(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、前記ステータに設けられたコイルと、永久磁石と、前記永久磁石を有するロータと、を備えた永久磁石モータの制御装置であって、
前記永久磁石モータの起動時、前記永久磁石の温度が所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、第１周波数を有する電流を前記コイルに通電し、
その後、前記永久磁石の温度が前記所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、前記第１周波数よりも小さい第２周波数を有する電流を前記コイルに通電し、前記永久磁石の温度が前記所定値以上の場合は、前記モータを起動させ、
前記第２周波数における電流の振幅は、前記第１周波数における電流の振幅よりも大きく、
前記第１周波数及び前記第２周波数は、それぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値に基づいて決められる永久磁石モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２周波数を有する電流を前記コイルに通電した後、
（１）前記永久磁石の温度が前記所定値以下の場合は、前記モータを停止状態のまま、前回通電した電流の周波数よりも小さい周波数を有する電流を前記コイルに通電し、
（２）前記永久磁石の温度が前記所定値以上の場合は、前記モータを起動させる、ことを、前記永久磁石の温度が前記所定値以上となるまで繰り返す永久磁石モータの制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記コイルに通電される電流は、周波数が減少するほど振幅を増大させる永久磁石モータの制御装置。
【請求項４】
請求項２において、前記永久磁石の温度が上昇するほど、前記コイルに通電される電流の周波数を減少させ且つ振幅を増大させる永久磁石モータの制御装置。
【請求項５】
請求項１において、前記第１周波数及び前記第２周波数は、前記コイルに通電される電流値がそれぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値となる周波数である永久磁石モータの制御装置。
【請求項６】
請求項１において、前記第１周波数及び前記第２周波数は、前記コイルに通電される電流値がそれぞれの前記永久磁石の温度における減磁開始電流値となる周波数から所定値増加させた周波数である永久磁石モータの制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、前記コイルに通電される電流値が過渡現象により制限された電流値である永久磁石モータの制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、前記コイルに通電される電流の基本波周波数成分に高調波成分を重畳させる永久磁石モータの制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかにおいて、前記永久磁石の温度は、電圧と前記電圧を前記コイルに印加することにより流れる電流値とから得られる前記コイルの電気抵抗値により推定される前記コイルの温度に基づいて求められる永久磁石モータの制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかにおいて、前記永久磁石は温度が低いほど保持力が低下する温度特性を有する永久磁石モータの制御装置。
【請求項１１】
前記ステータと、前記ステータに設けられたコイルと、前記永久磁石と、前記永久磁石を有するロータと、前記コイルに通電される電流を制御する請求項１乃至１０の何れかに記載の永久磁石モータの制御装置と、を備える永久磁石モータ。
【請求項１２】
冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機後部を駆動する請求項１１に記載の永久磁石モータと、を備える圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータの制御装置、その制御装置により制御される永久磁石、及びその制御装置により制御される永久磁石を備えた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータに適用する磁石材料にフェライト磁石がある。フェライト磁石は、ネオジム磁石に代表される希土類磁石と比較して、非常に安価に調達できるため、コスト低減策として有用である。しかし、その反面、保持力および残留磁束密度が低いため、外部磁界に対する耐性が低く、発生する磁束量も少ない。したがって、磁石を肉厚化するとともに、磁石の表面積を大きくする必要があり、モータ体格の大型化を招く傾向が強い。
