JP2008099467A - インバータ装置、圧縮機駆動装置および冷凍・空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な制御で安定した同期モータなどの運転を可能にするインバータ装置を実現する。
【解決手段】
可変電圧、可変周波数を出力し、同期モータを可変速制御するインバータ回路２を制御するマイクロコンピュータＢにおいて、モータ電圧とモータ電流との位相差を検出する。そして、検出した位相差に係る位相差情報と目標位相差情報との誤差に応じたデューティ基準値を算出する。加速判定部１６は、位相差が増加している場合は加速を禁止し、位相差が減少している場合は加速を許可する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを駆動するためのインバータ装置に関し、さらには、このインバータ装置により駆動される圧縮機駆動装置、および、このインバータ装置を搭載した冷凍装置、空調装置（これらを総称して冷凍・空調装置とする）に関する。

永久磁石同期モータは、保守性、制御性、耐環境性に優れており、高効率、高出力の運転が可能であるため広く利用されている。また、永久磁石を使用しない同期リラクタンスモータも安価でリサイクルが容易なモータとして盛に研究されている。

永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータを高性能制御するためには、ロータの位置に応じた正弦波電流を流すことが重要となる。そのため、一般に、モータ制御装置には、ホール素子、エンコーダ、レゾルバ等のロータの位置を検出する位置センサを用いた自制運転（速度フィードバック運転）方法がある。また、位置センサに代えて、モータの電圧や電流の情報に基づいて、演算によって間接的にロータの位置を求める方法が開示されている。

しかし、位置センサの場合は、機器の小形化を妨げる大きな要因となるだけでなく、位置センサの信号を伝える複数本の配線や受信回路が必要となるため、信頼性、作業性、価格等で問題があった。また、モータの電圧や電流の情報に基づいて間接的にロータの位置を演算する方法の場合は、複雑かつ高速な演算処理が必要となるため、制御装置が高価になるという問題があった。

上記問題を鑑み、位置情報に基づかず、速度指令のみに基づく他制運転（速度オープンループ運転）を行ない、モータ電圧とモータ電流の位相差を制御することにより高性能な正弦波駆動を実現する方法が特許文献１および特許文献２で開示されている。ここで、図５に基づいて、同期モータの電圧と電流との位相差によって制御する同期モータ駆動装置を説明する。

同期モータ駆動装置は、図５に示すように、ステータに３相のコイルやロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ１を駆動させるために、電力を供給するＡＣ電源４と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路２およびコンバータ回路３と、モータ電流を検出する電流センサ５と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部６と、それらを制御するマイクロコンピュータＢとから構成されている。なお、この電力を供給するＡＣ電源４と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路２およびコンバータ回路３とによってインバータ部Ａが構成される。

上記構成によると、ＡＣ電源４から供給された電力がインバータ回路２およびコンバータ回路３を介して交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ１に供給されて、モータ１が駆動する。

電流センサ５は、モータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のうち、特定相（以下、Ｕ相とする）に流れるモータ電流を検出する。電流センサ５で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部６に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部７に与えられる。

マイクロコンピュータＢは、位相差検出部８と、目標位相差情報格納部９と、加算器１０と、ＰＩ演算部１１と、回転数設定部１２と、正弦波データテーブル１３と、正弦波データ作成部１４と、ＰＷＭ作成部１５とを備えており、夫々の処理は、各プログラムに沿って行なわれる。

位相差検出部８は、モータ電流検出アンプ部６から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでＡ／Ｄ変換して取込み、２個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号面積を算出する。算出された２箇所のモータ電流信号面積の面積比を位相差情報として出力する。

目標位相差情報格納部９には、目標とする位相差情報が格納される。目標位相差情報と位相差情報との誤差データは、加算器１０によって算出される。ＰＩ演算部１１は、算出された誤差データに対して比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部１０とＰＩ演算部１１とによって位相差制御部２７が構成される。

回転数設定部１２は、同期モータ１の回転数指令を設定する。正弦波データテーブル１３には、同期モータ１の所定の回転数に対応する正弦波データが格納される。正弦波データ作成部１４は、同期モータ１の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル１３から同期モータのコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、Ｕ相の正弦波データに基づいてＵ相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。

