JPWO2017022081A1 - 同期電動機制御装置、圧縮機駆動装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

同期電動機制御装置は、電圧検出器と電流検出器とインバータ主回路とインバータ制御部６とを備え、インバータ制御部６は、直流電流を永久磁石同期電動機に流れる相電流に再現する相電流再現部９と、再現した相電流を回転座標系の制御座標軸の電流に変換する電流座標変換部１０と、制御座標軸の電流が特定の値になるように永久磁石同期電動機の電圧指令値を演算する電流制御部１３と、電圧指令値の値を制限するリミッタ部１４とを備える。

Description

本発明は、インバータ主回路内の複数のスイッチング素子を駆動することにより、直流母線から供給される直流電力を三相交流電力に変換して永久磁石同期電動機に供給する同期電動機制御装置、圧縮機駆動装置および空気調和機に関する。

特許文献１に示す従来の同期電動機制御装置は、永久磁石同期電動機の起動時に永久磁石同期電動機の電機子巻線に徐々に増加する直流電流を供給する位置決めモードと、位置決めモードに続いて可変電圧および可変周波数の交流電流を電機子巻線に供給する同期運転モードとを設定する際、位置決めモードにあるときに永久磁石同期電動機の電機子巻線に流れる電流値を検出し、電流値が予め設定された閾値以下のときに永久磁石同期電動機が同期電動機制御装置と未接続であると判定し、警報を発生するように構成されている。

特開２００９−１９５０４２号公報

従来の同期電動機制御装置は、位置決めモードにあるとき、永久磁石同期電動機の電機子巻線に流れる電流値を検出し、電流値が予め設定された閾値以下のとき、永久磁石同期電動機と同期電動機制御装置とが未接続であると判定していたが、永久磁石同期電動機に流れる電流を同期電動機制御装置の直流母線間に配置したシャント抵抗の電圧降下にて検出するような場合、そのシャント抵抗間がはんだブリッジ又ははんだクズの接触でショートしているような状態でも電流値が閾値以下の状態になる。この状態の場合、位置決めモード時に電流値をＰＩ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）すると、従来の同期電動機制御装置では未接続であると判定する前に、永久磁石同期電動機および同期電動機制御装置に過大な電流が流れてしまい、同期電動機の減磁および同期電動機制御装置の過電流故障を引き起こす可能性があり、品質が低下するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、品質の向上を図ることが可能な同期電動機制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の同期電動機制御装置は、直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して永久磁石同期電動機を制御する同期電動機制御装置であって、前記直流電力を複数のスイッチング素子を用いて前記三相交流電力に変換して前記三相交流電力を前記永久磁石同期電動機に供給するインバータ主回路と、前記直流電源と前記インバータ主回路との間の直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器と、前記直流母線の正側と負側間の直流電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電流と前記直流電圧とにより前記複数のスイッチング素子を制御するパルス幅変調信号を生成し、前記パルス幅変調信号を前記インバータ主回路へ出力するインバータ制御部と、を備え、前記インバータ制御部は、前記直流電流から前記永久磁石同期電動機に流れる相電流を再現する相電流再現部と、前記再現した相電流を回転座標系の制御座標軸の電流に変換する電流座標変換部と、前記制御座標軸の電流が特定の値になるように前記永久磁石同期電動機の電圧指令値を演算する電流制御部と、前記電圧指令値の値を制限するリミッタ部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る同期電動機制御装置は、品質の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置と同期電動機制御装置で駆動される永久磁石同期電動機を示す図 本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置のインバータ制御部のハードウェア構成を示す図 本発明の実施の形態１に係るインバータ制御部の起動時のブロック図 シャント抵抗がショートしていないときにおける本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時の動作を説明するためのタイミングチャート シャント抵抗がショートしているときにおける本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時の動作を説明するためのタイミングチャート 本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時のフローチャート 本発明の実施の形態２に係る圧縮機駆動装置を中心とする空気調和機の構成図

以下に、本発明の実施の形態に係る同期電動機制御装置、圧縮機駆動装置および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの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に係る同期電動機制御装置と同期電動機制御装置で駆動される永久磁石同期電動機を示す図である。同期電動機制御装置１は、直流電源４とインバータ主回路５との間の直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器３と、直流母線の正側と負側間の直流電圧を検出する電圧検出器２と、直流母線を介して直流電源４に接続されるインバータ主回路５と、インバータ制御部６と、過電流遮断回路７とを有して構成されている。

