(57)【要約】【課題】電動機の動作温度が低い場合に予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差を大きくすることで、電動機の過渡特性を向上できる電動機駆動装置を提供する。【解決手段】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、電動機の誘起電圧に対して所定の位相差の電動機電流が流れるようにインバータに駆動信号を与えるインバータ制御手段と、電動機の巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段によって検出された温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された位相差を大きくするものである。【選択図】図１
2008206323.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、前記電動機の誘起電圧に対して所定の位相差の電動機電流が流れるように前記インバータに駆動信号を与えるインバータ制御手段と、前記電動機の巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度を検出する温度検出手段とを備え、前記温度検出手段によって検出された温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された前記位相差を大きくすることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記温度検出手段は、前記電動機に印加される電動機電圧、前記電動機の固定子巻線に流れる電動機電流、前記電動機の回転子の磁極位置および回転速度に基づいて、前記電動機の巻線抵抗値もしくは誘起電圧定数の少なくともいずれか１つの電動機定数の温度変化を推定する定数推定手段を備え、前記定数推定手段によって推定された電動機定数推定値と予め設定された電動機定数基準値との比率から、前記電動機の巻線温度もしくは回転子磁石温度の少なくともいずれか１つを算出することを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、前記電動機の固定子巻線に流れる電動機電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に印加される電動機電圧と前記電動機電流とから前記電動機に発生する誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、前記誘起電圧に基づいて、前記電動機の回転子の磁極位置および回転速度を推定する位置速度推定手段とを備えることを特徴とする請求項１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。
【０００３】
その中で、省電力の技術の一つとして、ブラシレスＤＣモータのような高効率な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。
【０００４】
空気調和機における圧縮機に備えられた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）。
【０００５】
図５に特許文献１の電動機駆動装置のシステム構成を示す。図５に示すように、インバータ制御部７は、複数のスイッチング素子４ａ〜４ｆと対をなす還流ダイオード５ａ〜５ｆからなるインバータ４と、電流検出部８、正弦波駆動部９、ＰＷＭ信号生成部１０、誘起電圧推定部１１、位置速度推定部１２から構成される。
【０００６】
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、その直流電圧はインバータ４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３が駆動される。
【０００７】
ここで、誘起電圧推定手段である誘起電圧推定部１１は、電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）とに基づいて、電動機３の固定子巻線の各相に生じる誘起電圧を推定し、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）として出力する。
【０００８】
位置速度推定手段である位置速度推定部１１は、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を用いて、電動機の回転子の磁極位置および回転速度を推定し、それぞれ磁極位置推定値θ、回転速度推定値ωとして出力する。電流検出器６ａ、６ｂおよび電流検出部８は、電動機３の電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を出力する電流検出手段を構成する。
【０００９】
正弦波駆動部９は、目標回転速度ω＊と回転速度推定値ωとの差を速度誤差として算出し、その速度誤差と、電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、磁極位置推定値θとから、電動機３の電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する。ＰＷＭ信号生成部１０は、電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に基づいてインバータ４のスイッチング素子４ａ〜４ｆを動作させるためのドライブ信号を生成する。
【００１０】
