어기(10)는, 외부로부터의 속도 명령값(ω*)에 기초하여, 속도 명령값과, 속도 및 위상 추정기(14)에 의해 추정되는 추정 속도의 편차를 0에 근접하도록, 즉 추정 속도를 속도 명령값에 근접하도록, qc축 전류 명령값(iqc *)을 작성한다. 또한, 모터 전류를 최소화하기 위해서, 전류 명령 발생기(11)는, dc축 전류 명령값(idc *)을 발생한다.In FIG. 2, the speed controller 10 sets the deviation between the speed command value and the estimated speed estimated by the speed and phase estimator 14 to be close to 0, based on the speed command value ω * from the outside. In other words, create the qc-axis current command value (i qc * ) so that the estimated speed is close to the speed command value. Additionally, in order to minimize the motor current, the current command generator 11 generates a dc-axis current command value (i dc * ).

도 2에 있어서의 전압 제어기(12)는, 전류 명령 발생기(11)로부터 부여되는 dc축 전류 명령값 idc *과, 속도 제어기(10)로부터 부여되는 qc축 전류 명령값 iqc *과, 3상/2축 변환기(15)로부터 부여되는 dc축 전류 검출값 idc 및 qc축 전류 검출값 iqc와, 속도 명령값 ω* 및 모터 상수를 사용하여, dc축 전압 명령값 vdc * 및 qc축 전압 명령값 vqc *를 연산하여 출력한다.The voltage controller 12 in FIG. 2 includes a dc-axis current command value i dc * given from the current command generator 11, a qc-axis current command value i qc * given from the speed controller 10, and 3 Using the dc-axis current detection value i dc and qc-axis current detection value i qc given from the phase/two-axis converter 15, the speed command value ω * and the motor constant, the dc-axis voltage command value v dc * and qc Calculates and outputs the axis voltage command value v qc * .

2축/3상 변환기(13)는, 전압 제어기(12)에 의해 산출된 dc-qc축의 전압 명령(vdc *, vqc *)과 속도 및 위상 추정기(14)로부터의 위상 정보(θdc)를 사용하여, 수식 (3) 및 수식 (4)에 기초하여, 3상 전압 명령(vu *, vv *, vw *)을 산출하여 출력한다. 또한, 수식 (3)은, 회전 좌표계로부터 고정 좌표계로의 변환을 나타낸다. 또한, 수식 (4)는, 소위 2축/3상 변환을 나타낸다.The two-axis/three-phase converter 13 uses voltage commands (v dc * , v qc * ) of the dc-qc axis calculated by the voltage controller 12 and phase information (θ dc ) from the speed and phase estimator 14. ), based on equation (3) and equation (4), calculate and output the three-phase voltage command (v u * , v v * , v w * ). Additionally, equation (3) represents the transformation from a rotating coordinate system to a fixed coordinate system. Additionally, equation (4) represents the so-called two-axis/three-phase conversion.

또한, 속도 및 위상 추정기(14)는, dc축 전류 검출값(idc) 및 qc축 전류 검출값(iqc)과, dc-qc축의 전압 명령(vdc *, vqc *)을 사용하여, 회전자의 위치나 회전 속도를 추정하고, 위상 정보(θdc) 및 추정 속도(ω)로서 출력한다.In addition, the speed and phase estimator 14 uses the dc-axis current detection value (i dc ), the qc-axis current detection value (i qc ), and the voltage commands (v dc * , v qc * ) of the dc-qc axis. , the position and rotation speed of the rotor are estimated and output as phase information (θ dc ) and estimated speed (ω).

이에 의해, 본 실시예 1에서는, 위치 센서리스 제어가 가능해져서, 구동 시스템 전체의 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 속도 및 위상 추정기(14)에 있어서의 구체적인 추정 수단은 공지이기 때문에, 여기에서의 상세 설명은 생략한다.Thereby, in this Embodiment 1, position sensorless control becomes possible and the cost of the entire drive system can be reduced. In addition, since the specific estimation means in the speed and phase estimator 14 are well known, detailed description here is omitted.

<공전 시의 위상 검출의 설명><Explanation of phase detection during revolution>

영구 자석 동기 모터(3)가 공전 상태로부터 재시동하는 경우, 영구 자석 동기 모터(3)의 회전 속도에 따라서는, 회전자 위치와 회전 속도 정보를 취득하지 않으면, 도 2에 도시한 제어에 의한 모터 기동이 어려워진다.When the permanent magnet synchronous motor 3 is restarted from an idle state, depending on the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor 3, if the rotor position and rotation speed information are not acquired, the motor according to the control shown in FIG. 2 Maneuvering becomes difficult.

이에 반하여, 본 실시예 1은, 영구 자석 동기 모터(3)가 공전 상태에서의 회전자 위치와 회전 속도를 산출하는 수단을 구비하고 있다. 이하에서는, 그 수단에 대하여 설명한다.In contrast, this Embodiment 1 is provided with means for calculating the rotor position and rotational speed when the permanent magnet synchronous motor 3 is idling. Below, the means will be explained.

