(57)【要約】【課題】永久磁石同期モータが強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧を部品点数の増加なしに抑制して低コスト化できる永久磁石同期モータの駆動装置、空気調和装置、換気扇の駆動装置、洗濯機、自動車及び車両を得ることを目的とする。【解決手段】回生運転時に、直流電圧検出手段９０が検出した増大する回生電圧に基づいてインバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間を短絡するようにインバータ４０を制御する短絡手段６０と、直流電圧検出手段９０が検出する減少する回生電圧に基づいてインバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間を開放するようにインバータ４０を制御する開放手段７０と、直流電圧検出手段９０が検出する増大する回生電圧に基づいてインバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間を開放と短絡を交互に行うようにインバータ４０を制御する間欠短絡手段８０と、を備えた。【選択図】図１
2012050332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、
前記インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、回生運転時に、
前記直流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、
前記直流電圧検出手段が検出する減少する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、
前記直流電圧検出手段が検出する増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記インバータを制御する間欠短絡手段と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２】
前記間欠短絡手段は、
前記永久磁石同期モータの線間を間欠的に短絡する時の短絡時間を徐々に長くする
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、
前記直流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧が、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記直流電圧検出手段が検出した減少する回生電圧が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項４】
直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、
前記永久磁石同期モータから出力される交流の回生電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、回生運転時に、
前記交流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、
前記交流電圧検出手段が検出した減少する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、
前記交流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記インバータを制御する間欠短絡手段と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項５】
前記間欠短絡手段は、
前記永久磁石同期モータの線間を間欠的に短絡する時の短絡時間を徐々に長くする
ことを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項６】
前記インバータ制御手段は、
前記交流電圧検出手段が検出した回生電圧が、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記交流電圧検出手段が検出した回生電圧が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項７】
直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、
前記永久磁石同期モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、回生運転時に、
前記回転速度検出手段が検出した回生時の増大する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、
前記回転速度検出手段が検出した回生時の減少する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、
前記回転速度検出手段が検出した回生時の増大する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記ンバータを制御する間欠短絡手段と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項８】
前記間欠短絡手段は、
前記永久磁石同期モータの線間を間欠的に短絡する時の短絡時間を徐々に長くする
ことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項９】
前記インバータ制御手段は、
前記回転速度検出手段が検出した回生時の増大する出力が、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記回転速度検出手段が検出した回生時の減少する出力が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１０】
