モータ制御装置
【課題】位置センサレスのモータ制御装置において、誤検出が低減で飢渇高精度の欠相検出手段を提供すること。
【解決手段】同期モータ３を駆動するための３相交流電圧を出力するインバータ主回路２と、同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段６を備えたモータ制御装置において、所定の指令値により同期モータを運転する同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードとを備え、同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段１０を備える。
【解決手段】同期モータ３を駆動するための３相交流電圧を出力するインバータ主回路２と、同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段６を備えたモータ制御装置において、所定の指令値により同期モータを運転する同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードとを備え、同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段１０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンや換気扇、ポンプなどに用いられるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアコンや換気扇などのファンモータは、位置センサを備えており、前記位置センサの位置情報に基づき、欠相異常と判断することができる。
【０００３】
また、特許文献１に、従来のモータ制御装置の欠相検出方法が開示されている。従来例では、起動から所定時間経過後に、任意の相のモータ電流の最大値を判定し、所定時間の間連続して基準値以下のときに欠相と判定している。またモータの相電流が、不平衡な場合でも欠相を誤検出しない方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８９１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位置センサを備えたモータにおいて、１相のみの欠相の場合は、モータが回転することがあるため、位置情報では、欠相を検出できずに欠相状態のまま駆動し続けるという問題があった。仮に、欠相状態のまま、駆動し続けると、騒音の問題や３相インバータの特定出力デバイスへの負担が増加し破壊に至る怖れがある。
【０００６】
また、特許文献１のモータ制御装置の場合、モータ電流の最大値の情報に基づき判定を行うため、負荷が小さい場合にモータ電流が小さくなり、誤検出しモータを停止してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を考慮してなされたものであり、欠相の誤検出が低減でき、検出精度を向上できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御装置は、同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、所定の指令値により前記同期モータを運転する同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードとを備え、前記同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有する。
【０００９】
また、本発明によるモータ制御装置は、同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、前記３相交流電圧の指令値を演算するための電流指令値が所定値より大きい場合に、前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位置センサレスのモータ制御においても確実に欠相を検出することができる。また、欠相状態にも関わらず、モータが回転した場合でも欠相を検出することができ、負荷が小さい場合にも欠相の誤検出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図２】直流電流からモータ電流を再現する方法を説明するための波形図。
【図３】モータ制御部のブロック構成図。
【図４】各運転モードへの遷移を説明するための簡略図。
【図５】モータ電流と閾値の関係を説明するための簡略図。
【図６】欠相検出手段の処理フロー図。
【図７】本発明の第２の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図８】本発明の第３の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図９】本発明の第４の実施例であるモータ制御装置の全体構成図。
【図１０】本発明の第５の実施例における欠相検出動作条件を説明するための簡略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例であるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例のモータ制御装置は、エアコンの室内機および室外機、換気扇または空気清浄機などに用いられるファンモータの制御装置に適用できる。
【００１４】
また、圧縮機やポンプでは構造的、環境的に位置センサを付けられない場合がある。このような用途に対しても、本実施例では、確実で低コストな欠相検出手段を提供する。
【００１５】
＜全体構成の説明＞
図１において、直流電源１は、インバータ主回路２に電力を供給する、例えば、約１４１［Ｖ］〜約４５０［Ｖ］の高電圧であり、例えば、商用電源からの交流電圧を整流・平滑するコンバータやバッテリから得られる。インバータ主回路２は、直流入力端子間に各相２個のスイッチング素子（Ｔ１〜Ｔ３とＴ４〜Ｔ６）をそれぞれ直列接続し、それらの直列接続点を３相交流端子とする。ここで、Ｔ１はＵ相上アームスイッチング素子、Ｔ２はＶ相上アームスイッチング素子、Ｔ３はＷ相上アームスイッチング素子、Ｔ４はＵ相下アームスイッチング素子、Ｔ５はＶ相下アームスイッチング素子、Ｔ６はＷ相下アームスイッチング素子である。スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６としては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴあるいはバイポーラトランジスタなどの公知の半導体スイッチング素子が用いられる。
【００１６】
各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６には、それぞれ、逆並列に還流ダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。ここで、Ｄ１はＵ相上アーム還流ダイオード、Ｄ２はＶ相上アーム還流ダイオード、Ｄ３はＷ相上アーム還流ダイオード、Ｄ４はＵ相下アーム還流ダイオード、Ｄ５はＶ相下アーム還流ダイオード、Ｄ６はＷ相下アーム還流ダイオードである。ダイオードＤ１〜Ｄ６としては、ｐｎ接合ダイオードやショットキーバリアダイオードなどの公知の半導体ダイオードが用いられる。また、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６がダイオードＤ１〜Ｄ６を内蔵しても良い。
【００１７】
このインバータ主回路２は、直流電源１から供給される電力と、ゲート駆動回路４からのゲート駆動信号に基づき、３相交流電圧を作り、同期モータ３へ供給する。ゲート駆動信号は、制御部５から出力された駆動信号に応じて生成される。
【００１８】
同期モータ３は、インバータ主回路２から与えられる交流電力によって回転駆動され、機械的負荷２００を駆動する。機械的負荷２００としては、エアコン、換気扇または空気清浄機などに用いられるファン、送風機、圧縮機駆動装置やポンプなどがある。なお、本実施例においては、同期モータ３として、永久磁石モータ（ＰＭモータ）が用いられる。
