(57)【要約】【課題】電動機を広角正弦波駆動するために位置検出間隔を狭角したとしても、電動機の音及び振動を抑制し、且つ、電動機の脱調を回避して電動機の安定駆動を実現することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】永久磁石からなる回転子と三相の固定子巻線が巻回される固定子とを有する電動機(2)を固定子巻線に所定の電源電圧を印加して正弦波駆動するインバータ装置(1)であって、各相のうちの非通電相の固定子巻線に発生する誘起電圧を該非通電相の通電角以外の電気角である位置検出区間(38)において所定の基準電圧と比較することで固定子に対する回転子の位置を検出する位置検出手段と、誘起電圧を誘起電圧波形の終端部(44)にてＡＤ変換するＡＤ変換手段とを備える。【選択図】図１
2010063301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石からなる回転子と三相の固定子巻線が巻回される固定子とを有する電動機を前記固定子巻線に所定の電源電圧を印加して正弦波駆動するインバータ装置であって、
前記各相のうちの非通電相の前記固定子巻線に発生する誘起電圧を該非通電相の通電角以外の電気角である位置検出区間において所定の基準電圧と比較することで前記固定子に対する前記回転子の位置を検出する位置検出手段と、
前記誘起電圧を誘起電圧波形の終端部にてＡＤ変換するＡＤ変換手段とを備えることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記電動機の運転周波数パルスのデューティ比を設定するデューティ比設定手段を備え、
前記ＡＤ変換手段は、前記デューティ比設定手段にて設定される前記デューティ比に応じて、前記終端部と、前記誘起電圧波形の前記終端部に連なる平坦部の少なくとも１箇所とにおいて前記誘起電圧をＡＤ変換することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記ＡＤ変換手段は、前記デューティ比設定手段にて設定される前記デューティ比が所定値未満のときには前記終端部のみにて前記誘起電圧をＡＤ変換し、一方、前記デューティ比が前記所定値以上のときには前記終端部と前記平坦部の少なくとも１箇所とにおいて前記誘起電圧をＡＤ変換することを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
目標通電角を１６５度と設定することを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に係り、詳しくは、永久磁石からなる回転子と三相の固定子巻線が巻回される固定子とを有する電動機の駆動を制御するのに好適なインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のインバータ装置は、永久磁石からなる回転子と三相の固定子巻線が巻回される固定子とを有する電動機の駆動を制御するために用いられる。そして、固定子巻線に例えば１２０度通電の方形波電圧を印加し、固定子巻線の非通電相に発生する誘起電圧を非通電相の通電角以外の電気角である６０度の位置検出区間において検出することで固定子に対する回転子の位置を検出する１２０度通電方式の電動機が知られている。
【０００３】
具体的には、当該１２０度通電方式では、インバータ装置のインバータ部を構成するいわゆるコンパレータにおいて、固定巻線の相電圧と、電源電圧の１／２となる中間電圧たる基準電圧とを比較することにより誘起電圧の極性を判定し、回転子の位置を検出している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２０１２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の１２０度通電方式では、固定子巻線に方形波電圧を印加するため、電動機の駆動に際して発生する音及び振動が大きくなるとの問題がある。
そこで、１２０度の通電角を広角し、且つ、正弦波変調の駆動方式とすることが考えられるが、そのためには回転子の位置検出区間を極力狭角し、位置検出時間を極力短縮しなければならない。
【０００５】
電動機の脱調を回避しつつ位置検出区間狭角するためには、回転子の位置検出手段に上記従来技術のコンパレータ方式に替えてＡＤ変換方式を用いる方法がある。しかし、単にＡＤ変換方式を用いると、誘起電圧、ひいては回転子の位置検出におけるサンプリング周期が荒くなり、回転子の高回転域での回転変動が大きくなるとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、電動機を広角正弦波駆動するために位置検出間隔を狭角したとしても、電動機の音及び振動を抑制し、且つ、電動機の脱調を回避して電動機の安定駆動を実現することができるインバータ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】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のインバータ装置は、永久磁石からなる回転子と三相の固定子巻線が巻回される固定子とを有する電動機を固定子巻線に所定の電源電圧を印加して正弦波駆動するインバータ装置であって、各相のうちの非通電相の固定子巻線に発生する誘起電圧を該非通電相の通電角以外の電気角である位置検出