(57)【要約】【課題】電圧飽和を正確に判断することで、電圧飽和に起因するモータの制御不安定化を回避し、低速回転域から高速回転域まで高効率な駆動を可能にする。【解決手段】電圧利用率１と電圧利用率２を記憶する電圧利用率記憶部と、電圧利用率を算出する電圧利用率算出部と、電圧利用率算出部で算出した電圧利用率と電圧利用率記憶部で記憶されている電圧利用率を比較し、算出した電圧利用率が電圧利用率１以上の場合に電圧飽和であると判断する、あるいは算出した電圧利用率が電圧利用率２より小さい場合に電圧飽和ではないと判断する電圧利用率判定部と、電圧利用率が電圧利用率２を跨ぐ度に電動機の回転数を記憶する回転数記憶部と、電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断した場合に電動機へ減速指示を与える減速指示部と、回転数記憶部で記憶したいずれかの回転数を減速指示部での減速指示の際に下限回転数とする下限回転数設定部を備える。【選択図】図１
2017011965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第１電圧利用率と第１電圧利用率よりも小さい所定の第２電圧利用率を記憶する電圧利用率記憶部と、直流電圧検出部の情報と電動機への印加電圧から電圧利用率を算出する電圧利用率算出部と、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率と前記電圧利用率記憶部で記憶された電圧利用率を比較し、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が前記第１電圧利用率以上の場合には電圧飽和と判断する、または、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が前記第２電圧利用率以下の場合に電圧飽和ではないと判断する電圧利用率判定部と、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が前記第２電圧利用率を跨ぐ度に電動機の回転数を記憶する回転数記憶部と、前記電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断された場合に電動機へ減速指示を与える減速指示部と、前記回転数記憶部で記憶したいずれか１つの回転数を減速指示部の減速指示における下限回転数とする下限回転数設定部とを備えることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
下限回転数設定部は前記回転数記憶部で記憶された回転数のうち最新の回転数を下限回転数と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】
所定の第１電圧利用率と第１電圧利用率よりも小さい所定の第２電圧利用率を記憶する電圧利用率記憶部と、直流電圧検出部の情報と電動機への印加電圧から電圧利用率を算出する電圧利用率算出部と、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率と前記電圧利用率記憶部で記憶された電圧利用率を比較し、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が前記第１電圧利用率以上の場合には電圧飽和と判断する、または、前記電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が前記第２電圧利用率以下の場合に電圧飽和ではないと判断する電圧利用率判定部と、電動機の磁石温度を検出する温度検出部と、前記電圧利用率判定部が電圧飽和であると判断する度に前記温度検出部の検出温度を記憶する第１温度記憶部と、前記電圧利用率判定部が電圧飽和ではないと判断する度に前記温度検出部の検出温度を記憶する第２温度記憶部を有する温度記憶部と、前記電圧利用率判定部が電圧飽和ではないと判断する場合の電動機の磁石温度と電動機の回転数を予め記憶する電動機特性記憶部と、前記電圧利用率判定部が電圧飽和であると判断した場合に、前記第１温度記憶部で記憶されたいずれか１つの温度と、前記第２温度記憶部で記憶されたいずれか１つの温度の温度差を算出する温度判定部と、前記温度判定部で算出した温度差によって前記回転数記憶部で記憶された回転数、または、前記電動機特性記憶部で記憶された回転数のいずれか１つを前記減速指示部の減速指示における下限回転数とする下限回転数設定部とを備えることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項４】
前記温度判定部で算出した温度差が所定値以上の場合は、前記電動機特性記憶部で記憶された回転数を前記下限回転数設定部の下限回転数とし、前記温度判定部で算出した温度差が所定値未満の場合は、前記回転数記憶部で記憶された回転数を前記下限回転数設定部での下限回転数とすることを特徴とする、請求項３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】
特許文献１のように、直流電源電圧に対する電動機への印加電圧指令の振幅の比率（以下電圧利用率とする）が、１.０を超える過変調領域で電動機を駆動させる事により、電圧利用率が向上し、電動機の高効率駆動を実現できる事が一般的に知られている。
【０００３】
しかし、過変調領域では、図３のように電動機への印加電圧指令にあたるＰＷＭ駆動指令信号が直流電源電圧を超える範囲では、ＰＷＭ駆動出力信号が制限される。その為、加速等によりＰＷＭ駆動指令信号が増加する場合でも、上記範囲では電動機への印加電圧が制限される。つまり、電圧利用率を向上させる程、電動機を高効率に駆動する事が可能となるが、その反面ＰＷＭ駆動出力信号が制限される範囲が増加する為、電動機の制御性が不安定になることが一般的に知られている。
【０００４】