영구 자석 동기 모터(3)가 공전하면 권선으로부터 유기 전압을 발생한다. 유기 전압은, 영구 자석 동기 모터(3)와 인버터의 접속부인 U상, V상, W상의 교류 단자에 인가된다. 영구 자석 동기 모터(3)의 전기 위상(θd)의 기준을 U상 권선 위치로 하고, 또한, 영구 자석 동기 모터(3)의 3상 권선의 중성점을 기준 전위로 하면, U상, V상, W상의 상 유기 전압(eu, ev, ew)은, 수식 (5)로 표현된다. 수식 (5)의 ω는 모터 속도이며, Ke는 모터 유기 전압 상수이다.When the permanent magnet synchronous motor (3) idles, it generates an induced voltage from the windings. The induced voltage is applied to the AC terminals of the U-phase, V-phase, and W-phase, which are the connection portions of the permanent magnet synchronous motor 3 and the inverter. If the U-phase winding position is the reference for the electric phase (θ d ) of the permanent magnet synchronous motor 3 and the neutral point of the three-phase winding of the permanent magnet synchronous motor 3 is the reference potential, the U-phase and V-phase , the phase induced voltages (e u , e v , e w ) of the W phase are expressed by equation (5). ω in equation (5) is the motor speed, and Ke is the motor induced voltage constant.

도 3은, 공전 상태의 영구 자석 동기 모터의 회전자 위치와 회전 속도를 산출하는 공전 상태 산출기(17)의 구성도이다. 공전 상태 산출기(17)는, 온/오프 신호 생성기(20)와, 전류 위상 연산기(21)와, 속도 연산기(22)와, 모터 위상 연산기(23)와, 전압 명령 생성기(24)로 구성된다.Figure 3 is a configuration diagram of an idle state calculator 17 that calculates the rotor position and rotation speed of a permanent magnet synchronous motor in an idle state. The idle state calculator 17 consists of an on/off signal generator 20, a current phase calculator 21, a speed calculator 22, a motor phase calculator 23, and a voltage command generator 24. do.

온/오프 신호 생성기(20)에서는, PWM 신호의 유무를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 인버터의 PWM 동작을 온 상태로 하는 구간(이하, 「온 상태 구간」으로서 참조함)과 오프 상태로 하는 구간(이하, 「오프 상태 구간」으로서 참조함)을 설정한다. PWM 동작의 온 상태에 있어서는, 인버터의 모든 구성 소자가 PWM 신호에 따라서 온/오프의 전환 동작을 하고, 전압 명령 생성기(24)로부터의 전압 명령값은, 전압 명령 전환기(18)를 통해 인버터(2)로부터 전압(vu, vv, vw)을 출력한다. 본 상태에서는, 인버터(2)의 출력 전압과 각 상의 유기 전압과의 전압차가 영구 자석 동기 모터(3)의 각 고정자 권선에 인가된다. 이때, 권선의 인덕턴스(L)와 권선 저항(R)이 있기 때문에, 모터 전류는 0부터 증가한다. 여기서, 일반적으로 권선 저항의 영향이 인덕턴스보다 충분히 작기 때문에, 그 영향을 무시하면, 수식 (6)에 의해 모터 전류와 인버터(2)의 출력 전압(vu, vv, vw) 및 유기 전압(eu, ev, ew)의 관계가 표현된다.The on/off signal generator 20 generates a control signal that controls the presence or absence of the PWM signal, and provides a section for turning the PWM operation of the inverter on (hereinafter referred to as an “on state section”) and a section for turning it off. Set a section (hereinafter referred to as an “off state section”). In the on state of the PWM operation, all components of the inverter switch on/off according to the PWM signal, and the voltage command value from the voltage command generator 24 is transmitted through the voltage command switch 18 to the inverter ( Output the voltage (v u , v v , v w ) from 2). In this state, the voltage difference between the output voltage of the inverter 2 and the induced voltage of each phase is applied to each stator winding of the permanent magnet synchronous motor 3. At this time, because there is winding inductance (L) and winding resistance (R), the motor current increases from 0. Here, since the influence of the winding resistance is generally sufficiently smaller than the inductance, if the influence is ignored, the motor current and the output voltage (v u , v v , v w ) and induced voltage of the inverter (2) are calculated by equation (6). The relationship between (e u , e v , e w ) is expressed.

상기한 바와 같이 처음의 모터 전류가 0의 상태이면, 인버터(2)의 PWM 동작의 온 상태 구간(t_on) 중에 인버터(2)의 출력 전압(vu, vv, vw)과 유기 전압(eu, ev, ew)이 거의 일정하다고 가정하면, PWM 동작의 온 상태 구간이 종료 시의 모터 전류(iu, iv, iw)는 수식 (7)에 의해 표현된다.As described above, when the initial motor current is 0, the output voltage (v u , v v , v w ) and induced voltage of the inverter (2) during the on-state section (t _on ) of the PWM operation of the inverter (2) Assuming that (e u , e v , e w ) is almost constant, the motor current (i u , i v , i w ) at the end of the on-state section of PWM operation is expressed by Equation (7).

