JP6109408B2 - モータ駆動制御装置、圧縮機、送風機、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、圧縮機、送風機、及び空気調和機に関する。

従来のモータ駆動制御装置の中には、商用電源等の交流電源からインバータ駆動用の直流母線電圧を生成するものがある。そのようなモータ駆動制御装置は、例えば、空気調和機の圧縮機等のモータの駆動源として使用される。

モータ駆動制御装置が空気調和機の圧縮機等のモータの駆動源として使用される場合、定格運転時のエネルギー消費効率の向上を目的として、定格回転数付近において、誘起電圧（逆起電力）と、電源電圧と、が同程度となるように、モータが設計される傾向がある。

例えば、モータの定格回転数を超える回転数で運転させるような過負荷運転時では、インバータ回路の出力電圧が飽和することで出力電流が増大する。この結果、定格運転時と異なる過負荷運転時では、モータの運転効率が低下したり、インバータ回路の運転効率が低下したりしている。

そこで、過負荷運転時の運転効率の低下を抑制するために、昇圧回路を備えたモータ駆動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

昇圧回路は、整流回路と、インバータ回路と、の間に設けられ、リアクトルと、逆流防止ダイオードと、スイッチング素子と、を備えている。整流回路で整流された直流母線電圧は、昇圧回路で昇圧される。昇圧回路は、スイッチング素子のオン期間では、リアクトルにエネルギーを蓄積する。昇圧回路は、スイッチング素子のオフ期間では、リアクトルに蓄積したエネルギーを放出する。この結果、直流母線電圧は昇圧される。

昇圧回路での直流母線電圧の昇圧動作は、スイッチング素子がオンされる時間、すなわち、オンデューティで制御される。昇圧回路での直流母線電圧の昇圧動作は、モータに印加される電圧を増大させるので、モータに流れる電流を抑制させる。よって、従来のモータ駆動制御装置は、昇圧回路の昇圧動作の結果、モータに流れる電流を抑制させることで運転効率を向上させ、モータに印加させる電圧を増大することで運転領域を拡大させている。

ところで、従来のモータ駆動制御装置は、昇圧回路で昇圧動作を行うとき、スイッチング素子の駆動で生じる回路損失が生じる。よって、従来のモータ駆動制御装置は、昇圧回路で昇圧動作を行うとき、スイッチング素子の回路損失に起因して運転効率が低下する恐れがある。したがって、従来のモータ駆動制御装置は、昇圧が必要な運転領域に限定して昇圧回路の昇圧動作を行っている。

また、従来のモータ駆動制御装置の中には、直流母線電圧の脈動幅（ΔＶ）を検知し、予め設定された値を超えた場合、インバータの出力電力を抑制する保護制御をすることで、平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−１９６１４２号公報（段落［００１２］〜［００５９］及び図１〜１６） 特開２００７−２５９６２９号公報（段落［００１２］及び図２）

特許文献１に記載のモータ駆動制御装置は、予め設定した目標値となるように、直流母線電圧を一定値に制御する。電源電圧が低下した場合であっても同様であり、例えば、特許文献１に記載のモータ駆動制御装置は、昇圧回路のスイッチング素子をオンする時間、すなわち、オンデューティを大きくすることで、直流母線電圧を目標値に制御する。

ところで、一般的には、昇圧回路の出力直流母線電圧部には、電圧を平滑化するために、平滑コンデンサが接続されている。つまり、昇圧回路と、インバータ回路と、の間には、平滑コンデンサが接続されている。平滑コンデンサは、回路の配置構成として、インバータ回路に含まれるパワーモジュール等の発熱部品のそばに設置させる必要がある。よって、平滑コンデンサの周囲温度環境は高くなる。

また、昇圧回路が動作している際、電源電圧が低下し、インバータ出力電力が大きければ、平滑コンデンサに流入するリプル電流は増大するため、平滑コンデンサと、平滑コンデンサの周囲の配線部とが発熱する。よって、そのような発熱が、回路基板に実装されている各種部品の寿命を劣化させ、最悪の場合、各種部品の破損に至る恐れがある。

また、発熱に起因する各種部品の劣化を低減させる場合、平滑コンデンサの容量を増大させたり、平滑コンデンサとその周囲の部品を耐熱温度の高いものに選定したりする必要があるものの、そのような対策は回路基板のコストを増大させる。

また、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置は、昇圧回路が動作している場合、直流母線電圧が一定値となるため、直流母線電圧の脈動電圧を検知することができない。よって、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置は、直流母線電圧の脈動幅（ΔＶ）を検知しないため、インバータの出力電力を抑制する保護制御機能が働かない。したがって、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置は、昇圧回路が動作している場合、平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制することができない。

つまり、特許文献１及び特許文献２に記載のような従来のモータ駆動制御装置は、昇圧回路が動作している場合、平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制することができない恐れがあった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、昇圧回路が動作している場合であっても、平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制することができるモータ駆動制御装置、圧縮機、送風機、及び空気調和機を提供することを目的とするものである。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、リアクトル、スイッチング素子、及び逆流防止素子を有し、前記整流器から供給された直流母線電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサで平滑化された直流母線電圧を交流電圧に変換してモータに出力するインバータ回路と、前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御手段と、前記インバータ回路の動作を制御するインバータ制御手段と、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制する回路保護手段と、を備え、前記回路保護手段は、前記昇圧回路に含まれる前記スイッチング素子のオンデューティと、前記インバータ回路の出力電力と、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流と、の相関関係が設定され、前記出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、前記昇圧制御手段で求められた前記スイッチング素子の前記オンデューティと、前記インバータ出力電力演算手段で演算された前記出力電力と、前記相関関係と、に基づいて、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求めるリプル電流推定手段と、前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合に、前記昇圧回路の前記オンデューティを減少させ、昇圧量を低下させるオンデューティ制限手段と、を備えたものである。

本発明は、昇圧回路が動作している場合であっても、推定リプル電流に応じた制御をすることで、平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制することができる。したがって、本発明は、高い信頼性を確保することができるという効果を有する。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の概略構成の一例と、モータ駆動制御装置１で駆動する圧縮機７１を備えた冷媒回路５の概略構成の一例と、を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１に含まれる昇圧制御手段５１の概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時にモータ駆動制御装置１に含まれる平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時であって、インバータ回路１７のインバータ出力電力が大きい場合の平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時であって、スイッチング素子２３のオンデューティが大きい場合の平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるインバータ回路１７のインバータ出力電力、スイッチング素子２３のオンデューティ、及び平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流の相関関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の電流抑制制御例を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１の概略構成の一例と、モータ駆動制御装置１で駆動する圧縮機７１を備えた冷媒回路５の概略構成の一例と、を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１の電流抑制制御例を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態の動作を行うプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列に行われる処理であるが、必ずしも時系列に処理されなくても、並列的又は個別に実行される処理を含んでもよい。

また、本実施の形態で説明される各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本実施の形態で説明される各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアの機能ブロック図と考えてもよい。例えば、各ブロック図は、回路デバイス等のハードウェアで実現されてもよく、図示しないプロセッサ等の演算装置上で実行されるソフトウェアで実現されてもよい。

また、本実施の形態で説明されるブロック図の各ブロックは、その機能が実施されればよく、それらの各ブロックで構成が分離されなくてもよい。なお、本実施の形態１〜２のそれぞれにおいて、特に記述しない項目については実施の形態１〜２と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、本実施の形態１〜２のそれぞれは、単独で実施されてもよく、組み合わされて実施されてもよい。いずれの場合においても、下記で説明する有利な効果を奏することとなる。また、本実施の形態で説明する各種具体的な設定例は一例を示すだけであり、特にこれらに限定されない。