【００１９】
制御部５は、例えば、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）などにより実現できる。なお、本実施例では、マイコンが用いられている。
【００２０】
＜電流検出手段の説明＞
図１に示すように、電流検出手段６は、インバータ直流母線のシャント抵抗７と、シャント抵抗７に流れるインバータ入力直流電流ＩＤＣを検出する電流検出回路８と、電流検出回路８で検出したインバータ入力直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現するモータ電流再現演算器９によって構成される。再現した３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は、欠相検出手段１０、及びモータ制御部１１へ出力される。
【００２１】
インバータ入力直流電流ＩＤＣを検出する電流検出回路８は、例えば、シャント抵抗７の両端の電圧をオペアンプなどの演算増幅器で増幅する。制御部５では、入力した信号を、マイコン内蔵のＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換して使用する。
【００２２】
インバータ直流母線のシャント抵抗７は、一般に、過電流保護のために備えている場合が多い。その場合は、新たに電流検出のためのシャント抵抗を付加する必要が無く、部品点数の削減や省スペース化が可能となる。また、シャント抵抗７と電流検出回路８は、後述の位置センサレスモードと欠相検出のための電流検出で兼用が可能なため、欠相検出のために特別な回路を必要としない。
【００２３】
次に、電流検出回路８で検出したインバータ入力直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現するモータ電流再現演算器９について図２を用いて説明する。図２には、基準三角波１００、各相の電圧指令信号（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ）、各相のインバータ駆動信号となるＰＷＭパルス信号（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、各相の入力電流（１０２ａ〜１０２ｄ）と、シャント抵抗７に流れるインバータ入力直流電流ＩＤＣを示す。図２を見て分かるように、インバータ入力直流電流ＩＤＣは、各相のスイッチング素子の状態に応じて変化する。図２において、各相スイッチング素子の駆動信号（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、Ｈｉｇｈレベルの時に各相の上アームをオンしており、Ｌｏｗレベルの時に各相の下アームをオンしているということを意味する。実際には、各相の上アームおよび下アームにそれぞれ独立のＰＷＭパルス信号を与え、スイッチング動作を制御しているが、図２においては、簡易的に示している。また、図２においては、説明のためデッドタイムを設けていない図となっているが、実際には、各相の上下アームが短絡しないよう、デッドタイムを設けている。
【００２４】
図２において、Ｗ相のみ下アームがオンとなっていてＵ相とＶ相の上アームがオンしている区間ＡおよびＤでは、逆極性のＷ相入力電流を観測することができる。また、Ｖ相とＷ相の下アームがオンしていてＵ相のみ上アームがオンしている区間ＢおよびＣにおいては、同極性のＵ相入力電流を観測することができる。
【００２５】
このように、各相のスイッチング素子の状態に応じて変化するインバータ入力直流電流ＩＤＣをＡ〜Ｄ区間において観測し、各区間のインバータ入力直流電流ＩＤＣを組み合わせることで、３相交流のモータ電流を再現することができる。
【００２６】
＜モータ制御部の説明＞
次に、図３を用いてモータ制御部について説明する。
【００２７】
モータ制御部１１は、電流検出手段６において検出したモータの各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を推定磁極位置θｄｃを用いて、３相軸から制御軸へ座標変換してｄ軸検出電流Ｉｄｃおよびｑ軸検出電流Ｉｑｃを求める３φ／ｄｑ変換器１５と、後述の位置センサレスモード時のｑ軸電流指令Ｉｑ＊をＩｑｃから作成するための一次遅れフィルタ１６と、ｄ軸検出電流Ｉｄｃおよびｑ軸検出電流Ｉｑｃとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を入力して、同期モータ３の回転子の実回転位置（実回転座標軸）と仮想回転位置（制御軸）との位置誤差（軸誤差Δθｃ）を演算する軸誤差演算器１７と、軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）との差を減算器１８で求め、これがゼロになるようにインバータ周波数ω１を調整するＰＬＬ制御器１９と、後述の位置決めモード及び同期運転モードと位置センサレスモードとを切り替える制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）と、Ｉｄ＊およびＩｑ＊とインバータ周波数指令値ω１＊とを用いてベクトル演算を行いＶｄ＊およびＶｑ＊を出力する電圧指令演算器１３と、Ｖｄ＊およびＶｑ＊を制御軸から３相軸へ座標変換してモータ信号形成部に出力する３相電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を求めるｄｑ／３φ変換器１４と、インバータ周波数ω１を積分して推定磁極位置θｄｃを出力する積分器２１とで構成される。
【００２８】
モータ制御部１１は、モータ制御部１１の外部から入力される速度指令値（インバータ周波数指令値）ω１＊が示す回転数近辺でモータが回転するように、モータに出力する３相電圧指令値を演算する。演算式について、以下で簡単に説明する。
【００２９】
電圧指令演算器１３で演算するＶｄ＊，Ｖｑ＊は、式（１），（２）で与えられる。
Ｖｄ＊＝ｒ・Ｉｄ＊−ω１＊・Ｌｑ・Ｉｑ＊ ・・・・・・（１）
Ｖｑ＊＝ｒ・Ｉｑ＊＋ω１＊・Ｌｄ・Ｉｄ＊＋ω１＊・Ｋｅ ・・・・・・（２）
ここで、ｒ：巻線抵抗、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Ｋｅ：発電定数、である。
【００３０】
ｄｑ／３φ変換器１４では、式（３）〜（７）を用いて、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を３相電圧指令値に座標変換する。
【００３１】
Ｖｕ＊＝Ｖ１×cosθｖ ・・・・・・（３）
Ｖｖ＊＝Ｖ１×cos（θｖ−２／３π） ・・・・・・（４）
Ｖｗ＊＝Ｖ１×cos（θｖ＋２／３π） ・・・・・・（５）
ここで、
θｖ＝δ＋π／２＋θｄ ・・・・・・（６）
δ＝tan−１（−Ｖｄ＊／Ｖｑ＊） ・・・・・・（７）
軸誤差演算器１７は、ｄ軸検出電流Ｉｄｃと、ｑ軸検出電流Ｉｑｃと、電圧指令演算器１３からのＶｄ＊およびＶｑ＊とを用いて軸誤差Δθｃを算出する。軸誤差Δθｃは、減算器１８において予め設定された軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）から減算され、この減算値（差分）がＰＬＬ制御器１９によって比例制御されることで検出周波数ωｐｌｌが得られる。後述の位置センサレスモードでは、この検出周波数ωｐｌｌをインバータ周波数ω１とし、これを積分器２１で積分することで同期モータ３の磁極位置を推定することができる。この推定による推定磁極位置θｄｃはｄｑ／３φ変換器１４と３φ／ｄｑ変換器１５に入力され、各ブロックの演算に用いられる。
【００３２】
すなわち、本実施例におけるモータ制御部１１においては、同期モータ３の回転子の実回転座標軸と制御軸との軸誤差Δθｃを算出し、算出した軸誤差Δθｃがゼロになるように、言い換えれば、制御軸が同期モータ３の回転子の実回転座標軸と同一になるようにインバータ周波数ω１をＰＬＬ（Phase Locked Loop）法を用いて補正し、磁極位置を推定することとしている。
