(57)【要約】  電圧指令に基づく駆動信号に従って直流電圧から三相交流電圧を生成し、永久磁石を有する永久磁石型モータ（２）に出力するインバータ部（３）と、永久磁石型モータ（２）に流れるモータ電流を検出する電流検出部（５）と、電圧指令を生成し、インバータ部（３）の動作を制御するとともに、永久磁石の温度を推定し、モータ電流と過電流保護閾値とに基づいてインバータ部（３）の保護動作を行う制御部（４）と、を備え、制御部（４）は、制御部（４）の制御演算周期、インバータ部（３）の出力電圧周波数、およびインバータ部（３）の出力電圧周波数に基づくキャリア周波数のうちのいずれか１つと、永久磁石の磁石温度推定値とに基づいて、過電流保護閾値を設定する。
2020194695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令に基づく駆動信号に従って直流電圧から三相交流電圧を生成し、永久磁石を有する永久磁石型モータに出力するインバータ部と、
前記永久磁石型モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令を生成し、前記インバータ部の動作を制御するとともに、前記永久磁石の温度を推定し、前記モータ電流と過電流保護閾値とに基づいて前記インバータ部の保護動作を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記制御部の制御演算周期、前記インバータ部の出力電圧周波数、および前記インバータ部の出力電圧周波数に基づくキャリア周波数のうちのいずれか１つと、前記永久磁石の磁石温度推定値とに基づいて、前記過電流保護閾値を設定する駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電圧指令と前記モータ電流とに基づいて、前記磁石温度推定値を推定する請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記制御演算周期を前記キャリア周波数の変化に応じて設定する請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記制御演算周期を前記キャリア周波数の半分の正の整数倍に設定する請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記キャリア周波数を、一定の値に設定する、または前記インバータ部の出力電圧周波数の正の整数倍に設定する請求項１から４のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インバータ部の保護動作として、前記インバータ部からの三相交流電圧の出力を停止させる請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記インバータ部の保護動作として、前記インバータ部から出力される三相交流電圧の出力電圧周波数を低減させる請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記磁石温度推定値に基づいて、前記制御演算周期を設定する請求項１から７のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記磁石温度推定値に基づいて設定された制御演算周期と、前記インバータ部の出力電圧周波数とに基づいて、前記キャリア周波数を設定する請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の駆動装置と、
永久磁石型モータを駆動源とする圧縮機と、
を備え、
前記圧縮機によって冷凍サイクルの冷媒を圧縮する空気調和装置。
【請求項１１】
前記駆動装置は、前記永久磁石型モータの有する永久磁石の温度を推定する動作、および前記永久磁石型モータに三相交流電圧を出力するインバータ部に対する保護動作で使用する過電流保護閾値の設定を暖房運転時に行う請求項１０に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型モータを駆動する駆動装置および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動装置が永久磁石型モータを駆動する際、永久磁石型モータの巻線への通電などによる温度変化に伴って永久磁石の磁束が減少する減磁と呼ばれる現象が発生し、更に許容条件を超えると磁束が減磁発生前の状態に戻らない不可逆減磁と呼ばれる現象が発生する。減磁には、温度上昇に伴い減磁が発生する高温減磁と、反対に温度低下に伴い減磁が発生する低温減磁とがあり、磁石材料によって高温減磁の特性か低温減磁の特性かが変わる。駆動装置は、いずれの特性にせよ、永久磁石型モータを駆動する際、永久磁石の不可逆減磁が発生しない条件下に保つ必要がある。【０００３】
不可逆減磁を発生させない許容条件は、モータ電流にも依存する。そのため、不可逆減磁が発生する電流値である減磁電流を超えないように、減磁電流に対してマージンを持たせた過電流保護閾値を設定する必要がある。過電流保護閾値の設定については、永久磁石型モータの運転時に想定される温度範囲で最も小さい減磁電流を基準に設定する方法がある。また、永久磁石型モータの有する磁石の温度を検出する温度センサで検出された磁石温度に基づいて、過電流保護閾値を補正する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３７７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
過電流保護閾値を永久磁石型モータ運転時に想定される温度範囲で最も小さい減磁電流を基準に設定すると、温度帯域、具体的には高温減磁の場合の低温域、または低温減磁の場合の高温域によっては、保護に対する過剰なマージンを持つことになる。この場合、必要以上に永久磁石型モータの出力性能を制限してしまう、という問題があった。【０００６】
また、特許文献１に記載の技術は、磁石温度を検出する温度センサ、電流検出回路などを用いた、いわゆるハードウェアによる減磁保護を想定したものである。永久磁石型モータの内部の永久磁石に直接温度センサを取り付けて磁石温度を検出し、過電流保護閾値を逐次磁石温度に応じて可変にする構成をハードウェアで実現すると、装置および回路の構成が複雑になり、大型化するとともにコストが増大する、という問題があった。【０００７】
永久磁石に対する減磁保護を行う方式として、ハードウェアで実現する以外に、永久磁石型モータに流れるモータ電流を検出し、駆動装置の構成要素である制御部に取り込んでソフトウェア処理により行う方式もある。しかしながら、ソフトウェア処理によって減磁保護を行う場合、演算周期毎に間欠的に電流検出値と過電流保護閾値とを比較して保護動作要否の判断を行うため、演算周期が長くなるに従って判断の間隔が開くため、モータ電流の急激な変化に対応できなくなる、という問題があった。演算周期は、インバータ部のキャリア周波数に応じて定まることが多い。永久磁石型モータを高速で駆動させるために、インバータ部の出力電圧周波数に応じてキャリア周波数を可変とし、演算周期が逐次変化する同期ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）方式を適用した場合、この問題が顕著となる。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力性能の低下を抑制するとともに、過電流による永久磁石の減磁を防止することが可能な駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、電圧指令に基づく駆動信号に従って直流電圧から三相交流電圧を生成し、永久磁石を有する永久磁石型モータに出力するインバータ部と、永久磁石型モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、電圧指令を生成し、インバータ部の動作を制御するとともに、永久磁石の温度を推定し、モータ電流と過電流保護閾値とに基づいてインバータ部の保護動作を行う制御部と、を備える。制御部は、制御部の制御演算周期、インバータ部の出力電圧周波数、およびインバータ部の出力電圧周波数に基づくキャリア周波数のうちのいずれか１つと、永久磁石の磁石温度推定値とに基づいて、過電流保護閾値を設定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る駆動装置は、出力性能の低下を抑制するとともに、過電流による永久磁石の減磁を防止することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る駆動装置の構成例を示す図
