(57)【要約】  交流電動機の回転子位置センサを用いずに、停止・低速域からの安定駆動を実現する方式として、交流電動機の構造や用いる材料などの特性に依らずに、様々な電動機に対応できる汎用性の高い駆動装置を提案する。  交流電動機に対する仮想中性点電位を検出する回路と、この電位とは異なる基準電圧を発生する回路を設け、両者の差分を増幅することで、回転子の位置変化による起電圧を得て、この起電圧に基づいて、交流電動機の通電相を切り替えることで、前記交流電動機を安定に定速駆動することで実現できる。起電圧は、モータの種類や仕様によって値が変化するが、それらは増幅器の利得を調整することで汎用的に対応可能となる。
2014162579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機と、
前記交流電動機を駆動するインバータと、
前記交流電動機に対する仮想中性点電位の検出手段と、
前記交流電動機を制御する制御器と、
前記仮想中性点電位に対する基準電位を発生する基準電位発生手段と、
前記仮想中性点電位と前記基準電位との差を増幅する増幅手段と、を備える交流電動機の駆動システムにおいて、
前記制御器は、前記増幅手段の出力を読み込み、当該増幅手段の出力値に基づいて前記交流電動機の通電位相を制御することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項２】
交流電動機と、
前記交流電動機を駆動するインバータと、
前記交流電動機に対する仮想中性点電位の検出手段と、
前記交流電動機を制御するとともに差動型のアナログ増幅器を内蔵するマイクロプロセッサーと、
前記仮想中性点電位に対する基準電位を発生する基準電位発生手段と、を備える交流電動機の駆動システムにおいて、
前記マイクロプロセッサーは、前記仮想中性点電位と前記基準電位とを前記アナログ増幅器によって差動増幅し、該増幅結果に基づき、前記交流電動機の通電位相を制御することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記基準電位は、前記インバータの直流電圧の検出値に基づく電位であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記検出手段と前記基準電位発生手段の少なくとも一方は、前記制御器からの信号に基づき、前記検出手段又は前記基準電位発生手段のオフセット量を調整する調整手段を備えることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項５】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記増幅手段は、前記制御器からの信号に基づき、当該増幅手段の増幅率を調整することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記制御器が前記交流電動機への通電を行うことにより、前記検出手段又は前記基準電位発生手段の少なくとも一方のオフセット量を自動調整する手段を有することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項７】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記制御器が前記交流電動機への通電を行うことにより、前記増幅手段の増幅率を、自動調整する手段を有することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項８】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記増幅器の入力、もしくは出力において、電気的な結合が絶縁される回路構成であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項９】
請求項１又は２に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記基準電位は、前記インバータの直流電圧の検出値と、前記交流電動機の固定子巻線の接続中性点に基づく電位とのどちらかを選択可能であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記交流電動機と前記インバータと前記制御器は一体化され、前記インバータならびに前記制御器の電源線と、ならびに制御器への信号線を外部に引き出す構成を特徴とした三相交流電動機の駆動システム。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の交流電動機の駆動システムを含む動力システムであって、
