(57)【要約】  三相の交流電圧が印加される第１巻線群６及び第２巻線群７を有するモータ５を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、第１のインバータ３及び第２のインバータ４を備え、第１のインバータ３は第１巻線群６に交流電圧を印加し、第２のインバータ４は第２巻線群７に交流電圧を印加する。第１巻線群６及び第２巻線群７のうちの何れかに誘起される誘起電圧を検出する電圧検出器として第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２が備えられる。
2018025331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の交流電圧が印加される３つの巻線部からなる巻線群を複数有し、複数の前記巻線群が前記巻線群ごとに電気的に独立した回路で構成されたモータ、を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、
少なくとも１つの前記巻線群に前記交流電圧を印加する少なくとも１つのインバータと、
少なくとも１つの前記巻線群のうちの少なくとも１つの前記巻線部に誘起される誘起電圧を検出する誘起電圧検出器と、
を備えたモータ駆動装置。
【請求項２】
前記巻線群は、第１及び第２の巻線群から構成され、
前記インバータは、前記第１の巻線群に第１の三相交流電圧を印加する第１のインバータと、前記第２の巻線群に第２の三相交流電圧を印加する第２のインバータと、
を備えた請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記誘起電圧検出器を備えていないインバータの少なくとも１つ以上がモータ電流を検出する電流検出器を備えている請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記電流検出器は、前記インバータの出力側に設けられている請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記電流検出器は、前記インバータの入力側に設けられている請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記誘起電圧検出器を備えたインバータは矩形波制御される請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記誘起電圧検出器の検出情報に基づいて、前記誘起電圧検出器を備えていない前記インバータを制御する請求項１から６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記モータの速度が第１の速度以下、又は、前記モータの駆動負荷が予め設定された負荷値以下の場合には、複数の前記インバータの中で任意のインバータを停止させる請求項１から７の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
複数の前記インバータの中で何れかのインバータを停止させるときには、前記誘起電圧検出器を備えたインバータを停止する請求項１から８の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
正弦波制御される前記インバータのスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子で形成されている請求項１から９の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
正弦波制御される前記インバータの出力が矩形波制御される前記インバータの出力よりも大きい請求項１から１０の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
矩形波制御される前記インバータの出力が正弦波制御される前記インバータの出力よりも大きい請求項１から１０の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備えた空気調和機。
【請求項１４】
請求項１から１２の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備えた冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置、冷蔵庫及び空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相巻線を複数有する多群の巻線構造の同期モータを駆動する手法として、下記特許文献１には、２群の巻線を有する同期モータにおいて、１つの巻線群をマスターインバータで駆動し、残りの巻線群をスレーブインバータで駆動し、両インバータは回転座標上の電圧指令と電流検出信号及びモータの回路定数と推定速度から推定位相角を演算し、平均値演算部は推定位相角の平均値を求め、速度推定部は平均値から推定速度を演算し、位置積分部は推定速度を時間積分して推定基準位相を演算する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５２７０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同期モータに限らず、モータを低回転すなわち低速で駆動する場合、モータの慣性駆動力が弱いため、モータを安定して駆動させるには、モータを高精度に制御する必要がある。