【図２】実施の形態１に係る駆動装置に接続される電力源の例を示す図
【図３】実施の形態１に係る駆動装置に接続される電力源の他の例を示す図
【図４】実施の形態１に係る制御部におけるキャリア波の生成方式の例を示す図
【図５】実施の形態１に係るキャリア波と制御部の制御演算周期との関係の一例を示す図
【図６】実施の形態１に係る磁石温度、減磁電流、および過電流保護閾値の関係の一例を示す図
【図７】実施の形態１に係る制御部の過電流保護部の制御演算周期の差異による過電流検知可否への影響を示す図
【図８】実施の形態１に係る制御演算周期と過電流保護閾値との関係の一例を示した概念図
【図９】実施の形態１に係るキャリア周波数と過電流保護閾値との関係の一例を示した概念図
【図１０】実施の形態１に係る出力電圧周波数と過電流保護閾値との関係の一例を示した概念図
【図１１】実施の形態１に係る駆動装置が、起動してから永久磁石型モータの駆動を開始し、インバータ部に対する保護動作を行うまでの動作を示すフローチャート
【図１２】実施の形態１に係る駆動装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図
【図１３】実施の形態２に係る駆動装置が、起動してから永久磁石型モータの駆動を開始し、インバータ部に対する保護動作を行うまでの動作を示すフローチャート
【図１４】実施の形態４に係る空気調和装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態に係る駆動装置および空気調和装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る駆動装置１００の構成例を示す図である。駆動装置１００は、電力源１および永久磁石型モータ２に接続されている。駆動装置１００は、永久磁石型モータ２を駆動するインバータ部３と、インバータ部３を制御する制御部４と、永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流を検出する電流検出部５と、を備える。
【００１４】
電力源１は、電池、バッテリなどを含む直流電源でもよく、交流電圧を直流電圧に変換する周知のコンバータを含む交直電力変換器であってもよい。図２は、実施の形態１に係る駆動装置１００に接続される電力源１の例を示す図である。電力源１は、図２に示すように、三相の交流電源１１ａから供給される交流電圧を直流電圧に変換する周知のコンバータを含む交直電力変換器１ａであってもよい。また、図３は、実施の形態１に係る駆動装置１００に接続される電力源１の他の例を示す図である。電力源１は、図３に示すように、単相の交流電源１１ｂから供給される交流電圧を直流電圧に変換する周知のコンバータを含む交直電力変換器１ｂであってもよい。なお、図示していないが、交直電力変換器１ａ，１ｂとインバータ部３との間の直流母線に、周知のＤＣ（Direct  Current）−ＤＣコンバータのような昇圧回路を挿入し、直流電圧を昇圧するような構成でもよい。
【００１５】
永久磁石型モータ２は、永久磁石を有するモータである。永久磁石型モータ２は、駆動装置１００のインバータ部３に接続される。
【００１６】
インバータ部３は、制御部４において電圧指令に基づいて生成される駆動信号である各相のＰＷＭ信号に従って、電力源１から供給される直流電圧を、永久磁石型モータ２を所望の周波数すなわち回転速度で駆動するための三相交流電圧に変換し、永久磁石型モータ２へ印加する。すなわち、インバータ部３は、電力源１から供給される直流電圧から三相交流電圧を生成する。インバータ部３は、制御部４からの駆動信号に従って永久磁石型モータ２を駆動する。インバータ部３は、６つのスイッチング素子と、６つの帰還ダイオードとを備える。インバータ部３では、各相において２つのスイッチング素子が直列接続され、各スイッチング素子に対して逆並列に帰還ダイオードが接続されている。インバータ部３は、各スイッチング素子が各相のＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、一般的な三相モータを駆動する周知の三相インバータである。スイッチング素子および帰還ダイオードは、ケイ素で構成された素子でもよく、高耐圧および高温動作が可能なワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンドなどで構成された素子でもよい。
【００１７】
電流検出部５は、永久磁石型モータ２に流れるモータ電流を検出する。電流検出部５は、永久磁石型モータ２の巻線に接続される配線上に備えられる周知のＡＣＣＴ（Alternate  Current  Current  Transformer）、ＤＣＣＴ（Direct  Current  Current  Transformer）といった電流センサでもよいし、電力源１に接続される母線またはインバータ部３の負側のスイッチング素子に挿入された周知の相電流検出用のシャント抵抗でもよい。
【００１８】
制御部４は、電圧指令を生成し、インバータ部３の動作を制御する。制御部４は、過電流保護部４１と、磁石温度推定部４２と、を備える。過電流保護部４１は、電流検出部５で検出された永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流と、後述する方法により設定される過電流保護閾値Ｉｌｉｍとに基づいて、インバータ部３の保護動作を行う。磁石温度推定部４２は、永久磁石型モータ２の永久磁石の磁石温度Ｔｍａｇを推定する。なお、本実施の形態では、過電流保護部４１および磁石温度推定部４２が制御部４に包含される構成としたが一例であり、これに限定されない。各々が独立して個別のマイコンなどのプロセッサで処理し、保護動作に必要な信号のみ制御部４、過電流保護部４１、および磁石温度推定部４２の間で連携するような構成でもよい。
【００１９】
つづいて、駆動装置１００の動作について説明する。制御部４は、永久磁石型モータ２を所望の周波数、すなわち所望の回転速度で駆動するために必要な三相交流の電圧指令を生成する。具体的には、制御部４は、マイコンなどのプロセッサによって、周知のフィードフォワード制御演算、ベクトル制御演算などの制御演算を制御部４における制御演算周期△ｔ毎に実行し、所望の周波数の三相交流の電圧指令を生成する。以下、所望の周波数をインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖとする。制御部４は、図示していないが、これらの制御演算において、電流検出部５で検出された永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流を用いてもよいし、永久磁石型モータ２に取り付けられた位置センサまたは速度センサによって検出された位置または速度の情報を用いてもよい。