そこで、このような電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避する技術が提案されている。電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避する方法としては、ＰＷＭ駆動指令信号と直流電源電圧を検出する直流電圧検出器の情報をもとに算出した電圧利用率が、所定値よりも小さくなるまで電動機を減速させることにより行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４７８７６号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電圧利用率を算出する周期（電圧利用率算出周期）及び、電圧利用率をもとに減速が必要（以下電圧飽和と記す）であるかを判断する周期（以下電圧利用率判定周期と記す）と、電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が、キャリア周期（最小制御周期）毎に実施される場合には、電圧飽和に起因する電動機の制御不安定化を確実に回避できる。しかし、このような場合、マイコンの演算処理が大幅に増加する。
【０００７】
そこで、マイコンの演算処理を低減する為に、図４のように電圧利用率算出周期及び電圧利用率判定周期、あるいは、電圧飽和を回避する為の減速指示の周期をキャリア周期よりも長くした場合、電圧飽和回避の為の減速指示に過不足が生じる（電圧飽和であるのにも関わらず減速指示が動作しない場合や、電圧飽和でないにも関わらず減速指示が動作する場合がある）。
【０００８】
その為、このような場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御不安定化を確実に回避する為に、電圧飽和の判断基準を低く（減速指示に過不足が生じる分だけ、マージンをもって）設定する必要がある。しかし、このような場合には、電圧利用率を最大限向上できない為、電動機の高効率駆動を最大限実現できないということが課題となる。
【０００９】
そこで本発明では、上記従来の課題を解決するもので、マイコンの演算処理を低減させ
た場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、電圧利用率を可能な限り向上させ、電動機の高効率駆動を最大限実現す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】
【００１０】
所定の電圧利用率１と電圧利用率１よりも小さい所定の電圧利用率２を記憶する電圧利用率記憶部と、直流電圧検出部の情報と電動機への印加電圧から電圧利用率を算出する電圧利用率算出部と、電圧利用率算出部で算出した電圧利用率と電圧利用率記憶部で記憶されている所定の電圧利用率を比較し、電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が電圧利用率記憶部で記憶されている電圧利用率１以上の場合に電圧飽和であると判断する、あるいは電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が電圧利用率記憶部で記憶されている所定の電圧利用率２より小さい場合に電圧飽和ではないと判断する電圧利用率判定部と、電圧利用率算出部の電圧利用率が電圧利用率記憶部の所定の電圧利用率２を跨ぐ度に電動機の回転数を記憶する回転数記憶部と、電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断した場合に電動機へ減速指示を与える減速指示部と、回転数記憶部で記憶したいずれかの回転数を減速指示部での減速指示の際に下限回転数とする下限回転数設定部を備える。
【００１１】
さらには、電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を検出する温度検出部と、電圧利用率判定部において電圧飽和であると判断する度に電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を記憶する温度記憶部１と、電圧飽和ではないと判断する度に電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を記憶する温度記憶部２から成る温度記憶部と、電圧飽和ではないと判断する場合の電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）と回転数を予め記憶する電動機特性記憶部と、電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断した場合に温度記憶部の温度記憶部１と温度記憶部２で記憶された最新の電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）差を算出し、所定値と比較する温度判定部と、温度判定部での比較結果によって回転数記憶部で記憶された回転数、もしくは電動機特性記憶部で記憶されたいずれかの回転数を減速指示部での減速指示の際に下限回転数とする下限回転数設定部を備える。
【００１２】
これらによって、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合にも、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避するための減速指示に過不足が生じない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避する為の減速指示の際に、過不足なく減速指示を実施できるため、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、可能な限り高い電圧利用率を維持することで、電動機の高効率駆動を最大限実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動機駆動装置に関するブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る電動機駆動装置に関するブロック図である。
【図３】三相変調時の、電動機のＰＷＭ駆動指令信号とＰＷＭ出力信号に関する図である。
【図４】電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合の、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化回避の為の減速指示に与える影響を示す図である。