インバータ主回路５には三相交流電力により駆動する三相の永久磁石同期電動機８が接続される。永久磁石同期電動機８は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相Ｙ形結線の固定子８ａと、固定子８ａの内側に配置される永久磁石回転子８ｂとを有して構成される。以下では説明を簡単化するため同期電動機制御装置を単に制御装置と称し、永久磁石同期電動機を単に同期電動機と称する場合がある。

直流電源４は、交流電力を直流電力に変換して出力する図示しないコンバータ回路の出力でもよいし、コンバータ回路以外の電源回路で生成された直流電力であってもよい。

電流検出器３は、直流電源４とインバータ主回路５との間の直流母線に流れる直流電流を検出し、シャント抵抗３ａと増幅器３ｂから構成される。実施の形態１では電流検出器３がシャント抵抗を用いた構成としているが、電流検出器３の構成はこれに限定されず、例えばホールセンサを使用した応答性の良い電流センサを用いてもよい。

インバータ主回路５は、複数のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６と、複数のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６の各々に逆並列接続された複数のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６と、複数のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６の各々を駆動するための図示しない駆動回路とを有して構成される。直流母線の正側に配置された３つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は上アーム側スイッチング素子群を構成し、直流母線の負側に配置された３つのスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６は下アーム側スイッチング素子群を構成する。

実施の形態１では、インバータ主回路５がＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）により構成される。また実施の形態１では、インバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６がＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。ただしインバータ主回路５の構成はこれに限定されるものではなく、ＩＧＣＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体スイッチを用いてもよい。

インバータ制御部６は、電圧検出器２で検出された直流電圧情報Ｖｄｃと、電流検出器３で検出された直流電流情報Ｉｄｃと、外部から入力される角速度指令値ω＊とに基づいて、インバータ主回路５を構成する６つの複数のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を駆動するためのパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号を生成する。

図１では、複数のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を駆動するためのＰＷＭ信号がＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮと表記される。ＵＰ，ＶＰ，ＷＰは、インバータ主回路５の直流母線の正側に配置された上アーム側スイッチング素子群のＰＷＭ信号であり、それぞれ複数のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の駆動信号となる。ＵＮ，ＶＮ，ＷＮは、インバータ主回路５の直流母線の負側に配置された下アーム側スイッチング素子群のＰＷＭ信号であり、それぞれ複数のスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６の駆動信号となる。

過電流遮断回路７は、電流検出器３で検出された直流電流情報Ｉｄｃの大きさにより、インバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を強制的にＯＦＦ状態に保持する機能である。過電流遮断回路７には予め設定された保護レベルが設定されており、過電流遮断回路７は、直流電流情報Ｉｄｃが保護レベルを超えていない場合にはインバータ制御部６から出力されたＰＷＭ信号をインバータ主回路５に供給する。また過電流遮断回路７は、直流電流情報Ｉｄｃが保護レベルを超えた場合には、インバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を強制的にＯＦＦ状態に保持する制御信号を、スイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６の各々に出力する。

図２は本発明の実施の形態１に係るインバータ制御部のハードウェア構成を示す図である。インバータ制御部６は、情報入出力部６ａ、メモリ６ｂ、および演算部６ｃを含み、情報入出力部６ａ、メモリ６ｂ、および演算部６ｃはデータバス６ｄで接続されている。

情報入出力部６ａは、演算部６ｃが外部の機器類と情報をやり取りするためのインターフェース回路である。実施の形態１では、情報入出力部６ａに直流電圧情報Ｖｄｃ、直流電流情報Ｉｄｃおよび角速度指令値ω＊が入力され、また情報入出力部６ａは演算部６ｃで生成されたＰＷＭ信号を出力する。情報入出力部６ａに入力された直流電圧情報Ｖｄｃ、直流電流情報Ｉｄｃおよび角速度指令値ω＊はそれぞれ後述する相電流再現部９、ＰＷＭ信号生成部１６および積分部１７の演算に用いられる。