直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、
前記インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記永久磁石同期モータから出力される交流の回生電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記永久磁石同期モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、回転運転時に、
前記直流電圧検出手段、前記交流電圧検出手段及び前記回転速度検出手段の少なくとも一つが検出した回生時の増大する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、
前記直流電圧検出手段、前記交流電圧検出手段及び前記回転速度検出手段の少なくとも一つが検出した回生時の減少する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、
前記直流電圧検出手段、前記交流電圧検出手段及び前記回転速度検出手段の少なくとも一つが検出した回生時の増大する出力に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記インバータを制御する間欠短絡手段と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１１】
直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、
前記インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記永久磁石同期モータから出力される交流の回生電圧を検出する交流電圧検出手段と、
前記永久磁石同期モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、回生運転時に、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、予め選択された二つの手段が検出した二つの回生時の増大する出力のいずれかに基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、予め選択された二つの手段が検出した二つの回生時の減少する出力のいずれかに基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、予め選択された二つの手段が検出した二つの回生時の増大する出力のいずれかに基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記インバータを制御する間欠短絡手段と、を備えた
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１２】
前記間欠短絡手段は、
前記永久磁石同期モータの線間を間欠的に短絡する時の短絡時間を徐々に長くする
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１３】
前記インバータ制御手段は、
前記直流電圧検出手段、前記交流電圧検出手段及び前記回転速度検出手段の少なくとも一つが検出した回生時の増大する出力が、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記交流電圧検出手段及び前記回転速度検出手段の少なくとも一つが検出した回生時の減少する出力が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項１０又は１２に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１４】
前記インバータ制御手段は、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、予め選択された二つの手段が検出した二つの回生時の増大する出力のいずれかが、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、予め選択された二つの手段が検出した二つの回生時の減少する出力のいずれかが、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１５】
前記インバータ制御手段は、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、前記直流電圧検出手段と前記回転速度検出手段が検出した二つの回生時の増大する出力のどちらともが、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記回転速度検出手段が検出した出力が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１６】
前記インバータ制御手段は、
前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段と前記回転速度検出手段の三つの手段のうち、前記直流電圧検出手段と前記交流電圧検出手段が検出した二つの回生時の増大する出力のどちらともが、第１の閾値を超える場合に前記間欠短絡手段を動作させ、その後に前記短絡手段を動作させ、前記交流電圧検出手段が検出した出力が、第２の閾値を下回った場合に前記開放手段を動作させる
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１７】
前記インバータは前記直流電源の正側に接続された複数個の正側スイッチング素子及び前記直流電源の負側に接続された複数個の負側スイッチング素子で構成され、
前記短絡手段は、前記正側スイッチング素子もしくは負側スイッチング素子の全てをオンさせるように構成され、