なお、正弦波駆動部９の動作は次の通りである。外部から与えられる電動機３の目標回転速度ω＊と回転速度推定値ωとの速度誤差がゼロになるように、式（１）で表されるＰＩ制御により電流指令振幅Ｉ＊を求める。
【００１１】
Ｉ＊＝ＫＰＷ・（ω＊−ω）＋ＫＩＷ・Σ（ω＊−ω）                …（１）
式（１）の演算により求められる電流指令振幅Ｉ＊と、０〜９０［ｄｅｇ］（０〜π／２［ｒａｄ］）の範囲における予め設定された電流位相βＴとを用い、式（２）、（３）の演算により、ｄｑ軸電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を求める。
【００１２】
電流位相βＴは、例えば、図４に示すように電動機３の回転速度ωがωｓ０よりも小さい低速〜中速域では、システム効率が最大となるような最適位相βｓ０とし、回転速度がωｓ０〜ωｅ０の中速〜高速域では、一次関数的に電流位相をβｓ０からβｅ０まで増加させ、回転速度がωｅ以上の高速域では最大位相βｅ０となるように設定している。
【００１３】
ｉｄ＊＝−Ｉ＊・ｓｉｎ（βＴ）                                    …（２）
ｉｑ＊＝Ｉ＊・ｃｏｓ（βＴ）                                      …（３）
また、固定子巻線の相電流指令（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）は、ｄｑ軸電流指令（ｉｄ＊、ｉｑ＊）と磁極位置推定値θとを用い、式（４）〜（６）の演算により、２相−３相変換を行うことで求められる。２相−３相変換については説明を省略する。
【００１４】
ｉｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓθ｝
−ｉｑ＊・ｓｉｎθ｝                                    …（４）
ｉｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓ（θ−２π／３）
−ｉｑ＊・ｓｉｎ（θ−２π／３）｝                      …（５）
ｉｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｉｄ＊・ｃｏｓ（θ＋２π／３）
−ｉｑ＊・ｓｉｎ（θ＋２π／３）｝                      …（６）
ここで、相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）と電流検出器２０ａ，２０ｂおよび電流検出部８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：比例ゲイン、ＫＩＫｎ：積分ゲイン、ｎ＝１、２、３（３相分））を用い、式（７）〜式（９）で表されるＰＩ制御により相電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する。
【００１５】
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（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、ＰＩ制御によってｄｑ軸電圧指令（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を求め、ｄｑ軸電圧指令（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換して相電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を求めても良い。３相−２相変換についても説明を省略する。
【００１６】
具体的には、ｄｑ軸電流検出値（ｉｄ、ｉｑ）は、式（１０）、（１１）の演算により求められる。
【００１７】
ｉｄ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｓｉｎ（θ＋π／３）＋ｉｖ・ｓｉｎθ｝…（１０）
ｉｑ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｃｏｓ（θ＋π／３）＋ｉｖ・ｃｏｓθ｝…（１１）
ｄｑ軸電圧指令（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、式（１２）、（１３）の演算により求められる。
【００１８】
ｖｄ＊＝ＫＰＤ・（ｉｄ＊−ｉｄ）＋ＫＩＤ・Σ（ｉｄ＊−ｉｄ）      …（１２）
ｖｑ＊＝ＫＰＱ・（ｉｑ＊−ｉｑ）＋ＫＩＱ・Σ（ｉｑ＊−ｉｑ）      …（１３）
そこで、相電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）は、ｄｑ軸電圧指令（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換することにより、式（１４）〜（１６）の演算により求められる。
【００１９】
ｖｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓθ
−ｖｑ＊・ｓｉｎθ｝                    …（１４）
ｖｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θ−２π／３）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θ−２π／３）｝      …（１５）
ｖｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θ＋２π／３）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θ＋２π／３）｝      …（１６）