ＰＷＭ作成部１５は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてＰＷＭ波形を作成し、作成したＰＷＭ波形をインバータ回路２の同期モータ端子Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の駆動素子に出力する。

ところで、同期モータを目標速度まで加速させる場合において、位置情報に基づかず、速度指令のみに基づく他制運転で行なうと、モータトルクや負荷トルクに関係なく指令値通りの加速度で加速する。すなわち、通常の負荷より重い負荷がかかった場合においても、通常の負荷のときと同じ加速度で加速する。そのため、通常の負荷より重い負荷がかかった場合、通常のときと同じ加速度では、負荷によって通常のときと同様に加速することができない。そこで、必要なトルクを満足させるために、モータ電圧を大きくする必要がある。

しかしながら、インバータ回路には、同期モータに供給できるモータ電圧に限界がある。そのため、モータ電圧が最大値となっても、なお加速する場合は、モータ電圧をそれ以上大きくすることができない。そのため、同期モータは、モータトルクが不足するので駆動が不安定となり、最悪の場合は脱調して運転不能に至る等の問題がある。

そこで、検出した位相差に閾値を設定し、デューティ基準値が調整範囲内で最大となっている状態の時に、位相差が閾値よりも小さくなった場合にはモータの加速を禁止することにより、脱調を未然に防止する方法が特許文献３で開示されている。

図６に示すように、高速時は、電流位相が大きくなり、弱め磁束領域でモータ駆動が行なえていることが分かる。ここで、例えば、位相差の閾値を５度と設定すると、最高回転数は、約４７００ｒｐｍで制限され、脱調にいたる危険性を回避できる。
特開２００１―１１２２８７号公報 特開２００４―３４３９４８号公報 特開２００３―１１１４８４号公報

しかしながら、回転数−位相差特性は、図７に示すように、負荷の大小により変化するため、加速を禁止する位相差の閾値を一意に設定すると、負荷が変化した場合に種々問題が発生する。例えば、閾値を１５度と設定すると、脱調にいたる危険性は負荷の大小に関わらず回避できるが、負荷が中あるいは小のときの最高回転数が低くなり、同期モータの性能を十分に発揮できない問題が発生する。一方、負荷が小の場合の最高回転数を大きくするために閾値を−５度に設定すると、負荷が大および中において加速を禁止することができなくなり、脱調する問題が発生する。

負荷によって閾値を変更することで上記課題を改善することができるが、その場合、負荷検出装置が必要となり、機器の小型化を妨げる大きな要因となるだけでなく、インバータ装置が高価となる問題が発生する。

そこで、本発明は、簡単な構成と制御によって、安定した同期モータの運転を可能にする、安価かつ高性能なインバータ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、可変電圧、可変周波数を出力し、同期モータを可変速制御するインバータ装置であって、同期モータに電力を供給するインバータ部と、ＰＷＭ制御方式によって前記インバータ部を他制運転制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記インバータ部を流れる電流を検出する電流検出手段と、検出された前記電流からモータ電流とモータ電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差と目標とする目標位相差との差に応じてデューティ基準値を調整する調整手段と、前記位相差の変化から前記同期モータの加速を制御する加速手段と、前記同期モータの回転数指令値を設定する回転数設定手段と、前記回転数指令値に対応する出力波形データと調整された前記デューティ基準値とに基づいてＰＷＭ信号を算出するＰＷＭ信号作成手段とを有し、前記回転数設定手段は、前記加速手段の指令に応じて前記回転数指令値を変更することを特徴とする。

位相差を発生させることで同期モータは加速する。ところが、位相差が増加している状態で加速し続けると、同期モータはモータトルク不足となり、駆動が不安定となる。そこで、位相差の増減から加速が可能か不可能かを加速手段によって判定する。回転数設定手段は、判定結果に応じて回転数を設定する。そのため、同期モータの無理な加速を禁止し、同期モータの脱調を防止することができる。