【００２０】
さらに、制御部４は、予め定められた周波数、またはインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに基づいて算出される周波数であるキャリア周波数ｆｃのキャリア波を生成する。すなわち、制御部４は、キャリア周波数ｆｃを、一定の値に設定する、またはインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖの正の整数倍に設定する。制御部４は、三相交流の電圧指令を変調波に変換し、キャリア波と変調波との大小比較結果に基づいて、インバータ部３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号を生成し、インバータ部３へ出力する。
【００２１】
ここで、制御部４におけるキャリア波の生成には、非同期ＰＷＭ方式、および同期ＰＷＭ方式と呼ばれる方式がある。前者は出力電圧周波数ｆｉｎｖとは無関係にキャリア周波数ｆｃを設定する方式であり、後者は出力電圧周波数ｆｉｎｖの絶対値のＭ倍にキャリア周波数ｆｃを設定する方式である。なお、パラメータであるＭは正の整数であり、Ｍは主に３の倍数が用いられる。
【００２２】
図４は、実施の形態１に係る制御部４におけるキャリア波の生成方式の例を示す図である。図４は、具体的に、電圧指令の電圧位相と、非同期ＰＷＭ方式のキャリア波と、同期ＰＷＭ方式におけるＭ＝９すなわち同期９パルスのキャリア波と、同期ＰＷＭ方式におけるＭ＝６すなわち同期６パルスのキャリア波との関係の一例を示す図である。図４において、１段目が電圧指令であり、２段目から４段目がキャリア波である。
【００２３】
非同期ＰＷＭ方式おいては、一般的に、インバータ部３から出力される三相交流電圧の波形の対称性を維持し、電圧波形ひずみによる駆動性能の劣化を抑制するため、キャリア周波数ｆｃと出力電圧周波数ｆｉｎｖとの比であるｆｃ／ｆｉｎｖの値は経験的に概ね９以上、すなわちｆｃ／ｆｉｎｖ≧９に確保される。また、インバータ部３のスイッチング素子のスイッチング動作に伴う損失、発熱などの制約によりキャリア周波数ｆｃの上限も存在することから、ｆｃ／ｆｉｎｖ≧９の関係を維持するために出力電圧周波数ｆｉｎｖの上限も存在する。
【００２４】
一方、同期ＰＷＭ方式においては、ｆｃ／ｆｉｎｖの値が正の整数Ｍとなり、ｆｃ／ｆｉｎｖ≦９の関係であっても、インバータ部３から出力される三相交流電圧の波形の対称性は維持される。同期ＰＷＭ方式においては、キャリア周波数ｆｃの上限の制約下においても、非同期ＰＷＭ方式と比較して、出力電圧周波数ｆｉｎｖの最大値を高く設定することができ、非同期ＰＷＭ方式で駆動困難な高速域においても駆動することが可能となる。
【００２５】
ただし、キャリア周波数ｆｃは、出力電圧周波数ｆｉｎｖと正の整数Ｍの設定値に応じて常に変化する。また、インバータ部３から三相交流電圧を安定して出力するためには、キャリア周波数ｆｃの下限も存在する。そのため、実際の動作においては、一般的に、出力電圧周波数ｆｉｎｖに応じて、非同期ＰＷＭ方式と同期ＰＷＭ方式とを切り換えること、非同期ＰＷＭ方式のキャリア周波数ｆｃ、同期ＰＷＭ方式における正の整数Ｍを適切な値に設定することなどが行われる。本実施の形態においても、制御部４がこのようなＰＷＭ方式、正の整数Ｍの切換動作などを行うことを想定している。
【００２６】
図５は、実施の形態１に係るキャリア波と制御部４の制御演算周期△ｔとの関係の一例を示す図である。電流検出部５は、キャリア波の正および負の各最大振幅時点で永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流を検出し、制御部４に検出値を出力する。制御部４は、電流検出部５で検出された電流値に基づいて、永久磁石型モータ２を駆動するための制御演算を行い、制御演算の結果得られる各相の電圧指令の瞬時値とキャリア波との比較を行う。制御部４は、比較結果に基づいて、インバータ部３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号を生成するとともに、インバータ部３に対する保護動作を行う。
【００２７】
図５に示すキャリア波の正および負の各最大振幅時点は、キャリア波の半周期に対応するのに加えて、永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流が脈動するインバータ部３のスイッチング素子のスイッチング動作を行うタイミング、すなわちキャリア波と変調波との交点から定常的に離れたタイミングとなる。電流検出部５は、図５に示すキャリア波の正および負の各最大振幅時点では、モータ電流の脈動の影響を受けずにモータ電流を検出できる。制御部４は、モータ電流の脈動の影響を受けずに電流検出部５で検出された電流値を利用できるように、キャリア波の周期またはキャリア波の周期の整数倍の周期と制御演算周期とを同期させるようにして、あるいは、キャリア波の半周期またはキャリア波の半周期の整数倍の周期と制御演算周期とを同期させるようにして、制御演算を実行することが望ましい。
【００２８】
従って、制御部４は、キャリア波の周期のＮ／２倍の周期、すなわちキャリア波の半周期のＮ倍の周期と制御演算周期△ｔとを同期させて制御演算を実行するため、キャリア周波数ｆｃに基づいて△ｔ＝Ｎ／（２×ｆｃ）となるように制御演算周期△ｔを設定する。すなわち、制御部４は、制御演算周期△ｔをキャリア周波数ｆｃの半分の正の整数倍に設定する。なお、パラメータであるＮは正の整数である。制御部４は、制御演算周期△ｔ毎に制御演算を実行する。このように、制御演算周期△ｔは、キャリア周波数ｆｃの関数△ｔ＝ｆ（ｆｃ）となる。すなわち、制御部４は、制御演算周期△ｔをキャリア周波数ｆｃの変化に応じて設定する。図４も各ＰＷＭ方式におけるキャリア波とインバータ部３に対する電圧指令との関係を示しており、ＰＷＭ方式によって制御演算周期△ｔの長さが異なっている。
【００２９】
図５は、キャリア波の周期と制御演算周期△ｔとの関係において、Ｎ＝１の時の関係を示したものである。ただし、必ずしもＮ＝１とは限らず、Ｎ＝１以外の正の整数、例えば、Ｎ＝２，３，…を選択しても構わない。正の整数Ｎの設定においては、キャリア波のキャリア周波数ｆｃが非常に高い場合に正の整数Ｎ＝１とすると、制御部４による制御演算の処理が、設定された制御演算周期△ｔ以内に完了せずオーバーフローを起こす可能性がある。また、キャリア周波数ｆｃが低い場合に正の整数Ｎの値を大きくとると、制御演算周期△ｔが長くなりすぎて所望の制御応答が得られないこともある。このため、制御演算周期△ｔの設定、すなわち正の整数Ｎの設定においては、制御演算の処理負荷、制御部４の性能、システムとして必要な制御応答などを鑑みて、キャリア周波数ｆｃに基づいて設定する。
【００３０】
つぎに、本実施の形態の特徴である過電流保護部４１の動作について説明する。過電流保護部４１は、電流検出部５で検出された永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流に基づいて出力電流が異常か否かを判定し、インバータ部３に対する保護動作を行う。
【００３１】
永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流は、キャリア波の正負の各最大振幅時点のいずれか、または両方に同期して、制御演算周期△ｔ毎に電流検出部５によって検出される。過電流保護部４１は、電流検出部５で検出された電流値の絶対値と、後述の方法で設定される過電流保護閾値Ｉｌｉｍとを比較する。過電流保護部４１は、検出された電流値の絶対値が過電流保護閾値Ｉｌｉｍを超過した場合、異常と判定する。過電流保護部４１は、望ましくは、先述の電流検出動作から異常判定動作までの一連の流れを相毎に行い、いずれかの相で異常と判定した場合、インバータ部３に対する以下の保護動作を行う。