前記開放手段は、前記正側スイッチング素子及び負側スイッチング素子の全てをオフさせるように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１８】
前記インバータは前記直流電源の正側に接続された複数個の正側スイッチング素子及び前記直流電源の負側に接続された複数個の負側スイッチング素子で構成され、
前記短絡手段は、前記正側スイッチング素子の全てと負側スイッチング素子の全てを交互にオンさせるように構成され、
前記開放手段は、前記正側スイッチング素子及び負側スイッチング素子の全てをオフさせるように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１９】
前記インバータ制御手段は、
アナログ回路、またはデジタル回路、またはマイコンにより実現する
ことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置を搭載した
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２１】
請求項１〜１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置を搭載した
ことを特徴とする換気扇の駆動装置。
【請求項２２】
請求項１〜１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置を搭載した
ことを特徴とする洗濯機。
【請求項２３】
請求項１〜１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置を搭載した
ことを特徴とする自動車。
【請求項２４】
請求項１〜１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置を搭載した
ことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省エネ性の高い誘起電圧定数の大きな永久磁石同期モータが強制的に回転させられた場合に発生する回生電圧を抑制することで駆動装置の安全性を確保する永久磁石同期モータの駆動装置、空気調和装置、換気扇の駆動装置、洗濯機、自動車及び車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石同期モータは誘起電圧定数が大きいほど、インバータに代表されるモータの駆動装置の低損失化が図れる。しかし、永久磁石同期モータは外風やその他外乱要因により強制的に回転させられた場合に、発電機として働き電圧（回生電圧）が発生する。
そのため、誘起電圧定数が大きい永久磁石同期モータを用いた場合、大きな回生電圧が発生し、電動機の駆動装置を構成する素子が耐圧破壊を起こし、発煙や発火に至る恐れがある。
そこで、従来のブラシレスモータの保護装置に、リレーなどの開閉器によりモータとインバータを切り離すことで、回生電圧に対して素子を保護する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３―２０６１８９号公報（第１頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の従来のブラシレスモータの保護装置は、リレーなどの開閉器を追加することによる部品点数や電子基板面積の増加に伴うコストアップという問題があり、また開閉器の耐圧を考慮して設計しなければならないといった課題もあった。
本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、永久磁石同期モータが強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧を部品点数の増加なしに抑制して低コスト化できる永久磁石同期モータの駆動装置、空気調和装置、換気扇の駆動装置、洗濯機、自動車及び車両を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る永久磁石同期モータの駆動装置は、直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、インバータ制御手段は、回生運転時に、直流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を短絡するようにインバータを制御する短絡手段と、直流電圧検出手段が検出する減少する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を開放するようにインバータを制御する開放手段と、直流電圧検出手段が検出する増大する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うようにインバータを制御する間欠短絡手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る永久磁石同期モータの駆動装置においては、直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、インバータ制御手段は、回生運転時に、直流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を短絡するようにインバータを制御する短絡手段と、直流電圧検出手段が検出する減少する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を開放するようにインバータを制御する開放手段と、直流電圧検出手段が検出する増大する回生電圧に基づいてインバータと永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うようにインバータを制御する間欠短絡手段と、を備えたので、永久磁石同期モータが強制的に回転させられて回生電圧が生じる場合に、インバータと永久磁石同期モータの線間を短絡し、また短絡及び開放を繰り返すことで、永久磁石同期モータに発生した回生電圧を永久磁石同期モータ内で消費させて直流電圧の上昇を抑制し、回生電圧をインバータの耐圧以下に抑制可能となりインバータを構成するスイッチング素子等の耐圧破壊を部品点数の増加なしに低コストで防止することができ、誘起電圧定数の大きい永久磁石同期モータを用いることが可能となるため、永久磁石同期モータの駆動装置の損失を低下させて省エネにも寄与し、地球温暖化を軽減可能とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図。
