JP2006129632A - 電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ること。
【解決手段】電動機駆動装置３は、電動機４の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出部９と、目標速度ω＊と電動機４の回転速度ω１との速度誤差から電流指令値Ｉ＊を
作成する速度制御部１１と、電流指令値Ｉ＊と検出された電流値との電流誤差から電圧指令値ｖ＊を作成する電流制御部１２と、電圧指令値ｖ＊から電圧飽和の度合いである電圧飽和率を算出する電圧飽和率算出手段１７と、電圧飽和率の算出値に基づいて予め設定された電流指令位相を補正する位相補正手段１６とを備える。この位相補正手段１６により、電源電圧が低下した場合は電流指令位相を大きくして弱め界磁制御を効かせる方向に作用させることで、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができる。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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、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）。

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。電動機駆動装置３は、複数のスイッチング素子５ａ〜５ｆと対をなす還流ダイオード６ａ〜６ｂからなるインバータ５と、速度制御部１１と、電流制御部１２と、ＰＷＭ信号生成部１３、誘起電圧推定部１４と、回転子位置速度推定部１５とを備える。

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、その直流電圧は交流直流変換部５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４が駆動される。

電動機駆動装置３では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部１１は目標速度ω＊と現在の速度ω１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定速度の現在値）との速度誤差△ωがゼロとなるように比例積分制御（以下、ＰＩ制御という）により電流指令値Ｉ＊を演算する。

電流制御部１２は速度制御部１１により演算された電流指令値Ｉ＊と図５に示すような予め設定された電流指令位相の設定値β０に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるようにＰＩ制御により電圧指令値ｖ＊を演算する。

ここで、図４は予め設定された位相設定値の一例を示す図で、目標速度ω＊がωｓよりも小さい低速時は効率最適点となる位相βｓを設定し、ωｓ以上の高速時では弱め界磁制御を行うため目標速度ω＊に応じて位相を設定し、目標速度ω＊がωｅ以上では上限値βｅで制限している。

誘起電圧推定部１４は電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９により検出された電動機４の電流検出値と、電圧指令値ｖ＊と、分圧抵抗８ａ、８ｂおよび直流電圧検出部１０により検出されたインバータ５の直流電圧の情報とに基づいて、電動機４の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。

回転子位置速度推定手段１５は、誘起電圧推定部１４により推定された誘起電圧を用いて電動機４における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部１２では、インバータ５が電圧指令値ｖ＊を出力するために、スイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はＰＷＭ信号生成部１３により、スイッチング素子５ａ〜５ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子５ａ〜５ｆが動作する。

以上の構成によって、位置センサレス正弦波駆動を行っている。
特許第３４１９７２５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、インバータの出力電圧の最大値に対する電圧指令値の比率、いわゆる電圧飽和率に応じて電流指令位相を補正する手段を備えていないため、電源事情（電源の電圧値や安定度など）が異なる場合、例えば電源電圧が低下した場合は、インバータの出力電圧の最大値が小さくなることで電源電圧が低下する前に比べて電圧飽和率が大きくなり、電圧飽和状態（電圧指令値がインバータの出力電圧の最大値に等しくなる状態であり、電動機に印加する電圧が頭打ちとなる）に対する余裕が減少し、予め設定された電流指令位相のままでは、電圧飽和状態となる時の電動機４の出力限界値が小さくなり、必要な電動機出力が得られないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができる電動機駆動装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、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、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、インバータの出力電圧の最大値に対する電圧指令値の比率、いわゆる電圧飽和率を算出する電圧飽和率算出手段と、電圧飽和率算出手段から算出された飽和率算出値に応じて、予め設定された電流指令位相を補正する位相補正手段とを備えるものである。

この位相補正手段によって、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることを目的とする。

本発明の電動機駆動装置は、予め設定された電流指令位相を、電圧飽和率算出値に応じて補正することで、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができる。

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、電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機に対する電流指令値と電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、電圧指令値に基づいて、インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、インバータの出力電圧の最大値に対する電圧指令値の比率、いわゆる電圧飽和率を算出する電圧飽和率算出手段と、電圧飽和率算出手段から算出された電圧飽和率算出値に応じて、予め設定された電流指令位相を補正する位相補正手段とを備えることにより、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができる。