【００３２】
インバータ部３に対する保護動作の一例として、過電流保護部４１は、インバータ部３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号の出力を全て停止する。または、過電流保護部４１は、直接インバータ部３の全てのスイッチング素子のスイッチング動作を停止させるような信号をインバータ部３へ出力し、インバータ部３から永久磁石型モータ２に対する三相交流電圧の出力を停止させる。
【００３３】
過電流保護においては、負荷変動、制御乱れなどの要因で永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流が増大した際にモータ電流の瞬時値が限界値を超えないように、超える直前に過電流保護部４１がインバータ部３に対する保護動作を行う必要がある。そのため、この目的を果たせるように過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定する。
【００３４】
前述の限界値は、永久磁石型モータ２に過電流が流れた場合の発熱による絶縁破壊などの劣化現象、インバータ部３のスイッチング素子の過電流による素子破壊など、インバータ部３または永久磁石型モータ２で生じうる過電流起因の現象を全て防止できるような値に設定する必要がある。
【００３５】
通常、限界値は、生じうる過電流起因の現象の中で最も絶対値が小さいモータ電流で生じうる現象が発生しないような値を選択し、限界値に対してマージンを考慮した上で過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定する。近年では、スイッチング素子の高耐圧化、モータの限界設計などにより、限界値を考慮するにあたりモータの不可逆減磁による制約が最も厳しくなることが多い。
【００３６】
図６は、実施の形態１に係る磁石温度Ｔｍａｇ、減磁電流Ｉｍａｇ、および過電流保護閾値Ｉｌｉｍの関係の一例を示す図である。図６は、特にモータの不可逆減磁による制約が最も厳しい永久磁石型モータ２の磁石制約に基づいて過電流保護機能を設計する場合における磁石温度Ｔｍａｇ、減磁電流Ｉｍａｇ、および過電流保護閾値Ｉｌｉｍの関係の一例を示す図である。図６は、温度上昇に伴い減磁が発生する高温減磁を想定しているが、低温減磁についても、磁石温度Ｔｍａｇに対する減磁電流Ｉｍａｇの傾きが増加傾向になる点が異なるだけで、以下の考え方が同様に適用できる。
【００３７】
永久磁石型モータ２の磁石温度Ｔｍａｇが不明の場合、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを、永久磁石型モータ２の運転時に想定される温度範囲で最も小さい減磁電流Ｉｍａｇを基準にマージンを持たせ、一定値として設定する。ただし、この場合、温度帯域によっては、具体的には図６の高温減磁の場合の低温域では、保護に対する過剰なマージンを持つことになり、必要以上に永久磁石型モータ２の出力性能を制限することになる。そのため、磁石温度推定部４２が後述の方法で磁石温度Ｔｍａｇを推定し、過電流保護部４１は、推定された磁石温度Ｔｍａｇにおける減磁電流Ｉｍａｇに対してマージンを設けた値を過電流保護閾値Ｉｌｉｍとする。過電流保護部４１は、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを磁石温度Ｔｍａｇに応じて変化させることで、過剰なマージンを低減し、永久磁石型モータ２の出力性能拡大を図ることができる。
【００３８】
ただし、過電流保護部４１は、制御演算周期△ｔ毎に間欠的に電流検出値と過電流保護閾値Ｉｌｉｍとを比較し、保護動作要否の判断を行う。そのため、制御演算周期△ｔが長くなるに従い、過電流保護部４１による判断の間隔が開くため、モータ電流の急な変化に対する保護動作が間に合わなくなる。
【００３９】
図７は、実施の形態１に係る制御部４の過電流保護部４１の制御演算周期△ｔの差異による過電流検知可否への影響を示す図である。図７において、制御演算周期△ｔを設定するためのパラメータである正の整数Ｎが一定である条件下で、キャリア周波数ｆｃが低くなる、すなわちキャリア周期が長くなるに従い、制御演算周期△ｔが制御演算周期△ｔ１から制御演算周期△ｔ２へと長くなる。なお、制御演算周期△ｔ１＜制御演算周期△ｔ２である。キャリア周波数ｆｃが低くなるとは、同期ＰＷＭ方式においては、インバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖが低くなることと同じである。
【００４０】
図７の場合、永久磁石型モータ２が太実線のように変化する際、制御演算周期△ｔによって、ある電流検出タイミングから次の電流検出タイミングまでの周期が変わる。そのため、過電流保護部４１は、制御演算周期△ｔが制御演算周期△ｔ１の場合、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを超えた所を検知でき、モータ電流が減磁電流Ｉｍａｇに至る前にインバータ部３に対する保護動作を行える。一方、過電流保護部４１は、制御演算周期△ｔが長くなる制御演算周期△ｔ２の場合、次の電流検出タイミングでは減磁電流Ｉｍａｇを超過してしまう可能性がある。
【００４１】
従って、永久磁石型モータ２の同じ電流変化においても、制御演算周期△ｔが制御演算周期△ｔ１の時と制御演算周期△ｔ２の時とでは、過電流保護部４１において減磁電流Ｉｍａｇに至る前に過電流が検知できるか否かに差異が生じる。そのため、過電流保護部４１は、常に同じ過電流保護閾値Ｉｌｉｍに基づいて過電流保護動作を行うと、インバータ部３に対する保護が必要な時に動作しない可能性が生じる。
【００４２】
このことから、過電流保護部４１は、過電流保護閾値Ｉｌｉｍについて制御演算周期△ｔの長さに比例した減磁電流Ｉｍａｇに対するマージンを設定することが望ましく、制御演算周期△ｔが長くなるに従って過電流保護閾値Ｉｌｉｍの値が小さくなるように設定すればよい。
【００４３】
また、前述のように制御演算周期△ｔとキャリア周波数ｆｃとは反比例の関係にあることが望ましいことから、過電流保護部４１は、キャリア周波数ｆｃが小さくなるに従って過電流保護閾値Ｉｌｉｍの値が小さくなるように設定してもよい。
【００４４】
さらに、同期ＰＷＭ方式を適用した場合は、出力電圧周波数ｆｉｎｖとキャリア周波数ｆｃとは比例の関係、かつ、制御演算周期△ｔとキャリア周波数ｆｃとは反比例の関係であることが望ましいことから、過電流保護部４１は、出力電圧周波数ｆｉｎｖが小さくなるに従って過電流保護閾値Ｉｌｉｍの値が小さくなるように設定してもよい。
【００４５】
図８は、実施の形態１に係る制御演算周期△ｔと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係の一例を示した概念図である。図８は、具体的には高温減磁の場合において、種々の磁石温度Ｔｍａｇ＝Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３における制御演算周期△ｔと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係を示したものである。なお、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３とする。過電流保護部４１は、図８に示すように、磁石温度Ｔｍａｇが高くなるに従って制御演算周期△ｔに対する過電流保護閾値Ｉｌｉｍが低くなるような関係に設定する。実際には、過電流保護部４１は、複数の磁石温度Ｔｍａｇ条件下での制御演算周期△ｔと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係を、テーブルまたは数式の形で記憶しておく。