加速手段は、デューティ基準値がその調整範囲内で最大となっているときに、同期モータの加速を許可するか否かを判定することを特徴とする。デューティ基準値が調整範囲内で最大となっている状態において、回転を維持するのに必要なモータ駆動電圧が不足する場合は回転数が上昇しないようにする。具体的には、加速手段は、位相差が減少している場合は同期モータの加速を許可し、位相差が増加している場合は前記同期モータの加速を禁止する。

また、加速手段は、加速を許可したとき、位相差の変化度合いに応じて前記同期モータの加速度が変化するように指令値を出力する。例えば、位相差が大の場合は、モータトルクが不足するまで余裕があるため、更なる加速が可能である。位相差が小の場合は、モータトルクが不足するまで余裕が無いため、加速を抑える。回転数設定手段は、加速手段からの指令値に基づいて回転数を決める。制御装置は、設定された回転数に基づいて同期モータを駆動する。そのため、同期モータを状況に応じて適切に加速制御することができ、目標回転数にスムーズに到達する。

電流検出手段としては、同期モータからインバータ部に流れるモータ電流を検出する第１電流検出手段と、インバータ部を流れる直流電流を検出する第２電流検出手段と、インバータ部を流れるモータ電流の極性を検出する第３電流検出手段とがあり、いずれか１つを採用する。

以上のように、本発明によれば、インバータ装置が供給できるモータ電圧の最大値に達した後でも、無理なく同期モータが加速することができ、同期モータの加速時の脱調を防止し、安定した制御をすることができる信頼性の高いインバータ装置を得ることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。本発明のモータ駆動用のインバータ装置は、図１に示すように、３相の同期モータであるモータ１がインバータ回路２の出力側に接続されており、インバータ制御によって駆動される。インバータ回路２には、コンバータ回路３によってＡＣ電源４からの交流電圧が直流電圧に変換されて供給される。

インバータ回路２とモータ１とを結ぶモータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のうち、特定相（以下、Ｕ相とする）に電流センサ５が設けられる。電流センサ５で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部６に出力される。モータ電流検出アンプ部６は、制御装置としてのマイクロコンピュータＢに接続され、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号としてマイクロコンピュータＢに出力する。なお、この電流センサ５とモータ電流検出アンプ部６とが、インバータ部Ａに流れる電流を検出する電流検出手段とされる。

マイクロコンピュータＢは、位相差検出部８と、目標位相差情報格納部９と、加算器１０と、ＰＩ演算部１１と、回転数設定部１２と、正弦波データテーブル１３と、正弦波データ作成部１４と、ＰＷＭ作成部１５と、加速判定部１６とを有し、各処理をプログラムにしたがってソフト的に行なう。

位相差検出部８は、モータ電流検出アンプ部６により出力されたモータ電流信号を用いてモータ電圧信号の位相差を検出する。なお、モータ１のモータ電圧信号は、マイクロコンピュータＢで作成するため、モータ電圧信号を直接検出する必要はなく、ソフト的に検出可能である。また、検出する位相差情報は、モータ電圧がモータ電流に対して進み位相の場合は正の値、遅れ位相の場合は負の値、同相の場合は０とする。なお、この位相差検出部８が位相差検出手段とされる。

目標位相差情報格納部９は、目標とする位相差情報を格納し、加算器１０は、その目標位相差情報と位相差検出部８から出力された位相差情報との誤差データを算出し、その算出結果をＰＩ演算部１１に出力する。ＰＩ演算部１１は、算出された誤差データに対して比例誤差データ（Ｐ）および積分誤差データ（Ｉ）を算出し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部１５に出力する。なお、この目標位相差情報格納部９と加算器１０とＰＩ演算部１１とが、検出された位相差情報と目標とする目標位相差情報との誤差に応じてデューティ基準値を調整する調整手段とされる。

回転数設定部１２は、目標とする回転数指令値を格納しており、その格納された回転数指令値から所定の回転数を設定して正弦波データ作成部１４に出力する。なお、この回転数設定部１２が回転数設定手段とされる。

