(57)【要約】【課題】簡素な構成でフリーラン時におけるモータの回転状態を検出可能なモータ駆動装置等を提供する。【解決手段】モータ駆動装置は、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、シャント抵抗素子を介して直流バスを流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定する空転状態特定部と、を備える。空転状態検出用パターンは、インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである。【選択図】図１
2020178388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置であって、
前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、
前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、
前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定する空転状態特定部と、
を備え、
前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである、
モータ駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御部は、前記インバータ回路に対し、前記モータに流れる電流が互いに直交する関係となる第１空転状態検出用パターン及び第２空転状態検出用パターンを適用し、
前記空転状態特定部は、前記第１空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる第１電流の検出値と、前記第２空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる第２電流の検出値とを用いて、前記モータの空転状態を特定する
請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御部は、前記インバータ回路に対し、三相の各相に対応する３種類の前記第１空転状態検出用パターン及び前記第２空転状態検出用パターンの組み合わせを適用し、
前記空転状態特定部は、三相の各相に対応する３種類の前記第１電流の検出値及び前記第２電流の検出値の組み合わせを用いて、前記モータの空転状態を特定する
請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備える
空気調和機。
【請求項５】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置を用いてモータの空転状態を検出する方法であって、
前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うステップと、
前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得するステップと、
前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定するステップと、
を有し、
前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである、
空転状態検出方法。
【請求項６】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置のコンピュータに、
前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うステップと、
前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得するステップと、
前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定するステップと、
を実行させ、
前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置、空気調和機、空転状態検出方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレス駆動モータの駆動装置として、特許文献１に開示される装置が知られている。特許文献１に開示されている駆動装置は、起動前速度・位置推定部により、ブラシレスモータの起動前に、誘起電圧検出回路の検出結果に基づき、フリーラン時（無給電時）におけるロータの速度および位置を推定し、速度・位置推定部では、フリーラン時のロータの速度および位置を初期値とし、ｑ軸電圧Ｖｑおよびd軸電圧Ｖｄ、並びに、電流検出回路で検出し２相／３相変換部で変換されたｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄに基づき、ロータの速度および位置を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の駆動装置は、フリーラン時におけるロータの速度および位置を推定するためには、モータの誘起電圧を検出する必要がある。そのため、特許文献１記載の駆動装置は、モータの誘起電圧を検出するための回路を追設する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構成でフリーラン時におけるモータの回転状態（空転状態）を検出可能なモータ駆動装置、空気調和機、空転状態検出方法およびプログラム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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置である。モータ駆動装置は、前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定する空転状態特定部と、を備える。前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである。