しかしながら、上記特許文献１の手法では、複数の巻線群のそれぞれに流れる電流の平均値を用いるため、多群の巻線構造ではない通常のモータを制御する場合に比べて、制御性が悪化するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多群の巻線構造のモータを制御する場合であっても、低速域での制御性の悪化を抑制することができる、モータ駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、三相の交流電圧が印加される３つの巻線部からなる巻線群を複数有し、複数の前記巻線群が前記巻線群ごとに電気的に独立した回路で構成されたモータ、を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、少なくとも１つの前記巻線群に前記交流電圧を印加する少なくとも１つのインバータと、少なくとも１つの前記巻線群のうちの少なくとも１つの前記巻線部に誘起される誘起電圧を検出する誘起電圧検出器と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多群の巻線構造のモータを制御する場合であっても、制御性の悪化を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図
【図２】本実施の形態に係るインバータ制御部の構成例を示すブロック図
【図３】本実施の形態の制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図
【図４】本実施の形態の制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
【図５】本実施の形態のモータ駆動装置でモータを駆動する際の第１のインバータ及び第２のインバータの動作状態の遷移例を示す図
【図６】モータの巻線群に誘起される誘起電圧の一例を示す図
【図７】本実施の形態に係るモータ駆動装置の図１とは異なる構成を示す回路図
【図８】一般的な正弦波ＰＷＭ制御を行うときのインバータに付与する駆動信号とインバータが出力する電圧波形を示す図
【図９】一般的な矩形波制御を行うときのインバータに付与する駆動信号とインバータが出力する出力電圧波形を示す図
【図１０】本実施の形態に係るモータ駆動装置の図１及び図７とは異なる構成を示す回路図
【図１１】本実施の形態に係るモータ駆動装置の図１、図７及び図１０とは異なる構成を示す回路図
【図１２】本実施の形態に係るモータ駆動装置を空気調和機に適用した一例を示す図
【図１３】本実施の形態に係るモータ駆動装置を冷蔵庫に適用した一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置、冷蔵庫及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態．
図１は、本実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図である。図１では、本実施の形態に係るモータ駆動装置と複数の巻線群を有するモータとの間の電気的な接続関係を示している。本実施の形態において、モータ５は、図１に示すように、１つ以上のコイルが巻回されたＵ相巻線部６Ｕ、１つ以上のコイルが巻回されたＶ相巻線部６Ｖ及び１つ以上のコイルが巻回されたＷ相巻線部６Ｗからなる第１巻線群６、並びに、１つ以上のコイルが巻回されたＵ相巻線部７Ｕ、１つ以上のコイルが巻回されたＶ相巻線部７Ｖ及び１つ以上のコイルが巻回されたＷ相巻線部７Ｗからなる第２巻線群７を備えた２群三相構造のモータである。第１巻線群６と第２巻線群７とは、モータ５の内部では結線されておらず、互いに電気的に独立した構成となっている。モータ５は、図示しない固定子および回転子を備えている。
【００１１】
また、図１では、第１のインバータ３、第２のインバータ４及びモータ５に加え、直流電力を第１のインバータ３に供給する第１の平滑手段であるコンデンサ１、直流電力を第２のインバータ４に供給する第２の平滑手段であるコンデンサ２、第１巻線群６のＵ相電流を検出する第１の電流検出器８、第１巻線群６のＷ相電流を検出する第２の電流検出器９、第２巻線群７のＵ相電流を検出する第３の電流検出器１０、第２巻線群７のＷ相電流を検出する第４の電流検出器１１、モータ５の第２巻線群７のＵ相に誘起される電圧（以下「Ｕ相誘起電圧」と称する）を検出する第１の誘起電圧検出器５０、モータ５の第２巻線群７のＶ相に誘起される誘起電圧（以下「Ｖ相誘起電圧」と称する）を検出する第２の誘起電圧検出器５１及びモータ５の第２巻線群７のＷ相に誘起される誘起電圧（以下「Ｗ相誘起電圧」と称する）を検出する第３の誘起電圧検出器５２、並びに、第１のインバータ３及び第２のインバータ４を制御するインバータ制御部１２を示している。
【００１２】
なお、図１では、第１巻線群６のＶ相電流を検出する電流検出器と、第２巻線群７のＶ相電流を検出する電流検出器は設けていない。この構成の場合、第１巻線群６のＶ相電流は、第１の電流検出器８が検出したＵ相電流と、第２の電流検出器９が検出したＷ相電流とから求めることができる。同様に、第２巻線群７のＶ相電流は、第３の電流検出器１０が検出したＵ相電流と、第４の電流検出器１１が検出したＷ相電流とから求めることができる。
【００１３】
第１の電流検出器８、第２の電流検出器９、第３の電流検出器１０及び第４の電流検出器１１が検出した検出電流、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２が検出した誘起電圧、並びに、コンデンサ１及びコンデンサ２の検出電圧は、インバータ制御部１２に入力される。インバータ制御部１２は、検出電流、誘起電圧及び検出電圧に基づいて第１のインバータ３及び第２のインバータ４を制御する。
