JP2010119284A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく正弦波電流により安定したセンサレスＤＣブラシレスモータ駆動を可能とするモータ駆動装置の提供を目的とする。
【解決手段】電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータの回転数が指令回転数と一致するように正弦波電流を出力するモータ駆動装置において、モータの負荷トルクに基づいて定まるモータを安定して駆動することができる安定回転数と、指令回転数とを比較し、大きい方の回転数にモータの回転数を一致させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータを安定して可変速運転できるモータ駆動装置に関するものである。

電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータへ正弦波電流を出力するモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回路について車両用を例に以下説明する。図５にモータ駆動装置（インバータ装置とその周辺）の電気回路を示す。インバータ装置１２０の制御回路１０６は、空調制御部５１からの指令回転数信号、センサレスＤＣブラシレスモータ１１（以降モータと称す）を構成する磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、正弦波電流を電動圧縮機のモータ１１へ出力する。

磁石回転子５の位置情報に関しては、磁石回転子５の回転により固定子巻線４に発生する誘起電圧に基づき、その位置が演算される。固定子巻線４には、インダクタンスとともに抵抗も存在している。そのため、誘起電圧は、インバータ装置１２０からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる（例えば、特許文献２参照）。

コンデンサ１９は、インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサである。スイッチング電源９は、高電圧バッテリー１を電源として２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、インバータ回路１０のスイッチング素子２を駆動する駆動回路８、５Ｖ電源１４などへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路１０６へ供給される。

高電圧バッテリー１の電源系統となる制御回路１０６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信は、電気絶縁が必要であるため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。これらの信号を矢印で示す。

電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１からコンデンサ１９が充電される。充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられる。そして、スイッチング電源９が機能し、駆動回路８、制御回路１０６へ電力供給されて、インバータ回路１０が作動可能となる。

ここで、制御回路１０６は、空調制御部５１から指令回転数信号を受信すると、モータ１１の回転数が上記指令回転数と一致するように、駆動回路８を介してインバータ回路１０を作動させる。

特開２００８−１７５９５号公報（第１６頁、第７図） 特開２００４−３２４６１９号公報（第１２頁、第２図）

上記のように、センサレスＤＣブラシレスモータへ正弦波電流を出力するモータ駆動装
置においては、固定子巻線に発生する誘起電圧に基づき、磁石回転子の位置が求められる。

そして、当該誘起電圧は、インバータ装置からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる。

そのため、誘起電圧演算の精度が重要になる。回転数が低く誘起電圧が小さいと演算精度の確保が困難となる。一方、負荷トルクが重いならば、安定したモータ駆動が困難となる。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動を可能とする、正弦波電流によりセンサレスＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータの回転数が指令回転数と一致するように正弦波電流を出力するモータ駆動装置において、モータの負荷トルクに基づいて定まるモータを安定して駆動することができる安定回転数と、指令回転数とを比較し、大きい方の回転数にモータの回転数を一致させるものである。

上記構成により、必要な場合には安定回転数を選択できる。そのため、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ回転数を指令回転数に一致させるので、運転回転数範囲を広く確保できる。

本発明のモータ駆動装置は、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動が可能になる。

本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の電気回路図 同負荷トルクと安定回転数との関係を示す特性図 同インバータ装置の作動例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係る圧縮機の不作動領域を示す特性図 従来のモータ駆動装置の電気回路図

第１の発明は、電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータの回転数が指令回転数と一致するように正弦波電流を出力するモータ駆動装置において、モータの負荷トルクに基づいて定まるモータを安定して駆動することができる安定回転数と、指令回転数とを比較し、大きい方の回転数にモータの回転数を一致させるものである。

上記構成により、必要な場合には安定回転数を選択できる。そのため、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ回転数を指令回転数に一致させるので、運転回転数範囲を広く確保できる。

第２の発明は、第１の発明のモータ駆動装置において、モータの電流を前記モータの負荷トルクに代用するものである。上記構成により、空調制御の演算などから求める負荷ト
ルクよりも、モータの電流は簡易に求められるので、実現が容易になる。