【図２】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの三相ブリッジの回路図。
【図３】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡動作状態の回路図。
【図４】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの開放動作状態の回路図。
【図５】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡及び開放動作のフローチャート。
【図６】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡および開放動作による直流電圧波形図。
【図７】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの開放、間欠短絡、開放動作時のスイッチング波形を示す説明図。
【図８】同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡および開放動作時間の比率制御を示すブロック図。
【図９】同永久磁石同期モータの駆動装置のコントローラの内部構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図。
【図１３】同永久磁石同期モータの駆動装置のもう１つのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図、図２は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの三相ブリッジの回路図、図３は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡動作状態の回路図、図４は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの開放動作状態の回路図、図５は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡及び開放動作のフローチャート（直流電圧検出手段を用いた場合）、図６は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡および開放動作による直流電圧波形図、図７は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの開放、間欠短絡、開放動作時のスイッチング波形を示す説明図、図８は同永久磁石同期モータの駆動装置のインバータの短絡および開放動作時間の比率制御を示すブロック図、図９は同永久磁石同期モータの駆動装置のコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【０００９】
図１において、１０は直流電源、２０は直流電源１０に入力側接続されたモータ駆動装置、３０はモータ駆動装置２０の出力側に接続された三相の永久磁石同期モータである。
モータ駆動装置２０は、インバータ４０と、インバータ４０を駆動制御するインバータ制御手段５０と、永久磁石同期モータ３０の線間を短絡するようにインバータ４０を制御する短絡手段６０と、永久磁石同期モータ３０の線間を開放するようにインバータ４０を制御する開放手段７０と、短絡手段６０と開放手段７０とを交互に動作させる間欠短絡手段８０と、直流電源１０の直流電圧を検出する直流電圧検出手段９０とを有して構成されている。
【００１０】
図２に示すインバータ４０の構成について説明する。
インバータ４０は、直流電源１０の正側に接続される還流ダイオード１１０が並列接続された３つのIGBTスイッチング素子１００ａと、直流電源１０の負側に接続される還流ダイオード１１０が並列接続された３つのIGBTスイッチング素子１００ｂとを有し、それぞれが直列に接続された構成となっており、正側と負側の中性点が永久磁石同期モータ３０の各相に接続されている。
ここで、直流電源１０の３つの正側スイッチング素子１００ａを上アーム、３つの負側スイッチング素子１００ｂを下アームとして以下、説明する。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態１に係る永久磁石同期モータの駆動装置の動作について図５のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図５は直流電圧検出手段を用いた場合を示しているが、交流電圧検出手段や回転速度検出手段を用いた場合も同様のフローチャートとなる。
インバータ制御手段５０は、直流電圧検出手段９０の出力に基づいて、回生電圧を抑制するようにインバータ４０を制御する。
即ち、永久磁石同期モータ３０が駆動停止させられてインバータ４０の上アームの３つの正側スイッチング素子１００ａと下アームの３つの負側スイッチング素子１００ｂが全てオフのとき（このときを開放状態という）に、永久磁石同期モータ３０が強制的に回転させられると回生電圧が発生する。
この回生電圧により上アームと下アームの還流ダイオード１１０に電流が流れて整流され、直流電圧が直流電源１０に印加される。その直流電源１０に印加される直流電圧を直流電圧検出手段９０が検出し、その検出した直流電圧をインバータ制御手段５０に出力している。