【０００３】
また、フェライト磁石の温度特性は、ネオジム磁石の温度特性と異なる。すなわち、ネオジム磁石は高温になるほど保持力が低下するのに対し、フェライト磁石は低温になるほど保持力が低下する。図１０はネオジム磁石とフェライト磁石の特性の違いを示す代表図である。図１０において、横軸は保持力Ｈｃおよびステータコイルが発生する外部磁界Ｈで、縦軸は磁石の残留磁束密度Ｂｒである。実線は永久磁石の磁気特性を、点線はモータ磁気回路の負荷特性を表しており、両者の交点が永久磁石の動作点となる。外部磁界が与えられると、図１０に示すように点線は横軸方向に平行移動する。磁気特性（実線）が「直線」の領域においては、外部磁界の増減に応じて、動作点がこの「直線」上を往来するので問題ない。しかし、ネオジム磁石では高温（図１０では１４０℃）になると、フェライト磁石では低温（図１０では−２０℃）になると、それぞれクニック点が表れ、このクニック点を超える外部磁界が印加されると永久磁石は減磁する。いったん減磁すると、常温に戻したり、外部磁界を除去したりしても、磁気特性が元の状態に戻ることは無く、モータは当初の性能を発揮できなくなる。
【０００４】
図１０より、フェライト磁石を適用したモータを低温状態で駆動する際には、減磁を回避する目的で、外部磁界、すなわちステータ電流を制限するか、永久磁石の温度を上昇させる必要があることがわかる。
【０００５】
特許文献１は、このような低温状態での減磁を回避する技術を開示する。特許文献１によれば、フェライト磁石の温度が所定値よりも低い場合には、ステータコイルに高周波電流を流して高周波の磁界を発生させる。この高周波磁界の形成に伴ってコア部分にて発生する鉄損によってコア部分が発熱し、永久磁石が加熱されるので、低温状態での減磁を回避することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、高周波における電流の過渡現象を考慮していないため、以下の問題がある。
【０００７】
図１１はＲＬ回路に交流のパルス電圧を印加したときの電流の過渡現象を模式的に表した図である。ここでは簡単のため一相分のＲＬ回路を対象とするが、モータを構成する三相回路においても、各相でほぼ同様の過渡現象が得られる。図１１（ａ）は、周波数ｆs1でパルス電圧を交流変化させている。モータの電気抵抗ＲとインダクタンスＬから得られる電気時定数Ｔaに対し、パルス電圧の周期１／ｆs1は十分大きいとする。このとき電流は、上限値または下限値に到達した後、パルス電圧の符号が変わるまで一定となる。電流の上限値・下限値は、モータに接続されたインバータの直流電圧ｕdcと電気抵抗Ｒとで決まる。ｕdcの大きさは使用するインバータにより異なるが有限である。電流の過渡変化の勾配は、Ｔa、ｕdc、Ｒにより決定される。図１１（ｂ）は、周波数ｆs2の場合で、パルス電圧の周期１／ｆs2が電気時定数Ｔaに対して十分小さい。電流が上限値・下限値に到達する手前でパルス電圧の符号が逆転するため、電流振幅ｉ2は図１１（ａ）のｉ1と比較して小さくなる。永久磁石モータの電気時定数は数ms〜数十ms程度であるため、パルス電圧の周波数を数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ以上に設定する場合には、図１１（ｂ）に示すような電流変化となる。
【０００８】
このように、高周波の電流を発生させる場合には、過渡現象により電流の振幅が小さくなる問題がある。このため、モータ機内に十分な大きさの磁界を発生することができず、コア部分に大きな鉄損を発生させることができない。したがって、永久磁石が減磁しないような温度にまで上昇するには長い時間を要する。
【０００９】
製品レベルで要求されるモータ性能や出力応答速度を考えると、低温状態で停止しているモータをいち早く起動し、定格条件や過負荷条件で駆動する必要がある。例えば、エアコン用コンプレッサの場合、極低温状態（例えば−２０℃）でユーザから暖房運転の要求があると、モータは過負荷条件での迅速な起動および駆動が必須となる。