次に、誘起電圧推定部１１による電動機３の誘起電圧の推定方法について説明する。まず、各相の誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）は、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、相電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を用い、式（１７）〜（１９）の演算により求められる。
【００２０】
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３の巻線１相あたりの抵抗、Ｌはそのインダクタンスである。ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔはそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗの時間微分である。式（１７）〜（１９）を展開すると、式（２０）〜（２２）が得られる。
【００２１】
ｅｕ＝ｖｕ＊−Ｒ・ｉｕ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ−２π／３）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ−２π／３）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ＋２π／３）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ＋２π／３）｝／ｄｔ    …（２０）
ｅｖ＝ｖｖ＊−Ｒ・ｉｖ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ＋２π／３）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ＋２π／３）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ−２π／３）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ−２π／３）｝／ｄｔ    …（２１）
ｅｗ＝ｖｗ＊−Ｒ・ｉｗ
−（ｌａ＋Ｌａ）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ−２π／３）・ｄ（ｉｗ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｗ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ−２π／３）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ＋２π／３）・ｄ（ｉｕ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｕ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ＋２π／３）｝／ｄｔ
＋０．５・Ｌａ・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｃｏｓ（２θ）・ｄ（ｉｖ）／ｄｔ
−Ｌａｓ・ｉｖ・ｄ｛ｃｏｓ（２θ）｝／ｄｔ              …（２２）
ここで、Ｒは巻線１相あたりの抵抗、ｌａは巻線１相あたりの漏れインダクタンス、Ｌ
ａは巻線１相あたりの有効インダクタンスの平均値、Ｌａｓは巻線１相あたりの有効インダクタンスの振幅である。ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔは、１次オイラー近似で求める。
【００２２】
ｕ相電流ｉｕは、ｖ相電流ｉｖとｗ相電流ｉｗとの和を求め、その符号を変えることにより得られる値とする。ここで、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＊と電流位相βＴとを用い、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を簡略化すると、以下に示す式（２３）〜（２５）が得られる。
【００２３】
ｅｕ＝ｖｕ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ＋βＴ）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ＋βＴ）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ−βＴ）                  …（２３）
ｅｖ＝ｖｖ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ＋βＴ−２π／３）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ＋βＴ−２π／３）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ−βＴ−２π／３）        …（２４）
ｅｗ＝ｖｗ＊＋Ｒ・Ｉ＊・ｓｉｎ（θ＋βＴ＋２π／３）
＋１．５・（ｌａ＋Ｌａ）・ｃｏｓ（θ＋βＴ＋２π／３）
−１．５・Ｌａｓ・ｃｏｓ（θ−βＴ＋２π／３）        …（２５）
これらの式を用いて、誘起電圧推定部１１は、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を求める。
【００２４】