【００１２】
そして、インバータ制御手段５０では、直流電圧検出手段９０が検出する回生電圧に基づく直流電圧の出力が増大して第１の閾値である短絡閾値を超えた場合（ステップＳ１）に、短絡手段６０を動作させ、図３の（ａ）に示すように、インバータ４０の上アーム１００ａを全てオンさせるように制御してインバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間を短絡状態とするか、もしくは図３の（ｂ）に示すようにインバータ４０の下アーム１００ｂを全てオンさせることでインバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間を短絡状態として（ステップＳ２）、発生した回生電圧を永久磁石同期モータ３０内で消費させることで、回生電圧を低下させる。
【００１３】
このように、インバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間が短絡状態となった場合には、直流電源１０に回生エネルギーが供給されないが、その直流電源１０の直流電圧は例えばインバータ制御手段５０の動作電圧として供給されているので、そこで消費されて徐々に低下していく。
そして、インバータ制御手段５０では、直流電圧検出手段９０が検出する回生電圧に基づく直流電圧の出力が低下して第２の閾値である開放閾値を下回った際に（ステップＳ３）、図４に示すように、インバータ４０のいままでオンしていた上アーム１００ａを全てオフさせ、もしくはいままでオンしていた下アーム１００ｂを全てオフさせることで前述の短絡状態を解除し、結局上アーム１００ａ及び下アーム１００ｂを全てオフにして開放状態にする（ステップＳ４）。
【００１４】
そうすると、図６に示すように回生電圧は再び上昇し、回生電圧に基づく直流電圧も上昇して第１の閾値に達することになれば、ステップＳ２に戻り短絡状態にさせられることになる。
このように、インバータ４０と永久磁石同期モータ３０の線間が短絡及び開放動作を繰り返すことで、永久磁石同期モータ３０が強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧をインバータ４０の耐圧以下に抑制可能となり、インバータ４０を構成するスイッチング素子などの耐圧破壊を保護することができる。
【００１５】
しかしながら、前記したように短絡手段６０及び開放手段７０で短絡および開放する直流電圧の短絡閾値と開放閾値が略同一程度に近似している場合、短絡および開放動作が頻繁に発生し、永久磁石同期モータ３０に流れる電流にノイズが発生する問題がある。
そのため、短絡動作を開始する短絡閾値と、開放動作を開始する開放閾値の二つの閾値を略同一の値にせず、また短絡閾値と開放閾値の関係を短絡閾値＞開放閾値とすることで短絡および開放動作が頻繁に起こることを抑え、ノイズの発生を少なくできるため、ノイズによる誤動作のない信頼性の高い永久磁石同期モータの駆動装置を得ることができる。
但し、短絡閾値と開放閾値はノイズ等が発生しないようにある程度電圧差を持たせたほうがよい。そのときの直流電圧波形を図６に示す。
【００１６】
しかし、永久磁石同期モータ３０の線間が開放動作から短絡動作に移行する際には、永久磁石同期モータ３０に定常状態のおよそ２倍程度の電流が瞬間的に流れる。
永久磁石同期モータ３０を構成する永久磁石は大きな電流が流れると、磁力が低下して性能が劣化するおそれがある。
そこで、永久磁石同期モータ３０の線間が開放動作から短絡動作に移行する前に、間欠短絡手段８０により短絡と開放とを短時間のうちに交互に動作させて間欠短絡動作を行わせ、短絡する時間を徐々に長くしながら間欠的に短絡動作を行った後、短絡手段６０により短絡動作を行うことで瞬間的に流れる電流を抑制することができる。
図７は、短絡、間欠短絡、開放動作へ移行する際のインバータ４０の上アーム１００ａもしくは下アーム１００ｂのスイッチング波形を示す。また、図７に示すように、間欠短絡動作時間ｔを任意に設計できるものとする。
また、間欠短絡手段８０はタイマー等で時間の経過と共に短絡時間を徐々に長くするよう制御したり、PWM を用いて徐々にDutyを上げて短絡時間を長くするようにしても良い。
【００１７】
さらに、インバータ制御手段５０の短絡手段６０、開放手段７０及び間欠短絡手段８０に代わる同様な機能を有する手段として、直流電圧検出手段７０の出力と予め設定した直流電圧指令値との偏差に応じて、短絡及び開放動作時間の比率を可変し、直流電圧を一定に保つように制御するようにしたものがある。
それは、例えば、図８に示すように直流電圧指令値を正、直流電圧検出手段９０で検出した出力を負として加算器１１９で加算し、その偏差をコントローラ１２０の入力とし、偏差をなくすように短絡及び開放動作時間の比率を制御する。
この場合、開放動作時間を０に設定し、短絡動作時間だけ制御するようにすれば、前記短絡手段６０と同様に機能し、逆に短絡動作時間を０に設定し、開放動作時間だけ制御するようにすれば、前記開放手段７０として機能し、開放動作時間と短絡動作時間を一定の比率に設定すれば、間欠短絡手段８０として機能することになる。
コントローラ１２０は、図９に示すように、例えば、比例動作、積分動作及び微分動作を行なうＰＩＤ制御器などを用いてもよい。もちろん、偏差をなくすように制御できればよいので、他の制御器でも代用できることは言うまでもない。
【００１８】
これにより、永久磁石同期モータ３０の定数等が変わる場合でも、偏差に応じて短絡及び開放動作時間の比率を制御することで、永久磁石の磁力が弱まるのを防止できることから経年劣化防止にも効果が期待できる。
また、例えばＰＩＤ制御器の比例動作、積分動作及び微分動作のゲインを変えて応答を調整することにより、徐々に短絡及び開放動作時間の比率を変化させていき、前述の間欠短絡手段と等価な効果を得ることが出来る。