電気自動車の場合も、路面状況や道路勾配に関わらず、極低温状態で走行を開始するためには、モータは定格条件や過負荷条件での迅速な起動および駆動が必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３６４１８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の永久磁石モータの制御装置はステータとステータに設けられたコイルと永久磁石と永久磁石を有するロータとを備え、モータの起動時、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第１周波数を有する電流をコイルに通電し、その後、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第１周波数よりも小さい第２周波数を有する電流をコイルに通電し、永久磁石の温度が所定値以上の場合はモータを起動させ、第２周波数における電流の振幅は、第１周波数における電流の振幅よりも大きく、第１周波数及び第２周波数は、それぞれの永久磁石の温度における減磁開始電流値に基づいて決められる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図。
【図２】温度と減磁開始電流の関係図。
【図３】基本波周波数とインバータ出力電流最大値、銅損、鉄損の関係図。
【図４】温度上昇処理のプログラムの制御構造を示すフローチャート。
【図５】電流波形と温度上昇を示す図。
【図６】電流波形と温度上昇を示す図。
【図７】永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図。
【図８】電流波形と温度上昇を示す図。
【図９】圧縮機の断面構造図。
【図１０】永久磁石の減磁曲線と温度特性を示す図。
【図１１】電流の過渡現象を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、一例として、スクロール圧縮機に本発明の永久磁石モータの制御装置を適用した場合について説明する。
【００１６】
図９はスクロール圧縮機の断面構造図である。図９において、圧縮機構部は、固定スクロール部材１３の端板１４に直立する渦巻状ラップ１５と、旋回スクロール部材１６の端板１７に直立する渦巻状ラップ１８とを噛み合わせて形成される。そして、旋回スクロール部材１６をクランクシャフト６によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。固定スクロール部材１３及び旋回スクロール部材１６によって形成される圧縮室１９（１９ａ、１９ｂ、……）のうち、最も外径側に位置する圧縮室１９は、旋回運動に伴って両スクロール部材１３、１６の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。両圧縮室１９ａ、１９ｂが両スクロール部材１３、１６の中心近傍に達すると、両圧縮室１９内の圧縮ガスは圧縮室１９と連通した吐出口２０から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材１３及びフレーム２１に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム２１下部の圧力容器２２内に至り、圧力容器２２の側壁に設けられた吐出パイプ２３から圧縮機外に排出される。圧力容器２２内に、ステータ９とロータ１とで構成される永久磁石モータ１０３が内封されており、ロータ１が回転することで、圧縮動作を行う。永久磁石モータ１０３の下部には、油溜部２５が設けられる。油溜部２５内の油は回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト６内に設けられた油孔２６を通って、旋回スクロール部材１６とクランクシャフト６との摺動部、滑り軸受け２７等の潤滑に供される。圧力容器２２の側壁にはステータコイル１２を圧力容器２２の外側に引出すための端子箱３０が設けられ、例えば、三相永久磁石モータの場合は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各巻線の端子（計３個）が納められる。永久磁石モータ１０３は永久磁石モータ駆動装置１０１（図示せず）によって駆動制御される。永久磁石モータ駆動装置１０１にて、後述する永久磁石（又はコイル）の温度上昇処理を実行する。
【００１７】
尚、密閉構造において温度検出部１１０をモータに取り付ける場合、サーミスタの引出し線が必要となり、新たな引出し機構を設ける必要が生じるため、コスト増を招く。したがって、後述するように、電気抵抗値を用いて温度を推定することで、コスト増を招くことなく、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速なモータ起動および駆動が可能となる。
【００１８】
