(57)【要約】【課題】安価な構成で相電流を正確に検出し、起動時の安定性に優れた圧縮機用電動機駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】インバータ母線電流を検知する電流検出手段１１によりブラシレスモータ３の各相の巻線に流れる相電流を検出可能とし、速度ＰＩ演算手段２１にて起動時の速度比例ゲインＫＰの値を圧縮機電動機の必要なトルクに対応した値に可変とすることで起動時の安定性を向上させている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相圧縮機用電動機と、インバータ装置と、インバータ母線電流を検出する電流検出手段と、前記インバータが出力する電圧値と前記電流検出手段により検出される電流値とから前記圧縮機用電動機の誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、推定された誘起電圧推定値に基づいて前記圧縮機用電動機の回転子磁極位置と回転速度を推定するセンサレス回転子位置速度検出手段と、目標速度と推定された速度より比例積分（ＰＩ）演算を行なう速度ＰＩ演算手段と、速度ＰＩ演算手段で決定した補正値等に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段とから構成される圧縮機用電動機駆動装置において、前記速度ＰＩ演算手段の速度比例ゲインを前記圧縮機用電動機の起動時において必要な起動トルクの対応した値に可変とする圧縮機用電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータなどの圧縮機用電動機を任意の回転数で駆動する圧縮機用電動機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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圧縮機用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】
従来、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、圧縮機用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も発明されている。また、回転子の位置を推定する方法としては、圧縮機用電動機の誘起電圧を推定することにより行う方法がある（例えば特開２０００−３５０４８９公報参照）。
【０００４】
図３にセンサレス正弦波駆動を実現するためのシステム構成を示す。１は直流電源、２はインバータ装置、３はブラシレスモータ、４は固定子、５は回転子、６は制御部、７ｖと７ｗは電流センサである。
【０００５】
ブラシレスモータ３は、中性点を中心にＹ結線された３つの相巻線４ｕ，４ｖ，４ｗが取付けられる固定子４、および磁石が装着されている回転子５を備える。Ｕ相巻線４ｕの非結線端にＵ相端子８ｕ、Ｖ相巻線４ｖの非結線端にＶ相端子８ｖ、Ｗ相巻線４ｗの非結線端にＷ相端子８ｗが接続される。
【０００６】
インバータ２は、一対のスイッチング素子が電流の上流側と下流側の関係に直列接続された直列回路を、Ｕ相用，Ｖ相用，Ｗ相用として３つ有する。これら直列回路に、直流電源１から出力されるＤＣ電圧が印加される。Ｕ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｕ、および下流側スイッチング素子１３ｕより成る。Ｖ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｖ、および下流側スイッチング素子１３ｖより成る。Ｗ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｗ、および下流側スイッチング素子１２ｗより成る。なお、フリーホイールダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ，１５ｕ，１５ｖ，１５ｗが、各スイッチング素子と並列に接続される。
【０００７】
インバータ２におけるスイッチング素子１２ｕ，１３ｕの相互接続点、スイッチング素子１２ｖ，１３ｖの相互接続点、およびスイッチング素子１２ｗ，１３ｗの相互接続点に、ブラシレスモータ３の端子８ｕ，８ｖ，８ｗがそれぞれ接続される。
【０００８】
