(57)【要約】【課題】電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現する電動機駆動装置を提供する。【解決手段】電動機駆動装置３は、電動機４の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出部９と、電流指令値Ｉ＊と検出された電流値との電流誤差から電圧指令値Ｖ＊を作成する電流制御部１２と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段１６とを備え、該起動パターン選択手段は、前記電動機の起動時の電流最大値と起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間が最小となる前記起動パターンを選択するにより、電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができる。【選択図】図１
2006333600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、前記電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に対する電流指令値と前記電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から前記電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段とを備え、該起動パターン選択手段は、前記電動機の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが最小となる前記起動パターンを選択することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、前記電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に対する電流指令値と前記電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から前記電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段と、起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが予め設定された判定基準値を越えているか否かを判定する起動パターン判定手段とを備え、該起動パターン選択手段は、前記電流最大値、前記経過時間の少なくともいずれか１つが前記判定基準値以下となる前記起動パターンを選択することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
起動パターンは、起動の前段階として電動機の回転子を固定させる位置決め時の回転子固定位置で決定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
起動パターンは、起動の前段階として電動機の回転子を固定させる位置決め時の回転子固定位置と、起動時の前記電動機の固定子へ電圧を印加する際のタイミングである通電開始位置で決定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータなどの電動機を任意の回転数で駆動する電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和機における圧縮機などの電動機を駆動する装置においては、地球環境保護の観点から消費電力を低減する必要性が大きくなっている。その中で、省電力の技術の一つとして、ブラシレスＤＣモータのような効率の高い電動機を任意の周波数で駆動するインバータなどが広く一般に使用されている。さらに、駆動する技術としては、矩形波状の電流により駆動を行う矩形波駆動に対して、より効率が高く、騒音も低くすることが可能な正弦波駆動技術が注目されている。
【０００３】
空気調和機における圧縮機のような電動機を駆動する場合、電動機の回転子の位置を検出するセンサを取りつけることが困難であるため、回転子の位置を何らかの方法で推定しながら駆動を行う位置センサレス正弦波駆動の技術が考案されている。回転子の位置を推定する方法としては、電動機の固定子巻線に生ずる誘起電圧を推定することにより行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４に特許文献１の電動機駆動装置のシステム構成を示す。電動機駆動装置３は、複数のスイッチング素子５ａ〜５ｆと対をなす還流ダイオード６ａ〜６ｂからなるインバータ５と、速度制御部１１と、電流制御部１２と、ＰＷＭ信号生成部１３、誘起電圧推定部１４と、回転子位置速度推定部１５とを備え、交流電源１からの入力電圧は整流回路２で直流に整流され、その直流電圧は交流直流変換部５により３相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスＤＣモータである電動機４が駆動される。
【０００５】
電動機駆動装置３では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部１１は目標速度ω＊と現在の速度ω１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定速度の現在値）との速度誤差Δωがゼロとなるように比例積分制御（以下、ＰＩ制御という）により電流指令値Ｉ＊を演算する。電流制御部１２は速度制御部１１により演算された電流指令値Ｉ＊に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器７ａ，７ｂおよび電流検出部９から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるようにＰＩ制御により電圧指令値Ｖ＊を演算する。誘起電圧推定部１４は電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９により検出された電動機４の電流検出値と、電圧指令値Ｖ＊と、分圧抵抗８ａ、８ｂおよび直流電圧検出部１０により検出されたインバータ５の直流電圧の情報とに基づいて、電動機４の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。回転子位置速度推定手段１５は、誘起電圧推定部１４により推定された誘起電圧を用いて電動機４における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部１２では、インバータ５が電圧指令値Ｖ＊を出力するために、スイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はＰＷＭ信号生成部１３により、スイッチング素子５ａ〜５ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子５ａ〜５ｆが動作する。以下、具体的な方法を説明する。