メモリ６ｂは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はこれらの組合せである。

演算部６ｃは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）といったプロセッサである。

メモリ６ｂには演算部６ｃ用のプログラムが格納され、このプログラムを演算部６ｃが実行されることにより、後述する相電流再現部９、電流座標変換部１０、フィルタ部１１、電流指令発生部１２、電流制御部１３、リミッタ部１４、電圧座標変換部１５、ＰＷＭ信号生成部１６、および積分部１７が実現される。

続いて起動時におけるインバータ制御部６の構成について図３を用いて説明する。

図３は本発明の実施の形態１に係るインバータ制御部の起動時のブロック図である。相電流再現部９は、電流検出器３より検出される直流電流情報Ｉｄｃから同期電動機８に流れる各相の相電流情報Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを再現する。電流座標変換部１０は、相電流情報Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを位相θに基づいて回転座標系の制御軸（γ−δ軸）上の値に変換する。すなわち電流座標変換部１０は、相電流情報Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをγ軸電流Ｉγ、δ軸電流Ｉδに変換して出力する。フィルタ部１１は、γ軸電流Ｉγに一次遅れのフィルタ、例えばフィルタ時定数５ｍｓを掛けたγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆをリミッタ部１４に出力する。

電流指令発生部１２は、γ軸電流Ｉγの指令値であるγ軸電流指令値Ｉγ＊と、δ軸電流Ｉδの指令値であるδ軸電流指令値Ｉδ＊とを出力する。γ軸電流指令値Ｉγ＊とδ軸電流指令値Ｉδ＊は、電流指令発生部１２に予め起動制御用に設定されている値である。

電流制御部１３は、電流座標変換部１０から出力されるγ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδがそれぞれ電流指令発生部１２から出力されるγ軸電流指令値Ｉγ＊とδ軸電流指令値Ｉδ＊に一致するように、ＰＩ制御を用いてγ軸電圧指令値Ｖγ＊とδ軸電圧指令値Ｖδ＊を演算する。すなわち電流制御部１３は、制御座標軸の電流が特定の値になるように同期電動機８の電圧指令値を演算する。

リミッタ部１４は、電流制御部１３から出力されるγ軸電圧指令値Ｖγ＊とδ軸電圧指令値Ｖδ＊にリミッタを掛け、リミッタを掛けたγ軸電圧指令値Ｖγ＊’とδ軸電圧指令値Ｖδ＊’を電圧座標変換部１５に出力する。

電圧座標変換部１５は、リミッタ部１４から出力されたγ軸電圧指令値Ｖγ＊’とδ軸電圧指令値Ｖδ＊’を位相θに基づき三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。

積分部１７は、角速度指令値ω＊を積分して位相θを求め、求められた位相θは電流座標変換部１０および電圧座標変換部１５で用いられる。

ＰＷＭ信号生成部１６は、電圧座標変換部１５から出力される三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と直流電圧情報Ｖｄｃより、スイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。

次に同期電動機制御装置１の全体の動作を説明する。

直流電流情報Ｉｄｃが過電流保護レベルを超えない場合、インバータ制御部６で生成されるＰＷＭ信号ＵＰからＷＮがそれぞれインバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６に供給される。しかしながら、シャント抵抗３ａの端子間がはんだブリッジ又ははんだクズの接触でショートしているような状態では、過電流保護レベルを超える電流が同期電動機に流れても過電流遮断回路７が動作せず、インバータ制御部６で生成されるＰＷＭ信号ＵＰからＷＮがインバータ主回路５に供給され続けることになる。

ここで、同期電動機８が、図示しないルームエアコンに内蔵される圧縮機の駆動源として用いられる場合、シャント抵抗３ａによる損失を抑制するためにシャント抵抗３ａの抵抗値が１０ｍΩ前後に設定されている。従ってシャント抵抗３ａがショートしているか否かを検出するのが困難な状態にある。またシャント抵抗３ａの構成として複数のチップ抵抗を並列にすることで抵抗精度の確保および発熱の分散を図る場合、シャント抵抗３ａ間がはんだブリッジ又ははんだクズの接触によるショートを起こしやすくなっている。