【００１４】
第１のインバータ３は第１巻線群６に接続され、第２のインバータ４は第２巻線群７に接続されている。第１のインバータ３は第１巻線群６の複数の相のそれぞれに第１の電力を供給し、第２のインバータ４は第２巻線群７の複数の相のそれぞれに第２の電力を供給する。第１巻線群６と第２巻線群７とは、各々に接続される第１のインバータ３及び第２のインバータ４により、互いに独立且つ個別に制御される。
【００１５】
なお、図１では、モータ５が、三相で巻回された巻線群を２群有する２群三相構造の場合を例示しているが、モータ５が備える巻線群の数は３群以上であってもよい。すなわち、モータ５は、多群三相構造のモータであってもよい。具体的な例として、第１巻線群６が複数の巻線部を有する場合を挙げられる。巻線部を複数有する場合、巻線群に流れる電流が複数の巻線部に分流するので、巻線群全体の抵抗が小さくなって低損失となり、高出力対応のモータとして構成することが可能となる。
【００１６】
また、図１では、モータ５が三相モータである例、具体的には第１巻線群６及び第２巻線群７のそれぞれがＵＶＷの三相で巻回されている例を示しているが、モータ５の相数は３に限定されず２又は４以上であればよい。すなわち、モータ５は、多群単相構造のモータであってもよいし、多群多相構造のモータであってもよい。
【００１７】
また、図１では、第１のインバータ３は第１巻線群６に接続され、第２のインバータ４は第２巻線群７に接続される場合を例示しているが、第１のインバータ３及び第２のインバータ４のうちの少なくとも１つは、複数のインバータを備えていてもよい。
【００１８】
複数のインバータを備える具体的な例として、第１のインバータ３が３つの三相インバータを有する場合が挙げられる。ここで、第１のインバータ３を構成する３つの三相インバータを、インバータＡ、インバータＢ及びインバータＣとして識別する。この構成において、インバータＡを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対（図示省略）のそれぞれがＵ相巻線部６Ｕに電流を供給し、インバータＢを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のそれぞれがＶ相巻線部６Ｖに電流を供給し、インバータＣを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のそれぞれがＷ相巻線部６ｗに電流を供給するように結線することができる。この構成の場合、インバータＡ，Ｂ，Ｃの電流容量が小さくても、インバータＡ，Ｂ，Ｃ全体で大電流容量のインバータを実現することができる。
【００１９】
また、第１のインバータ３が３つのインバータＡ，Ｂ，Ｃを有する場合の他の結線例として、インバータＡを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第１のスイッチング素子対と、インバータＢを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第１のスイッチング素子対と、インバータＣを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第１のスイッチング素子対とが、Ｕ相巻線部６Ｕに電流を供給し、インバータＡを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第２のスイッチング素子対と、インバータＢを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第２のスイッチング素子対と、インバータＣを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第２のスイッチング素子対とが、Ｖ相巻線部６Ｖに電流を供給し、インバータＡを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第３のスイッチング素子対と、インバータＢを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第３のスイッチング素子対と、インバータＣを構成する３つの上下アームのスイッチング素子対のうちの第３のスイッチング素子対とが、Ｗ相巻線部６Ｗに電流を供給するように結線してもよい。このような結線の場合でも、電流容量の小さいインバータＡ，Ｂ，Ｃを使用し、インバータＡ，Ｂ，Ｃ全体で大電流容量のインバータを実現することができる。なお、インバータと巻線群が１対１の関係であっても、３以上の多群巻線構造を実現してもよく、その場合、各インバータ及びモータ巻線群の電流容量を抑制可能である。
【００２０】
次に、本実施の形態に係るインバータ制御部１２の構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係るインバータ制御部１２の構成例を示すブロック図である。
【００２１】
本実施の形態に係るインバータ制御部１２は、図２に示すように、第１の電流制御部１３、第１の電圧指令生成部１４、第１のＰＷＭ信号生成部１５、第１の三相二相変換部１６、第１の速度推定部１７、第２の電流制御部１８、第２の電圧指令生成部１９、第２のＰＷＭ信号生成部２０、第２の三相二相変換部２１、トルク電流指令部２２、第２の速度推定部２３、速度推定切替部２４及びトルク電流指令分配部２５を備える。