前記三相交流電動機の負荷として、圧縮機、ポンプ、あるいはファンを駆動することを特徴とした動力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動装置、例えばファン、ポンプ、圧縮機、スピンドルモータなどの回転速度制御や、機械装置の位置決め制御、ならびに電動アシストなどのようにトルクを制御する用途に利用する電動機駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電・産業・自動車などの分野では、例えば、ファン、ポンプ、圧縮機、コンベア、昇降機等の回転速度制御、ならびに電動パワーステアリングなどのトルクアシスト機器、さらには、製造装置における位置決め制御にモータ駆動装置が用いられている。これらの分野のモータ駆動装置では、小形・高効率の交流電動機である永久磁石型同期電動機（以下、「ＰＭモータ」と称する）が幅広く用いられている。しかし、PMモータを駆動するには、モータの回転子の磁極位置の情報が必要であり、そのための、レゾルバやホールＩＣ等の位置センサが必須となる。近年では、この位置センサを用いずに、ＰＭモータの回転数やトルク制御を行うセンサレス制御が普及している。【０００３】
センサレス制御の実現によって、位置センサにかかる費用（センサそのものコストや、センサの配線にかかるコスト、センサの取り付け調整作業にかかる費用）が削減でき、また、センサが不要となる分、装置の小型化や、劣悪な環境での使用が可能になるなどのメリットも生まれている。【０００４】
現在、PMモータのセンサレス制御は、ロータが回転することによって発生する誘起電圧（速度起電圧）を直接検出し、回転子の位置情報としてPMモータの駆動を行う方式や、PMモータの数式モデルから、回転子位置を推定演算する位置推定技術などが採用されている。【０００５】
PMモータの発生する誘起電圧（速度起電圧）に基づくセンサレス方法としては、誘起電圧の零クロスに基づく方式（例えば、特許文献１）がある。この方式は、PMモータを１２０度通電で駆動し、通電していない相の電圧を検出し、その電圧が零クロスするタイミングをコンパレータによって求め、位相情報を得るものである。さらに、特許文献１では、仮想中性点回路を設けており、その仮想中性点電位から非通電相の誘起電圧の零クロス信号を検出し、位相情報を得ている。仮想中性点回路を導入することで、コンパレータを１個にすることができる。【０００６】
同様に、仮想中性点電位の検出回路を用いたセンサレス駆動方式としては、正弦波駆動を対象とした特許文献２の方式がある。【０００７】
これらのセンサレス制御方式の大きな課題は、低速運転時の位置検出方法である。PMモータの発生する誘起電圧（速度起電圧）に基づくものである以上、誘起電圧の小さい低速域では感度が低下してしまい、位置情報がノイズに埋もれることになる。また、完全に停止した状態での位置検出は、物理的に不可能になる。【０００８】
それに対して、速度起電圧を用いない位置センサレス方式が提案されており、速度起電圧の発生しない零速度域の位置センサレス方式が公開されている（特許文献３）。【０００９】
特許文献３は、本発明に深く関係する技術であるため、図１８〜２２を用いて詳細を説明しておく。【００１０】
図１８は、特許文献３に基づく交流電動機の駆動装置の構成図である。図において、制御器１からの信号によって、インバータ３を駆動し、インバータ３の負荷である交流電動機4（PMモータ）を位置センサレス駆動している。位置センサレスの原理は、PMモータ4の端子電圧を検出することで、どの相に通電するかを決定している。その通電アルゴリズムは、開放相（通電にされていない相）に生じる起電圧（これを磁気飽和起電圧という）の大きさを検出することでなされている。【００１１】
この磁気飽和起電圧を簡単に説明する。【００１２】
ＰＭモータの２つの相にパルス電圧を印加する（図１９（a）、図１９（b）参照）と、ＰＭモータの回転子の位置に応じた電圧が、通電していない開放相に発生する（図１９ではU相が開放相になる）。この電圧（磁気飽和起電圧）は、ＰＭモータの回転子に取り付けられている永久磁石磁束と、通電電流の関係によって、モータ内のインダクタンスが微小に変化することで発生する電圧であり、停止状態においても観測可能である。【００１３】
よって、この磁気飽和起電圧を観測することで、回転子の位置（角度）が検出でき、低速域での位置センサレス駆動が可能となる。この起電圧を、回転子が回転することで発生する速度起電圧と区別するために、磁気飽和起電圧を呼んでいる。磁気飽和起電圧は、開放相に発生する電圧であるため、制御側で検出相を選択して、電圧を読み込む必要がある。【００１４】
図２１に、回転子の位置θdに対する通電相、開放相、磁気飽和起電圧の関係を示す。通電相は、回転力が最も大きくなる２つの相をθdによって選択している。その通電相の切替は、開放相の磁気飽和起電圧の大きさを観測しながら、予め設定している所定値（正側、負側のそれぞれの閾値）に到達した時点で行うようにすれば、位置センサレスでの駆動が実現できる。【００１５】
