(57)【要約】【課題】正弦波電流により安定したセンサレスＤＣブラシレスモータ駆動を可能とするインバータ装置において、安定したモータ駆動を可能とすることを目的とする。【解決手段】センサレスＤＣブラシレスモータの速度が目標速度と一致するように正弦波電流を出力するインバータ装置において、モータのトルク演算値に関連して固定子巻線に発生させる所要誘起電圧値を得るための所要速度と、目標速度とを比較４０し、大きい方の速度にモータの速度を一致させる制御部を有する。これにより、必要な場合（低速高トルク回転時）には所要速度が選択され、安定したモータ駆動が可能となる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサレスＤＣブラシレスモータの速度が目標速度と一致するように正弦波電流を出力するインバータ装置において、前記モータのトルク演算値に関連して固定子巻線に発生させる所要誘起電圧値を得るための所要速度と、前記目標速度とを比較し、大きい方の速度に前記モータの速度を一致させる制御部を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記モータのトルク演算値に代わり前記モータの電流指令値を使用する請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記モータにより圧縮機が駆動される請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
車両に搭載される請求項３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、モータを安定して可変速運転できるインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータへ正弦波電流を出力するインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回路について車両用を例に以下説明する。図７にインバータ装置とその周辺の電気回路を示す。インバータ装置１２０の制御回路１０６は、空調制御部５１からの目標速度信号、センサレスＤＣブラシレスモータ１１（以降モータと称す）を構成する磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、正弦波電流を電動圧縮機のモータ１１へ出力している。
【０００３】
磁石回転子５の位置情報に関しては、磁石回転子５の回転により固定子巻線４に発生する誘起電圧に基づき、その位置が演算される。固定子巻線４には、インダクタンスとともに抵抗も存在している。そのため、誘起電圧は、インバータ装置１２０からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
コンデンサ１９は、インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサである。スイッチング電源９は、高電圧バッテリー１を電源として２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、インバータ回路１０のスイッチング素子２を駆動する駆動回路８及び５Ｖ電源１４などへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路１０６へ供給される。
【０００５】
高電圧バッテリー１の電源系統となる制御回路１０６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信は、電気絶縁が必要であるため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。これらの信号を矢印で示す。
【０００６】
電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１からコンデンサ１９が充電される。充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられる。そして、スイッチング電源９が機能し、駆動回路８、制御回路１０６へ電力供給されて、インバータ回路１０が作動可能となる。ここで、制御回路１０６は、空調制御部５１から目標速度信号を受信すると、モータ１１の速度が上記目標速度と一致するように、駆動回路８を介してインバータ回路１０を作動させる。
【０００７】
インバータ装置１２０の制御回路１０６においては、電流指令値などを用い詳細な制御が行われる（例えば、特許文献３参照）。図８は、インバータ装置１２０（制御回路１０６）の機能ブロック図である。目標速度ω＊と位置速度推定演算部８５から出力される速度推定値ωが速度制御演算部８７に入力される。そして、目標速度ω＊と速度推定値ωの差に比例・積分（ＰＩ）制御を行い電流指令値ｉ＊を出力する。次にこの出力を受けた２相電流指令値出力部８６は電流指令値ｉ＊を２軸の電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に変換して出力する。そして、この２軸の電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を受けた電圧指令作成部８３は、２軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と電流センサ７に検出される相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３相／２相変換部８４により変換された２軸の電流値ｉｄ、ｉｑとにより、２軸の電圧指