第３の発明は、第１または第２の発明のモータ駆動装置において、低速高負荷時に適用されものである。低速高負荷領域に不作動領域があるため、低速高負荷時に適用することが好適である。

第４の発明は、第１乃至第３の発明のモータ駆動装置において、モータにより圧縮機が駆動されるものである。空調の快適性を維持するために、圧縮機が停止することを防止できる本モータ駆動装置は好適である。

第５の発明は、第４の発明のモータ駆動装置において、車両に搭載されるものである。車両の場合、日射、窓ガラスなどにより熱負荷が大きい。そのため、空調を安定して運転でき、快適性低を維持できる本モータ駆動装置は好適である。

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、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置（車両用インバータ装置２０とその周辺）の電気回路図である。背景技術における図５との相違点は、制御回路１０６が制御回路６、インバータ装置１２０がインバータ装置２０となっている。他の回路は図５と同一であり、記号等はそのまま適用する。

インバータ装置２０の制御回路６は、空調制御部５１からの指令回転数信号、モータ１１を構成する磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、正弦波電流を電動圧縮機のモータ１１へ出力する。空調制御部５１からの指令回転数信号は、空調に係わる熱負荷を空調制御部５１が演算し、それに基づいて電動圧縮機（モータ１１）の所要回転数を演算したものである。

磁石回転子５の位置情報に関しては、磁石回転子５の回転により固定子巻線４に発生する誘起電圧に基づき、その位置が演算される。固定子巻線４には、インダクタンスとともに抵抗も存在している。そのため、誘起電圧は、インバータ装置２０からの出力電圧から、インダクタンスの電圧及び抵抗の電圧を差し引く演算を行うことで求められる。

コンデンサ１９は、インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサである。スイッチング電源９は、高電圧バッテリー１を電源として２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、インバータ回路１０のスイッチング素子２を駆動する駆動回路８、５Ｖ電源１４などへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路６へ供給される。

高電圧バッテリー１の電源系統となる制御回路６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信は、電気絶縁が必要であるため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。これらの信号を矢印で示す。

電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１からコンデンサ１９が充電される。充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられる。そして、スイッチング電源９が機能し、駆動回路８、制御回路６へ電力供給されて、インバータ回路１０が作動可能となる。電流センサ
７により、モータ１１の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電流が検出できる。これにより、モータ１１の負荷ルクを演算できる。

ここで、制御回路６は、空調制御部５１から指令回転数信号を受信すると、モータ１１の回転数が上記指令回転数と一致するように、駆動回路８を介してインバータ回路１０を作動させる。但し、モータ１１の負荷トルクに基づいて定まるモータ１１を安定して駆動することができる安定回転数と、上記指令回転数とを比較し、安定回転数の方が大きい場合には、安定回転数にモータ１１の回転数を一致させる。

図２に負荷トルクと安定回転数との関係の一例を示す。負荷トルクが大きい場合に、安定してモータ１１を駆動するためには、磁石回転子５の位置を正確に把握する必要がある。即ち、誘起電圧を正確に演算する必要がある。回転数が低く誘起電圧が小さいと誘起電圧演算精度の確保が困難となるが、負荷トルクが軽いならば、安定したモータ駆動が可能となる。そのため、負荷トルクが小さい場合、安定回転数を低くしている。一方、負荷トルクが大きくても、回転数が充分上がり誘起電圧が充分大きくなれば演算精度の確保が容易となり、安定したモータ駆動が可能となる。そのため、負荷トルクが大きい場合、安定回転数を高くしている。即ち、主に低速高負荷時に適用が必要になる。当該特性はデータとして、制御回路６に保存されている。

負荷トルクは、空調の熱負荷から演算することのできる空調制御部５１からの情報を通信により取得しても良い。また、負荷トルクと安定回転数との関係に代わり、モータ１１の電流と安定回転数との関係を用いても良い。