正弦波データテーブル１３は、所定のデータ個数で構成された正弦波データを予め記憶しており、正弦波データを正弦波データ作成部１４に出力する。正弦波データ作成部１４は、回転数設定部１２の設定した回転数指令値と、正弦波データテーブル１３とからモータ巻線端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波データを読出して、ＰＷＭ作成部１５に出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータ駆動電圧位相情報を位相差検出部８に出力する。なお、この正弦波データテーブル１３と正弦波データ作成部１４とが周波数補正手段とされる。

ＰＷＭ作成部１５は、正弦波データとデューティ基準値とから各相のインバータ回路２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号を出力する。この正弦波データの作成は、正弦波データテーブル１３を元に作成することに限られず、例えば、演算によって作成しても構わない。なお、このＰＷＭ作成部１５がＰＷＭ作成手段とされる。

加算器１０は、位相差検出部８から出力された位相差情報と目標位相差情報との誤差量を求め、ＰＩ演算部１１では、Ｐ制御によって誤差量に対して所定の増幅を行ない、比例誤差量を算出し、Ｉ制御によって誤差量を積算して、その値を増幅して積分誤差量を算出し、両者を加算してデューティ基準値を算出する。このデューティ基準値と別途回転数指令値から求まる正弦波データとに基づいてＰＷＭ作成部１５がその都度の出力デューティを計算し、インバータ部２を介してモータ巻線に印加することによってモータ１が駆動される。

すなわち、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対するモータ巻線電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって、駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）が決定される。また、モータ１を所望の回転数で回転させるために、所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数が決定される。これによって、所望の位相差、所望の回転数でモータ１を駆動制御できる。すなわち、モータ１のロータ位置を検出する位置センサを設けなくても、モータ１の駆動が可能となり、モータ効率の向上、低騒音および低振動を簡単な構成と制御で実現できる。

しかし、インバータ回路２がモータ１に供給できるモータ電圧には上限がある。そのため、モータ１の加速時の制御においては、インバータ回路２が供給できるモータ電圧が最大値となっても目標回転数に達しない場合がある。その場合は、目標回転数に達するためにさらにモータ１が加速すると、実際の位相差を目標位相差に対して一定の位相差となるように制御することは不可能となる。そのため、モータ１が加速するほど、モータ電流とモータ電圧の位相差は小となり、目標の位相差と検出された位相差との差が生じる。このような状態でさらにモータ１を加速すると加速度が大きくなる。それにより、モータ１はモータトルク不足となり、駆動が不安定となって、最悪の場合は脱調して運転不能となる。

そこで、本発明は、図１に示すように、位相差検出部８から出力された位相差情報と回転数設定部１２で設定した回転数指令値に基づいて、モータ１の加速を許可するか否かを判定する加速手段を設ける。加速手段は、位相差情報の変化と回転数指令値の変化からモータ１の状況を判断し、モータ１の状況に応じて加速を許可するか否かを判定する加速判定部１６である。

加速判定部１６は、所定のタイミング、例えば、１秒毎に、位相差検出部８から出力された位相差情報と回転数設定部１２で設定した回転数指令値を受信する。指令回転数から加速しているか否かを判断し、加速している場合は、位相差情報から位相差が増加しているか減少しているかを判断する。位相差が増加している場合、すなわち、図６に示すＹの状態の場合、モータトルク不足となる回転数までの余裕が少ないため更なる加速を禁止する。位相差が減少している場合、すなわち、図６に示すＸの状態の場合、モータトルク不足となる回転数まで余裕があるため更なる加速を許可する。加速判定部１６は、この判定結果を回転数設定部１２に出力する。回転数設定部１２は、加速を許可された場合、目標回転数に達するまで加速を維持する。加速を禁止された場合は、加速を止め、加速判定部１６が判定したときの回転数を維持する。

具体的な加速判定部の判定動作を、図２に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、デューティ基準値が調整範囲内で最大となっている状態の回転数と位相情報を用いて説明する。

