JP6125295B2 - モータ駆動装置及びその放電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置及びその放電制御方法に関するものである。

従来、バッテリから供給される直流電力をインバータによって三相交流電力に変換し、三相交流電力をモータに供給することにより、モータを駆動するモータ駆動装置が知られている。
このようなモータ駆動装置には、インバータの入力側に直流電圧を平滑化する平滑コンデンサが設けられている。一般的に、モータの運転停止時には、バッテリの電力消費を抑えるために、バッテリとコンデンサとは接続が遮断される。しかしながら、このときコンデンサには電荷が蓄えられた状態とされているため、この電荷を速やかに放電する必要がある。

コンデンサの電荷放電の一つとして、例えば、コンデンサの両端に放電抵抗を接続することが考えられる。しかしながら、放電抵抗を配置することは、装置の大型化を招くこととなり、好ましくない。

また、コンデンサの電荷をモータに流すことにより、放電する方法も提案されている。例えば、特許文献１には、ロータの磁極位置を検出し、トルク電流成分Ｉｑをゼロに設定し、励磁電流成分Ｉｄを所定値とすることで、モータを回転させることなく、コンデンサに蓄えられたエネルギーをモータの巻線で消費させる方法が開示されている。

特開平９−７０１９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている放電方法では、磁極位置を検出することが必要とされるため、例えば、位置センサが設けられていない位置センサレスモータに適用することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、位置センサレスモータに接続されている場合であっても、モータを回転させることなく、モータを用いたコンデンサの放電を実施することのできるモータ駆動装置及びその放電制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、前記インバータの入力側に設けられたコンデンサと、前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記モータの運転停止後において前記モータのロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、推定された該ロータ位置に基づいて前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する放電制御手段とを備えるモータ駆動装置であって、前記ロータ位置推定手段は、予め設定されている３つのスイッチングパターンの各々について、前記コンデンサの両端電圧の測定値と前記インダクタンス推定値とを用いて、前記モータが回転及び振動しないような電圧パルス幅を算出するパルス幅算出手段と、該スイッチングパターン毎に、前記パルス幅算出手段によって算出された電圧パルス幅で電圧を印加し、インダクタンスをそれぞれ算出するインダクタンス算出手段と、前記インダクタンス算出手段によって算出された各前記スイッチングパターンにおけるインダクタンスを用いてロータ位置を推定する位置推定手段とを備えるモータ駆動装置である。

上記モータ駆動装置によれば、モータが回転及び振動しないようなパルス電圧幅を予め演算により求め、このパルス電圧幅で電圧を与えた時のモータ電流、コンデンサ両端電圧を検出し、この検出値に基づいて巻線のインダクタンスを算出して、ロータの位置を推定する。これにより、モータを回転及び振動させることなくロータ位置を推定することが可能となる。従って、ロータ位置が検出された後は、ロータが回転しにくい巻線位置に対して電流を流せばよく、モータを回転及び振動させずに、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させることが可能となる。

上記モータ駆動装置において、前記パルス幅算出手段は、各前記スイッチングパターンにおいて、決定したパルス幅の電圧を印加したときのモータ電流が、予め設定されている適正範囲に入るまで、前記電圧パルス幅を繰り返し算出し、前記インダクタンス算出手段は、モータ電流が前記適正範囲に入ったときのコンデンサ両端電圧の測定値及びモータ電流の測定値を用いて、インダクタンスを算出することとしてもよい。

このように、モータ電流が適正範囲内となるまで電圧パルス幅の演算を繰り返し行うので、モータを回転及び振動させることなく、ロータの位置推定を行うことが可能となる。

上記モータ制御装置において、前記放電手段は、前記位置推定手段によって推定されたロータ位置に基づいて決定されるスイッチング素子を、所定のスイッチング周波数でスイッチングすることにより、モータ電流を一方向に流し、前記所定のスイッチング周波数は、可聴域の周波数以上、かつ、可聴域の最小周波数の二倍以下の範囲に設定されることが好ましい。

このように、モータ電流を一方向に流すようにスイッチングを行うことにより、騒音を低減することが可能となる。

上記モータ駆動装置において、前記ロータ位置推定手段は、いずれかのスイッチングパターンにおいて、モータ電流がゼロであった場合、または、モータ電流が前記モータの回転及び振動しない最大許容電流に基づいて決定された第１上限値を超えた場合に、異常検出として、ロータ位置推定を行わないこととしてもよい。

このようなモータ駆動装置によれば、異常が検出された場合には速やかにロータ位置推定を終了するので、例えば、異常な電流がモータに流れ、モータを回転させてしまう事象を回避することが可能となる。

