JP4983938B2 - 同期電動機の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコイルがスター結線されている同期電動機を制御する同期電動機の駆動装置に関するものである。

従来、この種の駆動装置では、例えば、特許文献１に示すように、６個のトランジスタと６個のダイオードから構成されるインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御回路とを備えるものがある。

具体的には、インバータ回路は、直列接続された一対のトランジスタが３組、正極側母線と負極側母線との間に並列接続されて構成されており、さらに１つのトランジスタ毎にこのトランジスタに対してダイオードが１つずつ並列接続されている。

ステータコイルの中性点とインバータ回路の負極側母線との間には、直流電源が接続されている。ステータコイルの中性点とインバータ回路の正極側母線との間には、コンデンサが接続されている。このため、正極側母線と負極側母線との間には、直流電源から発生する電源電圧とコンデンサから発生する電圧とを合わせた電圧差が生じる。

制御回路は、６個のトランジスタをスイッチング動作させることにより、正極側母線と負極側母線との間の電圧差に基づいて三相交流同期電動機に三相交流電流を出力する。したがって、直流電源から発生する電源電圧よりも大きな電圧により、三相交流同期電動機を運転することができる。

ここで、６個のトランジスタのうち負極側母線のトランジスタがオンしたときには、ステータコイルに電流が流れるため、ステータコイルには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄えられる。

負極側母線のトランジスタがオフしたときには、前記磁気エネルギーに基づいた電流が、ステータコイルから正極側母線側のダイオードおよび正極側母線を通してコンデンサに電流が流れる。したがって、６個のトランジスタをスイッチング動作させることにより、ステータコイルに三相交流電流を流しつつ、コンデンサに電荷を蓄えることになる。

特開２００２−１０６５４号公報

上述の駆動装置では、コンデンサに電荷が蓄えられていない状態で、インバータ回路の制御を開始する場合に、負極側母線のトランジスタがオンからオフに移行すると、ステータコイルから正極側母線側のダイオードおよび正極側母線を通してコンデンサに大きな突入電流が流れる。これに伴い、コンデンサの出力電圧が大きく変動する。

したがって、インバータ回路から三相交流同期電動機に出力される交流電流が不安定になり、三相交流同期電動機に振動を生じる可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、同期電動機の運転に先だって、コンデンサの充電状態を制御する同期電動機の駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、スター結線されたステータコイルから発生する回転磁界によりロータを回転させる同期電動機の駆動装置であって、
直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線と負極側母線との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路と、
コンデンサと、
前記インバータ回路を構成する複数の前記スイッチング素子をスイッチング動作させることにより、電源装置の出力電圧と前記コンデンサの出力電圧とに基づいて交流電流を前記ステータコイルに出力して前記ステータコイルから前記回転磁界を発生させる通常運転制御手段と、
前記通常運転制御手段の実行開始に先立って、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記ステータコイルから発生させる回転磁界に前記ロータを同期させて、かつ前記コンデンサの充電状態を制御する初期状態同期制御手段と、を備えることを特徴とする。

これにより、通常運転制御手段の実行開始に先立って、コンデンサの充電状態を制御することができる。

請求項２に記載の発明では、前記複数のスイッチング素子のそれぞれにはダイオードが逆並列に配置されており、
前記複数のスイッチング素子は、前記正極側母線に接続された正極側母線側のスイッチング素子と、前記負極側母線側に接続された負極側母線側のスイッチング素子とから構成されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子のオフに伴って、残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオードを通して前記ステータコイルと前記コンデンサとの間に流れる電流に基づいて前記コンデンサの充電状態を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記残りの母線側のスイッチング素子をオフした状態で、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記インバータ回路から出力される交流電流に基づいて前記ステータコイルからの回転磁界を発生させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、前記インバータ回路において、前記一対のスイッチング素子は３組、並列接続されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側の３つのスイッチング素子において、オンさせる２つのスイッチング素子を順に変更することによって、ステータコイルから回転磁界を発生させることをことを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、オンさせる２つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせる第１の手段と、前記２つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせる第２の手段と、を備え、前記第１の手段により前記２つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせ、この後、前記第２の手段により前記２つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせることを、繰り返すことによって前記コンデンサの充電を行うことを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をオンさせているときに前記ステータコイルに流れる電流を制限電流以下にすることを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達したと判定されるまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達し、かつ前記コンデンサの温度が所定以上であると判定するまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする。

請求項９に記載の発明では、前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記中性点に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記負極側母線に接続されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記中性点に接続されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明では、前記通常運転制御手段の実行開始前で、かつ前記初期状態同期制御手段の実行終了後に、前記ロータの回転速度を一定速度まで上昇させる電流を前記インバータ回路から前記ステータコイルに出力させるように前記インバータ回路を構成する前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる強制転流制御手段を備えることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明では、前記インバータ回路から前記ステータコイルに流れる電流を検出する電流センサを備え、
前記通常運転制御手段は、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記ロータの回転数を推定するとともに、この推定された回転数に基づいて前記ロータの回転数を目標回転数に近づけるように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることを特徴とする。

本発明の第１実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 第１実施形態におけるコンデンサの出力電圧の変化およびＵ相電流の変化を示すタイミングチャートである。 図１の駆動装置の制御判定部の制御処理を示すフローチャートである。 図１の制御判定部の制御処理を示すフローチャートである。 図１の同期制御部の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の変形例における同期制御部の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 第２実施形態における位置決め制御部の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。 第３実施形態におけるコンデンサの出力電圧の変化およびＵ相電流の変化を示すタイミングチャートである。 第３実施形態における初期状態位置決め制御部の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態のうち第４実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、それ以外の実施形態は参考例を示すものである。

（第１実施形態）
図１に本発明に係る三相交流同期電動機の駆動装置の第１実施形態を示す。図１は駆動装置の回路構成と三相交流同期電動機の一部の構成とを示す。

駆動装置１０は、直流電圧に基づいて三相交流電流を三相交流同期電動機に出力して三相交流同期電動機を駆動する。三相交流同期電動機の回転軸には、例えば圧縮機構等の負荷が接続されている。