また、以下では、後述するように、モータ駆動制御装置１が、空気調和装置の圧縮機７１に用いられるモータ８１を駆動するものである場合の一例を説明しているが、モータ駆動制御装置１は、他の機器に用いられるモータ８１を駆動するものであってもよい。

また、以下で説明するモータ駆動制御装置１の構成及び動作等は一例にすぎず、特にこれらの構成及び動作等に限定されない。また、細かい構造及び詳細な動作等の説明並びに詳細な図示については、適宜簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の構成、動作、及び効果について図を用いて順に説明する。

（モータ駆動制御装置１の構成）
まず、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の概略構成の一例と、モータ駆動制御装置１で駆動する圧縮機７１を備えた冷媒回路５の概略構成の一例と、を示す図である。図１に示されるように、モータ駆動制御装置１は、三相交流電源３と、冷媒回路５との間に設けられ、三相交流電源３から供給される電力を変換し、冷媒回路５の圧縮機７１のモータ８１、例えば、負荷Ｍに供給する。なお、モータ駆動制御装置１と、冷媒回路５とで、空気調和装置が構成されている。ここで、冷媒回路５は、圧縮機７１と、凝縮器７３と、絞り装置７５と、蒸発器７７と、がそれぞれ冷媒配管を介して接続され、冷媒が循環することで、冷凍サイクルが形成される。

モータ駆動制御装置１は、三相整流器１１、昇圧回路１３、平滑コンデンサ１５、及びインバータ回路１７等を備えている。三相整流器１１は、三相交流電源３の交流電圧、例えば、ＡＣ２００Ｖを直流母線電圧Ｖｄｃに変換する。三相整流器１１は、例えば、６個のダイオードがブリッジ接続されて構成される三相全波整流器である。

昇圧回路１３は、三相整流器１１から供給される直流母線電圧Ｖｄｃを、例えば、ＤＣ３５０Ｖ等に昇圧する回路である。昇圧回路１３は、例えば、リアクトル２１、スイッチング素子２３、及び逆流防止素子２７等で構成される昇圧チョッパ回路である。スイッチング素子２３には、転流ダイオード３３が並列に接続されている。なお、昇圧回路１３の動作は、後に詳述される。

平滑コンデンサ１５は、昇圧回路１３の出力を平滑化し、充電する。一般的には、平滑コンデンサ１５は、サージ電圧を抑制するために、昇圧回路１３及びインバータ回路１７を構成するパワーモジュールのそばに配置される。

インバータ回路１７は、平滑コンデンサ１５に充電された直流電力を交流電力、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電圧に変換する。インバータ回路１７は、例えば、スナバコンデンサ（図示せず）、シャント抵抗器（図示せず）、及びパワーモジュール等から形成されている。パワーモジュールは、複数のスイッチング素子３１で構成される。それぞれのスイッチング素子３１には、転流ダイオード３３が並列に接続されている。スイッチング素子３１は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成されている。

インバータ回路１７の入力側は、平滑コンデンサ１５に接続され、インバータ回路１７の出力側は、圧縮機７１のモータ８１に接続されている。よって、インバータ回路１７は、圧縮機７１のモータ８１に予め設定された周波数の交流電流を出力し、モータ８１を回転駆動させている。

モータ駆動制御装置１は、リアクトル電流検出部４１、直流母線電圧検出部４３、及びモータ電流検出部４５等を備えている。リアクトル電流検出部４１は、三相整流器１１と、リアクトル２１と、の間に設けられ、リアクトル２１に流れるリアクトル電流ＩＬを検出する。リアクトル電流検出部４１は、例えば、シャント抵抗器で構成されているが、特にこれに限定されない。

直流母線電圧検出部４３は、平滑コンデンサ１５の両端電圧を測定することで、昇圧回路１３の出力電圧である直流母線電圧Ｖｄｃを検出する。モータ電流検出部４５は、インバータ回路１７の出力側と、圧縮機７１と、の間に設けられ、インバータ回路１７から圧縮機７１のモータ８１に出力される電流を検出する。

モータ駆動制御装置１は、昇圧制御手段５１、インバータ制御手段５３、及び回路保護手段５５等を備えている。昇圧制御手段５１は、リアクトル電流検出部４１の検出結果と、直流母線電圧検出部４３の検出結果と、に基づいて、スイッチング素子２３にスイッチング信号ＳＳを供給することで、昇圧回路１３の動作を制御する。

なお、昇圧制御手段５１は、回路保護手段５５からの指令に応じて、昇圧回路１３の制御量を制限する。ここで、昇圧回路１３の制御量を制限するとは、昇圧回路１３の制御量の上限を設けるという意味ではなく、昇圧回路１３の制御量を現在よりも低減させるという意味である。

インバータ制御手段５３は、直流母線電圧検出部４３の検出結果と、モータ電流検出部４５の検出結果と、に基づいて、インバータ回路１７の動作を制御する。なお、インバータ制御手段５３は、回路保護手段５５からの指令に応じて、インバータ回路１７の制御量を制限する。

回路保護手段５５は、平滑コンデンサ１５のリプル電流を抑制する。回路保護手段５５は、例えば、リプル電流推定手段６５及びインバータ出力電力演算手段６７等を備えている。インバータ出力電力演算手段６７は、インバータ回路１７の出力電力を演算する。リプル電流推定手段６５は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求める。

回路保護手段５５は、オンデューティ制限手段６１及び圧縮機回転数制限手段６３を備える場合、リプル電流推定手段６５で求めた推定リプル電流に応じて、昇圧回路１３及びインバータ回路１７の少なくとも一方を制御することで、平滑コンデンサ１５のリプル電流を抑制する。

オンデューティ制限手段６１は、昇圧回路１３が動作し、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、スイッチング素子２３のオンデューティを制限することで、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制する。

圧縮機回転数制限手段６３は、昇圧回路１３が動作し、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、圧縮機７１の回転数を制限することで、平滑コンデンサ１５のリプル電流を抑制する。

昇圧制御手段５１、インバータ制御手段５３、オンデューティ制限手段６１、圧縮機回転数制限手段６３、リプル電流推定手段６５、及びインバータ出力電力演算手段６７は、例えば、マイクロプロセッサ等のＣＰＵ等からの指令に応じて、プログラムモジュール等が実行されることで構成されてもよい。

なお、昇圧制御手段５１、インバータ制御手段５３、オンデューティ制限手段６１、圧縮機回転数制限手段６３、リプル電流推定手段６５、及びインバータ出力電力演算手段６７は、説明の便宜上構成を分けているだけであって、それぞれの機能が実現されるものであれば、その構成は特に限定されない。例えば、昇圧制御手段５１、インバータ制御手段５３、オンデューティ制限手段６１、圧縮機回転数制限手段６３、リプル電流推定手段６５、及びインバータ出力電力演算手段６７の上位集合、下位集合、又は部分集合等で構成され、それぞれの機能に相当するものが実行されるものであってもよい。

また、昇圧制御手段５１、インバータ制御手段５３、オンデューティ制限手段６１、圧縮機回転数制限手段６３、リプル電流推定手段６５、及びインバータ出力電力演算手段６７は、布線論理回路で実現されるものであってもよい。

次に、インバータ制御手段５３について詳細に説明する。インバータ制御手段５３は、直流母線電圧検出部４３で検出された直流母線電圧Ｖｄｃと、モータ電流検出部４５で検出されたモータ電流と、に基づいて、インバータ回路１７をＰＷＭ制御する。例えば、インバータ制御手段５３は、予め想定した冷凍能力を得るために、圧縮機７１の回転数を制御する。