【図５】各電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）時の、回転数と電圧利用率の関係を示す図である。
【図６】電動機特性記憶部に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第一の発明は、所定の電圧利用率１と電圧利用率１よりも小さい所定の電圧利用率２を記憶する電圧利用率記憶部と、直流電圧検出部の情報と電動機への印加電圧から電圧利用率を算出する電圧利用率算出部と、電圧利用率算出部で算出した電圧利用率と電圧利用率記憶部で記憶されている所定の電圧利用率を比較し、電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が電圧利用率記憶部で記憶されている電圧利用率１以上の場合に電圧飽和であると判断する、あるいは電圧利用率算出部で算出した電圧利用率が電圧利用率記憶部で記憶されている所定の電圧利用率２以下の場合に電圧飽和ではないと判断する電圧利用率判定部と、電圧利用率算出部の電圧利用率が電圧利用率記憶部の所定の電圧利用率２を跨ぐ度に電動機の回転数を記憶する回転数記憶部と、電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断した場合に電動機へ減速指示を与える減速指示部と、回転数記憶部で記憶したいずれかの回転数を減速指示部での減速指示の際に下限回転数とする下限回転数設定部を備えるものである。
【００１６】
このことにより、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、可能な限り高い電圧利用率を維持することで、電動機の高効率駆動を最大限実現できる。
【００１７】
第二の発明は、下限回転数設定部では回転数記憶部で記憶された最新の回転数を下限回転数とすることにより、制御の遅延がある場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、可能な限り高い電圧利用率を維持することで、電動機の高効率駆動を最大限実現できる。
【００１８】
第三の発明は、電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を検出する温度検出部と、電圧利用率判定部において電圧飽和であると判断する度に電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を記憶する温度記憶部１と、電圧飽和ではないと判断する度に電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を記憶する温度記憶部２から成る温度記憶部と、電圧飽和ではないと判断する場合の、電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）と電動機の回転数を予め記憶する電動機特性記憶部と、電圧利用率判定部で電圧飽和であると判断した場合に温度記憶部の温度記憶部１で記憶されたいずれかの温度と、温度記憶部２で記憶されたいずれかの温度の差分を算出する温度判定部と、温度判定部で算出した温度差によって回転数記憶部で記憶された回転数、もしくは電動機特性記憶部で記憶された回転数を減速指示部での減速指示の際に下限回転数とする下限回転数設定部を備えるものである。
【００１９】
このことにより、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、可能な限り高い電圧利用率を維持することで、電動機の高効率駆動を最大限実現できる。
【００２０】
第四の発明は、温度判定部で算出した温度差が所定値以上の場合は電動機特性記憶部で記憶された回転数を下限回転数設定部の下限回転数とし、温度判定部で算出した温度差が所定値以下の場合は回転数記憶部で記憶された回転数を下限回転数設定部での下限回転数とすることにより、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合においても、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、可能な限り高い電圧利用率を維持することで、電動機の高効率駆動を最大限実現できる。
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。
【００２１】
（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。架線電流検出部３を用いたブラシレスモータ９の位置センサレス駆動方法については、特許文献２に記載されている手法と同様である為、説明を省略する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態１の特徴である電圧利用率算出部２３、電圧利用率判定部２４、電圧利用率記憶部２５、回転数記憶部２６、下限回転数設定部２７、減速指示部２８について説明する。
【００２３】
まず、電圧利用率の算出方法について述べる。電圧利用率算出部２３では、直流電圧検出部２から検出した直流電圧（Ｖｄｃ／２※図３参照）と、ＰＷＭ駆動指令信号生成部２０のブラシレスモータ９への印加電圧指令のピーク値（Ｖｐｋ※図３参照）から、式（１）を用いて電圧利用率を算出する。
【００２４】
電圧利用率  ＝  ｜  Ｖｐｋ  ／  （Ｖｄｃ／２）  ｜          ・・・  （１）
次に、電圧飽和の判定方法について説明する。電圧利用率記憶部２５には、予め所定の電圧利用率１と電圧利用率２を記憶してある。電圧利用率判定部２４では、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率と、電圧利用率記憶部２５で記憶してある所定の電圧利用率１、電圧利用率２を比較して電圧飽和であるかどうかを判定する。具体的には、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率が、電圧利用率記憶部２５で記憶してある所定の電圧利用率１以上の場合に電圧飽和と判定し、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率が、電圧利用率記憶部２５で記憶してある所定の電圧利用率２より小さい場合に電圧飽和ではないと判定する。