三相交流同期電動機は、例えば永久磁石が埋め込まれたロータ（図示省略）と、ロータに回転磁界を与えるステータコイル１を備える。ステータコイル１は、Ｕ相コイル１ａ、Ｖ相コイル１ｂ、およびＷ相コイル１ｃがスター結線されて中性点１ｘを有するものである。

本実施形態では、三相交流同期電動機は、ロータの位置情報を検出するセンサが取り付けられていない構成になっている。

高電圧バッテリ３は、ステータコイル１の中性点１ｘとグランドとの間に配置されている電源装置である。高電圧バッテリ３とグランドとの間には、電源スイッチ５のスイッチ素子５ａが配置されている。電源スイッチ５は、低電圧バッテリ４の正極端子と電子制御装置７との間を開閉するスイッチ素子５ｂを備える。スイッチ素子５ａ、５ｂは、使用者の操作により互いに連動して開閉する。低電圧バッテリ４の出力電圧は、高電圧バッテリ３の出力電圧より低く設定されている。

駆動装置１０は、インバータ回路２０、コンデンサ３０、電流センサ４０、および制御回路５０を備える。インバータ回路２０は、高電圧バッテリ３の出力電圧とコンデンサ３０のプラス電極とマイナス電極との間の電圧差とに基づいて三相交流電流をステータコイル１に出力する。

具体的には、インバータ回路２０は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、およびダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６から構成されている。

スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４は負極側母線２１と正極側母線２２との間に直列接続され、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５は負極側母線２１と正極側母線２２との間で直列接続され、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６は負極側母線２１と正極側母線２２との間で直列接続されている。負極側母線２１は、グランドに接続されている。

スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の共通接続点はＷ相コイル１ｃに接続され、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の共通接続点はＶ相コイル１ｂに接続され、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の共通接続点はＵ相コイル１ａに接続されている。

なお、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタ等の半導体スイッチング素子が用いられている。

ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のうち対応するスイッチング素子に逆並列になるように配置されている。例えば、ダイオードＤ１は、スイッチング素子ＳＷ１に逆並列になるように配置されている。ダイオードＤ１、Ｄ２…Ｄ６は、それぞれ対応するスイッチング素子をバイパスして電流を流す。

コンデンサ３０は、高電圧バッテリ３とともに出力電圧をインバータ回路２０に与える。コンデンサ３０のプラス電極は、インバータ回路２０の正極側母線２２に接続されている。コンデンサ３０のマイナス電極は、ステータコイル１の中性点１ｘに接続されている。

電流センサ４０は、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相コイルｉｖ、およびＷ相電流ｉｗをそれぞれ検出する。Ｕ相電流ｉｕは、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の共通接続点からＵ相コイル１ａに流れる電流である。

Ｖ相電流ｉｖは、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の共通接続点からＶ相コイル１ｂに流れる電流である。Ｗ相電流ｉｗは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の共通接続点からＷ相コイル１ｃに流れる電流である。

なお、図中電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの電流の流れる方向は、それぞれ各矢印の方向を正とする。

制御回路５０は、制御入出力部５１、制御判定部５２、初期状態制御部５３、同期制御部５４、強制転流制御部５５、および通常運転制御部５６を備える。

制御入出力部５１は、制御部５３、５４、５５、５６から出力される出力信号をインバータ回路２０に出力する。制御入出力部５１は、電流センサ４０の検出信号を制御部５３、５４、５５、５６のそれぞれに出力する。

制御判定部５２は、初期状態制御部５３、同期制御部５４、強制転流制御部５５、および通常運転制御部５６をそれぞれ実行させる。

次に、本実施形態の作動について図２を参照して説明する。

図２（ａ）はコンデンサ３０の出力電圧の変化を示すタイミングチャート、図２（ｂ）はＵ相電流ｉｕの変化を示すタイミングチャートである。

まず、電源スイッチ５が使用者により操作されて電源オン（図２中電源ＯＮと記す）されると、スイッチ素子５ａが高電圧バッテリ３とグランドとの間を接続し、さらにスイッチ素子５ｂが低電圧バッテリ４と電子制御装置７との間を接続する。

すると、電子制御装置７は、スイッチ素子５ｂの閉成後一定期間待機してから駆動装置１０に対して制御開始を指令する。駆動装置１０の制御判定部５２は、電子制御装置７から制御開始の指令を受けると、図３のフローチャートにしたがって、コンピュータプログラムの実行を開始する。

まず、制御判定部５２は、ステップＳ１００で初期状態制御部５３に対して制御を実行させる。その後、ステップＳ１１０で同期制御部５４に対して制御を実行させる。

その後、ステップＳ１２０で強制転流制御部５５に対して制御を実行させた後、ステップＳ１３０で通常運転制御部５６に対して制御を実行させる。

以下、初期状態制御部５３、同期制御部５４、強制転流制御部５５、および通常運転制御部５６のそれぞれの制御処理について別々に説明する。

（初期状態制御部５３）
初期状態制御部５３は、図４のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。

まず、ステップＳ２００においてスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンさせる。

これに伴い、高電圧バッテリ３のプラス電極側から電流がＵ相コイル１ａおよびスイッチング素子ＳＷ６を通してグランド側に流れる。このため、Ｕ相コイル１ａには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄積される。

なお、本実施形態では、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６が、特許請求の範囲に記載の「電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子」に相当する。

また、高電圧バッテリ３のプラス電極側から電流がＶ相コイル１ｂおよびスイッチング素子ＳＷ５を通してグランド側に流れる。さらに、高電圧バッテリ３のプラス電極側から電流がＷ相コイル１ｃおよびスイッチング素子ＳＷ４を通してグランド側に流れる。