上記モータ駆動装置において、前記インダクタンス算出手段によって算出されたインダクタンスが予め設定されている許容範囲外であった場合に異常検出として、ロータ位置推定を行わないこととしてもよい。

このようなモータ駆動装置によれば、異常が検出された場合には速やかにロータ位置推定を終了するので、例えば、異常な電流がモータに流れ、モータを回転させてしまう事象を回避することが可能となる。

上記モータ駆動装置において、前記異常を検出した場合において、前記放電制御手段は、異常が検出されたスイッチングパターン以外のスイッチングパターンにおいて、モータが回転及び振動しない電流値で、かつ、所定のスイッチング周波数で、一方向にモータ電流を流すこととしてもよい。

このようなモータ駆動装置によれば、異常判定がなされた場合であっても、モータが回転及び振動しない電流範囲において、コンデンサの放電制御を行うことが可能となる。

上記モータ駆動装置において、所定のスイッチング周波数は、可聴域の周波数以上、かつ、可聴域の最小周波数の二倍以下の範囲に設定されることとしてもよい。

このようなモータ駆動装置によれば、放電時における騒音を低減させることが可能となる。

上記モータ駆動装置において、前記放電制御手段は、放電制御を行っている期間であり、かつ、モータ電流が予め設定された閾値以上である場合に、放電制御を停止することとしてもよい。

このようなモータ駆動装置によれば、放電制御手段による放電制御中に、モータ電流が予め設定された閾値以上となった場合には、放電を停止させるので、例えば、モータの回生電流がコンデンサに流れ込むことにより、コンデンサが充電されるような事象が生じた場合でも、早期にこの事象を検知して、コンデンサの充電を停止させることができる。

本発明の第２態様は、直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、前記インバータの電力入力側に設けられたコンデンサとを備えるモータ駆動装置に適用される前記コンデンサの放電制御方法であって、前記インバータの一相の高電圧側のスイッチング素子をオン、他の二相の低電圧側スイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするというスイッチングパターンを各相について順番に設定する工程と、設定された前記スイッチングパターンについて、前記コンデンサの両端電圧の測定値と前記モータのインダクタンス推定値とを用いて、前記モータが回転及び振動しないような電圧パルス幅を算出する工程と、設定された前記スイッチングパターンにおいて、算出した前記電圧パルス幅で電圧を印加し、インダクタンスをそれぞれ算出する工程と、各前記スイッチングパターンにおいて算出したインダクタンスを用いて、ロータ位置を推定する工程と、推定したロータ位置に基づいてモータ電流を流し、前記コンデンサに蓄えられた電荷の放電を行う工程とを有するモータ駆動装置の放電制御方法である。

上記モータ駆動装置の放電制御方法において、１つ前に設定されたスイッチングパターンにおいてインダクタンスを算出したときの前記コンデンサの両端電圧及びインダクタンスを、次に設定されるスイッチングパターンにおける電圧パルス幅の算出工程で流用することとしてもよい。

このように、ひとつ前のスイッチングパターンにおけるコンデンサの両端電圧及びインダクタンスを次のスイッチングパターンにおける電圧パルス幅の算出工程で流用するので、より一層信頼性の高い情報を用いて電圧パルス幅を算出することが可能となる。

本発明によれば、位置センサレスモータに接続している場合であっても、モータを回転させることなく、モータを用いたコンデンサの放電を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。 インバータ制御装置が備える各種機能のうち、平滑コンデンサの放電に関する機能を展開して示した機能ブロックを示している。 各スイッチングパターンの一例を示した図である。 ロータ位置推定部によって実行されるロータ位置推定処理の処理手順を示したフローチャートである。 モータ電流の検出タイミングの一例を示した図である。 スイッチング周波数１０ｋＨｚでモータ電流を流した場合の周波数[Ｈｚ]と騒音[ｄＢ]の関係を示す。 放電制御を行っている期間中に、モータの回生電流によって平滑コンデンサが充電されるときのコンデンサ両端電圧とモータ電流との関係の一例を示した図である。 モータ電流に基づいて放電制御を停止した場合のコンデンサ両端電圧とモータ電流との関係の一例を示した図である。 車両の運転停止から放電制御が終了するまでの各部の動作を概略的に示したタイミングチャートである。

以下、本発明のモータ駆動装置及びその放電制御方法が、車載空気調和機の電動圧縮機のモータ駆動に適用された場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明のモータ駆動装置及びその放電制御方法は、この適用例に限定されることなく、様々なモータの駆動に適用可能である。