【００４６】
図９は、実施の形態１に係るキャリア周波数ｆｃと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係の一例を示した概念図である。過電流保護部４１は、図９に示すように、磁石温度Ｔｍａｇが高くなるに従ってキャリア周波数ｆｃに対する過電流保護閾値Ｉｌｉｍが低くなるような関係に設定してもよい。
【００４７】
図１０は、実施の形態１に係る出力電圧周波数ｆｉｎｖと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係の一例を示した概念図である。図１０は、同期ＰＷＭ方式を適用した場合の出力電圧周波数ｆｉｎｖと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係を示したものである。過電流保護部４１は、図１０に示すように、磁石温度Ｔｍａｇが高くなるに従って出力電圧周波数ｆｉｎｖに対する過電流保護閾値Ｉｌｉｍが低くなるような関係に設定してもよい。
【００４８】
過電流保護部４１は、図８から図１０に示す関係を示すテーブルまたは数式の代わりに、図６に示すような磁石温度Ｔｍａｇと過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係を制御演算周期△ｔに基づいて係数をかけて補正する補正係数のテーブルとして記憶していてもよい。また、過電流保護部４１は、制御演算周期△ｔの代わりに、制御演算周期△ｔの設定に係るパラメータであるキャリア周波数ｆｃ、または同期ＰＷＭ方式におけるインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに対する過電流保護閾値Ｉｌｉｍとの関係を記憶していてもよい。
【００４９】
従って、過電流保護部４１は、制御演算周期△ｔの長短に関係なく、インバータ部３に対する保護動作を適切に動作させるためには、制御演算周期△ｔ、または制御演算周期△ｔの設定に係るパラメータとなり得るキャリア周波数ｆｃ、または同期ＰＷＭ方式におけるインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに応じて、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを変更する必要がある。過電流保護部４１は、制御部４の制御演算周期△ｔ、インバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖ、およびインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに基づくキャリア周波数ｆｃのうちのいずれか１つと、永久磁石型モータ２の永久磁石の磁石温度推定値である磁石温度Ｔｍａｇとに基づいて、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定する。
【００５０】
つぎに、磁石温度推定部４２の動作について説明する。磁石温度推定部４２は、インバータ部３から出力される三相交流電圧と永久磁石型モータ２に流れるモータ電流とに基づいて、永久磁石型モータ２の永久磁石の磁石温度Ｔｍａｇを推定する。磁石温度推定部４２は、磁石温度Ｔｍａｇの推定に必要なモータ電流は電流検出部５で検出される電流値を用いることができる。駆動装置１００では、三相交流電圧を検出するためには電圧センサが必要となるが、インバータ部３から出力される三相交流電圧には、スイッチング素子のスイッチング動作によって生成される高調波成分が多く含まれる。そのため、磁石温度推定部４２は、三相交流電圧の検出値の代わりに、インバータ部３が三相交流電圧を生成する際の基になる制御部４の電圧指令を用いてもよい。すなわち、磁石温度推定部４２は、電圧指令とモータ電流とに基づいて、磁石温度Ｔｍａｇを推定してもよい。
【００５１】
磁石温度推定部４２は、電圧指令およびモータ電流については、周知の回転直交二軸座標、すなわちｄ−ｑ軸座標上への座標変換を行い、座標変換した値を用いてもよい。磁石温度推定部４２は、座標変換を行うことによって、電圧、電流などをはじめとする交流量を直流量として扱うことができ、演算処理を簡易化することができる。
【００５２】
永久磁石型モータ２は、インバータ部３から出力される電圧と永久磁石型モータ２で発生する電圧とがつりあった状態で駆動される。永久磁石型モータ２で発生する電圧は、主に永久磁石型モータ２の巻線にモータ電流が流れることによって発生する電圧である巻線抵抗電圧、および、永久磁石型モータ２の磁束と永久磁石型モータ２自身の回転とによる作用で永久磁石型モータ２の巻線に発生する電圧である誘起電圧である。また、永久磁石型モータ２の磁束は、永久磁石型モータ２の巻線にモータ電流が流れることで発生する磁束と永久磁石型モータ２が有する永久磁石による磁束とにより構成される。
【００５３】
永久磁石による磁束が磁石温度Ｔｍａｇと相関を有するため、予め、磁石温度Ｔｍａｇと永久磁石による磁束との相関を、実測、永久磁石特性のデータシートなどから求めておく。磁石温度推定部４２は、永久磁石型モータ２で発生する電圧、すなわちインバータ部３から出力される電圧から、永久磁石による磁束に係る成分を抽出すれば、永久磁石型モータ２の磁石温度Ｔｍａｇを推定できる。
【００５４】
巻線抵抗電圧および誘起電圧のうち永久磁石型モータ２の巻線にモータ電流が流れることで発生する磁束に起因する電圧成分は、永久磁石型モータ２の特性を示すパラメータである巻線抵抗値、インダクタンスなどが既知であれば、モータ電流、回転速度などから算出することができる。そのため、制御部４は、永久磁石型モータ２の特性を示すパラメータを実測などで求めておき、永久磁石型モータ２で発生する電圧からこれらの成分を減算することで、永久磁石による磁束に係る成分を抽出できる。
【００５５】
なお、磁石温度推定部４２のより詳細な構成については、例えば、特許第５７８８０５７号公報に示されている構成で実現可能であることから、本文では省略する。
【００５６】
以上の説明をふまえて、駆動装置１００において、起動してから永久磁石型モータ２の駆動を開始し、インバータ部３に対する保護動作を行うまでの一連の動作について説明する。
【００５７】
図１１は、実施の形態１に係る駆動装置１００が、起動してから永久磁石型モータ２の駆動を開始し、インバータ部３に対する保護動作を行うまでの動作を示すフローチャートである。これらの動作は、主に制御部４により制御される。まず、制御部４は、駆動装置１００を起動し（ステップＳ１）、初期設定を行う（ステップＳ２）。制御部４は、具体的には、初期設定として、永久磁石型モータ２を駆動させるために必要となる、制御演算周期△ｔ、キャリア周波数ｆｃ、過電流保護閾値Ｉｌｉｍなどを設定する。制御部４は、過電流保護閾値Ｉｌｉｍについて、前述の通り制御演算周期△ｔに応じた適切な値を設定する。
【００５８】
制御部４による初期設定後、制御部４で設定された出力電圧周波数ｆｉｎｖに基づいて、インバータ部３は、電圧出力に係る動作を制御し、永久磁石型モータ２の駆動を開始する（ステップＳ３）。
【００５９】
制御部４は、永久磁石型モータ２の駆動中にキャリア周波数ｆｃの変更があったか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部４は、キャリア周波数ｆｃの変更があった場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、キャリア周波数ｆｃを所望の値に設定し（ステップＳ５）、制御演算周期△ｔもキャリア周波数ｆｃに応じた適切な値に設定する（ステップＳ６）。制御部４は、キャリア周波数ｆｃの変更がなかった場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ５およびステップＳ６の動作を省略する。