このため、Ｕ相コイル１ａ場合と同様に、Ｖ相コイル１ｂおよびＷ相コイル１ｃには、それぞれ、磁気エネルギーが蓄積される。

次のステップＳ２１０で、電流センサ４０で検出される相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのそれぞれの絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜が制限電流Ａ以下であるか否かを判定する。ここで、制限電流Ａは、三相交流同期電動機に流すことが可能な最大電流より所定値だけ小さい電流である。最大電流は、三相交流同期電動機に発火が生じない程度でステータコイル１に流すことができる電流の最大値である。

そして、ステップＳ２１０において、絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜のそれぞれが制限電流Ａ以下であるときには、ＹＥＳと判定する。

この場合、ステップＳ２２０において、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をそれぞれオンしてから所定時間（以下、所定オン時間という）以上経過したか否かを判定する。所定オン時間（図４中所定ＯＮ時間と記す）は、予め決められた時間である。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンしてから経過した時間が所定オン時間よりも短いときには、ステップＳ２２０でＮＯと判定して、ステップＳ２１０、Ｓ２２０の判定処理を繰り返す。

その後、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンしてから所定オン時間以上経過すると、ステップＳ２２０でＹＥＳと判定してステップＳ２３０に進む。

また、上述のステップＳ２１０において、絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜のうちいずれか１つが制限電流Ａより大きいときには、ＮＯと判定してステップＳ２３０に進む。

このようにステップＳ２３０に進むと、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がオフしている状態で、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフさせる。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がＷ相コイル１ｃからダイオードＤ１、および正極側母線２２を通してコンデンサ３０に流れる。すなわち、Ｗ相コイル１ｃ側から電流がスイッチング素子ＳＷ１をバイパスしてコンデンサ３０側に流れる。

スイッチング素子ＳＷ５のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がＶ相コイル１ｂからダイオードＤ２、および正極側母線２２を通してコンデンサ３０に流れる。すなわち、Ｖ相コイル１ｂ側から電流がスイッチング素子ＳＷ２をバイパスしてコンデンサ３０側に流れる。

スイッチング素子ＳＷ６のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がＵ相コイル１ａからダイオードＤ３、および正極側母線２２を通してコンデンサ３０に流れる。すなわち，Ｕ相コイル１а側から電流がスイッチング素子ＳＷ３をバイパスしてコンデンサ３０側に流れる。

このようにコイル１ａ、１ｂ、１ｃ側からコンデンサ３０に電流が流れ、この電流によりコンデンサ３０に電荷が蓄積される。すなわち、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のスイッチング動作によりコンデンサ３０が充電されることになる。

なお、本実施形態ではスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が、特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子」に相当する。ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオード」に相当する。

次に、ステップＳ２４０において、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフしてから所定時間（以下、所定オフ時間という）以上経過したか否かを判定する。所定オフ時間（図４中所定ＯＦＦ時間と記す）は、予め決められた時間である。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフしてから経過した時間が所定オフ時間よりも短いときには、ステップＳ２４０でＮＯと判定して、ステップＳ２４０の判定処理を繰り返す。その後、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフしてから所定オフ時間以上経過すると、ステップＳ２４０でＹＥＳと判定する。

次に、ステップＳ２５０で、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値以上であるか否かを判定する。具体的には、初期状態制御部５３の制御の実行を開始後一定時間以上経過したか否かを判定する。

初期状態制御部５３の制御の実行を開始後経過した時間が一定時間より短いときには、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値未満であるとしてステップＳ２５０でＮＯと判定して、ステップＳ２００に戻る。

このため、初期状態制御部５３の制御の実行を開始後一定時間以上経過するまで、ステップＳ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０の各処理を繰り返す。このため、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のスイッチング動作によりコンデンサ３０が充電される。このため、コンデンサ３０の出力電圧は、図２（ａ）に示すように、徐々に上昇する。

その後、初期状態制御部５３の制御の実行を開始後一定時間以上経過すると、ステップＳ２５０において、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値以上であるとしてＹＥＳと判定する。すなわち、コンデンサ３０の充電状態の制御が完了したとして、初期状態制御部５３の制御が終了する。

（同期制御部５４）
同期制御部５４は、図５のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。

まず、ステップＳ３００において、周知の三角波比較ＰＷＭ方式によって、三相交流電流をステータコイル１に出力させるようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のスイッチング出力を設定する。

すなわち、三相交流電流をステータコイル１に出力させるようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６に対してそれぞれオン、或いはオフを設定することになる。

ここで、前記三相交流電流は、その波高値が初期値から半周期（電気角１８０ｄｅｇ）毎に所定値大きくなる電流である。波高値の初期値としては、回転磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。

次に、ステップＳ３１０で三相交流電流の実効値を求め、この三相交流電流の実効値が一定値以上であるか否かを判定する。このとき、三相交流電流の実効値が一定値未満であるときには、ステップＳ３１０においてＮＯと判定してステップＳ３１０に戻る。

その後、三相交流電流の実効値が一定値以上になるまでステップＳ３００、Ｓ３１０の処理を繰り返す。これに伴い、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６とをスイッチング動作させる。

このため、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の共通接続点とスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の共通接続点とスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の共通接続点とから、コンデンサ３０の出力電圧と高電圧バッテリ３の出力電圧とに基づいて三相交流電流がステータコイル１に出力される。

これに伴い、ステータコイル１から回転磁界が発生する。したがって、ロータが回転磁界に同期して回転することになる。

ここで、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオフに伴って、初期状態制御部５３の制御の場合と同様に、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。

本実施形態では、一定時間における正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン時間とオフ時間の比率（以下、正極側比率Ｈ１という）と、一定時間における負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオン時間とオフ時間の比率（負極側比率Ｈ２という）は、後述するように、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値を維持するように設定されている。

その後、三相交流電流の実効値が一定値以上になるとステップＳ３１０でＹＥＳと判定してステップＳ３２０に移行する。このステップＳ３２０では、最初にステップＳ３００でスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６のスイッチング出力を設定してから電気角７２０ｄｅｇ以上、三相交流電流をステータコイル１に出力したか否かを判定する。