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置１の概略構成を示した図である。図１において、インバータ２は、Ｐ極およびＮ極の直流母線３ａ、３ｂによって直流電源３と接続されている。Ｐ極の直流母線３ａには、コイル４が接続されている。Ｐ極の直流母線３ａとＮ極の直流母線３ｂとの間には、平滑コンデンサ５が接続されている。コイル４及び平滑コンデンサ５により、ローパスフィルタ７が形成されている。

インバータ２は各相に対応して設けられた上アームのスイッチング素子Ｓ_１ｕ、Ｓ_１ｖ、Ｓ_１ｗと下アームのスイッチング素子Ｓ_２ｕ、Ｓ_２ｖ、Ｓ_２ｗとを備えており、これらのスイッチング素子がインバータ制御装置（制御手段）１０により制御されることにより、直流電力からモータ８に供給される３相交流電力が生成される。モータ８には、負荷として電動圧縮機（図示略）が接続されている。

平滑コンデンサ５には、両端電圧を検出するための電圧センサ１１が設けられている。また、インバータ２とモータ８との間には、モータ電流を検出するための電流センサ１２が設けられている。電圧センサ１１、電流センサ１２の測定値は、インバータ制御装置１０に出力される。図１では、電流センサ１２によりモータ８に流れる電流を検出することとしているが、これに代えて、インバータ２と平滑コンデンサ５との間の直流母線３ｂに電流センサ１２を設けることとしても良い。

インバータ制御装置１０は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。

インバータ制御装置１０は、モータ８の回転速度が上位の制御装置（図示略）から与えられるモータ速度指令に一致させるようなゲート駆動信号を相毎に生成し、これらをインバータ２の各相に対応するスイッチング素子に与えることでインバータ２を制御し、所望の３相交流電流をモータ８に供給する。また、インバータ制御装置１０は、モータ停止時において、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷を放電するための放電制御を行う。

図２は、インバータ制御装置１０が備える各種機能のうち、平滑コンデンサ５の放電に関する機能を展開して示した機能ブロックを示している。インバータ制御装置１０は、ロータ位置を推定するロータ位置推定処理を行うロータ位置推定部２０と、推定されたロータ位置に基づいてインバータ２を制御することにより、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷を放電する放電制御部３０とを備えている。

ロータ位置推定部２０は、記憶部２１、パルス幅算出部２２、インダクタンス算出部２３、位置推定部２４を主な構成として備えている。
記憶部２１には、第１スイッチングパターン、第２スイッチングパターン、第３スイッチングパターンの３つのスイッチングパターンが格納されている。第１から第３スイッチングパターンはいずれも、インバータ２の一相の高電圧側のスイッチング素子をオン、他の二相の低電圧側スイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするというスイッチングパターンを各相についてそれぞれ設定したものである。

図３は、各スイッチングパターンの一例を示した図である。図３に示すように、第１スイッチングパターンは、Ｕ相の高電圧側のスイッチング素子Ｓ_１ｕをオン、Ｖ相、Ｗ相の低電圧側のスイッチング素子Ｓ_２ｖ、Ｓ_２ｗをオン、それ以外のスイッチング素子Ｓ_１ｖ、Ｓ_１ｗ、Ｓ_２ｕをオフとする。第２スイッチングパターンは、Ｖ相の高電圧側のスイッチング素子Ｓ_１Ｖをオン、Ｗ相、Ｕ相の低電圧側のスイッチング素子Ｓ_２Ｗ、Ｓ_２Ｕをオン、それ以外のスイッチング素子Ｓ_１Ｗ、Ｓ_１Ｕ、Ｓ_２Ｖをオフとする。第３スイッチングパターンは、Ｗ相の高電圧側のスイッチング素子Ｓ_１Ｗをオン、Ｕ相、Ｖ相の低電圧側のスイッチング素子Ｓ_２Ｕ、Ｓ_２Ｖをオン、それ以外のスイッチング素子Ｓ_１Ｕ、Ｓ_１Ｖ、Ｓ_２Ｗをオフとする。
更に、記憶部２１には、後述するロータ位置推定処理において用いられる各種初期値や比較値等が格納されている。

パルス幅算出部２２は、上記第１〜第３スイッチングパターンの各々について、ロータ位置を検出するためにモータ８に印加する電圧パルスのパルス幅を算出する。例えば、パルス幅は、平滑コンデンサ５の両端電圧の測定値とモータ８のインダクタンス推定値とを用いて決定される。