加速判定部１６は、デューティ基準値が最大であるか否かを判定する（Ｓ１）。最大でない場合は、加速が可能と判定し（Ｓ９）、その判定結果を回転数設定部１２に出力する。

デューティ基準値が最大である場合は、現在の回転数指令値Ｋ_ｎを抽出して記憶し（Ｓ２）、さらに、現在の位相差情報θ_ｎを抽出して記憶する（Ｓ３）。加速判定部１６は、前回記憶した回転数指令値Ｋ_ｎ−１を読み出し（Ｓ４）、現在の回転数指令値Ｋ_ｎと比較し、加速中か否かを判定する（Ｓ５）。加速中でない場合は、加速が可能と判定し（Ｓ９）、その判定結果を回転数設定部１２に出力する。

加速中である場合、前回の位相差情報θ_ｎ−１を読み出す（Ｓ６）。現在の位相差情報θ_ｎと比較し、位相差の変化を判定する（Ｓ７）。位相差の変化が減少の場合は、モータトルク不足となる回転数まで余裕があるため、更なる加速が可能と判定し（Ｓ９）、その判定結果を回転数設定部１２に出力する。

位相差の変化が増加の場合は、モータトルク不足となる回転数までの余裕が少ないため、更なる加速が無理と判定し（Ｓ８）、その判定結果を回転数設定部１２に出力する。

次に、回転数の設定およびＰＷＭ出力について説明する。本発明による位相差制御方式は、逆起電圧パルスなどを検出して速度制御を行なう方式とは異なる。すなわち、モータ１の回転数は、モータ巻線に通電するＰＷＭ波からなる正弦波電圧の周波数で決定される、いわゆる強制励磁駆動である。

回転数設定部１２は、格納された回転数指令値から所定の回転数を設定して正弦波データ作成部１４に出力する。正弦波データ作成部１４では、回転数指令値に対応する正弦波データを正弦波データテーブル１３から読み出し、その周波数指令値を回転数指令値と経過時間とに基づいて補正する。

この時、回転数設定部１２は、加速判定部１６によって判定された加速の可否に対応した回転数指令値を設定する。加速判定部１６は、マイクロコンピュータＢのタイマ割り込み機能を利用して、所定時間毎に加速の可否判定処理を行ない、判定結果を回転数設定部１２に出力する。

回転数設定部１２は、加速度推定部１６の判定結果に応じて回転数指令値を決定し、制限はデータ作成部１４に出力する。具体的には、加速が許可された場合、回転数設定部１２は、現状の回転数よりさらに加速する回転数を回転数指令値として再設定し、設定された回転数指令値を正弦波データ作成部１４に出力する。加速が禁止された場合、回転数設定部１２は、これ以上の加速をしないように、現状の回転数を維持する回転数を回転数指令値として再設定し、正弦波データ作成部１４に出力する。

正弦波データテーブル１３には、連続的にアナログ値を出力すると正弦波波形が出力されるデータ列が格納されている。このデータ列の参照アドレスがＰＷＭキャリア周期ごとに所定数ずつ更新される。この所定数が大きければ高回転数となる。つまり、モータ回転数は、モータ１の構造的なものを除外すると、ＰＷＭキャリア周波数と正弦波データテーブル１３の参照データとの更新間隔で決まる。例えば、巻線相数が３相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で１２０度ずつにずらした正弦波データを参照すればよい。なお、その都度、正弦波演算を行って正弦波データを作成してもよい。

ＰＷＭ波形発生器などのＰＷＭ作成部１５において、これら求まった各相の正弦波データと位相差制御によって算出されたデューティ基準値とが乗算され、ＰＷＭデューティのデューティ幅が決定され、ＰＷＭ波形信号がインバータ回路２の各駆動素子に出力される。このＰＷＭ波形発生器は、たとえばＰＷＭキャリア周期で三角波を発生し、この三角波の波高値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいてＨｉｇｈ／Ｌｏｗ信号を出力する。

これにより、モータ電圧が最大値に達した後でも、十分な最高回転数を確保すると同時に、脱調の危険性を回避できる。また、十分な高速回転で駆動可能な高出力なインバータ装置を得ることができる。したがって、モータ加速時の脱調を防止して安定した制御をすることができ、信頼性も確保することができる。