수식 (7)에 의해, PWM 동작의 온 상태가 종료 시의 모터 전류(iu, iv, iw)는 온 구간의 시간 폭(t_on)과 비례 관계에 있다.According to Equation (7), the motor current (i u , i v , i w ) at the end of the on state of the PWM operation is proportional to the time width (t _on ) of the on section.

<PWM 온/오프 동작과 온 상태 구간 조정><Adjustment of PWM on/off operation and on state section>

또한, 상술한 바와 같이, PWM 동작의 온 상태의 모터 전류는 유기 전압과 관계도 있다는 점에서, 공전 속도가 높은 경우에는 유기 전압이 높아지기 때문에, 과대한 모터 전류가 발생하여, 반도체 스위칭 소자 혹은 다이오드가 파괴될 우려가 있다. 한편, 공전 속도가 낮은 경우에는, 유기 전압이 낮아지기 때문에, 모터 전류도 작아져서, 충분한 정밀도로 모터 전류를 검출하는 것이 어려워진다.In addition, as described above, the motor current in the on state of PWM operation is related to the induced voltage, so when the idling speed is high, the induced voltage increases, resulting in excessive motor current, which causes a semiconductor switching element or diode. There is a risk of it being destroyed. On the other hand, when the idling speed is low, the induced voltage becomes low and the motor current also becomes small, making it difficult to detect the motor current with sufficient precision.

그래서, 본 실시예 1에 있어서, 온/오프 신호 생성기(20)는, 인버터(2)의 PWM 동작의 온 상태 구간(t_on)을 조정함으로써, 넓은 범위의 공전 속도에 대응한다. 구체적으로는, PWM 동작의 온 상태 구간에 있어서, 전류 재현 연산기(16)를 사용하여 3상 모터 전류를 재현한다. 온/오프 신호 생성기(20)로 3상 전류의 재현값을 사용하여, PWM 동작의 온 상태 구간의 시간 폭을 조정한다. 일례로서, 전류 재현 연산기(16)로부터 재현된 모터 전류가 사전에 설정한 전류 레벨값과의 비교에 의해, 온/오프 신호를 제어한다. 여기에서의 전류 레벨값은, 전류 검출값의 검출 오차나 노이즈의 영향을 저감시키기 위해서, 정격 전류의 약 20％ 이상 80％ 이하의 범위가 바람직하다. PWM 동작의 온 구간의 전류 검출값이 전류 레벨값을 초과하면, 모든 PWM 신호를 오프로 하여, 오프 상태 구간으로 이행한다.So, in this first embodiment, the on/off signal generator 20 responds to a wide range of idle speeds by adjusting the on-state period (t _on ) of the PWM operation of the inverter 2. Specifically, in the on-state section of the PWM operation, the three-phase motor current is reproduced using the current reproduction calculator 16. The on/off signal generator 20 uses the reproduced value of the three-phase current to adjust the time width of the on-state section of the PWM operation. As an example, the on/off signal is controlled by comparing the motor current reproduced from the current reproduction calculator 16 with a preset current level value. The current level value here is preferably in the range of about 20% to 80% of the rated current in order to reduce the influence of detection error or noise on the current detection value. If the current detection value in the on section of the PWM operation exceeds the current level value, all PWM signals are turned off and the operation moves to the off state section.

PWM 동작의 오프 상태 구간에 있어서, 모터 전류는, 오프하고 있는 반도체 스위칭 소자에 역병렬로 접속되는 다이오드를 통해 직류 전원으로 환류한다. 이때, 직류 전원 전압도 각 고정자 권선에 인가되기 때문에, 모터 전류가 0까지 감쇠된다. 또한, PWM 동작의 오프 상태 구간 폭은, 매회 모터 전류가 0으로 되돌아가도록 설정한다. 온 상태 구간을 경과한 후에, 다시 PWM 동작의 온 상태 구간으로 이행하고, 다시 모터 전류를 0부터 발생시킨다. 이와 같이 하여 PWM 동작에 오프 상태 구간을 마련함으로써, 과전류를 방지할 수 있다.In the off-state section of the PWM operation, the motor current flows back to the direct current power supply through a diode connected in anti-parallel to the semiconductor switching element that is turned off. At this time, since the direct current power voltage is also applied to each stator winding, the motor current is attenuated to zero. Additionally, the width of the off-state section of the PWM operation is set so that the motor current returns to 0 each time. After passing the on-state section, it transitions back to the on-state section of the PWM operation and generates the motor current from 0 again. In this way, by providing an off-state section in PWM operation, overcurrent can be prevented.