次に、本実施例における永久磁石モータ駆動装置による永久磁石モータの起動及び駆動制御について詳細に説明する。図１に永久磁石モータ駆動装置の全体構成図を示すブロック図を示す。図１において、永久磁石モータ駆動装置１０１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０４と、インバータ回路１０４に接続された永久磁石モータ１０３に流れる電流を検出する相電流検出部１０６と、相電流検出部１０６で検出された相電流情報１０６Ａと相電圧検出部１０７で検出された相電圧情報１０７Ａを基に印加電圧指令パルス信号１０８Ａを用いてインバータ制御を行う制御装置１０５とから構成される。また、インバータ回路１０４は、ＩＧＢＴとダイオードなどの半導体スイッチング素子から構成されたインバータ主回路１４１と、インバータ制御部１０８からの印加電圧指令パルス信号１０８Ａに基づいて主回路のＩＧＢＴへのゲート信号を発生するゲート・ドライバ１４２とから構成される。
【００１９】
制御装置１０５は、相電流検出部１０６で検出された相電流情報１０６Ａと、温度検出部１１０で検出された温度情報１１０Ａと、磁極位置判定部１０９で推定された磁極位置情報１０９Ａとを用いて印加電圧指令パルス情報１０８Ａを算出するインバータ制御部１０８と、相電圧検出部１０７で検出された相電圧情報１０７Ａと、インバータ制御部１０８から出力された印加電圧指令パルス信号１０８Ａを用いて磁極位置を判別する磁極位置判定部１０９とから構成される。
【００２０】
本実施例の永久磁石モータ１０３は、低温で減磁しやすい磁石、例えばフェライト磁石を用いて構成される。永久磁石モータ１０３のステータコイルに所定値以上の電流が加わると、永久磁石は減磁する。以下、この電流値を減磁開始電流という。減磁開始電流は永久磁石の温度によって変化し、図２に示すように、低温になるほど低い値となる。永久磁石の温度と減磁開始電流の関係は、実機試験により得ることも可能であるし、磁界解析等の数値解析で得ることも可能である。インバータ制御部１０８では、図２に示すようなデータを使用温度範囲に応じてテーブルまたは数式にて記憶する。
【００２１】
一方で、インバータ回路１０４から永久磁石モータ１０３に通電可能な電流最大値は、インバータ回路１０４を構成する半導体スイッチング素子の電流容量によって決定される。仮にモータ駆動時の電流値を小さく抑えるよう制御ソフトを構成しても、何らかの不具合が生じた場合には、インバータを構成するハード側で上記の最大電流を発生し得る。以下、この最大値を電流ハード上限値という。図２では、電流値ｉ40が電流ハード上限値であり、４０℃以上であれば、設計上、減磁は起こり得ないと言える。言い換えると、４０℃未満の状態では、モータ駆動時に電流ハード上限値が通電されると、減磁が発生する。したがって、製品の信頼性を確保するためには、モータ起動前、すなわちモータ停止状態で、減磁を回避しつつ温度を４０℃にまで迅速に上昇させる必要がある。
【００２２】
永久磁石の温度を上昇させる方法として、モータの鉄損および銅損による発熱を利用する方法が挙げられる。ここでは、迅速な温度上昇を実現するべく、鉄損と銅損を最大化するメカニズムに関して、図３を用いて説明する。図３に示す記号ｆs1、ｆs2、ｉ1、ｉ2は図１１と同一の定義とする。図３に示すインバータ出力電流最大値は、図１１で述べたように、高周波になるほど過渡現象の影響を受けて小さな値となる。また、図１１によれば、基本波周波数がｆs1の場合、インバータ出力電流最大値は理論上ｉ1となるが、一般に、電流ハード上限値（ここではｉ40）はｉ1よりも小さな値に設定されるので、図３においてもそのように表記した。
【００２３】
ここで、過渡現象の影響によりインバータ出力電流最大値がｉ40となる周波数を新たにｆs0と定義する。電流が実線で示すような変化をするとき、これに対応する銅損、鉄損の変化を同じく実線で示す。銅損は電流値の二乗に比例するため、ｆs0以上の周波数になると、電流よりも減衰傾向が顕著となる。鉄損は電流が一定であれば周波数の一乗ないし二乗に比例するため、０からｆs0の範囲では、鉄損は周波数の増加に伴い非線形に増加する。また、鉄損は磁束密度の二乗にも比例するため、ｆs0以上の周波数において電流が減少すると、モータ機内の磁束量が減少し、鉄損の減少要因となる。この鉄損の減少分が、周波数増加による鉄損増加分を上回るため、高周波になるほどトータルの鉄損は減少する。以上より、ここでは周波数をｆs0とすることで鉄損と銅損の合計を最大化できることがわかる。
【００２４】
同様にして、例えば−２０℃の低温状態においても、鉄損と銅損を最大化することができる。図２より、−２０℃の減磁開始電流はｉ-20であることがわかっているので、周波数に関わらず、これ以上大きな電流は流せない。一方で、過渡現象の影響によりインバータ出力電流最大値がｉ-20となる周波数をｆs3と定義すると、電流は図３に示すようにｆs3で折れ曲がる一点鎖線で表され、これに対応する銅損、鉄損も同じく一点鎖線で表される。以上より、−２０℃においては周波数をｆs3とすることで鉄損と銅損の合計を最大化できることがわかる。
