JP5925425B2

JP5925425B2 - インバータ装置

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Description

本発明は、電解コンデンサにより平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ装置に関し、特に低温環境下においても電解コンデンサを使用可能にしようとするインバータ装置に係るものである。

従来のこの種のインバータ装置は、インバータ回路の上相側の３つのスイッチング素子と下相側の３つのスイッチング素子とを選択的に駆動することにより、直流電圧からＵ，Ｖ，Ｗの３相電圧を生成して電動機を駆動するもので、インバータ回路の電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサが備えられている（例えば、特許文献１参照）。この場合、平滑コンデンサとしては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ等が使用される。

特開２００９−１３８５２１号公報

しかし、このような従来のインバータ装置において、特に車載用インバータ装置は、低温環境下で使用される場合があり、このような環境下で電解コンデンサを使用したときには、電解コンデンサの等価直列抵抗が上昇してリップル電圧が大きくなり、スイッチング素子や電解コンデンサにかかる電圧がその耐圧を超えたり、逆電圧となったりして電動機としての例えば電動圧縮機等を運転することができないことがあった。

したがって、低温環境下で使用するインバータ装置においては、平滑コンデンサとして等価直列抵抗が非常に小さい大型のフィルムコンデンサを使用せざるを得なかった。しかし、大型のフィルムコンデンサは高価であり、インバータ装置が大型化し製造コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、低温環境下においても電解コンデンサを使用し得るようにしたインバータ装置を提供することを目的とする。

本発明によるインバータ装置は、整流電圧を直流電圧に平滑化する電解コンデンサと、前記直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、前記電解コンデンサの温度を検出して前記制御手段に出力する温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で取得した前記温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、前記電動機の起動時から一定時間経過するまで、前記直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制限し得る一定の設定回転数、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化する設定回転数に基づいて制御された電流を前記電動機に通電し、前記電解コンデンサの温度を前記目標温度まで昇温させるものである。

この場合、前記制御手段は、前記電動機の起動時から一定時間経過するまで、前記回転数の制限による前記電動機への通電電流の制御と、前記直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制限し得る一定のパルス幅変調キャリア周波数、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化するパルス幅変調キャリア周波数に基づいてする前記電動機への通電電流の制御、又は前記直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定電流値、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化する設定電流値に基づいてする前記電動機への通電電流の制御と、を組み合わせて行うものであるとよい。

本発明によれば、低温環境下において、電動機の通常運転開始前に、電動機に通電して、電解コンデンサの温度を電動機の通常運転開始可能温度まで昇温させる暖機モードを実施しているので、大きなリップル電圧によりスイッチング素子や電解コンデンサにその耐圧を超える電圧がかかり、これらの素子を破壊するという事故の発生を未然に防止することができる。したがって、低温環境下においても安価で小型の電解コンデンサを使用することができ、インバータ装置の小型化を図ることができると共に製造コストを低減することができる。この場合、インバータ回路の電源電圧である直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流を電動機に通電して暖機モードを実施しているので、暖機モード実施中においてもスイッチング素子や電解コンデンサの破壊を未然に防止することができる。

本発明によるインバータ装置の第１の実施形態の概略構成を示す回路図である。上記第１の実施形態の制御手段における暖機モードの制御回路を示すブロック図である。上記第１の実施形態の暖機モードの動作について示すフローチャートである。上記第１の実施形態の暖機モードにおける通電状態を示す説明図である。上記第１の実施形態の別の暖機モードの動作について示すフローチャートである。暖機モードにおける通電時間と電解コンデンサの温度及び等価直列抵抗との関係を示すグラフである。本発明によるインバータ装置の第２の実施形態の制御手段を示すブロック図である。上記第２の実施形態の暖機モードの動作について示すフローチャートである。上記第２の実施形態の別の暖機モードの動作について示すフローチャートである。上記第２の実施形態のさらに別の暖機モードの動作について示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるインバータ装置の第１の実施形態の概略構成を示す回路図である。このインバータ装置は、電解コンデンサにより平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するもので、電解コンデンサ１と、インバータ回路２と、制御手段３と、温度検出手段４と、を備えて構成されている。

上記電解コンデンサ１は、整流電圧を直流電圧に平滑するもので、大容量のアルミ電解コンデンサである。このようなアルミ電解コンデンサは、小型で且つ安価であるが、電解液の抵抗分、電解紙の抵抗分等があるため一般に等価直列抵抗Ｒａが大きく、また低温環境下ではより大きくなるという特徴を有する。

