(57)【要約】【課題】二相センサレス制御方式において電圧飽和時に位置推定を行うインバータ装置を提供する。【解決手段】本発明においては、直流電源で供給される直流値を交流値に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路にかかる電圧を検出する電圧検出部と、二相センサレス制御の位置推定によって算出した電圧値を保存しておく記憶部と、前記インバータ回路がモーターへ出力すべき交流電流値を前記電圧検出部によって検出された電圧値に基づいて算出して前記インバータ回路に供給する制御部と、を備える。前記制御部は、前記電圧検出部によって前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電圧値の飽和を監視し、前記モーターへ出力すべき交流電圧値が飽和した際に、前記記憶部に保存された電圧値に基づいて、前記モーターのロータ位置を推定し、該推定の結果に基づき前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電流値を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源で供給される直流値を交流値に変換してモータへ供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路にかかる電圧を検出する電圧検出部と、
二相センサレス制御の位置推定によって算出した電圧値を保存しておく記憶部と、
前記インバータ回路がモーターへ出力すべき交流電流値を前記電圧検出部によって検出された電圧値に基づいて算出して前記インバータ回路に供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧検出部によって前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電圧値の飽和を監視し、
前記モーターへ出力すべき交流電圧値が飽和した際に、前記記憶部に保存された電圧値に基づいて、前記モーターのロータ位置を推定し、該推定の結果に基づき前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電流値を制御することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用エアコンのコンプレッサ制御に用いるインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりガソリン車では、エンジンの力を利用して車両内に配置された車両用エアコンのコンプレッサを駆動している。一方で、ハイブリッド車や電気自動車ではガソリン車のようなエンジンが存在せず、モーターでコンプレッサを駆動させており、モーターで駆動させるコンプレッサを電動コンプレッサと呼ぶ。
【０００３】
この電動コンプレッサのモーターを制御する際は、インバータ装置が用いられる。インバータ装置では、モーターに流れる電流値を読み取り、読み取った電流値に基づきパルス幅、即ちＤＵＴＹ比を算出し、算出されたＤＵＴＹ比のＤＵＴＹパルスをインバータ回路に出力することに用いられる。そして、このＤＵＴＹパルスによって直流値から交流値への変換を制御して、該交流値をモーターに印加する。
【０００４】
このようなインバータ回路を用いたエアコン用コンプレッサのモーター制御において、一般的な手法である二相センサレス制御では、インバータ回路を流れる電流とモーターへの印加電圧から磁石回転子（ロータ）位置を推定している。
【０００５】
この二相センサレス制御では、二相ｄ−ｑ上モデルでの電圧方程式を解き、正しく制御されていれば、誘起電圧のｄ軸成分がゼロになるとの原理から、時刻ｎとｎ−１における電流誤差を、誘起電圧の大きさと方向の各誤差に対応させモデル更新する。そして、その大きさから角度、方向から位置を各々求めて、磁石回転子（ロータ）を制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
一方、三相上モデルでの電圧方程式を解き、各相誘起電圧を計算し、時刻ｎとｎ−１における誤差を位置ずれに対応させ、モデル更新により位置補正をしながら磁石回転子（ロータ）を制御する三相センサレス制御方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００３／０８１７６５号
【非特許文献１】電学論Ｄ．１１５巻４号．４２０−４２２、平成７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この二相センサレス制御では、低速時や外乱に対する安定性が良く、演算量が少ないといったメリットがある一方で、電圧飽和になると位置推定の演算に使用する電圧波形が正弦波ではなくなり、位置推定が出来ないという問題があった。なお、電圧飽和とは、電動コンプレッサの電源電圧が低下、若しくはモーターの負荷が大きくなり、モーターに印加する電圧が電源電圧として足りなくなった状態（印加電圧が飽和した状態）である。
【０００９】
又、電圧飽和を解決する技術として、三相センサレス制御が知られているが、二相センサレス制御方式に比べて、電圧飽和しても位置推定が可能になるというメリットはあるものの、低速時においては安定性が悪く、外乱に対し不安定、演算量が多いといった問題を生じる。