続いて実施の形態１のインバータ制御部６の動作について図４から図６を用いて説明する。

図４はシャント抵抗がショートしていないときにおける本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時の動作を説明するためのタイミングチャートである。シャント抵抗がショートしていないときとは、同期電動機制御装置１が正常な状態にあるときを表す。（ａ）は角速度指令値ω＊を表し、（ｂ）は電流指令発生部１２から出力されるγ軸電流指令値Ｉγ＊とδ軸電流指令値Ｉδ＊を表し、（ｃ）はフィルタ部１１から出力されるγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆを表し、（ｄ）はリミッタ部１４で使用されるγ軸電圧指令値Ｖγ＊とδ軸電圧指令値Ｖδ＊のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴである。

ここで、リミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴは、γ軸電圧指令値Ｖγ＊とδ軸電圧指令値Ｖδ＊で共通の値を使用し、リミッタ部１４のＭＡＸリミッタ値は「＋Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ」、ＭＩＮリミッタ値は「−Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ」を意味する。

図４において、起動開始から時間ｔ１までは、角速度指令値ω＊を０［ｒａｄ／ｓ］に固定し、同期電動機８の特定の通流経路に電流を流すように制御する位置決めモードである。例えば、インバータ制御部６は、位置決めモードでは、同期電動機８の固定子８ａのＵ相からＶ相およびＷ相の方向に同じ大きさの電流を流すように制御することで、永久磁石回転子８ｂの図示しない磁極を、電流に応じた位置に位置決めする。

時間ｔ１から時間ｔ２までは、角速度指令値ω＊を特定の角速度まで同期運転させる同期運転モードであり、時間ｔ２以降は、定常時による位置センサレス制御を行う定常制御モードである。

ここで、位置決めモードと同期運転モードを合わせて起動制御モードと称している。また、同期電動機８の位置センサレスによる定常時の制御方法は、数々の先行技術に開示されているため、説明を省略する。

電流指令発生部１２から出力されるγ軸電流指令値Ｉγ＊は、起動開始時点では０［Ａ］とし、目標値であるＩγ＊＊に一次遅れ、例えばフィルタ時定数１００ｍｓで近づけるように設定している。

ここで、目標値Ｉγ＊＊は同期電動機８に要求される起動トルクを確実に確保できる相電流を流せる値に設定する。

δ軸電流指令値Ｉδ＊は０［Ａ］に固定である。この場合、同期電動機８の相電流実効値としては「Ｉγ＊／√３」に収束するように制御される。

フィルタ部１１から出力されるγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆは、制御装置１が正常の場合、γ軸電流指令値Ｉγ＊に追従するように動作する。

リミッタ部１４は、リミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴとして２つのリミッタ値、すなわち第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１と第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２とを予め備えている。そしてリミッタ部１４は、２つのリミッタ値を、フィルタ部１１から出力されるγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆとγ軸電流指令値Ｉγ＊の目標値であるＩγ＊＊とにより切り換えている。

リミッタ部１４は、第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１を下記式（１）のように設定し、これを起動開始時点でのリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴとする。

ここで、Ｒａは同期電動機８の相抵抗値であり、ＯＣ＿ＬＥＶＥＬは過電流保護レベルであり、同期電動機８の永久磁石回転子８ｂの減磁を防ぐことができ、かつ、インバータ主回路５の過電流故障を防ぐことができる電流値に設定される。

αは、インバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６のスイッチングばらつき、または電圧検出器２の検出ばらつきを考慮して設定する補正係数である。補正係数は１以下の値である。

またリミッタ部１４は、第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２には、第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１より大きな値、例えば定常制御上制限したい値を設定する。リミッタ部１４は、位置決めモード時にγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆが目標値Ｉγ＊＊のＡ［％］に達した時点以降に、このリミッタ値を適用する。Ａの値は例えば２５である。

γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆがＡ［％］に達しない場合、インバータ制御部６では、シャント抵抗３ａがショートしている可能性があると判断し、リミッタ部１４のリミッタ値として第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１を保持することで、同期電動機８の永久磁石回転子８ｂの減磁とインバータ主回路５の過電流破壊を防止する。図４のように制御装置１が正常な場合、γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆは目標値Ｉγ＊＊のＡ［％］に達するので、リミッタ部１４のリミッタ値は「Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２」に切り換わる。

