KR20170113140A - 인버터 제어 장치 및 차재 유체 기계 - Google Patents

인버터 제어 장치 및 차재 유체 기계 Download PDF

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다카시 가와시마
요시키 나가타
마사히코 히라노
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

로터와 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되는 인버터 제어 장치는, 입력 전압을 검출하도록 구성된 전압 검출부와, 모터 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와, 외부 지령치와, 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 지령치를 도출하도록 구성된 지령치 도출부와, 상기 입력 전압에 따라 상기 지령치를 보정함으로써 보정 지령치를 도출하도록 구성된 보정부와, 상기 보정 지령치 및 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 모터 전류를 제어하도록 구성된 PWM 제어부와, 상기 지령치 및 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하도록 구성된 위치 추정부를 구비하고 있다.

Description

인버터 제어 장치 및 차재 유체 기계{INVERTER CONTROLLER AND ON-VEHICLE FLUID MACHINE}
본 발명은, 차재 유체 기계에 탑재되는 인버터 제어 장치 및 차재 유체 기계에 관한 것이다.
영구 자석을 포함하는 로터와 코일이 권회(捲回)된 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되는 것으로서 차재 유체 기계에 탑재되는 인버터 제어 장치가 알려져 있다 (예를 들어 일본 공개특허공보 2015-208187호 참조). 일본 공개특허공보 2015-208187호에 기재된 인버터 제어 장치는, 전동 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부와, 외부로부터의 전동 모터에 대한 외부 지령치 및 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여 지령치를 도출하는 지령치 도출부와, 인버터 회로의 입력 전압 및 지령치 등에 기초하여, 인버터 회로의 스위칭 소자를 PWM 제어하는 PWM 제어부를 구비하고 있다. 또, 일본 공개특허공보 2015-208187호에는, 리졸버 등의 회전 위치 센서를 사용하지 않고 로터의 회전 속도 및 회전 위치를 추정하는 점, 및 로터의 회전 위치는 전류 검출부의 검출 결과 및 지령치에 기초하여 추정되는 점에 대해 기재되어 있다.
예를 들어 인버터 회로에서 발생한 노이즈의 영향에 의해 입력 전압의 변동이 발생하면, 지령치에 대응하는 전압과, 전동 모터의 코일에 실제로 인가되는 전압 사이에 오차가 발생한다. 그러면, 지령치로부터 상정되는 전류와, 코일에 실제로 흐른 전류를 나타내는 전류 검출부의 검출 결과 사이에, 노이즈에 의한 입력 전압의 변동에서 기인한 오차가 발생한다. 즉, 노이즈에 의한 입력 전압의 변동에서 기인하여, 지령치와 전류 검출부의 검출 결과의 대응 관계에 편차가 발생할 수 있다. 이 경우, 지령치와 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여 추정되는 로터의 회전 위치의 추정 정밀도가, 노이즈에 의한 입력 전압의 변동에서 기인하여 저하될 수 있다.
또, 인버터 제어 장치는, 차재 유체 기계에 탑재되는 것이다. 이 경우, 차종에 따라, 인버터 회로의 입력 전압이 상이한 경우가 있다. 이 때문에, 인버터 제어 장치가 복수 차종에 적용될 수 있도록, 상이한 입력 전압에 대응시킴으로써 상기 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 것이 요구되는 경우가 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 입력 전압의 변동에서 기인하는 로터의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제 가능한 인버터 제어 장치 및 당해 인버터 제어 장치가 탑재된 차재 유체 기계를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하는 인버터 제어 장치는, 영구 자석을 포함하는 로터와 코일이 권회된 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되고, 차재 유체 기계에 탑재되도록 구성되고, 상기 인버터 회로의 입력 전압을 검출하도록 구성된 전압 검출부와, 상기 전동 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와, 외부로부터의 상기 전동 모터에 대한 외부 지령치와, 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 지령치를 도출하도록 구성된 지령치 도출부와, 상기 입력 전압에 따라 상기 지령치를 보정함으로써 보정 지령치를 도출하도록 구성된 보정부와, 상기 보정 지령치 및 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 인버터 회로에 형성된 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써, 상기 모터 전류를 제어하도록 구성된 PWM 제어부와, 상기 지령치 및 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하도록 구성된 위치 추정부를 구비하고 있다.