位置速度推定部１２は、各相の誘起電圧基準値（ｅｕｍ、ｅｖｍ、ｅｗｍ）を、次に示す３つの式によりそれぞれ求める。ここで、誘起電圧振幅値ｅｍは、ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの振幅値と一致させることで求められる。
【００２５】
ｅｕｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ＋βＴ）                                  …（２６）
ｅｖｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ＋βＴ−２π／３）                        …（２７）
ｅｗｍ＝ｅｍ・ｓｉｎ（θ＋βＴ＋２π／３）                        …（２８）
このようにして求めた誘起電圧基準値ｅｓｍと、誘起電圧推定値ｅｓとの偏差εを求める。ここで、ｅｓｍは、ｅｕｍ、ｅｖｍ、または、ｅｗｍを意味し、ｅｓは、ｅｕ、ｅｖ、または、ｅｗを意味する。
【００２６】
ε＝ｅｓ−ｅｓｍ  （ｓ＝ｕ、ｖ、または、ｗ）                      …（２９）
この偏差εが０になれば磁極位置推定値θが真値となるので、偏差εを０に収束させるように、偏差εを用いたＰＩ演算などを行って、磁極位置推定値θが求められる。また、磁極位置推定値θの変動値を演算することにより、回転速度推定値ωが求められる。
【００２７】
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を用いて磁極位置推定値θ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】
【００２８】
しかしながら、従来の構成では、電動機３の動作温度（巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度）によって電流位相βＴを変更する手段を備えていないため、定常状態の動作温度を考慮してシステム効率が最大となるような電流位相βＴを予め設定すると、特に電動機３の雰囲気温度が極めて低い場合で、長時間電動機３を停止させた状態から電動機３を高速まで立ち上げる際に、回転子磁石温度が低いことで電動機３の誘起電圧が大きくなり、電圧飽和となることで電動機３の過渡特性（立ち上げ
性能）が低下するという課題を有していた。
【００２９】
なお、一般的に、ブラシレスＤＣモータの永久磁石には、フェライト磁石や希土類磁石が採用されているが、永久磁石による磁束が飽和しない限りは、回転速度が一定の場合でも永久磁石の温度が高くなるにつれて誘起電圧は小さくなるという関係が知られている。
【００３０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電動機３の動作温度（巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度）によって予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相βＴ）を変更し、電動機３の過渡特性（立ち上げ性能）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】
【００３１】
上記従来の課題を解決するために、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、電動機の誘起電圧に対して所定の位相差の電動機電流が流れるようにインバータに駆動信号を与えるインバータ制御手段と、電動機の巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段によって検出された温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された位相差を大きくするものである。
【００３２】
これによって、電動機の動作温度が所定値よりも低い場合には、予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）を大きくすることで、弱め界磁制御の効果を強め、電動機の過渡特性（立ち上げ性能）を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の電動機駆動装置によれば、電動機の動作温度（巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度）が低い場合に予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）を大きくすることで、電動機の過渡特性（立ち上げ性能）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】
【００３４】
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、電動機の誘起電圧に対して所定の位相差の電動機電流が流れるようにインバータに駆動信号を与えるインバータ制御手段と、電動機の巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度を検出する温度検出手段とを備え、温度検出手段によって検出された温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された位相差を大きくするものである。
【００３５】
これにより、電動機の動作温度が所定値よりも低い場合には、予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）かを大きくすることで、弱め界磁制御の効果を強め、電動機の過渡特性（立ち上げ性能）を向上させることができる。