【０００７】
また、本発明の第２の態様によれば、前記スイッチング制御部は、前記インバータ回路に対し、前記モータに流れる電流が互いに直交する関係となる第１空転状態検出用パターン及び第２空転状態検出用パターンを適用し、前記空転状態特定部は、前記第１空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる第１電流の検出値と、前記第２空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる第２電流の検出値とを用いて、前記モータの空転状態を特定する。
【０００８】
また、本発明の第３の態様によれば、前記スイッチング制御部は、前記インバータ回路に対し、三相の各相に対応する３種類の前記第１空転状態検出用パターン及び前記第２空転状態検出用パターンの組み合わせを適用し、前記空転状態特定部は、三相の各相に対応する３種類の前記第１電流の検出値及び前記第２電流の検出値の組み合わせを用いて、前記モータの空転状態を特定する。
【０００９】
また、本発明の第４の態様によれば、空気調和機は、上述のモータ駆動装置を備える。
【００１０】
また、本発明の第５の態様によれば、空転状態検出方法は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置を用いてモータの空転状態を検出する方法である。空転状態検出方法は、前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うステップと、前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得するステップと、前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定するステップと、を有する。前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである。
【００１１】
また、本発明の第６の態様によれば、プログラムは、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを接続する直流バス上に設けられたシャント抵抗素子とを備えるモータ駆動装置のコンピュータに、前記インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子に対するスイッチング制御を行うステップと、前記シャント抵抗素子を介して前記直流バスを流れる電流の検出値を取得するステップと、前記インバータ回路に対して所定の空転状態検出用パターンが適用されている間に前記直流バスを流れる電流の検出値に基づいてモータの空転状態を特定するステップと、を実行させる。前記空転状態検出用パターンは、前記インバータ回路における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、前記インバータ回路における下アーム側の少なくとも一相であって前記上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンである。
【発明の効果】
【００１２】
上述の各態様によれば、簡素な構成でフリーラン時におけるモータの回転状態（空転状態）を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るインバータ制御装置の機能構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る空転状態検出用パターンの例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る空転状態検出用パターンが適用された場合の等価回路を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る空転状態検出用パターンが適用された場合の等価回路を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の流れを示す図である。
【図７】第１の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の結果を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る空転状態検出用パターンの例を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るモータ駆動装置について、図１〜図７を参照しながら詳しく説明する。
【００１５】
（モータ駆動装置の回路構成）
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す第１図である。
本実施形態に係るモータ駆動装置１は、空気調和機のファンモータ２（三相ブラシレスＤＣモータ）を駆動する。
図１に示すように、モータ駆動装置１は、交流電源ＰＷからの三相交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路１０と、コンバータ回路１０から出力された直流電力を、モータ駆動用の三相交流電力に変換してファンモータ２（負荷）に出力するインバータ回路１１とを主な構成として備えている。
【００１６】
コンバータ回路１０は、整流回路を有し、交流電源ＰＷより入力された三相交流電力を直流電力に変換する。整流回路は、例えば、ブリッジ接続されたダイオード素子からなる。コンバータ回路１０は、正極直流バスＰ及び負極直流バスＮに直流電圧Ｖｄｃを印加することでインバータ回路１１に直流電力を伝送する。
平滑コンデンサＥＣは、正極直流バスＰと負極直流バスＮとの間に接続される。平滑コンデンサＥＣは、例えば電解コンデンサであって、コンバータ回路１０から出力される直流電圧を平滑化する。
なお、以下の説明においては、正極直流バスＰ及び負極直流バスＮを総称して、単に「直流バス」とも表記する。
【００１７】