インダクタンス算出部２３は、スイッチングパターン毎に、パルス幅算出部２２によって決定された電圧パルス幅で電圧を印加したときのモータ電流値を用いて、インダクタンスをそれぞれ算出する。
位置推定部２４は、第１〜第３スイッチングパターンのそれぞれにおいて算出されたインダクタンスを用いて、ロータ位置を推定する。

次に、上述したロータ位置推定部２０によって実行されるロータ位置推定処理の処理手順について図４を参照して説明する。ここでは、第１〜第３スイッチングパターンについて順番にそれぞれインダクタンスを算出し、その後、これらのインダクタンス値を用いてロータ位置推定を行う場合について例示するが、処理手順についてはこれに限定されない。

ここで、ロータ位置推定処理は、モータの運転が停止された後に、直流電源３と平滑コンデンサ５との接続が遮断されたことが検出された場合または上位制御装置（図示略）から所定の通信媒体を介してその旨が通知された場合に開始される。
上記接続の遮断検出については、例えば、主回路電圧を監視することにより行われる。また、上記通信媒体の一例としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）／ＬＩＮ（Local Interconnect Network）等の無線通信であってもよいし、有線による通信であってもよい。

〔第１スイッチングパターンのインダクタンス計算処理〕
まず、コンデンサの両端電圧Ｖ０を電圧センサ１１から取得し（ステップＳＡ１）、取得した電圧Ｖ０を電圧Ｖに設定する（ステップＳＡ２）。次に、記憶部２１に記憶されているモータインダクタンスの最小値Ｌ０をインダクタンスＬに設定する（ステップＳＡ３）。続いて、電圧Ｖ、インダクタンスＬ、予め記憶部２１に記憶されている目標電流値ｄｉ０を用いて、電圧パルス幅を算出する（ステップＳＡ４）。具体的には、電圧パルス幅ｄｔ０は、以下の（１）式を用いて算出される。

ｄｔ０＝Ｌ／Ｖ×ｄｉ０ （１）

ここで、インバータ出力電圧は、平滑コンデンサ５に蓄えられた電荷量に応じて変化し、インダクタンス値はロータ位置によって変化する。また、インダクタンスとモータ電流とは逆比例の関係にあるため、例えば、インダクタンスの初期値を最小値Ｌ０に設定しておくことで、そのときに流れるモータ電流を最大に見積ることができる。また、目標電流値ｄｉ０は、後述する適正範囲の上限値と下限値との間で所定の値、例えば、上限値と下限値との中間値に設定されている。
このように、初期インダクタンスＬを最小値Ｌ０に、目標電流値ｄｉ０を適正範囲の中間値に設定することで、モータ電流を適正範囲内とするパルス幅を算出できる確率を高めることができる。

次に、ステップＳＡ４で算出した電圧パルス幅ｄｔ０が予め設定されている許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＡ５）。すなわち、ｄｔ＿ｍｉｎ≦ｄｔ０≦ｄｔ＿ｍａｘの条件を満たすか否かを判定する。この結果、許容範囲外であれば、異常判定し、処理を終了する。
一方、ステップＳＡ５において、電圧パルス幅ｄｔ０が許容範囲内であると判定された場合には、第１スイッチングパターン（図３参照）において、電圧パルス幅ｄｔ０の電圧がモータ８に出力される（ステップＳＡ６）。この結果、Ｕ相（＋）からＶ相（−）、Ｗ相（−）に電流が流れ、このときのモータ電流が電流センサ１２（図１参照）によって検出され、この検出電流ｄｉ１が入力される（ステップＳＡ７）。また、電圧印加後におけるコンデンサ両端電圧Ｖ１が電圧センサ１１によって検出され、この検出値が入力される（ステップＳＡ８）。

ここで、電流センサ１２は、電圧パルスが印加されている期間が終了する直前において電流を検出することが好ましい。これは、図５に示すように、電圧パルスが印加されている期間のみ電流が流れ、電圧パルスが印加されていない期間においては、モータ電流がゼロとなるからである。したがって、電流センサ１２は、インバータ制御装置１０によるスイッチング制御と同期し、パルス時間が終了する間際の所定のタイミングにおいて、モータ電流を検出するものとする。

次に、検出電流ｄｉ１が位置推定可能範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＡ９）。具体的には、検出電流ｄｉ１が０よりも大きく、かつ、予め設定されている第１上限値ｄｉｍａｘ＿１以下であったか否かを判定する。ここで、第１上限値ｄｉｍａｘ＿１は、モータが回転及び振動しない最大許容電流に所定のマージンを考慮して設定された値とされている。
この結果、検出電流ｄｉ１が位置推定可能範囲外であった場合には、ロータ位置推定が不可能であると判断し、位置推定処理を終了する。