【００３３】
＜モータ起動の基本動作の説明＞
同期モータ３を起動する際の基本動作について説明する。図４は、同期モータ３が停止している状態から起動する際の各運転モードの遷移を示した簡略図である。同期モータ３の運転モードとしては、任意の相のモータ巻線に、徐々に直流電流を流して同期モータ３の回転子をある位置に固定する位置決めモードと、外部制御装置などから与えられる所定値あるいは所定パターンのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊および周波数指令ω＊にしたがって同期モータ３に印加する電圧を決定する、すなわち位置（本実施例では推定位置）フィードバックを行わない同期運転モードと、軸誤差Δθｃがゼロになるようにインバータ周波数ω１を調整する、すなわち位置フィードバックによる位置センサレスモード、の３つのモードがある。
【００３４】
これらの運転モードは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、インバータ周波数ω１のうちいずれかを変更、もしくは、モータ制御部１１内の制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）を切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。なお、制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）は、特に断りがない限り２つとも同時に切り替わる。
【００３５】
位置決めモードでは、同期モータ３に直流を流すためにインバータ周波数指令値ω１＊はゼロとする。
【００３６】
位置決めモードが終了後、同期運転モードへ遷移する。制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）はＡ側のままである。同期運転モードでは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を一定値のままとし、インバータ周波数指令値ω１＊を増加させる。ここで、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊はＩｑ０＊（例えば、図４のように０）に設定される。これにより、同期モータ３はインバータ周波数指令値ω１＊に追従して加速する。その後、位置センサレスが可能になる周波数になった時点で加速を停止し、所定期時間一定速度にする。
【００３７】
前記所定時間経過後、制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）をＢ側にして位置センサレスモードへ遷移する。これにより、ｑ軸電流指令値（Ｉｑ＊）は、ｑ軸検出電流Ｉｑｃを一次遅れフィルタ１６に通したものへ切り替わると共に、軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）との差がゼロになるようにＰＬＬ制御器１９がインバータ周波数ω１を調整する。
【００３８】
ここで、図４および上記説明は一例であり、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊、周波数指令値ω１＊は負荷や用途に応じて、値や変化の仕方は異なってもよい。
【００３９】
モータが停止している状態からの起動では、位置決めモードから開始する。しかしながら、ファンモータ等では、慣性が大きいためにインバータ停止後に再起動する際にモータが回転していたり、外風でモータが回転している状態から起動する場合がある。この場合、モータが停止するまで待つと起動に時間がかかる問題がある。また、外風が強い場合には、位置決めでモータを停止させるのに必要な電流が大きくなり、モータを停止できない場合がある。このため、ファンモータ等では、起動前にモータが回転している場合に、位置決めモードを用いず同期運転モードから起動する場合がある。本実施例では、同期運転モード中に欠相検出をするため、このような場合でも欠相を検出することができる。ここで、起動前の回転数や磁極位置を検出する方法としては、逆起電力から位相信号を生成する公知の方法がある（例えば、特開２００５−１３７１０６号公報参照）。
【００４０】
また、圧縮機のように必ずモータが停止している状態から起動する用途においても、同期運転モード中に欠相を検出することにより、位置センサレスモードに遷移する前に欠相を検出するため、早期に欠相を検出することができる。
【００４１】
＜欠相検出動作の説明＞
欠相の検出動作について説明する。欠相検出手段は、同期運転モードにおいて、モータ各相の電流が流れていないときにその相は欠相していると判断する。本実施例では、電流検出手段６から出力される各相の電流の絶対値が所定時間Ｔａ連続で閾値以下の場合にその相は欠相と判断する。
【００４２】
ここで、各相の電流は交流量であり、図５に示すように欠相状態でなくても閾値以下となる期間があるため、欠相を検出する所定時間Ｔａは、インバータ周期（２π／ω１＊）を考慮して決める。例えば、Ｔａは、インバータ周期に設定すればよいが、本実施例のように電流の絶対値から欠相を判断する場合は、インバータ周期の半周期に設定することができる。このため、所定の速度範囲で欠相を検出することにより、欠相検出期間中のインバータ周波数指令値ω１＊を限定してＴａの設定ができる。
【００４３】
さらに、同期運転モードに設けられた一定速度期間中に欠相検出をすることにより、ω１＊をさらに特定することができ、Ｔａをより最適に設定できる。
【００４４】
また、同期運転モードから位置センサレスモードへ切り替わる直前の所定期間中に欠相検出をすることにより、同期運転モード中で最も高いインバータ周波数で欠相を検出することになり、低いインバータ周波数で検出する場合よりもＴａを短く設定することが可能となる。
【００４５】
以上のように同期運転モードで欠相を検出することにより、負荷が小さい場合であっても、所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊によるｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが流れるため、欠相と誤検出しない。
【００４６】
１相でも欠相と判断された場合には、モータを正常に駆動できない可能性があるため、３相インバータの交流電圧出力を停止する。停止することで、騒音の問題や、３相インバータの特定出力デバイスへの負担が増加して破壊に至ることを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、所定時間経過後にモータ駆動を再起動することにより、欠相を誤検出した場合にも自動で運転を継続することができる。
【００４８】
＜ソフト処理フローの説明＞
制御部５を実現したマイコン内部の処理の一例について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
図６は、本実施例の欠相検出手段における欠相検出処理を実行するフローチャートを示したものである。本処理は、電流検出手段が出力する電流値が更新される周期、またはそれよりも遅い一定周期で実行される。
【００５０】
まず、同期運転モードかどうかを判定する（ステップＳ１）。
この判断ステップＳ１において、同期運転モードではなかった場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの欠相検出用カウンタＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗに０を設定する（ステップＳ２）。判断ステップＳ１において、同期運転モードだった場合には、電流検出手段から出力されるＵ相のモータ電流Ｉｕの絶対値｜Ｉｕ｜が閾値Ｉｊを超えているか否かが判定される（ステップＳ３）。
【００５１】
この判断ステップＳ３において、｜Ｉｕ｜がＩｊを超えてない場合にはＵ相欠相検出用カウンタＮｕが１つインクリメントされ（ステップＳ４）、インクリメント後の値が判定値Ｍより小さいか否かが判定される（ステップＳ５）。判断ステップＳ３において、｜Ｉｕ｜がＩｊを超えている場合には、Ｎｕに０を設定する（ステップＳ６）。