さらに、電圧飽和率算出値に比例して電流指令位相を変化させることで、簡単な演算により電流指令位相の補正を実現し、マイコンなどの演算時間やメモリの増加を必要最小限に抑えることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の電動機駆動装置は、位相補正手段から算出された電流指令位相の位相補正量は、少なくとも予め設定された上限値を有することにより、電流指令位相の過度な補正を防止することができ、電動機の極端な効率低下を回避できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の電動機駆動装置は、電圧飽和率算出値または電動機の回転出力に関する値が、予め設定された基準値よりも大きい場合にのみ電流指令位相を補正し、基準値以下の場合には電流指令位相の補正をしないものであり、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの増加を必要最小限に抑え、電流指令位相の補正のありなし切り替えが無い場合に対して演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。

第４の発明は、特に、第３の発明の電動機駆動装置は、電流指令位相の補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なうものであり、電流指令位相の補正のありなしの切り替えに伴う制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。

第５の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の電動機駆動装置は、外部から与えられる電動機の目標速度と電動機の回転速度との速度誤差から電流指令値を作成する速度制御手段をさらに備え、電圧飽和率算出値が予め設定された電圧飽和率最大値以上となる場合のみ、電圧飽和率算出値が電圧飽和率最大値よりも小さくなるまで目標速度を下げるものであり、電圧飽和状態を回避することで制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態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１において、電動機駆動装置３は、複数のスイッチング素子５ａ〜５ｆと対をなす還流ダイオード６ａ〜６ｂからなるインバータ５と、電圧検出部１０と、速度制御部１１と、電流制御部１２と、ＰＷＭ信号生成部１３と、誘起電圧推定部１４と、回転子位置速度推定部１５と、電流制御ゲイン補正部１６とを備える。

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、その直流電圧は交流直流変換部５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４が駆動される。

電動機駆動装置３では、外部より与えられる目標速度を実現するべく、速度制御部１１は目標速度ω＊と現在の速度ω１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定速度の現在値）との速度誤差△ωがゼロとなるようにＰＩ制御により電流指令値Ｉ＊を演算する。

位相補正部１６は、電圧飽和率算出部１７により算出された電圧飽和率算出値に基づいて、図４に示すような予め設定された電流指令位相の設定値β０を補正する。

電流制御部１２は、速度制御部１１により演算された電流指令値Ｉ＊と位相補正部１６に補正された位相に基づいて作成される固定子巻線の相電流指令値と、電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９から得られる電流検出値との電流誤差がゼロとなるように、ＰＩ制御により電圧指令値ｖ＊を演算する。

誘起電圧推定部１４は、電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９により検出された電動機４の電流検出値と、電圧指令値ｖ＊と、分圧抵抗８ａ、８ｂおよび直流電圧検出部１０により検出されたインバータ５の直流電圧の情報とに基づいて、電動機４の固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する。

回転子位置速度推定手段１５は、誘起電圧推定部１４により推定された誘起電圧を用いて電動機４における回転子の磁極位置および速度を推定する。この推定された回転子磁極位置の情報に基づいて、電流制御部１２では、インバータ５が電圧指令値ｖ＊を出力するために、スイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するための信号が生成され、その駆動信号はＰＷＭ信号生成部１３により、スイッチング素子５ａ〜５ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子５ａ〜５ｆが動作する。

なお、図１では電動機４の相電流を検出する２つの電流検出器７ａ、７ｂを備え、回転子の位置速度の推定に使用しているが、インバータ５の入力側の直流電流（インバータ５の母線電流）から電動機４の相電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。

また、図１では外部から与えられた目標速度ω＊に対して、電動機４の速度が追従するように速度制御が行われているが、電動機４のトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。

以下では、電圧飽和率算出値に比例して電流指令位相が大きくなるように電流指令位相を補正する場合の具体的な方法について説明する。

まず、速度制御部１１では、外部から与えられる目標速度ω＊と推定速度ω１との速度誤差△ω（＝ω＊−ω１／ｎｐ）がゼロとなるように式（１）で表されるＰＩ制御により電流指令値Ｉ＊を演算する。

（ＫＰＷ：速度制御比例ゲイン、ＫＩＷ：速度制御積分ゲイン）
ただし、目標速度ω＊は機械角速度、推定速度ω１は電気角速度であるため、ω１を機械角速度とするために電動機４の極対数ｎｐ（極数の１／２）で除算している。

次に、位相補正部１６では、電圧飽和算出部１７の出力値である電圧飽和算出値σに基づいて算出された位相補正量△βと予め設定された電流指令位相の設定値β０を用いて、電流指令位相の補正値βＴを式（２）で表される演算により導出する。

ここで、図４は予め設定された電流指令位相の設定値β０の一例を示す図で、目標速度ω＊がωｓよりも小さい低速時は効率最適点となる位相βｓを設定し、ωｓ以上の高速時では弱め界磁制御を行うため目標速度ω＊に応じて位相を設定し、目標速度ω＊がωｅ以上では上限値βｅで制限している。