インバータ回路１１は、６個のスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰ、Ｔｒ＿ＷＮを有してなる。
スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ及びスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮは、正極直流バスＰと負極直流バスＮとの間に直列接続される。スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＵＮは、インバータ制御装置１３によってスイッチング制御されることで、直流電圧Ｖｄｃから、ファンモータ２へのＵ相の交流電力を生成する。
スイッチング素子Ｔｒ＿ＶＰ及びスイッチング素子Ｔｒ＿ＶＮは、正極直流バスＰと負極直流バスＮとの間に直列接続される。スイッチング素子Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＶＮは、インバータ制御装置１３によってスイッチング制御されることで、直流電圧Ｖｄｃから、ファンモータ２へのＶ相の交流電力を生成する。
スイッチング素子Ｔｒ＿ＷＰ及びスイッチング素子Ｔｒ＿ＷＮは、正極直流バスＰと負極直流バスＮとの間に直列接続される。スイッチング素子Ｔｒ＿ＷＰ、Ｔｒ＿ＷＮは、インバータ制御装置１３によってスイッチング制御されることで、直流電圧Ｖｄｃから、ファンモータ２へのＷ相の交流電力を生成する。
なお、以下の説明においては、正極直流バスＰ側に接続されるスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＰを総称して「上アーム側（のスイッチング素子）」とも表記する。同様に、負極直流バスＮ側に接続されるスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＮを総称して「下アーム側（のスイッチング素子）」とも表記する。
【００１８】
また、モータ駆動装置１は、負極直流バスＮ上に接続されたシャント抵抗素子Ｒｓｈと、当該シャント抵抗素子Ｒｓｈに生じる降下電圧を検出してインバータ制御装置１３に出力する電流検出回路１２とを有している。
モータ駆動装置１は、空気調和機の運転中において、シャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２を介してモータ電流（ファンモータ２を流れる電流）を継続的に監視し、モータ電流の異常（過電流）を検知した場合には、直ちに運転を停止するように構成されている。
【００１９】
また、モータ駆動装置１は、インバータ制御装置１３を備えている。インバータ制御装置１３は、例えば、ＭＣＵ（Micro Control Unit）によって構成される。インバータ制御装置１３は、所定のスイッチング信号（例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）をインバータ回路１１に出力する。スイッチング信号は、インバータ回路１１を構成する６個のスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰ、Ｔｒ＿ＷＮそれぞれのゲート端子に入力される。空気調和機の運転中においては、これらのスイッチング素子が適切にスイッチング制御されることでＵ、Ｖ、Ｗ各相の交流電力が生成される。
【００２０】
（インバータ制御装置の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係るインバータ制御装置の機能構成を示す図である。
図２に示すように、ＭＣＵであるインバータ制御装置１３は、予め用意されたプログラムに従って動作することで、電流取得部１３０、スイッチング制御部１３１、及び、空転状態特定部１３２としての機能を発揮する。
電流取得部１３０は、電流検出回路１２からの電流検出信号を入力し、負極直流バスＮを流れる電流の検出値（サンプリング値）を取得する。
スイッチング制御部１３１は、インバータ回路１１を構成する複数のスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰ、Ｔｒ＿ＷＮに対するスイッチング制御を行う。特に、本実施形態に係るスイッチング制御部１３１は、空気調和機の駆動開始時（電源投入時）において、インバータ回路１１に対し所定の空転状態検出用パターンを適用する。この「空転状態検出用パターン」については後述する。
空転状態特定部１３２は、インバータ回路１１に対して空転状態検出用パターンが適用されている間に、直流バスを流れる電流の検出値に基づいてファンモータ２の空転状態を特定する。ここで、「空転」とは、外風などに起因してフリーラン時（無給電時）に生じるファンモータ２の回転を意味する。「空転状態」とは、具体的には、空転時におけるファンモータ２の回転数（回転速度）、ファンモータ２のロータ位置（ロータの回転位置）である。
【００２１】
（空転状態検出用パターンの例）
図３は、第１の実施形態に係る空転状態検出用パターンの例を示す図である。
図４、図５は、第１の実施形態に係る空転状態検出用パターンが適用された場合の等価回路を示す図である。
インバータ制御装置１３は、空気調和機の運転開始時において、インバータ回路１１に対し、図３に示すような２つの空転状態検出用パターンを適用する。
図３に示す「Ｕ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターン（第１空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＮの３つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＰの３つをオフ状態とするスイッチングパターンである。このような空転状態検出用パターンを適用した場合における、モータ駆動装置１及びファンモータ２の等価回路を図４に示す。なお、図４に示す巻線Ｌは、ファンモータ２の内部（ステータの各相）に配される巻線である。