区間において所定の基準電圧と比較することで固定子に対する回転子の位置を検出する位置検出手段と、誘起電圧を誘起電圧波形の終端部にてＡＤ変換するＡＤ変換手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、電動機の運転周波数パルスのデューティ比を設定するデューティ比設定手段を備え、ＡＤ変換手段は、デューティ比設定手段にて設定されるデューティ比に応じて、終端部と、誘起電圧波形の終端部に連なる平坦部の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧をＡＤ変換することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、ＡＤ変換手段は、デューティ比設定手段にて設定されるデューティ比が所定値未満のときには終端部のみにて誘起電圧をＡＤ変換し、一方、デューティ比が所定値以上のときには終端部と平坦部の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧をＡＤ変換することを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、目標通電角を１６５度と設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の本発明のインバータ装置によれば、誘起電圧を誘起電圧波形の終端部にてＡＤ変換するＡＤ変換手段を備える。これにより、位置検出区間において誘起電圧が安定するタイミングで誘起電圧、ひいては回転子位置を確実に検出することができる。従って、電動機を広角正弦波駆動するために位置検出区間を狭角したとしても、電動機の音及び振動を抑制し、且つ、電動機の負荷及び電源電圧の変動によって生じる脱調を回避した電動機の安定駆動を実現することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、ＡＤ変換手段は、デューティ比設定手段にて設定されるデューティ比に応じて、終端部と、誘起電圧波形の終端部に連なる平坦部の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧をＡＤ変換する。これにより、位置検出区間において誘起電圧が安定するタイミングで、ＡＤ変換されたデジタル信号のサンプリング周期を細かくして誘起電圧、ひいては回転子位置を検出することができる。従って、回転子の低回転域から高回転域に至るまで、電動機の音及び振動を抑制し、且つ、電動機の脱調を回避した安定駆動を確実に実現することができる。
【００１１】
具体的には、請求項３記載の発明によれば、ＡＤ変換手段は、デューティ比設定手段にて設定されるデューティ比が所定値未満のときには終端部のみにて誘起電圧をＡＤ変換し、一方、デューティ比設定手段にて設定されるデューティ比が所定値以上のときには終端部と平坦部の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧をＡＤ変換する。これにより、特にデューティ比が所定値以上、即ち、回転子が高回転域にあるときに誘起電圧、ひいては回転子位置を検出するためのデジタル信号のサンプリング周期を細かくすることができるため、電動機の脱調を回避した安定駆動を更に確実に実現することがきる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、目標通電角を１６５度と設定することにより、実験に即して一般的な電動機の変動値の変動幅を考慮した最適な目標通電角である１６５度を通電角として電動機を駆動することができる。従って、電動機を広角正弦波駆動するために位置検出区間を極力狭角したとしても、回転子の低回転域から高回転域に至るまで、電動機の音及び振動を抑制し、且つ、電動機の脱調を回避して電動機の安定駆動を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明のインバータ装置１を概略的に示すブロック図である。インバータ装置１は、例えば図示しない圧縮機を駆動する圧縮機用モータ（電動機）２の駆動を制御するために用いられる。
モータ２は、図示しない回転子及び固定子から構成され、回転子には永久磁石が使用されるとともに、固定子には三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線が巻回されている。
【００１４】
一方、インバータ装置１は、コンバータ部４とインバータ部６とを含むインバータ回路８から概略構成されている。
コンバータ部４は、ノイズフィルタ１０、リアクタ１２、整流器１４から構成され、例えば２００Ｖの単相交流となる商用の電源１６から電力供給されており、供給された電力を変換、整流して直流電力を形成し、インバータ部６側に供給している。なお、コンバータ部４とインバータ部６との間には、平滑コンデンサ１８が並列に設けられるとともに、シャント抵抗２０が直列に設けられている。
【００１５】
一方、インバータ部６は、ＩＰＭ（Intelligent-Power-Module）２２、ＭＣＵ（Main-Control-Unit）２４から構成され、ＩＰＭ２２はモータ２に三相の駆動電力を供給し、一方、ＭＣＵ２４はＩＰＭ２２にＰＷＭ（Pulse-Width-Modulation）制御信号（運転周波数）２６を供給している。