【００２５】
以上を総括すると、次のようになる。つまり、周波数を調整することで、過渡現象によって制限されるインバータ出力電流最大値を変えることができ、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数を選択できれば、鉄損と銅損の合計を最大化することができる。さらに、いったん通電がなされれば、鉄損と銅損の発熱に伴う温度上昇により減磁開始電流が増加するので、この減磁開始電流と一致するように、周波数を低減し、インバータ出力電流最大値を増加させることで、継続的に鉄損と銅損の合計を最大化することができる。これらの工程を繰り返すことにより、減磁を確実に回避しつつ、迅速に所望の温度に到達することができる。
【００２６】
従来技術では、高周波における過渡現象によってインバータ出力電流が低く抑えられるという概念が欠落していたため、高周波にするほど鉄損が大きくなり、発熱効果が向上すると考えられた。これに対し本発明は、過渡現象を利用して物理的に電流を制限できること、ならびに鉄損と銅損の合計が最大となるような周波数が存在することに着目した点で優れている。また、ヒータ等の加熱手段を新たに設ける必要がなく、既存の永久磁石モータと制御システムの物理的な構成を変更する必要もないので、システムの大型化、重量化、コスト増を招くことがない点でも優れている。
【００２７】
なお、鉄損と銅損の最大化のみを実現するならば、低周波の電流を初めに通電し、徐々に増加して目標とする周波数に近づける方法でもよい。しかしながら、この方法では電流ハード上限値が通電される可能性を排除できないため、減磁を確実に回避することは困難となる。仮に制御ソフトの工夫により上記の問題を解決できても、低周波での通電時には、ステータが発生する交流磁界にモータの磁極が追従しやすくなるため、モータが振動し異音を発生する問題がある。
【００２８】
ここで、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数は、次式によって簡易的に得ることができる。式（１）は一般的なモータ回路一相分の電圧方程式である。ｕはインバータの出力電圧を、ｉはインバータの出力電流を、Ｒ、Ｌはモータの電気抵抗、インダクタンスをそれぞれ表している。高周波の電流変化を扱う場合には、式（１）右辺第１項は第２項に対して十分小さく無視できる。このとき、式（１）を電流ｉについて解くと、式（２）に示す解が得られる。
【００２９】
【数１】
0005860726.tif 000002
【００３０】
【数２】
0005860726.tif 000003
【００３１】
式（２）において、ｉ（０）は時間ｔ＝０における電流の初期値である。式（２）第１項は、周波数ｆで通電される電流の振幅を表しており、Δｔは約半周期の時間に相当するので、ｆを用いて次式で表される。
【００３２】
【数３】
0005860726.tif 000004
【００３３】
式（２）において、ｕ、Ｌはインバータおよびモータの仕様によりそれぞれ決定する。減磁開始電流ｉdemag（波高値）を既知とすると、このｉdemagを通電できる最大の周波数ｆhは式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
0005860726.tif 000005
【００３５】
以上より、インバータ出力電流最大値と減磁開始電流とが一致するような周波数ｆhは、簡易的に算出することが可能である。式（４）からも、減磁開始電流ｉdemagをより大きな値に設定する場合には周波数ｆhを低減する、という関係が理解できる。
【００３６】
上述した永久磁石の温度上昇に関する永久磁石モータの制御処理フローに関して、図４を参照しながら以下で説明する。図４のフローはモータの運転指令を受けてスタートし（すなわちモータ停止状態で実行され）、永久磁石が所定の温度に到達した時点でフローが完了となり、モータが起動される。尚、直接的に永久磁石の温度の測定が困難な場合は、コイル温度を測定して永久磁石の温度として用いる等、他の方法で間接的に求めた永久磁石の温度を代用してもよい。
【００３７】
ステップ（以下、ステップを「Ｓ」という。）１にて、温度判別部１１１は、温度検出部１１０で検出された温度情報１１０Ａを用いて温度Ｔを算出する。
【００３８】