【００１０】
本発明は、従来の二相センサレス制御および三相センサレス制御で生じた問題を鑑みてなされたもので、二相センサレス制御方式においてモーターへの印加電圧が正弦波を維持出来なくなったタイミングで位置検出演算に使用する印加電圧を実際にモーターに印加する電圧を利用するのではなく、二相センサレス制御の位置推定によって算出した印加電圧を利用する。これによって、電圧飽和時においても多大な演算量を必要とすることなく、ロータの位置推定をおこない、電圧飽和時においてもモーター制御が可能なインバータ回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明のインバータ装置は、直流電源で供給される直流値を交流値に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路にかかる電圧を検出する電圧検出部と、二相センサレス制御の位置推定によって算出した電圧値を保存しておく記憶部と、前記インバータ回路がモーターへ出力すべき交流電流値を前記電圧検出部によって検出された電圧値に基づいて算出して前記インバータ回路に供給する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出部によって前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電圧値の飽和を監視し、前記モーターへ出力すべき交流電圧値が飽和した際に、前記記憶部に保存された電圧値に基づいて、前記モーターのロータ位置を推定し、該推定の結果に基づき前記インバータ回路が前記モーターへ出力すべき交流電流値を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明で用いる二相センサレス制御方式のインバータ装置では電圧飽和時においても多大な演算量を必要とすることなく、ロータの位置推定をおこない、電圧飽和時においてもモーターを停止させず継続したモーター制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における車両に用いられるエアコン周辺の構成ブロック図
【図２】本発明の実施の形態におけるインバータ装置の構成ブロック図
【図３】本発明におけるインバータ制御のフローチャート
【図４】本発明のモーター正常時の印加電圧、および電圧飽和時の印加電圧を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、自動車１で利用される電動コンプレッサ１２周辺の車両用エアコン１１の構成である。
【００１６】
車両用エアコン１１は、電動コンプレッサ１２とコンデンサ１３、クーリングユニット１４とそれらを繋ぐ高圧ホース１５、低圧ホース１６の機器から構成される。車両用エアコン１１は、これら機器の中を冷媒が循環していくことで、電動コンプレッサ１２によって圧縮された冷媒をコンデンサ１３で冷やし、冷やされた冷媒をクーリングユニット１４にて気化させ、気化熱を利用して車両内の熱を吸収する。そして、暖められた冷媒を再び電動コンプレッサ１２に巡回させることで、車両内の熱を継続的吸収し、車両内を冷却する。
【００１７】
このように車両用エアコン１１に用いられている電動コンプレッサ１２は、冷媒を圧縮し、コンデンサ１３では圧縮された冷媒の熱を自動車の車両外に放出し、クーリングユニット１４では車両内の熱を吸収する。そして、これら機器を繋ぐ高圧ホース１５、低圧ホース１６は、それぞれ高圧状態・低圧状態の冷媒の通り道となる。
【００１８】
また、電動コンプレッサ１２の電源には、高電圧のバッテリーが必要となるため、高電圧ハーネス１７を介して、車両内の高電圧バッテリー１８に接続される。
【００１９】
次にインバータ装置とその周辺の回路構成について図２に示す。
【００２０】
インバータ装置２は、制御部２１、電流検出部２２、電圧検出部２３、ＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５、インバータ回路２８、電流センサ２９１、電圧センサ２９２から構成される（図２の点線枠内）。
【００２１】
インバータ装置２は、直流電源１９、車両内に設置された車両内温度を計測する温度センサ２６と、車両用エアコン１１の使用者が温度調整した設定温度を取得する温度設定装置２７、電動コンプレッサを駆動するモーター３に接続される。
【００２２】
制御部２１は、車両内温度と設定温度の差から、どのくらいの速度でモーター３を駆動すれば良いかを算出する指令回転速度、及び、モータ−３を構成する磁石回転子（ロータ）の位置情報に基づきインバータ回路２８を構成するスイッチング素子を制御する。また制御部２１は、高電圧バッテリー１８からの直流電圧をスイッチングすることにより、正弦波電流を電動コンプレッサ１２のモータ−３へ出力する。更に制御部２１は、モータ−３の実回転速度が指令回転速度と一致するようインバータ回路２８指令値を出力し、インバータ回路２８を作動させる。
【００２３】
電流検出部２２は、モーター３に流れる電流の大きさを電流センサ２９１によって取得し、電流の大きさをＡ／Ｄ変換して、制御部２１に通知する。
【００２４】
電圧検出部２３は、インバータ回路２８にかかる高電圧電源の電圧の大きさを取得し、電圧の大きさをＡ／Ｄ変換してから、制御部２１に通知する。
【００２５】
