同步电动机及同步电动机的控制方法技术

本发明专利技术提供一种同步电动机，在同步电动机（５）的内部具有３相逆变器（３）和位置传感器（９），具备根据输入电流检测电路（１２）的模拟输出来算出数字输入电流值的单元（４７），该输入电流检测电路（１２）检测流过３相逆变器直流输入端子的输入电流，另外还具备数字反馈速度控制单元（４４），其调节３相逆变器输出的交流电压的大小和频率，使根据位置传感器（９）的输出信息由电动机速度运算单元（４１）运算出的电动机速度接近速度指令值，该速度指令值从上述同步电动机外部由通信接收单元（４２）接收。此外，在上述同步电动机内部具有将上述输入电流值和上述速度向同步电动机的外部发送的通信发送单元（４３）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空调和热水器等所采用的同步电动机及同步电动机的控 制方法。
技术介绍
近年来，针对空调和热水器等的风扇电动机，为了能够大范围的可变 速控制、节约耗电量或低噪音驱动，而采用了同步电动机，并利用同步电 动机内部的电动机驱动装置来对该同步电动机进行正弦波驱动。通常，在同步电动机的内部作为位置传感器安装有廉价且结构简单的霍尔IC和逆变器主电路。利用霍尔IC检测同步电动机的磁极位置，并依据该磁极位置的信息来控制逆变器主电路的开关元件，对同步电动机的绕组 施加电压以进行驱动。另外，在与同步电动机外部的协调中，直流电源、15V左右的控制电源、GND、 DUTY指令、旋转速度脉冲一般全部作为模 拟信息来使用。其中，从电动机外部向内部供给的是上述直流电源、上述 控制电源、上述GND、上述DUTY指令，从电动机内部向外部报告的是上 述旋转速度脉冲。上述DUTY指令是逆变器主电路各相正负开关元件的 ON/OFF期间的DUTY比的指令，DUTY指令越大，逆变器主电路向电动机 输出的电压越大。另外，在从外部向内部的供给中，DUTY指令有时也以 转矩指令或速度指令等的意思进行使用。为了分离电动机的内部和外部， 将该DUTY指令以及上述旋转速度脉冲经由绝缘电路与电动机外部的微机 连接。在专利文献l中公开了现有的同步电动机驱动装置。 该同步电动机驱动装置从直流电源向同步电动机驱动装置供给电力。 检测流过电动机的电源电流，并生成与检测出的电源电流的峰值相应的电 流信号。输入该电流信号、和从外部输入的转矩指令信号(电流值的指令信 号)，输出转矩指令信号减去电流信号所得到的值即误差信号。利用位置传感器输出相对于电动机的多相定子绕组所产生的感应电压具有一定相位 关系的位置传感器信号，并根据该相位生成电压值周期性地变化的正弦波 信号。该正弦波信号的振幅根据上述误差信号来确定。另一方面，检测流过电动机绕组的相电流的相位，检测位置传感器信 号和电流相位信号的相位差，根据该相位差信号，补正相对于位置传感器 信号的相位而生成的正弦波信号的相位。根据这样获得的正弦波信号的振幅和相位，通过公知的PWM控制来 作成驱动信号，并将该驱动信号给予门极驱动电路，来驱动逆变器内的开 关元件。艮P，专利文献l所公开的现有同步电动机驱动装置，首先根据与电源 电流的峰值相应的电流信号和从外部输入的转矩指令的偏差来决定电动 机所输出的电压的振幅。接着，根据位置传感器信号和相电流的相位差来 决定电动机所输出的电压的相位，并驱动电动机。专利文献1日本特开2006-34086号公报以往，DUTY指令、转矩指令或速度指令是模拟信号。因此，由于操 作过电压(switching surge)、各指令的生成电路以及检测电路的偏差影响， 而难以正确地进行检测，特别在指令值变小的低速旋转区域中有无法成为 希望的旋转速度这样的问题、及电动机的旋转速度发生变动这样的问题。 另外，由于旋转速度脉冲也是模拟信号，所以存在电动机的旋转速度与上 述同样发生变动、或误检测旋转速度这样的问题。另外，在DUTY指令或专利文献1的转矩指令的情况下，向电动机输出 的电压大小根据直流电压的变动而发生变化，因此除了电动机的旋转速度 发生变动之外，还存在100Hz或120Hz拍音的噪音问题、及负载变动所导致 的效率降低的问题。另外，为了降低价格，而将电动机内部与外部的连接抑制到最低限度， 从电动机内部向外部报告的信息仅是旋转速度脉冲，从而难以在电动机的 外部检知电动机的状态以及安装在电动机内的风扇等负载的状态。例如， 难以在电动机的外部检知安装在电动机内的风扇的堵塞的进展状况。另外，为了保持着将电动机内部与外部的连接抑制到最低限度的状况 来检测负载状态，在电动机的外部安装电流检测电路时，由于与检测位置分离，所以存在电流检测精度恶化的问题、以及需要与电动机内部绝缘的 电路导致成本上升这样的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供在低噪音下拓宽了电动机驱动范围的同步电动 机或同步电动机的控制方法。