上記電解コンデンサ１により平滑された直流電圧が電源電圧として供給されるようにインバータ回路２が設けられている。このインバータ回路２は、直流電圧から３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成して電動機としての３相ブラシレスモータ（以下、単に「モータ」という）５に供給するものであり、例えば、上相側の３つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）６ｕ，６ｖ，６ｗと下相側の３つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７ｕ，７ｖ，７ｗとを備えて構成されている。

上記インバータ回路２に接続して制御手段３が設けられている。この制御手段３は、インバータ回路２の６つのスイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗのオン・オフ駆動を制御してモータ５を適切に運転させるものであり、電解コンデンサ１の温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、モータ５の通常運転開始前に、インバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン・オフ駆動するパルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という）信号のデューティー比を制御することにより、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流をモータ５に通電し、電解コンデンサ１の等価直列抵抗Ｒａに発生するジュール熱により電解コンデンサ１の温度を上記目標温度まで昇温させる暖機モードを実施することができるようになっている。

図２は、制御手段３における上記暖機モードの制御回路を示すブロック図である。同図に示すように、暖機モードの制御回路は、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられた図示省略のシャント抵抗、又はインバータ回路２のアースライン上に設けられた図示省略のシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ５の通電電流を検出する電流検出部８と、電流検出部８により検出された電流値と直流電圧のリップル電圧を許容値内に抑え得る一定の設定電流値（以下「暖機モード用電流値」という）とを比較する比較器９と、通電電流値と暖機モード用電流値との差分を補正し得るようにＰＷＭ信号のデューティー比を計算するＰＷＭデューティー比計算部１０と、を備えている。

このように構成された制御手段３は、電解コンデンサ１の温度が目標温度より低いとき、モータ５の起動前に、暖機モードを実行する。即ち、インバータ回路２の上相側３つのスイッチング素子６ｕ〜６ｗのうち、例えばスイッチング素子６ｕを選択してオン駆動し、残りのスイッチング素子６ｖ，６ｗを選択してオフ駆動すると共に、下相側３つのスイッチング素子７ｕ〜７ｗのうち、スイッチング素子７ｖ，７ｗを選択してオン駆動し、残りのスイッチング素子７ｕを選択してオフ駆動する。同時に、電流検出部８でモータ５の通電電流を検出し、該検出電流値と上記暖機モード用電流値とを比較器９で比較し、その差分を補正し得るようにＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比を計算する。こうして、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号により上記スイッチング素子６ｕ，７ｖ，７ｗをオン駆動して前記モータ５に通電する。これにより、モータ５には、インバータ回路２を介して直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れる。一方、モータ５への通電中に、電解コンデンサ１は、その等価直列抵抗Ｒａに発生するジュール熱により昇温される。

上記電解コンデンサ１の近傍には、温度検出手段４が設けられている。この温度検出手段４は、電解コンデンサ１の周辺温度を検出して制御手段３に出力するもので、例えば熱電対や抵抗センサー等の各種温度センサーである。なお、電解コンデンサ１がインバータ回路２と同一の基板上に実装されている場合、又は同一の空間に収容されている場合には、温度検出手段４は、発熱の最も大きいインバータ回路２のスイッチング素子近傍の温度を検出するように設け、この温度により電解コンデンサ１の温度を推定してもよいが、以下の説明においては、温度検出手段４が電解コンデンサ１の周辺温度を検出し、これを電解コンデンサ１の温度として推定する場合について述べる。

次に、このように構成された第１の実施形態の暖機モードの動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、運転スイッチが投入（運転指令）されると、電源電圧がインバータ装置に供給されてインバータ装置の制御手段３が起動される。