図２２（a）〜図２２（c）は、特許文献３に記載されている磁気飽和起電圧の検出回路である。図２２（a）は、ＰＭモータの固定子巻線の中性点を基準に、三相の電圧を検出し、３つの増幅器５によって増幅している。その後、マイコン内のスイッチによって開放相を選択し、制御器に磁気飽和起電圧を読み込んでいる。図２２（ｂ）は、仮想中性点回路を設けて、その中性点電位を基準電位として、三相の電圧を検出している。この場合は、ＰＭモータの巻線中性点電位の検出は不要となる。図２２（ｃ）は、仮想中性点電位と、ＰＭモータの固定子巻線の中性点の電位差を検出するものであり、増幅器１個で磁気飽和起電圧の情報を得ることができるが、やはりＰＭモータの中から巻線中性点の電位を引き出す必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平５−１５１８９号公報
【特許文献２】特開２００６−６７６６７号公報
【特許文献３】特開２００９−１８９１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１記載のものは、仮想中性点電位を検出することで、コンパレータ１個で実現できるが、速度起電圧に基づく方式であるために、停止・低速域ではPMモータを駆動することができない。低速域においては、誘起電圧がほぼ零となるため、コンパレータの出力はばたつくことになる。【００１８】
特許文献２記載のものは、仮想中性点電位を、直流母線電流の検出タイミング作成に用いているものであり、やはり停止・低速域の高トルク駆動が実現できるものではない。【００１９】
特許文献３記載のものは、モータが停止・低速状態において、脱調することなく駆動力を発することができる。しかし、特許文献３に開示された方式には、以下の課題がある。【００２０】
図２２（a）、図２２(b)の検出回路を用いた場合、増幅器が３個必要になり、回路が複雑になる。また、これら３個の増幅回路は特性をそろえる必要があり、ゲイン調整、オフセット調整に時間を要する。また、ＰＭモータの仕様を変更した場合、これら３つのゲイン、オフセットをそれぞれ再調整する必要があり、調整時間がさらに必要になる。【００２１】
また、100V以上のＰＭモータを対象とした場合、安全上の理由によっては、検出回路と制御回路を絶縁する必要が生じるが、その際に高価な絶縁アンプを３個用意することになり問題である。【００２２】
また、図２２（ｃ）の場合には、増幅器は１個で実現できるが、ＰＭモータの固定子巻線の中性点電位をモータの外へ引き出す必要があり、汎用性に乏しい。一般的なＰＭモータは三線式であるため、この制御のための専用モータが必要になる。また、モータの特性を変えた場合には、増幅器のゲイン、オフセットなどを再調整する必要があり、問題である。【００２３】
本発明の目的では、零速度近傍から高速度域までの、高応答でかつ高安定な位置制御系、速度制御系が実現可能な交流電動機の駆動システムを提供することにある。【００２４】
本発明は、位置センサレスによるPMモータの駆動装置において、零速度近傍の低速域駆動特性を、どのような特性のモータに対しても実現可能な磁気飽和起電圧の検出回路を提供することにある。【００２５】
特許文献３の手法は、モータが停止・低速状態において良好な制御性能を得ることができるが、検出回路の部品点数が多いという問題がある。特に、磁気飽和起電圧の小さなPMモータに対しては、起電圧の検出回路に個別の増幅器が付いているため、これらの増幅ゲインやオフセットのための調整作業に時間がかかる。また、この公知例記載の別案である増幅器の少ない方式は、PMモータの固定子巻線の引き出しが必要であり、汎用性に大きな問題がある。【００２６】
本発明では、これらの問題を解決できる検出回路と、位置センサレス駆動方式を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
PMモータの三相固定子巻線のうち、２相を順次選択PMモータを駆動する１２０度通電方式を実施する。その際、回転子位置によって、開放相の起電圧（磁気飽和起電圧）が変化する原理を応用する。開放相の起電圧は、仮想中性点回路を設けて、その仮想中性点電位を、独立した基準電位からの差分として検出する。この検出値を適切に増幅することで、磁気飽和起電圧を得る。この磁気飽和起電圧に基づいて通電相を切り替えることで、簡便な回路で汎用性の高い位置センサレス駆動システムが実現できる。
【発明の効果】
【００２８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。【００２９】
本発明によれば、簡便な電圧検出回路を用いることで、様々な特性のPMモータを停止・低速域からの位置センサレスが可能な駆動装置が実現できる。【００３０】
制御構成を従来の１２０度通電センサレス方式とほぼ同様のままで、停止状態からの高速度域までの広い範囲にわたり、高精度でかつ安定な速度制御、あるいは位置制御が実現できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るモータへの通電相、ならびに開放相の関係を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る仮想中性点電位検出部分の電位を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る検出電位に関する波形図である。