制御部６は、ブラシレスモータ３の相巻線４ｖ，４ｗに流れる電流を電流センサ７ｖ，７ｗによって検出し、この電流値をもとに誘起電圧を推定してインバータ２を制御する信号を出力する。以上のような回路構成にて、ブラシレスモータ３の駆動制御を行っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３５０４８９公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の、誘起電圧の推定による位置センサレス正弦波駆動においては、駆動する圧縮機用電動機の相電流を検出するために、電流センサなどの検出器を最低でも２つ用いなければならず、駆動装置を構成する上でコストアップの要因となってしまうという問題があった。しかしながら電流センサなどの検出器を取り外すと、特に圧縮機用電動機の起動時においてトルク不足で起動不良を起こしたり、過電流で保護が働き圧縮機停止してしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するもので、安価な構成で相電流を正確に検出し、起動時の安定性に優れた圧縮機用電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、インバータ母線電流にて圧縮機用３相電動機の各相の電流を検知し、比例項ゲインを所定時間ごとに可変とすることにより、起動時に過電流やトルク不足を起こさない安定した駆動を安価な手法で実現するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、速度ＰＩ演算手段の速度比例ゲインを圧縮機用電動機の起動時において所定時間ごとに可変とすることで、負荷変動の大きい起動時でも各速度に応じたゲインを設定することができ速度安定性を得ることができるものである。
【００１４】
また、前記速度ＰＩ制御の速度比例ゲインを読み書き可能なメモリに記憶することで、メモリのデータを変更するだけで種々の負荷（圧縮機用電動機や使用する製品の差等）に対応可能となり、マイクロコンピュータや電子制御装置の共通化が図れるものである。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本実施例の構成を示すブロック図である。１は直流電源、２はインバータ、３はブラシレスモータ、４は固定子、５は回転子、６は制御部である。
【００１７】
ブラシレスモータ３は、中性点を中心にＹ結線された３つの相巻線４ｕ，４ｖ，４ｗが取付けられる固定子４、および磁石が装着されている回転子５を備える。Ｕ相巻線４ｕの非結線端にＵ相端子８ｕ、Ｖ相巻線４ｖの非結線端にＶ相端子８ｖ、Ｗ相巻線４ｗの非結線端にＷ相端子８ｗが接続される。
【００１８】
インバータ２は、一対のスイッチング素子が電流の上流側と下流側の関係に直列接続された直列回路を、Ｕ相用，Ｖ相用，Ｗ相用として３つ有する。これら直列回路に、直流電源１から出力されるＤＣ電圧が印加される。Ｕ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｕ、および下流側スイッチング素子１３ｕより成る。Ｖ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｖ、および下流側スイッチング素子１３ｖより成る。Ｗ相用の直列回路は、上流側スイッチング素子１２ｗ、および下流側スイッチング素子１２ｗより成る。なお、フリーホイールダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ，１５ｕ，１５ｖ，１５ｗが、各スイッチング素子と並列に接続される。
【００１９】
インバータ２におけるスイッチング素子１２ｕ，１３ｕの相互接続点、スイッチング素子１２ｖ，１３ｖの相互接続点、およびスイッチング素子１２ｗ，１３ｗの相互接続点に、ブラシレスモータ３の端子８ｕ，８ｖ，８ｗがそれぞれ接続される。
【００２０】
インバータ２に印加されている直流電圧は、上述したインバータ２内のスイッチング素子などの回路によって三相の交流電圧に変換され、それによりブラシレスモータ３が駆動される。
【００２１】
外部より与えられる目標速度を実現するべく、現在の速度との誤差から演算された出力電圧を出力するために、ＰＷＭ信号生成手段９によりインバータ２のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号が生成される。ＰＷＭ信号はデューティ補正手段１９により補正を行った後、スイッチング素子を電気的に駆動するためのドライブ信号にベースドライバ１０により変換され、各スイッチング素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが動作する。
【００２２】