具体的には、電流指令位相の設定値β０は式（３）で表される演算により導出している。

ここで、図２は本発明にかかる位相補正量△βの動作説明図で、予め設定された上限値△βｍａｘの他に下限値△βｍｉｎも有するものである（電圧飽和率算出値σがσ１以下の場合には位相補正量を△βｍｉｎとし、電圧飽和率算出値σがσ２より大きい場合には位相補正量を△βｍａｘとする）。

具体的には、位相補正量△βは式（４）で表される演算により導出する。

なお、図２において下限値△βｍｉｎは正の値を設定しているが、０以下の値を設定しても良いことは言うまでもない。ただし、図４の電流指令位相の設定値β０において、目標速度ω＊がωｓよりも小さい低速時には効率最適点となる位相βｓを設定しており、△βｍｉｎを負の値とすると効率低下を招くため、低速時に関しては△βｍｉｎをゼロとする（目標速度ω＊がωｓ以上となる高速時には弱め界磁制御を行うために目標速度ω＊に応じた位相が設定されており、この時位相補正量△βが下限値となる場合には電流指令位相の補正値βＴが効率最適点となる位相βｓとなるような負の△βｍｉｎを設定しても良い）。

なお、上限値△βｍａｘが無い場合、位相補正量△βが極端に大きくなると、弱め界磁制御の効き過ぎにより、電動機の極端な効率低下を招いてしまう。

以上により、位相補正量△βは上限値△βｍａｘを設定することで、電流指令位相の過度な補正を防止することができ、電動機の極端な効率低下を回避できる。

また、電圧飽和率算出値σは後程説明するｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を用いて式（５）で表される演算により導出する。

ただし、ＶＲは電圧飽和率算出値が１００％となる時の基準電圧
また、本発明にかかる電流指令位相の補正のありなしの切り替えに関する具体的な方法について以下に説明する。

本発明の電動機駆動装置は、電圧飽和率算出値または電動機の回転出力に関する値が、予め設定された基準値よりも大きい場合にのみ位相補正量△βを導出して電流指令位相の補正を行う。

ここで、電動機の回転出力に関する値とは、速度制御部１１から得られる電流指令値Ｉ＊または電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９から得られる相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）のいずれかの電流値、もしくは目標速度ω＊または推定速度ω１（後程説明する回転子磁極位置速度推定手段１５により推定される）のいずれかの速度値、もしくは電流指令値Ｉ＊または相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）のいずれかの電流値と、目標速度ω＊または推定速度ω１のいずれかの速度値との積により得られる等価電動機出力である。

なお、相電流指令値Ｉ＊、目標速度ω＊、推定速度ω１については、運転状況や負荷の状況に対して１つの値が定まるが、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）は３相分あり、しかも交流で変化するため１つの値に定まらない。そこで、例えば１相分の実効値Ｉ１を計算することにより一つの値に定めることができる。また、等価電動機出力については、電流値（Ｉ＊または実効値Ｉ１）と速度値（ω＊またはω１）との積により導出することができ、例えば電動機の回転速度に応じて負荷が比例的に上昇していく場合には、目標速度ω＊または推定速度ω１のいずれかの速度値を用いても良い。さらに、電流値と速度値との積により得られる等価電動機出力を用いることで、より負荷の状況を伺い知ることができる。

ここで、電動機に関する値が小さい場合には、式（６）〜式（８）で表される電圧方程式より電動機４の相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）は小さくなり、相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）から後程説明する方法により導出されるｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）に基づいて電圧飽和率を算出しているため、電圧飽和率算出値σも小さくなる。

ただし、Ｒは電動機４の巻線一相あたりの抵抗、Ｌはそのインダクタンスである。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔはそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗの時間微分であり、ｅｕ、ｅｖ、ｅｗは回転速度に比例する誘起電圧（後程後述する誘起電圧の推定値に相当）である。

そこで、電圧飽和率算出値または電動機の回転出力に関する値が、予め設定された基準値よりも大きい場合（電圧飽和の度合いが大きく電圧飽和状態に対する余裕が少ない運転状況の場合）のみ電流指令位相を補正し、基準値以下の場合（電圧飽和の度合いが小さく電圧飽和状態に対する余裕が十分にある運転状況の場合）には電流指令位相の補正をしないことで、マイコンなどの演算手段における演算量やメモリの増加を必要最小限に抑え、電流指令位相の補正のありなしの切り替えが無い場合に対して演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を実現できる。

さらに、本発明の電動機駆動装置は、電流指令位相の補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なう。