【図５】第２の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図６】第３の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図７】第４の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図８】第５の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図９】第５の実施の形態に係る交流電動機の制御装置の増幅器を示す回路図である。
【図１０】第６の実施の形態に係る基準電圧調整方法のフロー図である。
【図１１】第６の実施の形態に係る通電時の回転子位置を示す図である。
【図１２】第７の実施の形態に係る増幅器利得調整方法のフロー図である。
【図１３】第７の実施の形態に係る通電時の回転子位置を示す図である。
【図１４】第８の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図１５】第９の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図１６】第１０の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図１７】第１１の実施の形態に係る空調機の構成を表す図である。
【図１８】従来方式に係る交流電動機の駆動装置の構成を表す図である。
【図１９】従来方式に係る交流電動機への電圧印加を示す図である。
【図２０】従来方式に係る交流電動機の磁気飽和起電圧の位置依存性を示す図である。
【図２１】従来方式に係る開放相電圧の変化と、それによる通電モード切替を示す図である。
【図２２（ａ）】従来方式に係る開放相電圧の検出回路の構成を示す図である。
【図２２（ｂ）】従来方式に係る開放相電圧の検出回路の構成を示す図である。
【図２２（ｃ）】従来方式に係る開放相電圧の検出回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００３４】
この装置は、三相交流電動機４の駆動を目的とするものであり、大別すると、制御器１、仮想中性点検出回路２、直流電源３１、インバータ主回路３２、ゲートドライバ３３を含むインバータ３、駆動対象である交流電動機（PMモータ）４、増幅器５、基準電圧発生器6を含んで構成される。
【００３５】
尚、駆動対象としては、本実施形態ではPMモータを例に挙げるが、回転子位置に対する磁気飽和特性が得られる電動機であれば、他の種類の交流電動機であっても適用可能である。
【００３６】
制御器１は、PMモータ４の回転数、あるいはトルクを、インバータ３を介して制御する。その際、仮想中性点検出回路２で検出した仮想中性点電位E1と、基準電圧発生器6により発生されるEbとの差を、増幅器5にて差動増幅し、その増幅結果を制御器1のA/Dコンバータ（アナログ・デジタル変換器）に入力して、その値を読み込む。
【００３７】
制御器1では、得られた電圧を開放相の磁気飽和起電圧として通電相の切替に利用する。通電相の切り替えは、得られた磁気飽和起電圧を予め設定した閾値との大小関係を比較することで実施する。詳細は、すでに公開されている特許文献３に述べられているので省略する。
【００３８】
図２に、例として、V相からW相への通電が行われている状態を示す。この電圧印加時においては、開放相であるU相に磁気飽和起電圧が発生する。具体的には、図３のような回路接続となって磁気飽和起電圧が検出される。図３において、開放相であるU相の電圧Euは、基本的には直流電圧VDCの中間電位（VDC/2)近傍の値になる。しかし、特許文献３に記載されているように、回転子の位置によってインダクタンスが微小変動するため、図４（a）のような回転子位置に依存して変化する。この変化の割合は、PMモータの特性によって大きく異なる。希土類磁石等を用いた埋め込み型のロータ構造である場合、回転位置に対する依存性は非常に強く、感度が高い特性になる。しかし、フェライト磁石を回転子表面に配置したような構造（非突極構造）の場合には、インダクタンスの変化が少なく、位置依存性がわずかになる。
【００３９】
このわずかなインダクタンス変化の場合に、検出値を増幅する必要があるが、従来の回路では、三相個別に増幅器を備える必要があった。
【００４０】
本実施形態では、図１に示すように仮想中性点回路2を設けて開放相の電圧を検出する。仮想中性点検出回路２は、図１に示すように、モータ４の各相の端子に抵抗器Z1をそれぞれ接続し、その共通接続点の電位（すなわち、仮想中性点電位E0）をさらに２つの抵抗器Z2、Z3にて分圧し、グランドレベルからの電位E1として電圧を検出する。
【００４１】