図４に示すように、「Ｕ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＵ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｖ相端子およびＷ相端子が負極直流バスＮに接続される。ここで、後述するように「Ｕ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターンが適用される期間は、予め規定された小期間Δｔとされる。「Ｕ相-パターンＡ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｕＡ”と表記する。
図３に示す「Ｕ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターン（第２空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＮの２つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰの４つをオフ状態とするスイッチングパターンである。このような空転状態検出用パターンを適用した場合における、モータ駆動装置１及びファンモータ２の等価回路を図５に示す。
図５に示すように、「Ｕ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＶ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｗ相端子が負極直流バスＮに接続される。ファンモータ２のＵ相端子は開放されている。ここで、後述するように「Ｕ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターンが適用される期間は、予め規定された小期間Δｔとされる。「Ｕ相-パターンＢ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｖＢ”と表記する。
図４、図５に示すように、ピーク値ΔｉｕＡ及びピーク値ΔｉｖＢは、いずれもシャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２を介して検出可能な電流である。
【００２２】
「Ｕ相-パターンＡ」が適用された際にＵ、Ｖ、Ｗ各相に流れるモータ電流と、「Ｕ相-パターンＢ」が適用された際にＵ、Ｖ、Ｗ各相に流れるモータ電流とは互いに直交関係にある。より具体的に説明すると、「Ｕ相-パターンＡ」が適用された際にＵ、Ｖ、Ｗ各相に流れるモータ電流、及び、「Ｕ相-パターンＢ」が適用された際にＵ、Ｖ、Ｗ各相に流れるモータ電流をそれぞれ三相／二相変換してα軸−β軸座標で表すと、両者はα軸−β軸座標上にて互いに直交する関係にある。
【００２３】
（インバータ制御装置の処理の流れ）
図６は、第１の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の流れを示す図である。
次に、図６を参照しながら、第１の実施形態に係るインバータ制御装置１３の処理の流れについて説明する。
図６は、第１の実施形態に係るモータ駆動装置１（スイッチング制御部１３１）が運転開始時に出力するスイッチング信号のタイミングチャートである。
図６に示すように、スイッチング制御部１３１は、「Ｕ相−パターンＡ」と「Ｕ相−パターンＢ」とを繰り返し交互に適用する。そして、電流取得部１３０は、「Ｕ相−パターンＡ」、「Ｕ相−パターンＢ」それぞれが適用されている間に直流バスに流れる電流の検出値を取得する。
より具体的に説明すると、スイッチング制御部１３１は、時刻ｔ１ａから小期間Δｔだけスイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＮの３つをオン状態として「Ｕ相−パターンＡ」を適用する。電流取得部１３０は、この「Ｕ相−パターンＡ」が適用されている小期間Δｔにおいて直流バスに流れる電流のピーク値ΔｉｕＡを取得する。
次に、スイッチング制御部１３１は、時刻ｔ１ｂから小期間Δｔだけスイッチング素子Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＮの２つをオン状態として「Ｕ相−パターンＢ」を適用する。電流取得部１３０は、この「Ｕ相−パターンＢ」が適用されている小期間Δｔにおいて直流バスに流れる電流のピーク値ΔｉｖＢを取得する。
空転状態特定部１３２は、上記のように検出されたピーク値ΔｉｕＡ及びピーク値ΔｉｖＢを用いて、Ｕ相についての所定の電流“ΔｉｕＥ”を演算する。この演算によって得られる電流“ΔｉｕＥ”は、後述するように、ファンモータ２のロータ位置θに依存する成分のみを有し、ロータ位置θの２倍（２θ）に依存する成分を有さない。以下、Ｕ相についての電流“ΔｉｕＥ”をＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥとも表記する。
電流取得部１３０、スイッチング制御部１３１及び空転状態特定部１３２は、複数回に渡って上記処理を繰り返し実行する。空転状態特定部１３２は、複数回にわたって算出されたＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥを時系列として蓄積する。
【００２４】
（ロータ位置依存電流の算出方法）
次に、式（１）〜式（８）を参照しながら、「Ｕ相−パターンＡ」が適用された際に直流バスを流れる電流のピーク値ΔｉｕＡと、「Ｕ相−パターンＢ」が適用された際に直流バスを流れる電流のピーク値ΔｉｖＢとに基づいてロータ位置依存電流ΔｉｕＥを算出する手順について説明する。
【００２５】
ファンモータ２のＵ、Ｖ、Ｗの各相端子間に印加される電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗは、式（１）で表される。
【００２６】
【数１】
2020178388.tif 000003
【００２７】
式（１）における“ｉｕ”、“ｉｖ”、“ｉｗ”は、各相に流れる電流である。