도 4는, 상기 PWM 동작의 온 상태 구간과 오프 상태 구간의 각 상의 하부 암의 PWM 신호(30, 31, 32)와 션트 저항 전류 파형(33)의 시간 파형도이다. 도 4에 도시하지 않은 각 상의 상부 암 소자의 PWM 신호는, PWM 동작의 온 상태 구간에서는, 대응하는 하부 암의 PWM 신호(30, 31, 32)의 역상 신호이며, PWM 동작의 오프 상태 구간에서는, 하부 암과 동일한 오프 신호이다. 또한, 도 4 하부의 시간 확대도에 나타낸 바와 같이, PWM 동작의 온 상태 구간에 있어서, 3상의 PWM 신호는, 각 상의 상승 및 하강의 타이밍이 어긋나도록 하기 때문에, PWM 신호의 레벨 변화(하이 레벨로부터 로우 레벨 혹은, 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전환)하는 시점 부근에, 션트 저항 전류 파형(33)이 발생한다.Figure 4 is a time waveform diagram of the PWM signals 30, 31, and 32 of the lower arm of each phase and the shunt resistance current waveform 33 in the on-state section and the off-state section of the PWM operation. The PWM signal of the upper arm element of each phase not shown in FIG. 4 is the opposite phase signal of the PWM signals 30, 31, and 32 of the corresponding lower arm in the on-state section of the PWM operation, and in the off-state section of the PWM operation, , which is the same off signal as the lower arm. In addition, as shown in the time enlarged view at the bottom of FIG. 4, in the on-state section of the PWM operation, the three-phase PWM signal causes the timing of the rise and fall of each phase to be shifted, so the level of the PWM signal changes (high level). Near the point of transition from low level or low level to high level, a shunt resistance current waveform 33 occurs.

<전류로부터 위상 산출><Calculation of phase from current>

전류 위상 연산기(21)에서는, 온/오프 신호 생성기(20)로부터의 온/오프 신호가 온으로부터 오프로 변화할 때 3상 모터 전류의 마지막 재현값(iu, iv, iw)으로부터, 수식 (8)을 사용하여 전류 위상(θi)을 연산한다.In the current phase calculator 21, from the last reproduced value of the three-phase motor current (i u , i v , i w ) when the on/off signal from the on/off signal generator 20 changes from on to off, Calculate the current phase (θi) using equation (8).

<위상차로부터 속도 연산><Speed calculation from phase difference>

또한, 전류 위상(θi) 연산의 2회째 이후에는, 수식 (9)에 나타낸 바와 같이, 전후의 전류 위상의 연산 결과의 차분과 시간차(Δt)로부터, 속도 연산기(22)로 초기 회전 속도(ω0)를 연산한다.In addition, after the second time of calculating the current phase (θi), the initial rotation speed (ω) is calculated by the speed calculator 22 from the difference and time difference (Δt) of the calculation results of the before and after current phases, as shown in equation (9). 0 ) is calculated.

또한, 회전 속도의 정부로부터, 모터의 회전 방향을 판정하여, 수식 (10)을 사용하여, 모터 위상 연산기(23)로 모터 회전자의 초기 위상 θdc를 연산한다.Additionally, the rotational direction of the motor is determined from the positive and negative rotational speed, and the initial phase θ dc of the motor rotor is calculated by the motor phase calculator 23 using equation (10).

또한, 회전 속도의 연산 정밀도 향상을 위해서, 복수회의 연산 결과를 평균화하는 등, 각종 통계적인 처리를 해도 된다.Additionally, in order to improve the calculation precision of the rotation speed, various statistical processes, such as averaging the results of multiple calculations, may be performed.

속도 연산기(22)와 모터 위상 연산기(23)로부터의 초기 회전 속도와 모터 회전자의 초기 위상은, 도 2에 있는 속도 및 위상 추정기(14)의 초깃값으로 설정하여, 도 2의 제어를 기동한다.The initial rotational speed and the initial phase of the motor rotor from the speed calculator 22 and the motor phase calculator 23 are set to the initial values of the speed and phase estimator 14 in Figure 2 to start the control in Figure 2. do.

또한, 전압 명령 생성기에서는, 온 상태 구간의 3상 전압 명령값을 생성한다. 이론상은, 3상 전압 명령이 인버터 출력할 수 있는 범위의 임의값이어도 된다. 일반적으로, 연산 처리의 편리를 위해서, 3상 전압 명령을 0 혹은 동일값으로 하면 된다. 단, 션트 전류로부터 3상 전류를 재현하기 위해서, 3상 전압 명령값에, 삼각파의 캐리어 웨이브 상승판과 하강판에 시프트량을 가산과 감산 등의 처리를 행한다. 션트 전류로부터 3상 전류의 재현 기술은 공지이기 때문에, 여기에서의 상세 설명은 생략한다.Additionally, the voltage command generator generates a three-phase voltage command value in the on-state section. In theory, the three-phase voltage command may be any value within the range that the inverter can output. Generally, for convenience of calculation processing, the three-phase voltage command should be set to 0 or the same value. However, in order to reproduce the three-phase current from the shunt current, processing such as adding and subtracting shift amounts to the rising and falling sides of the carrier wave of the triangular wave is performed on the three-phase voltage command value. Since the technology for reproducing three-phase current from shunt current is well-known, detailed description here is omitted.