図４に示されるように、仮想中性点電位E0には、Eu変動の影響が発生するため、この仮想中性点電位を観測しても、開放相の磁気飽和起電圧を観測することが可能である。本実施形態では、電子回路で変動分を増幅するため、一旦、低圧に分圧して検出している。図4（b）に示すように、分圧回路の出力E1は、E0と同様な変化を示す。この時の平均値をEbとする。Ebを中心にE1が変動するので、それらの差分を増幅すれば、磁気飽和起電圧を高感度に検出することが可能となる。
【００４２】
よって、基準電圧発生器6では、このE1の平均値に相当するEbを設定し、それを増幅器5によって増幅して、制御器1のA/Dコンバータに入力する。A/Dコンバータの入力範囲が、0〜5Vであるとすれば、増幅器5の出力基準電位が2.5Vとなるように設定することで、高感度に磁気飽和起電圧を検出することが可能になる（図4（ｃ））。また、制御器1のA/Dコンバータが12bitであるとすれば、図4（c）のように2048[digit]を中心にしたデジタル値を得ることになる。
【００４３】
対象となるPMモータ４の磁気飽和起電圧が、もし微弱であれば、増幅器5の増幅利得を挙げることで、高感度に検出可能になる。いずれにしても、本実施形態による交流電動機の駆動装置を用いれば、ひとつの増幅器の利得設定を変更するだけで、どのような磁気飽和起電圧特性を持つモータにも対応できるというメリットが得られる。
（第２の実施の形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００４４】
図５は図１の駆動装置とほぼ同一の構成を取るが、制御器１Bの内部に増幅器5Bが含まれる点が図１と異なっている。
【００４５】
近年では、モータ制御に用いるマイクロプロセッサー内に、差動型アナログ増幅器を内蔵したものも出回っている。図５の制御器１Bは、そのような差動増幅器5Bをマイクロプロセッサー内部に内蔵したものである。この場合も、図1の実施例と同じ効果が得られる。さらに、差動アンプゲインは、マイクロプロセッサーのソフトでの設定が可能であり、より簡便に様々なPMモータへの対応が可能になる。
（第３の実施の形態）
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００４６】
図６は図１の駆動装置とほぼ同一の構成を取るが、基準電圧発生器6Bが図１と異なっている。基準電圧発生器６Bは、インバータ３Bの直流電圧31の電圧値を分圧する直流電圧分圧回路61によって構成されている。この直流電圧分圧回路61は、図１における基準電圧Ebに一致するように分圧比を設定する。
【００４７】
図１の基準電圧発生器6は、直流電圧VDCとは無関係に一定電圧Ebを出力している。このため、直流電圧VDCが変動した場合、E1の平均値も変動し、Ebの設定値と乖離してしまう可能性がある。その際、増幅器5の利得が大きいと、そのずれ分（オフセット値）を増幅してしまい、A/Dコンバータへの入寮範囲を逸脱してしまう可能性があり、問題である。
【００４８】
本実施形態によれば、直流電圧VDCが変動した場合に、それに応じて、分圧された電圧Ebも変化することになる。すなわちE1の変動と同時に基準値Ebも連動して変化することになり、オフセット量は発生しない。結果として、増幅器5の利得を大きく設定しても、磁気飽和起電圧を高感度に検出可能になる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、直流電圧変動に対してロバストな交流電動機の駆動装置が実現できる。
（第４の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００５０】
図７は、図６の駆動装置とほぼ同一の構成であるが、制御器1Cと基準電圧発生器6Cが図６と異なっている。制御器1Cは、D/Aコンバータ（デジタル・アナログ変換器）出力を備えたプロセッサーであり、その出力で基準電圧発生器6Cの出力を補正している。基準電圧発生器6Cは、分圧回路61によって分圧された直流電圧の検出値に、制御器１CのD/A出力値を加算器62によって加算して基準電圧を作成している。
【００５１】
前述の第３の実施形態（図６）は、直流電圧VDCの変動に対応できる実施形態であったが、例えば、分圧抵抗62や、増幅器5の温度ドリフトなどの影響による検出誤差は発生する恐れがある。また、仮想中性点回路の部品ばらつきなどの影響で、E0の平均値がEbと必ずしも一致せず、オフセットが生じる恐れがある。
【００５２】
これに対し、本実施形態では、制御器1Cに入力される電圧値を観測して、その平均値が、AD入力範囲の中間値になるように、D/Aコンバータ出力を調整する。この結果、基準電圧Ebが調整され、ドリフトによる平均値のずれを補正することが可能となる。
【００５３】