具体的には、インバータ制御手段５３は、インバータ回路１７の出力電圧の周波数を調整することで、圧縮機７１の回転数を制御し、圧縮機７１のモータ８１の極対数と、圧縮機７１の回転数と、の積からインバータ回路１７の出力周波数を決定する。

また、インバータ制御手段５３は、冷媒回路５の圧力条件等に応じて定まるモータ８１の負荷トルクに応じた電流をモータ８１に流す必要がある。そこで、インバータ制御手段５３は、モータ電流検出部４５で検出されたモータ電流の情報に基づいて、電圧指令値を演算する。次に、インバータ制御手段５３は、演算した電圧指令値と、直流母線電圧検出部４３で検出された直流母線電圧Ｖｄｃと、に基づいて、次式（１）を用いて変調度Ｋを求める。次に、インバータ制御手段５３は、変調度Ｋに基づいて、インバータ回路１７のそれぞれのスイッチング素子３１をオンさせる時間を求め、ＰＷＭ信号を生成する。

ここで、電圧指令値と、圧縮機７１のモータ８１の回転数とは、ほぼ比例の相関関係がある。よって、インバータ制御手段５３は、圧縮機７１のモータ８１の設定回転数が高くなるにつれ、電圧指令値を増大させるように制御する。

なお、スイッチング素子２３、逆流防止素子２７、及び転流ダイオード３３の材料として、例えば、シリコン（Ｓｉ）素子が用いられるが、特にこれに限定されない。例えば、スイッチング素子２３、逆流防止素子２７、及び転流ダイオード３３の材料として、ワイドバンドギャップ半導体が用いられてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコン（Ｓｉ）素子と比べ、バンドギャップが大きいものであって、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）素子、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の素子、又はダイヤモンド素子で形成された半導体である。

スイッチング素子２３の構成として、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ等の半導体素子で形成されてもよい。逆流防止素子２７の構成として、例えば、ファストリカバリダイオード等の半導体素子で形成されてもよい。

昇圧回路１３の構成素子にワイドバンドギャップ半導体が用いられれば、耐電圧性を高くすることができ、許容電流密度も高くすることができるため、小型化及び高効率化を実現することができる。なお、スイッチング素子２３、逆流防止素子２７、及び転流ダイオード３３の全てではなく何れか１つの素子がワイドバンドギャップ半導体で形成されてもよい。

スイッチング素子３１は、スイッチング素子２３と同様に、炭化珪素（ＳｉＣ）素子等のワイドバンドギャップ半導体が用いられてもよい。

次に、昇圧制御手段５１について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１に含まれる昇圧制御手段５１の概略構成の一例を示す図である。図２に示されるように、昇圧制御手段５１は、目標電圧設定手段９１と、電圧指令値演算手段９２と、電流指令値演算手段９３と、スイッチング信号生成手段９４と、を備えている。

目標電圧設定手段９１は、直流母線電圧Ｖｄｃに対応すると想定される目標電圧値が予め設定されて記憶されている。例えば、目標電圧設定手段９１には、複数の直流母線電圧Ｖｄｃのそれぞれに対応した目標電圧値が設定されて記憶されていてもよい。また、目標電圧設定手段９１には、直流母線電圧Ｖｄｃと、目標電圧値との相関関係が設定されて記憶されていてもよい。目標電圧設定手段９１は、記憶されている目標電圧値を最終目標電圧値として電圧指令値演算手段９２に供給する。

なお、上記で説明したように、直流母線電圧Ｖｄｃは、昇圧動作時に昇圧回路１３から供給される。直流母線電圧検出部４３は、昇圧回路１３から供給される直流母線電圧Ｖｄｃを検出し、検出結果を電圧指令値演算手段９２に供給する。

電圧指令値演算手段９２は、目標電圧設定手段９１から供給された最終目標電圧指令値と、直流母線電圧検出部４３から供給された直流母線電圧Ｖｄｃと、に基づいて、電圧指令値を演算する。電圧指令値演算手段９２は、例えば、比例積分制御、すなわち、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御等を用いることで電圧指令値を演算してもよい。電圧指令値演算手段９２は、演算した電圧指令値を電流指令値演算手段９３に供給する。

電流指令値演算手段９３は、電圧指令値演算手段９２で演算された電圧指令値と、リアクトル電流検出部４１で検出されたリアクトル電流ＩＬと、に基づいて、スイッチング指令値を演算する。電流指令値演算手段９３は、例えば、比例積分微分制御、すなわち、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御等を用いることでスイッチング指令値を演算してもよい。電流指令値演算手段９３は、演算したスイッチング指令値をスイッチング信号生成手段９４に供給する。

スイッチング信号生成手段９４は、電流指令値演算手段９３から供給されたスイッチング指令値に基づいて、スイッチング信号ＳＳを生成する。スイッチング信号ＳＳは、スイッチング素子２３を駆動するための駆動パルス、例えば、ＰＷＭ指令である。スイッチング信号ＳＳは、例えば、次のように生成される。まず、スイッチング信号生成手段９４は、予め設定された周波数の搬送波、例えば、三角波等に、スイッチング指令値を適用する。次に、スイッチング信号生成手段９４は、三角波が、スイッチング指令値と比較して大きい期間をオン状態に変換する。次に、スイッチング信号生成手段９４は、三角波が、スイッチング指令値と比較して小さい期間をオフ状態に変換する。この結果、スイッチング信号ＳＳが生成される。

次に、昇圧回路１３の動作について説明する。まず、三相交流電源３から交流電圧が三相整流器１１に供給される。次に、三相整流器１１は、三相交流電源３から供給された交流電圧を直流電圧に整流し、整流した直流電圧を昇圧回路１３に供給する。昇圧回路１３は、昇圧動作中である場合、三相整流器１１で整流された直流電圧を昇圧する。

具体的には、スイッチング素子２３がオン状態になると、逆流防止素子２７の導通が阻止され、リアクトル２１に三相整流器１１で整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子２３がオフ状態になると、逆流防止素子２７が導通し、スイッチング素子２３がオン状態になるときと逆向きの電圧がリアクトル２１に誘導される。

つまり、スイッチング素子２３がオン状態になったとき、リアクトル２１にエネルギーが蓄積され、スイッチング素子２３がオフ状態になったとき、蓄積されたエネルギーが負荷であるインバータ回路１７へ移送されると考えることができる。そして、スイッチング素子２３のオンデューティが制御されることで、昇圧回路１３の直流母線電圧Ｖｄｃが制御される。

一方、昇圧回路１３は、昇圧動作中でない場合、スイッチング素子２３がオン状態にならない。よって、リアクトル２１にエネルギーが蓄積されない。したがって、昇圧回路１３は、三相整流器１１で整流された直流電圧を昇圧しない。

次に、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流について説明する。昇圧回路１３が動作していない状態では、三相整流器１１で整流された直流電圧は平滑コンデンサ１５に印加される。インバータ出力電力が小さい、すなわち、ほぼ０の場合、平滑コンデンサ１５に印加される電圧は、平滑コンデンサ１５の働きで一定の直流母線電圧Ｖｄｃになる。一方、インバータ出力電力が大きい場合、平滑コンデンサ１５に印加される電圧は、三相交流電源３から供給される交流電圧の周波数に起因した脈動電圧が発生するため、脈動が大きくなる。つまり、平滑コンデンサ１５には次式（２）から得られる電流が流れる。