【００２２】
第１の電流制御部１３は、第１のインバータ３が第１巻線群６に流すｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１を制御するための制御部であり、後述する第１の三相二相変換部１６が演算した第１のインバータ３のｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１と、後述するトルク電流指令分配部２５によって分配された第１のインバータ３への第１のトルク電流指令Ｉｑ１*と、予め設定あるいは外部から入力あるいは演算で求めたｄ軸電流指令Ｉｄ１*に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄ１及びｑ軸電圧Ｖｑ１を求める。
【００２３】
第１の電圧指令生成部１４は、第１の電流制御部１３が生成したｄ軸電圧Ｖｄ１及びｑ軸電圧Ｖｑ１、並びに、後述する速度推定切替部２４が出力する位相θに基づいて、第１のインバータ３に付与する電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を生成する。
【００２４】
第１のＰＷＭ信号生成部１５は、第１の電圧指令生成部１４が生成した電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１及びコンデンサ１の両端電圧Ｖｄｃ１に基づいて、第１のインバータ３のスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成して、第１のインバータ３を制御する。
【００２５】
第１の三相二相変換部１６は、第１の電流検出器８及び第２の電流検出器９からの電流情報、並びに、後述する速度推定切替部２４が出力する位相θに基づいて、ｄｑ座標系の電流値であるｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１を演算する。
【００２６】
第１の速度推定部１７は、ｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１に基づいて、モータ５の速度推定値の１つである第１推定速度ωｉ及び位相推定値の１つである第１位相θｉを推定する。ここで、ω及びθに付記される“ｉ”は、電流情報に基づく推定値であることを意味している。なお、ここで言う「速度」とは回転速度であり、また、回転速度とは単位時間当たりの回転数である。
【００２７】
第２の電流制御部１８は、第２のインバータ４が第２巻線群７に流すｄ軸電流Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ２を制御するための制御部であり、後述する第２の三相二相変換部２１が演算した第２のインバータ４のｄ軸電流Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ２と、後述するトルク電流指令分配部２５によって分配された第２のインバータ４への第２のトルク電流指令Ｉｑ２*と、予め設定あるいは外部から入力あるいは演算で求めたｄ軸電流指令Ｉｄ２*に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄ２及びｑ軸電圧Ｖｑ２を求める。
【００２８】
第２の電圧指令生成部１９は、第２の電流制御部１８が生成したｄ軸電圧Ｖｄ２及びｑ軸電圧Ｖｑ２、並びに、後述する速度推定切替部２４が出力する位相θに基づいて、第２のインバータ４に付与する電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を生成する。
【００２９】
第２のＰＷＭ信号生成部２０は、第２の電圧指令生成部１９が生成した電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２及びコンデンサ２の両端電圧Ｖｄｃ２に基づいて、第２のインバータ４のスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成して、第２のインバータ４を制御する。
【００３０】
第２の三相二相変換部２１は、第３の電流検出器１０及び第４の電流検出器１１からの電流情報、並びに、後述する速度推定切替部２４が出力する位相θに基づいて、ｄｑ座標系の電流値であるｄ軸電流Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ２を演算する。
【００３１】
第２の速度推定部２３は、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２からの電圧情報に基づいて、モータ５の速度推定値の１つである第２推定速度ωｖ及び位相推定値の１つである第２位相θｖを推定する。ここで、ω及びθに付記される“ｖ”は、電圧情報に基づく推定値であることを意味している。
【００３２】
速度推定切替部２４は、第１の速度推定部１７が推定した第１推定速度ωｉ及び第１位相θｉと第２の速度推定部２３が推定した第２推定速度ωｖ及び第２位相θｖのうちの何れを出力するのかを決定し、決定した推定速度及び推定位相を出力する。すなわち、速度推定切替部２４は、電流情報に基づく推定値を出力するのか、電圧情報に基づく推定値を出力するのかを切り替える制御を行う。
【００３３】
トルク電流指令部２２は、速度指令ω*と速度推定切替部２４が出力する推定速度ωとの偏差に基づいて、２群三相構造のモータ５における全体のトルク電流指令を生成する。トルク電流指令Ｉｑ*を生成してトルク電流指令分配部２５に出力する。