令値ｖｄ、ｖｑを演算する。電圧指令値ｖｄ、ｖｑは、２相／３相変換部８２により３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換される。そして、３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗはＰＷＭ制御部８１を介してインバータ回路１０に印加され、モータ１１が駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７５９５号公報（第１６頁、第７図）
【特許文献２】特開２００４−３２４６１９号公報（第１２頁、第２図）
【特許文献３】特許第４３５７９６７号公報（第２７頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、センサレスＤＣブラシレスモータへ正弦波電流を出力するインバータ装置においては、固定子巻線に発生する誘起電圧に基づき、磁石回転子の位置が求められる。そして、当該誘起電圧は、インバータ装置からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる。
【００１０】
そのため、センサレスＤＣブラシレスモータの制御（磁石回転子の位置推定演算）においては、誘起電圧演算の精度が重要になる。然しながら、速度が低い場合には誘起電圧が小さいため、位置推定演算の精度が低くなる。この状況において、負荷トルクが大きいならば、安定したモータ駆動が困難となる。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、正弦波電流によりセンサレスＤＣブラシレスモータを駆動するインバータ装置において、安定したモータ駆動を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、センサレスＤＣブラシレスモータの速度が目標速度と一致するように正弦波電流を出力するインバータ装置において、モータのトルク演算値に関連して固定子巻線に発生させる所要誘起電圧値を得るための所要速度と、目標速度とを比較し、大きい方の速度にモータの速度を一致させるものである。
【００１３】
これにより、必要な場合には所要速度を選択できる。そのため、速度が低くトルクが大きい場合の不安定なモータ駆動状態を防止でき、安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ速度を目標速度に一致させるので、運転速度範囲を広く確保できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインバータ装置は、安定したモータ駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図２】同インバータ装置の機能ブロック図
【図３】同トルクと所要誘起電圧（所要速度）との関係を示す特性図
【図４】同インバータ装置の作動例を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の作動例を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３に係る圧縮機の作動不安定領域を示す特性図
【図７】従来のインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図８】同インバータ装置の機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、センサレスＤＣブラシレスモータの速度が目標速度と一致するように正弦波電流を出力するインバータ装置において、モータのトルク演算値に関連して固定子巻線に発生させる所要誘起電圧値を得るための所要速度と、目標速度とを比較し、大きい方の速度にモータの速度を一致させるものである。
【００１７】
これにより、必要な場合には所要速度を選択できる。そのため、速度が低くトルクが大きい場合の不安定なモータ駆動状態を防止でき、安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ速度を目標速度に一致させるので、運転速度範囲を広く確保できる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、モータのトルク演算値に代わりモータの電流指令値を使用するものである。これにより、トルク値を演算して求めることなく、インバータ制御のパラメータをそのまま使用するので、実現が容易になる。運転条件などにより、この方法でも実用上有効になる。
【００１９】
第３の発明は、第１または第２の発明のインバータ装置において、モータにより圧縮機が駆動されるものである。これにより、速度が低くトルクが大きくなる環境条件において、圧縮機が停止することを防止できる。そのため、空調の快適性を維持することができる。
【００２０】
第５の発明は、第４の発明のインバータ装置において、車両に搭載されるものである。車両の場合、日射、窓ガラスなどにより熱負荷が大きい。そのため、空調を安定して運転でき、快適性低を維持できる本インバータ装置は好適である。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置２０とその周辺の電気回路図である。背景技術における図７との相違点は、制御回路１０６及びインバータ装置１２０が以下に述べるような制御装置６及びインバータ装置２０となっている点である。他の回路は図７と同一であり、記号等はそのまま適用する。