【００６０】
制御部４において磁石温度推定部４２は、永久磁石型モータ２の磁石温度Ｔｍａｇを適宜推定し（ステップＳ７）、磁石温度Ｔｍａｇに応じて過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定する（ステップＳ８）。さらに、磁石温度推定部４２は、制御演算周期△ｔに応じて過電流保護閾値Ｉｌｉｍを補正する（ステップＳ９）。なお、永久磁石型モータ２の磁石温度Ｔｍａｇの温度変化は、モータ電流の変化に対して緩やかである。そのため、磁石温度推定部４２における磁石温度推定動作は、過電流保護部４１における電流異常判定ほど頻繁に行う、すなわち制御演算周期△ｔと同じ周期で行う必要性は無い。磁石温度推定部４２は、磁石温度推定動作および磁石温度Ｔｍａｇに応じた過電流保護閾値Ｉｌｉｍの設定動作については、制御演算周期△ｔ毎に行われる制御演算のタイミングに対して間引いて行ってもよい。
【００６１】
磁石温度推定部４２が過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定および補正すると、過電流保護部４１は、電流検出部５で検出された永久磁石型モータ２の巻線に流れるモータ電流と過電流保護閾値Ｉｌｉｍとを比較し（ステップＳ１０）、出力電流が異常か否かを判定する。過電流保護部４１は、過電流を検知しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ４の動作に戻る。過電流保護部４１は、過電流を検知した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、インバータ部３に対する保護動作を行う（ステップＳ１２）。
【００６２】
このように、駆動装置１００は、図１１に示すフローチャートに従ってインバータ部３に対する保護動作を行うことにより、キャリア周波数ｆｃの大小、制御演算周期△ｔの長短に関係なく、インバータ部３に対する保護動作を実現し、過電流による永久磁石の減磁を防止できる。
【００６３】
つづいて、駆動装置１００が備える制御部４のハードウェア構成について説明する。図１２は、実施の形態１に係る駆動装置１００が備える制御部４を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御部４は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２により実現される。
【００６４】
プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）である。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。また、メモリ２０２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）でもよい。
【００６５】
以上説明したように、実施の形態１によれば、駆動装置１００の制御部４は、制御演算周期△ｔ、または制御演算周期△ｔに係るパラメータ、例えば、キャリア周波数ｆｃ、また、同期ＰＷＭ方式におけるインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに応じて、インバータ部３に対する過電流保護閾値Ｉｌｉｍを設定することとした。これにより、駆動装置１００は、キャリア周波数ｆｃに基づいて設定する制御演算周期△ｔの長短に関係なく、インバータ部３に対する過電流保護を実現し、過電流によるインバータ部３のスイッチング素子の素子破壊、インバータ部３に接続されている永久磁石型モータ２の減磁を防止できる効果がある。
【００６６】
また、駆動装置１００は、減磁電流Ｉｍａｇに対する設計マージンの削減が可能となるため、永久磁石型モータ２の出力性能拡大を図ることができるとともに、永久磁石型モータ２に使用する永久磁石の減磁耐力がより低いものを使用できる。この結果、永久磁石型モータ２の製造コストを低減できる効果がある。
【００６７】
さらに、駆動装置１００は、キャリア周波数ｆｃをインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖのＭ倍に設定するモードを有する、すなわち同期ＰＷＭ方式を適用することで、非同期ＰＷＭ方式と比較して、出力電圧周波数ｆｉｎｖの最大値を高く設定することができる。駆動装置１００は、非同期ＰＷＭで駆動困難な高速域においても駆動することが可能となり、高速域においても適切なインバータ部３に対する過電流保護を実現できる効果がある。
【００６８】
実施の形態２．
実施の形態１では、駆動装置１００は、制御演算周期△ｔに基づいて、永久磁石型モータ２の磁石温度Ｔｍａｇを考慮のうえ、インバータ部３に対する保護動作を行っていた。実施の形態２では、例えば、高温減磁の場合において、永久磁石型モータ２の温度が上昇して減磁電流Ｉｍａｇが低下し、より正確な保護動作が必要となる場合に、磁石温度Ｔｍａｇに応じて制御演算周期△ｔ、すなわち過電流判定の周期を短くすることで過電流保護に対する応答性を向上させる。実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００６９】
図１３は、実施の形態２に係る駆動装置１００が、起動してから永久磁石型モータ２の駆動を開始し、インバータ部３に対する保護動作を行うまでの動作を示すフローチャートである。これらの動作は、主に制御部４により制御される。図１３において、ステップＳ１からステップＳ７までの動作は、図１１に示す実施の形態１のフローチャートの動作と同様である。
【００７０】
磁石温度推定部４２は、推定した磁石温度Ｔｍａｇと予め定められた温度閾値Ｔｈとを比較する（ステップＳ２１）。磁石温度推定部４２は、推定した磁石温度Ｔｍａｇが温度閾値Ｔｈ以上の場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、過電流保護に対する応答性を上げるため、磁石温度Ｔｍａｇに応じて制御演算周期△ｔ、すなわち過電流判定の周期を短くするように再設定する（ステップＳ２２）。すなわち、磁石温度推定部４２は、磁石温度推定値である磁石温度Ｔｍａｇに基づいて、制御演算周期△ｔを設定する。磁石温度推定部４２は、キャリア周波数ｆｃについては、前述の設定上限およびプロセッサによって行われる制御演算の処理制約によって制御演算周期△ｔの最短時間に制約が生じるため、この制約の中で再設定する（ステップＳ２３）。すなわち、磁石温度推定部４２は、磁石温度推定値である磁石温度Ｔｍａｇに基づいて設定された制御演算周期△ｔと、インバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖとに基づいて、キャリア周波数ｆｃを設定する。
【００７１】
具体的には、磁石温度推定部４２は、前述の通り制御演算周期△ｔとキャリア周波数ｆｃとは相関を有するため、非同期ＰＷＭ方式を適用する場合は、概ねｆｃ／ｆｉｎｖ≧９の制約が満たされるように、出力電圧周波数ｆｉｎｖの大きさに基づいて、非同期ＰＷＭ方式と同期ＰＷＭ方式を選択のうえ、前述のパラメータである正の整数Ｍ，Ｎを選択してキャリア周波数ｆｃを再設定する。なお、磁石温度推定部４２は、推定した磁石温度Ｔｍａｇが温度閾値Ｔｈ未満の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ステップＳ２２およびステップＳ２３の動作を省略する。以降のステップＳ８からステップＳ１２までの動作は、図１１に示す実施の形態１のフローチャートの動作と同様である。