【００３４】
トルク電流指令分配部２５は、全体のトルク電流指令Ｉｑ*に基づいて、第１のインバータ３に付与するための第１のトルク電流指令Ｉｑ１*及び第２のインバータ４に付与するための第２のトルク電流指令Ｉｑ２*を生成し、生成した第１のトルク電流指令Ｉｑ１*を第１の電流制御部１３に出力し、生成した第２のトルク電流指令Ｉｑ２*を第２の電流制御部１８に出力する。
【００３５】
次に、上述したインバータ制御部１２の機能を実現するハードウェア構成について、図３を参照して説明する。なお、インバータ制御部１２の機能とは、インバータ制御部１２の構成部として示した、第１の電流制御部１３、第１の電圧指令生成部１４、第１のＰＷＭ信号生成部１５、第１の三相二相変換部１６、第１の速度推定部１７、第２の電流制御部１８、第２の電圧指令生成部１９、第２のＰＷＭ信号生成部２０、第２の三相二相変換部２１、トルク電流指令部２２、第２の速度推定部２３、速度推定切替部２４及びトルク電流指令分配部２５が司る機能である。
【００３６】
上述した各種の制御部の機能を実現する場合には、図３に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２００、ＣＰＵ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などと称されるものであってもよい。また、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性又は揮発性の半導体メモリなどが該当する。
【００３７】
具体的に、メモリ２０２には、各種の制御部の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２００は、インタフェース２０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、本実施の形態で説明された各種の演算処理を実行する。
【００３８】
なお、図３に示すＣＰＵ２００及びメモリ２０２は、図４のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００３９】
次に、本実施の形態のモータ駆動装置における要部動作について、図１から図６の図面を参照して説明する。図５は、本実施の形態のモータ駆動装置でモータ５を駆動する際の第１のインバータ３及び第２のインバータ４の動作状態の遷移例を示す図であり、横軸は回転速度、縦軸は第１のインバータ３及び第２のインバータ４のそれぞれに付与するトルクを表している。また、図６は、モータ５の巻線群に誘起される誘起電圧の一例を示す図であり、横軸はモータ電気角位相、縦軸はモータ誘起電圧を表している。なお、「モータ電気角位相」とは、モータ５が回転するときの機械的な回転角ではなく、電気角に換算した位相角である。
【００４０】
まず、図５に示す運転状態の遷移例を説明する。図５において、（ａ）の領域は低速回転域であり、（ｃ）の領域は高速回転域である。（ａ）と（ｃ）の間にある（ｂ）の領域は、移行領域である。低速回転域（ａ）では、第１のインバータ３のみを動作させ、第２のインバータ４は停止させている。一方、高速回転域（ｃ）では、第１のインバータ３及び第２のインバータ４の双方を動作させている。移行領域（ｂ）では、第１のインバータ３及び第２のインバータ４共に、トルクを増加させている。
【００４１】
第２のインバータ４が停止している場合、第２巻線群７には、図６に示すようなモータ誘起電圧が生起される。このモータ誘起電圧は、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２によって検出される。第２の速度推定部２３は、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２が検出した電圧情報を使用して第２推定速度ωｖ及び第２位相θｖを推定する。
【００４２】
このように、第２の速度推定部２３は、第２のインバータ４が停止しているときに、モータ５の誘起電圧を検出する。第２のインバータ４が停止しているときの誘起電圧は、第２のインバータ４が第２巻線群７に印加した電圧ではなく、第１のインバータ３が第１巻線群６に印加した電圧によって第２巻線群７に誘起した電圧である。このため、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２によって、波形のきれいな、且つ位相角のゆらぎの小さい、三相のモータ誘起電圧を検出することが可能となる。これにより、速度及び位相の推定値である第２推定速度ωｖ及び第２位相θｖを高精度に推定することが可能となる。
【００４３】
図５の例では、低速回転域、すなわち低速で駆動する場合に第２のインバータ４を停止させている。具体的な制御態様としては、低速回転域（ａ）と移行領域（ｂ）との境界を決める第１の速度を予め設定しておき、モータ５の速度が第１の速度以下、もしくは第１の速度未満のときには、第２のインバータ４を停止し、モータ５の速度が第１の速度を超えたとき、もしくは第１の速度以上のときには、第２のインバータ４を動作させる制御となる。
【００４４】
なお、図５の例では第２のインバータ４を停止させる条件として速度を用いているが、負荷の大小を条件としてもよい。すなわち予め設定された負荷値に対し、モータ５の駆動負荷が当該負荷値以下、もしくは当該負荷値未満のときには、第２のインバータ４を停止し、モータ５の駆動負荷が第１の当該負荷値を超えたとき、もしくは当該負荷値以上のときには、第２のインバータ４を動作させる制御となる。
【００４５】
