(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位置検出手段と、電動機の負荷及び電源電圧の変動に基づく変動値を検出する変動値検出手段と、変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて位置検出区間を設定変更する位置検出区間設定手段とを備える。【選択図】図１
2010063302.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検出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、
前記電動機の負荷及び前記電源電圧の変動に基づく変動値を検出する変動値検出手段と、
前記変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて前記位置検出区間を設定変更する位置検出区間設定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】
前記位置検出区間設定手段は、前記電動機の起動時には前記位置検出区間を６０度に設定し、その後に前記電動機の駆動状態に応じて、前記位置検出区間を前記変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて、少なくとも６０度よりも狭角に設定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】
前記位置検出区間設定手段は、所定の電気角である固定値と、前記変動値検出手段にて検出された変動値に所定の安全係数を乗じた補正変動値との加算値を前記位置検出区間として設定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】
前記位置検出手段にて検出された前記回転子位置の電気角の間隔である位置検出間隔を検出する位置検出間隔検出手段を更に備え、
前記変動値検出手段は、前記位置検出間隔検出手段にて検出された過去の複数の前記位置検出間隔を平均した平均位置検出間隔を算出し、該平均位置検出間隔から前記位置検出間隔検出手段にて検出された現在の現在位置検出間隔を減じた値を前記変動値として検出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。
【請求項５】
前記位置検出区間設定手段は、固定値を１０度とし、安全係数を２として前記位置検出区間を設定することを特徴とする請求項３または４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記位置検出区間設定手段は、所定の目標位置検出区間を１５度と予め設定するとともに、所定の目標位置検出区間を１８０度から減じた電気角である所定の目標通電角を１６５度と予め設定することを特徴とする請求項５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（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】
【０００３】
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、電動機の駆動に際に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なければならない。しかし、位置検出区間を狭角すると、電動機の負荷変動や電圧変動等の外乱によって、電動機の駆動電圧と電動機の実際の駆動との同期が失われ、いわゆる脱調が発生する危険性が増大するとの問題がある。
【０００４】
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】
【０００５】
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位置検出手段と、電動機の負荷及び電源電圧の変動に基づく変動値を検出する変動値検出手段と、変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて位置検出区間を設定変更する位置検出区間設定手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、位置検出区間設定手段は、電動機の起動時には位置検出区間を６０度に設定し、その後に電動機の駆動状態に応じて、位置検出区間を変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて、少なくとも６０度よりも狭角に設定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、位置検出区間設定手段は、所定の電気角である固定値と、変動値検出手段にて検出された変動値に所定の安全係数を乗じた補正変動値との加算値を位置検出区間として設定することを特徴としている。
【０００７】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、位置検出手段にて検出された回転子位置の電気角の間隔である位置検出間隔を検出する位置検出間隔検出手段を更に備え、変動値検出手段は、位置検出間隔検出手段にて検出された過去の複数の位置検出間隔を平均した平均位置検出間隔を算出し、該平均位置検出間隔から位置検出間隔検出手段にて検出された現在の現在位置検出間隔を減じた値を変動値として検出することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項５記載の発明では、請求項３または４において、位置検出区間設定手段は、固定値を１０度とし、安全係数を２として位置検出区間を設定することを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、位置検出区間設定手段は、所定の目標位置検出区間を１５度と予め設定するとともに、所定の目標位置検出区間を１８０度から減じた電気角である所定の目標通電角を１６５度と予め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、変動値検出手段にて検出された電動機の変動値に基づいて位置検出区間を設定変更する位置検出区間設定手段を備える。これにより、電動機の変動値に基づいて位置検出区間を適宜変更することができるため、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て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、電動機の起動時には位置検出区間を６０度に設定し、その後に電動機の駆動状態に応じて、位置検出区間を変動値検出手段にて検出された変動値に基づいて、少なくとも６０度よりも狭角に設定する。これにより、一般に回転子位置が不安定となる電動機の起動時であっても、電動機の脱調を回避しながら回転子の位置検出を確実に行うことができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明によれば、所定の電気角である固定値と、変動値検出手段にて検出された変動値に所定の安全係数を乗じた補正変動値との加算値を位置検出区間として設定する。これにより、位置検出区間の基準値を固定値によって設定できるとともに、電動機の実際の変動値の変動幅に即して位置検出区間における変動値の重みづけを行いながら位置検出区間の目標値を決定することができる。従って、電動機の脱調を回避しながら回転子の位置検出を更に確実に行うことができる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、変動値検出手段は、位置検出間隔検出手段にて検出された過去の複数の位置検出間隔を平均した平均位置検出間隔を算出し、該平均位置検出間隔から位置検出間隔検出手段にて検出された現在の現在位置検出間隔を減じた値を変動値として検出する。これにより、電動機の脱調に直接に関わる位置検出間隔の変動を変動値として検出することができるため、電動機の脱調回避の精度を更に向上することができる。
【００１３】