상기 목적을 달성하는 차재 유체 기계는, 상기 인버터 제어 장치와, 상기 인버터 제어 장치에 의해 제어되는 인버터 회로를 갖는 인버터 장치와, 상기 인버터 회로에 의해 구동되는 전동 모터를 구비하고 있다.
상기 목적을 달성하는 인버터 제어 장치는, 영구 자석을 포함하는 로터와 코일이 권회된 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되고, 차재 유체 기계에 탑재되도록 구성되고, 상기 인버터 회로의 입력 전압을 검출하도록 구성된 전압 센서와, 상기 전동 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하도록 구성된 전류 센서와, 프로세서를 구비하고, 그 프로세서는, 외부로부터의 상기 전동 모터에 대한 외부 지령치와, 상기 전류 센서의 검출 결과에 기초하여 지령치를 도출하는 것과, 상기 입력 전압에 따라 상기 지령치를 보정함으로써 보정 지령치를 도출하는 것과, 상기 보정 지령치 및 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 인버터 회로에 형성된 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써, 상기 모터 전류를 제어하는 것과, 상기 지령치 및 상기 전류 센서의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하는 것을 실시하도록 구성되어 있다.
도 1 은, 인버터 제어 장치, 차재 전동 압축기, 차재 공조 장치 및 차량의 개요를 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태의 인버터 장치 및 인버터 제어 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록 회로도이다.
도 3 은, 입력 전압과 보정 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, u 상 (相) 의 출력 전압 파형을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 제 2 실시형태의 인버터 장치 및 인버터 제어 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록 회로도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 인버터 제어 장치, 당해 인버터 제어 장치가 탑재된 차재 유체 기계 및 차량의 제 1 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 차재 유체 기계는 차재 전동 압축기이고, 당해 차재 전동 압축기는 차재 공조 장치에 사용된다.
차재 공조 장치 및 차재 전동 압축기의 개요에 대해 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 차량 (100) 에 탑재되어 있는 차재 공조 장치 (101) 는, 차재 전동 압축기 (10) 와, 차재 전동 압축기 (10) 에 대해 유체로서의 냉매를 공급하는 외부 냉매 회로 (102) 를 구비하고 있다.
외부 냉매 회로 (102) 는, 예를 들어 열 교환기 및 팽창 밸브 등을 갖고 있다. 차재 공조 장치 (101) 는, 차재 전동 압축기 (10) 에 의해 냉매가 압축되고, 또한, 외부 냉매 회로 (102) 에 의해 냉매의 열 교환 및 팽창이 실시됨으로써, 차내의 냉난방을 실시한다.
차재 공조 장치 (101) 는, 당해 차재 공조 장치 (101) 의 전체를 제어하는 공조 ECU (103) 를 구비하고 있다. 공조 ECU (103) 는, 차내 온도나 카 에어콘의 설정 온도 등을 파악 가능하게 구성되어 있고, 이들 파라미터에 기초하여, 차재 전동 압축기 (10) 에 대해 ON/OFF 지령 등과 같은 각종 지령을 송신한다.
차량 (100) 은, 차재 축전 장치 (104) 를 구비하고 있다. 차재 축전 장치 (104) 는, 직류 전력의 충방전이 가능한 것이면 임의이고, 예를 들어 2 차 전지나 전기 이중층 캐패시터 등이다. 차재 축전 장치 (104) 는, 차재 전동 압축기 (10) 의 전원으로서 사용된다.
또한, 도시는 생략하지만, 차재 축전 장치 (104) 는, 차재 전동 압축기 (10) 와는 별도의 차재 기기에도 전기적으로 접속되어 있고, 당해 별도의 차재 기기에 대해서도 전력 공급을 실시한다. 이 때문에, 상기 별도의 차재 기기로부터 유출된 노이즈가 차재 전동 압축기 (10) 에 전달될 수 있다. 별도의 차재 기기란, 예를 들어 파워 컨트롤 유닛 등이다.