ここで、Ｃは平滑コンデンサ１５等のコンデンサ容量であり、Ｖは平滑コンデンサ１５等のコンデンサの両端に印加される電圧である。よって、ｄＶ／ｄｔが平滑コンデンサ１５等のコンデンサ両端電圧の時間微分、すなわち、電圧変化の傾きであるため、式（２）は、平滑コンデンサ１５等のコンデンサに印加される電圧を一定に保つような電流が平滑コンデンサ１５等のコンデンサに流れることを表している。

上記で説明したように、インバータ出力電力が大きくなれば、平滑コンデンサ１５に印加される電圧の脈動も大きくなる。そして、一般的に、そのときの脈動電圧の周波数成分は、三相交流電源３の周波数の６倍が主であることが知られている。三相交流電源３の各線間電圧が不平衡となった場合、三相交流電源３の周波数の６倍成分に加え、三相交流電源３の周波数の２倍の脈動電圧が重畳される。そして、三相交流電源３の各線間電圧の不平衡の度合いと、インバータ出力電力と、が大きくなるにつれ、三相交流電源３の周波数の２倍の成分が大きくなる。よって、平滑コンデンサ１５に過大なリプル電流が流れる。

平滑コンデンサ１５等のコンデンサの発熱は、コンデンサに流れる電流の実効値の２乗に比例する関係がある。よって、平滑コンデンサ１５の許容値以上のリプル電流が流れると、平滑コンデンサ１５は異常に発熱し、コンデンサ寿命が劣化し、最悪の場合、平滑コンデンサ１５の破損に至る場合がある。

そこで、平滑コンデンサ１５の両端電圧、すなわち、直流母線電圧検出部４３で検出された電圧値に基づいて、電圧のピーク−ピーク値の差分から直流母線電圧Ｖｄｃの脈動幅を演算し、演算した脈動幅が予め設定された値を超えた場合、インバータ出力電力を抑制し、脈動幅を予め設定された値内に抑えることで、平滑コンデンサ１５の保護の強化を行う装置があった。

ところで、昇圧回路１３が動作している状態では、直流母線電圧Ｖｄｃが一定になるようにスイッチング素子２３のＰＷＭ制御が行われる。よって、上記で説明したように、三相交流電源３の周波数に起因した電圧脈動はなくなるため、直流母線電圧Ｖｄｃは一定値となるが、スイッチング素子２３のスイッチング周波数に起因したリプル電流が平滑コンデンサ１５に流れる。

この結果、脈動幅の検知結果に基づいた保護制御は動作しないため、脈動幅を予め設定された値と比較することで保護制御を行う装置では、平滑コンデンサ１５の許容値以上のリプル電流が流れたとしても、保護が行われない。

そこで、まず昇圧回路１３が動作した場合の平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流について、リプル電流、スイッチング信号ＳＳ、及び直流母線電圧Ｖｄｃのそれぞれの相関関係の観点から図３〜５を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時にモータ駆動制御装置１に含まれる平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時であって、インバータ回路１７のインバータ出力電力が大きい場合の平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１が昇圧動作時であって、スイッチング素子２３のオンデューティが大きい場合の平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の一例を示す図である。

まず、スイッチング素子２３がオンした場合の動作を説明する。スイッチング素子２３がオンしている期間では、平滑コンデンサ１５への充電経路はないため、平滑コンデンサ１５からインバータ回路１７へ出力電力が供給される。その間、直流母線電圧Ｖｄｃは、ほぼ一定の傾きで減少するため、式（２）からも明らかなように、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は、流入する方向をプラスと想定し、流出する方向をマイナスと想定すると、マイナス方向にほぼ一定の電流が流れる。

次に、スイッチング素子２３がオフした場合の動作を説明する。スイッチング素子２３がオフしている期間では、平滑コンデンサ１５への充電経路はあるため、リアクトル２１に蓄積されたエネルギーが、平滑コンデンサ１５及びインバータ回路１７に移送される。よって、直流母線電圧Ｖｄｃは上昇する。したがって、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は流入する方向、すなわち、プラスの方向へ電流が流れる。

ところで、昇圧回路１３が動作している場合のリプル電流は、スイッチング素子２３のスイッチング周波数が主な周波数成分となる。平滑コンデンサ１５の発熱に寄与する成分は、リプル電流の実効値である。よって、平滑コンデンサ１５の発熱量と、図３に示す斜線部分、すなわち、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の量とは比例関係にある。すなわち、平滑コンデンサ１５の発熱量と、リプル電流の時間積分とは、比例関係にある。

また、インバータ回路１７のインバータ出力電力が大きい場合、図４に示されるように、平滑コンデンサ１５から充放電される電荷量が大きくなるため、直流母線電圧Ｖｄｃの変化量、すなわち、直流母線電圧Ｖｄｃの傾きも大きくなる。よって、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の量、すなわち、リプル電流と時間軸とで囲まれた面積、すなわち、リプル電流の時間積分が大きくなるため、平滑コンデンサ１５の発熱量が増加する。

また、昇圧回路１３の昇圧量が大きくなった場合、図５に示されるようになる。昇圧回路１３の昇圧量が増加した場合、すなわち、三相整流器１１の出力電圧が低下した場合、直流母線電圧Ｖｄｃを目標とする電圧に保つため、スイッチング素子２３のオンデューティが大きくなる。よって、リアクトル２１に蓄積されるエネルギーは増大する。したがって、三相交流電源３の電圧が低下した場合であっても、直流母線電圧Ｖｄｃを目標とする電圧まで昇圧することができる。その間、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は、図５に示されるように、図３に示される通常昇圧時と比べ、直流母線電圧Ｖｄｃの変化量が大きくなる。よって、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の量、すなわち、リプル電流と時間軸とで囲まれた面積が大きくなるため、平滑コンデンサ１５の発熱量が増加する。

つまり、直流母線電圧Ｖｄｃの変化量が大きくなれば、リプル電流の時間積分が増加するため、平滑コンデンサ１５の発熱量は増加する。

上記で説明したように、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の量が増大した場合、平滑コンデンサ１５に接続されている配線部及びプリント基板に形成されたパターンの温度は上昇し、さらに、平滑コンデンサ１５の周囲に配置されている各種部品の温度も同時に上昇する。また、一般的には、平滑コンデンサ１５は、昇圧回路１３及びインバータ回路１７に含まれるパワーモジュールのような発熱部品のそばに配置されていることが多いため、さらに温度上昇が厳しくなる。

そこで、本実施の形態１では、昇圧回路１３が動作している場合であっても、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制するために、昇圧回路１３が動作している場合であっても、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の増加を検知し、平滑コンデンサ１５及び平滑コンデンサ１５の周囲に配置されている各種部品の保護を以降で説明するように行う。

（モータ駆動制御装置１の動作）
次に、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の動作について説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるインバータ回路１７のインバータ出力電力、スイッチング素子２３のオンデューティ、及び平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流の相関関係の一例を示す図である。

上記で説明したように、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の変位量は、インバータ出力電力と、スイッチング素子２３のオンデューティとに起因するため、図６に示されるような相関関係が成立する。例えば、インバータ出力電力が大きくなる場合、リプル電流も大きくなるが、リプル電流の大きさはスイッチング素子２３のオンデューティの大きさに応じて変化する。

例えば、スイッチング素子２３のオンデューティが大きい場合、インバータ出力電力に対応するリプル電流の増加量は大きくなる相関関係がある。一方、スイッチング素子２３のオンデューティが小さい場合、インバータ出力電力に対応するリプル電流の増加量は小さくなる相関関係がある。