ここで、第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２として、特に定常制御上制限したい値がない場合、インバータ制御部６は、電流制御部１３の出力であるγ軸電圧指令値Ｖγ＊とδ軸電圧指令値Ｖδ＊とを、直接電圧座標変換部１５に入力するようにしても良い。

図５はシャント抵抗がショートしているときにおける本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５の（ａ）から（ｄ）の意味は図４の（ａ）から（ｄ）と同じである。

シャント抵抗３ａがショートしているとき、位置決めモード時に同期電動機８に電流が供給されるが、シャント抵抗３ａがショートしているためその電流が供給されていることを検知できずに、γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆは目標値Ｉγ＊＊のＡ［％］未満となる。そのため、リミッタ部１４では、リミッタ値として第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１が保持され、同期電動機８の永久磁石回転子８ｂの減磁とインバータ主回路５の過電流破壊を防止できる。

ここで、位置決めモード時にγ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆが目標値Ｉγ＊＊のＡ［％］未満となる状態は、シャント抵抗３ａがショートしている状態の他に、制御装置１と同期電動機８が未接続の場合がある。その他にも、位置決めモード時の特定の通流経路が、例えば同期電動機８の固定子８ａのＵ相からＶ相およびＷ相の方向に同じ大きさの電流を流す場合に、Ｕ相が欠相しているとき、スイッチング素子ＳＷ１がオープン故障しているときもこの状態になる。

しかしながら、いずれの場合も何らかの異常があると判断できるので、インバータ制御部６は、時間ｔ１経過時点でインバータ主回路５のスイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を全てＯＦＦにする停止モードに移行している。

続いて、起動時のインバータ制御部６の動作を図６のフローチャートを用いて説明する。

図６は本発明の実施の形態１に係る同期電動機制御装置の起動時のフローチャートである。インバータ制御部６は、起動開始時点の初期値として、リミッタ部１４のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴに第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１を設定する（Ｓ１）。

インバータ制御部６は、γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆが「（Ｉγ＊＊）×Ａ／１００」以上か否かを判定する（Ｓ２）。

γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆが「（Ｉγ＊＊）×Ａ／１００」以上である場合（Ｓ２，Ｙｅｓ）、インバータ制御部６は、リミッタ部１４のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴとして、第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２を設定する処理を実施し（Ｓ３）、さらに位置決めモードで動作する（Ｓ４）。その結果、図４、５の起動開始から時間ｔ１までの区間に示す角速度指令値ω＊、γ軸電流指令値Ｉγ＊、およびδ軸電流指令値Ｉδ＊に従い、永久磁石回転子８ｂの磁極の位置決めが行われる。

γ軸電流フィルタ値Ｉγ＿ｆが「（Ｉγ＊＊）×Ａ／１００」未満である場合（Ｓ２，Ｎｏ）、インバータ制御部６はＳ４の処理を行う。

Ｓ４の処理の後、インバータ制御部６は、時間ｔ１が経過したか否かを判定する（Ｓ５）。

時間ｔ１が経過していない場合（Ｓ５，Ｎｏ）、インバータ制御部６はＳ２からＳ４の処理を繰り返し行う。

時間ｔ１が経過した場合（Ｓ５，Ｙｅｓ）、インバータ制御部６はＳ６の処理を行う。ここで、Ｓ２の条件が１度も満たされない場合には、リミッタ部１４のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴは第１のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ１を保持し、一度でもＳ２の条件を満たす場合には、第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２が設定される。

Ｓ６においてインバータ制御部６は、リミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴが第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２と一致するか否かを判定する。

リミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴが第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２と一致する場合（Ｓ６，Ｙｅｓ）、インバータ制御部６は同期運転モードで動作する（Ｓ７）。その結果、図４の時間ｔ１から時間ｔ２までの区間に示す角速度指令値ω＊、γ軸電流指令値Ｉγ＊、およびδ軸電流指令値Ｉδ＊に従い同期電動機８が制御される。

リミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴが第２のリミッタ値Ｖγδ＿ＬＩＭＩＴ２と一致しない場合（Ｓ６，Ｎｏ）、インバータ制御部６は、シャント抵抗３ａがショートしている状態を含めて何らかの異常が発生したと判断し、スイッチング素子ＳＷ１からＳＷ６を全てＯＦＦにする停止モードに移行する（Ｓ８）。