なお、式（１）では、電圧の印加時間が充分に短い小期間Δｔであることを考慮して、抵抗成分を無視している。また、式（１）のインダクタンス値Ｌ１は、ファンモータ２が突極性を有さないモータ（ＳＰＭモータ）である場合はＬ１＝０となるが、ファンモータ２が突極性を有するモータ（ＩＰＭモータ）である場合はＬ１≠０となる。本実施形態においては、ファンモータ２が突極性を有するモータ（ＩＰＭモータ）であるものとして説明する。したがって、この場合、電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗは、ロータ位置θの２倍（２θ）に依存する成分を有する。
【００２８】
「Ｕ相-パターンＡ」が適用された際にファンモータ２の各相に印加される電圧ｖｕＡ、ｖｖＡ、ｖｗＡ、及び、「Ｕ相-パターンＢ」が適用された際にファンモータ２の各相に印加される電圧ｖｕＢ、ｖｖＢ、ｖｗＢは、コンバータ回路１０からの直流電圧Ｖｄｃを用いて、それぞれ、式（２）のように表される。
【００２９】
【数２】
2020178388.tif 000004
【００３０】
他方、「Ｕ相-パターンＡ」が適用された際にファンモータ２のＵ相に印加される電圧ｖｕＡとＵ相に流れる電流ｉｕＡとの関係は、式（１）に基づいて式（３）のように表される。
【００３１】
【数３】
2020178388.tif 000005
【００３２】
同様に、「Ｕ相-パターンＢ」が適用された際にファンモータ２のＶ相に印加される電圧ｖｖＢとＶ相に流れる電流ｉｖＢとの関係は、式（１）に基づいて式（４）のように表される。
【００３３】
【数４】
2020178388.tif 000006
【００３４】
式（２）及び式（３）から電圧ｖｕＡを消去して小期間Δｔの間に生じる電流変化（ピーク値ΔｉｕＡ）を求めると、式（５）のようになる。
【００３５】
【数５】
2020178388.tif 000007
【００３６】
同様に、式（２）及び式（４）から電圧ｖｖＢを消去して小期間Δｔの間に生じる電流変化（ピーク値ΔｉｖＢ）を求めると、式（６）となる。
【００３７】
【数６】
2020178388.tif 000008
【００３８】
なお、式（５）、式（６）では、Ｅ０≪Ｖｄｃ、Ｌ１≪Ｌ０を条件に近似している。
【００３９】
ここで、式（５）、式（６）に示すように、ピーク値ΔｉｕＡ、及び、ピーク値ΔｉｖＢは、それぞれ、ロータ位置θに依存して振動する成分とロータ位置θの２倍（２θ）に依存して振動する成分の両方を含む。したがって、ピーク値ΔｉｕＡ、ピーク値ΔｉｖＢのいずれか一方のみだけでは、ロータ位置θを一意に特定することが困難になる。
【００４０】
そこで、空転状態特定部１３２は、式（７）のように、適切な比率（３：４）でピーク値ΔｉｕＡとピーク値ΔｉｖＢとを加えることで、ロータ位置θの２倍（２θ）に依存して振動する成分を消す演算を行う。なお、ピーク値ΔｉｕＡとピーク値ΔｉｖＢは直交関係にあるため、ロータ位置θの２倍（２θ）に依存して振動する成分は逆位相（１８０°）となって打ち消される。
【００４１】
【数７】
2020178388.tif 000009
【００４２】
式（７）における“ΔｉｕＥ”は、ロータ位置θ’の正弦波（ｓｉｎθ’）のみに依存して変化する電流値（Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ）である。
【００４３】
（インバータ制御装置の処理の結果）
図７は、第１の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の結果を示す図である。
空転状態特定部１３２は、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥを継続して取得し、時系列データを生成する。そうすると、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの時間変化が把握される。図７に示すように、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥは、電流のピーク値ΔｉｕＡ、ΔｉｖＢと比較して２倍の周期で振動している。
式（７）で示したように、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥは、ロータ位置θ’のみに依存して振動する電流であるから、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの周波数は、空転時におけるファンモータ２の回転数（ｒｐｓ）に依存する。また、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの波形の最大値及び最小値と、現時刻におけるＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥとの関係から、現時刻におけるロータ位置θ’を一意に特定することができる。空転状態特定部１３２は、このようにして、ファンモータ２の空転状態を特定することができる。
【００４４】
（作用、効果）
以上の通り、第１の実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、スイッチング制御部１３１は、インバータ回路１１に対し、ファンモータ２に流れる電流が互いに直交する関係となる第１空転状態検出用パターン（Ｕ相−パターンＡ）及び第２空転状態検出用パターン（Ｖ相−パターンＢ）を適用する。そして、空転状態特定部１３２は、第１空転状態検出用パターンが適用されている間に直流バスを流れる第１電流の検出値（ピーク値ＩｕＡ）と、第２空転状態検出用パターンが適用されている間に直流バスを流れる第２電流の検出値（ピーク値ｉｖＢ）とを用いて、ファンモータの空転状態を特定する。
ここで、第１空転状態検出用パターン及び第２空転状態検出用パターンは、いずれも、インバータ回路１１における上アーム側の少なくとも一相のスイッチング素子と、インバータ回路１１における下アーム側の少なくとも一相であって上アーム側の少なくとも一相とは異なる相のスイッチング素子とをオン状態とするスイッチングパターンとされる。