制御部６での動作を説明する。インバータ母線に配した電流検出手段１１　により検出されたブラシレスモータ３の相電流と、ＰＷＭ信号生成手段９で演算される出力電圧と、インバータ印加電圧検出手段１６が検出したインバータ印加電圧の情報により、ブラシレスモータ３の誘起電圧が誘起電圧推定手段１７により推定される。さらに、推定された誘起電圧から、回転子位置速度推定手段１８でブラシレスモータ３の回転子磁極位置および速度を推定する。回転子磁極位置（角度）の情報に基づいて角度ＰＩ演算手段２０で比例積分演算し算出した補正値と、推定された速度に基づいて速度ＰＩ演算手段２１にて比例積分演算し算出した補正値の、双方の補正値に基づきＰＷＭ信号生成手段９でブラシレスモータ３を駆動するためのＰＷＭ信号が生成される。このようにして推定された回転子５の速度と、外部から与えられる目標速度との偏差等の情報から、回転子速度が目標速度となるように制御される。
【００２３】
図２に示すように圧縮機電動機の起動時は必要なトルクＴｑが大幅に変化する。これは圧縮機が停止していて吸込みと吐出間に圧力差のない状態から冷媒を急速に圧縮して吸込みと吐出間に圧力差が発生するまでの急激な変化によるものである。そこで、速度ＰＩ演算手段２１にて速度比例ゲインＫＰの値を図２に示す圧縮機電動機の必要なトルクに応じた多段階の設定とすることでトルク不足や過電流の発生を抑制している。速度比例ゲインＫＰのゲインを上げるまでの時間ｔ１は圧縮機電動機の必要なトルクが急激に上昇する直前に設定することが望ましい。図２においてＡよりも速度比例ゲインＫＰを大きくすると制御が敏感になりすぎインバータ２の各スイッチング素子に過電流が流れる状態となりＢよりも小さくするとゲイン不足で応答が悪くトルク不足となるが、多段階の細かな設定によって本不具合が発生するのを防止している。
【００２４】
さらに、速度比例ゲインＫＰ値を制御部６の外部から読み書き可能なメモリ２１ａ（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶することで、圧縮機用３相電動機を用いた圧縮機等の容量差等による負荷の差に応じた値をメモリ２１ａに記憶させることで各負荷に対応した値とすることができ、マイクロコンピュータのＲＯＭを変更することなく電子制御装置の共通化を図っている。
【００２５】
この実施の形態によれば、制御部６内の制御ループを成立させるために、ブラシレスモータ３の各相の巻線に流れる相電流を検出する必要が生じた際に、誘起電圧を推定するアルゴリズムを変えることなく簡単になおかつ確実に相電流検出を行うことができ、電流検出手段をインバータと圧縮機用電動機間の線間に少なくとも２つ以上設けることのない安価なシステム構成で正弦波駆動を実現することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上記から明らかなように、圧縮機用電動機の相電流をインバータ母線電流から検出する電流検出手段と、出力する電圧値と前記電流検出手段により検出される相電流とから圧縮機用電動機の誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、推定された誘起電圧推定値に基づいて前記圧縮機用電動機の回転子磁極位置を推定する回転子位置速度検出手段と、目標速度と推定された速度より比例積分（ＰＩ）演算を行なう速度ＰＩ演算手段と、速度ＰＩ演算手段で決定した補正値等に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段を備え、速度ＰＩ演算手段の速度比例ゲインを前記圧縮機用電動機の起動時において所定時間ごとに可変とすることを特徴とする本発明の圧縮機用電動機駆動装置によれば、電流検出手段をインバータと圧縮機用電動機間の線間に少なくとも２つ以上設けることのない安価なシステム構成で起動時の安定性に優れた正弦波駆動を実現することができるという効果を奏する。
【００２７】
また、速度ＰＩ制御の速度比例ゲインを読み書き可能なメモリに記憶することで、メモリのデータを変更するだけで種々の負荷（圧縮機用３相電動機や使用する製品の差等）に対応可能となり、マイクロコンピュータや電子制御装置の共通化が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮機用電動機駆動装置の実施例の構成を示すブロック図
【図２】速度ＰＩ演算手段の速度比例ゲインＫＰ設定値を表す図
【図３】従来例を表すブロック図
【符号の説明】
２　インバータ
３　ブラシレスモータ
６　　制御部
９　ＰＷＭ信号生成手段
１０　ベースドライバ
１１　電流検出手段
１６　インバータ印加電圧検出手段
１７　誘起電圧推定手段
１８　回転子位置速度推定手段
１９　デューティ補正手段
２１　速度ＰＩ演算手段
２１ａ　起動データ設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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