低速回転時又は低負荷時に第２のインバータ４を停止させる理由は、双方のインバータを駆動させる場合よりも、片方のインバータを停止させた方が損失を抑制できることが多いからである。また、低負荷時は変調度が小さく、制御性が悪化し易いというのも理由の１つである。
【００４６】
上記の理由により、速度推定切替部２４では、第１のインバータ３及び第２のインバータ４の双方を動作させている通常運転時には、第１の速度推定部１７からの出力値すなわち第１推定速度ωｉ及び第１位相θｉを速度推定切替部２４の出力とし、第１のインバータ３のみが動作し、第２のインバータ４の動作を停止させている抑制運転時には、第２の速度推定部２３からの出力値すなわち第２推定速度ωｖ及び第２位相θｖを速度推定切替部２４の出力とする。
【００４７】
なお、図２の例では、通常運転時の速度推定（以下、便宜的に「通常速度推定」と称する）を第１巻線群６から行っているが、通常速度推定を第２巻線群７から行うようにしてもよい。この場合、図２において、第２の三相二相変換部２１の出力を第１の速度推定部１７に入力する構成とすればよい。また、このとき、第１の三相二相変換部１６の出力を第２の速度推定部２３に入力する必要はない。
【００４８】
以上の説明のように、第２のインバータ４の停止時には、第２の速度推定部２３の出力を使用することで、高精度な第２推定速度ωｖ及び第２位相θｖを用いることができるので、制御性が悪化すると言われている低速回転域においても安定した駆動が可能となる。
【００４９】
なお、上記では、低速時及び低負荷時を例として説明したが、駆動するインバータの合計容量が負荷以上となる条件であれば、回路損失及びモータ損失に応じて過剰となる容量以下に相当するインバータを停止させてもよい。具体的な例で説明すると、第１のインバータ３の定格値が２０ＫＶＡ、第２のインバータ４の定格値が２０ＫＶＡの場合、負荷が２０ＫＶＡ以下であれば第２のインバータ４を停止させる制御を行う。
【００５０】
また、図１では、第３の電流検出器１０及び第４の電流検出器１１の出力をインバータ制御部１２に入力しているが、図７に示すように、第３の電流検出器１０及び第４の電流検出器１１を省略してもよい。この場合、第１のインバータ３に流れる電流に基づいて第１のインバータ３及び第２のインバータ４の双方を制御する構成となる。この構成の場合、電流検出器の数を削減できるので、コストの低減が可能となる。
【００５１】
次に、第１のインバータ３及び第２のインバータ４に印加する駆動信号について説明する。図８は、一般的な正弦波ＰＷＭ制御（単に「正弦波制御」とも称される）を行うときのインバータに付与する駆動信号とインバータが出力する電圧波形を示す図である。図８において、上段部の波形はインバータがモータ巻線に印加する相電圧波形であり、下段部の波形はインバータに付与する駆動信号（ＰＷＭ信号）の波形である。また、図９は、一般的な矩形波制御を行うときのインバータに付与する駆動信号とインバータが出力する電圧波形を示す図である。図９において、上段部の波形はインバータがモータ巻線に印加する相電圧波形であり、下段部の波形はインバータに付与する駆動信号（１２０°通電の矩形波信号）の波形である。
【００５２】
第１のインバータ３を正弦波制御するとき、第２のインバータ４については矩形波制御としたとしても問題ない。第２のインバータ４を矩形波制御とした場合、正弦波制御を行う第１のインバータ３の比重を大きくすれば、制御の安定性が高くなり、振動及び音という評価項目に対する安定性が高く得られる。なお、比重を大きくするとは、出力を大きくするとの意味である。
【００５３】
一方、矩形波制御を行う第２のインバータ４の比重を大きくすれば、スイッチング損失の低減が可能となる。なお、矩形波制御としては、前後半の波形部分で高周波スイッチングを行ってもよい。また、図９では、１２０°通電の矩形波信号を例示したが、１５０°通電の矩形波信号であってもよい。さらに、要約すれば、各インバータに具備される、図示を省略した各相毎の上下アームのスイッチング素子が共にスイッチング動作しない区間が設けられた間欠通電であればよく、同様の効果を得ることが可能である。
【００５４】
また、本実施の形態では、２群三相構造のモータを２つのインバータで駆動する例について説明したが、３群以上の巻線を有するモータであっても、１つ以上の誘起電圧検出器を有したインバータを備えることで同様の効果を得ることが可能である。
【００５５】
またその際、誘起電圧検出器を備えるインバータが接続される巻線群の容量が小さい程、当該インバータを停止させたとしても駆動可能であるモータ出力が大きくなり、広い範囲で誘起電圧検出を利用することが可能となる。
【００５６】
上記の内容は、極論的に言えば、駆動に用いない極小容量の巻線を備えることを意味する。駆動に用いない極小容量の巻線を備え、当該巻線の端子を開放しておけば、当該巻線において、全運転領域における誘起電圧の検出が可能となる。その結果、高精度に位置推定を行うことが可能となり、効率及び信頼性の高いモータ駆動が可能となる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、電流検出器にてモータ電流を直接検出していたが、図１０に示すように、第１のインバータ３の直流側に直流電流検出器５６を設け、直流電流検出器５６の検出値をインバータ制御部１２に入力する構成としてもよい。その際、低負荷では、第１の誘起電圧検出器５０、第２の誘起電圧検出器５１及び第３の誘起電圧検出器５２が検出した誘起電圧の検出情報、並びに、直流電流検出器５６が検出した直流電流の検出情報からモータ電流を推定すればよく、モータ電流を検出する場合と同様な効果を得ることができる。