【００５２】
判断ステップＳ５において、ＮｕがＭ以上の場合は欠相と判断し、欠相検出時処理を実施する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、運転停止や保護用の処理などを実施する。
【００５３】
以上Ｕ相用の処理（ステップＳ３〜Ｓ６）にて、欠相と判断されなかった場合には、Ｖ相の欠相判断を実施し、Ｖ相でも欠相と判断されなかった場合には、Ｗ相の欠相判断を実施する。Ｖ相とＷ相の欠相判断処理（ステップＳ８〜Ｓ１１，Ｓ１２〜Ｓ１５）はＵ相と同様であるため、説明は省略する。
【実施例２】
【００５４】
本発明の第２の実施例であるモータ制御装置について図７を用いて説明する。実施例１と異なる点は、モータに流れる各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求める電流検出手段の構成である。
【００５５】
図７に示すように、電流検出手段は、モータに流れる各相の電流をホールＣＴ等の電流センサ（２２ａおよび２２ｂ）を用いてモータへの配線部で検出する。３相全てセンサで検出しても良いが、本実施例では、Ｕ相，Ｗ相の電流（Ｉｕ，Ｉｗ）をセンサで検出し、検出した２相の電流値から、Ｖ相の電流値を検出電流演算器２３で演算する。式（９）は、Ｖ相の電流値Ｉｖを求める演算式である。
【００５６】
Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ） ・・・・・・（９）
モータに流れる各相の電流を電流センサを用いてモータへの配線部で検出することにより、広い運転範囲で常時確実にモータ電流を検出することができる。
【実施例３】
【００５７】
本発明の第３の実施例であるモータ制御装置について図８を用いて説明する。実施例２と異なる点は、モータに流れる各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求める電流検出手段の構成である。
【００５８】
図８に示すように、電流検出手段は、モータに流れる各相の電流をインバータ主回路の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線との間に設けられたシャント抵抗（２４ａ，２４ｂ）に流れる電流を電流検出回路８で検出する。電流検出回路８は、実施例１と同様に、例えば、シャント抵抗（２４ａ，２４ｂ）の両端の電圧をそれぞれオペアンプなどの演算増幅器で増幅する。以降は実施例２と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
以上のように、モータに流れる各相の電流を、ホールＣＴを使用せず、インバータ主回路の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線との間に設けられたシャント抵抗に流れる電流から検出することにより、実施例２よりも低コストに電流検出が可能である。また、下アームのスイッチング素子がオンしていればその相の電流検出が可能であるため、実施例１よりも電流検出可能な運転領域が広い。
【実施例４】
【００６０】
本発明の第４の実施例であるモータ制御装置について図９を用いて説明する。
本実施例では図９に示すように、欠相検出手段において、１相でも欠相と判断された場合には、シリアル通信やディジタル信号またはアナログ信号等により上位制御装置２５へ欠相検出したことを通知する。これにより、上位制御装置２５側で欠相検出したことを認識でき、適切な対応をすることが可能となる。また、モータ制御装置外部への欠相検出の通知はＬＥＤ表示やディスプレイ表示等でもよく、この場合は使用者がモータが停止した原因を認識することができ、適切な対応をすることができる。
【実施例５】
【００６１】
第５の実施例であるモータ制御装置について図１０を用いて説明する。
本実施例では、センサレス運転モードにおいても、図１０に示すようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が所定値より大きい場合に欠相検出をする。所定値と比較する電流指令はＩｄ＊，Ｉｑ＊に限らず、例えばＩｄ＊とＩｑ＊を合成した電流指令Ｉ１＊と所定値を比較してもよい。所定値は、比較する電流指令により値は同じでも異なってもよい。
【００６２】
また、センサレス運転モードにおいて、Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が所定値を超えない状態が継続することが予想される場合には、定期的にＩｄ＊へ所定値を超える電流を流すことにより、定期的に欠相検出を動作させることができる。
【００６３】
以上により、センサレス運転モードで負荷が小さい場合においても誤検出しない欠相検出を可能とする。センサレス運転モードで欠相検出ができると、同期運転モード後の運転中に欠相となった場合に、次の起動を待たなくても欠相を検出することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 直流電源
２ インバータ主回路
３ 同期モータ
４ ゲート駆動回路
５ 制御部
６ 電流検出手段
７ シャント抵抗
８ 電流検出回路
９ モータ電流再現演算器
１０ 欠相検出手段
１１ モータ制御部
１２ 駆動信号形成部
１３ 電圧指令演算器
１４ ｄｑ／３φ変換器
１５ ３φ／ｄｑ変換器
１６ 一次遅れフィルタ
１７ 軸誤差演算器
１８ 減算器
１９ ＰＬＬ制御器
２０ａ，２０ｂ 制御切替スイッチ
２１ 積分器
２００ 機械的負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンや換気扇、ポンプなどに用いられるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアコンや換気扇などのファンモータは、位置センサを備えており、前記位置センサの位置情報に基づき、欠相異常と判断することができる。
【０００３】
また、特許文献１に、従来のモータ制御装置の欠相検出方法が開示されている。従来例では、起動から所定時間経過後に、任意の相のモータ電流の最大値を判定し、所定時間の間連続して基準値以下のときに欠相と判定している。またモータの相電流が、不平衡な場合でも欠相を誤検出しない方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８９１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位置センサを備えたモータにおいて、１相のみの欠相の場合は、モータが回転することがあるため、位置情報では、欠相を検出できずに欠相状態のまま駆動し続けるという問題があった。仮に、欠相状態のまま、駆動し続けると、騒音の問題や３相インバータの特定出力デバイスへの負担が増加し破壊に至る怖れがある。
【０００６】
また、特許文献１のモータ制御装置の場合、モータ電流の最大値の情報に基づき判定を行うため、負荷が小さい場合にモータ電流が小さくなり、誤検出しモータを停止してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を考慮してなされたものであり、欠相の誤検出が低減でき、検出精度を向上できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御装置は、同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、所定の指令値により前記同期モータを運転する同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードとを備え、前記同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有する。
【０００９】