一方、検出電流ｄｉ１が位置推定可能範囲内であった場合には、検出電流ｄｉ１が適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＡ１０）。ここで、適正範囲の下限値は位置推定が可能とされる最小値よりも大きい値に設定され、上限値は第１上限値ｄｉｍａｘ＿１以下に設定されている。
この結果、検出電流ｄｉ１が適正範囲外である場合には（ステップＳＡ１０において「ＮＯ」）、繰り返し回数が所定回数を超えたか否かを判定する（ステップＳＡ１１）。この結果、所定回数以下であれば、コンデンサ両端電圧ＶにＶ１を設定し（ステップＡ１２）、ステップＳＡ４に戻り、電圧パルス幅ｄｔ０の算出を再度行う。

これにより、適正範囲内の検出電流ｄｔ１が得られるまで、電圧パルス幅ｄｔ０の再設定が繰り返し行われることとなる。また、電圧パルス幅の再設定を所定回数行っても、検出電流ｄｉ１を適正範囲内とすることができなかった場合には（ステップＳＡ１１において「ＹＥＳ」）、異常判定を行い、ロータ推定処理を終了する。

一方、ステップＳＡ１０において、検出電流ｄｉ１が適正範囲内であった場合には、コンデンサ両端電圧Ｖ１及び検出電流ｄｉ１を用いて、第１スイッチングパターンの場合のインダクタンスＬ１を算出する（ステップＳＡ１３）。具体的には、インダクタンスＬ１は、以下の（２）式で算出される。

Ｌ１＝Ｖ１×ｄｔ０／ｄｉ１ （２）
ここで、ｄｔ０は、ステップＳＡ４で算出された電圧パルス幅である。また、ここで算出されるインダクタンスＬ１は、電流が流れた巻線の合成インダクタンスとなる。

続いて、インダクタンスＬ１が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＡ１４）。この結果、許容範囲外である場合には、ロータ位置推定が不可能であると判定し、位置推定処理を終了する。一方、インダクタンスＬ１が許容範囲内であった場合には、インダクタンスＬ１を第１スイッチングパターンと対応付けて記憶部２１に格納する（ステップＳＡ１５）。

続いて、インダクタンスＬにＬ１を設定し、コンデンサ両端電圧ＶにＶ１を設定して、次の第２スイッチングパターンにおけるインダクタンス算出処理に移行する（ステップＳＡ１６）。第２スイッチングパターンにおけるインダクタンス算出処理は、基本的には、上述した第１スイッチングパターンにおけるインダクタンス算出処理と同様である。ただし、第２スイッチングパターンのインダクタンス算出処理では、コンデンサ両端電圧ＶにＶ１が、インダクタンスＬにＬ１がすでに設定されているので、上述したステップＳＡ１からＳＡ３を省略し、ステップＳＡ４における電圧パルス幅の計算が行われることとなる。
また、同様に、第３スイッチングパターンのインダクタンス算出処理においても、第２スイッチングパターンのインダクタンス算出処理におけるインダクタンスＬ２、コンデンサ両端電圧Ｖ２を流用することが可能である。

このようにして、第１から第３スイッチングパターンのインダクタンス計算処理において、それぞれインダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３が算出されると、位置推定部２４において、ロータ位置の推定が行われる。具体的には、事前に用意されているインダクタンスとロータ位置との関係を用いて、インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３からロータ位置を推定する。なお、このロータ位置の推定方法については、特開２００１−１３６７７９号公報に詳述されているので、ここでの説明は省略する。

このようにして、ロータ位置推定部２０によるロータ位置推定処理が終了すると、放電制御部３０によるコンデンサ放電制御が行われる。
具体的には、ロータ位置推定部２０によってロータ推定が正常に行われた場合には、放電制御部３０は、推定したロータ位置に基づいてトルクが発生しにくい巻線に対して放電電流を流す。ロータ位置が推定された後の放電手法については、公知の手法を採用することができる。
例えば、トルクの発生しないモータの励磁用成分ｉｄのみに電流を流すよう制御を行う。また、モータの励磁用成分ｉｄのみでなく、トルクの発生するトルク用成分ｉｑにもランダムに電流を流すことで放電を行うこととしてもよい。