ここで、ステータコイル１に出力した三相交流電流が電気角７２０ｄｅｇ未満であるときには、ステップＳ３２０でＮＯと判定してステップＳ３００に戻る。このため、ステップＳ３２０でＮＯと判定される限り、ステップＳ３００の処理とステップＳ３１０のＹＥＳ判定処理を繰り返す。

したがって、図２（ｂ）に示すように、波高値が半周期毎に大きくなる三相交流電流がステータコイル１に出力されることになる。なお、図２ではＵ相電流だけを示す。

その後、最初にステップＳ３００でスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６のスイッチング出力を設定してからステータコイル１に出力した三相交流電流が電気角７２０ｄｅｇ以上になると、ステップＳ３２０でＹＥＳと判定すると、同期制御部５４の制御が終了する。

次に、本実施形態の正極側比率Ｈ１、負極側比率Ｈ２について説明する。

正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がオンしているとき、コンデンサ３０からスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に電流が流れる。したがって、コンデンサ３０に蓄積された電荷が減ることになる。

負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６がオンしているときにコイル１ａ、１ｂ、１ｃの磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６がオフしているとき、コイル１ａ、１ｂ、１ｃの磁気エネルギーに基づいてコンデンサ３０に電荷が蓄積される。

したがって、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６のスイッチング動作に伴って、コンデンサ３０に対する電荷の蓄積と放電が繰り返されることになる。

ここで、コンデンサ３０から放電される電荷量は、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン時間により決まる。

コンデンサ３０に蓄積される電荷量は、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオン時間、およびスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオフ時間によって決まる。

そこで、本実施形態の正極側比率Ｈ１および負極側比率Ｈ２は、一定時間において、コンデンサ３０から放電される電荷量と、コンデンサ３０に蓄積される電荷量とが同等になるように設定されている。

これにより、同期制御部５４は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６をスイッチング動作させることにより、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値を維持することができる。

（強制転流制御部５５）
強制転流制御部５５は、回転磁界の角速度ωを一定角速度ωｄまで速くする制御を実施する。

具体的には、強制転流制御部５５は、三相交流電流をステータコイル１に出力させるように、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６とをスイッチング動作させる。

このとき、強制転流制御部５５は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６のそれぞれをスイッチング動作させることにより、三相交流電流の角速度ωを同期制御部５４の場合より徐々に速くする。具体的には、三相交流電流の角速度ωを一定の角速度ωｄまで半周期毎に速くさせる。

これに伴い、ロータがステータコイル１から発生した回転磁界に同期して回転する。このとき、ステータコイル１から発生した回転磁界は徐々に速くなる。したがって、ロータの回転速度が一定速度Ｓｄまで徐々に速くなる。

ここで、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６がスイッチング動作する際に、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオフに伴って、初期状態制御部５３の制御の場合と同様に、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。
（通常運転制御部５６）
通常運転制御部５６は、インバータ回路２０のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６のそれぞれをスイッチング動作させて三相交流電流をステータコイル１に出力する。

通常運転制御部５６は、三相交流電流の角速度ωが一定角速度ωｄ以上である状態を維持して、電子制御装置から指令される目標角速度に三相交流電流の角速度ωｚを近づけるように正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６とをスイッチング動作させる。

具体的には、通常運転制御部５６は、電流センサ４０の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが、それぞれ零になるタイミングを求め、このタイミングに基づいてロータの位置を推定して、この推定されたロータの位置に基づいてロータの角速度ωｓを推定する。

さらに、通常運転制御部５６は、電子制御装置から指令される目標角速度ωｍに、推定角速度ωｓを近づけるようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…ＳＷ６のそれぞれをスイッチング動作させる。

これにより、ステータコイル１から発生する回転磁界の角速度ωが目標角速度ωｍに近づく。このため、ロータの角速度が目標角速度ωｍに近づくことになる。以上により、三相交流同期電動機のロータの速度を制御することができる。

ここで、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６がオフしたときには、初期状態制御部５３の制御の場合と同様に、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。

以上説明した本実施形態によれば、通常運転制御部５６の実行に先立って、初期状態制御部５３がコンデンサ３０に電荷を蓄積してコンデンサ３０の充電状態を制御することができる。このため、通常運転制御部５６の実行開始直後にコンデンサに大電流が流れることが抑制される。これに伴い、三相交流同期電動機の動作状態が不安定になることなく、コンデンサ３０の出力電圧が安定した状態で通常運転制御部５６の実行を開始することができる。このため、三相交流同期電動機の速度制御を精度良く行うことができる。

初期状態制御部５３は、ステップＳ２１０において、｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜のうちいずれか１つが制限電流Ａより大きいときには、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフさせる。このため、コンデンサ３０に大電流が流れることを抑制できる。したがって、コンデンサの出力電圧を安定した状態に維持できる。

本実施形態では、電子制御装置７は、スイッチ素子５ｂの閉成後一定期間待機してから駆動装置１０に対して制御開始を指令する。このため、スイッチ素子５ｂの閉成に伴ってコンデンサ３０の出力電圧が変動するものの、その電圧変動が収まって電圧が安定した後に駆動装置１０の初期状態制御部５３の制御を開始することができる。

同期制御部５４は、ステータコイル１から発生させる回転磁界にロータを同期して回転させる際に、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をスイッチング動作させるため、上述の如く、コンデンサ３０に電荷を蓄積させることができる。

ここで、同期制御部５４は、ステータコイル１から発生させる回転磁界にロータを同期して回転させる際に、初期値から波高値が半周期毎に所定値大きくなる三相交流電流をステータコイル１に出力する。このため、ステータコイル１から発生する回転磁界に基づく回転トルクは、三相交流電流の波高値の上昇に伴って、徐々に大きくなる。このため、ロータに振動を起こすことなくロータを回転させることができる。

