JP2018042316A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるインバータ制御装置を提供する。【解決手段】電流検出手段７からの電流検出値に基づいてモータ５の磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流がモータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置６は、電流検出値のピーク値または実効値の少なくともいずれか一つが所定値を超過すると、位相差を減少させる。【選択図】図１

Description

本発明は、モータを任意の回転数で駆動するインバータ制御装置に関するものである。

従来、ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ制御装置として、モータに流れる相電流を検出する電流検出手段を含み、相電流に基づいてモータの誘起電圧を特定し、特定された誘起電圧に対して所望の位相差（電流位相）の相電流が流れるようにインバータを制御するインバータ制御手段は、相電流のピーク値が所定値を超えると位相差（電流位相）を減少させる技術がある（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１の方法によれば、負荷が過大となる場合に電流位相を減少させることで、モータの駆動効率を高めて相電流のピーク値を減少させ、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動範囲を拡大することができる。

特許第５３５２１２４号公報

しかしながら、前記従来の構成の制御装置では、負荷が過大となる場合に電流位相を減少させるが、電流位相が所定の下限値に到達した場合には相電流のピーク値を抑制することができず、さらに負荷が増大した場合にはインバータが過電流停止してモータが停止に至る可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるインバータ制御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、複数相のモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、電流検出手段からの電流検出値に基づいてモータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流がモータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、電流検出値のピーク値が所定値を超過すると、位相差を減少させるものである。

これによって、負荷が過大となる場合にモータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を減少させることで、モータの運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

本発明のインバータ制御装置は、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができる。

本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置のシステム構成図 本発明の実施の形態２におけるインバータ制御装置のシステム構成図 本発明の実施の形態３におけるインバータ制御装置のシステム構成図 本発明の実施の形態４におけるインバータ制御装置のシステム構成図 本発明のインバータ制御装置の第１の動作特性図 本発明のインバータ制御装置の第２の動作特性図 本発明のインバータ制御装置の第３の動作特性図 本発明のインバータ制御装置の第４の動作特性図 本発明のインバータ制御装置における座標軸の定義図

第１の発明は、複数相のモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、電流検出手段からの電流検出値に基づいてモータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流が前記モータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、電流検出値のピーク値が所定値を超過すると、位相差を減少させるものであり、負荷が過大となる場合にモータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を減少させることで、モータの運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

第２の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、位相差が所定の下限値に到達すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

第３の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、電圧指令値とインバータの直流母線電圧に基づいて算出される変調率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を過大に減少させて電圧飽和となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

第４の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、電圧指令値と電流検出値に基づいて算出されるモータの力率角が所定値を下回ると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を過大に減少させてモータの力率角が遅れ方向に悪化することで、モータの運転効率が悪化に転じることを防止することができる。

第５の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段と、電流検出手段からの電流検出値を平均化するフィルタ手段を備え、電圧指令値と電流検出値とインバータの直流母線電圧とフィルタ手段からの直流母線電流平均値に基づいて算出されるインバータの効率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

第６の発明は、特に第２〜５のいずれか１つの発明のインバータ制御装置において、位相差の減少を停止させた後もなお電流検出値のピーク値が所定値を超過する場合には、モ
ータの回転出力を減少させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相）の減少を停止した場合でもモータの回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる。

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、本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。このインバータ制御装置は、商用電源等の交流電源１より電力を供給され、供給された電力を整流する整流手段２と、整流手段２からの出力電圧を平滑する平滑手段３と、平滑手段３からの平滑電圧を所望の周波数、電圧値の交流電圧に変換する直交変換手段４と、モータ５を駆動するための情報を直交変換手段４に伝達するインバータ制御手段６を備える。

インバータ制御手段６は、マイクロコンピュータやシステムＬＳＩ等により構成可能なもので、ベースドライバ１０、ＰＷＭ信号生成部１１、電流制御部１２、電流指令生成部１３、回転子位置速度推定部１４、電流位相調整部１５、相電流変換部１６、速度設定部１７の各機能ブロックを備えている。

相電流変換部１６では、電流検出手段７に流れる直交変換手段４の直流側の母線電流を観察し、その母線電流をモータ５の相電流に変換する（相電流変換部１６の具体的な方法については例えば特開２００３−１８９６７０号公報等の文献を参照されたい）。

なお、電流センサ等を用いてモータ５の相電流を直接検出しても良いことは言うまでもない。

回転子位置速度推定部１４では、相電流変換部１６により変換されたモータ５の相電流と、電流制御部１２で演算されるモータ５の電圧指令値の情報により、モータ５の回転子磁極位置と回転速度を推定する（回転子位置速度推定部１４の具体的な方法については例えば特開２００１−３７２８１号公報等の文献を参照されたい）。