【００５８】
なお、直流電流の検出手法の１つに、シャント抵抗を用いる手法がある。シャント抵抗を用いれば、安価にシステムを構成しつつ、低速回転域まで安定して駆動させることが可能である。ただし、シャント抵抗を用いる場合、変調度が低い条件では実ベクトルの出力期間が短くなり直流電流の検出が困難となる場合がある。このような場合には、第２の速度推定部２３の推定値を基に、Ｖ／Ｆ制御を行ってもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１のインバータ３及び第２のインバータ４の双方、あるいは、第１のインバータ３及び第２のインバータ４のうちの何れか一方のモータ電流を検出しているが、図１１に示すように、モータ５の第１巻線群６に誘起されるＵ相誘起電圧を検出する第４の誘起電圧検出器５３、モータ５の第１巻線群６に誘起されるＶ相誘起電圧を検出する第５の誘起電圧検出器５４及びモータ５の第１巻線群６に誘起されるＷ相誘起電圧を検出する第６の誘起電圧検出器５５を備えていてもよい。この場合、第１のインバータ３及び第２のインバータ４共に矩形波制御を行えば、誘起電圧のゼロクロス点を検出可能なタイミングがモータ電気角１周期中に各インバータにてそれぞれ６回存在する。このため、２群三相構造のモータの場合では、最大１２回のゼロクロス検出が可能となる。これにより、通常の三相モータに比べて、速度及び位相の更新機会が倍増する。更新機会が倍増すれば、推定誤差が抑制されるので、高精度なモータ駆動が可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態では電流検出器を少なくとも１つのインバータの出力側に備えているが、対応するインバータの下側アームに流れる電流をシャント抵抗にて検出するようにしてもよい。シャント抵抗を用いれば、安価にシステムを構成することができる。
【００６１】
なお、誘起電圧検出器は、一般的に電流検出器に比べて安価に構成が可能なため、コストアップの抑制が可能である。また、電流検出器の代替として誘起電圧検出器に基づいたモータ制御とすることでコスト低減も可能である。
【００６２】
また、図１は、各インバータに対して、それぞれ平滑手段と図示しないコンバータを接続する構成であるが、共通のコンバータと共通の出力母線を設け、当該共通のコンバータが当該共通の出力母線に印加する電圧を各インバータへの入力電圧としてもよい。
【００６３】
また、図１は、第２のインバータ４に対して誘起電圧検出器を３つ用いていたが、誘起電圧検出器の数を２つもしくは１つとしてもよく、位相を検出することは可能である。
【００６４】
また、スイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で形成されたスイッチング素子とすれば、インバータ損失を低減することができ、高効率なシステムが実現可能である。特に、正弦波制御するインバータに適用すれば、スイッチング損失の低減効果が大きくなる。さらに、各インバータの動作の比重に差を持たせる場合には、比重が大きいインバータにワイドバンドギャップ半導体を用いるようにすれば、損失低減効果を大きく得ることが可能である。
【００６５】
以上のように、本実施の形態のモータ駆動装置を用いることで、高効率で高信頼な駆動システムを得ることができる。
【００６６】
また、上述した本実施の形態に係るモータ駆動装置は、空気調和機及び冷蔵庫に好適である。図１２は、本実施の形態に係るモータ駆動装置を空気調和機に適用した一例を示す図である。また、図１３は、本実施の形態に係るモータ駆動装置を冷蔵庫に適用した一例を示す図である。
【００６７】
図１２に示すように、実施の形態に係るモータ駆動装置を適用した空気調和機３００は、室外機３０１及び室内機３０４を備え、室外機３０１は、図示しない冷媒回路に接続され、冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機３０２、及び、図示しない熱交換器に送風する送風機３０３を備えている。そして、これら冷媒圧縮機３０２及び送風機３０３は、上述した実施の形態に係るモータ駆動装置により駆動されるモータにより回転駆動される。このように実施の形態に係るモータ駆動装置を適用した空気調和機３００においても、上述した実施の形態の効果を得ることができる。
【００６８】
図１３に示すように、本実施の形態に係るモータ駆動装置を適用した冷蔵庫４００は、図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機４０１、冷却室４０２、冷却室４０２内に設けられた冷却器４０３、冷却器４０３で生成された冷気を各冷蔵室及び冷凍室に送る冷気循環用の送風機４０４を備えている。そして、冷媒圧縮機４０１及び送風機４０４は、上述した本実施の形態に係るモータ駆動装置により駆動されるモータにより回転駆動される。このように本実施の形態に係るモータ駆動装置を適用した冷蔵庫４００においても、上述した実施の形態の効果を得ることができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置によれば、三相の交流電圧が印加される３つの巻線部からなる巻線群を複数有するモータに対し、少なくとも１つの巻線群に交流電圧を印加するインバータを複数備え、少なくとも１つの巻線群のうちの少なくとも１つの巻線部に誘起される誘起電圧を検出する誘起電圧検出器を１つ以上備えて構成したので、多群の巻線構造のモータを制御する場合であっても、制御性の悪化を抑制することが可能であるとの効果を奏する。また、矩形波制御が可能となり、簡易な制御にて駆動が可能であり、スイッチング損失の低減が可能であるという効果を奏する。さらに、位置検出精度が向上するので、高精度にモータ制御が可能であるという効果を奏する。