<기동 시퀀스><Startup sequence>

도 5는, 공전 시에 영구 자석 동기 모터(3)를 재기동할 때의 모터 구동 장치의 운전 상태의 천이를 나타내는 상태 천이도이다.Fig. 5 is a state transition diagram showing the transition of the operating state of the motor drive device when restarting the permanent magnet synchronous motor 3 during idling.

공전 상태에서는 상술한 바와 같이 회전자 정보(회전자 위상, 회전 속도와 회전 방향)가 산출되고, 산출된 회전 속도 ω에 따라서 운전 상태가 천이한다. 회전자가 역전하고 있는 경우에는, 예를 들어 회전 속도의 크기가 사전에 설정한 위치 센서리스 최저 속도값을 초과하면, 산출된 회전자 위상과 속도를 속도 및 위상 추정기(14)의 초깃값으로 설정하여, 도 2의 제어를 기동하고, 역전 위치 센서리스 운전 모드, 역전 동기 운전 모드, 정전(正轉) 동기 운전 모드, 정전 위치 센서리스 운전 모드의 순으로, 도면 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 순서대로 운전 상태가 천이한다.In the idle state, rotor information (rotor phase, rotation speed and rotation direction) is calculated as described above, and the driving state transitions according to the calculated rotation speed ω. If the rotor is reversing, for example, if the magnitude of the rotation speed exceeds the preset position sensorless minimum speed value, the calculated rotor phase and speed are set as the initial values of the speed and phase estimator 14. Then, the control in FIG. 2 is started, and the reverse position sensorless operation mode, reverse synchronous operation mode, forward synchronous operation mode, and forward position sensorless operation mode are sequentially performed, as indicated by the arrows in the figure. The driving state transitions as expected.

예를 들어, 공전 상태에 있는 모터가, 제1 임계값 ωth1 이상의 회전 속도 ω로 역회전하고 있다고 산출된 경우에는, 역전 위치 센서리스 운전 모드로 천이하고, 그 후 순차 다른 운전 모드로 천이한다.For example, when it is calculated that the motor in an idling state is rotating in reverse at a rotation speed ω greater than or equal to the first threshold ω th1 , it transitions to the reverse position sensorless operation mode and then sequentially transitions to other operation modes. .

또한, 공전 상태에 있는 모터가, 제2 임계값 ωth2보다도 크고, 제1 임계값 ωth1보다도 작은 회전 속도 ω로 역회전하고 있다고 산출된 경우에는, 역전 동기 운전 모드로 천이하고, 그 후 순차 다른 운전 모드로 천이한다.Additionally, when it is calculated that the motor in the idle state is rotating in reverse at a rotation speed ω that is greater than the second threshold ω th2 and smaller than the first threshold ω th1 , it transitions to the reverse synchronous operation mode, and then sequentially Transition to another driving mode.

또한, 공전 상태에 있는 모터가, 제2 임계값 ωth2보다도 크고, 제1 임계값 ωth1보다도 작은 회전 속도 ω로 정회전하고 있다고 산출된 경우에는, 정전 동기 운전 모드로 천이하고, 그 후 순차 다른 운전 모드로 천이한다.Additionally, when it is calculated that the motor in the idling state is rotating forward at a rotation speed ω that is greater than the second threshold ω th2 and smaller than the first threshold ω th1 , it transitions to the forward synchronous operation mode, and then sequentially performs other operation modes. Transition to driving mode.

또한, 공전 상태에 있는 모터가, 제1 임계값 ωth1 이상의 회전 속도 ω로 정회전하고 있다고 산출된 경우에는, 정전 위치 센서리스 운전 모드로 천이한다. 도 6은, 모터가 정회전 중에 산출된 회전 속도가 위치 센서리스 최저 속도값을 초과하는 경우에 대응하는 모터 기동 시의 전류 명령값과 회전 속도 명령값을 나타내는 개략 파형도이다. 공전 상태의 회전 속도가 위치 센서리스 최저 속도값을 초과하는 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 공전 상태 산출 모드에서 정전 위치 센서리스 운전 모드로 천이한다. 이때, dc축 전류 명령값 Idc *는 0으로 추이하고, 정전 위치 센서리스 운전 모드로 이행하면 dc축 전류 명령값 Idc *가 부여되고, 모터는 소정의 회전 속도로 회전한다.In addition, when it is calculated that the motor in the idling state is rotating forward at a rotational speed ω equal to or higher than the first threshold ω th1 , it transitions to the forward position sensorless operation mode. Figure 6 is a schematic waveform diagram showing the current command value and rotation speed command value at the time of motor startup corresponding to the case where the rotation speed calculated during the motor's normal rotation exceeds the position sensorless minimum speed value. If the rotation speed in the idle state exceeds the position sensorless minimum speed value, the idle state calculation mode transitions to the static position sensorless operation mode, as shown in FIG. 6. At this time, the dc-axis current command value I dc * changes to 0, and when switching to the electrostatic position sensorless operation mode, the dc-axis current command value I dc * is given, and the motor rotates at a predetermined rotation speed.