ＰＷＭ制御信号２６は、ＩＰＭ２２を介してモータ２に実際に供給される駆動電力のパルス周波数及びパルス幅、ひいてはモータ２の回転数を制御する信号であり、運転周波数パルスのデューティ比を変化させて変調する。デューティ比とは、パルスの周期に対するパルス幅の比のことであり、デューティ比が大きい程、モータ２へ供給される平均電圧が増加してモータ２はより高回転域で回転駆動される。
【００１６】
また、ＭＣＵ２４には、パーソナルコンピュータ２８が接続されており、パーソナルコンピュータ２８ではＰＷＭ制御信号２６、ひいてはモータ２の回転数を遠隔にて監視可能になっている。
このように、ＭＣＵ２４にて実施されるモータ回転数制御により、モータ２の目標回転数が設定されると、目標回転数に応じて予め定められたデューティ比が設定され（デューティ比設定手段）、ＩＰＭ２２に対して設定されたデューティ比に基づくＰＷＭ制御信号２６が供給され、同制御信号に応じた所定のパルス周波数及びパルス幅の駆動電力がモータ２に供給される。そして、モータ２によって駆動される圧縮機の圧縮能力が適宜変化し、圧縮機が介挿される図示しない冷媒回路の冷媒循環量が制御される。
【００１７】
ところで、本実施形態では、モータ２は、１２０度通電角よりも広角の１６５度を目標通電角とし、且つ、正弦波変調のいわゆる広角正弦波駆動方式にて駆動される。そして、ＭＣＵ２４は、各相のうちの非通電相の固定子巻線に発生する誘起電圧を非通電相の通電角以外の電気角である位置検出区間３８において、相電圧と所定の基準電圧Ｅrとを比較することで位置検出抵抗３０を介した回転子位置信号３２として検出し、ひいては固定子に対する回転子の位置を検出し、この検出された回転子位置に基づいて通電相を切り換えている（位置検出手段）。
【００１８】
具体的には、図２のＵ、Ｖ、Ｗの各相の位相電気角の１周期に対する相電圧を示した図を参照すると、例えばＵ相では、電気角の位相が０度、１８０度、３６０度となる箇所において、Ｕ相に印加される電源電圧Ｅの１／２となる中間電圧Ｅm（＝Ｅ／２）が基準電圧Ｅrとして設定され、相電圧が基準電圧Ｅrとなるクロス点３６にて誘起電圧波形３４が交差している。
【００１９】
そして、Ｕ相における各クロス点３６の誘起電圧は、Ｕ相を非通電にすることで検出可能となるため、誘起電圧が基準電圧Ｅrとなる各クロス点３６を含む範囲に位置検出区間３８（図２中に網掛けして示す）を目標位置検出区間を１５度として予め設定し、この位置検出区間３８において誘起電圧を検出することにより回転子位置が検出される。なお、このように相変調に正弦波変調を掛けた場合には、線間変調に二相変調を掛けることにより、他の一相が必ずプラス側、またはグランド側に固定されることとなるため、誘起電圧の検出が可能となり、ひいては回転子の位置検出が可能となる。
【００２０】
ここで、本実施形態では、位置検出区間３８において誘起電圧をＡＤ変換し、このＡＤ変換された誘起電圧のデジタル信号を基準電圧Ｅrと比較するＡＤ変換方式を回転子の位置検出に採用している（ＡＤ変換手段）。
具体的には、図３の位置検出区間３８における誘起電圧波形３４の拡大図を参照すると、誘起電圧波形３４は、時系列的にノイズ部４０、平坦部４２の順に構成され、平坦部４２のエッジには誘起電圧波形３４の終端部４４が位置づけられている。
【００２１】
図３の場合には、誘起電圧は終端部４４にてＡＤ変換され、このときのデューティ比は、例えば５０％未満に設定されている。このときの今回の誘起電圧波形３４の終端部４４から次回の誘起電圧波形３４の終端部４４までの時間、即ち誘起電圧波形３４の周期Ｔは約１００μｓ程度であり、換言すると誘起電圧がＡＤ変換されたデジタル信号のサンプリング周期は約１００μｓ程度となる。
【００２２】
一方、図４の位置検出区間３８における誘起電圧波形３４の拡大図を参照すると、この場合のデューティ比は例えば７５％程度（５０％以上）に設定されており、図３の場合に比して平坦部４２が長くなっている。このようにデューティ比が５０％以上となって平坦部４２が長い場合には終端部４４の他、平坦部４２においても誘起電圧波形３４の略中間に位置する中間部４６にて誘起電圧のＡＤ変換が行われ、誘起電圧がＡＤ変換されたデジタル信号のサンプリング周期を１００μｓよりも更に細かくすることができる。
【００２３】
このように、モータ２のデューティ比に応じて、終端部４４と、誘起電圧波形３４の終端部４４に連なる平坦部４２の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧はＡＤ変換される。具体的には、誘起電圧は、デューティ比が５０％未満のときには終端部４４のみにてＡＤ変換され、一方、デューティ比が５０％以上の例えば７５％程度のときには終端部４４と中間部４６とにおいてＡＤ変換される。
【００２４】
以下、図５のフローチャートを参照して、誘起電圧がＡＤ変換される際のモータ２の起動シーケンスについて説明する。
先ず、本シーケンスがスタートされるとＳ１に移行し（以下、Ｓはステップを表す）、Ｓ１では先ず任意の相に通電し、ブーストラップ充電を行った後、Ｓ２に移行する。
Ｓ２では、回転子を予め決められた所定の位置に固定した後、Ｓ３に移行する。
【００２５】
Ｓ３では、１２０度通電方式（位置検出区間３８は６０度）にてモータ２をオープンループ始動し、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、回転子の位置検出が可能となる電気角まで位相を進角させた後、即ち、回転子の位置検出が可能となる電圧まで回転子を加速した後、Ｓ５に移行する。