차재 전동 압축기 (10) 는, 전동 모터 (11) 와, 압축부 (12) 와, 전동 모터 (11) 를 구동시키는 인버터 장치 (13) 와, 인버터 장치 (13) 의 제어에 사용되는 인버터 제어 장치 (14) 를 구비하고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 예를 들어, ASIC 등의 1 개 이상의 전용 하드웨어 회로, 컴퓨터 프로그램 (소프트웨어) 에 따라 동작하는 1 개 이상의 프로세서 (제어 회로), 혹은 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 프로세서는, CPU, 그리고 RAM 및 ROM 등의 메모리를 포함하고, 메모리는, 처리를 CPU 에 실행시키도록 구성된 프로그램 코드 또는 지령을 격납하고 있다. 메모리, 즉 컴퓨터 가독 (可讀) 매체는, 범용 또는 전용의 컴퓨터로 액세스할 수 있는 모든 이용 가능한 매체를 포함한다.
전동 모터 (11) 는, 회전축 (21) 과, 회전축 (21) 에 고정된 로터 (22) 와, 로터 (22) 에 대해 대향 배치되어 있는 스테이터 (23) 와, 스테이터 (23) 에 권회된 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 을 갖고 있다. 로터 (22) 는 영구 자석 (22a) 을 포함하고 있다. 상세하게는, 영구 자석 (22a) 은 로터 (22) 내에 매립되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 각 코일 (24u, 24v, 24w) 은 예를 들어 Y 결선 (結線) 되어 있다. 로터 (22) 및 회전축 (21) 은, 각 코일 (24u, 24v, 24w) 이 소정의 패턴으로 통전됨으로써 회전한다. 즉, 본 실시형태의 전동 모터 (11) 는 3 상 모터이다.
압축부 (12) 는, 전동 모터 (11) 가 구동됨으로써 냉매를 압축하는 것이다. 상세하게는, 압축부 (12) 는, 회전축 (21) 이 회전함으로써, 외부 냉매 회로 (102) 로부터 공급된 흡입 냉매를 압축하고, 그 압축된 냉매를 토출한다. 압축부 (12) 의 구체적인 구성은, 스크롤 타입, 피스톤 타입, 베인 타입 등 임의이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 인버터 장치 (13) 는, 노이즈를 저감시키는 필터 회로 (바꾸어 말하면 노이즈 저감 회로) (31) 와, 필터 회로 (31) 에 의해 노이즈가 저감된 직류 전력이 입력되는 인버터 회로 (32) 를 구비하고 있다.
필터 회로 (31) 는, 예를 들어 인덕터 (31a) 와 콘덴서 (31b) 를 갖는 LC 공진 회로로 구성되어 있다. 필터 회로 (31) 는, 당해 필터 회로 (31) 의 공진 주파수보다 낮은 주파수 대역에 있어서, 차재 축전 장치 (104) 로부터 입력되는 직류 전력에 포함되는 노이즈 (이하, 「유입 노이즈」라고 한다) 를 저감시킨다.
유입 노이즈로는, 예를 들어 차재 전동 압축기 (10) 와 차재 축전 장치 (104) 를 공용하고 있는 별도의 차재 기기에 탑재되어 있는 스위칭 소자의 스위칭 에서 기인하는 노이즈 등이 생각된다.
여기서, 유입 노이즈의 주파수는, 차종에 따라 변동한다. 본 실시형태에서는, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수는, 상정되는 복수 차종의 유입 노이즈가 포함된 상정 주파수 대역보다 높게 설정되어 있다. 요컨대, 본 실시형태의 필터 회로 (31) 의 공진 주파수는, 복수 차종에 적용 가능한 것이 되도록 높게 설정되어 있다.
