JP2014017986A - モータの制御装置、モータの制御装置を備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、安価なモータ回路構成で、安定したモータ制御動作を実現するモータの制御装置、及びモータの制御装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】商用電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧から三相の交流電圧を出力しモータを回転させるインバータ部と、を備えたモータ制御装置において、モータの回転数が所定の回転数以下、電源電圧が所定値以上、又は三相交流電流のスイッチングによりリンギングが発生する所定時間のいずれかの場合、ｄ軸方向の電流を増加させることを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モータの制御装置、モータの制御装置を備えた冷蔵庫に関する。

冷蔵庫等に用いる家電用モータ制御装置は、省電力化や低コスト化を実現するために、安価なモータや基板仕様においても、高効率かつ幅広い回転数を動作可能とするモータ制御ソフトが必要となる。

例えば、モータ部品であるロータにおいては安価な磁石材、ステータにおいては安価な線材を用いることにより、コスト低減が可能となる。

しかし、安価な材料を使うことにより、インダクタンスの低下、抵抗値の増加、温度特性の悪化、モータトルクの低下により制御が困難になる。また、商用電源電圧をそのまま使用した場合、電圧不足により高い回転数の運転が困難である。また、電圧が高すぎて低回転数で電流検出に必要なＰＷＭのオン時間が確保できず、制御が困難となる。

これは、低回転数域になると、モータ制御に必要な電圧が減少するため、モータに電圧を印加するＰＷＭのオン時間が減少して電流検出不能となってしまうためである。尚、電流検出を行うには、電圧を印加する時間が一定時間必要である。

従来はＰＷＭ周波数を低下させ電流検出時間を確保しているが、ＰＷＭ周波数を低下させると、電流リップルが大きくなり、振動増大等の問題が発生する。

このようにモータ制御の動作には様々な要因が関係しており、各要因によって制御の限界となる回転数が変動する。

従来、電圧過小過大の問題を解決する手段として特許文献１の制御が知られている。

特許文献１では、交流を直流に変換し直流電圧を上昇させる機能を有する電力変換回路と、同期電動機をベクトル制御し弱め磁束制御機能を有する制御装置において、電力変換回路と弱め磁束制御の調整により、低回転数から高回転数まで高効率の制御を実現している。

特開２００４−１０１１５１号公報

しかし、特許文献１では、直流電圧を上昇させる機能を有する電力変換回路分のコストが上昇する。また、基板の必要スペースが拡大する。

上記課題を解決するために、本発明は、安価なモータ回路構成で、安定したモータ制御動作を実現するモータの制御装置、及びモータの制御装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば商用電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧から三相の交流電圧を出力しモータを回転させるインバータ部と、を備えたモータ制御装置において、前記モータの回転数が所定の回転数以下、電源電圧が所定値以上、又は三相交流電流のスイッチングによりリンギングが発生する所定時間のいずれかの場合、ｄ軸方向の電流を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、安価なモータ回路構成で、安定したモータ制御動作を可能とすることができる。

本発明に係るモータ制御装置の一実施形態を例示するブロック図。 モータの回転数とＰＷＭの電圧信号のオン時間との関係を例示する図。 電源電圧とＰＷＭの電圧信号のオン時間との関係を例示する図。 ＰＷＭ出力の流れと電流検出が正常時のモータ電流情報を例示する図。 電流検出が正常に行えなかった時のモータ電流情報を例示する図。 ｄ軸電流増加処理のアルゴリズムを例示する流れ図。 ｄ軸電流を増加させた時のモータ電流情報を例示する図。 ｄ軸電流と制御可能な最小回転数の関係を例示する図。

以下、本発明の実施例として、永久磁石同期モータを使用したモータ制御装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係るモータ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。このモータ制御装置は、商用電源１の交流電圧を、コンバータ部２にて直流電圧に変換する。

インバータ部３では、直流電圧をマイコンから出力されたドライブ信号４を元に三相の交流電圧を出力しモータ５を回転させる。

マイコン内の電流取込部６では、シャント抵抗７に発生するモータ電流情報８から、モータ電流を算出し求める。

ｄｑ変換部１０では、算出されたモータ電流９をｄｑ変換する。回転数指令部１２ではモータ５を回す回転数指令値１３を出力する。

ｄ軸電流指令部１４では、起動時の電流、弱め界磁、位相調整及び電流検出に必要な電流を算出し、ｄ軸電流指令値１５を出力する。

出力電圧算出部１６では、ｄｑ変換された電流情報１１と回転数指令値１３とｄ軸電流指令値１５から出力すべきモータ電圧値を算出し、モータ指令電圧１７を出力する。

ｄｑ変換部１８では、モータ指令電圧１７をｄｑ逆変換しドライブ信号４を出力する。

次に、図２は、モータの回転数とドライブ信号であるＰＷＭの電圧信号のオン時間との関係である。回転数が低下するに従い必要な電圧は減少するため、ＰＷＭのオン時間は短くなり、電流検出に必要な時間２０を下回ると電流検出不可２１となる。尚、電流検出に必要な時間はリンギング時間及びデットタイム時間及びＡ／Ｄ変換器のサンプリング必要時間等によって決定する。