例えば、図６に示されるように、同一のインバータ出力電力であっても、スイッチング素子２３のオンデューティが小さければ推定リプル電流は大きくなく、スイッチング素子２３のオンデューティが大きければ推定リプル電流は大きくなる。よって、オンデューティの大きさに応じて、推定リプル電流が予め設定された閾値を超える場合と、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えない場合とが生じる。

上記のような相関関係は、例えば、事前に実機試験又はシミュレーション等を行うことで求められる。つまり、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流と、スイッチング素子２３のオンデューティと、インバータ回路１７のインバータ出力電力と、の相関関係が求められればよい。そして、求めた相関関係に基づいて、リプル電流の閾値が決定されればよい。リプル電流の閾値の決定方法は、特に限定されない。例えば、上記で説明したように、平滑コンデンサ１５の発熱量は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の２乗に比例するため、リプル電流の閾値は、平滑コンデンサ１５の温度上昇分が、各種部品の許容温度値を超えないように設定されればよい。

また、平滑コンデンサ１５の周囲の各種部品は、平滑コンデンサ１５の発熱の影響を受ける。また、リプル電流が流れる配線部は、平滑コンデンサ１５の発熱の影響を受ける。そこで、平滑コンデンサ１５の周囲の各種部品の許容温度及びリプル電流が流れる配線部の許容値を基準としてリプル電流の閾値が決定されてもよい。

ここで、スイッチング素子２３のオンデューティは、昇圧制御手段５１の演算結果から求められればよい。インバータ出力電力は、インバータ出力電力演算手段６７の演算結果から求められればよい。具体的には、インバータ出力電力演算手段６７は、モータ電流検出部４５の検出値と、インバータ制御手段５３で演算されるインバータ電圧指令値と、モータ電流検出部４５の検出値とインバータ電圧指令値との位相差θから求めた力率と、に基づいて、次式（３）を用いることで、インバータ出力電力を求める。

ここで、Ｐはインバータ出力電力であり、Ｖはインバータ制御手段５３で演算されるインバータ電圧指令値であり、Ｉはモータ電流検出部４５で検出されたモータ８１に流れる電流Ｉの実効値であり、ｃｏｓθは電圧指令値Ｖとモータ８１に流れる電流Ｉの実効値との位相差θから算出した力率である。

平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は、平滑コンデンサ１５に接続される負荷の合計電力に起因する。よって、例えば、空気調和装置の送風機７９を駆動するためのインバータ回路１７に平滑コンデンサ１５から電力が供給されている場合、インバータ回路１７の出力電力も式（３）を用いて算出し、合計することで平滑コンデンサ１５のリプル電流をさらに正確に推定することができる。なお、インバータ回路１７がない場合、電圧値及び電流値等の情報から消費電力が演算されてもよい。

次に、昇圧回路１３の動作有無に応じた平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定方法を説明する。昇圧回路１３が動作していない領域では、上記で説明したように、直流母線電圧Ｖｄｃの脈動幅からリプル電流が推定されればよい。一方、昇圧回路１３が動作している領域では、図６に示されるような相関関係に基づいて、リプル電流が推定されればよい。この結果、圧縮機７１の全運転領域に対応するリプル電流が推定される。

次に、推定されたリプル電流が、予め設定された閾値を超えた場合の動作について説明する。平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制する手段として、図６から明らかなように、インバータ出力電力を低減する手段と、スイッチング素子２３のオンデューティを低減する手段とがあり、何れか一方又は両方を実施すればよい。

まず、前者のインバータ出力電力を低減する圧縮機回転数制限手段６３の動作について説明する。圧縮機回転数制限手段６３は、インバータ出力電力を低減する手段として、圧縮機７１の回転数を制限する。

インバータ指令電圧と、圧縮機７１の回転数とは、ほぼ比例関係にある。よって、式（３）から明らかなように、圧縮機回転数制限手段６３は、圧縮機７１の回転数を低減させることで、インバータ指令電圧を低下させれば、結果として、インバータ出力電力を抑制することができる。したがって、圧縮機回転数制限手段６３は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制し、平滑コンデンサ１５と、平滑コンデンサ１５の周囲の各種部品と、平滑コンデンサ１５の配線部とのそれぞれの保護を行うことができる。

具体的には、圧縮機回転数制限手段６３は、空気調和装置の安定性を確保するため、例えば、数秒ごとに回転数を数％低減させるようにし、推定リプル電流が予め設定された閾値内に収まる領域まで圧縮機７１の回転数を抑制するように制御する。なお、推定リプル電流の予め設定された閾値付近で圧縮機７１の回転数を安定化させるために、推定リプル電流の予め設定された閾値に対応するヒステリシス領域が設けられてもよい。

次に、後者のスイッチング素子２３のオンデューティを低減するオンデューティ制限手段６１の動作について説明する。オンデューティ制限手段６１は、スイッチング素子２３のオンデューティを低減する手段として、スイッチング素子２３のオンデューティを制限する。

具体的には、昇圧制御手段５１は、三相整流器１１の出力電圧、すなわち、三相交流電源３の電圧値が低下した場合、直流母線電圧Ｖｄｃを目標電圧に保つため、オンデューティを増大するように制御する。しかし、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、昇圧制御手段５１は、オンデューティ制限手段６１からの指令で、スイッチング素子２３のオンデューティを制限するようにし、昇圧量を下げる。すなわち、オンデューティ制限手段６１は、直流母線電圧Ｖｄｃを低下させるようにすることで、リプル電流の量を抑制させることができる。

なお、制御の安定性を確保するために、推定リプル電流の予め設定された閾値に対応するヒステリシス領域が設けられてもよい。また、オンデューティを制限するという意味は、オンデューティの上限に制約をかけるという意味ではなく、オンデューティを現在と比べて減少させるという意味で用いることとする。

ところで、昇圧制御手段５１で演算されるオンデューティは、マイクロコンピュータ等の制御周期ごとに変化する値であり、そのまま用いると制御がハンチングする可能性が想定される。そこで、リプル電流推定手段６５に用いるオンデューティは、昇圧制御手段５１で演算されるものにフィルタリング等の処理が行われ、変化の時定数を大きなものにしておけば、制御の安定性が向上される。例えば、数秒程度の時定数が設定されればよい。

次に、インバータ回路１７の変調度Ｋに応じた処理について説明する。インバータ回路１７の変調度Ｋが１未満の領域では、直流母線電圧Ｖｄｃが低下してもインバータ出力電圧の実効値は変化しない。よって、モータ駆動制御装置１は、インバータ出力電力を低下させることなく、すなわち、空気調和装置に能力に影響を与えることなく、リプル電流を抑制することができる。

一方、インバータ回路１７の変調度Ｋが１以上の領域、又はオンデューティの制限で直流母線電圧Ｖｄｃが低下したことでインバータ回路１７の変調度Ｋが１以上になった場合では、直流母線電圧Ｖｄｃが低下したことで、インバータ出力電力が低下する。この場合、圧縮機７１のような負荷が接続されていると、インバータ制御手段５３は、インバータ出力電力が低下したことで、インバータ出力電力が一定となるようにモータ電流を増加させる。

図７は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１の電流抑制制御例を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理は、推定リプル電流演算処理である。また、ステップＳ１４の処理は、リプル電流増加検知処理である。ステップＳ１５〜ステップＳ１６の処理は、優先動作選択処理である。ステップＳ１７〜ステップＳ２０の処理は、制限制御処理である。ステップＳ２１の処理は、動作終了判定処理である。

（推定リプル電流演算処理）
（ステップＳ１１）
モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作しているか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合、ステップＳ１２に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作していない場合、ステップＳ１３に進む。