尚、D/Aコンバータによる補正は、仮想中性点電位の演出値E1の方を補正しても問題ない。また、この実施例のような「加算」による補正ではなく、分圧比を補正してもよい。補正方法に関しても、D/Aコンバータを用いずに、アナログスイッチなどで抵抗値を切り替えてもよい。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、温度ドリフトや個体ばらつきによる検出誤差（オフセット量）を調整することが可能になり、より実用性の高い駆動装置が実現できる。
（第５の実施の形態）
次に、図８、図９を用いて、本発明の第５の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００５５】
図８は図７の駆動装置とほぼ同一の構成であるが、制御器1Dと増幅器5Dが図７と異なっている。制御器1Dは、ゲイン制御信号Gsetを増幅器5Dに出力し、このゲイン制御信号Gsetに基づいて、増幅器5Dは増幅利得を設定する。
【００５６】
増幅器５Dは、図８に示す電子回路で構成されている。図において、オペアンプ50a〜bによって、差動アンプを構成しており、その増幅率は、抵抗器51a、51b、52a、52b、53a、53b、54によって決定される。また、抵抗器54は、４つの抵抗器R11〜R14をスイッチによって切替可能となっている。このスイッチはアナログスイッチであり、制御器1Dからのゲイン制御信号Gsetによって切り替えられる。４つの抵抗器から一つを選択するためには、2bitの信号でスイッチを切り替えるようにすればよい。この回路利得は、図９に示された数式によって表され、抵抗器54（R1）を下げればゲインが大きくなり、抵抗器54を大きくすればゲインが小さくなる。
【００５７】
よって、本実施形態によれば、対象となるPMモータ４の磁気飽和起電圧特性に応じて、ゲイン制御信号Gsetによって、増幅器5Dの利得を変更可能となり、より汎用性の高い交流電動機の駆動装置が実現できる。
（第６の実施の形態）
次に、図１０、図１１を用いて、本発明の第６の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。図７に示した実施形態４において、基準電圧Ebの調整が可能であることを示した。この基準電圧Ebの調整は、PMモータ４を駆動する時に、駆動前に調整を行えばよい。その調整作業を自動的に実施する具体的なアルゴリズムを本実施形態で説明する。
【００５８】
図１０は、基準電圧Ebの自動調整の手順を示すチャートである。図において、S01からS03のフローは、Ebの自動調整ルーチンの動作を記載している。調整作業をスタートすると、以下の手順でオフセット調整を実施する。
(1)S01：三相の内、２相を選択して通電し、回転子を移動させる。例えば、V相からW相へ通電する。
(2)S02：回転子は、通電によって発生した電磁力に引き付けられて回転する。この通電による回転が停止するまでの所定時間を待つようにする。V相からW相に通電した場合には、図１１のような位置（U相固定子位置を基準にした場合に、位相角θd=90[deg]の位置）に、回転子が固定される。
(2)S03：この状態で開放相起電圧（磁気飽和起電圧）を観測し、その値がA/Dコンバータの中間値（VADmax/2）に一致するように、制御器１CのD/Aコンバータの値を調整すればよい。これによって、基準電圧Ebの調整は完了する。
【００５９】
V相からW相に通電した際、回転子は電気角で９０度の位置に移動して固定される。その時、磁気飽和起電圧は、原理的に“零”となる（図２０の正パルス起電圧が、θd=90[deg]で零となっている）。よって、この状態でEbの値を調整すれば、平均値を調整したことになる。
【００６０】
このような手順（図１０）によって、Ebの自動調整（オフセット量の調整）が可能となる。本アルゴリズムは、PMモータ４の実運転前に実施してもよいし、あるいは運転中の合間を見て行うようにしてもよい。
【００６１】
以上、本発明の第６の実施形態によれば、基準電圧を自動調整し、より簡便に、確実にPMモータの駆動が可能になる。
（第７の実施の形態）
次に、図１２、図１３を用いて、本発明の第７の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。図８に示した実施形態５において、増幅器５Dの利得が調整可能であることを示した。この増幅率の調整は、PMモータ４を駆動する時に、駆動前に調整を行えばよい。その調整作業を自動的に実施する具体的なアルゴリズムを本実施形態で説明する。
【００６２】
図１２は、増幅ゲインの自動調整の手順を示すチャートである。図において、T01からT06のフローは、増幅率の自動調整ルーチンの動作を意味している。調整作業をスタートすると、以下の手順で調整が実施される。
(1)T01：一旦、提案する差動増幅器5Dの増幅率を最低値に設定する。
(2)T02：二相に通電し、回転子を移動させる。例えば、U相からW相に通電して電流を流し、回転子を移動させる。
(3)T03：回転が停止するまでの所定時間を待つ。U相からW相に通電した場合、図１３のような位置（θd=30[deg]）に、回転子が固定される。