또한, 필터 회로 (31) 의 구체적인 구성은 임의이고, 예를 들어 π 형, T 형등과 같은 복수의 콘덴서 (31b) 또는 복수의 인덕터 (31a) 를 갖는 구성이어도 된다. 또, 인덕터 (31a) 를 생략해도 된다. 이 경우, 콘덴서 (31b) 의 기생 인덕터를 사용하여 필터 회로 (31) (공진 회로) 를 구성하면 된다. 또, 필터 회로 (31) 의 수는 1 개에 한정되지 않고, 복수여도 된다.
인버터 회로 (32) 는, 필터 회로 (31) 로부터 입력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 것이다. 인버터 회로 (32) 는, u 상 코일 (24u) 에 대응하는 u 상 스위칭 소자 (Qu1, Qu2) 와, v 상 코일 (24v) 에 대응하는 v 상 스위칭 소자 (Qv1, Qv2) 와, w 상 코일 (24w) 에 대응하는 w 상 스위칭 소자 (Qw1, Qw2) 를 구비하고 있다.
각 스위칭 소자 (Qu1, Qu2, Qv1, Qv2, Qw1, Qw2) (이하, 「각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2)」라고 한다) 는, 예를 들어 IGBT 등의 파워 스위칭 소자이다. 단, 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 는, IGBT 에 한정되지 않고, 임의이다. 또한, 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 는, 환류 다이오드 (보디 다이오드) (Du1 ∼ Dw2) 를 갖고 있다.
각 u 상 스위칭 소자 (Qu1, Qu2) 는 접속선을 개재하여 서로 직렬로 접속되어 있고, 그 접속선은 u 상 코일 (24u) 에 접속되어 있다. 제 1 u 상 스위칭 소자 (Qu1) 의 콜렉터는, 필터 회로 (31) 를 개재하여 차재 축전 장치 (104) 의 정극 단자 (＋ 단자) 에 접속되어 있다. 제 2 u 상 스위칭 소자 (Qu2) 의 이미터는, 필터 회로 (31) 를 개재하여 차재 축전 장치 (104) 의 부극 단자 (－ 단자) 에 접속되어 있다.
또한, 그 밖의 스위칭 소자 (Qv1, Qv2, Qw1, Qw2) 에 대해서는, 대응하는 코일이 상이한 점을 제외하고, u 상 스위칭 소자 (Qu1, Qu2) 와 동일한 접속 양태이다.
인버터 제어 장치 (14) 는, 인버터 장치 (13), 상세하게는 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 의 스위칭 동작을 제어한다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 공조 ECU (103) 와 전기적으로 접속되어 있고, 외부로부터의 전동 모터 (11) 에 대한 외부 지령치 (본 실시형태에서는 공조 ECU (103) 로부터의 지령치) 에 기초하여, 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 주기적으로 ON/OFF 시킨다.
인버터 제어 장치 (14) 는, 인버터 회로 (32) 의 입력 전압 (Vin) 을 검출하는 전압 검출부로서의 전압 센서 (41) 와, 전동 모터 (11) 에 흐르는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부로서의 전류 센서 (42) 를 구비하고 있다. 또한, 입력 전압 (Vin) 은, 인버터 장치 (13) 에 입력되는 전압이라고도 할 수 있고, 차재 축전 장치 (104) 의 전압이라고도 할 수 있으며, 전원 전압이라고도 할 수 있다.
인버터 제어 장치 (14) 는, 전류 센서 (42) 에 의해 검출된 3 상 전류 (Iu, Iv, Iw) 를, 서로 직교한 d 축 전류 (Id) 및 q 축 전류 (Iq) (이하 「2 상 전류 (Id, Iq)」라고 한다) 로 변환하는 3 상/2 상 변환부 (43) 를 갖고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 당해 3 상/2 상 변환부 (43) 에 따라, 2 상 전류 (Id, Iq) 를 파악 가능하게 되어 있다.
모터 전류란, 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에 흐르는 3 상 전류 (Iu, Iv, Iw), 또는, 당해 3 상 전류 (Iu, Iv, Iw) 를 3 상/2 상 변환하여 얻어지는 2 상 전류 (Id, Iq)이다.