（ステップＳ１２）
モータ駆動制御装置１は、インバータ出力電力とオンデューティと推定リプル電流との相関関係に基づいてリプル電流を推定する。

（ステップＳ１３）
モータ駆動制御装置１は、直流母線電圧Ｖｄｃの脈動幅からリプル電流を推定する。

（リプル電流増加検知処理）
（ステップＳ１４）
モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値を超えたか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値を超えた場合、ステップＳ１５に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値を超えない場合、ステップＳ２１に進む。ここで、閾値とは、上記で説明したように、図６に示すような予め設定された閾値である。

（優先動作選択処理）
（ステップＳ１５）
モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋを求める。

（ステップＳ１６）
モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満であるか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満である場合、ステップＳ１７に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満でない場合、すなわち、変調度Ｋが１以上の場合、ステップＳ１８に進む。

（制限制御処理）
（ステップＳ１７）
モータ駆動制御装置１は、オンデューティ制限制御を実行する。

（ステップＳ１８）
モータ駆動制御装置１は、圧縮機回転数制限制御を実行する。

（ステップＳ１９）
モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋを求める。

（ステップＳ２０）
モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満であるか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満である場合、ステップＳ２１に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、変調度Ｋが１未満でない場合、すなわち、変調度Ｋが１以上の場合、ステップＳ１８に進む。

（動作終了判定処理）
（ステップＳ２１）
モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が有るか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が有る場合、処理を終了する。一方、モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が無い場合、ステップＳ１１に戻る。

（モータ駆動制御装置１の効果）
一般的には、モータ８１に流れる電流の過電流を防止するために、モータ電流が予め設定された閾値、例えば、減磁レベル等から決まる値を超えた場合、インバータ制御手段５３は、圧縮機７１の回転数を抑制し、モータ電流を抑制する。よって、オンデューティ制限手段６１が動作し、インバータ出力電力が低下した場合、インバータ制御手段５３がモータ電流を増加することで、減磁レベル等から決まる値を超えるため、圧縮機回転数制限手段６３と同様に、圧縮機７１の回転数を抑制する。この結果、上記で説明した圧縮機回転数制限手段６３の動作と同様に、インバータ制御手段５３は、平滑コンデンサ１５及び平滑コンデンサ１５の周囲の各種部品及び平滑コンデンサ１５の配線部のそれぞれの保護を行うことができる。

よって、圧縮機回転数制限手段６３及びオンデューティ制限手段６１の何れか一方の制御が動作するだけでも、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は低減するため、電流が増加した場合の減磁保護を優先し、圧縮機回転数制限手段６３のみ動作させるようにし、オンデューティ制限手段６１の動作を停止するようにしてもよい。

また、一般的には、インバータ回路１７に含まれるパワーモジュールの損失は、インバータ回路１７のスイッチング素子３１のスイッチング時に発生するスイッチング損失と、スイッチング素子３１がオン状態のときに発生する導通損失とがある。例えば、モータ８１に流れる電流が大きくなると、スイッチング素子３１の損失、特に導通損失が増える。よって、例えば、平滑コンデンサ１５がパワーモジュールのそばに配置されていれば、パワーモジュールからの発熱の影響を受けるため、さらにいっそう平滑コンデンサ１５の温度上昇が厳しくなる。

そこで、オンデューティ制限手段６１は、平滑コンデンサ１５がパワーモジュールから受熱するのを抑えるため、推定リプル電流が予め設定された閾値を超え、変調度Ｋが１以上の領域の場合、圧縮機回転数制限手段６３を優先して動作させる。この結果、パワーモジュールの導通損失の増加が防止される。よって、平滑コンデンサ１５は、パワーモジュールからの受熱が抑制される。

また、スイッチング素子２３及び逆流防止素子２７のような昇圧回路１３に含まれる各種素子の損失については、上記と同様に、スイッチング損失と導通損失とが発生する。しかし、圧縮機回転数制限手段６３が動作を開始すると、インバータ出力電力が低下するため、スイッチング素子２３及び逆流防止素子２７のそれぞれに流れる電流も低下する。この結果、昇圧回路１３の損失も低減するため、モータ駆動制御装置１は、平滑コンデンサ１５に与える熱の影響を抑制することができる。

一方、推定リプル電流が予め設定された閾値を超え、変調度Ｋが１未満の領域の場合、モータ駆動制御装置１は、オンデューティ制限手段６１を優先して動作させる。この結果、上記で説明したように、モータ駆動制御装置１は、空気調和装置の能力を低減させることなく、平滑コンデンサ１５の温度上昇を抑制することができる。

また、モータ駆動制御装置１は、オンデューティ制限手段６１を動作することで、直流母線電圧Ｖｄｃが低下し、変調度Ｋが１以上となった場合、圧縮機７１のモータ８１に流れる電流の増加を防ぐため、オンデューティ制限手段６１から圧縮機回転数制限手段６３へ切り替えるように制御し、リプル電流を予め設定された閾値内に収めてもよい。

以上の説明から、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合でも、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の増加を検知するものである。また、モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、予め設定された閾値内に推定リプル電流が収まるように、昇圧回路１３のオンデューティ及び圧縮機７１の回転数等を制御する。よって、モータ駆動制御装置１は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流に起因する発熱を抑えるため、高い信頼性を確保することができる。

具体的には、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合であっても、昇圧回路１３のオンデューティ及びインバータ回路１７のインバータ出力電力に基づいて、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を推定することができる。そして、モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、インバータ回路１７のインバータ出力電力及び昇圧回路１３の昇圧量のうち、少なくとも一方を制限するように動作する。よって、モータ駆動制御装置１は、コストアップを行うことなく未然に各種部品の発熱を防ぎつつ、高い信頼性を確保することができる。

さらに具体的には、モータ駆動制御装置１は、インバータ回路１７のインバータ出力電力及び昇圧回路１３のスイッチング素子２３のオンデューティに基づいて、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を推定し、推定した推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、インバータ回路１７の変調度Ｋに応じて、圧縮機回転数制限手段６３の動作及びオンデューティ制限手段６１の動作のうち、何れの動作を実行するかの優先度を決定する。この結果、モータ駆動制御装置１は、空気調和装置の能力にできるだけ影響を与えることなく、平滑コンデンサ１５、平滑コンデンサ１５の周囲の各種部品、及び平滑コンデンサ１５の配線部を発熱から保護することができる。したがって、モータ駆動制御装置１は、信頼性の高い空気調和装置を提供することができる。また、モータ駆動制御装置１の動作は、平滑コンデンサ１５の耐熱温度を下げることに相当し、また、平滑コンデンサ１５の容量を小さいものに選定させることに相当するため、コストダウンを図ることができる。

換言すれば、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合であっても、推定リプル電流に応じた制御をすることで、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制することができる。したがって、モータ駆動制御装置１は、高い信頼性を確保することができる。

以上、本実施の形態１において、三相交流電源３から供給された交流電圧を整流する三相整流器１１と、リアクトル２１、スイッチング素子２３、及び逆流防止素子２７を有し、三相整流器１１から供給された直流母線電圧を昇圧する昇圧回路１３と、昇圧回路１３の出力を平滑化する平滑コンデンサ１５と、平滑コンデンサ１５で平滑化された直流母線電圧を交流電圧に変換してモータ８１に出力するインバータ回路１７と、昇圧回路１３の動作を制御する昇圧制御手段５１と、インバータ回路１７の動作を制御するインバータ制御手段５３と、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制する回路保護手段５５と、を備え、回路保護手段５５は、昇圧回路１３に含まれるスイッチング素子２３のオンデューティと、インバータ回路１７の出力電力と、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流と、の相関関係が設定され、スイッチング素子２３のオンデューティと、インバータ回路１７の出力電力と、相関関係と、に基づいて、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求め、該推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、平滑コンデンサ１５のリプル電流を抑制するモータ駆動制御装置１が構成される。