本专利技术的其他目的是提供不用增加绝缘电路仅以廉价的结构就能够 收发多个信息、并可以在电动机外部确认安装在电动机内的负载的状态的 同步电动机或同步电动机的控制方法。为了解决上述课题，而在本专利技术中采取了以下的技术手段。第l技术手段的特征是，在内置了提供可变电压/可变频率的3相交流电压的3相逆变器、和检测磁极位置的位置传感器的同步电动机中，内置有 输入电流检测单元，其检测输入电流或输入电流相当值并变换为数字信 号；电动机速度运算单元，其数字运算上述同步电动机的旋转速度；数字 通信接收单元，其利用通信从上述同步电动机的外部接收数字的速度指令 值、输入电流指令值或输入功率指令值；数字反馈控制单元，其调节上述 3相逆变器的输出交流电压和输出频率，使上述同步电动机的旋转速度、 输入电流或输入功率接近上述速度指令值、输入电流指令值或输入功率指 令值；以及数字通信发送单元，其向上述同步电动机的外部发送与上述同 步电动机的旋转速度、输入电流或输入功率相关的数字信号。这里，对于具有逆变器的同步电动机，输入电流直接作为逆变器直流 侧的直流输入电流，但是例如考虑了根据同步电动机各相的绕组电流来运 算输入电流相当值等的各种检测/运算方法。将这些统称为输入电流或输入 电流相当值。第2技术手段的特征是，利用内置于上述同步电动机的微型计算机来 执行这些数字运算处理。在本专利技术优选的第l实施方式中，提供了一种同步电动机，在其内部 具有输出用于驱动同步电动机的可变电压/可变频率的3相交流电压的3 相逆变器、和检测同步电动机的磁极位置的位置传感器，在该同步电动机 中具备输入电流检测电路，其模拟检测流过3相逆变器的直流输入端子的输入电流；输入电流运算单元，其根据该输入电流来算出数字输入电流 值；电动机速度运算单元，其根据上述位置传感器的输出来数字运算同步 电动机的旋转速度；通信接收单元，其从同步电动机的外部接收速度指令 值；速度控制单元，其调节3相逆变器所输出的交流电压的大小和频率， 使同步电动机的旋转速度接近上述速度指令值；以及通信发送单元，其将 上述输入电流值和电动机速度向同步电动机的外部发送。 (专利技术效果)根据本专利技术优选的实施方式，可实现低噪音、在电动机外部可正确地 检知电动机负载状态以及电动机速度、且不用增加电动机内部与外部的绝 缘电路仅以廉价的结构就能够收发多个信息的同步电动机。在以下所述的实施方式中，使本专利技术的其他目的和特征变得明确。附图说明图l是表示本专利技术实施例l的同步电动机整体结构的框图。 图2是本专利技术实施例1的输入电流检测电路13的电路图。 图3是本专利技术实施例1中的主处理的处理流程图。 图4是本专利技术实施例1中的PWM插入处理的流程图。 图5是本专利技术实施例1中的位置检测插入处理的流程图。 图6是本专利技术实施例1中的相感应电压、位置传感器信号和位置状态的 关系图。图7是本专利技术实施例1中的极性计数器和相位差计数器的存储区域说 明图。图8是本专利技术实施例1中的间隔时间的存储区域说明图。图9是本专利技术实施例1中的控制周期插入处理的流程图。图IO是本专利技术实施例1中的输入电流取入处理的流程图。图1 l是本专利技术实施例1中的输入电流值和微机AD值的关系图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机，在内置了提供可变电压／可变频率的３相交流电压的３相逆变器、和检测磁极位置的位置传感器的同步电动机中，内置有：　电流检测单元，其检测输入电流或输入电流相当值并变换为数字信号；　电动机速度运算单元，其根据上述位置传感 器的输出，来数字运算上述同步电动机的速度；　数字通信接收单元，其利用通信从上述同步电动机的外部接收数字的速度指令值、输入电流指令值或输入功率指令值；　数字反馈控制单元，其调节上述３相逆变器的输出交流电压和输出频率，使上述同步电动 机的速度、输入电流或输入功率接近上述速度指令值、输入电流指令值或输入功率指令值；以及　数字通信发送单元，其向上述同步电动机的外部发送与上述电动机的速度、输入电流或输入功率相关的数字信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：前田大辅，樱井健司，长谷川裕之，白滨秀文，三岛光博，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，日立信息控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]