また、上記放電手法の具体例として、トルクが発生しにくい巻線に対応するスイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオンオフすることにより、放電電流を断続的に流す手法を採用することとしてもよい。このとき、モータ８に対して、一方向電流ではなく、交番電流を流すことも考えられるが、以下の理由から一方向電流とした方が好ましい。

すなわち、所定の周波数で繰り返しスイッチングを実施した場合、インバータから騒音が発生する。図６に、スイッチング周波数１０ｋＨｚでモータ電流を流した場合の周波数[Ｈｚ]と騒音[ｄＢ]の関係を示す。図６において実線は電流を一方向に流した場合、点線は交番電流を流した場合である。

電流が一方向の場合には、スイッチング周波数とほぼ同じ周波数である１０ｋＨｚ周辺に騒音のピークが発生しているのに対し、電流を交番させた場合には、スイッチング周波数の半分の５ｋＨｚに騒音のピークが発生している。したがって、交番電流とした場合には、スイッチング周波数の半分にあたる周波数が可聴域以上でなければ、騒音を低減することは難しい。しかし、周波数を高くすれば処理周期は短くなるため、制御装置における演算負担が増加し好ましくない。
これに対し、一方向の電流であれば、周波数を可聴域以上に設定することで、容易に騒音を低減させることが可能である。

以上の点から、本実施形態では、可聴域以上の周波数で、なるべく小さな周波数をスイッチング周波数に設定し、モータが回転及び振動しない範囲でのモータ電流をモータに流すことで、平滑コンデンサ５の放電を行うこととした。具体的には、モータ電流を、モータの摩擦力とコギングトルクの合計以下であるトルクが発生する値以下に制限する。ここで、モータトルクＴの理論式は、以下の（３）式で与えられる。

Ｔ＝ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ×Ｉｑ＋ｐ×φ×Ｉｑ （３）

（３）式において、ｐはモータ極対数、Ｌｄはモータのｄ軸インダクタンス、Ｌｑはモータのｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流、φはモータ磁束である。
そして、モータに流す電流によって発生するトルクＴ´が上記理論式で得られたトルクＴに安全係数α（０＜α≦１）を乗じた値よりも小さくなるような、すなわち、以下の（４）式を満たすようなモータ電流を流すこととする。
Ｔ´＜Ｔ×α （４）
なお、騒音よりもトルクの発生を抑えることに重点を置く場合には、交番電流を流す方が好ましいといえる。

一方、上記ロータ位置推定部２０において、異常判定（例えば、一相内部短絡、相間短絡、断線などが原因の一例として挙げられる）がなされ、ロータ位置が推定できなかった場合には、異常が発生していない相間、例えば、インダクタンスの計算が正常に行われたスイッチングパターンにおいて、モータが回転及び振動する電流値以下のモータ電流を流すことにより、平滑コンデンサ５に蓄電された電荷を放出する。例えば、上記フローでは、異常判定がされた時点でロータ位置推定処理を終了していたが、これに代えて、異常判定がされた場合であっても、他のスイッチングパターンにおけるインダクタンスの算出を行うこととしてもよい。
この場合、例えば、所定のスイッチング素子を所定の周波数でスイッチングすることにより、所定の巻線に対して断続的に電流を流すことが考えられる。この場合、上述したように、騒音の観点を重視するのであれば電流を一方向に、トルク抑制を重視するのであれば、交番電流を流すことが好ましい。

以上、本実施形態に係るモータ駆動装置及びその放電制御方法によれば、モータが回転及び振動しない範囲のパルス電圧幅を予め演算によって求め、このパルス幅で電圧を印加し、そのときのモータ電流、コンデンサ両端電圧に基づいてインダクタンスを算出し、このインダクタンスを用いてロータの位置を推定する。これにより、モータを回転及び振動させることなくロータ位置を推定することが可能となる。この結果、モータが回転しにくい巻線位置を特定することができ、その巻線位置に電流を流すことで、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を速やかに放電させることが可能となる。また、放電電流を一方向に流すこととし、更に、スイッチング周波数を可聴域における可能な限り小さな周波数に設定することにより、騒音を低減させることが可能となる。
更に、異常判定がなされた場合であっても、モータが回転及び振動しない電流範囲において、平滑コンデンサ５の放電制御を行うことができる。

なお、本実施形態に係るモータ駆動装置及びその放電制御方法においては、平滑コンデンサ５の放電制御を行っている場合に、モータ８に接続されている電動圧縮機の冷媒の負圧によってモータ８が回転してしまう可能性がある。このような状態において、平滑コンデンサ５の放電制御が行われると、モータ８の回転による逆起電力と放電制御によるスイッチングの状態によっては、モータ８の回生電流が平滑コンデンサ５に流れ込み、平滑コンデンサ５が充電されてしまう。