Ｓ２にて、温度判別部１１１は、算出された温度Ｔが予め設定した基準温度Ｔrefよりも高いか否かを判定する。温度Ｔが基準温度Ｔrefよりも高ければ（Ｓ２でＹＥＳの場合）、低温状態での永久磁石の減磁を回避できるのでＳ９に進み、モータを起動させる。基準温度Ｔrefよりも低ければ（Ｓ２でＮＯの場合）、Ｓ３に進み、温度上昇処理を実行する。基準温度Ｔrefは、減磁を確実に回避できるような値に設定する。例えば、電流ハード上限値が通電されても減磁しない温度（図２では４０℃）としてもよいし、減磁防止をより確実にする目的で、より高い温度で安全サイドに設定しても良い。
【００３９】
Ｓ３にて、インバータ制御部１０８は、算出された温度Ｔに対応する減磁開始電流ｉdemagを、予め記憶しておいたテーブルまたは数式により算出する。ただし、減磁開始電流ｉdemagよりも大きな電流が通電されると、ただちに減磁してしまう可能性が高いので、算出された値よりも若干小さな値を減磁開始電流ｉdemagとして設定しても良い。この場合は、より確実に減磁を回避することができる。
【００４０】
Ｓ４にて、インバータ制御部１０８は、通電する電流の基本波周波数ｆを算出する。ｆの初期値は、インバータ出力電流最大値が減磁開始電流ｉdemagよりも確実に低くなるような周波数であれば良い。つまり、ｆの初期値は、インバータ回路１０４を構成する半導体スイッチング素子の最大スイッチング周波数としても良いし、式（４）によって算出される周波数ｆhを参考に設定しても良い。
【００４１】
Ｓ５にて、インバータ制御部１０８は、周波数ｆの交流パルス電圧を発生する指令信号１０８Ａを発信し、ゲート・ドライバ１４２を介して周波数ｆの交流パルス電圧がモータに印加される。
【００４２】
Ｓ６にて、相電流検出部１０６は、このときの電流値を検出する。  
Ｓ７にて、インバータ制御部１０８は、検出された相電流情報１０６Ａを基に、モータに通電されている電流値ｉ（波高値）が、Ｓ３にて設定した減磁開始電流ｉdemagよりも大きいか否かを判定する。ｉがｉdemagよりも低ければ（Ｓ７でＮＯの場合）、周波数ｆを低減してＳ５に戻り、ｉがｉdemagと同等になるまで、周波数ｆの低減を繰り返す。ｉがｉdemagと同等になれば（Ｓ７でＹＥＳの場合）、Ｓ８に進む。なお、Ｓ７以前のフローにおいては、プログラムの構成上、電流値ｉが減磁開始電流ｉdemagよりも大きくなることはないが、インバータ回路およびモータ回路の不具合、故障、破壊等により、ｉdemagを超過するｉが通電された場合には、インバータ制御部１０８は通電を中止する保護フローを有する。
【００４３】
Ｓ８にて、インバータ制御部１０８は、電流値ｉを任意時間通電し、所定の時間が経過したのち、Ｓ１に戻り、その後の処理を継続する。
【００４４】
再びＳ２にて、温度Ｔが基準温度Ｔrefよりも低ければ（Ｓ２でＮＯの場合）、Ｓ３に進む。このとき、基準温度Ｔrefを安全サイドで高めに設定した場合（極端な例として、図２でＴref＝１００℃とした場合）は、インバータ制御部１０８は以下の制御プログラムを実行する。すなわち、仮に温度上昇がある程度進み、温度Ｔが５０℃になっていると、減磁開始電流ｉdemagは電流ハード上限値ｉ40よりも大きくなるので、インバータ制御部１０８は、電流ハード上限値ｉ40を減磁開始電流ｉdemagとして再設定する。なお、電流ハード上限値ｉ40の代わりに、内規等で既定される電流値を用いても良いし、減磁以外の他の条件によってより低い電流値が規定されるのであれば、その値を用いても良い。
【００４５】
再びＳ４に進んだ場合は、新たにｆを算出してもよいが、前回のＳ８で駆動していた周波数を使用してもよい。
【００４６】
一連のステップにおいて、通電する電流に高調波成分を重畳してもよく、その場合は鉄損が増加するので、鉄損による発熱量が増加し、より迅速に所定の温度にまで上昇させることができる。また、Ｓ７がＮＯの場合において、周波数の低減幅は常に一定でも良いが、周波数が低下するにつれ電流の上昇ペースが大きくなるので、これに合わせて低減幅を小さくしても良く、そのようにすることで鉄損と銅損の合計が最大となる周波数により迅速に収束させることができる。
【００４７】
図５は本発明により生成される電流波形の代表図である。時間０のときにモータの運転指令を受けて、Ｓ１〜Ｓ４が実行される。このとき、モータは停止状態である。Ｓ３では、予め記憶しておいたテーブルまたは数式（ここでは図２に示すデータ）を用いて減磁開始電流ｉdemagを算出する。時間０のとき、温度Ｔは−２０℃なので、減磁開始電流はｉ-20に設定される。次にＳ５〜Ｓ７を繰り返し実行することで、周波数が低減すると同時に電流振幅が増加する。時間ｔ1のとき、波高値がｉ-20に到達するので、Ｓ８を実行する。すなわち、予め設定した任意時間Δｔが経過するまで、周波数、電流振幅を固定して通電する。
【００４８】