【００３６】
第２の発明は、特に第１の発明において、温度検出手段は、電動機に印加される電動機電圧、電動機の固定子巻線に流れる電動機電流、電動機の回転子の磁極位置および回転速度に基づいて、電動機の巻線抵抗値もしくは誘起電圧定数の少なくともいずれか１つの電動機定数の温度変化を推定する定数推定手段を備え、定数推定手段によって推定された電
動機定数推定値と予め設定された電動機定数基準値との比率から、電動機の巻線温度もしくは回転子磁石温度の少なくともいずれか１つを算出するものである。
【００３７】
これにより、サーミスタや熱電対等の、温度を検出する温度センサが不要となるため、コスト低減と信頼性向上とを図ることができる。
【００３８】
第３の発明は、特に第１の発明において、インバータ制御手段は、電動機の固定子巻線に流れる電動機電流を検出する電流検出手段と、電動機に印加される電動機電圧と電動機電流とから電動機に発生する誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、誘起電圧に基づいて、電動機の回転子の磁極位置および回転速度を推定する位置速度推定手段とを備えるものである。
【００３９】
これにより、エンコーダやレゾルバ等の、回転子の磁極位置を検出する位置センサが不要となるため、コスト低減と信頼性向上とを図ることができる。
【００４０】
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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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５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。
【００４２】
図１において、温度検出器１５および温度検出部１４は、電動機３の動作温度検出値（巻線温度、回転子磁石温度、雰囲気温度の少なくともいずれか１つの温度）を出力する温度検出手段を構成する。
【００４３】
電流位相補正部１３は、電動機３の動作温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）が大きくなるように電流位相を補正し、電流位相補正値として出力する。正弦波駆動部９は、電流位相補正部１３からの出力された電流位相補正値に基づいて、式（２）、式（３）および式（２３）〜式（２８）の演算を行う。
【００４４】
次に、電流位相補正部１３の具体的な動作について図３を用いて説明する。図３において、電動機３の動作温度が所定値（例えば、２０℃）よりも高い場合には、図４と同様に、電動機３の回転速度ωがωｓ０よりも小さい低速〜中速域では、システム効率が最大となるような最適位相β０ｓとし、回転速度がωｓ０〜ωｅ０の中速〜高速域では、一次関数的に電流位相をβｓ０からβｅ０まで増加させ、回転速度がωｅ０以上の高速域では最大位相βｅ０となるように設定し、電動機３の動作温度が所定値（例えば、２０℃）以下となる場合には、回転速度に対する電流位相の設定値を、動作温度が高い場合よりも値が大きくなるように設定している。
【００４５】
すなわち、電動機３の回転速度ωがωｓ１よりも小さい低速〜中速域では、電流位相をβｓ１（βｓ０よりも値が大）とし、回転速度がωｓ１〜ωｅ１の中速〜高速域では、一次関数的に電流位相をβｓ１からβｅ１まで増加させ、回転速度がωｅ１以上の高速域では最大位相βｅ１（βｅ０よりも値が大）となるように設定するものである。
【００４６】
ここで、電動機３の動作温度が所定値よりも高い状態から低い状態に変化した場合、動作温度が高い場合の電流位相の設定（回転速度ωに対して電流位相がβｓ０〜βｅ０となる設定）から、動作温度が低い場合の電流位相の設定（回転速度ωに対して電流位相がβ
ｓ１〜βｅ１となる設定）と等しくなるまで、所定時間毎に電流位相の変化量Δβだけ増加させ続ける（逆の場合には、所定時間毎に電流位相の変化量Δβだけ減少させ続ける）。
【００４７】
このように、本発明の電動機駆動装置は、電動機３の動作温度が低い場合に、予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）を大きくすることで、電動機の過渡特性（立ち上げ性能）を向上させることができる。
【００４８】
なお、図３における電流位相の設定は、電動機３の動作温度が所定値よりも高い場合と低い場合の２通りで記載しているが、特に限定しているわけでなく、複数の閾値を持たせて、各々の温度領域における電流位相を設定しても良いことは言うまでもない。
【００４９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２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５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。
【００５０】
図２において、定数推定部１６は、相電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）、磁極位置推定値θおよび回転速度推定値ωに基づいて、電動機３の巻線抵抗値もしくは誘起電圧定数の少なくともいずれか１つの電動機定数の温度変化を推定し、電動機定数推定値と予め設定された電動機定数基準値（例えば、２０℃時における電動機定数の値）との定数比率を出力する。
【００５１】