図７に、放電制御を行っている期間中に、モータ８の回生電流によって平滑コンデンサ５が充電されるときのコンデンサ両端電圧とモータ電流との関係の一例を示す。図７から、モータ８の回生が開始されると、６ｍｓ程度で平滑コンデンサ５が放電前の状態まで充電されてしまうことがわかる。
従って、このようなモータ８の回生電流による平滑コンデンサ５の充電を早期に検知し、平滑コンデンサ５の充電を停止させる必要がある。

上記回生電流による平滑コンデンサ５の充電を防止する対策として、例えば、電圧センサ１１の検出値が、予め設定されている規定値以上に上昇したことを検知した場合に、放電制御部３０による放電制御を停止させる方法が考えられる。しかしながら、電圧センサ１１には、スイッチング時のノイズ除去のため、比較的大きな時定数（例えば、２００ｍｓ）を有するフィルタが使用されている場合があり、この場合には、コンデンサ両端電圧の検出速度が追い付かず、図７に示したような６ｍｓ程度で発生する電圧上昇には対応することができない。

これに対し、電流センサ１２によるモータ電流の測定は、平滑コンデンサ５の充電速度に対して十分対応できる時間間隔（例えば、５０μｓ程度）で行われるため、平滑コンデンサ５の充電を十分早期に検知することが可能である。そこで、放電制御部３０による放電制御が行われている期間において、モータ電流（電流センサ１２の測定値）が所定の閾値以上であることを検知した場合には、放電制御部３０による放電制御、すなわち、スイッチングを停止し、全てのスイッチング素子Ｓ_１ｕ、Ｓ_１ｖ、Ｓ_１ｗ、Ｓ_２ｕ、Ｓ_２ｖ、Ｓ_２ｗを開放状態とすることで、モータ８の回生電流が平滑コンデンサ５に流れ込むことを防止する。これにより、図８に示すように、平滑コンデンサ５の充電を停止させることができ、図７に示すような、平滑コンデンサ５の充電を回避することができる。また、放電制御部３０によって放電制御が停止された後は、例えば、自由放電により平滑コンデンサ５の電荷を放電させることとする。

図９は、車両の運転停止から放電制御が終了するまでの各部の動作を概略的に示したタイミングチャートである。
図９に示すように、運転者によってキーがオフにされると、上位システムにより電動圧縮機作動停止指令が出力されるとともに、所定の時間遅延をもって圧縮機の主電源がオフされる。インバータ制御装置１０は、上位システムから圧縮機作動停止指令を受信すると、インバータ２の作動を停止する。これにより、モータ８の回転数が徐々に低下する。続いて、所定の条件が満たされることにより、上位システムからインバータ制御装置１０に放電制御指令が出力されると、インバータ制御装置１０は平滑コンデンサ５の放電に関する制御を開始する。これにより、モータ８のロータ位置が推定され、推定されたロータ位置に基づく放電制御が放電制御部３０によって実施される。これにより、所定のスイッチング素子を介してコンデンサ５の電流がモータ８に流れ、コンデンサ両端電圧が低下する。このとき、上述したようなモータ８の回生電流が発生しなければ、図９の点線のように、コンデンサ両端電圧が徐々に低下し、所定の電圧（ここでは、６０Ｖ）まで低下したところで、放電制御が停止されることとなる。しかしながら、モータ８が逆回転することにより、回生電流が平滑コンデンサ５に流れる場合には、図９の実線のように、コンデンサ両端電圧が充電方向に反転する。そして、モータ電流が所定の閾値以上となったときにそのことが検知され、放電制御部３０によって放電制御が停止され、全てのスイッチング素子が開放状態のまま維持される。その後は、自然放電により緩やかにコンデンサ両端電圧が低下する。

このように、放電制御部３０による放電制御中であり、かつ、モータ電流が予め設定された閾値以上である場合には、放電制御部３０による放電を停止させるので、例えば、モータ８の回生電流が平滑コンデンサ５に流れ込むことにより、平滑コンデンサ５が充電されるような事象が生じた場合でも、早期にこの事象を検知して、平滑コンデンサ５の充電を停止させることができる。

１ モータ駆動装置
２ インバータ
３ 直流電源
３ａ、３ｂ 直流母線
５ 平滑コンデンサ
８ モータ
１０ インバータ制御装置
１１ 電圧センサ
１２ 電流センサ
２０ ロータ位置推定部
２１ 記憶部
２２ パルス幅算出部
２３ インダクタンス算出部
２４ 位置推定部
３０ 放電制御部
Ｓ_１ｕ、Ｓ_１ｖ、Ｓ_１ｗ、Ｓ_２ｕ、Ｓ_２ｖ、Ｓ_２ｗ スイッチング素子