また、本発明によるモータ制御装置は、同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、前記３相交流電圧の指令値を演算するための電流指令値が所定値より大きい場合に、前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位置センサレスのモータ制御においても確実に欠相を検出することができる。また、欠相状態にも関わらず、モータが回転した場合でも欠相を検出することができ、負荷が小さい場合にも欠相の誤検出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図２】直流電流からモータ電流を再現する方法を説明するための波形図。
【図３】モータ制御部のブロック構成図。
【図４】各運転モードへの遷移を説明するための簡略図。
【図５】モータ電流と閾値の関係を説明するための簡略図。
【図６】欠相検出手段の処理フロー図。
【図７】本発明の第２の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図８】本発明の第３の実施例であるモータ制御装置のブロック図。
【図９】本発明の第４の実施例であるモータ制御装置の全体構成図。
【図１０】本発明の第５の実施例における欠相検出動作条件を説明するための簡略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例であるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例のモータ制御装置は、エアコンの室内機および室外機、換気扇または空気清浄機などに用いられるファンモータの制御装置に適用できる。
【００１４】
また、圧縮機やポンプでは構造的、環境的に位置センサを付けられない場合がある。このような用途に対しても、本実施例では、確実で低コストな欠相検出手段を提供する。
【００１５】
＜全体構成の説明＞
図１において、直流電源１は、インバータ主回路２に電力を供給する、例えば、約１４１［Ｖ］〜約４５０［Ｖ］の高電圧であり、例えば、商用電源からの交流電圧を整流・平滑するコンバータやバッテリから得られる。インバータ主回路２は、直流入力端子間に各相２個のスイッチング素子（Ｔ１〜Ｔ３とＴ４〜Ｔ６）をそれぞれ直列接続し、それらの直列接続点を３相交流端子とする。ここで、Ｔ１はＵ相上アームスイッチング素子、Ｔ２はＶ相上アームスイッチング素子、Ｔ３はＷ相上アームスイッチング素子、Ｔ４はＵ相下アームスイッチング素子、Ｔ５はＶ相下アームスイッチング素子、Ｔ６はＷ相下アームスイッチング素子である。スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６としては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴあるいはバイポーラトランジスタなどの公知の半導体スイッチング素子が用いられる。
【００１６】
各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６には、それぞれ、逆並列に還流ダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。ここで、Ｄ１はＵ相上アーム還流ダイオード、Ｄ２はＶ相上アーム還流ダイオード、Ｄ３はＷ相上アーム還流ダイオード、Ｄ４はＵ相下アーム還流ダイオード、Ｄ５はＶ相下アーム還流ダイオード、Ｄ６はＷ相下アーム還流ダイオードである。ダイオードＤ１〜Ｄ６としては、ｐｎ接合ダイオードやショットキーバリアダイオードなどの公知の半導体ダイオードが用いられる。また、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６がダイオードＤ１〜Ｄ６を内蔵しても良い。
【００１７】
このインバータ主回路２は、直流電源１から供給される電力と、ゲート駆動回路４からのゲート駆動信号に基づき、３相交流電圧を作り、同期モータ３へ供給する。ゲート駆動信号は、制御部５から出力された駆動信号に応じて生成される。
【００１８】
同期モータ３は、インバータ主回路２から与えられる交流電力によって回転駆動され、機械的負荷２００を駆動する。機械的負荷２００としては、エアコン、換気扇または空気清浄機などに用いられるファン、送風機、圧縮機駆動装置やポンプなどがある。なお、本実施例においては、同期モータ３として、永久磁石モータ（ＰＭモータ）が用いられる。
【００１９】
制御部５は、例えば、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）などにより実現できる。なお、本実施例では、マイコンが用いられている。
【００２０】
＜電流検出手段の説明＞
図１に示すように、電流検出手段６は、インバータ直流母線のシャント抵抗７と、シャント抵抗７に流れるインバータ入力直流電流ＩＤＣを検出する電流検出回路８と、電流検出回路８で検出したインバータ入力直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現するモータ電流再現演算器９によって構成される。再現した３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は、欠相検出手段１０、及びモータ制御部１１へ出力される。
【００２１】
インバータ入力直流電流ＩＤＣを検出する電流検出回路８は、例えば、シャント抵抗７の両端の電圧をオペアンプなどの演算増幅器で増幅する。制御部５では、入力した信号を、マイコン内蔵のＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換して使用する。
【００２２】
インバータ直流母線のシャント抵抗７は、一般に、過電流保護のために備えている場合が多い。その場合は、新たに電流検出のためのシャント抵抗を付加する必要が無く、部品点数の削減や省スペース化が可能となる。また、シャント抵抗７と電流検出回路８は、後述の位置センサレスモードと欠相検出のための電流検出で兼用が可能なため、欠相検出のために特別な回路を必要としない。
【００２３】
次に、電流検出回路８で検出したインバータ入力直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現するモータ電流再現演算器９について図２を用いて説明する。図２には、基準三角波１００、各相の電圧指令信号（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ）、各相のインバータ駆動信号となるＰＷＭパルス信号（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、各相の入力電流（１０２ａ〜１０２ｄ）と、シャント抵抗７に流れるインバータ入力直流電流ＩＤＣを示す。図２を見て分かるように、インバータ入力直流電流ＩＤＣは、各相のスイッチング素子の状態に応じて変化する。図２において、各相スイッチング素子の駆動信号（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、Ｈｉｇｈレベルの時に各相の上アームをオンしており、Ｌｏｗレベルの時に各相の下アームをオンしているということを意味する。実際には、各相の上アームおよび下アームにそれぞれ独立のＰＷＭパルス信号を与え、スイッチング動作を制御しているが、図２においては、簡易的に示している。また、図２においては、説明のためデッドタイムを設けていない図となっているが、実際には、各相の上下アームが短絡しないよう、デッドタイムを設けている。
【００２４】
図２において、Ｗ相のみ下アームがオンとなっていてＵ相とＶ相の上アームがオンしている区間ＡおよびＤでは、逆極性のＷ相入力電流を観測することができる。また、Ｖ相とＷ相の下アームがオンしていてＵ相のみ上アームがオンしている区間ＢおよびＣにおいては、同極性のＵ相入力電流を観測することができる。
【００２５】
このように、各相のスイッチング素子の状態に応じて変化するインバータ入力直流電流ＩＤＣをＡ〜Ｄ区間において観測し、各区間のインバータ入力直流電流ＩＤＣを組み合わせることで、３相交流のモータ電流を再現することができる。
【００２６】
＜モータ制御部の説明＞