ここで、三相交流電流の波高値の初期値として、上述の如く、回転磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。このため、ロータに振動が生じ難くなる。

次に、強制転流制御部５５が回転磁界の角速度ωを一定角速度ωｄまで速くする理由について説明する。

通常運転制御部５６は、ロータの角速度ωｓを推定するために、電流センサ４０の検出電流が零になる毎にそのタイミングＴ（１）、Ｔ（２）、…Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）、…Ｔ（ｍ）を求める。

このため、例えば、ｎ回目のタイミングＴ（ｎ）と（ｎ＋１）回目のタイミングＴ（ｎ＋１）との間の時間が長いと、ロータの角速度ωを制御する際に遅延が生じる。したがって、三相交流同期電動機のロータの速度を良好に制御することができない。

したがって、通常運転制御部５６は、回転磁界の角速度ωが一定角速度ωｄ以上である状態を維持してロータの回転数の制御することにより、ロータの速度制御の精度を確保することができる。

上述の第１実施形態では、同期制御部５４は、インバータ回路２０から三相交流電流を７２０ｄｅｇ以上ステータコイル１に出力させた例を示したが、これに限らず、電気角９０ｄｅｇ以上であれば、どのような電気角分の三相交流電流をステータコイル１に出力させるようにしてもよい。

ここで、インバータ回路２０から三相交流電流は、電気角３６０ｄｅｇの整数倍分、ステータコイル１に出力させることが好ましい。これは、コンデンサ３０が目標電圧からずれた状態で同期制御部５４の制御が終了することを避けるためである。

上述の第１実施形態では、同期制御部５４は、波高値が徐々に所定値大きく三相交流電流をステータコイル１に出力させる例を示したが、これに限らず、同期制御部５４は、波高値が一定である三相交流電流をステータコイル１に出力させてもよい。

上述の第１実施形態では、同期制御部５４は、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をスイッチング動作させて交流電流をステータコイル１に出力させる例を示したが、これに限らず、同期制御部５４は、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をオフした状態で負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をスイッチング動作させて交流電流をステータコイル１に出力させてもよい。

この場合、まず、図６（ａ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ３からＶ相コイル１ｂ、およびＷ相コイル１ｃにそれぞれ電流が流れる。このとき、Ｖ相コイル１ｂに発生する磁界とＷ相コイル１ｃに発生する磁界との合成磁界が生じる。

次に、スイッチング素子ＳＷ４をオフして、図６（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ３からＶ相コイル１ｂ、およびＵ相コイル１ａにそれぞれ電流が流れる。このとき、Ｖ相コイル１ｂに発生する磁界とＵ相コイル１ａに発生する磁界との合成磁界が生じる。

その後、スイッチング素子ＳＷ５をオフして、図６（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ６をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ３からＷ相コイル１ｃ、およびＵ相コイル１ａにそれぞれ電流が流れる。このとき、Ｗ相コイル１ｃに発生する磁界とＵ相コイル１ａに発生する磁界との合成磁界が生じる。

その後、図６（ａ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれオンさせる。

このようにオンさせる２つのスイッチング素子が、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５→スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６→スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ６→スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５の順に変更されることになる。

ここで、オンさせる２つのスイッチング素子の変更に伴って、合成磁界が時計回りに回転することになる。これに伴い、ロータが合成磁界に同期して時計回りに回転することになる。

上述の第１実施形態では、初期状態制御部５３がコンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ３０の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ３０の温度が所定以上であると判定するまで初期状態制御部５３がその制御を実施してもよい。

例えば、コンデンサ３０として電解コンデンサを用いた場合において、コンデンサ３０の温度が極めて低いときには、コンデンサ３０の内部抵抗が極めて小さくなる。このため、コンデンサ３０の温度が極めて低い状態で、通常運転制御部５６の制御を実施すると、コンデンサ３０に大電流が流れる可能性がある。

これに対し、初期状態制御部５３が、上述の如く、コンデンサ３０の出力電圧が一定電圧に到達し、かつコンデンサ３０の温度が所定以上であると判定するまで初期状態制御部５３がその制御を実施すれば、コンデンサ３０として電解コンデンサを用いた場合でも、通常運転制御部５６の制御を実施する際にコンデンサ３０に大電流が流れることを抑制できる。

ここで、温度センサを用いないで、初期状態制御部５３の制御を実施した時間等を用いてコンデンサ３０の温度を推定してもよい。

上述の第１実施形態では、コンデンサ３０のプラス電極が正極側母線２２に接続されて、コンデンサ３０のマイナス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続された例を示したが、これに限らず、図７に示すように、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、コンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

上述の第１実施形態では、高電圧バッテリ３のプラス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続され、高電圧バッテリ３のマイナス電極が負極側母線２１に接続された例を示したが、これに代えて、図８、図９に示すように、高電圧バッテリ３のプラス電極を正極側母線２２に接続して、かつ高電圧バッテリ３のマイナス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続してもよい。

この場合、図８に示すように、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。あるいは、図９に示すように、コンデンサ３０のプラス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

このように、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０では、コンデンサ３０を充電するためにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６を制御する処理が上述の第１実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部５３、５４、５５、５６の各処理は、上述の第１実施形態と実質的に同様である。

以下、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０においてコンデンサ３０を充電するための処理について説明する。

この場合、負極側母線２１側のスイッチング素子に代えて、正極側母線２２側のスイッチング素子をスイッチング動作させる。

例えば、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフにした状態で、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のうち例えばスイッチング素子ＳＷ１をオンすると、高電圧バッテリ３のプラス電極側から電流がＷ相コイル１ｃを通して高電圧バッテリ３のマイナス電極に流れる。これにより、Ｗ相コイル１ｃには磁気エネルギーが蓄積される。