【００２３】
インバータ装置２０の制御回路６は、空調制御部５１からの目標速度信号、モータ１１を構成する磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、正弦波電流をモータ１１へ出力する。空調制御部５１からの目標速度信号は、空調に係わる熱負荷を空調制御部５１が演算し、それに基づいてモータ１１（電動圧縮機）の所要速度を演算したものである。
【００２４】
磁石回転子５の位置情報に関しては、磁石回転子５の回転により固定子巻線４に発生する誘起電圧に基づき、その位置が演算される。固定子巻線４には、インダクタンスとともに抵抗も存在している。そのため、誘起電圧は、インバータ装置２０からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる。電流センサ７により、モータ１１の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電流が検出される。
【００２５】
コンデンサ１９は、インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサである。スイッチング電源９は、高電圧バッテリー１を電源として２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、
インバータ回路１０のスイッチング素子２を駆動する駆動回路８及び５Ｖ電源１４などへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路６へ供給される。
【００２６】
高電圧バッテリー１の電源系統となる制御回路６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信は、電気絶縁が必要であるため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。これらの信号を矢印で示す。
【００２７】
電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１からコンデンサ１９が充電される。充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられる。そして、スイッチング電源９が機能し、駆動回路８、制御回路６へ電力供給されて、インバータ回路１０が作動可能となる。
【００２８】
ここで、この発明の制御回路６は、空調制御部５１から目標速度信号を受信すると、モータ１１のトルク演算値に関連させて固定子巻線４に発生させる（回転子５の位置検出のための）所要誘起電圧値を得るための所要速度と、目標速度とを比較し、大きい方の速度にモータ１１の速度を一致させるように、駆動回路８を介してインバータ回路１０を作動させる。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置２０（制御回路６）の機能ブロック図である。従来の図８との相違点は、所要速度演算部８８と比較部８９が追加されている点である。
【００３０】
目標速度ω＊と所要速度演算部８８から出力される所要速度ωｔとが、比較部８９において比較され、大きい方が指令速度ωｒとされる。指令速度ωｒと位置速度推定演算部８５から出力される速度推定値ωが速度制御演算部８７に入力される。そして、指令速度ωｒと速度推定値ωの差に比例・積分（ＰＩ）制御を行い電流指令値ｉ＊を出力する。次にこの電流指令値ｉ＊を受けた２相電流指令値出力部８６は電流指令値ｉ＊を２軸の電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に変換して出力する。そしてこの２軸の電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を受けて電圧指令作成部８３は、２軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と電流センサ７に検出される相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３相／２相変換部８４により変換された２軸の電流値ｉｄ、ｉｑとにより、２軸の電圧指令値ｖｄ、ｖｑを演算する。電圧指令値ｖｄ、ｖｑは、２相／３相変換部８２により３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換される。そして、３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗはＰＷＭ制御部８１を介してインバータ回路１０に印加され、モータ１１が駆動される。
【００３１】
所要速度演算部８８での所要速度ωｔの求め方について説明する。図３にトルクと所要誘起電圧（所要速度）との関係の一例を示す。速度が低く誘起電圧が小さいと誘起電圧演算精度の確保が困難となるが、負荷トルクが軽いならば、安定したモータ駆動が可能である。そのため、負荷トルクが小さい場合、所要速度は低くて良い。
【００３２】
一方、負荷トルクが大きい場合に、安定してモータ１１を駆動するためには、磁石回転子５の位置を正確に把握する必要がある。即ち、誘起電圧を正確に演算する必要がある。負荷トルクが大きくても、速度が充分上がり誘起電圧が充分大きくなれば演算精度の確保が容易となり、安定したモータ駆動が可能となる。そのため、負荷トルクが大きい場合、所要速度は高くなる。そのため、主に低速高負荷時に所要速度適用が選択される。当該特性はデータとして、制御回路６に保存される。