次に、図３を用いてモータ制御部について説明する。
【００２７】
モータ制御部１１は、電流検出手段６において検出したモータの各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を推定磁極位置θｄｃを用いて、３相軸から制御軸へ座標変換してｄ軸検出電流Ｉｄｃおよびｑ軸検出電流Ｉｑｃを求める３φ／ｄｑ変換器１５と、後述の位置センサレスモード時のｑ軸電流指令Ｉｑ＊をＩｑｃから作成するための一次遅れフィルタ１６と、ｄ軸検出電流Ｉｄｃおよびｑ軸検出電流Ｉｑｃとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を入力して、同期モータ３の回転子の実回転位置（実回転座標軸）と仮想回転位置（制御軸）との位置誤差（軸誤差Δθｃ）を演算する軸誤差演算器１７と、軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）との差を減算器１８で求め、これがゼロになるようにインバータ周波数ω１を調整するＰＬＬ制御器１９と、後述の位置決めモード及び同期運転モードと位置センサレスモードとを切り替える制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）と、Ｉｄ＊およびＩｑ＊とインバータ周波数指令値ω１＊とを用いてベクトル演算を行いＶｄ＊およびＶｑ＊を出力する電圧指令演算器１３と、Ｖｄ＊およびＶｑ＊を制御軸から３相軸へ座標変換してモータ信号形成部に出力する３相電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を求めるｄｑ／３φ変換器１４と、インバータ周波数ω１を積分して推定磁極位置θｄｃを出力する積分器２１とで構成される。
【００２８】
モータ制御部１１は、モータ制御部１１の外部から入力される速度指令値（インバータ周波数指令値）ω１＊が示す回転数近辺でモータが回転するように、モータに出力する３相電圧指令値を演算する。演算式について、以下で簡単に説明する。
【００２９】
電圧指令演算器１３で演算するＶｄ＊，Ｖｑ＊は、式（１），（２）で与えられる。
Ｖｄ＊＝ｒ・Ｉｄ＊−ω１＊・Ｌｑ・Ｉｑ＊ ・・・・・・（１）
Ｖｑ＊＝ｒ・Ｉｑ＊＋ω１＊・Ｌｄ・Ｉｄ＊＋ω１＊・Ｋｅ ・・・・・・（２）
ここで、ｒ：巻線抵抗、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Ｋｅ：発電定数、である。
【００３０】
ｄｑ／３φ変換器１４では、式（３）〜（７）を用いて、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を３相電圧指令値に座標変換する。
【００３１】
Ｖｕ＊＝Ｖ１×cosθｖ ・・・・・・（３）
Ｖｖ＊＝Ｖ１×cos（θｖ−２／３π） ・・・・・・（４）
Ｖｗ＊＝Ｖ１×cos（θｖ＋２／３π） ・・・・・・（５）
ここで、
θｖ＝δ＋π／２＋θｄ ・・・・・・（６）
δ＝tan−１（−Ｖｄ＊／Ｖｑ＊） ・・・・・・（７）
軸誤差演算器１７は、ｄ軸検出電流Ｉｄｃと、ｑ軸検出電流Ｉｑｃと、電圧指令演算器１３からのＶｄ＊およびＶｑ＊とを用いて軸誤差Δθｃを算出する。軸誤差Δθｃは、減算器１８において予め設定された軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）から減算され、この減算値（差分）がＰＬＬ制御器１９によって比例制御されることで検出周波数ωｐｌｌが得られる。後述の位置センサレスモードでは、この検出周波数ωｐｌｌをインバータ周波数ω１とし、これを積分器２１で積分することで同期モータ３の磁極位置を推定することができる。この推定による推定磁極位置θｄｃはｄｑ／３φ変換器１４と３φ／ｄｑ変換器１５に入力され、各ブロックの演算に用いられる。
【００３２】
すなわち、本実施例におけるモータ制御部１１においては、同期モータ３の回転子の実回転座標軸と制御軸との軸誤差Δθｃを算出し、算出した軸誤差Δθｃがゼロになるように、言い換えれば、制御軸が同期モータ３の回転子の実回転座標軸と同一になるようにインバータ周波数ω１をＰＬＬ（Phase Locked Loop）法を用いて補正し、磁極位置を推定することとしている。
【００３３】
＜モータ起動の基本動作の説明＞
同期モータ３を起動する際の基本動作について説明する。図４は、同期モータ３が停止している状態から起動する際の各運転モードの遷移を示した簡略図である。同期モータ３の運転モードとしては、任意の相のモータ巻線に、徐々に直流電流を流して同期モータ３の回転子をある位置に固定する位置決めモードと、外部制御装置などから与えられる所定値あるいは所定パターンのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊および周波数指令ω＊にしたがって同期モータ３に印加する電圧を決定する、すなわち位置（本実施例では推定位置）フィードバックを行わない同期運転モードと、軸誤差Δθｃがゼロになるようにインバータ周波数ω１を調整する、すなわち位置フィードバックによる位置センサレスモード、の３つのモードがある。
【００３４】
これらの運転モードは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、インバータ周波数ω１のうちいずれかを変更、もしくは、モータ制御部１１内の制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）を切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。なお、制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）は、特に断りがない限り２つとも同時に切り替わる。
【００３５】
位置決めモードでは、同期モータ３に直流を流すためにインバータ周波数指令値ω１＊はゼロとする。
【００３６】
位置決めモードが終了後、同期運転モードへ遷移する。制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）はＡ側のままである。同期運転モードでは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を一定値のままとし、インバータ周波数指令値ω１＊を増加させる。ここで、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊はＩｑ０＊（例えば、図４のように０）に設定される。これにより、同期モータ３はインバータ周波数指令値ω１＊に追従して加速する。その後、位置センサレスが可能になる周波数になった時点で加速を停止し、所定期時間一定速度にする。
【００３７】
前記所定時間経過後、制御切替スイッチ（２０ａおよび２０ｂ）をＢ側にして位置センサレスモードへ遷移する。これにより、ｑ軸電流指令値（Ｉｑ＊）は、ｑ軸検出電流Ｉｑｃを一次遅れフィルタ１６に通したものへ切り替わると共に、軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（通常はゼロ）との差がゼロになるようにＰＬＬ制御器１９がインバータ周波数ω１を調整する。
【００３８】
ここで、図４および上記説明は一例であり、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊、周波数指令値ω１＊は負荷や用途に応じて、値や変化の仕方は異なってもよい。
【００３９】
モータが停止している状態からの起動では、位置決めモードから開始する。しかしながら、ファンモータ等では、慣性が大きいためにインバータ停止後に再起動する際にモータが回転していたり、外風でモータが回転している状態から起動する場合がある。この場合、モータが停止するまで待つと起動に時間がかかる問題がある。また、外風が強い場合には、位置決めでモータを停止させるのに必要な電流が大きくなり、モータを停止できない場合がある。このため、ファンモータ等では、起動前にモータが回転している場合に、位置決めモードを用いず同期運転モードから起動する場合がある。本実施例では、同期運転モード中に欠相検出をするため、このような場合でも欠相を検出することができる。ここで、起動前の回転数や磁極位置を検出する方法としては、逆起電力から位相信号を生成する公知の方法がある（例えば、特開２００５−１３７１０６号公報参照）。