具体的には、請求項５及び６記載の発明によれば、位置検出区間設定手段は、固定値を１０度とし、安全係数を２とし（請求項５）、更に、所定の目標位置検出区間を１５度と予め設定するとともに、所定の目標位置検出区間を１８０度から減じた電気角である所定の目標通電角を１６５度と予め設定する（請求項６）。これらの固定値及び安全係数の値は、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て目標通電角を１６５度程度にするべく求められた値であり、１６５度の最適な目標通電角にて電動機を駆動しつつ、変動値が０の場合には１７０度の最大通電角を得ることもできる。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、電動機の負荷及び電源電圧の変動によって生じる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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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る。
【００１７】
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、ＩＰＭ２２に対してＰＷＭ制御信号２６が供給され、同制御信号に応じた所定の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。これより、モータ２の回転数、ひいては圧縮機の圧縮能力を適宜変更することができ、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。
【００１８】
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において、位置検出抵抗３０を介した回転子位置信号３２として検出することで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）。
【００１９】
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、誘起電圧波形３４がＵ相に印加される電源電圧Ｅの１／２となる中間電圧Ｅ／２におけるクロス点３６にて交差している。
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、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、モータ２の目標通電角を１６５度まで広角、換言すると、目標位置検出区間３８を１５度まで狭角したとき、モータ２の負荷及び電源電圧の変動によって、モータ２への駆動電圧と電動機の実際の駆動との同期が失われ、いわゆる脱調が発生し、誘起電圧を検出できなくなり、ひいては回転子の位置が検出できなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態では、ＭＣＵ２４にてモータ２の負荷及び電源電圧の変動に応じて位置検出区間３８を設定変更することによって（位置検出区間設定手段）、モータ２の脱調を回避する脱調回避制御を行っている。
【００２１】
以下、図３のフローチャートを参照して、モータ２の起動から当該脱調回避制御に移行するまでのモータ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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度まで広角した後、Ｓ８に移行する。
【００２４】
Ｓ８では、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脱調回避制御に移行する。
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、その後に１６５度通電方式に切り換えられて駆動される。そして、１６５度通電方式に切り換えられた後に実行されるモータ２の脱調回避制御では、目標通電角を１６５度、目標位置検出区間３８を１５度とするものの、モータ２の変動値に応じて位置検出区間３８、ひいては通電角を都度変更している。
【００２５】
詳しくは、位置検出区間３８は、ＭＣＵ２４にて所定の電気角である固定値と、モータ２の変動値に所定の安全係数Ｋを乗じた補正変動値との加算値として算出される。そして、目標通電角は、
目標通電角＝１８０−（固定値＋変動値×Ｋ）
の算出式にてＭＣＵ２４にて算出される。
【００２６】
固定値は、変動値が０のときの目標通電角の基準値を決定する電気角であり、Ｋは変動値の位置検出区間３８に対する重みづけを決定する安全係数であって、例えば、固定値＝１０度、Ｋ＝２としてこれらのパラメータが予め設定されている。
ここで、ＭＣＵ２４は、図２に示されるように、隣り合うクロス点３６における電気角の間隔である現在から直近の現在位置検出間隔Ｔ（ｎ）と、過去の５区間の過去位置検出間隔Ｔ（ｎ−１）、Ｔ（ｎ−２）、Ｔ（ｎ−３）、Ｔ（ｎ−４）、Ｔ（ｎ−５）とを検出している（位置検出間隔検出手段）。そして、モータ２の変動値は、
変動値＝（Ｔ（ｎ−１）＋Ｔ（ｎ−２）＋Ｔ（ｎ−３）＋Ｔ（ｎ−４）＋Ｔ（ｎ−５））／５−Ｔ（ｎ）
となる電気角として算出される。即ち、過去位置検出間隔Ｔ（ｎ−１）、Ｔ（ｎ−２）、Ｔ（ｎ−３）、Ｔ（ｎ−４）、Ｔ（ｎ−５）を平均した平均位置検出間隔から現在位置検出間隔Ｔ（ｎ）を減じた値がモータ２の変動値として検出される（変動値検出手段）。
【００２７】
以上のように、本実施形態では、ＭＣＵ２４にてモータ２の負荷及び電源電圧の変動に基づく変動値が検出され、この変動値に基づいて位置検出区間３８が設定変更される。これにより、モータ２の変動値に基づいて位置検出区間３８を適宜変更することができるため、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てモータ２の安定駆動を実現することができる。
【００２８】
また、モータ２の起動時には１２０度通電方式にてモータ２を駆動するべく位置検出区間３８を６０度に設定し、その後にモータ２の駆動状態に応じて、モータ２を１６５度通電方式にて駆動するべく、位置検出区間３８を１５度に切り換える。これにより、一般に回転子位置が不安定となるモータ２の起動時であっても、モータ２の脱調を回避しながら回転子の位置検出を確実に行うことができる。
【００２９】
更に、位置検出区間３８は、(固定値＋変動値×Ｋ)として設定され、位置検出区間３８の基準値を固定値によって設定できるとともに、モータ２の実際の変動値の変動幅に即して位置検出区間３８における変動値の重みづけを行いながら位置検出区間３８の目標値を決定することができる。従って、モータ２の脱調を回避しながら回転子の位置検出を更に確実に行うことができる。
【００３０】
具体的には、固定値は１０度、安全係数Ｋは２に予め設定され、これらの値は、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て目標通電角を１６５度程度にするべく求められた値であり、１６５度の最適な目標通電角にてモータ２を駆動しつつ、変動値が０の場合には１７０度の最大通電角を得ることもできる。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の負荷及び電源電圧の変動によって生じる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】
更にまた、変動値は、モータ２の脱調に直接に関わる位置検出間隔Ｔ（ｎ）の変動として検出されるため、モータ２の脱調回避の精度を更に向上することができる。
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度になるように固定値及び安全係数Ｋを設定しているが、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を変動値に基づいて設定し、ひいては少なくとも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、変動値＝（Ｔ（ｎ−１）＋Ｔ（ｎ−２）＋Ｔ（ｎ−３）＋Ｔ（ｎ−４）＋Ｔ（ｎ−５））／５−Ｔ（ｎ）の式にて６つの位置検出間隔をサンプリングすることによって変動値を算出しているが、サンプリング数は複数であればこの数に限定されない。
【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】図１のＭＣＵで実行される脱調回避制御に移行するまで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）
３８  位置検出区間
【図１】
2010063302.tif 000003
【図３】
2010063302.tif 000004
【図２】
2010063302.tif 000005