【００２５】
尚、本発明では、電圧利用率向上による電動機の高効率駆動を実現する為、電圧利用率が１.０より大きい過変調領域での駆動を前提としている為、所定の電圧利用率１は１．０より大きい値とする。また、所定の電圧利用率２は、ＰＷＭ駆動出力信号が制限されない領域で、電圧利用率が最大となる１．０とする。
【００２６】
次に、電圧飽和を回避する方法について、回転数記憶部２６、下限回転数設定部２７、減速指示部２８の説明とともに述べる。回転数記憶部２６では、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率が、電圧利用率記憶部で記憶した所定の電圧利用率２となる度に、磁極位置・速度推定部１５からブラシレスモータ９の推定回転数の情報を取得し、順次記憶する。
【００２７】
さらに、下限回転数設定部２７では、回転数記憶部２６で記憶した最新の回転数を下限回転数として設定する。減速指示部２８では、電圧利用率判定部２４において電圧飽和であると判定された場合、電圧利用率判定部２４において電圧飽和ではないと判定されるまでブラシレスモータ９の回転数を減速させる指示を与える。また、下限回転数設定部２７で設定した回転数を、減速指示の際の下限回転数として用いる。
【００２８】
本発明では、電圧飽和回避の為の減速指示の際に下限回転数を設けることで、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合でも、過不足なく減速指示を与えることができる為、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、従来よりもブラシレスモータ９を高効率に駆動することができる。
【００２９】
（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。架線電流検出部３を用いたブラシレスモータ９の位置センサレス駆動方法については、特許文献１に記載されている手法と同様である為、説明を省略する。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態２の特徴である温度特性記憶部２９、温度判定部３０、温度記憶部３１、温度検出部３２について説明する。
【００３１】
温度検出部３２では、電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を、温度センサ等を用いて検出する。温度記憶部３１では、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率が、電圧利用率記憶部２５で記憶した電圧利用率１以上となる度に、温度検出部３２から電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）情報を温度記憶部１に順次更新し、記憶する。
【００３２】
また、電圧利用率算出部２３で算出した電圧利用率が、電圧利用率記憶部２５で記憶した所定の電圧利用率２を跨ぐ度に、温度検出部３２から電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）情報を温度記憶部２に順次記憶する。
【００３３】
温度特性記憶部２９について説明する。電圧利用率判定部２４において電圧飽和ではないと判定される際の電動機の回転数は、図４のように電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）等によって影響を受ける。そこで、図５のように、予め使用する電動機が電圧飽和ではないと判定される回転数と、その際の電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）を対にして記憶しておく。
【００３４】
温度判定部３０では、温度記憶部３１の温度記憶部１、温度記憶部２に記憶されている各々の最新の電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）温度の差分を算出し、その温度差が所定値より小さい場合には、回転数記憶部２６で記憶した最新の回転数を、下限回転数設定部２７の下限回転数として設定する。一方、その温度差が所定値より大きい場合には、温度記憶部３１の温度記憶部１で記憶されている最新の電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）と近い、電動機特性部２９に記憶されている回転数を、下限回転数設定部２７の下限回転数とする。
【００３５】
本発明では、電圧飽和回避の為の減速指示の際に、電動機の磁石温度（ロータ・ステータの温度）特性を考慮して、下限回転数を設けることで、電圧利用率判定周期と電圧飽和を回避する為の減速指示の周期が異なる場合でも、過不足なく減速指示を与えることができる為、電圧飽和に起因する電動機の制御性不安定化を回避しつつ、従来よりもブラシレスモータ９を高効率に駆動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る電動機の駆動装置は、簡単な構成で電圧飽和かどうかを判断し、電圧飽和を回避するように制御することで、電圧飽和に起因する電動機の不安定化現象を回避しつつ、電動機を高効率に駆動する事が出来る。そのためエアコン、冷蔵庫や洗濯機等の電動機を用いた他の電化製品にも適用出来る。
【符号の説明】
【００３７】
１  直流電源
２  直流電圧検出部
３  架線電流検出部
４  インバータ
９  ブラシレスモータ
１３  制御部
１４  誘起電圧推定部
１５  磁極位置・速度推定部
１６  速度制御部
１８  電流制御部
２０  ＰＷＭ駆動指令信号生成部
２１  デューティ補正部
２２  ドライバ
２３  電圧利用率算出部
２４  電圧利用率判定部
２５  電圧利用率記憶部
２６  回転数記憶部
２７  下限回転数設定部
２８  減速指示部
２９  温度特性記憶部
３０  温度判定部
３１  温度記憶部
３２  温度検出部
【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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