【００４０】
また、圧縮機のように必ずモータが停止している状態から起動する用途においても、同期運転モード中に欠相を検出することにより、位置センサレスモードに遷移する前に欠相を検出するため、早期に欠相を検出することができる。
【００４１】
＜欠相検出動作の説明＞
欠相の検出動作について説明する。欠相検出手段は、同期運転モードにおいて、モータ各相の電流が流れていないときにその相は欠相していると判断する。本実施例では、電流検出手段６から出力される各相の電流の絶対値が所定時間Ｔａ連続で閾値以下の場合にその相は欠相と判断する。
【００４２】
ここで、各相の電流は交流量であり、図５に示すように欠相状態でなくても閾値以下となる期間があるため、欠相を検出する所定時間Ｔａは、インバータ周期（２π／ω１＊）を考慮して決める。例えば、Ｔａは、インバータ周期に設定すればよいが、本実施例のように電流の絶対値から欠相を判断する場合は、インバータ周期の半周期に設定することができる。このため、所定の速度範囲で欠相を検出することにより、欠相検出期間中のインバータ周波数指令値ω１＊を限定してＴａの設定ができる。
【００４３】
さらに、同期運転モードに設けられた一定速度期間中に欠相検出をすることにより、ω１＊をさらに特定することができ、Ｔａをより最適に設定できる。
【００４４】
また、同期運転モードから位置センサレスモードへ切り替わる直前の所定期間中に欠相検出をすることにより、同期運転モード中で最も高いインバータ周波数で欠相を検出することになり、低いインバータ周波数で検出する場合よりもＴａを短く設定することが可能となる。
【００４５】
以上のように同期運転モードで欠相を検出することにより、負荷が小さい場合であっても、所定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊によるｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが流れるため、欠相と誤検出しない。
【００４６】
１相でも欠相と判断された場合には、モータを正常に駆動できない可能性があるため、３相インバータの交流電圧出力を停止する。停止することで、騒音の問題や、３相インバータの特定出力デバイスへの負担が増加して破壊に至ることを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、所定時間経過後にモータ駆動を再起動することにより、欠相を誤検出した場合にも自動で運転を継続することができる。
【００４８】
＜ソフト処理フローの説明＞
制御部５を実現したマイコン内部の処理の一例について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
図６は、本実施例の欠相検出手段における欠相検出処理を実行するフローチャートを示したものである。本処理は、電流検出手段が出力する電流値が更新される周期、またはそれよりも遅い一定周期で実行される。
【００５０】
まず、同期運転モードかどうかを判定する（ステップＳ１）。
この判断ステップＳ１において、同期運転モードではなかった場合には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの欠相検出用カウンタＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗに０を設定する（ステップＳ２）。判断ステップＳ１において、同期運転モードだった場合には、電流検出手段から出力されるＵ相のモータ電流Ｉｕの絶対値｜Ｉｕ｜が閾値Ｉｊを超えているか否かが判定される（ステップＳ３）。
【００５１】
この判断ステップＳ３において、｜Ｉｕ｜がＩｊを超えてない場合にはＵ相欠相検出用カウンタＮｕが１つインクリメントされ（ステップＳ４）、インクリメント後の値が判定値Ｍより小さいか否かが判定される（ステップＳ５）。判断ステップＳ３において、｜Ｉｕ｜がＩｊを超えている場合には、Ｎｕに０を設定する（ステップＳ６）。
【００５２】
判断ステップＳ５において、ＮｕがＭ以上の場合は欠相と判断し、欠相検出時処理を実施する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、運転停止や保護用の処理などを実施する。
【００５３】
以上Ｕ相用の処理（ステップＳ３〜Ｓ６）にて、欠相と判断されなかった場合には、Ｖ相の欠相判断を実施し、Ｖ相でも欠相と判断されなかった場合には、Ｗ相の欠相判断を実施する。Ｖ相とＷ相の欠相判断処理（ステップＳ８〜Ｓ１１，Ｓ１２〜Ｓ１５）はＵ相と同様であるため、説明は省略する。
【実施例２】
【００５４】
本発明の第２の実施例であるモータ制御装置について図７を用いて説明する。実施例１と異なる点は、モータに流れる各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求める電流検出手段の構成である。
【００５５】
図７に示すように、電流検出手段は、モータに流れる各相の電流をホールＣＴ等の電流センサ（２２ａおよび２２ｂ）を用いてモータへの配線部で検出する。３相全てセンサで検出しても良いが、本実施例では、Ｕ相，Ｗ相の電流（Ｉｕ，Ｉｗ）をセンサで検出し、検出した２相の電流値から、Ｖ相の電流値を検出電流演算器２３で演算する。式（９）は、Ｖ相の電流値Ｉｖを求める演算式である。
【００５６】
Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ） ・・・・・・（９）
モータに流れる各相の電流を電流センサを用いてモータへの配線部で検出することにより、広い運転範囲で常時確実にモータ電流を検出することができる。
【実施例３】
【００５７】
本発明の第３の実施例であるモータ制御装置について図８を用いて説明する。実施例２と異なる点は、モータに流れる各相の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求める電流検出手段の構成である。
【００５８】
図８に示すように、電流検出手段は、モータに流れる各相の電流をインバータ主回路の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線との間に設けられたシャント抵抗（２４ａ，２４ｂ）に流れる電流を電流検出回路８で検出する。電流検出回路８は、実施例１と同様に、例えば、シャント抵抗（２４ａ，２４ｂ）の両端の電圧をそれぞれオペアンプなどの演算増幅器で増幅する。以降は実施例２と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
以上のように、モータに流れる各相の電流を、ホールＣＴを使用せず、インバータ主回路の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線との間に設けられたシャント抵抗に流れる電流から検出することにより、実施例２よりも低コストに電流検出が可能である。また、下アームのスイッチング素子がオンしていればその相の電流検出が可能であるため、実施例１よりも電流検出可能な運転領域が広い。
【実施例４】
【００６０】
本発明の第４の実施例であるモータ制御装置について図９を用いて説明する。
本実施例では図９に示すように、欠相検出手段において、１相でも欠相と判断された場合には、シリアル通信やディジタル信号またはアナログ信号等により上位制御装置２５へ欠相検出したことを通知する。これにより、上位制御装置２５側で欠相検出したことを認識でき、適切な対応をすることが可能となる。また、モータ制御装置外部への欠相検出の通知はＬＥＤ表示やディスプレイ表示等でもよく、この場合は使用者がモータが停止した原因を認識することができ、適切な対応をすることができる。
【実施例５】
【００６１】