その後、スイッチング素子ＳＷ１をオフすると、Ｗ相コイル１ｃに蓄積された磁気エネルギーに基づく電流がコンデンサ３０のマイナス電極からダイオードＤ４を通してＷ相コイル１ｃに流れる。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１のオフに伴って、コンデンサ３０のマイナス電極からスイッチング素子ＳＷ４をバイパスしてＷ相コイル１ｃに流れる電流により、コンデンサ３０に電荷が蓄積されることになる。

以上のように、正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ１をスイッチング動作させることにより、Ｗ相コイル１ｃに蓄積された磁気エネルギーに基づいてコンデンサ３０に電荷を蓄積してコンデンサ３０を充電することができる。

なお、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０の場合には、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が、特許請求の範囲に記載の「電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子」に相当し、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６が、特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子」に相当する。
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、強制転流制御部の制御に先立って、同期制御部によりステータコイルから発生させる回転磁界にロータを同期させる例を示したが、これに代えて、強制転流制御部の制御に先立って、ステータコイルから発生させる磁界によりロータの位置決め行う本第２実施形態を示す。

図１０に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図１０において、図１と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。

本実施形態の駆動装置では、図１の同期制御部５４に代えて、位置決め制御部５４Ａが用いられている。

以下、位置決め制御部５４Ａの制御処理について図１１を参照して説明する。

位置決め制御部５４Ａは、図１１のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。

まず、ステップＳ３００Ａにおいて、ステータコイル１のＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃに電流を出力させるようにスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５のスイッチング出力を設定する。すなわち、電流をステータコイル１に出力させるようにスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれオン、或いはオフをさせることになる。

当該電流は、高圧電源３のプラス電極→中性点１ｘ→Ｖ相コイル１ｂ→スイッチング素子ＳＷ５の順に流れ、さらに中性点１ｘからＷ相コイル１ｃを経由してスイッチング素子ＳＷ４側に流れる電流である。

さらに、電流は、その波高値が初期値から半周期（電気角１８０ｄｅｇ）毎に所定値大きくなる電流である。波高値の初期値としては、磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。

次に、ステップＳ３１０で電流の実効値が一定値以上であるか否かを判定する。このとき、交流電流の実効値が一定値未満であるときには、ステップＳ３１０においてＮＯと判定してステップＳ３００Ａに戻る。

その後、交流電流の実効値が一定値以上になるまでステップＳ３００Ａの処理を繰り返す。これに伴い、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をスイッチング動作させる。

このため、ステータコイル１のＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃに電流が流れる。これに伴い、ステータコイル１のＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃから磁界が発生する。したがって、ロータがＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃから発生する磁界に引き合う。これにより、ロータの位置が決まる。

ここで、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５のオフに伴って、初期状態制御部５３の制御の場合と同様に、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。

本実施形態では、一定時間における正極側母線２２側のスイッチング素子ＳＷ３の正極側比率Ｈ１と、一定時間における負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５の負極側比率Ｈ２は、上述の第１実施形態と同様に、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値を維持するように設定されている。

その後、交流電流の実効値が一定値以上になるとステップＳ３１０でＹＥＳと判定して、位置決め制御部５４Ａの制御が終了する。

以上説明した本実施形態によれば、位置決め制御部５４Ａは、ステータコイル１のＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃから発生させる磁界によりロータの位置を決める際に、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をスイッチング動作させるため、上述の如く、コンデンサ３０に電荷を蓄積させることができる。

本実施形態の位置決め制御部５４Ａは、ステータコイル１のＶ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃから磁界を発生させる際に、波高値が徐々に大きくなる電流をＶ相コイル１ｃとＷ相コイル１ｃに出力する。このため、ロータを磁界が発生する方向に引き合わせるためのトルクが徐々に大きくなる。これに加えて、波高値の初期値としては、磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。したがって、ロータに振動を起こすことなくロータの位置を決めることができる。

上述の第２実施形態では、Ｖ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃに電流を流すことにより発生する磁界にロータを引き合わせてロータの位置決めを行う例を示したが、これに限らず、その他の相に電流を流してロータの位置決めを行ってもよい。

上述の第２実施形態では、コンデンサ３０のプラス電極が正極側母線２２に接続されて、コンデンサ３０のマイナス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、コンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

上述の第２実施形態では、高電圧バッテリ３のプラス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続され、高電圧バッテリ３のマイナス電極が負極側母線２１に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ３のプラス電極を正極側母線２２に接続して、かつ高電圧バッテリ３のマイナス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続してもよい。

この場合、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。あるいは、コンデンサ３０のプラス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

このように、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０では、コンデンサ３０を充電するためにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６を制御する処理が上述の第２実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部５３、５４Ａ、５５、５６の各処理は、上述の第２実施形態と実質的に同様である。

（第３実施形態）
上述の第２実施形態では、強制転流制御部に先だって、コンデンサの充電状態を制御する初期状態制御部とロータの位置決めを行う位置決め制御部とを実行させる例を示したが、これに代えて、コンデンサの充電状態を制御しつつロータの位置決めを行う初期状態位置決め制御部を実行させる本第３実施形態を示す。

図１２に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図１２において、図１０と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。

本実施形態の駆動装置では、図７の初期状態制御部５３と位置決め制御部５４Ａに代えて、初期状態位置決め制御部５３Ａが用いられている。

以下、初期状態位置決め制御部５３Ａの制御処理について図１３、図１４を参照して説明する。図１３（ａ）はコンデンサ３０の出力電圧の変化を示すタイミングチャート、図１３（ｂ）はＵ相電流ｉｕの変化を示すタイミングチャートである。

初期状態位置決め制御部５３Ａは、図１４のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。

まず、ステップＳ２００Ａにおいてスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれオンさせる。これに伴い、高電圧バッテリ３のプラス電極側から電流がＶ相コイル１ｂおよびＷ相コイル１ｃを通してグランド側に流れる。このため、Ｖ相コイル１ｂとＷ相コイル１ｃには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄積される。