【００４５】
このようにすることで、シャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２を介して検出可能な電流（ピーク値ΔｉｕＡ及びピーク値ΔｉｖＢ）に基づいてファンモータ２の空転状態を特定することができる。ここで、シャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２は、異常検知（過電流検知）のためにもともと設けられている構成である。したがって、モータの空転状態を検出するために新たな回路を追設する必要がない。
【００４６】
以上より、簡素な構成でフリーラン時におけるファンモータ２の回転状態（空転状態）を検出することができる。
【００４７】
また、電流が互いに直交する関係となる２種類の空転状態検出用パターン（Ｕ相−パターンＡ、Ｖ相−パターンＢ）を適用することで、ロータ位置θ’の２倍（２θ）に依存して振動する成分を打ち消し、ロータ位置θ’のみに依存して振動する電流を検出することができる。これにより、簡素な演算処理で正確にファンモータ２の空転状態を検出することができる。
なお、ファンモータ２がＳＰＭモータである場合は、ロータ位置θ’の２倍（２θ）に依存して振動する成分が存在しない。したがって、この場合は、１種類の空転状態検出用パターンのみに基づいて空転状態を特定する態様としてもよい。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係るモータ駆動装置について、図８〜図９を参照しながら詳しく説明する。
【００４９】
（空転状態検出用パターンの例）
図８は、第２の実施形態に係る空転状態検出用パターンの例を示す図である。
第２の実施形態に係るインバータ制御装置１３は、空気調和機の運転開始時において、インバータ回路１１に対し、図８に示すような６つの空転状態検出用パターンを適用する。
【００５０】
図８に示す「Ｕ相-パターンＡ」、「Ｕ相−パターンＢ」なる空転状態検出用パターンは、第１の実施形態と同等であるため説明を省略する。
【００５１】
図８に示す「Ｖ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターン（第１空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＮの３つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰの３つをオフ状態とするスイッチングパターンである。
等価回路の図示を省略するが、「Ｖ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＶ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｕ相端子およびＷ相端子が負極直流バスＮに接続される。「Ｖ相-パターンＡ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｖＡ”と表記する。
図８に示す「Ｖ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターン（第２空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＷＰの２つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＮの４つをオフ状態とするスイッチングパターンである。
等価回路の図示を省略するが、「Ｖ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＷ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｕ相端子が負極直流バスＮに接続される。ファンモータ２のＶ相端子は開放されている。「Ｖ相-パターンＢ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｗＢ”と表記する。
ピーク値ΔｉｖＡ及びピーク値ΔｉｗＢは、いずれもシャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２を介して検出可能な電流である。
【００５２】
図８に示す「Ｗ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターン（第１空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＮ、Ｔｒ＿ＷＰの３つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＮの３つをオフ状態とするスイッチングパターンである。
等価回路の図示を省略するが、「Ｗ相-パターンＡ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＷ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｕ相端子およびＶ相端子が負極直流バスＮに接続される。「Ｗ相-パターンＡ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｗＡ”と表記する。
図８に示す「Ｗ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターン（第２空転状態検出用パターン）は、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＰ、Ｔｒ＿ＶＮの２つをオン状態とし、スイッチング素子Ｔｒ＿ＵＮ、Ｔｒ＿ＶＰ、Ｔｒ＿ＷＰ、Ｔｒ＿ＷＮの４つをオフ状態とするスイッチングパターンである。
等価回路の図示を省略するが、「Ｗ相-パターンＢ」なる空転状態検出用パターンが適用されたモータ駆動装置１によれば、ファンモータ２のＵ相端子が正極直流バスＰに接続され、Ｖ相端子が負極直流バスＮに接続される。ファンモータ２のＷ相端子は開放されている。「Ｗ相-パターンＢ」が適用された小期間Δｔの間に直流バスを流れる電流のピーク値を“ΔｉｕＢ”と表記する。