次に、ステップＳ２においては、温度検出手段４により電解コンデンサ１周辺の温度が検出され、その検出出力が制御手段３に送られる。制御手段３の図示省略の判定部では、温度検出手段４で取得した上記検出温度を電解コンデンサ１の温度と推定し、図示省略のメモリに予め設定して保存された、暖機モードの運転を実施するか否かを判定するための目標温度と比較する。ここで、上記検出温度が上記目標温度よりも低いときには、ステップＳ２は“ＹＥＳ”判定となって、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３においては、予め設定して上記メモリに保存された暖機モード用電流値に基づいて制御手段３のＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比が計算され、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の上相側の例えばスイッチング素子６ｕがオン駆動される一方、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ，７ｗがオン駆動される。これにより、図４に太い実線で示すように、インバータ回路２及びモータ５には、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れて暖機モードの運転が実施される。この場合、インバータ回路２のオン駆動されるスイッチング素子は、上相側の例えばスイッチング素子６ｕと、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ，７ｗに固定されているため、モータ５は停止したままである。このようにして、上記制限された電流がモータ５へ通電されている間、電解コンデンサ１は、その等価直列抵抗Ｒａに発生するジュール熱により温められて昇温する。なお、モータ５の通電電流は、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗、又はインバータ回路２のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部８で検出され、この検出電流を比較器９で上記暖機モード用電流値と比較してその差分を補正し得るようにＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比を計算するようになっているので、暖機モードの実施中は、モータ５に直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が常時流れることになる。この場合、上記暖機モード用電流値は、電解コンデンサ１の温度に相関して変化するものであってもよい。

続いて、ステップＳ２に戻って、温度検出手段４による検出温度が目標温度よりも低いか否かが制御手段３の判定部で再度判定される。こうして、ステップＳ２において、上記検出温度が目標温度に達するまで、即ちステップＳ２において“ＮＯ”判定となるまで、ステップＳ２とステップＳ３とが繰り返し実行される。

そして、上記検出温度が目標温度に達して、ステップＳ２が“ＮＯ”判定となると、ステップＳ４に進み、インバータ回路２の複数のスイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ５が起動される。その結果、モータ５は通常運転を行う。

図５は、第１の実施形態の暖機モードの別の動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照して説明する。
先ず、ステップＳ１０においては、運転スイッチが投入（運転指令）されると、電源電圧がインバータ装置に供給されてインバータ装置の制御手段３が起動される。

次に、ステップＳ１１においては、温度検出手段４により電解コンデンサ１周辺の温度が検出され、その検出出力が制御手段３に送られる。制御手段３の判定部では、温度検出手段４で取得した上記検出温度を電解コンデンサ１の温度と推定し、メモリに予め設定して保存された、暖機モードの運転を実施するか否かを判定するための目標温度と比較する。ここで、上記検出温度が上記目標温度よりも低いときには、ステップＳ１１は“ＹＥＳ”判定となって、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、予め設定して上記メモリに保存された暖機モード用電流値に基づいて制御手段３のＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比が計算され、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号により、インバータ回路２の上相側の例えばスイッチング素子６ｕがオン駆動される一方、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ，７ｗがオン駆動される。これにより、図４に太い実線で示すように、インバータ回路２及びモータ５には、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れて暖機モードの運転が実施される。この場合、インバータ回路２のオン駆動されるスイッチング素子は、上相側の例えばスイッチング素子６ｕと、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ，７ｗに固定されているため、モータ５は停止したままである。このようにして、上記制限された電流がモータ５へ通電されている間、電解コンデンサ１は、その等価直列抵抗Ｒａに発生するジュール熱により温められて昇温する。

ステップＳ１３においては、タイマーにより経過時間が計時され、予め設定してメモリに保存された一定時間が経過すると、ステップＳ１４に進む。なお、電解コンデンサ１の温度及び等価直列抵抗Ｒａと通電時間とは、例えば図６に示す関係にある。即ち、通電時間の経過に伴って、電解コンデンサ１の温度は上昇し、等価直列抵抗Ｒａは低下する。そして、共に、時間ｔが経過すると一定値となることが分かっている。したがって、図５に示す制御例においては、上記暖機モード用電流値の電流をモータ５に通電してから、電解コンデンサ１の温度及び等価直列抵抗Ｒａが一定となる経過時間ｔを予め実験により求め、該経過時間ｔを上記メモリに保存しておく。

ステップＳ１３において、一定時間が経過して電解コンデンサ１の温度が目標温度まで上昇するとステップＳ１４に進み、インバータ回路２の６つのスイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ５が起動される。その結果、モータ５は通常運転を行う。

また、ステップＳ１１において、上記検出温度が既に目標温度に達している場合には、ステップＳ１１は“ＮＯ”判定となってステップＳ１４に進み、この場合も、インバータ回路２の６つのスイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ５が起動されてモータ５が通常運転を行う。