以上に説明したように実施の形態１に係る同期電動機制御装置１は、インバータ主回路と電流検出器と電圧検出器とインバータ制御部とを備え、インバータ制御部は、相電流再現部と電流座標変換部と電流制御部と電圧指令値の値を制限するリミッタ部とを備える。この構成により、同期電動機に流れる電流を直流母線間に配置したシャント抵抗の電圧降下で検出する構成において、シャント抵抗間がはんだブリッジ又ははんだクズの接触でショートしているような状態でも、同期電動機の減磁およびその同期電動機制御装置の過電流故障を防ぎ、品質の向上を図ることができる。

また、インバータ制御部６は、位置決めモード時の途中でもγ軸電流フィルタ値が、一度でもγ軸電流指令値の目標値であるＩγ＊＊のＡ［％］以上となったとき、γ軸電圧指令値およびδ軸電圧指令値を定常制御上制限したい第２のリミッタ値に切り換えるように構成されている。そのため、同期電動機制御装置が正常のときは第１のリミッタ値による同期電動機の永久磁石回転子の位置決めへの影響を最小限に抑えることができる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る圧縮機駆動装置を中心とする空気調和機の構成図である。実施の形態２の圧縮機駆動装置１００は、実施の形態１の同期電動機制御装置を空気調和機に搭載された圧縮機の駆動装置として備えたものである。図７には室内機と室外機が分離されたセパレート型の空気調和機が示され、実施の形態２ではセパレート型の空気調和機における室外機の圧縮機駆動装置１００を例にとって説明する。圧縮機駆動装置１００は実施の形態１の同期電動機制御装置と同様の構成要素を備える。

空気調和機は、圧縮機駆動装置１００と、インバータ主回路５から供給される交流電力により駆動する圧縮機２０と、四方弁３１と、室外熱交換器３２−１と、室内熱交換器３２−２と、膨張弁３３とを有して構成されている。

圧縮機２０は、冷媒を圧縮する圧縮部２１と、圧縮部２１を駆動する同期電動機８とを有して構成される。

図７に示す空気調和機では、圧縮機２０、四方弁３１、室外熱交換器３２−１、室内熱交換器３２−２および膨張弁３３が冷媒配管３０を介して取り付けられ、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、空気調和機は、冷媒が蒸発または凝縮するとき、熱交換対象となる空気に対して吸熱または放熱することを利用し、管内を通過する冷媒の圧力を変化させながら空気調和運転を行っている。図示しない送風ファンが回転することにより発生する風が室外熱交換器３２−１に通流する。これにより室外熱交換器３２−１では冷媒と空気との熱交換が行われる。

同様に図示しない送風ファンが回転することにより発生する風が室内熱交換器３２−２に通流する。これにより室内熱交換器３２−２では冷媒と空気との熱交換が行われる。ここで、空気調和機では、冷媒配管３０を除き、室内熱交換器３２−２のみが空気調和機の室内機側に配置され、室内熱交換器３２−２以外は室外機側に配置されている。