ピーク値ΔｉｗＡ及びピーク値ΔｉｕＢは、いずれもシャント抵抗素子Ｒｓｈ及び電流検出回路１２を介して検出可能な電流である。
【００５３】
（インバータ制御装置の処理の結果）
図９は、第２の実施形態に係るインバータ制御装置の処理の結果を示す図である。
第２の実施形態に係るインバータ制御装置１３（空転状態特定部１３２）は、第１の実施形態と同様の手法により、直交関係にあるピーク値ΔｉｕＡ及びピーク値ΔｉｖＢを用いてＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥを算出する。更に、空転状態特定部１３２は、第１の実施形態と同様の手法により、直交関係にあるピーク値ΔｉｖＡ及びピーク値ΔｉｗＢを用いてＶ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥを算出する。更に、空転状態特定部１３２は、第１の実施形態と同様の手法により、直交関係にあるピーク値ΔｉｗＡ及びピーク値ΔｉｕＢを用いてＷ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥを算出する。
図９に、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥの時間変化を示す。
【００５４】
空転状態特定部１３２は、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥを取得する。第１の実施形態とは異なり、取得するのは、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥの瞬時値でよい。
空転状態特定部１３２は、取得したＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥの瞬時値を用いて式（８）を演算する。
【００５５】
【数８】
2020178388.tif 000010
【００５６】
式（８）は、三相／二相変換の式である。これにより、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥは、α軸電流のピーク値ΔｉαＥと、β軸電流のピーク値ΔｉβＥとで表される。軸電流のピーク値ΔｉαＥとβ軸電流のピーク値ΔｉβＥとのなす角がロータ位置に相当するから、空転状態特定部１３２は、式（９）を用いてロータ位置θ’を算出する。
【００５７】
【数９】
2020178388.tif 000011
【００５８】
（作用、効果）
以上の通り、第２の実施形態に係るモータ駆動装置１によれば、スイッチング制御部１３１は、インバータ回路１１に対し、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相に対応する３種類の第１空転状態検出用パターン（Ｕ相-パターンＡ、Ｖ相-パターンＡ、Ｗ相-パターンＡ）及び第２空転状態検出用パターン（Ｕ相-パターンＢ、Ｖ相-パターンＢ、Ｗ相-パターンＢ）の組み合わせを適用する。
そして、空転状態特定部１３２は、三相の各相に対応する３種類の第１電流の検出値（ピーク値ΔｉｕＡ、ΔｉｖＡ、ΔｉｗＡ）及び第２電流の検出値（ピーク値ΔｉｕＢ、ΔｉｖＢ、ΔｉｗＢ）の組み合わせを用いて、ファンモータ２の空転状態を特定する。
【００５９】
このようにすることで、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥ、Ｖ相ロータ位置依存電流ΔｉｖＥ、及び、Ｗ相ロータ位置依存電流ΔｉｗＥの瞬時値のみで、ロータ位置θ’を特定することができる。
例えば、第１の実施形態の場合、Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの波形（図７参照）の最大値及び最小値を取得しようとする場合、波形の最大値及び最小値を把握するためにＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥを時系列で（継続的に）取得し続ける必要がある。Ｕ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの取得中に回転数（ｒｐｓ）が変化していると、誘起電圧Ｅ０が回転数に比例して変化するためＵ相ロータ位置依存電流ΔｉｕＥの振幅も変化する。このため、ロータ位置を精度よく特定できない場合が想定される。
これに対し、第２の実施形態に係るモータ駆動装置１は、瞬時的に取得される３つの電流値に基づいて、ロータ位置θ’を特定することができる。
【００６０】
上述の実施形態においては、インバータ制御装置１３の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００６１】
上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００６２】
以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１  モータ駆動装置
１０  コンバータ回路
１１  インバータ回路
１２  電流検出回路
１３  インバータ制御装置
１３０  電流取得部
１３１  スイッチング制御部
１３２  空転状態特定部
２  ファンモータ（モータ）
ＰＷ  交流電源
ＥＣ  平滑コンデンサ
Ｒｓｈ  シャント抵抗素子
【図１】
2020178388.tif 000012
【図２】
2020178388.tif 000013
【図３】
2020178388.tif 000014
【図４】
2020178388.tif 000015
【図５】
2020178388.tif 000016
【図６】
2020178388.tif 000017
【図７】
2020178388.tif 000018
【図８】
2020178388.tif 000019
【図９】
2020178388.tif 000020