【０００６】
まず、速度制御部１１では、外部から与えられる目標速度ω＊と推定速度ω１との速度誤差Δω（＝ω＊−ω１／ｎｐ）がゼロとなるように、速度制御ゲイン（ＫＰＷ：速度制御比例ゲイン、ＫＩＷ：速度制御積分ゲイン）を用いて式（１）で表されるＰＩ制御により電流指令値Ｉ＊を演算する。ただし、目標速度ω＊は機械角速度、推定速度ω１は電気
角速度であるため、ω１を機械角速度とするために電動機４の極対数ｎｐ（極数の１／２）で除算している。
【０００７】
Ｉ＊＝ＫＰＷ・Δω＋ＫＩＷ・ΣΔω                                  （１）
次に、電流制御部１２は、速度制御部１１により演算された電流指令値Ｉ＊と電流指令位相βＴとを用いて式（２）、式（３）の演算によりｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を求める。
【０００８】
ｉｄ＊＝−Ｉ＊・ｓｉｎ（βＴ）                                      （２）
ｉｑ＊＝Ｉ＊・ｃｏｓ（βＴ）                                        （３）
また、固定子巻線の相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）は、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）と現在の位置θ１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定位置の現在値、単位は電気角度）を用いて式（４）〜式（６）の演算により２相−３相変換を行うことで求める。なお、２相−３相変換については公知のため、その説明は省略する。
【０００９】
ｉｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓ（θ１）
−ｉｑ＊・ｓｉｎ（θ１）｝                                （４）
ｉｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓ（θ１−１２０°）
−ｉｑ＊・ｓｉｎ（θ１−１２０°）｝                      （５）
ｉｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓ（θ１＋１２０°）
−ｉｑ＊・ｓｉｎ（θ１＋１２０°）｝                      （６）
そこで、相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）と電流検出器７ａ，７ｂおよび電流検出部９から得られる相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン（ＫＰＫｎ、ＫＩＫｎ、ｎ＝１、２、３（３相分））を用いて式（７）〜式（９）で表されるＰＩ制御により電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する。
【００１０】
ｖｕ＊＝ＫＰＫ１・（ｉｕ＊−ｉｕ）＋ＫＩＫ１・Σ（ｉｕ＊−ｉｕ）    （７）
ｖｖ＊＝ＫＰＫ２・（ｉｖ＊−ｉｖ）＋ＫＩＫ２・Σ（ｉｖ＊−ｉｖ）    （８）
ｖｗ＊＝ＫＰＫ３・（ｉｗ＊−ｉｗ）＋ＫＩＫ３・Σ（ｉｗ＊−ｉｗ）    （９）
なお、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を３相−２相変換してｄｑ軸電流検出値（ｉｄ、ｉｑ）を求め、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）とｄｑ軸電流検出値（ｉｄ、ｉｑ）との電流誤差がゼロとなるようにＰＩ制御によりｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を求めてから、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換して相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を求めても良い。ここで、３相−２相変換についても２相−３相変換と同様に公知のため、その説明は省略する。
【００１１】
具体的には、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ、ｉｑ）は式（１０）、式（１１）の演算により求められる。
【００１２】
ｉｄ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｓｉｎ（θ１＋６０°）＋ｉｖ・ｓｉｎ（θ１）｝
（１０）
ｉｑ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｃｏｓ（θ１＋６０°）＋ｉｖ・ｃｏｓ（θ１）｝
（１１）
また、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）は電流制御ゲイン（ＫＰＤ：ｄ軸電流比例ゲイン、ＫＩＤ：ｄ軸電流積分ゲイン、ＫＰＱ：ｑ軸電流比例ゲイン、ＫＩＱ：ｑ軸電流積分ゲイン）を用いて式（１２）、式（１３）の演算により求められる。
【００１３】
ｖｄ＊＝ＫＰＤ・（ｉｄ＊−ｉｄ）＋ＫＩＤ・Σ（ｉｄ＊−ｉｄ）        （１２）
ｖｑ＊＝ＫＰＱ・（ｉｑ＊−ｉｑ）＋ＫＩＱ・Σ（ｉｑ＊−ｉｑ）        （１３）
そこで、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換することで相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）は式（１４）〜式（１６）の演算により求められる。
【００１４】
ｖｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θ１）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θ１）｝                                （１４）
ｖｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θ１−１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θ１−１２０°）｝                      （１５）
ｖｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θ１＋１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θ１＋１２０°）｝                      （１６）
次に、本実施形態における電動機の誘起電圧の推定方法について説明する。各相の巻線に誘起される誘起電圧値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）は、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を用いて式（１７）〜式（１９）の演算により求められる。
【００１５】
ｅｕ＝ｖｕ＊−Ｒ・ｉｕ−Ｌ・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ                        （１７）
ｅｖ＝ｖｖ＊−Ｒ・ｉｖ−Ｌ・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ                        （１８）
ｅｗ＝ｖｗ＊−Ｒ・ｉｗ−Ｌ・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ                        （１９）
ここで、Ｒは電動機４の巻線一相あたりの抵抗、Ｌはそのインダクタンスである。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔはそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗの時間微分であり、式（１７）〜式（１９）を展開すると次式を得る。
【００１６】
ｅｕ＝ｖｕ＊− Ｒ・ｉｕ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１―１２０°）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１―１２０°）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）｝／ｄｔ    （２０）
ｅｖ＝ｖｖ＊−Ｒ・ｉｖ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１―１２０°）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１―１２０°）｝／ｄｔ    （２１）
ｅｗ＝ｖｗ＊−Ｒ・ｉｗ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１―１２０°）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１−１２０°）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１＋１２０°）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ１）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ１）｝／ｄｔ              （２２）
ここで、Ｒは巻線一相あたりの抵抗、ｌａは巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Ｌａは巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Ｌａｓは巻線一相あたりの有効インダクタンスの振幅である。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔは、１次オイラー近似で求める。なお、ｕ相電流ｉｕは、ｖ相電流ｉｖとｗ相電流ｉｗとの和の符号を変えたものとする。さらに、式（２０）〜式（２２）を簡略化すると、以下に示す式（２３）〜式（２５）を得る。ここでは、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）が正弦波であると仮定し、電流指令振幅Ｉ＊と電流指令位相βＴとから相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を作成して簡略化した。本実施形態において、誘起電圧推定部１４では、式（２３）〜式（２５）により誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を求める。
【００１７】
ｅｕ＝ｖｕ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ１＋βＴ）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ１＋βＴ）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ１―βＴ）                    （２３）
ｅｖ＝ｖｖ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ１＋βＴ−１２０°）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ１＋βＴ−１２０°）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ１―βＴ−１２０°）          （２４）
ｅｗ＝ｖｗ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ１＋βＴ＋１２０°）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ１＋βＴ＋１２０°）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ１―βＴ＋１２０°）          （２５）
次に、回転子位置速度推定部１５では、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を用いて電動機４における回転子の磁極位置および速度を推定する。回転子位置速度推定部１５は、電動機駆動装置３が認識している推定位置θ１を誘起電圧の誤差を用いて補正することにより、推定位置θ１を真値に収束させて求める。また、そこから、推定速度ω１を生成する。そこで、各相の誘起電圧基準値（ｅｕｍ、ｅｖｍ、ｅｗｍ）を次式により求める。ただし、誘起電圧振幅値ｅｍは、ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの振幅値と一致させることにより求める。
【００１８】
ｅｕｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ１＋βＴ）                                  （２６）
ｅｖｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ１＋βＴ−１２０°）                        （２７）
ｅｗｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ１＋βＴ＋１２０°）                        （２８）
このようにして求めた誘起電圧基準値ｅｓｍ（ｓ＝ｕ、ｖ、ｗ（ｓは相を表す））と、誘起電圧推定値ｅｓとの偏差εを求め、この偏差εが０になれば推定位置θ１が真値になるので、偏差εを０に収斂させるように、推定位置θ１を、偏差εを用いたＰＩ演算などを行って求める。また、推定位置θ１の変動値を演算することにより、推定速度ω１を求める。
【００１９】
ε＝ｅｓ−ｅｓｍ  （ｓ＝ｕ、ｖ、ｗ）                                （２９）
最後に、ＰＷＭ信号生成部１３では、電流制御部１２で導出された相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に基づいてスイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するための信号が生成され、この駆動信号に基づいてスイッチング素子５ａ〜５ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。このドライブ信号により各スイッチング素子５ａ〜５ｆが動作する。
【００２０】
このように、従来の電動機駆動装置は、相電圧方程式に基づいたモデルにより導出された誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ１を生成し、正弦波状の相電流を流すことで位置センサレス正弦波駆動を実現している。
【特許文献１】特許第３４１９７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、前記従来の構成では、起動パターンを切り替える手段を有していないため、電動機の負荷要素が変わった場合には、予め設定した起動パターンのパラメータが最適値からずれる可能性があるだけでなく、パラメータが最適値からずれた際には再び起動パターンの最適化を行うための設計工数が増えるという課題を有していた。
【００２２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現し、起動運転の信頼性を向上させる電動機駆動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】
【００２３】
前記従来の課題を解決するために、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段とを備え、該起動パターン選択手段は、電動機の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが最小となる起動パターンを選択するものである。
【００２４】
この起動パターン選択手段によって、電動機の負荷要素を変更しても電動機の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つを最小とすることができる。
【００２５】
また、本発明の電動機駆動装置は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段と、起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが予め設定された判定基準値を越えているか否かを判定する起動パターン判定手段とを備え、該起動パターン選択手段は、電流最大値、および経過時間の少なくともいずれか１つが判定基準値以下となる起動パターンを選択するものである。
【００２６】
この起動パターン選択手段によって、電動機の負荷要素を変更しても電流最大値、および経過時間の少なくともいずれか１つを判定基準値以下とすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電動機駆動装置は、電動機の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが最小となる起動パターンを選択することで、電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
第１の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段とを備え、該起動パターン選択手段は、電動機の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つを最小となる起動パターンを選択することにより、電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
第２の発明は、高圧側に配置された上アームスイッチング素子と低圧側に配置された下アームスイッチング素子からなるスイッチング素子対を複数有し、各スイッチング素子の動作により直流電圧を所望の周波数、電圧の交流電圧に変換し、複数相の電動機にその駆動電圧として供給するインバータと、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、少なくとも予め設定された２つ以上の起動パターンのうち１つを選択する起動パターン選択手段と、起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが予め設定された判定基準値を越えているか否かを判定する起動パターン判定手段とを備え、該起動パターン選択手段は、電流最大値、および経過時間の少なくともいずれか１つが判定基準値以下となる起動パターンを選択することにより、電動機の負荷要素を変更しても安定した起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができるだけでなく、さらに第１の発明に比してマイコンなどの演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図４に示す従来の電動機駆動装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３２】