次のステップＳ２１０Ａで、電流センサ４０で検出される相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのそれぞれの絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜が制限電流Ａ以下であるか否かを判定する。制限電流Ａは、上述の第１実施形態で示した制限電流Ａと同一値が用いられている。

そして、ステップＳ２１０Ａにおいて、絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜のそれぞれが制限電流Ａ以下であるときには、ＹＥＳと判定する。

この場合、ステップＳ２２０Ａにおいて、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をそれぞれオンしてから所定時間（以下、所定オン時間という）以上経過したか否かを判定する。所定オン時間（図１４中所定ＯＮ時間と記す）は、予め決められた時間である。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオンしてから経過した時間が所定オン時間よりも短いときには、ステップＳ２２０ＡでＮＯと判定して、ステップＳ２２０Ａの判定処理を繰り返す。

その後、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオンしてから所定オン時間以上経過すると、ステップＳ２２０ＡでＹＥＳと判定してステップＳ２３０Ａに進む。

また、上述のステップＳ２１０Ａにおいて、絶対値｜ｉｕ｜、｜ｉｖ｜、｜ｉｗ｜のうちいずれか１つが制限電流Ａより大きいときには、ＮＯと判定してステップＳ２３０ａに進む。

このようにステップＳ２３０Ａに進むと、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がオフしている状態で、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオフさせる。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がＷ相コイル１ｃからダイオードＤ１、および正極側母線２２を通してコンデンサ３０に流れる。

スイッチング素子ＳＷ５のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がＶ相コイル１ｂからダイオードＤ２、および正極側母線２２を通してコンデンサ３０に流れる。

このようにコイル１ｂ、１ｃ側からスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をバイパスして流れる電流によりコンデンサ３０に電荷が蓄積される。

次に、ステップＳ２４０Ａにおいて、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオフしてから所定時間（以下、所定オフ時間という）以上経過したか否かを判定する。所定オフ時間（図１４中所定ＯＦＦ時間と記す）は、予め決められた時間である。

このとき、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオフしてから経過した時間が所定オフ時間よりも短いときには、ステップＳ２４０ＡでＮＯと判定して、ステップＳ２４０Ａの判定処理を繰り返す。その後、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５をオフしてから所定オフ時間以上経過すると、ステップＳ２４０ＡでＹＥＳと判定する。

次に、ステップＳ２５０Ａで、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値以上であるか否かを判定する。具体的には、初期状態位置決め制御部５３Ａの制御の実行を開始後一定時間以上経過したか否かを判定する。

初期状態位置決め制御部５３Ａの制御の実行を開始後経過した時間が一定時間より短いときには、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値未満であるとしてステップＳ２５０ＡでＮＯと判定して、ステップＳ２００Ａに戻る。

このため、初期状態位置決め制御部５３Ａの制御の実行を開始後一定時間以上経過するまで、ステップＳ２００Ａ、Ｓ２１０Ａ、Ｓ２２０Ａ、Ｓ２３０Ａ、Ｓ２４０Ａの各処理を繰り返す。このため、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５のスイッチング動作によりコンデンサ３０が充電される。このため、コンデンサ３０の出力電圧は、図１３（ａ）に示すように、徐々に上昇する。

これに加えて、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５のそれぞれのスイッチング動作に伴って、上述の如く、高電圧バッテリ３の正極側からＶ相コイル１ｂ側に電流が流れる。このため、Ｖ相コイル１ｂに磁界が発生する。さらに、高電圧バッテリ３の正極側からＷ相コイル１ｃ側に電流が流れる。このため、Ｗ相コイル１ｃに磁界が発生する。

したがって、Ｗ相コイル１ｃに生じた磁界とＶ相コイル１ｂに生じた磁界との合成磁界に対してロータが引き合うことになる。すなわち、前記合成磁界によりロータの位置が決まることになる。

その後、初期状態位置決め制御部５３Ａの制御の実行を開始後一定時間以上経過すると、ステップＳ２５０Ａにおいて、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値以上であるとしてＹＥＳと判定する。これにより、コンデンサ３０の充電状態の制御とロータの位置決めとそれぞれが完了したと判定して、初期状態位置決め制御部５３Ａの制御が終了する。

上述の第３実施形態では、初期状態位置決め制御部５３Ａがコンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ３０の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ３０の温度が所定以上であると判定するまで初期状態位置決め制御部５３Ａがその制御を実施してもよい。これにより、上述の如く、コンデンサ３０に大電流が流れることを抑制できる。

上述の第３実施形態では、コンデンサ３０のプラス電極が正極側母線２２に接続されて、コンデンサ３０のマイナス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、コンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

上述の第３実施形態では、高電圧バッテリ３のプラス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続され、高電圧バッテリ３のマイナス電極が負極側母線２１に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ３のプラス電極を正極側母線２２に接続して、かつ高電圧バッテリ３のマイナス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続してもよい。

この場合、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。あるいは、コンデンサ３０のプラス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

このように、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０では、コンデンサ３０を充電するためにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６を制御する処理が上述の第３実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部５３Ａ、５５、５６の各処理は、上述の第３実施形態と実質的に同様である。

（第４実施形態）
上述の第３実施形態では、強制転流制御部の実行に先立って、コンデンサの充電状態を制御しつつロータの位置決めを行う初期状態位置決め制御部を実行させる例を示したが、これに代えて、コンデンサの充電状態を制御しつつロータを回転させる初期状態同期制御部を実行させる本第４実施形態を示す。

図１５に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図１５において、図１２と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。

本実施形態の駆動装置では、図１２の初期状態位置決め制御部５３Ａに代えて、初期状態同期制御部５３Ｂが用いられている。初期状態同期制御部５３Ｂは、スイッチング動作させるスイッチング素子が異なるだけで、図１２の初期状態位置決め制御部５３Ａと実質的に同様の制御を行う。

初期状態同期制御部５３Ｂは、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をスイッチング動作させる。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す制御処理は上述しているので、以下、初期状態同期制御部５３Ｂの制御処理の概略について説明する。