また、加速判定部１６は、常に位相差検出部８から出力された位相差情報と回転数設定部１２で設定した回転数指令値から加速可能か否かを判定している。そのため、図７に示すように、負荷の大小によりモータ１の駆動可能な最高回転数が変化する場合であっても対応することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態と第１実施形態とは、図３に示すように、モータ電流推定に関する手段が異なる。すなわち、第１実施形態では、モータ１の特定相に流れるモータ電流を電流センサ５によって検出しているが、第２実施形態は、コンバータ回路３とインバータ回路２とを流れる電流を検出する。

以下、第１実施形態と異なる電流検出手段について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第２実施形態は、図３に示すように、コンバータ回路３とインバータ回路２とを結ぶ直流回路の負極側に、電流検出抵抗２１が設けられる。電流検出抵抗２１の両端に発生する電圧に基づいて、直流電流検出アンプ部２２がインバータ回路２を流れる直流電流を検出する。直流電流検出アンプ部２２は、制御装置としてのマイクロコンピュータＢに接続され、検出した直流電流を増幅して、直流電流信号としてマイクロコンピュータＢに出力する。この直流電流検出アンプ部２２が、インバータ回路２に流れる直流電流を検出する直流電流検出手段とされる。

モータ電流推定部２３は、入力された直流電流信号から電流変化分演算手段により直流電流の変化分を求め、直流電流信号の変化分を分配演算手段によりモータ電流信号を推定演算する。ここで、電流変化分演算手段および分配演算手段は、特開平８−１９２６３号公報に記載されている。

これにより、コイルおよびホール素子で構成された電流センサ、カレントトランスといったモータ電流を検出するための電流センサを使用せずに、モータ電流を推定演算により検出することができるため、コストを削減することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態と第１実施形態とは、図４に示すように、モータ電流推定に関する手段が異なる。すなわち、第１実施形態では、モータ１の特定相に流れるモータ電流を電流センサ５によって検出しているが、第３実施形態は、インバータ部Ａを流れるモータ電流の極性を検出する。

以下、第１実施形態と異なる電流検出手段について説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同一の要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第３実施形態は、図４に示すように、インバータ回路２を流れる交流電流の極性を検出するモータ電流極性検出部３１を備えている。モータ電流極性検出部３１は、インバータ回路２において流れるモータ巻線端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の交流電流極性を検出し、それらを論理合成して交流電流極性信号を形成すると、位相差検出部８に出力するようになっている。位相差検出部８は、モータ電流極性検出部３１から出力された交流電流極性信号に基づいて、交流電流極性が反転した時点の交流電圧と交流電流との位相差を検出する。

これにより、電流極性情報のみからモータ電圧とモータ電流との位相差情報を検出することができるため、Ａ／Ｄ変換機能を持たないマイクロコンピュータＢを使用することができ、コストを削減することができる。

ここで、冷凍・空調装置などで使用される圧縮機では、内部が高温状態になり、ホールＩＣなどのロータ位置を検出する位置センサを設けることが困難であるため、位置センサレスでモータ１を駆動する必要がある。そこで、上記のインバータ装置を圧縮機駆動装置のモータを駆動するために使用する。これによって、コイルおよびホール素子で構成された電流センサ、カレントトランスといった交流電流を検出するための電流センサが不要となるとともに、位置センサも不要となる。そして、このインバータ装置を備えた圧縮機駆動装置を冷凍・空調装置に搭載する。これによって、冷蔵庫、冷凍庫、空気調和機といった冷凍・空調装置を運転することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

例えば、加速判定部は、加速の可否を判定すると同時に、加速が可能な場合においてどれぐらい加速が可能かを推定し、回転数設定部は、推定値から回転数指令値を設定しても良い。具体的には、加速判定部は、所定の位相差情報に基づいた加速度を格納した加速度選択テーブルを有する。加速判定部は、位相差情報と回転数指令値から加速の可否を判定すると同時に、位相差情報に基づいて加速度選択テーブルから所定の加速度を選択し、回転数設定部に出力する。回転数設定部は、加速が許可された場合、選択された加速度に基づいてさらに加速するような回転数とする回転数指令値を設定し、正弦波データ作成部に出力する。加速が禁止された場合、モータが加速しないような回転数とする回転数指令値を正弦波データ作成部に出力する。これにより、モータ１はモータトルク不足となり、駆動が不安定となって脱調することを防止することができる。