これにより、開放から短絡状態への移行時における瞬間的な電流を抑制することが可能となり、永久磁石同期モータ３０の磁力低下を抑え、信頼性の高い永久磁石同期モータの駆動装置を得ることができる。
【００１９】
上述した実施の形態１で説明したインバータ４０及びインバータ制御手段５０について以下の説明を補足する。
インバータ４０は図３に示すようにIGBTスイッチング素子１００ａ、１００ｂとなっているが、MOSFETなどの他のスイッチング素子でも問題はない。
また、インバータ４０は図３に示すように三相ブリッジ回路となっているが、二相の場合や複数のブリッジ回路で構成される場合も短絡および開放動作をするようにインバータ制御手段５０で制御信号を入力することで同様の結果が得られることはいうまでもない。
【００２０】
さらに、インバータ制御手段５０は直流電源１０により電源が供給されない場合、動作できない問題がある。しかし、永久磁石同期モータ３０が強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧が所定値以上になると直流電源１０により電源が供給されたものと同じ効果が得られるため、動作することが可能となる。
【００２１】
また、インバータ制御手段５０は、インバータ４０の上アーム１００ａもしくは下アーム１００ｂを全てオンして短絡状態となる場合、所定時間経過後、いままでオンしていた上アーム１００ａもしくはいままでオンしていた下アーム１００ｂを全てオフし、上アーム１００ａ及び下アーム１００ｂが全てオフして開放状態とする。
これにより、例えば直流電源１０が異常で短絡動作する閾値異常の電圧を供給した場合など、何らかの原因で短絡状態が停止できない場合や短絡状態が長時間（数秒〜数十分など）続く動作において、永久磁石同期モータ３０が高温となり、永久磁石同期モータ３０の巻線抵抗増加による省エネ性能低下や永久磁石同期モータ３０の永久磁石の磁力が弱まり易い状態となるのを防ぐことができる。
【００２２】
さらに、インバータ制御手段５０はインバータ４０の上アーム１００ａもしくは下アーム１００ｂのいずれかを全てオンして短絡動作する場合、上アーム１００ａと下アーム１００ｂを交互にオンするように制御することで、スイッチング素子の温度上昇を抑えることができる。これにより、片方のスイッチング素子のみに負荷がかかることを防止でき、経年劣化防止にも効果が期待できる。
【００２３】
また、インバータ制御手段５０は、インバータ４０の上アーム１００ａもしくは下アーム１００ｂのいずれかを全てオンして短絡状態となる場合、温度検出手段（図示省略）である例えばサーミスタのような温度検出素子から得る温度やインバータ４０や永久磁石同期モータ３０に流れる電流から演算して求めた温度推定値に応じて、上アーム１００ａもしくは下アーム１００ｂをオフする。
これにより、永久磁石同期モータ３０が高温となり、省エネ性能低下や永久磁石同期モータ３０の永久磁石の磁力が弱まり易い状態となるのを防ぐことができる。
【００２４】
実施の形態２
図１０は本発明の実施の形態２に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図である。
図１０において、１０は直流電源、２０はモータ駆動装置、３０は永久磁石同期モータ、４０はインバータ、５０はインバータ制御手段、６０は短絡手段、７０は開放手段、８０は間欠短絡手段である。
そして、インバータ４０と永久磁石同期モータ３０との間に、インバータ４０が出力する交流電圧を検出する交流電圧検出手段１３０が設けられている。
この実施の形態２は、実施の形態１の図１に示す直流電圧検出手段９０が交流電圧検出手段１３０に置き換わったもので、その他の構成は同じである。
つまり、インバータ制御手段５０に取り込まれる物理量が直流電圧から交流電圧となり、第１の閾値と第２の閾値が交流の電圧値となることのみが実施の形態１の説明で異なる点であり、インバータ４０やインバータ制御手段５０での動作は同様となるため、重複する説明は省略する。
【００２５】
実施の形態３
図１１は本発明の実施の形態３に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図である。
図１１において、１０は直流電源、２０はモータ駆動装置、３０は永久磁石同期モータ、４０はインバータ、５０はインバータ制御手段、６０は短絡手段、７０は開放手段、８０は間欠短絡手段、１４０は永久磁石同期モータ３０の回転速度を検出する回転速度検出手段である。
この実施形態３は、実施の形態１の図１に示す直流電圧検出手段９０が回転速度検出手段１４０に置き換わったもので、その他の構成は同じである。
つまり、インバータ制御手段５０に取り込まれる物理量が直流電圧から回転速度となり、第１の閾値と第２の閾値が回転速度となることのみが実施の形態１の説明で異なる点であり、インバータ４０やインバータ制御手段５０での動作は同様となるため重複する説明は省略する。
【００２６】
実施の形態４
図１２は本発明の実施の形態４に係る永久磁石同期モータの駆動装置のブロック図、図１３は同永久磁石同期モータの駆動装置のもう１つのブロック図である。
図１２において、１０は直流電源、２０はモータ駆動装置、３０は永久磁石同期モータ、４０はインバータ、５０はインバータ制御手段、６０は短絡手段、７０は開放手段、８０は間欠短絡手段、９０は直流電圧検出手段、１３０は交流電圧検出手段、１４０は回転速度検出手段である。
【００２７】
上述したように実施の形態１では直流電圧検出手段９０、実施の形態２では交流電圧検出手段１３０、実施の形態３では回転速度検出手段１４０の各検出手段の出力に基づいてインバータ制御手段５０の短絡手段６０、開放手段７０、間欠短絡手段８０により短絡、間欠短絡、開放動作を行った。
しかし、各検出手段が何らかの原因で機能しなくなると同時に短絡、間欠短絡、開放動作することができず、永久磁石同期モータ３０が強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧を抑制できなくなり、十分な安全性を確保できない。