ここで、本発明にかかる電流指令位相の補正のありなしの切り替え時における動作説明図を図３に示す。図３のように、電流指令位相の補正のありなしの切り替りに際して切替猶予区間を設け、位相補正量△βを急激に変化させないようにすることで、電流指令位相の補正のありなしの切り替えに伴なう制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調といった電動機の不安定動作を防止できる。

さらに、本発明の電動機駆動装置は、電圧飽和率算出値σが予め設定された電圧飽和率最大値σｍａｘ（電圧飽和状態に限りなく近い運転状況となる場合の電圧飽和率を設定する）以上となる場合のみ、電圧飽和率算出値σが電圧飽和率最大値σｍａｘよりも小さくなるまで目標速度ω＊を下げることにより、電圧飽和状態を回避することで制御安定性と信頼性の向上が図れ、ハンチングや乱調などの電動機の不安定動作を防止できる。

次に、電流制御部１２は、速度制御部１１により演算された電流指令値Ｉ＊と位相補正部１６により導出された電流指令位相の補正値βＴとを用いて式（９）、式（１０）の演算によりｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を求める。

また、固定子巻線の相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）は、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）と現在の位置θ１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定位置の現在値）を用いて式（１１）〜式（１３）の演算により２相−３相変換を行うことで求める。

ただし、推定位置θ１は電気角度である。

なお、２相−３相変換については公知のため、その説明は省略する。

そこで、相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）と電流検出器７ａ、７ｂおよび電流検出部９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、式（１４）〜式（１６）で表されるＰＩ制御により電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する。

ただし、ＫＰＫｎ、ＫＩＫｎ、ｎ＝１、２、３（３相分）は予め設定された電流制御ゲイン設定値である。

ここで、電圧飽和率算出値σを導出するために式（５）の演算で用いるｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）は、相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）と現在の位置θ１（回転子磁極位置速度推定手段１５により推定された推定位置の現在値）を用いて式（１７）、式（１８）の演算により３相−２相変換を行うことで求める（３相−２相変換についても２相−３相変換と同様に公知のため、その説明は省略する）。

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軸電流指令値（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にＰＩ制御によりｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を求めてから、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換して相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を求めても良い（３相−２相変換についても２相−３相変換と同様に公知のため、その説明は省略する）。

具体的には、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ、ｉｑ）は式（１９）、式（２０）の演算により求められる。

また、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）は式（２１）、式（２２）の演算により求められる。

（ＫＰＤ：ｄ軸電流比例ゲイン設定値、ＫＩＤ：ｄ軸電流積分ゲイン設定値、
ＫＰＱ：ｑ軸電流比例ゲイン設定値、ＫＩＱ：ｑ軸電流積分ゲイン設定値）
この場合には、電圧飽和率算出値σを導出するために式（５）の演算で用いるｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）は式（２１）、式（２２）の演算により導出された値をそのまま用いることができるため、式（１７）、式（１８）の演算が不要となり、マイコンなどの演算装置における演算量やメモリの低減を図ることができる。

そこで、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換することで相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）は式（２３）〜式（２５）の演算により求められる。

ここで、インバータ５が上述のように求められた相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を出力するために、スイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するための信号が生成される。

次に、本実施の形態における電動機の誘起電圧の推定方法について説明する。

各相の巻線に誘起される誘起電圧値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）は、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を用いて式（２６）〜式（２８）の演算により求められる。

ここで、Ｒは電動機４の巻線一相あたりの抵抗、Ｌはそのインダクタンスである。また、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。

また、式（２６）〜式（２８）を展開すると次式を得る。

ここで、Ｒは巻線一相あたりの抵抗、ｌａは巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Ｌａは巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Ｌａｓは巻線一相あたりの有効インダクタンスの振幅である。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔは、１次オイラー近似で求める。なお、ｕ相電流ｉｕは、ｖ相電流ｉｖとｗ相電流ｉｗとの和の符号を変えたものとする。

さらに、式（２９）〜式（３１）を簡略化すると、以下に示す式（３２）〜式（３４）を得る。ここでは、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＊と位相補正部１６により導出された電流指令位相の補正値βＴとから相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を作成して簡略化した。

本実施の形態において、誘起電圧推定部１４では、式（３２）〜式（３４）により誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を求める。

次に、回転子位置速度推定部１５では、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を用いて電動機４における回転子の磁極位置および速度を推定する。回転子位置速度推定部１５は、電動機駆動装置３が認識している推定位置θ１を誘起電圧の誤差を用いて補正することにより、推定位置θ１を真値に収束させて求める。また、そこから、推定速度ω１を生成する。