なお、上記第１の実施形態においては、電流検出部８がインバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗、又はインバータ回路２のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流を検出する場合について説明したが、電解コンデンサ１の負極側に接続した図示省略のシャント抵抗を流れる電流を検出し、該電流に基づいて直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流をモータ５に通電するようにしてもよい。

図７は、本発明のインバータ装置による第２の実施形態の概略構成を示す回路図であり、制御手段３の回路構成を示すブロック図である。ここでは、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
この第２の実施形態における制御手段３は、モータ５の起動時から一定時間経過するまで暖機モードを実施するようにインバータ回路２を制御するものであり、電流検出部８と、ｄ，ｑ軸変換部１１と、ロータ角度検出部１２と、回転数計算部１３と、電流計算部１４と、比較器９と、印加電圧計算部１５と、相電圧変換部１６と、ＰＷＭデューティー比計算部１０と、暖機モード切換部１７と、を備えている。

上記電流検出部８は、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられた図示省略のシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ５の３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ検出するものである。また、上記ｄ，ｑ軸変換部１１は、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗからｄ，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換するものである。さらに、上記ロータ角度検出部１２は、ロータの角度を検出するものであり、例えばホールセンサーを使用して又は相電圧と相電流とに基づいて演算してロータ角度を求めるようになっている。さらにまた、上記回転数計算部１３は、検出されたロータ角度に基づいて演算し、ロータの回転数を算出するものである。そして、上記電流計算部１４は、電流Ｉｄ，Ｉｑとロータ角度に基づいて電流値を算出すると共に、電流の位相遅れ又は位相進みを計算するものである。また、上記比較器９は、算出されたロータの回転数と目標回転数とを比較してその差分を出力するものである。さらに、上記印加電圧計算部１５は、モータ５を駆動する電圧を計算すると共に電圧の位相調整を行うものである。また、相電圧変換部１６は、ｄ，ｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑから３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換するものである。さらに、ＰＷＭデューティー比計算部１０は、上記３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭ信号のデューティー比を演算し、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン駆動させるものである。そして、暖機モード切換部１７は、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、温度検出手段４から入力した温度を暖機モードの目標温度と比較し、暖機モードの実施が必要であるときには、インバータ回路２の直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る暖機モード用の電流制限指令、回転数制限指令及びＰＷＭキャリア周波数制限指令のうちの一つを選択して出力するようになっている。この場合、電流制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、電流制限指令を上記電流計算部１４に出力する。また、回転数制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、回転数制限指令をメモリに出力する。さらに、ＰＷＭキャリア周波数制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、ＰＷＭキャリア周波数制限指令を上記ＰＷＭデューティー比計算部１０に出力する。

次に、このように構成された第２の実施形態の暖機モードの動作について説明する。
先ず、電流制限指令に基づいて暖機モードを実施する場合について、図８のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ２０において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップＳ２１に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。

詳細には、ステップＳ２１においては、温度検出手段４から入力した電解コンデンサ１周辺温度（以下、単に「電解コンデンサ１の温度」と記載する）を制御手段３内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ１の温度が目標温度よりも低いときには、ステップＳ２１は“ＹＥＳ”判定となり、暖機モード切換部１７をオン駆動して電流制限の暖機モードを選択し、暖機モード切換部１７から電流制限指令を電流計算部１４に出力してステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２においては、上記電流制限指令に基づいて、電流計算部１４で算出される電流値が予め設定された電流値に制限される。ここで、この制限された電流値は、予め設定してメモリに保存されている、例えば直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定電流値であり、通常運転時よりも低い電流値である。又は、電解コンデンサ１の温度に相関して変化するように設定された電流値であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化する電流値であってもよい。これにより、ｄ，ｑ軸変換部１１で３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗからｄ，ｑ軸変換された電流Ｉｄ，Ｉｑとロータ角度検出部１２で検出されたロータ角度とに基づいて上記電流計算部１４で算出される電流値が上記設定電流値に制限される。なお、上記電流値は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ１の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。

印加電圧計算部１５においては、上記設定電流値と定格の目標回転数とに基づいてモータ５を駆動する印加電圧が計算される。さらに、相電圧変換部１６において、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、該３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比を計算する。そして、この算出されたデューティー比のＰＷＭ信号に基づいてインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン駆動する。これにより、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流がモータ５に通電され、モータ５が起動する。以後、モータ５は、上記制限された電流値の下で定格の回転数を維持しながら回転する。