次に、図３は、電源電圧とドライブ信号であるＰＷＭの電圧信号のオン時間との関係である。電源電圧が高くなるに従い必要なオン時間が短くなるため、ＰＷＭのオン時間は短くなり、電流検出に必要な時間２３を切ると電流検出不可２４となる。

次に、図４は、ＰＷＭ出力の流れと電流検出が正常に行えた時のシャント抵抗７に発生するモータ電流情報８である。電圧最大相、中間相、最小相とキャリア信号を比較し上下アーム用の信号を生成し、ＰＷＭ信号を生成する。尚、モータ電流はスイッチングが発生したタイミングでリンギング２５が発生する。このため、正常な電流を読むにはリンギングが安定２６してから行う必要がある。

次に、図５は、電流検出が正常に行えなかった時のシャント抵抗７に発生するモータ電流情報８である。ＰＷＭの電圧信号のオン時間１９が短くなると、リンギングが安定する前にオフ２７してしまうため、電流検出が不可となる。

次に、図６は、ｄ軸電流増加処理のアルゴリズムを例示する流れ図である。モータ５の回転数が電流検出に必要な時間を確保できない回転数値以下２８（モータの回転数が所定の回転数以下）の場合、電流検出に必要な時間を確保できない電源電圧値以上２９（電源電圧が所定値以上）の場合、又は、制御が不安定なため電流検出時間が長く必要な起動時３０（三相交流電流のスイッチングによりリンギングが発生する所定時間）の場合、のいずれかにおいて、ｄ軸電流はｄ軸電流増加値３１を使用する。尚、上記いずれも該当しない場合はｄ軸電流増加しない値３２を使用する。

図７はシャント抵抗に発生する電流検出が正常に行えない状態でｄ軸電流を増加させた時のモータ電流情報である。トルク発生に関係の無いｄ軸電流を増加させることにより、モータ回転数を変化させることなくＰＷＭ電圧信号のオン時間３３が長くでき、電流検出を可能にすることができる。

図８は、ｄ軸電流と制御可能な最小回転数の関係である。ｄ軸電流を増加させることにより、使用可能な最小回転数を低下させることが可能となり、幅広い回転数が使用可能となる。

以上より、本実施例のモータ制御装置を冷蔵庫に適用することで、低コストで且つ基板を省スペースとして、プログラムの変更によって電流検出精度向上を行うことができ、制御の安定性を向上して、制御可能な回転数範囲を拡大することができる。

１ 商用電源
２ コンバータ部
３ インバータ部
４ ドライブ信号
５ モータ
６ 電流取込部
７ シャント抵抗
８ モータ電流情報
９ 算出されたモータ電流
１０、１８ ｄｑ変換部
１１ ｄｑ変換された電流情報
１２ 回転数指令部
１３ 回転数指令値
１４ ｄ軸電流指令部
１５ ｄ軸電流指令値
１６ 出力電圧算出部
１７ モータ指令電圧
１９ 電圧信号のオン時間
２０ 電流検出に必要な時間（回転数用）
２１ 電流検出不可（回転数用）
２３ 電流検出に必要な時間（電源電圧用）
２４ 電流検出不可（電源電圧用）
２５ リンギング
２６ リンギングが安定
２７ オフ
２８ 必要な時間を確保できない回転数値以下
２９ 必要な時間を確保できない電源電圧値以上
３０ 起動時
３１ ｄ軸電流増加値
３２ ｄ軸電流増加しない値
３３ ＰＷＭ電圧信号のオン時間

Claims (2)

1. 商用電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧から三相の交流電圧を出力しモータを回転させるインバータ部と、を備えたモータ制御装置において、
   前記モータの回転数が所定の回転数以下、電源電圧が所定値以上、又は三相交流電流のスイッチングによりリンギングが発生する所定時間のいずれかの場合、ｄ軸方向の電流を増加させることを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１記載のモータ制御装置を備えたことを特徴とする冷蔵庫。