初期状態同期制御部５３Ｂは、オンさせる２つのスイッチング素子を、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５→スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６→スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ６→スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５の順に変更させる。

ここで、オンさせる２つのスイッチング素子の変更に伴って、上述の如く、ステータコイル１に発生する合成磁界が回転することになる。これに伴い、ロータが合成磁界に同期して時計回りに回転することになる。

また、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のオフに伴って、上述の初期状態位置決め制御の場合と同様に、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。そして、初期状態同期制御部５３Ｂは、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達すると判定されるまで制御を実施する。

以上説明した本実施形態によれば、初期状態同期制御部５３Ｂは、スイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をスイッチング動作させることにより、コンデンサ３０に電荷を蓄積してコンデンサの充電状態を制御しつつ、ロータを回転磁界に同期させて回転させることができる。

上述の第４実施形態では、初期状態同期制御部５３Ｂがコンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ３０の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ３０の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ３０の温度が所定以上であると判定するまで初期状態同期制御部５３Ｂがその制御を実施してもよい。これにより、上述の如く、コンデンサ３０に大電流が流れることを抑制できる。

上述の第４実施形態では、コンデンサ３０のプラス電極が正極側母線２２に接続されて、コンデンサ３０のマイナス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、コンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

上述の第４実施形態では、高電圧バッテリ３のプラス電極がステータコイル１の中性点１ｘに接続され、高電圧バッテリ３のマイナス電極が負極側母線２１に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ３のプラス電極を正極側母線２２に接続して、かつ高電圧バッテリ３のマイナス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続してもよい。

この場合、コンデンサ３０のプラス電極を正極側母線２２に接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。あるいは、コンデンサ３０のプラス電極をステータコイル１の中性点１ｘに接続し、かつコンデンサ３０のマイナス電極を負極側母線２１に接続してもよい。

このように、高電圧バッテリ３を正極側母線２２とステータコイル１の中性点１ｘとの間に接続した駆動装置１０では、コンデンサ３０を充電するためにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６を制御する処理が上述の第４実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部５３Ｂ、５５、５６の各処理は、上述の第４実施形態と実質的に同様である。

上述の各実施形態では、同期電動機として三相交流同期電動機を用いた例を示したが、これに限らず、同期電動機として、４相以上の多相交流同期電動機を用いても良い。

１ ステータコイル
１ａ Ｕ相コイル
１ｂ Ｖ相コイル
１ｃ Ｗ相コイル
１ｘ 中性点
３ 高電圧バッテリ
５ 電源スイッチ
１０ 駆動装置
２０ インバータ回路
２１ 負極側母線
２２ 正極側母線
３０ コンデンサ
４０ 電流センサ
５０ 制御回路
５１ 制御入出力部
５２ 制御判定部
５３ 初期状態制御部
５４ 同期制御部
５５ 強制転流制御部
５６ 通常運転制御部
ＳＷ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード

Claims (12)

1. スター結線されたステータコイルから発生する回転磁界によりロータを回転させる同期電動機の駆動装置であって、
   直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線と負極側母線との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路と、
   コンデンサと、
   前記インバータ回路を構成する複数の前記スイッチング素子をスイッチング動作させることにより、電源装置の出力電圧と前記コンデンサの出力電圧とに基づいて交流電流を前記ステータコイルに出力して前記ステータコイルから前記回転磁界を発生させる通常運転制御手段と、
   前記通常運転制御手段の実行開始に先立って、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記ステータコイルから発生させる回転磁界に前記ロータを同期させて、かつ前記コンデンサの充電状態を制御する初期状態同期制御手段と、
   を備えることを特徴とする同期電動機の駆動装置。
2. 前記複数のスイッチング素子のそれぞれにはダイオードが逆並列に配置されており、
   前記複数のスイッチング素子は、前記正極側母線に接続された正極側母線側のスイッチング素子と、前記負極側母線側に接続された負極側母線側のスイッチング素子とから構成されており、
   前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子のオフに伴って、残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオードを通して前記ステータコイルと前記コンデンサとの間に流れる電流に基づいて前記コンデンサの充電状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の駆動装置。
3. 前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記残りの母線側のスイッチング素子をオフした状態で、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記インバータ回路から出力される交流電流に基づいて前記ステータコイルからの回転磁界を発生させることを特徴とする請求項２に記載の同期電動機の駆動装置。
4. 前記インバータ回路において、前記一対のスイッチング素子は３組、並列接続されており、
   前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側の３つのスイッチング素子において、オンさせる２つのスイッチング素子を順に変更することによって、ステータコイルから回転磁界を発生させることをことを特徴とする請求項３に記載の同期電動機の駆動装置。
5. 前記初期状態同期制御手段は、オンさせる２つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせる第１の手段と、前記２つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせる第２の手段と、を備え、前記第１の手段により前記２つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせ、この後、前記第２の手段により前記２つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせることを、繰り返すことによって前記コンデンサの充電を行うことを特徴とする請求項４に記載の同期電動機の駆動装置。
6. 前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をオンさせているときに前記ステータコイルに流れる電流を制限電流以下にすることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
7. 前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達したと判定されるまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
8. 前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達し、かつ前記コンデンサの温度が所定以上であると判定するまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
9. 前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続されており、
   前記電源装置のプラス電極は、前記中性点に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記負極側母線に接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
10. 前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線に接続されており、
    前記電源装置のプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記中性点に接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
11. 前記通常運転制御手段の実行開始前で、かつ前記初期状態同期制御手段の実行終了後に、前記ロータの回転速度を一定速度まで上昇させる電流を前記インバータ回路から前記ステータコイルに出力させるように前記インバータ回路を構成する前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる強制転流制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。
12. 前記インバータ回路から前記ステータコイルに流れる電流を検出する電流センサを備え、
    前記通常運転制御手段は、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記ロータの回転数を推定するとともに、この推定された回転数に基づいて前記ロータの回転数を目標回転数に近づけるように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置。

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