上記構成で、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合であっても、推定リプル電流に応じた制御をすることで、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制することができる。したがって、モータ駆動制御装置１は、高い信頼性を確保することができる。

また、本実施の形態１において、回路保護手段５５は、出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段６７と、インバータ出力電力演算手段６７で演算された出力電力と、昇圧制御手段５１で求められたスイッチング素子２３のオンデューティと、に基づいて、推定リプル電流を求めるリプル電流推定手段６５と、を備えたものであってもよい。

上記構成で、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合であっても、リプル電流の増加を検出することができる。

また、本実施の形態１において、回路保護手段５５は、リプル電流推定手段６５で求められた推定リプル電流が予め設定された閾値を超え、インバータ回路１７の変調度Ｋが１未満の場合、昇圧回路１３のオンデューティを減少させ、昇圧量を低下させるオンデューティ制限手段６１と、リプル電流推定手段６５で求められた推定リプル電流が予め設定された閾値を超え、インバータ回路１７の変調度Ｋが１以上の場合、出力電力を低減させる圧縮機回転数制限手段６３と、をさらに備えたものであってもよい。

上記構成で、モータ駆動制御装置１は、インバータ回路１７の変調度Ｋに応じて、オンデューティ制限手段６１及び圧縮機回転数制限手段６３のうち、何れか一方を動作するときの優先度を設定することができる。

また、本実施の形態１において、スイッチング素子２３及び逆流防止素子２７のうち、少なくとも何れか一方は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されたものである。

上記構成で、昇圧回路１３の耐熱性を高めることができるため、モータ駆動制御装置１を小型化することができる。

また、本実施の形態１において、ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素を用いた素子、窒化ガリウム系材料を用いた素子、又はダイヤモンドを用いた素子である。

上記構成で、モータ駆動制御装置１は、従来の半導体材料のシリコンと比べ、耐熱性の高い素子で構成させることができる。

実施の形態２．
（モータ駆動制御装置１の構成）
実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１について図８及び図９を用いて説明する。実施の形態１で説明したように、インバータ回路１７のインバータ出力電力が大きくなるにつれ、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流が大きくなる相関関係がある。実施の形態１では、インバータ回路１７のインバータ出力電力を抑制手段とすることで、圧縮機７１の回転数を低減する方法について説明した。そこで、本実施の形態２では、空気調和装置の圧力条件を操作する高圧圧力抑制手段６９を用いた構成を説明する。

図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１の概略構成の一例と、モータ駆動制御装置１で駆動する圧縮機７１を備えた冷媒回路５の概略構成の一例と、を示す図である。図８に示されるように、回路保護手段５５は、リプル電流推定手段６５と、インバータ出力電力演算手段６７と、高圧圧力抑制手段６９と、を備えている。また、送風機７９は、凝縮器７３のそばに設けられ、モータ８３と、送風ファン８５と、を備え、凝縮器７３に空気を供給する。なお、送風機７９が凝縮器７３に空気を供給する一例について説明するが、特にこれに限定されない。例えば、送風機７９は、蒸発器７７のそばに設けられ、蒸発器７７に空気を供給してもよい。また、モータ駆動制御装置１は、送風機７９のモータ８３を駆動するものであってもよい。つまり、インバータ回路１７が送風機７９のモータ８３を駆動してもよい。

次に、本実施の形態２の動作原理について説明する。上記で説明した式（３）から明らかなように、インバータ回路１７のインバータ出力電力は、圧縮機７１のモータ８１に流れる電流Ｉに比例している。一般的に、モータ８１に流れる電流の大きさは、モータ８１の負荷トルクに比例する関係がある。そこで、そのような関係を、空気調和装置の圧縮機７１に適用した場合、負荷トルクは、圧縮機７１の圧力条件に応じて決定されることとなる。

例えば、圧縮機７１の圧力が高い場合、圧縮機７１を回転駆動させるため、大きなトルクが必要となる。一方、圧縮機７１の圧力が低い場合、圧縮機７１を回転駆動させるために必要なトルクは小さくなる。よって、圧縮機７１の圧力が低下すれば、モータ８１に流れる電流は低減する。この結果、インバータ回路１７のインバータ出力電力も小さくなる。

上記の説明から、高圧圧力抑制手段６９は、高圧圧力、具体的には、圧縮機７１の吐出圧力を下げるために、例えば、送風機７９の風量を増大させる。すなわち、高圧圧力抑制手段６９は、送風機７９を駆動しているインバータ回路１７の出力周波数を増大させ、送風ファン８５の回転数を高圧圧力抑制用回転数にする。よって、送風機７９に対応するインバータ出力電力は増大するが、空気調和装置の消費電力の大部分を占める圧縮機７１のモータ８１の消費電力、すなわち、圧縮機７１の駆動用のインバータ出力電力は、高圧圧力が低下することで低減される。この結果、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流は抑制される。

なお、高圧圧力抑制手段６９の動作開始条件は、実施の形態１と同様に、推定した推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合とすればよい。

（モータ駆動制御装置１の動作）
図９は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１の電流抑制制御例を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ３１〜ステップＳ３３の処理は、推定リプル電流演算処理である。また、ステップＳ３４の処理は、リプル電流増加検知処理である。また、ステップＳ３５の処理は、制限制御処理である。また、ステップＳ３６の処理は、動作終了判定処理である。

（推定リプル電流演算処理）
（ステップＳ３１）
モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作しているか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作している場合、ステップＳ３２に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、昇圧回路１３が動作していない場合、ステップＳ３３に進む。

（ステップＳ３２）
モータ駆動制御装置１は、インバータ出力電力とオンデューティと推定リプル電流との相関関係に基づいてリプル電流を推定する。

（ステップＳ３３）
モータ駆動制御装置１は、直流母線電圧Ｖｄｃの脈動幅からリプル電流を推定する。

（リプル電流増加検知処理）
（ステップＳ３４）
モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値と比べて大きいか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値と比べて大きい場合、ステップＳ３５に進む。一方、モータ駆動制御装置１は、推定リプル電流が閾値と比べて大きくない場合、ステップＳ３６に進む。ここで、閾値とは、上記で説明したように、図６に示すような予め設定された閾値である。

（制限制御処理）
（ステップＳ３５）
モータ駆動制御装置１は、高圧圧力を抑制する。ここで、高圧圧力を抑制する動作は、上記で説明したように、例えば、送風機７９の回転数を高圧圧力抑制用回転数に上げることである。なお、モータ駆動制御装置１は、送風機７９の回転数を現在の回転数と比べて増加させることで、圧縮機７１の吐出圧力を低下させる。よって、高圧圧力抑制用回転数とは、特に定まった固定値である必要はなく、現在の回転数と比べて高い回転数がその都度設定されればよい。

（動作終了判定処理）
（ステップＳ３６）
モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が有るか否かを判定する。モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が有る場合、処理を終了する。一方、モータ駆動制御装置１は、動作終了指令が無い場合、ステップＳ３１に戻る。

（モータ駆動制御装置１の効果）
以上の説明から、モータ駆動制御装置１は、高圧圧力抑制手段６９を用いることで、圧縮機７１の吐出圧力を下げることができるため、圧縮機７１を駆動させるインバータ出力電力を低減させることができる。よって、モータ駆動制御装置１は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制することができる。したがって、モータ駆動制御装置１は、高い信頼性を確保することができる。