速度設定部１７では、外部より与えられる速度指令を目標速度として通常は設定するが、電流位相調整部１５から出力される減速指示がある場合には、所定の時間変化率Δωｄｎで所定時間Ｔｓ０が経過するまで目標速度を減少させる（なおも継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す）。電流位相調整部１５から出力される減速指示がなくなれば直前までの目標速度の値を基準に、速度指令値と一致するまで所定の時間変化率Δωｕｐで目標速度を増加させる。

電流指令生成部１３では、回転子位置速度推定部１４で推定されたモータ５の速度推定値と速度設定部１７で設定される目標速度との偏差情報に基づいてモータ５の回転速度が目標速度に一致するように比例積分演算等を用いて電流指令振幅Ｉｓを導出する。その電流指令振幅Ｉｓと電流位相調整部１５から出力される電流位相βｍ（モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差の指令値を表し、単に位相差とも呼ばれる）により、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）を導出する。

Ｉｄｓ＝−Ｉｓ×ｓｉｎ（βｍ） ・・・（１）
Ｉｑｓ＝Ｉｓ×ｃｏｓ（βｍ） ・・・（２）
なお、図９に座標軸の定義を示す。θは回転子位置速度推定部１４で推定されたモータ５の磁極位置推定値、βｍは電流位相である。３相（ｕ、ｖ、ｗ）／２相（ｄ、ｑ）変換
および２相（ｄ、ｑ）／３相（ｕ、ｖ、ｗ）変換については公知のため、以下説明は省略する。

電流制御部１２では、モータ５の制御応答性が要求される用途にも適用すべく比例積分制御を用いる構成とし、前述のように求められた回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）と、モータ５の電流検出値（Ｉｄ、Ｉｑ）（相電流変換部１６より変換されたモータ５の相電流を３相／２相変換することで算出）とが一致するように比例積分演算を用いて回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を導出する。その回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を２相／３相変換することで相電圧指令値（Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓ）を導出する。

ＰＷＭ信号生成部１１では、前述のように求められた相電圧指令値（Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓ）よりモータ５を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。

前述のように求められたＰＷＭ信号は最終的にベースドライバ１０に出力され、直交変換手段４を構成するスイッチング素子を駆動する。

電流位相調整部１５では、例えばモータ５の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βｍとして通常は設定するが、相電流変換部１６により変換されたモータ５の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ、Ｉｗ）のピーク値（例えば、各相電流の絶対値より導出する）と予め設定された電流設定値Ｉｓ１との比較結果に基づいて電流位相βｍを調整する。

具体的には、電流位相調整部１５の動作について、特に電流位相βｍが目標値βＴ１に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ５の負荷トルクが増大する場合について、図５を用いて説明する。図５は上から順番に、モータ５の負荷トルク、モータ５の相電流のピーク値、電流位相調整部１５から出力された電流位相βｍについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

図５において、電流位相調整部１５では、時点Ｔ１にてモータ５の相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、時点Ｔ１から所定時間Ｔｓ１経過後の時点Ｔ２まで、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる（時点Ｔ１〜Ｔ２）。時点Ｔ２で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなり、電流位相βｍが目標βＴ１よりも小さい場合には、目標値βＴ１に一致させるべく、時点Ｔ２から所定時間Ｔｓ２経過後の時点Ｔ３まで所定の時間変化率Δβｕｐ（時間変化率Δβｄｎより絶対値が小さい値）で電流位相βｍを増加させるのと合わせてモータ５の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する（時点Ｔ２〜Ｔ３）。時点Ｔ３で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、前述の動作を繰り返し（時点Ｔ３〜Ｔ４）、時点Ｔ４で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す（時点Ｔ４〜Ｔ５）。時点Ｔ５で相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させるが、時点Ｔ５から所定時間Ｔｓ１経過前の時点Ｔ６で下限値βＴ０に到達し、時点Ｔ５から所定時間Ｔｓ１経過後の時点Ｔ７まで電流位相βｍは下限値βＴ０が設定される（時点Ｔ５〜Ｔ７）。さらにモータ５の負荷トルクが増大して、時点Ｔ７から所定時間Ｔｓ２経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、電流位相βｍは下限値βＴ０が設定されて電流位相βｍの減少を停止しているため、相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えている間はモータ５の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部１７に出力し、速度設定部１７では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωｄｎで所定時間Ｔｓ０が経過するまで目標速度を減少させることで（継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す）、モータ５の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる（モータ
５の目標速度を減少している間は電流位相βｍはその直前の値（下限値βＴ０）を維持する）（時点Ｔ７〜Ｔ８）。