【００７２】
以上説明したように、実施の形態２によれば、駆動装置１００は、図１３に示すフローチャートに従ってインバータ部３に対する保護動作を行うこととした。これにより、駆動装置１００は、永久磁石型モータ２の温度が上昇して減磁電流Ｉｍａｇが低下し、より正確な保護動作が必要となる場合に、磁石温度Ｔｍａｇに応じて制御演算周期△ｔ、すなわち過電流判定の周期を短くすることで過電流保護に対する応答性が向上し、より確実に過電流による永久磁石の減磁を防止できる。
【００７３】
実施の形態３．
実施の形態１では、インバータ部３に対する保護動作として、過電流保護部４１は、インバータ部３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号の出力を全て停止、または直接インバータ部３の全てのスイッチング素子のスイッチング動作を停止させるような信号をインバータ部３へ出力して、インバータ部３から永久磁石型モータ２に対する三相交流電圧の出力を停止させるものであった。
【００７４】
これに対し、実施の形態３では、インバータ部３に対する保護動作として、過電流保護部４１は、永久磁石型モータ２の運転を継続させるため、インバータ部３から出力される三相交流電圧の出力電圧周波数ｆｉｎｖを低減させる。過電流保護部４１は、インバータ部３から永久磁石型モータ２へ出力される電力を低減し、インバータ部３の保護動作を行う。
【００７５】
実施の形態３の保護動作において、過電流保護部４１における出力電流の異常判定に係る動作は実施の形態１と同じである。ただし、実施の形態３では、インバータ部３から永久磁石型モータ２に対する三相交流電圧の供給を停止させる実施の形態１の動作よりも駆動制約の緩い保護動作となる。そのため、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを実施の形態１における設定値より小さい値に設定するなど、実施の形態１における出力電流の異常判定条件と比較して、異常と判定されやすい条件にしておくことが望ましい。
【００７６】
インバータ部３に対する保護動作として、例えば、過電流保護部４１は、インバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖの絶対値を周波数低減量△ｆ分低減させるように制御部４を制御する。すなわち、目標値として設定された、周波数低減量△ｆに基づく低減作用前の出力電圧周波数ｆｉｎｖをｆｉｎｖ０とすると、ｆｉｎｖ＝ｆｉｎｖ０＋△ｆの関係となり、ｆｉｎｖ０＞０ならば△ｆ＜０、ｆｉｎｖ０＜０ならば△ｆ＞０となる。ただし、低減作用前後でｆｉｎｖとｆｉｎｖ０との符号が反転しないように｜ｆｉｎｖ０｜＞｜△ｆ｜とする。過電流保護部４１は、周波数低減量△ｆについて、出力電流の異常判定において比較する過電流保護閾値Ｉｌｉｍに対する出力電流の超過分に応じた比例値、これらの超過分の制御演算周期△ｔ毎の積分値に基づいて得るようにする。
【００７７】
従って、実施の形態３では、所望の周波数すなわち目標値に対してインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに偏差が生じ、永久磁石型モータ２の速度偏差が生じるものの、インバータ部３から三相交流電圧の供給を停止する場合と異なり、永久磁石型モータ２の運転状態は継続される。
【００７８】
以上説明したように、実施の形態３によれば、駆動装置１００は、永久磁石型モータ２への駆動を継続しながら、合わせて永久磁石型モータ２の保護も実現できる効果がある。
【００７９】
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１から実施の形態３で説明した駆動装置１００を、空気調和装置に適用した例について説明する。駆動装置１００を空気調和装置に適用することで、永久磁石型モータ２の回転力を駆動源とする圧縮機を用いた空気調和装置を構成でき、運転限界の拡大に伴い、冷暖房能力の向上が可能となる。
【００８０】
図１４は、実施の形態４に係る空気調和装置２００の構成例を示す図である。空気調和装置２００は、駆動装置１００と、永久磁石型モータ２を駆動源とする圧縮機６０と、を備える。空気調和装置２００では、圧縮機６０、四方弁６２、熱源側熱交換器６３、熱源側膨張弁６４、負荷側膨張弁６５、負荷側熱交換器６６、四方弁６２、そして、圧縮機６０の順に冷媒配管７０によって接続された冷媒回路が構成されている。空気調和装置２００では、冷媒回路に冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。なお、図１４には図示していないが、圧縮機６０の吸入側に過剰な冷媒を貯留するアキュームレータを設けてもよい。冷媒回路を制御するにあたり、空調制御部６９は、四方弁６２、熱源側膨張弁６４、および負荷側膨張弁６５を制御する。なお、図１４に示す空気調和装置２００の冷凍サイクルの構成は一例であり、必ずしも同じ冷凍サイクルの構成でなくてもよい。
【００８１】
つづいて、空気調和装置２００の動作について、冷房運転を例に説明する。暖房運転については詳細を省略するが、空気調和装置２００は、四方弁６２における流路の切り替えによって暖房運転も実現できる。空気調和装置２００は、冷房運転に際し、四方弁６２の向きを、予め圧縮機６０から吐出された冷媒が熱源側熱交換器６３へ向かうように、かつ、負荷側熱交換器６６から流出した冷媒が圧縮機６０へ向かうように流路を切り替えているものとする。
【００８２】
駆動装置１００が永久磁石型モータ２を駆動することで、永久磁石型モータ２に連結された圧縮要素６１が冷媒を高温高圧の冷媒に圧縮し、圧縮機６０は、高温高圧の冷媒を吐出する。すなわち、圧縮機６０は、冷凍サイクルの冷媒を圧縮する。圧縮機６０から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁６２を経由して、熱源側熱交換器６３へ流入し、熱源側熱交換器６３において外部の空気と熱交換して放熱する。熱源側熱交換器６３から流出された冷媒は、熱源側膨張弁６４において膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となった状態で、負荷側膨張弁６５において膨張及び減圧されて、負荷側熱交換器６６へ流入し、空調対象空間の空気と熱交換して蒸発し、低温低圧の冷媒となって、負荷側熱交換器６６から流出する。負荷側熱交換器６６から流出された冷媒は、四方弁６２を経由して、圧縮機６０に吸入され、再び圧縮される。空気調和装置２００では、以上の動作が繰り返される。
【００８３】
なお、駆動装置１００の主にインバータ部３を冷却する目的で、インバータ部３の構成要素であるパワーモジュールに冷却プレートを接触させ、冷却プレートに冷媒配管７０をさらに接触させ、冷媒配管７０に流れる冷媒にインバータ部３の発熱を吸熱させるようにしてもよい。このようにすれば、インバータ部３の温度上昇を効率的に抑制できる。
【００８４】
なお、図１４の構成では、熱源側膨張弁６４および負荷側膨張弁６５を室内機６８側、室外機６７側両方に備える構成であるが、これは、駆動装置１００の冷却能力を２つの膨張弁である熱源側膨張弁６４および負荷側膨張弁６５でそれぞれ独立に制御可能にするためである。このような構成により、空気調和装置２００は、インバータ部３の温度を検出しながら、所望の温度に調整するように細やかに冷媒を制御するのに適しており、駆動装置１００の特にインバータ部３の構成要素であるパワーモジュールの温度を必要以上に低くすることはなく、結露の発生を抑制できるとともに、温度が上昇しないように制御できる。なお、図１４の構成は、駆動装置１００の温度を細やかに制御する一例であり、必ずしも熱源側膨張弁６４および負荷側膨張弁６５を２つ備える構成にしなくてもよく、熱源側膨張弁６４および負荷側膨張弁６５を室内機６８側、室外機６７側のいずれか一方に備える構成としてもよい。