【００３３】
所要誘起電圧と所要速度とは比例関係にある。トルクが大きくなっても、所要速度（所
要誘起電圧）には、位置推定演算に必要な値があれば良いため、上限がある。例えば、２０００ｒ／ｍｉｎである。
【００３４】
負荷トルクが大きい状態で目標速度が低下してゆく場合、当該負荷トルクに対応する所要速度に目標速度が一致した以降、目標速度の低下に係わらず、モータ１１の速度は当該所要速度に維持される。また、目標速度が固定している場合、空調の熱負荷が増加して負荷トルクが大きくなると、所要速度が増加するため、目標速度の固定に係わらず、モータ１１の速度は目標速度を超え当該所要速度に一致し増加する。
【００３５】
トルク演算値を図３のトルクと所要誘起電圧（所要速度）との関係に照合して、所要速度ωｔを求める。トルクτ演算値は、制御回路６にて演算される。その演算例は、次の式による。
【００３６】
τ＝ｎｐ×Ｌｄ×ｉｄ×ｉｑ＋ｎｐ×（Λ０×ｉｑ−Ｌｑ×ｉｄ×ｉｑ）    （１）
式（１）において、ｎｐは極対数、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸およびｑ軸、インダクタンスΛ０は永久磁石による磁束鎖交数、ｉｄ、ｉｑはそれぞれｄ軸およびｑ軸電流である。
【００３７】
図４は、インバータ装置２０の当該作動例を示すフローチャートである。ステップ１０において、トルクを演算する。ステップ３０において、図３に例示するトルクと所要速度との関係に基づき、所要速度を演算する。そして、ステップ４０において、目標速度が所要速度より大きいか否かを判定する。ここで、目標速度の方が大きければ（Ｙ）、ステップ６０において、目標速度を選択し、所要速度の方が大きければ（Ｎ）、ステップ５０において、所要速度を選択する。ステップ７０において、停止指令があれば（Ｙ）、終了する。そして、停止指令がなければ（Ｎ）、ステップ１０へ戻る。
【００３８】
上記構成により、必要な場合（位置推定演算の精度が低くなる低速時であって高トルク回転時）には所要速度が選択される。そのため、安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ速度を目標速度に一致させるので、運転速度範囲を広く確保できる。
【００３９】
尚、上記実施の形態において、電動圧縮機、車両用について述べたがこれに限るものではない。
【００４０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置の作動例を示すフローチャートである。ステップ１０のトルク演算に代わり、ステップ２０において、電流指令値ｉ＊が所要速度演算部８８に入力される構成となっている。ステップ３０において、電流指令値ｉ＊と所要誘起電圧（所要速度）との関係データ（図３相当）に照合し、所要速度ωｔの演算を行う。ステップ４０以降は図４と同じである。
【００４１】
トルク値を演算して求めることなく、インバータ制御のパラメータをそのまま使用するので、実現が容易になる。運転条件などにより、この方法でも実用上有効になる。例えば、進角が小さい場合、ｉｄが小さいため、トルクτは凡そｎｐ・Λ０・ｉｑとなり、電流指令値ｉ＊と相関のある値となる。また、ＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）の場合には、Ｌｄ＝Ｌｑであるため、トルクτはｎｐ・Λ０・ｉｑとなり、同様に電流指令値ｉ＊と相関のある値となる。
【００４２】
（実施の形態３）
この実施の形態３はモータ１１により自動車用空調機の圧縮機を駆動するようにしたものである。圧縮機が駆動される場合、空調の快適性を維持するために、圧縮機の停止防止
は重要となる。図６に、圧縮機のモータ１１の速度と圧縮機の吐出圧力との関係において、圧縮機（モータ１１）の作動不安定領域の一例を示す。速度ｒ２（ｒ／ｍｉｎ）以下、吐出圧力ｐ１（ＭＰａ）以上において、斜線で示す領域が作動不安定領域即ち安定して回転しない領域である。吐出圧力ｐ１（ＭＰａ）では所要速度ｒ１（ｒ／ｍｉｎ）、吐出圧力ｐ２（ＭＰａ）では所要速度ｒ２（ｒ／ｍｉｎ）とし、この間は線形近似などで補えば良い。例えば、吐出圧力ｐ１＝０．９、ｒ１＝７８０、吐出圧力ｐ２＝２．２、ｒ２＝２０００などである。吐出圧力（トルク）に対する所要誘起電圧（所要速度）を定め、図４または図５のフローチャートを実行して作動停止を防止する。
【００４３】
尚、上記各実施の形態において、モータをセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、誘起電圧を演算必要なリラクタンスモータなどでもよい。直流電源をバッテリーとしたが、これに限るものではなく、発電機、商用電源などを整流した直流電源でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、安定したモータ駆動が可能なので、民生用、産業用、各種インバータ装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  高電圧バッテリー
２  スイッチング素子
４  固定子巻線
５  磁石回転子
６  制御回路
７  電流センサ
１０  インバータ回路
１１  モータ
２０  インバータ装置
５１  空調制御部
【図１】
2011211776.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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