ステップＳ２３においては、モータ５の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部１７がオフ駆動され、上記設定電流値による電流制限が解除される。これにより、暖機モードが終了する。

ステップＳ２５においては、制御手段３は、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部８で検出された３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗからｄ，ｑ軸変換された電流Ｉｄ，Ｉｑとロータ角度検出部１２で検出されたロータ角度とにより電流計算部１４で算出された電流値と、ロータ角度検出部１２で検出されたロータ角度に基づいて計算された回転数を比較部で定格の目標回転数と比較して得られた回転数の差分とに基づいて印加電圧計算部１５でモータ５への印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを算出する。さらに、相電圧変換部１６でｄ，ｑ軸の印加電圧Ｖｄ，Ｖｑから３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、該３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比を算出した後、この算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗを適宜オン駆動してモータ５を通常運転する。

なお、ステップＳ２１において、電解コンデンサ１の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップＳ２１は“ＮＯ”判定となってステップＳ２５に進み、モータ５は通常運転を行う。

次に、図９のフローチャートを参照して、回転数制限指令に基づく暖機モードの実施について説明する。
ステップＳ３０において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップＳ３１に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。

詳細には、ステップＳ３１においては、温度検出手段４から入力した電解コンデンサ１の温度を制御手段３内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ１の温度が目標温度よりも低いときには、ステップＳ３１は“ＹＥＳ”判定となり、暖機モード切換部１７をオン駆動して回転数制限の暖機モードを選択し、暖機モード切換部１７から回転数制限指令をメモリに出力して予め設定してメモリに保存されている、例えば直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定回転数（通常運転時よりも低い回転数）をメモリから読み出す。そして、ステップＳ３２に進む。なお、上記設定回転数は、電解コンデンサ１の温度に相関して変化するように設定された回転数であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化する回転数であってもよい。この場合、回転数は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ１の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。

ステップＳ３２においては、上記回転数制限指令に基づいて、メモリから読み出された一定の設定回転数に基づいてモータ５が起動され、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流が通電された状態で上記設定回転数に回転数が制限されて運転される。

以後、制御手段３は、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部８で３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、ｄ，ｑ軸変換部１１で３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ，ｑ軸変換して電流Ｉｄ，Ｉｑを得、この電流Ｉｄ，Ｉｑとロータ角度検出部１２で検出されたロータ角度とに基づいて電流計算部１４で電流値、及び位相遅れ又は位相進みを算出する。一方、ロータ角度検出部１２で検出されたロータ角度に基づいて回転数計算部１３で実際のロータ回転数を計算する。そして、該回転数を上記設定回転数と比較部で比較してその差分を出力し、印加電圧計算部１５において上記電流計算部１４で算出された電流値と比較部から出力した回転数のずれ量とに基づいてモータ５を駆動する印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを算出する。さらに、この印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを３相電圧変換部１６で３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、該３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭデューティー比計算部１０でＰＷＭ信号のデューティー比を算出した後、該デューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン駆動する。これにより、モータ５は、上記設定回転数を維持しながら回転する。このとき、モータ５への通電電流は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流値に維持されている。

ステップＳ３３においては、モータ５の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部１７がオフ駆動され、上記設定回転数による回転数制限が解除される。これにより、暖機モードが終了する。

ステップＳ３５においては、メモリから定格値の目標回転数が読み出され、該目標回転数となるように回転数が制御されてモータ５が運転される。こうして、モータ５は通常運転に移行する。

なお、ステップＳ３１において、電解コンデンサ１の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップＳ３１は“ＮＯ”判定となってステップＳ３５に進み、モータ５は通常運転を行う。

さらに、図１０のフローチャートを参照して、ＰＷＭキャリア周波数制限指令に基づく暖機モードの実施について説明する。
ステップＳ４０において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップＳ４１に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。