空気調和装置において、例えば、送風機７９の駆動がモータ駆動制御装置１の冷却機能も兼ねている場合、高圧圧力抑制手段６９の動作で送風機７９の風量を増加させることで、昇圧回路１３で使用されるスイッチング素子２３の発熱と、インバータ回路１７で使用されるスイッチング素子３１の発熱、すなわち、パワーモジュールの発熱と、を低減させることができる。よって、パワーモジュールのそばに配置された平滑コンデンサ１５の温度上昇も抑制される。したがって、モータ駆動制御装置１は、さらに保護機能を強化することができる。

なお、本実施の形態２においては、高圧圧力抑制手段６９の圧力操作手段として、送風機７９の風量を上げる手段について説明したが、圧力を低減する手段の一例であり、特にこれに限定されず、その他の手段を用いて高圧圧力が低減されてもよい。

以上、本実施の形態２において、モータ８１は、圧縮機７１、凝縮器７３、絞り装置７５、及び蒸発器７７を有する冷媒回路５の圧縮機７１を駆動し、回路保護手段５５は、リプル電流推定手段６５で求められた推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合、凝縮器７３又は蒸発器７７に送風する送風機７９の回転数を増加させ、圧縮機７１の吐出圧力を低下させる高圧圧力抑制手段６９をさらに備えたものであってもよい。

上記構成で、回路保護手段５５は、圧縮機７１の吐出圧力を下げることができるため、圧縮機７１を駆動させるインバータ出力電力を低減させることができる。よって、回路保護手段５５は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制することができる。したがって、回路保護手段５５は、高い信頼性を確保することができる。

また、上記構成で、高圧圧力抑制手段６９は、空気調和装置の消費電力の大部分を占める圧縮機７１のモータ８１の消費電力、すなわち、圧縮機７１の駆動用のインバータ出力電力を、高圧圧力が低下することで低減させる。この結果、高圧圧力抑制手段６９は、平滑コンデンサ１５に流れるリプル電流を抑制することができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２におけるインバータ出力電力は、本発明における出力電力に相当する。また、実施の形態１及び実施の形態２における圧縮機回転数制限手段６３は、本発明における回転数制限手段に相当する。

１ モータ駆動制御装置、３ 三相交流電源、５ 冷媒回路、１１ 三相整流器、１３ 昇圧回路、１５ 平滑コンデンサ、１７ インバータ回路、２１ リアクトル、２３、３１ スイッチング素子、２５、３３ 転流ダイオード、２７ 逆流防止素子、４１ リアクトル電流検出部、４３ 直流母線電圧検出部、４５ モータ電流検出部、５１ 昇圧制御手段、５３ インバータ制御手段、５５ 回路保護手段、６１ オンデューティ制限手段、６３ 圧縮機回転数制限手段、６５ リプル電流推定手段、６７ インバータ出力電力演算手段、６９ 高圧圧力抑制手段、７１ 圧縮機、７３ 凝縮器、７５ 絞り装置、７７ 蒸発器、７９ 送風機、８１、８３ モータ、８５ 送風ファン、９１ 目標電圧設定手段、９２ 電圧指令値演算手段、９３ 電流指令値演算手段、９４ スイッチング信号生成手段。

Claims (10)

1. 交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
   リアクトル、スイッチング素子、及び逆流防止素子を有し、前記整流器から供給された直流母線電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサで平滑化された直流母線電圧を交流電圧に変換してモータに出力するインバータ回路と、
   前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御手段と、
   前記インバータ回路の動作を制御するインバータ制御手段と、
   前記平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制する回路保護手段と、
   を備え、
   前記回路保護手段は、
   前記昇圧回路に含まれる前記スイッチング素子のオンデューティと、前記インバータ回路の出力電力と、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流と、の相関関係が設定され、
   前記出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、
   前記昇圧制御手段で求められた前記スイッチング素子の前記オンデューティと、前記インバータ出力電力演算手段で演算された前記出力電力と、前記相関関係と、に基づいて、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求めるリプル電流推定手段と、
   前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合に、前記昇圧回路の前記オンデューティを減少させ、昇圧量を低下させるオンデューティ制限手段と、
   を備えたモータ駆動制御装置。
2. 前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が前記閾値を超えた場合に、前記出力電力を低減させる回転数制限手段をさらに備えた請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記オンデューティ制限手段は、前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が前記閾値を超えた場合に、前記インバータ回路の変調度が１未満であれば、前記昇圧回路の前記オンデューティを減少させ、昇圧量を低下させるものであり、
   前記回転数制限手段は、前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が前記閾値を超えた場合に、前記インバータ回路の変調度が１以上であれば、前記出力電力を低減させるものである請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
   リアクトル、スイッチング素子、及び逆流防止素子を有し、前記整流器から供給された直流母線電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサで平滑化された直流母線電圧を交流電圧に変換してモータに出力するインバータ回路と、
   前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御手段と、
   前記インバータ回路の動作を制御するインバータ制御手段と、
   前記平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制する回路保護手段と、
   を備え、
   前記回路保護手段は、
   前記昇圧回路に含まれる前記スイッチング素子のオンデューティと、前記インバータ回路の出力電力と、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流と、の相関関係が設定され、
   前記出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、
   前記昇圧制御手段で求められた前記スイッチング素子の前記オンデューティと、前記インバータ出力電力演算手段で演算された前記出力電力と、前記相関関係と、に基づいて、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求めるリプル電流推定手段と、
   前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が予め設定された閾値を超えた場合に、前記出力電力を低減させる回転数制限手段と、
   を備えたモータ駆動制御装置。
5. 交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
   リアクトル、スイッチング素子、及び逆流防止素子を有し、前記整流器から供給された直流母線電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサで平滑化された直流母線電圧を交流電圧に変換して、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器を有する冷媒回路の前記圧縮機を駆動するモータに出力するインバータ回路と、
   前記昇圧回路の動作を制御する昇圧制御手段と、
   前記インバータ回路の動作を制御するインバータ制御手段と、
   前記平滑コンデンサに流れるリプル電流を抑制する回路保護手段と、
   を備え、
   前記回路保護手段は、
   前記昇圧回路に含まれる前記スイッチング素子のオンデューティと、前記インバータ回路の出力電力と、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流と、の相関関係が設定され、
   前記出力電力を演算するインバータ出力電力演算手段と、
   前記昇圧制御手段で求められた前記スイッチング素子の前記オンデューティと、前記インバータ出力電力演算手段で演算された前記出力電力と、前記相関関係と、に基づいて、前記平滑コンデンサに流れるリプル電流の推定値である推定リプル電流を求めるリプル電流推定手段と、
   前記リプル電流推定手段で求められた前記推定リプル電流が前記予め設定された閾値を超えた場合、前記凝縮器又は前記蒸発器に送風する送風機の回転数を増加させ、前記圧縮機の吐出圧力を低下させる高圧圧力抑制手段と、
   を備えたモータ駆動制御装置。
6. 前記スイッチング素子及び前記逆流防止素子のうち、少なくとも何れか一方は、ワイドバンドギャップ半導体で構成された
   請求項１〜４の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、
   炭化珪素を用いた素子、窒化ガリウム系材料を用いた素子、又はダイヤモンドを用いた素子である
   請求項６に記載のモータ駆動制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置で駆動するモータを備えた圧縮機。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置で駆動するモータと、
   前記モータで駆動する送風ファンと、
   を備えたことを特徴とする送風機。
10. 請求項８に記載の圧縮機及び請求項９に記載の送風機のうち、少なくとも何れか一方を備えた空気調和装置。

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