まず、起動パターンの違いによる電動機の運転特性の違いについて説明する。図３は実際に圧縮機の電動機を駆動させた場合の動作結果の一例を示している。起動パターンとして、位置決め時の回転子固定位置と、起動時の電動機の固定子へ電圧を印加する際のタイミングである通電開始位置で決定している（すなわち起動パターンを変更する場合、回転子固定位置と通電開始位置の両方を変更する）。図３の（ａ）と（ｂ）では違う起動パターンで圧縮機の電動機を起動させており、起動パターンの違いにより起動時の電流最大値、および起動時から通常運転時の経過時間も大きく変わってくるため、例えば圧縮機のメカなど負荷要素を変更した場合には、その変更に合わせて起動パターンを最適化し直す必要がある。
【００３３】
そこで、本発明の電動機駆動装置では、電動機の負荷要素を変更する場合でも最適な起
動運転を実現するべく起動パターン選択部１６を備え、予め設定した複数の起動パターンのうち、電流検出部９から得られる相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）に基づいて、電動機４の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが最小となる起動パターンを選択する。具体的には、予め設定した複数の起動パターン毎に、マイコンなどの演算手段のメモリに起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つをメモリに記憶させておき、その値が最小となるときの起動パターンを決定する。
【００３４】
この起動パターン選択部１６により、電動機の負荷要素を変更しても最適な起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができる。さらに、起動パターンを最適化するための設計工数を削減できる。
【００３５】
なお、図１では電動機４の相電流を検出する２つの電流検出器７ａ、７ｂを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ５の入力側の直流電流（インバータ５の母線電流）から電動機４の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。さらに、図１では外部から与えられた目標速度ω＊に対して、電動機４の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機４のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。
【００３６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図を示すものである。図４に示す従来の電動機駆動装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３７】
本発明の電動機駆動装置では、電動機の負荷要素を変更する場合でも最適な起動運転を実現するべく起動パターン選択部１６と、起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが予め設定された判定基準値を越えているか否かを判定する起動パターン判定部１７とを備え、予め設定した複数の起動パターンのうち、電流検出部９から得られる相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）に基づいて、電動機４の起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが判定基準値以下となる起動パターンを選択する。具体的には、予め設定した複数の起動パターン毎に、マイコンなどの演算手段のメモリに起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つをメモリに記憶させておき、その値が判定基準値以下となるときの起動パターンを決定する。
【００３８】
ここで、実施の形態１では、起動時の電流最大値、および起動時の電流が通常運転時の電流に収束するまでの経過時間の少なくともいずれか１つが最小となるときの起動パターンを決定するために、予め設定した複数の起動パターンを全て試行して、その結果をメモリに記憶する必要があるが、本発明の電動機駆動装置では、予め設定した複数の起動パターンを全て試行する必要がないため、実施の形態１に比してマイコンなどの演算手段のメモリを低減することができる。ただし、予め設定した判定基準値には、円滑かつ安定した起動運転が実現できる最大の値を選定しておく。
【００３９】
この起動パターン選択部１６と起動パターン判定部１７により、電動機の負荷要素を変更しても安定した起動運転を実現でき、起動運転の信頼性を向上させることができる。さらに、起動パターンを最適化するための設計工数を削減できるだけでなく、実施の形態１に比してマイコンなどの演算手段におけるメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。
【００４０】
なお、図２では電動機４の相電流を検出する２つの電流検出器７ａ、７ｂを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ５の入力側の直流電流（インバータ５の母線電流）から電動機４の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。さらに、図２では外部から与えられた目標速度ω＊に対して、電動機４の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機４のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、負荷の状況に応じて最適な起動運転を実現できるため、空気調和機における圧縮機駆動用電動機などのようにエンコーダなどの位置センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように位置センサを具備できる場合においても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図
【図２】本発明の第２の実施形態における電動機駆動装置のシステム構成図
【図３】起動電流の一例を示す特性図
【図４】従来の電動機駆動装置のシステム構成図
【符号の説明】
【００４３】
１  交流電源
２  整流回路
３  電動機駆動装置
４  電動機
５  インバータ
５ａ〜５ｆ  スイッチング素子
６ａ〜６ｆ  還流ダイオード
７ａ、７ｂ  電流検出器
８ａ、８ｂ  分圧抵抗
９  電流検出部
１０  直流電圧検出部
１１  速度制御部
１２  電流制御部
１３  ＰＷＭ信号生成部
１４  誘起電圧推定部
１５  回転子位置速度推定部
１６  起動パターン選択部
１７  起動パターン判定部
【図１】
2006333600.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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