第５の実施例であるモータ制御装置について図１０を用いて説明する。
本実施例では、センサレス運転モードにおいても、図１０に示すようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が所定値より大きい場合に欠相検出をする。所定値と比較する電流指令はＩｄ＊，Ｉｑ＊に限らず、例えばＩｄ＊とＩｑ＊を合成した電流指令Ｉ１＊と所定値を比較してもよい。所定値は、比較する電流指令により値は同じでも異なってもよい。
【００６２】
また、センサレス運転モードにおいて、Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が所定値を超えない状態が継続することが予想される場合には、定期的にＩｄ＊へ所定値を超える電流を流すことにより、定期的に欠相検出を動作させることができる。
【００６３】
以上により、センサレス運転モードで負荷が小さい場合においても誤検出しない欠相検出を可能とする。センサレス運転モードで欠相検出ができると、同期運転モード後の運転中に欠相となった場合に、次の起動を待たなくても欠相を検出することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 直流電源
２ インバータ主回路
３ 同期モータ
４ ゲート駆動回路
５ 制御部
６ 電流検出手段
７ シャント抵抗
８ 電流検出回路
９ モータ電流再現演算器
１０ 欠相検出手段
１１ モータ制御部
１２ 駆動信号形成部
１３ 電圧指令演算器
１４ ｄｑ／３φ変換器
１５ ３φ／ｄｑ変換器
１６ 一次遅れフィルタ
１７ 軸誤差演算器
１８ 減算器
１９ ＰＬＬ制御器
２０ａ，２０ｂ 制御切替スイッチ
２１ 積分器
２００ 機械的負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、
所定の指令値による同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードを備え、
前記同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、前記同期運転モードに設けられた一定速度期間中に欠相を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、前記同期運転モードから前記位置フィードバックによる運転モードへ切り替える前の所定期間中に欠相を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項４】
同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、
前記３相交流電圧の指令値を演算するための電流指令値が所定値より大きい場合に、前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、所定の速度範囲で欠相検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、インバータ直流母線のシャント抵抗に流れる電流からモータの各相に流れる電流を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、インバータの３相のうち２相または３相の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線負側との間に設けられたシャント抵抗に流れる電流からモータの各相に流れる電流を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、モータの各相に流れる電流を電流センサを用いて検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合に３相インバータの交流電圧出力を停止することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合に３相インバータの交流電圧出力を停止し、所定時間経過後にモータ駆動を再起動することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合にモータ制御装置外部へ欠相検出を通知することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いた送風機。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いた圧縮機駆動装置。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いたポンプ。
【請求項１】
同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、
所定の指令値による同期運転モードと、位置フィードバックによる運転モードを備え、
前記同期運転モード中に前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、前記同期運転モードに設けられた一定速度期間中に欠相を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、前記同期運転モードから前記位置フィードバックによる運転モードへ切り替える前の所定期間中に欠相を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項４】
同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、
前記３相交流電圧の指令値を演算するための電流指令値が所定値より大きい場合に、前記電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段は、所定の速度範囲で欠相検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、インバータ直流母線のシャント抵抗に流れる電流からモータの各相に流れる電流を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、インバータの３相のうち２相または３相の下アームスイッチング素子とインバータ直流母線負側との間に設けられたシャント抵抗に流れる電流からモータの各相に流れる電流を検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段は、モータの各相に流れる電流を電流センサを用いて検出することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合に３相インバータの交流電圧出力を停止することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合に３相インバータの交流電圧出力を停止し、所定時間経過後にモータ駆動を再起動することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記欠相検出手段によって欠相と判断した場合にモータ制御装置外部へ欠相検出を通知することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いた送風機。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いた圧縮機駆動装置。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いたポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０６４２４（Ｐ２０１３−１０６４２４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８１８３（Ｐ２０１１−２４８１８３）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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