温度検出部１４は、定数比率から電動機３の動作温度を推定し、温度推定値を温度検出値として出力する。電流位相補正部１３は、電動機３の動作温度検出値が所定値よりも小さい場合には予め設定された電流位相から値が大きくなるように電流位相を補正し、電流位相補正値として出力する。
【００５２】
正弦波駆動部９は、電流位相補正部１３からの出力された電流位相補正値に基づいて、式（２）、式（３）および式（２３）〜式（２８）の演算を行う。
【００５３】
次に、定数推定部１６の具体的な動作について、一例として電動機の巻線抵抗値の温度変化による推定値を導出する場合について説明する。
【００５４】
はじめに、電動機の巻線抵抗値をＲ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、誘起電圧定数をＫｅとすると、定常状態におけるｄｑ軸上での電圧方程式は式（３０）、式（３１）のように表される。
【００５５】
Ｖｄ＝Ｒ・ｉｄ−ωＬｑ・ｉｑ                                      …（３０）
Ｖｑ＝Ｒ・ｉｑ＋ωＬｄ・ｉｄ＋ωＫｅ                              …（３１）
ここで、巻線抵抗値Ｒの推定値をＲｓとすると、式（３０）は式（３２）のように式変形できる。
【００５６】
（Ｒｓ−Ｒ）・ｉｄ・ｉｄ＝Ｒｓ・ｉｄ・ｉｄ
−（Ｖｄ・ｉｄ＋ωＬｑ・ｉｄ・ｉｑ）    …（３２）
すなわち、巻線抵抗値の推定値Ｒｓが実際の巻線抵抗値Ｒよりも大きい場合には、右辺は正となり、逆の場合には負となるため、式（３３）のように巻線抵抗値の推定値Ｒｓを導出する（ｉｄの２乗としていることで、ｉｄの符号の影響は考慮する必要が無くなる）。
【００５７】
Ｒｓ［ｎＴ］＝Ｒｓ［（ｎ−１）Ｔ］
−Ｋｒ・∫｛Ｒｓ［（ｎ−１）Ｔ］・ｉｄ・ｉｄ
−（Ｖｄ・ｉｄ＋ωＬｑ・ｉｄ・ｉｑ）｝ｄｔ
…（３３）
ここで、式（３３）はマイコンなどで演算を行うため離散時間系を取っており、ｎＴは現在のサンプリング時間、（ｎ−１）Ｔは１時刻前のサンプリング時間である。また、Ｋｒは積分ゲインである。
【００５８】
なお、式（３３）では、式（３２）の右辺の積分演算のみ行っているが、比例項を付加してＰＩ補償を行っても良いことは言うまでもない。
【００５９】
さらに、ｉｄの符号が変化しない場合は、式（３２）を辺々ｉｄで除算することができるため、式（３３）において演算時間の短縮を図ることが可能である。
【００６０】
本発明の定数推定部１６では、このようにして導出した巻線抵抗値の推定値Ｒｓと、予め設定された巻線抵抗の基準値Ｒ０（例えば、２０℃時の巻線抵抗値）との比率（＝Ｒｓ／Ｒ０）を出力する。
【００６１】
次に、温度検出部１４では、定数推定部１６から出力される定数の比率に基づいて、巻線温度を推定する。ここで、一般的に電動機の巻線は銅線が用いられており、銅の温度係数を考慮すると、巻線温度推定値Ｔｓは式（３４）のように表される。
【００６２】
Ｔｓ＝Ｒｓ／Ｒ０・（２３４．５＋２０）−２３４．５                …（３４）
なお、巻線抵抗値の推定値Ｒｓの導出方法について説明したが、誘起電圧Ｋｅに関しては、巻線抵抗値の推定値Ｒｓを導出した上で、式（３１）に基づいて温度変化を推定することができる。ただし、この場合は、磁石の温度係数を考慮して、磁石温度推定値を求める必要がある。
【００６３】
このようにして、電動機の巻線温度もしくは磁石温度を推定することができ、サーミスタや熱電対等の、温度を検出する温度センサが不要となるため、コスト低減と信頼性向上とを図ることができる。
【００６４】
また、実施の形態１および２において、２つの電流検出器６ａ、６ｂにより電動機３の電流を検出しているが、インバータ４の直流電流、すなわち、整流回路２とインバータ４との間に流れる電流から電動機３の電流を検出するなどの手段を用いても良い。
【００６５】
さらに、実施の形態１および２において、正弦波駆動部９へ与えられる目標回転速度ω＊に電動機３の回転速度ωが追従するように、回転速度制御を行うものとしたが、例えば、電動機３のトルクを制御するようにしても同様の効果が得られる。
【００６６】
加えて、実施の形態１および２において、整流回路１２を用いているが、力率改善型昇圧コンバータなどを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明の電動機駆動装置によれば、電動機の動作温度が低い場合に予め設定された誘起電圧に対する電動機電流の位相差（電流位相）を大きくすることで、電動機の過渡特性（立ち上げ性能）を向上させることができる。従って、本発明の電動機駆動装置は、ルームエアコンなどの圧縮機の電動機駆動装置に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１による電動機駆動装置のシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態２による電動機駆動装置のシステム構成図
【図３】本発明の電動機駆動装置における電流位相の一例を示す説明図
【図４】予め設定された電流位相の一例を示す説明図
【図５】従来の電動機駆動装置のシステム構成図
【符号の説明】
【００６９】
１  交流電源
２  整流回路
３  電動機
４  インバータ
４ａ〜４ｆ  スイッチング素子
５ａ〜５ｆ  還流ダイオード
６ａ、６ｂ  電流検出器
７  インバータ制御部
８  電流検出部
９  正弦波駆動部
１０  ＰＷＭ信号生成部
１１  誘起電圧推定部
１２  位置速度推定部
１３  電流位相補正部
１４  温度検出部
１５  温度検出器
１６  定数推定部
【図１】
2008206323.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008206323.tif 000007