このように実施の形態２では同期電動機８が圧縮機２０の駆動源として用いられ、実施の形態１の同期電動機制御装置１が圧縮機２０に接続される圧縮機駆動装置１００に適用され、圧縮機駆動装置１００は圧縮機の駆動源である永久磁石同期電動機を駆動する構成である。このように同期電動機８を、冷媒を圧縮する圧縮機２０の駆動源として用いた場合、シャント抵抗３ａのショートにより生じる同期電動機８の減磁の発生およびそれによる圧縮機２０の交換費用の発生を抑制することができる。それに伴い空気調和機の品質を向上させることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 同期電動機制御装置、２ 電圧検出器、３ 電流検出器、３ａ シャント抵抗、３ｂ 増幅器、４ 直流電源、５ インバータ主回路、６ インバータ制御部、６ａ 情報入出力部、６ｂ メモリ、６ｃ 演算部、６ｄ データバス、７ 過電流遮断回路、８ 永久磁石同期電動機、８ａ 固定子、８ｂ 永久磁石回転子、９ 相電流再現部、１０ 電流座標変換部、１１ フィルタ部、１２ 電流指令発生部、１３ 電流制御部、１４ リミッタ部、１５ 電圧座標変換部、１６ ＰＷＭ信号生成部、１７ 積分部、２０ 圧縮機、２１ 圧縮部、３０ 冷媒配管、３１ 四方弁、３２−１ 室外熱交換器、３２−２ 室内熱交換器、３３ 膨張弁、１００ 圧縮機駆動装置。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の同期電動機制御装置は、直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して永久磁石同期電動機を制御する同期電動機制御装置であって、前記直流電力を複数のスイッチング素子を用いて前記三相交流電力に変換して前記三相交流電力を前記永久磁石同期電動機に供給するインバータ主回路と、前記直流電源と前記インバータ主回路との間の直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器と、前記直流母線の正側と負側間の直流電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電流と前記直流電圧とにより前記複数のスイッチング素子を制御するパルス幅変調信号を生成し、前記パルス幅変調信号を前記インバータ主回路へ出力するインバータ制御部と、を備え、前記インバータ制御部は、前記直流電流から前記永久磁石同期電動機に流れる相電流を再現する相電流再現部と、前記再現した相電流を回転座標系の制御座標軸の電流に変換する電流座標変換部と、前記制御座標軸の電流が特定の値になるように前記永久磁石同期電動機の電圧指令値を演算する電流制御部と、前記電圧指令値の値を制限するリミッタ部と、を備え、前記リミッタ部には、前記永久磁石同期電動機の減磁および前記インバータ主回路の過電流保護が可能な第１のリミッタ値と、前記第１のリミッタ値よりも大きい値であり前記電圧指令値を定常制御上制限する第２のリミッタ値とが設定され、前記リミッタ部は、前記永久磁石同期電動機の起動開始のとき前記第１のリミッタ値を保持し、前記制御座標軸の電流値が特定の値に達したとき前記第２のリミッタ値に切り換えることを特徴とする。

Claims (5)

1. 直流電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して永久磁石同期電動機を制御する同期電動機制御装置であって、
   前記直流電力を複数のスイッチング素子を用いて前記三相交流電力に変換して前記三相交流電力を前記永久磁石同期電動機に供給するインバータ主回路と、
   前記直流電源と前記インバータ主回路との間の直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器と、
   前記直流母線の正側と負側間の直流電圧を検出する電圧検出器と、
   前記直流電流と前記直流電圧とにより前記複数のスイッチング素子を制御するパルス幅変調信号を生成し、前記パルス幅変調信号を前記インバータ主回路へ出力するインバータ制御部と、
   を備え、
   前記インバータ制御部は、
   前記直流電流から前記永久磁石同期電動機に流れる相電流を再現する相電流再現部と、
   前記再現した相電流を回転座標系の制御座標軸の電流に変換する電流座標変換部と、
   前記制御座標軸の電流が特定の値になるように前記永久磁石同期電動機の電圧指令値を演算する電流制御部と、
   前記電圧指令値の値を制限するリミッタ部と、
   を備えたことを特徴とする同期電動機制御装置。
2. 前記リミッタ部には、前記永久磁石同期電動機の減磁保護および前記インバータ主回路の過電流保護が可能な第１のリミッタ値と、前記第１のリミッタ値よりも大きい値であり前記電圧指令値を定常制御上制限する第２のリミッタ値とが設定され、
   前記リミッタ部は、前記永久磁石同期電動機の起動開始のとき前記第１のリミッタ値を保持し、前記制御座標軸の電流値が特定の値に達したとき前記第２のリミッタ値に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機制御装置。
3. 前記永久磁石同期電動機の相抵抗値をＲａとし、前記永久磁石同期電動機の減磁保護および前記インバータ主回路の過電流保護が可能な過保護電流レベルをＯＣ＿ＬＥＶＥＬとしたとき、
   前記第１のリミッタ値は、Ｒａ×ＯＣ＿ＬＥＶＥＬ×√（３／２）以下の値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の同期電動機制御装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の前記永久磁石同期電動機は、圧縮機の駆動源として用いられ、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の同期電動機制御装置により、前記圧縮機の駆動源である永久磁石同期電動機を駆動することを特徴とする圧縮機駆動装置。
5. 請求項４に記載の圧縮機駆動装置により冷媒を循環させることを特徴とする空気調和機。

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