Ｓ５では、回転子の位置検出運転に切り換えた後、Ｓ６に移行する。
【００２６】
Ｓ６では、位置検出区間３８において誘起電圧がクロス点３６まで上昇する電気角まで位相を進角させた後、即ち、回転子の位置制御が可能となる電圧まで回転子を加速した後、Ｓ７に移行する。
Ｓ７では、モータ２のデューティ比に応じて少なくとも終端部４４にて誘起電圧のＡＤ変換を行い、Ｓ８に移行する。
【００２７】
Ｓ８では、位置検出区間３８を徐々に狭角し（６０度→１５度）、通電角を１２０度から目標通電角である１６５度まで広角し、モータ２の脱調を回避しながらモータ２をＭＣＵ２４にて指令される回転数に追従させる。
このように、モータ２の起動時には、モータ２は１２０度通電方式にて位置検出区間３８を６０度として駆動され、その後、１６５度通電方式に切り換えられる。この際に、誘起電圧はデューティ比に応じて誘起電圧の終端部４４や、終端部４４及び平坦部４６においてＡＤ変換され、このＡＤ変換されたデジタル信号を基準電圧Ｅrと比較することによって誘起電圧を検出し、ひいては回転子の位置を検出している。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、ＭＣＵ２４において、誘起電圧が誘起電圧波形３４の終端部４４にてＡＤ変換されることにより、位置検出区間３８において不安定なノイズ部４０以外の箇所の誘起電圧が安定する箇所、タイミングで誘起電圧、ひいては回転子位置を確実に検出することができる。従って、モータ２を広角正弦波駆動するために位置検出区間３８を狭角したとしても、モータ２の音及び振動を抑制し、且つ、モータ２の負荷及び電源電圧の変動によって生じる脱調を回避したモータ２の安定駆動を実現することができる。
【００２９】
また、ＭＣＵ２４にて制御されるデューティ比に応じて、終端部４４と、この終端部４４に連なる平坦部４２の少なくとも１箇所とにおいて誘起電圧がＡＤ変換される。
具体的には、図３に示されるように、デューティ比が５０％未満のときには終端部４４のみにて誘起電圧をＡＤ変換し、一方、図４に示されるように、デューティ比が５０％以上のときには終端部４４と中間部４６とにおいて誘起電圧がＡＤ変換される。これにより、位置検出区間３８において誘起電圧が安定するタイミングで、ＡＤ変換されたデジタル信号のサンプリング周期を細かくして誘起電圧、ひいては回転子位置を検出することができる。特にデューティ比が比較的大きい、即ち、回転子が高回転域にあるときに誘起電圧、ひいては回転子位置を検出するためのデジタル信号のサンプリング周期を細かくすることができるため、回転子の低回転域から高回転域に至るまで、モータ２の音及び振動を抑制し、且つ、モータ２の脱調を回避した安定駆動を確実に実現することができる。
【００３０】
更に、実験に即して一般的なモータ２の変動値の変動幅を考慮した最適な目標通電角である１６５度にてモータ２が駆動されるため、モータ２を広角正弦波駆動するために位置検出区間を極力狭角したとしても、回転子の低回転域から高回転域に至るまで、モータ２の音及び振動を抑制し、且つ、モータ２の脱調を回避してモータ２の安定駆動を確実に実現することができる。
【００３１】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、目標通電角が１６５度になるように目標位置検出区間を１５度に設定しているが、これに限らず、少なくとも６０度よりも狭角となる位置検出区間３８をモータ２の変動値に基づいて設定し、ひいては１２０度よりも広角となる目標通電角を設定すれば、少なくとも１２０度通電方式よりも広角通電となるモータ２の広角正弦波駆動を実現することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、終端部４４と、平坦部４２の一箇所とにおいて誘起電圧のデジタル信号をサンプリングしているが、これに限らず、デューティ比に応じて、平坦部４２において終端部４４を含め３箇所以上サンプリングするようにしても良い。これにより、サンプリング周期を更に細かく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るインバータ装置を概略的に示したブロック図である。
【図２】Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の位相電気角の１周期に対する相電圧を示した図である。
【図３】デューティ比が５０％未満のときの誘起電圧波形におけるＡＤ変換箇所を示した図である。
【図４】デューティ比が約７５％のときの誘起電圧波形におけるＡＤ変換箇所を示した図である。
【図５】図１のＭＣＵにおいて誘電電圧のＡＤ変換を行う際のモータの起動シーケンスを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１  インバータ装置
２  圧縮機用モータ（電動機）
２４  コントローラ
２６  ＰＭＷ制御信号(運転周波数)
３８  位置検出区間
４２  平坦部
４４  終端部
【図１】
2010063301.tif 000003
【図３】
2010063301.tif 000004
【図４】
2010063301.tif 000005
【図５】
2010063301.tif 000006
【図２】
2010063301.tif 000007