時間Δｔが経過して、時間ｔ2に至ると、再びＳ１〜Ｓ４を実行する。このときの温度Ｔは１０Ｋ上昇して−１０℃なので、減磁開始電流はｉ-10（図２には記載していない）に設定される。次にＳ５〜Ｓ７を繰り返し実行することで、周波数が低減すると同時に電流振幅が増加する。時間ｔ3のとき、波高値がｉ-10に到達するので、Ｓ８に進み、時間Δｔが経過するまで周波数、電流振幅を固定して通電する。時間ｔ4のとき、温度Ｔは時間ｔ2のときよりも３０Ｋ上昇して２０℃となる。このように、周波数を低減しながら通電することで、温度上昇ペースを上げることが可能となり、より迅速に所望の温度に到達することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例の永久磁石モータの制御装置はステータとステータに設けられたコイルと永久磁石と永久磁石を有するロータとを備え、モータの起動時、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第１周波数を有する電流をコイルに通電し、その後、永久磁石の温度が所定値以下の場合はモータを停止状態のまま第１周波数よりも小さい第２周波数を有する電流をコイルに通電し、永久磁石の温度が所定値以上の場合はモータを起動させる。本実施例によれば、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速な起動が可能な永久磁石モータの制御装置を提供することができる。つまり、過渡現象を利用して物理的に電流を制限できることに着目したことで、低温状態における減磁を確実に回避することが可能となり、かつ、鉄損と銅損の合計が最大となるような周波数が存在することに着目したことで、温度上昇ペースを上げることが可能となる。また、実施例の永久磁石モータの制御装置によれば、ヒータ等の加熱手段を新たに設ける必要がなく、既存の永久磁石モータと制御システムの物理的な構成を変更する必要もない。したがって、システムの大型化、重量化、コスト増を招くことなく、低温状態での減磁を回避し、かつ迅速にモータを起動および駆動することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施例を図面を用いて説明する。本実施例では、実施例１（図１）で備える温度検出部１１０を用いずに、ステータコイルの電気抵抗値を用いて永久磁石の温度を推定する。永久磁石モータ駆動装置の全体構成や制御方法は、温度検出部１１０を用いないこと以外は実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５１】
温度検出部１１０により永久磁石の温度を測定する場合、以下の問題点がある。まず、温度センサの取り付け位置が問題となる。つまり、永久磁石が回転することを考えれば、永久磁石およびロータコアに取り付けることは困難である。非接触式の温度センサを用いることは可能だが、コスト増を招くほか、センサが大型化する問題がある。一方、ステータに取り付ける場合、サーミスタをスロットに埋め込む方法や、コイルエンドに設ける方法がある。しかしながら、前者は、スロット内導体の高密度化の弊害となる可能性がある、また、後者は、放熱部分に温度センサを取り付けることとなるが、放熱部分と永久磁石部分とは熱伝達状態が根本的に異なるため、測定した温度が永久磁石の温度と乖離する可能性が高い。
【００５２】
また、温度センサの取り付け作業の分、製造工程が増えるためコスト増につながる問題がある。
【００５３】
さらには、圧縮機等の密閉容器にモータを内蔵する場合は、サーミスタの引出し線が必要となるため、密閉容器の構造が複雑化しコスト増を招く。また、圧縮機の場合は、冷媒に混入する微小な金属片との機械的接触および電気的短絡を回避する目的で、サーミスタのケーブルを絶縁皮膜で保護する必要がある。このため、絶縁材には高温・高圧環境下での耐性を有する材料を選定する必要があり、コスト増を招くこととなる。
【００５４】
従って、本実施例においては、実施例１（図１）で備える温度検出部１１０を用いずに、電気抵抗値を用いて永久磁石の温度を推定する。ステータコイルの電気抵抗値を用いた永久磁石温度の推定方法について以下に説明する。
【００５５】
本実施例の永久磁石モータの制御処理フローは実施例１（図４）と同様である。本実施例では、Ｓ１において温度Ｔを検出する際に、温度検出部１１０で検出するのではなく、モータに直流電圧を印加して得られた電流値を用いてオームの法則によりステータコイルの電気抵抗値Ｒ1を算出し、このＲ1に基づいてモータ温度を推定する。そして、このモータ温度を永久磁石温度とし、実施例１で適用した永久磁石モータの制御処理フローを実行する。
【００５６】