또한, d 축 전류 (Id) 란, 로터 (22) 의 자속 (磁速) 축 방향 성분의 전류, 즉 여자 성분 전류라고도 할 수 있고, q 축 전류 (Iq) 란, 전동 모터 (11) 의 토크에 기여하는 토크 성분 전류라고도 할 수 있다.
인버터 제어 장치 (14) 는, 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도를 추정하는 위치/속도 추정부 (위치 추정부) (44) 와, 인버터 회로 (32) 의 제어에 사용되는 지령치를 도출하는 지령치 도출부 (45) 를 구비하고 있다.
위치/속도 추정부 (44) 는, 3 상/2 상 변환부 (43) 에 의해 얻어진 2 상 전류 (Id, Iq) 와 지령치에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도를 추정한다. 이것에 대해서는 후술한다.
지령치 도출부 (45) 는, 공조 ECU (103) 로부터의 외부 지령치와, 3 상/2 상 변환부 (43) 에 의해 얻어진 2 상 전류 (Id, Iq) 에 기초하여, 지령치로서 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 및 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 도출한다.
2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 는, d 축 전압 지령치 (Vdr) 와 q 축 전압 지령치 (Vqr) 로 구성되어 있다. d 축 전압 지령치 (Vdr) 는, 전동 모터 (11) 의 d 축에 인가되는 전압의 목표치이고, q 축 전압 지령치 (Vqr) 는, 전동 모터 (11) 의 q 축에 인가되는 전압의 목표치이다.
3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 는, u 상 전압 지령치 (Vur), v 상 전압 지령치 (Vvr) 및 w 상 전압 지령치 (Vwr) 로 구성되어 있다. u 상 전압 지령치 (Vur) 는, u 상 코일 (24u) 의 인가 전압의 목표치이고, v 상 전압 지령치 (Vvr)는, v 상 코일 (24v) 의 인가 전압의 목표치이며, w 상 전압 지령치 (Vwr) 는, w 상 코일 (24w) 의 인가 전압의 목표치이다.
지령치 도출부 (45) 는, 2 상 전압 지령치 도출부 (46) 와 2 상/3 상 변환부 (47) 를 구비하고 있다.
2 상 전압 지령치 도출부 (46) 는, 외부 지령치와, 2 상 전류 (Id, Iq) 와, 위치/속도 추정부 (44) 로부터의 회전 속도의 추정치에 기초하여, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 도출한다.
상세하게는, 2 상 전압 지령치 도출부 (46) 는, 제 1 도출부 (46a) 및 제 2 도출부 (46b) 를 갖고 있다.
제 1 도출부 (46a) 는, 외부 지령치와 위치/속도 추정부 (44) 로부터의 회전 속도의 추정치에 기초하여, 전류 지령치 (Idr, Iqr) 를 도출한다.
외부 지령치란, 예를 들어 회전 속도 지령치 등이다. 예를 들어, 공조 ECU (103) 는, 차재 공조 장치 (101) 의 운전 상황 등으로부터, 필요한 냉매의 유량을 산출하고, 그 유량을 실현할 수 있는 회전 속도를 산출한다. 그리고, 공조 ECU (103) 는, 산출된 회전 속도를 외부 지령치로서 제 1 도출부 (46a) 에 출력한다.
또한, 외부 지령치는, 회전 속도 지령치에 한정되지 않고, 전동 모터 (11) 의 구동 양태를 규정할 수 있으면, 그 구체적인 지령 내용은 임의이다. 또, 외부 지령치의 출력 주체는, 공조 ECU (103) 에 한정되지 않고 임의이다.
제 2 도출부 (46b) 는, 제 1 도출부 (46a) 에 의해 도출된 양 전류 지령치 (Idr, Iqr) 및 3 상/2 상 변환부 (43) 에 의해 얻어진 2 상 전류 (Id, Iq) 에 기초하여, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 도출한다. 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 가, 2 상/3 상 변환부 (47) 및 위치/속도 추정부 (44) 에 출력된다.