(4)T04：この状態で、通電相を切り替え（U相→W相をV相→W相通電に切り替える）、その切替直後の開放相起電圧（この場合はU相が開放相になる）を記憶する。
【００６３】
回転子は、T03の処理によってθd=30[deg]の位置にあり、この状態でV相→W相への通電を実施すると、開放相起電圧は、図２０の正パルス起電圧のθd=30[deg]における値が観測される。この値は、通電相を切り替える時の値であるため、通電相切替に必要な電圧そのものとなる。よって、この電圧検出の大小から、増幅器5Dの利得が適切かどうかの判別が可能である。
(5)T05：検出感度が十分かを判別する。感度が十分であれば、ゲイン設定値はOKとし、もし仮に不十分であれば、制御器１Dからゲイン制御信号Gsetを介して、増幅器５Dの利得を調整して、TO2より再度調整する。
【００６４】
このような手順（図１２）によって、増幅器5Dのゲイン自動調整が可能となる。本アルゴリズムは、PMモータ４の実運転前に実施してもよいし、あるいは運転中の合間を見て行うようにしてもよい。
【００６５】
以上、本発明の第７の実施形態によれば、増幅器5Dのアンプゲインを自動調整し、より簡便に、確実なPMモータの駆動が可能になる。
（第８の実施の形態）
次に、図１４を用いて、本発明の第８の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００６６】
図１４は、図１の駆動装置とほぼ同一の構成であるが、増幅器5Eが図１と異なっている。増幅器5Eは、入力部と出力部が電気的に絶縁された構造の増幅器である。制御器1は、システムによっては使用者によって直接触れる可能性があり、インバータ３の動作電圧が100Vを超えるような高圧になる場合には、これらと電気的に絶縁されることが望ましい。インバータ３のゲート信号は、フォトカプラによって絶縁可能であるが、仮想中性点電位は絶縁アンプを用いる必要がある。しかし、本発明によれば、仮想中性点電位を検出すれば開放相起電圧が検出できるため、絶縁アンプを１個で三相分の起電圧情報が得られる。このため、高価な絶縁アンプを最小限にすることができるというメリットがある。
（第９の実施の形態）
次に、図１５を用いて、本発明の第９の実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置について説明する。
【００６７】
図１５は、図６の第３の実施形態とほぼ同一の構成であるが、巻線中性点電位検出回路7、ならびに切替スイッチ8が新たに付加されている点が異なっている。
【００６８】
これまで説明してきたように、駆動対象のPMモータ４を１２０度通電駆動する場合、仮想中性点電位の検出によって、開放相起電圧の検出が実現できる。しかし、PMモータ４の固定子巻線中性点が引き出されている場合、その電位を検出することで、回転子位置の検出が可能になる。よって、巻線中性点電位検出回路７を予め備えておき、対象モータの巻線中性点電位の検出が可能であれば（すなわち、巻線中性点電位が引き出されていれば）、それを利用するようにし、そうでない場合には、仮想中性点電位を利用する。どちらを利用するかは、スイッチ８によって切り替えるようにする。図15において、スイッチ８を「0」側にすれば、これまでの実施例と同様の仮想中性点電位を利用するセンサレス駆動となり、「１」側にすれば、PMモータの固定子巻線中性点電位を利用した位置センサレス駆動が可能となる。
【００６９】
よって、本発明による第９の実施例によれば、モータの巻線構造に応じて、適切なセンサレス駆動方式が選択可能となり、より高性能な駆動方法が実現できるようになる。
（第１０の実施の形態）
次に本発明の第１０の実施の形態について説明する。
【００７０】
図１６は、本実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置41の実態図である。この図においては、制御装置を一つのシステムとして、PMモータの内部にパッケージしている。このようにすべてを一体化することで、モータとインバータ間の配線をなくすことができる。図１６に示すように、一体化された駆動システムの配線は、インバータ３への電源線と、回転数指令や動作状態を戻すなどの通信線のみとなる。
【００７１】
本発明では、回転子の位置センサを排除したセンサレス駆動が実現できるために、一体化したシステムは極めてコンパクトにまとめ上げることができ、小型化が実現できる。
（第１１の実施の形態）
次に本発明の第１１の実施の形態について説明する。
【００７２】
図１７は、本実施の形態に関わる交流電動機の駆動装置を用いたエアコン室外機50の実態図である。この図において、エアコンの圧縮機51は、駆動対象のPMモータ4を内蔵しており、制御器１、仮想中性点回路2、インバータ3、増幅器5、基準電圧発生器6は室外機上部に設置されている。エアコンは、省エネ動作を実現するためには、できるだけ低速駆動が必要であり、そのためには本発明における低速センサレス駆動が重要となる。また、駆動するPMモータ自体は効率優先で設計するため、必ずしも十分な磁気飽和起電圧特性を得られるとは限らず、起電圧を増幅する必要がある。よって、本発明の駆動装置を適用すれば、低速からのセンサレス駆動を、効率優先で設計したモータへ適用可能であり、システムメリットが得られる。