詳細には、ステップＳ４１においては、温度検出手段４から入力した電解コンデンサ１の温度を制御手段３内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ１の温度が目標温度よりも低いときには、ステップＳ４１は“ＹＥＳ”判定となって暖機モード切換部１７をオン駆動し、ＰＷＭキャリア周波数制限の暖機モードを選択してステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２においては、暖機モード切換部１７からＰＷＭキャリア周波数制限指令をＰＷＭデューティー比計算部１０に出力し、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る例えば一定のＰＷＭキャリア周波数（通常運転時よりも低いキャリア周波数）にキャリア周波数を設定する。そして、ＰＷＭデューティー比計算部１０で上記設定されたキャリア周波数に基づいてＰＷＭ信号を生成すると共に、該生成されたＰＷＭ信号のデューティー比を定格の目標回転数に基づいて算出し、該算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン駆動して、モータ５を起動させる。なお、上記設定されたキャリア周波数は、電解コンデンサ１の温度に相関して変化するキャリア周波数であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化するキャリア周波数であってもよい。これにより、モータ５は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流が通電された状態で、上記設定キャリア周波数にキャリア周波数が制限（低減）されて運転される。なお、キャリア周波数は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ１の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。

以後、制御手段３は、上記設定キャリア周波数により生成されたＰＷＭ信号のデューティー比を、検出された３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及びロータ角度並びに目標回転数に基づいて計算し、該算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗをオン駆動する。これにより、モータ５は、上記目標回転数に維持しながら運転する。このとき、モータ５への通電電流は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流値に維持されている。

ステップＳ４３においては、モータ５の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップＳ４４に進む。

ステップＳ４４においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部１７がオフ駆動され、上記設定キャリア周波数によるキャリア周波数制限（低減）が解除される。これにより、暖機モードが終了する。

ステップＳ４５においては、通常運転時のキャリア周波数により制御されてモータ５が運転され、モータ５は通常運転に移行する。

なお、ステップＳ４１において、電解コンデンサ１の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップＳ４１は“ＮＯ”判定となってステップＳ４５に進み、モータ５は通常運転を行う。

上記第２の実施形態においては、暖機モードの実施を電流、回転数、又はキャリア周波数をそれぞれ単独に制限して行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、電流、回転数及びキャリア周波数の制限を適宜組み合わせて行ってもよい。例えば、電流制限、回転数制限、及びキャリア周波数制限のうち、少なくとも二つを選択してそれぞれ一定時間だけ暖機モードを実施するようにしてもよい。また、電流制限、回転数制限、又はキャリア周波数制限の暖機モードのみの機能を搭載する場合には、上記暖機モード切換部１７は無くてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、インバータ回路２の下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗又はインバータ回路２のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流、若しくは電解コンデンサ１の負極側に接続したシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ５への通電電流を制限する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、上記下相側スイッチング素子７ｕ〜７ｗのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗又はインバータ回路２のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流（検出電流）からリップル電流を推定し、該リップル電流が許容値内となるようにモータ５への通電電流を制限してもよい。この場合、リップリ電流は、上記検出電流の交流成分の和によって推定することができる。又は上記検出電流とリップル電流との関係を実験により予め測定しておき、この関係からリップル電流を推定することもできる。

そして、以上の説明においては、３相のインバータ回路２について説明したが、本発明はこれに限られず、インバータ回路２は、例えば４相等、何相であってもよく、適用する電動機の相数に応じて適宜設定するとよい。

１…電解コンデンサ
２…インバータ回路
３…制御手段
４…温度検出手段
５…モータ（電動機）
６ｕ〜６ｗ，７ｕ〜７ｗ…スイッチング素子
Ｒａ…等価直列抵抗

Claims

整流電圧を直流電圧に平滑化する電解コンデンサと、
前記直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、
前記電解コンデンサの温度を検出して前記制御手段に出力する温度検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段で取得した前記温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、前記電動機の起動時から一定時間経過するまで、前記直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制限し得る一定の設定回転数、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化する設定回転数に基づいて制御された電流を前記電動機に通電し、前記電解コンデンサの温度を前記目標温度まで昇温させることを特徴とするインバータ装置。
前記制御手段は、前記電動機の起動時から一定時間経過するまで、前記回転数の制限による前記電動機への通電電流の制御と、前記直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制限し得る一定のパルス幅変調キャリア周波数、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化するパルス幅変調キャリア周波数に基づいてする前記電動機への通電電流の制御、又は前記直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定電流値、又は前記電解コンデンサの温度に相関して変化する設定電流値に基づいてする前記電動機への通電電流の制御と、を組み合わせて行うことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。