또한, 산출된 회전 속도가 설정한 최저 레벨(제2 임계값 ωth2) 이하인 경우(예를 들어 공전 상태에 있어서의 회전 속도가 정전·역전을 막론하고 거의 제로인 경우 등)에는, 운전 상태는, 우선 위치 결정 모드로 천이하고, 그 후, 정전 동기 운전 모드, 정전 위치 센서리스 운전 모드의 순으로 천이한다. 도 7은, 이 케이스의 모터 기동 시의 전류 명령값과 회전 속도 명령값을 나타내는 개략 파형도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 운전 모드는, 소정의 모터 권선에 흐르는 dc축 전류 명령값 Idc *를 점차 증가함으로써, 회전자를 소정의 회전 위치에 고정시키는 위치 결정 모드와, 소정의 dc축 전류 명령값 Idc *과 회전 속도 명령값 ω1*에 따라서 영구 자석 동기 모터(3)에 인가하는 인가 전압을 제어하는 동기 운전 모드와, dc축 전류 명령값 Idc *는 0으로 감쇠시켜, 축 오차 Δθc가 소정값이 되도록 qc축 전류 명령값 Iqc *과 인버터 주파수를 조정하는 위치 센서리스 모드의 3종류의 운전 모드가, 이 순서로 설정되어 실행된다.In addition, when the calculated rotation speed is below the set minimum level (second threshold ω th2 ) (for example, when the rotation speed in the idle state is almost zero regardless of forward or reverse, etc.), the driving state is: First, it transitions to the positioning mode, and then transitions to the electrostatic synchronous operation mode and the electrostatic position sensorless operation mode in that order. Figure 7 is a schematic waveform diagram showing the current command value and rotation speed command value at the time of motor startup in this case. As shown in FIG. 7, the operation mode includes a positioning mode in which the rotor is fixed to a predetermined rotation position by gradually increasing the dc-axis current command value I dc * flowing in a predetermined motor winding, and a predetermined dc-axis A synchronous operation mode that controls the applied voltage applied to the permanent magnet synchronous motor 3 according to the current command value I dc * and the rotation speed command value ω1 * , and the dc axis current command value I dc * is attenuated to 0, so that the axis Three types of operation modes, including a position sensorless mode that adjusts the qc-axis current command value I qc * and the inverter frequency so that the error Δθc becomes a predetermined value, are set and executed in this order.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예 1에 의하면, 공전 중의 위상 검출 시에, PWM 동작의 온 상태 구간과 오프 상태 공간을 마련하여, 온 상태 구간의 조정에 의해, 전류 검출에 충분한 크기의 모터 전류를 흘리면서, 모터 전류의 크기를 억제 할 수 있다. 따라서, 과대한 전류를 흘리지 않고, 센서리스로 고정밀도로 회전자의 회전 상태를 산출할 수 있다. 또한, 산출된 회전자의 상태에 기초하여, 인버터를 제어함으로써, 영구 자석 동기 모터는, 효율적으로 공전 상태로부터 회전을 개시할 수 있다.As explained above, according to the first embodiment, when detecting the idling phase, an on-state section and an off-state space for PWM operation are provided, and the motor current of a size sufficient for current detection is generated by adjusting the on-state section. By flowing, the size of the motor current can be suppressed. Therefore, the rotational state of the rotor can be calculated with high precision sensorless without passing excessive current. Additionally, by controlling the inverter based on the calculated state of the rotor, the permanent magnet synchronous motor can efficiently start rotating from the idle state.

또한, 본 실시예 1에 있어서는, 공전 시 기동 제어를 위해서, PWM 제어 신호 발생 및 회전자 정보 추정 기능을 추가할 정도의 소규모의 기능 추가(프로그램 추가)가 이루어지는 것뿐이며, 대폭의 회로 추가를 요하지 않는다. 따라서, 장치 사이즈나 비용의 증대를 수반하지 않고, 기동 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, in this embodiment 1, only a small function addition (program addition) is made to the extent of adding a PWM control signal generation and rotor information estimation function for start control during idling, and no significant circuit addition is required. No. Therefore, startup performance can be improved without increasing device size or cost.

[실시예 2][Example 2]

도 8은, 본 발명의 실시예 2인 냉동 기기의 구성도이다. 여기서, 냉동 기기는, 온도를 조화하는 장치이며, 공기 조화기나 냉동기 등이다. 본 실시예 2에 있어서는, 상술한 실시예 1에 의한 모터 구동 장치에 의해, 팬 모터가 구동된다.Figure 8 is a configuration diagram of a refrigeration device according to Example 2 of the present invention. Here, the refrigeration device is a device that regulates temperature, such as an air conditioner or refrigerator. In this second embodiment, the fan motor is driven by the motor driving device according to the above-described first embodiment.