【００７３】
エアコンの圧縮機駆動に限らず、ファン、ポンプ（水ポンプ、オイルポンプ）など、同様に適用が可能である。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
既述の通り、本発明は位置センサレスを前提としたモータ駆動装置を構築するための技術である。このモータの適用範囲は、ファン、ポンプ（油圧ポンプ、水ポンプ）、圧縮機、スピンドルモータや、冷暖房機器、ディスクドライバなどの回転速度制御を初め、工作機械・産業機械における位置決め用途としても利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…制御器、２…中性点電位検出回路、３…インバータ、４…永久磁石型同期電動機、
５…増幅器、６…基準電圧発生器、３１…直流電源、３２…インバータ主回路、３３…ゲート・ドライバ
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２（ａ）】
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【図２２（ｂ）】
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【図２２（ｃ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月20日(2016.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機と、
前記交流電動機を駆動するインバータと、
前記交流電動機に対する仮想中性点電位の検出手段と、
前記交流電動機を制御する制御器と、
前記仮想中性点電位に対する基準電位を発生する基準電位発生手段と、
前記仮想中性点電位と前記基準電位との差を増幅する増幅手段と、を備える交流電動機の駆動システムにおいて、
前記制御器は、前記増幅手段の出力を読み込み、当該増幅手段の出力値に基づいて前記交流電動機の通電位相を制御し、
前記制御器が前記交流電動機に通電することで、回転子を固定するようにした際の前記仮想中性点電位を検出し、該仮想中性点電位が前記制御器のA/Dコンバータの中間値に一致するように前記基準電位もしくは前記検出手段の少なくとも一方のオフセット量を調整
することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載のいずれかの交流電動機の駆動システムにおいて、
前記基準電位は、前記インバータの直流電圧の検出値に基づく電位であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記増幅手段は、前記制御器からの信号に基づき、当該増幅手段の増幅率を調整することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項４】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記制御器が前記交流電動機への通電を行うことにより、前記増幅手段の増幅率を、自動調整する手段を有することを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項５】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記増幅器の入力、もしくは出力において、電気的な結合が絶縁される回路構成であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項６】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記基準電位は、前記インバータの直流電圧の検出値と、前記交流電動機の固定子巻線の接続中性点に基づく電位とのどちらかを選択可能であることを特徴とした交流電動機の駆動システム。
【請求項７】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムにおいて、
前記交流電動機と前記インバータと前記制御器は一体化され、前記インバータならびに前記制御器の電源線と、ならびに制御器への信号線を外部に引き出す構成を特徴とした三相交流電動機の駆動システム。
【請求項８】
請求項１に記載の交流電動機の駆動システムを含む動力システムであって、
前記三相交流電動機の負荷として、圧縮機、ポンプ、あるいはファンを駆動することを特徴とした動力システム。
【国際調査報告】
2014162579.tif 000027
2014162579.tif 000028
2014162579.tif 000029
2014162579.tif 000030