まず、各相の誘起電圧基準値（ｅｕｍ、ｅｖｍ、ｅｗｍ）を次式により求める。

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により求める。

このようにして求めた誘起電圧基準値ｅｓｍ（ｓ＝ｕ、ｖ、ｗ（ｓは相を表す））と、誘起電圧推定値ｅｓとの偏差εを求める。

この偏差εが０になれば推定位置θ１が真値になるので、偏差εを０に収斂させるように、推定位置θ１を、偏差εを用いたＰＩ演算などを行って求める。また、推定位置θ１の変動値を演算することにより、推定速度ω１を求める。

最後に、ＰＷＭ信号生成部１３では、電流制御部１２から得られる駆動信号に基づいて、スイッチング素子５ａ〜５ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。ドライブ信号により各スイッチング素子５ａ〜５ｆが動作する。

このように、本実施の形態による電動機駆動装置３は、誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θ１を生成し、正弦波状の相電流を流すとともに、位相補正部１６により予め設定された電流指令位相を電圧飽和率算出値応じて補正し、電源電圧が低下した場合は電流指令位相を大きくして弱め界磁制御を効かせる方向に作用させることで、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができる。

なお、電圧飽和率算出値に比例して電流指令位相が大きくなるように電流指令位相を補正する場合について説明したが、比例に限らず実際の電動機の運転特性に合わせた関数などに応じて電流指令位相が大きくなるように電流指令位相を補正しても良いことは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、予め設定された電流指令位相を電圧飽和率算出値に応じて補正し、電源電圧が低下した場合は電流指令位相を大きくして弱め界磁制御を効かせる方向に作用させることで、電源事情に依存せず必要な電動機出力を安定して得ることができるため、空気調和機における圧縮機駆動用電動機などのようにエンコーダなどの位置センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように位置センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。

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 本発明にかかる位相補正量の動作説明図 本発明にかかる位相補正のありなしの切り替え時における動作説明図 予め設定された位相設定値の一例を示す図 従来の電動機駆動装置のシステム構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ 電動機駆動装置
４ 電動機
５ インバータ
５ａ〜５ｆ スイッチング素子
６ａ〜６ｆ 還流ダイオード
７ａ、７ｂ 電流検出器
８ａ、８ｂ 分圧抵抗
９ 電流検出部
１０ 直流電圧検出部
１１ 速度制御部
１２ 電流制御部
１３ ＰＷＭ信号生成部
１４ 誘起電圧推定部
１５ 回転子位置速度推定部
１６ 位相補正部
１７ 電圧飽和率算出部

Claims (9)

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、前記電動機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に対する電流指令値と前記電流検出手段により検出された電流検出値との電流誤差から前記電動機の電圧指令値を作成する電流制御手段と、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、前記インバータの出力電圧の最大値に対する前記電圧指令値の比率、いわゆる電圧飽和率を算出する電圧飽和率算出手段と、前記電圧飽和率算出手段から算出された電圧飽和率算出値に応じて、予め設定された電流指令位相を補正する位相補正手段とを備えることを特徴とする電動機駆動装置。
2. 位相補正手段は、前記電圧飽和率算出値に比例して前記電流指令位相を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 位相補正手段から算出された前記電流指令位相の位相補正量は、少なくとも予め設定された上限値を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
4. 電圧飽和率算出値または前記電動機の回転出力に関する値が、予め設定された基準値よりも大きい場合にのみ前記電流指令位相を補正し、前記基準値以下の場合には前記電流指令位相の補正をしないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電動機駆動装置。
5. 電流指令位相の補正のありなしの切り替え時に値が連続となるように補正の切り替えを行なうことを特徴とする、請求項４に記載の電動機駆動装置。
6. 外部から与えられる前記電動機の目標速度と前記電動機の回転速度との速度誤差から前記電流指令値を作成する速度制御手段をさらに備え、前記電圧飽和率算出値が予め設定された電圧飽和率最大値以上となる場合のみ、前記電圧飽和率算出値が前記電圧飽和率最大値よりも小さくなるまで前記目標速度を下げることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電動機駆動装置。
7. 電動機の回転出力に関する値は、前記電流指令値または前記電流検出値のいずれかの電流値であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の電動機駆動装置。
8. 電動機の回転出力に関する値は、前記目標速度または前記回転速度のいずれかの速度値であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の電動機駆動装置。
9. 電動機の回転出力に関する値は、前記電流指令値または前記電流検出値のいずれかの電流値と、前記目標速度または前記回転速度のいずれかの速度値との積により得られる等価電動機出力であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の電動機駆動装置。

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