도 8에 도시한 바와 같이, 냉동 기기(300)는, 열교환기(301 및 302)와, 이들 열교환기에 대한 송풍을 행하기 위한 팬(303 및 304)과, 팬(304)을 구동하는 팬 모터(305)와, 냉매를 압축해서 순환시키는 압축기(306)와, 열교환기(301)와 열교환기 (302) 사이, 및 압축기(306)와 열교환기(301 및 302) 사이에 배치되고, 냉매가 흐르는 배관(307)과, 모터 구동 장치(308)로 구성되어 있다. 팬(303, 304)을 회전 구동하는 팬 모터(305)로서, 영구 자석 동기 모터가 사용된다. 모터 구동 장치(308)는, 상용 교류 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 직류 전원 회로, 이 직류 전원 회로로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 팬 모터(305)에 공급하는 모터 구동용 인버터를 구비하고 있다.As shown in FIG. 8, the refrigeration device 300 includes heat exchangers 301 and 302, fans 303 and 304 for blowing air to these heat exchangers, and a fan motor for driving the fan 304. It is disposed between (305) and a compressor (306) for compressing and circulating the refrigerant, between the heat exchanger (301) and the heat exchanger (302), and between the compressor (306) and the heat exchangers (301 and 302), and the refrigerant is It is composed of a flowing pipe 307 and a motor drive device 308. As the fan motor 305 that rotates the fans 303 and 304, a permanent magnet synchronous motor is used. The motor drive device 308 is a DC power supply circuit that converts AC power from a commercial AC power supply into DC power, and a motor drive that converts DC power from this DC power supply circuit into AC power and supplies it to the fan motor 305. An inverter is provided.

본 실시예 2에 있어서는, 모터 구동 장치(308)에 있어서의 팬 모터 구동용 인버터가 실시예 1에 의한 제어부(5)에 의해 제어된다.In this second embodiment, the inverter for driving the fan motor in the motor drive device 308 is controlled by the control unit 5 according to the first embodiment.

본 실시예 2에 의하면, 팬 모터가 외부의 바람 등에 의해 공전하고 있어도, 위치 센서를 마련하지 않고 확실하게 모터를 재시동할 수 있으므로, 냉동 기기의 신뢰성이 향상된다. 또한, 상술한 본 실시예 2의 형태는, 냉동 기기에 대한 적용에 한정되지는 않는다. 따라서, 냉동 기기 이외의 영구 자석 동기 모터를 사용하는 기기에 대해서, 본 실시예 2를 적용해도 된다.According to this Embodiment 2, even if the fan motor is idling due to external wind or the like, the motor can be reliably restarted without providing a position sensor, thereby improving the reliability of the refrigeration equipment. Additionally, the form of this Embodiment 2 described above is not limited to application to refrigeration equipment. Therefore, this Embodiment 2 may be applied to equipment using permanent magnet synchronous motors other than refrigeration equipment.

이상, 설명한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 과대한 단락 전류를 흘리지 않고, 고정밀도로 회전자의 상태를 산출할 수 있는 모터 구동 장치 및 그것을 사용한 냉동 기기를 제공할 수 있다.According to the embodiment of the present invention described above, a motor drive device capable of calculating the state of the rotor with high accuracy without passing excessive short-circuit current and a refrigeration device using the same can be provided.

이상, 본 발명에 대하여 실시 형태를 들어 설명해 왔지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 당업자가 추고할 수 있는 실시 양태의 범위 내에 있어서, 본 발명의 작용·효과를 발휘하는 한, 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, but is within the scope of the embodiments that can be considered by those skilled in the art, as long as the function and effect of the present invention are achieved. It is included within the scope of the present invention.

또한, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 전술한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것으로, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.Additionally, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to easily understand the present invention, and are not necessarily limited to having all the described configurations. Additionally, for some of the components of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace other components.

예를 들어, 전류 검출 수단은, 션트 저항 대신에, 전류 트랜스(CT)에 의해 검출해도 된다. 이 경우, 전류 검출 개소를 인버터 출력부로 해도 된다. 또한, 영구 자석 동기 모터는, 매립 자석형이어도 되고, 표면 자석형이어도 된다.For example, the current detection means may detect using a current transformer (CT) instead of a shunt resistor. In this case, the current detection point may be the inverter output section. Additionally, the permanent magnet synchronous motor may be of an embedded magnet type or a surface magnet type.