Claims (10)

1. 直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、前記インバータの入力側に設けられたコンデンサと、前記インバータを制御する制御手段と、モータ電流を検出するモータ電流検出手段とを備え、前記制御手段が、前記モータの運転停止後において前記モータのロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、推定された該ロータ位置に基づいて前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する放電制御手段とを備えるモータ駆動装置であって、
   前記ロータ位置推定手段は、
   予め設定されている３つのスイッチングパターンの各々について、前記コンデンサの両端電圧の測定値と前記モータのインダクタンス推定値とを用いて、前記モータが回転及び振動しないような電圧パルス幅を算出するパルス幅算出手段と、
   該スイッチングパターン毎に、前記パルス幅算出手段によって算出された電圧パルス幅で電圧を印加し、インダクタンスをそれぞれ算出するインダクタンス算出手段と、
   前記インダクタンス算出手段によって算出された各前記スイッチングパターンにおけるインダクタンスを用いてロータ位置を推定する位置推定手段と
   を備えるモータ駆動装置。
2. 前記パルス幅算出手段は、各前記スイッチングパターンにおいて、決定したパルス幅の電圧を印加したときのモータ電流が、予め設定されている適正範囲に入るまで、前記電圧パルス幅を繰り返し算出し、
   前記インダクタンス算出手段は、モータ電流が前記適正範囲に入ったときのコンデンサ両端電圧の測定値及びモータ電流の測定値を用いて、インダクタンスを算出する請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記放電制御手段は、前記位置推定手段によって推定されたロータ位置に基づいて決定されるスイッチング素子を、所定のスイッチング周波数でスイッチングすることにより、モータ電流を一方向に流し、
   前記所定のスイッチング周波数は、可聴域の周波数以上、かつ、可聴域の最小周波数の二倍以下の範囲に設定される請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記ロータ位置推定手段は、いずれかのスイッチングパターンにおいて、モータ電流がゼロであった場合、または、モータ電流が前記モータの回転及び振動しない最大許容電流に基づいて決定された第１上限値を超えた場合に、異常検出として、ロータ位置推定を行わない請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記インダクタンス算出手段によって算出されたインダクタンスが予め設定されている許容範囲外であった場合に異常検出として、ロータ位置推定を行わない請求項２から請求項４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
6. 前記異常を検出した場合において、前記放電制御手段は、異常が検出されたスイッチングパターン以外のスイッチングパターンにおいて、モータが回転及び振動しない電流値で、かつ、所定のスイッチング周波数で、モータ電流を一方向に流す請求項４または請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 所定のスイッチング周波数は、可聴域の周波数以上、かつ、可聴域の最小周波数の二倍以下の範囲に設定される請求項５に記載のモータ駆動装置。
8. 前記放電制御手段は、放電制御を行っている期間であり、かつ、モータ電流が予め設定された閾値以上である場合に、放電制御を停止する請求項１から請求項７のいずれかに記載のモータ駆動装置。
9. 直流電力を三相交流電力に変換してモータに供給するインバータと、前記インバータの電力入力側に設けられたコンデンサとを備えるモータ駆動装置に適用される前記コンデンサの放電制御方法であって、
   前記インバータの一相の高電圧側のスイッチング素子をオン、他の二相の低電圧側スイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするというスイッチングパターンを各相について順番に設定する工程と、
   設定された前記スイッチングパターンについて、前記コンデンサの両端電圧の測定値と前記モータのインダクタンス推定値とを用いて、前記モータが回転及び振動しないような電圧パルス幅を算出する工程と、
   設定された前記スイッチングパターンにおいて、算出した前記電圧パルス幅で電圧を印加し、インダクタンスをそれぞれ算出する工程と、
   各前記スイッチングパターンにおいて算出したインダクタンスを用いて、ロータ位置を推定する工程と、
   推定したロータ位置に基づいてモータ電流を流し、前記コンデンサに蓄えられた電荷の放電を行う工程と
   を有するモータ駆動装置の放電制御方法。
10. １つ前に設定されたスイッチングパターンにおいてインダクタンスを算出したときの前記コンデンサの両端電圧及びインダクタンスを、次に設定されるスイッチングパターンにおける電圧パルス幅の算出工程で流用する請求項９に記載のモータ駆動装置の放電制御方法。
    

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