【００７０】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置によれば、誘起電圧検出器を備えていないインバータの少なくとも１つ以上がモータ電流を検出する電流検出器を備えているので、少なくとも１つの巻線群への正弦波印加が可能となり、高精度にモータ駆動が可能となる効果を奏する。
【００７１】
なお、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、誘起電圧検出器を備えたインバータを矩形波制御してもよい。矩形波制御することにより、インバータのスイッチング回数が減少するので、スイッチング損失が低減するという効果を奏する。
【００７２】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、モータの速度が第１の速度以下、又は、モータの駆動負荷が予め設定された負荷値以下の場合には、複数のインバータの中で任意のインバータを停止させるようにしてもよい。これにより、低負荷時に動作するインバータ数が少なくなるので、インバータ損失の低減が可能になるという効果を奏する。
【００７３】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、複数のインバータの中で何れかのインバータを停止させるときには、誘起電圧検出器を備えたインバータを停止するようにしてもよい。これにより、全ての位相において誘起電圧の検出が可能となり、位相検出精度が向上するので、高精度なモータ駆動が可能となるという効果を奏する。
【００７４】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、誘起電圧検出器を備えていないインバータを、誘起電圧検出器の検出情報に基づいて制御するようにしてもよい。これにより、適切なタイミングにてインバータを矩形波制御することができ、損失が低減し、制御性が向上するという効果を奏する。
【００７５】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、正弦波制御されるインバータのスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体素子で形成されていてもよい。これにより、スイッチング素子での損失が低減するので、高効率にモータ駆動が可能になるという効果を奏する。
【００７６】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、正弦波制御されるインバータの出力が矩形波制御されるインバータの出力よりも大きくなるように制御してもよい。この制御により、制御性が改善されるので、高精度なモータ駆動が可能になるという効果を奏する。
【００７７】
また、本実施の形態に係るモータ駆動装置において、矩形波制御されるインバータの出力が正弦波制御されるインバータの出力よりも大きくなるように制御してもよい。この制御により、スイッチング損失が低減するので、高高率なモータ駆動が可能になるという効果を奏する。
【００７８】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１，２  コンデンサ、３  第１のインバータ、４  第２のインバータ、５  モータ、６  第１巻線群、６Ｕ，７Ｕ  Ｕ相巻線部、６Ｖ，７Ｖ  Ｖ相巻線部、６Ｗ，７Ｗ  Ｗ相巻線部、７  第２巻線群、８  第１の電流検出器、９  第２の電流検出器、１０  第３の電流検出器、１１  第４の電流検出器、１２  インバータ制御部、１３  第１の電流制御部、１４  第１の電圧指令生成部、１５  第１のＰＷＭ信号生成部、１６  第１の三相二相変換部、１７  第１の速度推定部、１８  第２の電流制御部、１９  第２の電圧指令生成部、２０  第２のＰＷＭ信号生成部、２１  第２の三相二相変換部、２２  トルク電流指令部、２３  第２の速度推定部、２４  速度推定切替部、２５  トルク電流指令分配部、５０  第１の誘起電圧検出器、５１  第２の誘起電圧検出器、５２  第３の誘起電圧検出器、５３  第４の誘起電圧検出器、５４  第５の誘起電圧検出器、５５  第６の誘起電圧検出器、２００  ＣＰＵ、２０２  メモリ、２０３  処理回路、２０４  インタフェース、３００  空気調和機、３０１  室外機、３０４  室内機、３０２  冷媒圧縮機、３０３，４０４  送風機、４００  冷蔵庫、４０１  冷媒圧縮機、４０２  冷却室、４０３  冷却器。
【図１】
2018025331.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018025331.tif 000011
【図１０】
2018025331.tif 000012
【図１１】
2018025331.tif 000013
【図１２】
2018025331.tif 000014
【図１３】
2018025331.tif 000015
【国際調査報告】
2018025331.tif 000016
2018025331.tif 000017
2018025331.tif 000018
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