ＲＯＭ２４は、制御部２１の命令データを保存しておく記憶部となる。
【００２６】
ＲＡＭ２５は、電圧指令値もしくはインバータ回路指令値を保存する記憶部となる。
【００２７】
インバータ回路２８は、車両の高電圧バッテリー１８から得られる直流電流を交流電流に変換する。このインバータ回路２８にインバータ回路指令値を出力することによって、交流波形の大きさや周波数を変える。これによってインバータ回路２８に接続されたモーター３のトルクや回転速度を制御する。
【００２８】
このような構成においてインバータ装置２は、電圧センサ２９２から電源の電圧を取得し、電流センサ２９１からモーター３に流れている三相の電流値を取得する。また、モーター３に流れている電流値から、二相上のモータモデルの電圧方程式を解きモーター３のロータ位置を推定を行っている。
【００２９】
次に、車両用エアコン１１を使用して車両室内の温度を調整する際のインバータ装置２におけるインバータ制御について、図３を用いて説明する。尚、ここでは車両室内の温度３５℃の状態から、車両用エアコン１１の設定温度を２５℃に調整する際のインバータ制御のフロー図である。
【００３０】
まず制御部２１は、Ｓ１ステップにおいて、温度センサ２６から取得した車両室内の温度（例えば３５℃）と温度設定装置２７の設定温度（例えば２５℃）との差に応じて、モーター３の指令回転速度を算出し決定する（例えは３０００ｒｐｍ）。この際、モーター
３の回転速度が速いほど、より急速に車両室内を冷やすことが可能となる。
【００３１】
続いて制御部２１は、Ｓ２ステップにおいて、現在のモーター速度(実回転速度)(例えば１０００ｒｐｍ)と指令回転速度（例えば３０００ｒｐｍ）との差から、速度制御を行い、モーター３を駆動させる力の大きさである電流指令値を算出する。
【００３２】
制御部２１は、Ｓ３ステップにおいて、電流制御を行い、電流指令値とロータ位置から三相の電圧指令値を算出する(例えば３７０Ｖ)。ここで、算出された電圧指令値をＲＡＭ２５に保存する。
【００３３】
制御部２１は、Ｓ４ステップにおいて、電圧指令値(例えば３７０Ｖ)から実際にインバータ回路２８に出力する値（インバータ回路指令値）を算出する(例えば３７０Ｖ’)。
【００３４】
制御部２１は、Ｓ５ステップにおいて、インバータ回路指令値(例えば３７０Ｖ’)が、インバータ回路２８に出力する最大値（例えば３００Ｖ）を超えて電圧飽和となっているか否かを判断する。この際に電圧飽和していれば、制御部２１は、インバータ回路指令値（例えば３７０Ｖ’）をインバータ回路２８に出力する最大値（例えば３００Ｖ）に変更し、インバータ回路２８に出力する（Ｓ６ステップ）。その一方で、電圧飽和していなければ、制御部２１は、インバータ回路指令値をＲＡＭ２５に上書き保存を行う（Ｓ７ステップ）。
【００３５】
制御部２１は、Ｓ８ステップにおいて、インバータ回路２８にインバータ回路指令値を出力する。
【００３６】
制御部２１は、Ｓ９ステップにおいて、電流センサ２９１から得られたモータ電流値とＲＡＭ２５に保存された電圧値(３７０Ｖ)から磁石回転子（ロータ）位置を推定する。
【００３７】
制御部２１は、Ｓ１０ステップにおいて、ロータ位置からモーターの実回転速度を算出する。そして制御部２１は、Ｓ２ステップへ処理を戻す。
【００３８】
以上説明したように、電動コンプレッサ１２に用いられるインバータ装置２において、電圧飽和時にインバータ回路２８に出力したい電圧値（図４の波形Ａ）をＲＡＭ２５に格納しておく。その後、ＲＡＭ２５に格納しておいた電圧値を位置推定の演算に使用する。この結果として、実際に出力した電圧値（図４の波形Ｂ）が正弦波にならない場合においても二相ｄ−ｑ上モデルの電圧方程式を保たせることが可能となる。これによって、電圧飽和時でも位置推定が可能となるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車載用エアコンの電動コンプレッサに用いられるインバータ装置において、電源電圧が急激に低下した場合でもモーターを停止させず継続してモーター制御を効果的に行えるようにする。
【００４０】
従ってハイブリッド車や電気自動車で用いられる他、例えば、電源電圧を超えるような大きな負荷が発生する場合や電源電圧が利用者の意図に反して下がるような場合においても同様な活用が期待される。
【符号の説明】
【００４１】
１      自動車
１１    車両用エアコン
１２    電動コンプレッサ
１３    コンデンサ
１４    クーリングユニット
１５    高圧ホース
１６    低圧ホース
１７    高電圧ハーネス
１８    高電圧バッテリー
１９    直流電源
２      インバータ装置
２１    制御部
２２    電流検出部
２３    電圧検出部
２４    ＲＯＭ
２５    ＲＡＭ
２６    温度センサ
２７    温度設定装置
２８    インバータ回路
２９１  電流センサ
２９２  電圧センサ
３      モーター
【図１】
2014073059.tif 000003
【図２】
2014073059.tif 000004
【図３】
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【図４】
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