1: 직류 전원
2: 인버터
3: 영구 자석 동기 모터
4: 모터 부하
5: 제어부
6: 션트 저항
7: 증폭기
10: 속도 제어기
11: d축 전류 명령 발생기
12: 전압 제어기
13: 2축 3상 변환기
14: 속도 및 위상 추정기
15: 3상 2축 변환기
16: 전류 재현 연산기
17: 공전 상태 산출기
18: 전압 명령 전환기
19: PWM 제어기
20: 온/오프 신호 생성기
21: 전류 위상 연산기
22: 속도 연산기
23: 모터 위상 연산기
24: 전압 명령 생성기
30: U상 하부 암 소자의 PWM 신호
31: V상 하부 암 소자의 PWM 신호
32: W상 하부 암 소자의 PWM 신호
33: 션트 저항 전류 파형
40: dc축 전류 명령 파형
41: qc축 전류 명령 파형
42: 회전 속도 명령 파형
300: 냉동 기기
301, 302: 열교환기
303, 304: 팬
305: 팬 모터
306: 압축기
307: 배관
308: 모터 구동 장치1: DC power
2: inverter
3: Permanent magnet synchronous motor
4: Motor load
5: Control unit
6: Shunt resistance
7: amplifier
10: Speed controller
11: d-axis current command generator
12: Voltage controller
13: 2-axis 3-phase converter
14: Velocity and phase estimator
15: 3-phase 2-axis converter
16: Current reproduction calculator
17: Idle state calculator
18: Voltage command switcher
19: PWM controller
20: on/off signal generator
21: Current phase calculator
22: Speed calculator
23: Motor phase calculator
24: Voltage command generator
30: PWM signal of U-phase lower arm element
31: PWM signal of V-phase lower arm element
32: PWM signal of W-phase lower arm element
33: Shunt resistance current waveform
40: DC axis current command waveform
41: qc-axis current command waveform
42: Rotation speed command waveform
300: Refrigeration device
301, 302: heat exchanger
303, 304: Fan
305: fan motor
306: Compressor
307: Plumbing
308: motor drive device

Claims (7)

삭제delete 입력된 직류 전력으로부터 변환한 교류 전력을 영구 자석 동기 모터로 출력하는 인버터와, 상기 인버터의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 모터 구동 장치에 있어서,
상기 제어부는,
상기 영구 자석 동기 모터가 공전 상태인 경우에, 상기 인버터에 의한 PWM 제어를 온 상태로 함으로써 검출되는 상기 영구 자석 동기 모터의 모터 전류에 기초하여, 상기 공전 상태에 있어서의 상기 영구 자석 동기 모터의 회전자의 상태를 산출하고,
상기 모터 전류의 값이 소정의 임계값을 초과한 경우에, 상기 인버터에 의한 PWM 제어를 오프 상태로 전환하고,
산출된 상기 회전자의 상태에 기초하여, 상기 영구 자석 동기 모터가 상기 공전 상태로부터 회전을 개시하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는, 모터 구동 장치.A motor driving device comprising an inverter that outputs alternating current power converted from input direct current power to a permanent magnet synchronous motor, and a control unit that controls the operation of the inverter,
The control unit,
When the permanent magnet synchronous motor is in an idling state, the rotation of the permanent magnet synchronous motor in the idling state is based on the motor current of the permanent magnet synchronous motor detected by turning on the PWM control by the inverter. Calculate the state of the electron,
When the value of the motor current exceeds a predetermined threshold, PWM control by the inverter is switched to an off state,
Based on the calculated state of the rotor, the inverter is controlled to cause the permanent magnet synchronous motor to start rotating from the idle state. 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인버터에 의한 PWM 제어를 오프 상태로 할 때, 상기 모터 전류가 0으로 감쇠하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 모터 구동 장치.According to paragraph 2,
The control unit,
A motor driving device, characterized in that the motor current is controlled to be attenuated to 0 when the PWM control by the inverter is turned off. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 인버터의 직류측의 모선에 션트 저항 또는 전류 센서를 갖고,
상기 제어부는,
상기 션트 저항 또는 상기 전류 센서에 의한 검출 신호에 기초하여, 상기 모터 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는, 모터 구동 장치.According to paragraph 2 or 3,
A shunt resistor or current sensor is provided at the bus bar on the DC side of the inverter,
The control unit,
A motor driving device, characterized in that the motor current is calculated based on the detection signal by the shunt resistance or the current sensor. 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회전자의 상태로서 상기 회전자의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는, 모터 구동 장치.According to paragraph 2 or 3,
The control unit,
A motor driving device, characterized in that the position of the rotor is calculated as the state of the rotor. 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
다른 시점에 있어서 산출된 상기 회전자의 위치의 차분에 기초하여, 상기 회전자의 회전 속도 또는 회전 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는, 모터 구동 장치.According to clause 5,
The control unit,
A motor drive device characterized in that the rotational speed or rotational direction of the rotor is calculated based on differences in the positions of the rotor calculated at different viewpoints. 열교환기와, 냉매를 압축해서 순환시키는 압축기와, 상기 열교환기에 대한 송풍을 행하는 팬과, 상기 팬을 구동하는 영구 자석 동기 모터와, 제2항 또는 제3항에 기재된 모터 구동 장치를 구비하는, 냉동 기기.Refrigeration comprising a heat exchanger, a compressor for compressing and circulating a refrigerant, a fan for blowing air to the heat exchanger, a permanent magnet synchronous motor for driving the fan, and the motor drive device according to claim 2 or 3. device.
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