また、本実施例において、Ｕ相位相差データは、特定相の位相差を検出しているが、特にこの限りではなく、Ｖ相、Ｗ相でもよい。また、本実施例における加速の可否判定は、図７に示すように、同期モータにかかる駆動可能な最高回転数が負荷の大小によって変化する場合に用いてもよい。

また、位相差の検出にはある程度の誤差が発生するため、位相差の変化の検出になんらかの平均化処理を追加しても良い。また、加速許可から加速禁止、あるいは加速禁止から加速許可へ変化する際には、なんらかのヒステリシス処理や時間待ち処理などを行なうことにより、頻繁な変化を回避しても良い。

また、本実施例において本発明のインバータ装置を冷凍・空調装置等で使用される圧縮機のモータ駆動に用いているが、特にこれに限定されることはない。例えば、電車や電気自動車、エレベータ等の電気製品に用いてもよい。これにより、安定した駆動をすることができる。

本発明に係る第１実施形態のインバータ装置の概略構成を示すブロック図 加速判定部の判定動作を示すフローチャート 第２実施形態のインバータ装置の概略構成を示すブロック図 第３実施形態のインバータ装置の概略構成を示すブロック図 従来のインバータ装置の概略構成を示すブロック図 回転数と位相情報の関係を示す図 負荷に応じた回転数と位相差情報の関係を示す図

符号の説明

１ 同期モータ
２ インバータ回路
３ コンバータ回路
４ ＡＣ電源
５ 電流センサ
６ モータ電流検出アンプ部
８ 位相差検出部
９ 目標位相差情報格納部
１０ 加算器
１１ ＰＩ演算部
１２ 回転数設定部
１３ 正弦波データテーブル
１４ 正弦波データ作成部
１５ ＰＷＭ作成部
１６ 加速判定部
２１ 電流検出抵抗
２２ 直流電流検出アンプ部
２３ モータ電流推定部
３１ モータ電流極性検出部
Ａ インバータ部
Ｂ マイクロコンピュータ

Claims (10)

1. 可変電圧、可変周波数を出力し、同期モータを可変速制御するインバータ装置であって、
   同期モータに電力を供給するインバータ部と、ＰＷＭ制御方式によって前記インバータ部を他制運転制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記インバータ部を流れる電流を検出する電流検出手段と、検出された前記電流からモータ電流とモータ電圧との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差と目標とする目標位相差との差に応じてデューティ基準値を調整する調整手段と、前記位相差の変化から前記同期モータの加速を制御する加速手段と、前記同期モータの回転数指令値を設定する回転数設定手段と、前記回転数指令値に対応する出力波形データと調整された前記デューティ基準値とに基づいてＰＷＭ信号を算出するＰＷＭ信号作成手段とを有し、
   前記回転数設定手段は、前記加速手段の指令に応じて前記回転数指令値を変更することを特徴とするインバータ装置。
2. 加速手段は、デューティ基準値がその調整範囲内で最大となっているときに、同期モータの加速を許可するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 加速手段は、位相差が減少している場合は同期モータの加速を許可し、位相差が増加している場合は前記同期モータの加速を禁止することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
4. 加速手段は、位相差が減少している場合は同期モータの加速を許可し、位相差が増加している場合は前記同期モータの加速を禁止し、
   加速を許可したとき、前記加速手段は、位相差の変化度合いに応じて前記同期モータの加速度が変化するように指令値を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
5. 電流検出手段は、同期モータからインバータ部に流れるモータ電流を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。
6. 電流検出手段は、インバータ部を流れる直流電流を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。
7. 電流検出手段は、インバータ部を流れるモータ電流の極性を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のインバータ装置を備えたことを特徴とする圧縮機駆動装置。
9. 請求項８に記載の圧縮機駆動装置を備えたことを特徴とする冷凍装置。
10. 請求項８に記載の圧縮機駆動装置を備えたことを特徴とする空調装置。

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