このように、負荷が過大となる場合にモータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を減少させることで、モータ５の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

また、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）が所定の下限値ベータＴ０に到達すると、位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

さらに、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させた後もなおモータ５の相電流のピーク値が所定の電流設定値Ｉｓ１を超過する場合には、モータ５の回転出力（目標速度）を減少させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止した場合でもモータ５の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態１におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容（電圧検出手段８、電流位相調整部１５、変調率算出部１８）について説明する。

変調率算出部１８では、電圧検出手段８から検出された直流母線電圧Ｖｄｃと電流制御部１２で演算されるモータ５の電圧指令値の情報により、変調率σを算出する。

σ＝相電圧指令値振幅／（Ｖｄｃ／２） ・・・（３）
電流位相調整部１５では、例えばモータ５の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βｍとして通常は設定するが、相電流変換部１６により変換されたモータ５の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ、Ｉｗ）のピーク値（例えば、各相電流の絶対値より導出する）と予め設定された電流設定値Ｉｓ１との比較結果に基づいて電流位相βｍを調整する。

具体的には、電流位相調整部１５の動作について、特に電流位相βｍが目標値βＴ１に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ５の負荷トルクが増大する場合について、図６を用いて説明する。図６は上から順番に、モータ５の負荷トルク、モータ５の相電流のピーク値、電流位相調整部１５から出力された電流位相βｍ、変調率算出部１８から出力される変調率σについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

図６において、電流位相調整部１５では、時点Ｔ１にてモータ５の相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、時点Ｔ１から所定時間Ｔｓ１経過後の時点Ｔ２まで、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる（時点Ｔ１〜Ｔ２）。時点Ｔ２で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなり、電流位相βｍが目標βＴ１よりも小さい場合には、目標値βＴ１に一致させるべく、時点Ｔ２から所定時間Ｔｓ２経過後の時点Ｔ３まで所定の時間変化率Δβｕｐ（時間変化率Δβｄｎより絶対値が小さい値）で電流位相βｍを増加させるのと合わせてモータ
５の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する（時点Ｔ２〜Ｔ３）。時点Ｔ３で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、前述の動作を繰り返し（時点Ｔ３〜Ｔ４）、時点Ｔ４で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す（時点Ｔ４〜Ｔ５）。時点Ｔ５で相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させるが、時点Ｔ５から所定時間Ｔｓ１経過前の時点Ｔ６で変調率σが変調率設定値σｓを超過するため、電流位相βｍの減少を停止させてその値（βＴ２）を維持する（時点Ｔ５〜Ｔ７）。さらにモータ５の負荷トルクが増大して、時点Ｔ７から所定時間Ｔｓ２経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、変調率σが変調率設定値σｓを超過して電流位相βｍの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えている間はモータ５の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部１７に出力し、速度設定部１７では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωｄｎで所定時間Ｔｓ０が経過するまで目標速度を減少させることで（継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す）、モータ５の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる（モータ５の目標速度を減少している間は電流位相βｍはその直前の値（βＴ２）を維持する）（時点Ｔ７〜Ｔ８）。

このように、負荷が過大となる場合にモータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を減少させることで、モータ５の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

また、電圧指令値とインバータの直流母線電圧Ｖｄｃに基づいて算出される変調率σが変調率設定値σｓを超過すると、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を過大に減少させて電圧飽和となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

さらに、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させた後もなおモータ５の相電流のピーク値が所定の電流設定値Ｉｓ１を超過する場合には、モータ５の回転出力（目標速度）を減少させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止した場合でもモータ５の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態１におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容（電流位相調整部１５、力率算出部１９）について説明する。

力率算出部１９では、電流制御部１２で演算されるモータ５の電圧指令値とモータ５の相電流の情報により、モータ力率角φを算出する。

φ＝ａｒｃｃｏｓ（λ） ・・・（４）
λ＝（Ｖｄｓ×Ｉｄ＋Ｖｑｓ×Ｉｑ）／（√（３）×Ｖｌ×Ｉ１） ・・・（５）
Ｖｌ＝√（Ｖｄｓ×Ｖｄｓ＋Ｖｑｓ×Ｖｑｓ） ・・・（６）
Ｉ１＝√（Ｉｄ×Ｉｄ＋Ｉｑ×Ｉｑ）／√（３） ・・・（７）
ここで、ａｒｃｃｏｓは余弦（ｃｏｓ）の逆三角関数、λはモータ力率、Ｖｌは線間電圧実効値、Ｉ１は相電流実効値であり、回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）と回転座標系の電流検出値（Ｉｄ、Ｉｑ）に基づいて算出する。