そこで、図１２に示すように三つの検出手段９０、１３０、１４０を同時に使用し、故障していない少なくとも１つの検出手段の出力に基づいてインバータ制御手段５０が短絡手段６０と開放手段７０を動作させて短絡と開放を行うようにすることで、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となる。
また、インバータ制御手段５０が短絡手段６０と、間欠短絡手段８０と、開放手段７０を動作させて短絡と間欠短絡と開放を行うようにすることで、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となると共に、間欠短絡動作を行うことにより、開放動作から短絡動作に移行する際の瞬間的に流れる電流を抑制することができる。
この場合、１つの検出手段の出力が用いられれば、他の検出手段の出力は用いないようにしている。
【００２８】
また、直流電圧検出手段９０、交流電圧検出手段１３０及び回転速度検出手段１４０の三つの検出手段から予め選択された二つの検出手段の出力のうち、一つの増大する出力に基づいてインバータ制御手段５０が短絡手段６０と開放手段７０を動作させて短絡と開放を行うようにすることで、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となる。
さらに、インバータ制御手段５０が短絡手段６０と、間欠短絡手段８０と、開放手段７０を動作させて短絡と間欠短絡と開放を行うようにすることで、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となると共に、間欠短絡動作を行うことにより、開放動作から短絡動作に移行する際の瞬間的に流れる電流を抑制することができる。
この場合も、１つの検出手段の出力が用いられれば、他の検出手段の出力は用いないようにしている。
【００２９】
図１３に示すように、直流電圧検出手段９０にコンバータなどの電源装置１５０や圧縮機などの負荷装置１６０が接続されている場合、直流電圧検出手段９０、交流電圧検出手段１３０及び回転速度検出手段１４０の三つの検出手段から直流電圧検出手段９０と回転速度検出手段１４０が検出した二つの出力または直流電圧検出手段９０と交流電圧検出手段１３０が検出した二つの出力が共にそれぞれに設定した短絡閾値を越えた場合にインバータ制御手段５０が短絡手段６０を動作させ、交流電圧検出手段１３０または回転速度検出手段１４０の出力が開放閾値を下回った場合にインバータ制御手段５０が開放手段７０を動作させるようにする。
このように、インバータ４０の入力側に生じる直流電圧と出力側に生じる回転速度又は交流電圧の双方の出力を共に検出するようにしたのは、永久磁石同期モータ３０が外部から強制的に回転させられることにより、直流電圧の昇圧、回転速度の増大又は交流電圧の昇圧が生じるからである。
【００３０】
従って、永久磁石同期モータが外部から強制的に回転させられることによる直流電圧の昇圧ではなく、例えば、図１３に示すように直流電圧検出手段９０に接続されるコンバータなどの電源装置１５０や圧縮機などの電気機器１６０の異常動作や緊急停止などが原因で起こりうる直流電圧の昇圧が生じる場合に、インバータ４０の出力側には  回転速度又は交流電圧の出力は生じることはない。
そこで、上記のような電源装置１５０（コンバータなど）や電気機器１６０（圧縮機など）の異常動作や緊急停止などが原因で起こりうる直流電圧の昇圧に対しては短絡動作させないことでモータ駆動装置の通常動作を妨げることなく、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となる。
さらに、インバータ制御手段５０が短絡手段６０と、間欠短絡手段８０と、開放手段７０を動作させて短絡と間欠短絡と開放を行うようにすることで、より高い信頼性でインバータ回路４０の保護が可能となると共に、間欠短絡動作を行うことにより、開放動作から短絡動作に移行する際の瞬間的に流れる電流を抑制することができる。
【００３１】
上記実施の形態１〜４におけるインバータ制御手段５０はアナログ回路、デジタル回路、又はマイコンのいずれにおいても実現できることはいうまでもない。
【００３２】
以上、実施の形態１から４で説明したモータ駆動装置の活用例として、空気調和装置、換気扇、洗濯機、自動車、車両などが挙げられる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  直流電源、２０  モータ駆動装置、３０  永久磁石同期モータ、４０  インバータ、５０  インバータ制御手段、６０  短絡手段、７０  開放手段、８０  間欠短絡手段、９０  直流電圧検出手段、１００a  正側スイッチング素子（上アーム）、１００b  負側スイッチング素子（下アーム）、１１０  還流ダイオード、１１９  加算器、１２０  コントローラ、１３０  交流電圧検出手段、１４０  回転速度検出手段、１５０  電源装置、１６０  負荷装置。
【図１】
2012050332.tif 000003
【図２】
2012050332.tif 000004
【図３】
2012050332.tif 000005
【図４】
2012050332.tif 000006
【図５】
2012050332.tif 000007
【図６】
2012050332.tif 000008
【図７】
2012050332.tif 000009
【図８】
2012050332.tif 000010
【図９】
2012050332.tif 000011
【図１０】
2012050332.tif 000012
【図１１】
2012050332.tif 000013
【図１２】
2012050332.tif 000014
【図１３】
2012050332.tif 000015