負荷トルクが大きい状態で指令回転数が低下してゆく場合、当該負荷トルクに対応する安定回転数に指令回転数が一致した以降、指令回転数の低下に係わらず、モータ１１の回転数は当該安定回転数に維持される。また、指令回転数が固定している場合、空調の熱負荷が増加して負荷トルクが大きくなると、安定回転数が増加するため、指令回転数の固定に係わらず、モータ１１の回転数は当該安定回転数に一致し増加する。

図３は、インバータ装置２０の当該作動例を示すフローチャートである。ステップ１０において、電流センサ７により、モータ１１の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電流を検出する。ステップ２０において、当該検出電流値により、モータ１１の負荷ｔルクを演算する。ステップ３０において、図２に例示する負荷トルクと安定回転数との関係に基づき、安定回転数を算出する。そして、ステップ４０において、指令回転数が安定回転数より大きいか否かを判定する。ここで、指令回転数の方が大きければ（Ｙ）、ステップ６０において、指令回転数を選択し、安定回転数の方が大きければ（Ｎ）、ステップ５０において、安定回転数を選択する。ステップ７０において、停止指令があれば（Ｙ）、終了する。そして、停止指令がなければ（Ｎ）、ステップ１０へ戻る。

上記構成により、必要な場合には安定回転数を選択できる。そのため、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動が可能となる。一方、通常の場合においては、モータ回転数を指令回転数に一致させるので、運転回転数範囲を広く確保できる。

（実施の形態２）
実施の形態１においては、負荷トルク（モータ電流）と安定回転数との関係を示す特性はデータとして、制御回路６に保存されている。実施の形態２においては、当該特性はデータとして、空調制御部５１に保存される。空調制御部５１は、空調の熱負荷から負荷トルクを演算することができる。そのため、当該特性データに基づき負荷トルクから安定回転数を演算し、当該安定回転数と、指令回転数とを比較し、安定回転数の方が大きい場合
には、安定回転数を指令回転数として制御回路６へ送信する。これにより、制御回路６のソフト負担を小さくできる。

（実施の形態３）
モータ１１により、圧縮機が駆動される場合、空調の快適性を維持するために、圧縮機の停止防止は重要となる。図４に、圧縮機のモータ１１の回転数と圧縮機の吐出圧力との関係において、圧縮機（モータ１１）の不作動領域の一例を示す。回転数ｒ２ｒｐｍ以下、吐出圧力ｐ１ＭＰａ以上において、実線で囲まれた領域が不作動領域即ち安定して回転しない領域である。

従って、吐出圧力（負荷トルク）に対する安定回転数を定め、図３のフローチャートを実行すれば停止することを防止できる。吐出圧力ｐ１ＭＰａでは安定回転数ｒ１ｒｐｍ、吐出圧力ｐ２ＭＰａでは安定回転数ｒ２ｒｐｍとし、この間は線形近似などで補えば良い。例えば、吐出圧力ｐ１＝０．９、ｒ１＝７８０、吐出圧力ｐ２＝２．３、ｒ２＝２０００などである。

尚、上記各実施の形態において、モータをセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、誘起電圧を演算必要なリラクタンスモータなどでもよい。直流電源をバッテリーとしたが、これに限るものではなく、発電機、商用電源などを整流した直流電源でもよい。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、誘起電圧演算の精度、負荷トルクに係わりなく安定したモータ駆動が可能なので、民生用、産業用、各種モータ駆動装置に適用できる。

１ 高電圧バッテリー
２ スイッチング素子
４ 固定子巻線
５ 磁石回転子
６ 制御回路
７ 電流センサ
１０ インバータ回路
１１ モータ
２０ インバータ装置
５１ 空調制御部

Claims (5)

1. 電動圧縮機のセンサレスＤＣブラシレスモータの回転数が指令回転数と一致するように正弦波電流を出力するモータ駆動装置において、前記モータの負荷トルクに基づいて定まる前記モータを安定して駆動することができる安定回転数と、前記指令回転数とを比較し、大きい方の回転数に前記モータの回転数を一致させることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記モータの負荷トルクに代わり前記モータの電流を採用する請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 低速高負荷時に適用される請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータにより圧縮機が駆動される請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 車両に搭載される請求項４に記載のモータ駆動装置。

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