電流位相調整部１５では、例えばモータ５の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βｍとして通常は設定するが、相電流変換部１６により変換されたモータ５の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ、Ｉｗ）のピーク値（例えば、各相電流の絶対値より導出する）と予め設定された電流設定値Ｉｓ１との比較結果に基づいて電流位相βｍを調整する。

具体的には、電流位相調整部１５の動作について、特に電流位相βｍが目標値βＴ１に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ５の負荷トルクが増大する場合について、図７を用いて説明する。図７は上から順番に、モータ５の負荷トルク、モータ５の相電流のピーク値、電流位相調整部１５から出力された電流位相βｍ、力率算出部１９から出力されるモータ力率角φについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

図７において、電流位相調整部１５では、時点Ｔ１にてモータ５の相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、時点Ｔ１から所定時間Ｔｓ１経過後の時点Ｔ２まで、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる（時点Ｔ１〜Ｔ２）。時点Ｔ２で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなり、電流位相βｍが目標βＴ１よりも小さい場合には、目標値βＴ１に一致させるべく、時点Ｔ２から所定時間Ｔｓ２経過後の時点Ｔ３まで所定の時間変化率Δβｕｐ（時間変化率Δβｄｎより絶対値が小さい値）で電流位相βｍを増加させるのと合わせてモータ５の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する（時点Ｔ２〜Ｔ３）。時点Ｔ３で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、前述の動作を繰り返し（時点Ｔ３〜Ｔ４）、時点Ｔ４で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す（時点Ｔ４〜Ｔ５）。時点Ｔ５で相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させるが、時点Ｔ５から所定時間Ｔｓ１経過前の時点Ｔ６でモータ力率角φがモータ力率角設定値φｓを下回るため、電流位相βｍの減少を停止させてその値（βＴ３）を維持する（時点Ｔ５〜Ｔ７）。さらにモータ５の負荷トルクが増大して、時点Ｔ７から所定時間Ｔｓ２経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、モータ力率角φがモータ力率角設定値φｓを下回って電流位相βｍの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えている間はモータ５の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部１７に出力し、速度設定部１７では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωｄｎで所定時間Ｔｓ０が経過するまで目標速度を減少させることで（継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す）、モータ５の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる（モータ５の目標速度を減少している間は電流位相βｍはその直前の値（βＴ３）を維持する）（時点Ｔ７〜Ｔ８）。

このように、負荷が過大となる場合にモータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を減少させることで、モータ５の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

また、電圧指令値と電流検出値に基づいて算出されるモータ５の力率角φがモータ力率角設定値φｓを下回ると、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相
βｍ）を過大に減少させてモータの力率角が遅れ方向に悪化することで、モータ５の運転効率が悪化に転じることを防止することができる。

さらに、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させた後もなおモータ５の相電流のピーク値が所定の電流設定値Ｉｓ１を超過する場合には、モータ５の回転出力（目標速度）を減少させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止した場合でもモータ５の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態１におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容（電圧検出手段８、フィルタ手段９、電流位相調整部１５、インバータ効率算出部２０）について説明する。

フィルタ手段９は、例えばアナログのローパスフィルタ回路から構成され、電流検出手段７に流れる直交変換手段４の直流側の母線電流を平均化する。

インバータ効率算出部２０では、電流制御部１２で演算されるモータ５の電圧指令値（回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ））とモータ５の相電流（回転座標系の電流検出値（Ｉｄ、Ｉｑ））と電圧検出手段８から検出された直流母線電圧Ｖｄｃとフィルタ手段９からの直流母線電流平均値Ｉｄｃの情報により、インバータ効率ηを算出する。

η＝（Ｖｄｓ×Ｉｄ＋Ｖｑｓ×Ｉｑ）／（Ｖｄｃ×Ｉｄｃ） ・・・（８）
電流位相調整部１５では、例えばモータ５の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βｍとして通常は設定するが、相電流変換部１６により変換されたモータ５の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ、Ｉｗ）のピーク値（例えば、各相電流の絶対値より導出する）と予め設定された電流設定値Ｉｓ１との比較結果に基づいて電流位相βｍを調整する。

具体的には、電流位相調整部１５の動作について、特に電流位相βｍが目標値βＴ１に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ５の負荷トルクが増大する場合について、図８を用いて説明する。図８は上から順番に、モータ５の負荷トルク、モータ５の相電流のピーク値、電流位相調整部１５から出力された電流位相βｍ、インバータ効率算出部２０から出力されるインバータ効率ηについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