【００８５】
実施の形態４では、駆動装置１００を空気調和装置２００へ適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、空気調和装置２００の他、ヒートポンプ装置、冷凍装置など冷凍サイクルを有する機器に適用することができる。
【００８６】
また、周囲温度が低く空気調和装置２００での暖房運転が必要となる状況下において、高温減磁の場合、永久磁石型モータ２の永久磁石の温度が低いときは、減磁電流Ｉｍａｇに対する設計マージンを削減し、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを上げて、永久磁石型モータ２に流せる電流を拡大させることにより、暖房能力が向上し快適性が向上する。
【００８７】
空気調和装置２００において駆動装置１００は、永久磁石型モータ２の有する永久磁石の磁石温度Ｔｍａｇを推定する動作、および、過電流保護閾値Ｉｌｉｍを制御部４の制御演算周期△ｔ、インバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖ、およびインバータ部３の出力電圧周波数ｆｉｎｖに基づくキャリア周波数ｆｃのうちのいずれか１つと、永久磁石型モータ２の磁石温度推定値とに基づいて設定する動作を特に暖房運転時に行う。これにより、空気調和装置２００は、本発明の効果をより高めることができる。
【００８８】
以上説明したように、実施の形態４によれば、駆動装置１００を空気調和装置２００へ適用することで、圧縮機６０の駆動源である永久磁石型モータ２の運転限界を拡大することができる。特に、永久磁石型モータ２の永久磁石に高温減磁の特性を有するものを使用する場合、大きな暖房能力を必要とする低温時に永久磁石の減磁電流Ｉｍａｇが大きくなり、永久磁石型モータ２に流せる電流が拡大することから、低温時の暖房能力が向上する効果がある。
【００８９】
駆動装置１００の活用例としては、永久磁石型モータ２の回転力を駆動力とする圧縮機６０を搭載している空気調和装置２００のほか、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ヒートポンプ式乾燥洗濯機、冷凍装置が挙げられる。さらには、永久磁石型モータ２の回転力によって駆動力を得る乾燥機、洗濯機、掃除機など圧縮機を搭載していない製品でも適用可能であり、ファンモータなどへの適用も可能である。
【００９０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１  電力源、１ａ，１ｂ  交直電力変換器、２  永久磁石型モータ、３  インバータ部、４  制御部、５  電流検出部、１１ａ，１１ｂ  交流電源、４１  過電流保護部、４２  磁石温度推定部、６０  圧縮機、６１  圧縮要素、６２  四方弁、６３  熱源側熱交換器、６４  熱源側膨張弁、６５  負荷側膨張弁、６６  負荷側熱交換器、６７  室外機、６８  室内機、６９  空調制御部、７０  冷媒配管、１００  駆動装置、２００  空気調和装置。
【図１】
2020194695.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月24日(2021.3.24)
【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】
電圧指令に基づく駆動信号に従って直流電圧から三相交流電圧を生成し、永久磁石を有する永久磁石型モータに出力するインバータ部と、
前記永久磁石型モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令を生成し、前記インバータ部の動作を制御するとともに、前記永久磁石の温度を推定し、前記モータ電流と過電流保護閾値とに基づいて前記インバータ部の保護動作を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記制御部の制御演算周期、前記インバータ部の出力電圧周波数、および前記インバータ部の出力電圧周波数に基づくキャリア周波数のうちのいずれか１つと、前記永久磁石の磁石温度推定値とに基づいて、前記過電流保護閾値を設定し、前記磁石温度推定値に基づいて、前記制御演算周期を設定し、前記磁石温度推定値に基づいて設定された制御演算周期と、前記インバータ部の出力電圧周波数とに基づいて、前記キャリア周波数を設定する駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電圧指令と前記モータ電流とに基づいて、前記磁石温度推定値を推定する請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記制御演算周期を前記キャリア周波数の変化に応じて設定する請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記制御演算周期を前記キャリア周波数の半分の正の整数倍に設定する請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記キャリア周波数を、一定の値に設定する、または前記インバータ部の出力電圧周波数の正の整数倍に設定する請求項１から４のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インバータ部の保護動作として、前記インバータ部からの三相交流電圧の出力を停止させる請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記インバータ部の保護動作として、前記インバータ部から出力される三相交流電圧の出力電圧周波数を低減させる請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の駆動装置と、
永久磁石型モータを駆動源とする圧縮機と、
を備え、
前記圧縮機によって冷凍サイクルの冷媒を圧縮する空気調和装置。
【請求項９】
前記駆動装置は、前記永久磁石型モータの有する永久磁石の温度を推定する動作、および前記永久磁石型モータに三相交流電圧を出力するインバータ部に対する保護動作で使用する過電流保護閾値の設定を暖房運転時に行う請求項８に記載の空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、電圧指令に基づく駆動信号に従って直流電圧から三相交流電圧を生成し、永久磁石を有する永久磁石型モータに出力するインバータ部と、永久磁石型モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、電圧指令を生成し、インバータ部の動作を制御するとともに、永久磁石の温度を推定し、モータ電流と過電流保護閾値とに基づいてインバータ部の保護動作を行う制御部と、を備える。制御部は、制御部の制御演算周期、インバータ部の出力電圧周波数、およびインバータ部の出力電圧周波数に基づくキャリア周波数のうちのいずれか１つと、永久磁石の磁石温度推定値とに基づいて、過電流保護閾値を設定し、磁石温度推定値に基づいて、制御演算周期を設定し、磁石温度推定値に基づいて設定された制御演算周期と、インバータ部の出力電圧周波数とに基づいて、キャリア周波数を設定する。
【国際調査報告】
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