一般的に、モータ駆動時においては、直流電圧を印加して電気抵抗を測定することが困難であるため、温度把握のためには温度検出器が必要となるが、本実施例では、モータ停止時であれば電気抵抗値を用いた温度推定が可能となることに着目した。この方法により、サーミスタ等の温度検出器をモータに取り付けることが困難なシステムにおいても、容易にモータの温度を推定することができる。しかも、電気抵抗値を用いることで巻線の平均温度の把握が可能となるため、温度検出器の取り付け位置に起因する測定誤差の問題が無い点で優れている。さらに、温度検出器の取り付け作業が不要となるため、製造工程が削減でき、製造コストを低減することができる。
【００５７】
温度Ｔは電気抵抗値Ｒ1を基に、式（５）を用いて算出される。
【００５８】
【数５】
0005860726.tif 000006
【００５９】
式（５）において、Ｒ0は任意温度Ｔ0におけるステータコイルの電気抵抗値である。Ｒ0、Ｔ0は抵抗測定器と温度計があれば容易に測定できるので、予め測定した値をインバータ制御部１０８のメモリに記憶する。このほかにも、モータを搭載したシステムがモータ以外の機構部で温度検出器を有している場合は、例えば製品出荷時に、ステータコイルと周囲温度とが同等温度であるような状態で、Ｓ１のみを実行することで、Ｒ0とＴ0を得ることができるので、これをメモリに記憶しても良い。
【００６０】
図６は、本実施例により生成される電流波形の代表図である。図５と異なる点は、時間０〜ｔaならびに時間ｔ2〜ｔbで実行されるＳ１において、直流電圧が印加され（図示せず）、直流電流が通電される点である。
【００６１】
このように電気抵抗値を用いて温度を推定することで、温度検出器の取り付け位置に起因する測定誤差の問題を解決でき、より正確な温度の推定が可能となるため、システムの信頼性を向上することができる。また、温度検出器の取り付け作業が不要となるため、製造工程が削減でき、製造コストの低減が可能となる。また、温度検出器をモータに取り付けることが困難なシステムにおいても、コスト増を招くことなく温度の推定が可能となり、低温状態における減磁を回避し、かつ迅速なモータ起動および駆動が可能となる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施例を図面を用いて説明する。本実施例の永久磁石モータ制御の処理フローを図７を用いて説明する。本実施例では、Ｓ４にて算出する基本波周波数ｆh、minが、電流ハード上限値ｉ40と式（４）を用いて算出され、一連の温度上昇の処理フローにおいて、基本波周波数はｆh、minに固定される。Ｓ７にて電流値ｉが減磁開始電流ｉdemagよりも低ければ（Ｓ７でＮＯの場合）、電流振幅を増加させる。周波数はｆh、minに固定されるので、再びＳ４に進んだ場合は、再度ｆh、minを算出する必要は無い。
【００６３】
図８は本実施例により生成される電流波形の代表図である。図６と異なる点は、時間ｔa〜ｔ1ならびに時間ｔb〜ｔ3で実行されるＳ５〜Ｓ７の繰り返し処理において、周波数を一定として電流振幅を増加させている点である。制御ソフトの工夫により、確実に電流値を制御できる場合は、このような通電方法を用いても温度上昇ペースを高めることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  ロータ
３  永久磁石
４  カシメ用ボルト
６  シャフト又はクランクシャフト
７  磁石挿入孔
９  ステータ
１２  ステータコイル
１３  固定スクロール部材
１４、１７  端板
１５、１８  渦巻状ラップ
１６  旋回スクロール部材
１９  圧縮室
２０  吐出口
２１  フレーム
２２  圧力容器
２３  吐出パイプ
２５  油溜部
２６  油孔
２７  滑り軸受け
３０  端子箱
１０１  永久磁石モータ駆動装置
１０２  直流電源
１０３  永久磁石モータ
１０４  インバータ回路
１０５  制御装置
１０６  相電流検出部
１０７  相電圧検出部
１０８  インバータ制御部
１０９  磁極位置判定部
１１０  温度検出部
１１１  温度判別部
１４１  インバータ主回路
１４２  ゲート・ドライバ
【図１】
0005860726.tif 000007
【図２】
0005860726.tif 000008
【図３】
0005860726.tif 000009
【図４】
0005860726.tif 000010
【図５】
0005860726.tif 000011
【図６】
0005860726.tif 000012
【図７】
0005860726.tif 000013
【図８】
0005860726.tif 000014
【図９】
0005860726.tif 000015
【図１０】
0005860726.tif 000016
【図１１】
0005860726.tif 000017