図８において、電流位相調整部１５では、時点Ｔ１にてモータ５の相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、時点Ｔ１から所定時間Ｔｓ１経過後の時点Ｔ２まで、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる（時点Ｔ１〜Ｔ２）。時点Ｔ２で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなり、電流位相βｍが目標βＴ１よりも小さい場合には、目標値βＴ１に一致させるべく、時点Ｔ２から所定時間Ｔｓ２経過後の時点Ｔ３まで所定の時間変化率Δβｕｐ（時間変化率Δβｄｎより絶対値が小さい値）で電流位相βｍを増加させるのと合わせてモータ５の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する（時点Ｔ２〜Ｔ３）。時点Ｔ３で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、前述の動作を繰り返し（時点Ｔ３〜Ｔ４）、時点Ｔ４で相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す（時点Ｔ４〜Ｔ５）。時点Ｔ５で相電流のピーク値が再び電流設
定値Ｉｓ１を超えた場合、所定の時間変化率Δβｄｎで電流位相βｍを減少させるが、時点Ｔ５から所定時間Ｔｓ１経過前の時点Ｔ６でインバータ効率ηがインバータ効率設定値ηｓを超過するため、電流位相βｍの減少を停止させてその値（βＴ４）を維持する（時点Ｔ５〜Ｔ７）。さらにモータ５の負荷トルクが増大して、時点Ｔ７から所定時間Ｔｓ２経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Ｉｓ１を超えた場合、インバータ効率ηがインバータ効率設定値ηｓを超過して電流位相βｍの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Ｉｓ１を超えている間はモータ５の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部１７に出力し、速度設定部１７では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωｄｎで所定時間Ｔｓ０が経過するまで目標速度を減少させることで（継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す）、モータ５の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる（モータ５の目標速度を減少している間は電流位相βｍはその直前の値（βＴ４）を維持する）（時点Ｔ７〜Ｔ８）。

このように、負荷が過大となる場合にモータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を減少させることで、モータ５の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる（特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である）。

また、電圧指令値と電流検出値とインバータの直流母線電圧Ｖｄｃとフィルタ手段からの直流母線電流平均値Ｉｄｃに基づいて算出されるインバータの効率ηがインバータ効率設定値ηｓを超過すると、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータ５の駆動が不安定となることを防止することができる。

さらに、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止させた後もなおモータ５の相電流のピーク値が所定の電流設定値Ｉｓ１を超過する場合には、モータ５の回転出力（目標速度）を減少させるものであり、モータ５の磁極位置に対する相電流の位相差（電流位相βｍ）の減少を停止した場合でもモータ５の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ５の駆動を維持することができる。

以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置は、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるため、空気調和機、冷蔵庫、冷凍機、ヒートポンプ給湯機等の圧縮機モータを駆動する用途に適用できる。

１ 交流電源
２ 整流手段
３ 平滑手段
３ａ リアクタ
３ｂ コンデンサ
４ 直交変換手段
５ モータ
６ インバータ制御手段
７ 電流検出手段
８ 電圧検出手段
９ フィルタ手段
１０ ベースドライバ
１１ ＰＷＭ信号生成部
１２ 電流制御部
１３ 電流指令生成部
１４ 回転子位置速度推定部
１５ 電流位相調整部
１６ 相電流変換部
１７ 速度設定部
１８ 変調率算出部
１９ 力率算出部
２０ インバータ効率算出部

Claims (6)

1. 複数相のモータと、直流電力を交流電力に変換し、前記モータへ電力を供給するインバータと、前記モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて前記モータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流が前記モータに流れるように前記モータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、
   前記電流検出値のピーク値が所定値を超過すると、位相差を減少させることを特徴とするインバータ制御装置。
2. 位相差が所定の下限値に到達すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、前記電圧指令値と前記インバータの直流母線電圧に基づいて算出される変調率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
4. 前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、前記電圧指令値と前記電流検出値に基づいて算出される前記モータの力率角が所定値を下回ると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
5. 前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段と、前記電流検出手段からの電流検出値を平均化するフィルタ手段を備え、前記電圧指令値と前記電流検出値と前記インバータの直流母線電圧と前記フィルタ手段からの直流母線電流平均値に基づいて算出される前記インバータの効率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
6. 位相差の減少を停止させた後もなお前記電流検出値のピーク値が所定値を超過する場合には、前記モータの回転出力を減少させることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。

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