2 상/3 상 변환부 (47) 는, 2 상 전압 지령치 도출부 (46) (상세하게는 제 2 도출부 (46b)) 로부터의 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 로 변환하는 2 상/3 상 변환을 실시한다.
인버터 제어 장치 (14) 는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정함으로써 보정 지령치로서 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 도출하는 보정부 (48) 와, 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 PWM (펄스 폭 변조) 제어하는 PWM 제어부 (49) 를 구비하고 있다.
보정부 (48) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정한다. 상세하게는, 보정부 (48) 는, 입력 전압 (Vin) 과 보정 계수 (K) 의 대응 관계를 나타내는 보정 데이터 (48a) 를 갖고 있다. 보정부 (48) 는, 전압 센서 (41) 의 검출 결과로부터 입력 전압 (Vin) 을 파악하고, 보정 데이터 (48a) 를 참조함으로써, 당해 입력 전압 (Vin) 에 대응하는 보정 계수 (K) 를 파악한다. 그리고, 보정부 (48) 는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 각각에 대해 보정 계수 (K) 를 곱함으로써, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 얻는다.
여기서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 보정 계수 (K) 는 「1」이상으로 설정되어 있다. 본 실시형태에서는, 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록 높게 설정되어 있다. 또한, 입력 전압 (Vin) 과 보정 계수 (K) 의 관계는 미리 시험이나 시뮬레이션 등에 의해 도출되고 있다.
PWM 제어부 (49) 는, 입력 전압 (Vin) 과, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 와, 위치/속도 추정부 (44) 에 의해 추정된 회전 위치에 기초하여, 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 PWM 제어함으로써, 전동 모터 (11) 에 흐르는 모터 전류 (3 상 전류 (Iu, Iv, Iw)) 를 제어한다. 상세하게는, PWM 제어부 (49) 는, 보정부 (48) 로부터 입력되는 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 와, 입력 전압 (Vin) 과, 위치/속도 추정부 (44) 로부터의 로터 (22) 의 추정 위치와, 캐리어 신호 (반송파 신호) 에 기초하여, PWM 신호를 생성한다. PWM 제어부 (49) 는, 그 PWM 신호를 사용하여 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 스위칭 동작시킨다. 이로써, 전류 지령치 (Idr, Iqr) 와 동일 또는 그것에 가까운 2 상 전류 (Id, Iq) 가 전동 모터 (11) 에 흐른다. 캐리어 신호의 주파수인 캐리어 주파수는, 유입 노이즈의 주파수 대역보다 높다.
또한, 실제로는, 인버터 제어 장치 (14) 는, 피드백 제어를 실시함으로써, 전동 모터 (11) 에 흐르는 2 상 전류 (Id, Iq) 를 전류 지령치 (Idr, Iqr) 에 근접시키고 있다. 전류 지령치 (Idr, Iqr) 를 제어하는 것은, 전동 모터 (11) 에 흐르는 2 상 전류 (Id, Iq) 를 제어하는 것이라고 할 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 본 실시형태의 위치/속도 추정부 (44) 는, 전류 센서 (42) 의 검출 결과 (상세하게는 3 상/2 상 변환부 (43) 에 의해 얻어진 2 상 전류 (Id, Iq)) 와, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 의 적어도 일방에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도를 추정한다. 상세하게는, 위치/속도 추정부 (44) 는, 2 상 전류 (Id, Iq) 와, d 축 전압 지령치 (Vdr) 와, 모터 정수 등에 기초하여, 각 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에서 유기 (誘起) 되는 유기 전압을 산출한다. 그리고, 위치/속도 추정부 (44) 는, 유기 전압 및 d 축 전류 (Id) 등에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도를 추정한다. 또한, 위치/속도 추정부 (44) 의 추정의 구체적인 양태는, 상기에 한정되지 않고, 임의이다.
덧붙여서, 위치/속도 추정부 (44) 는, 전압 센서 (41) 및 전류 센서 (42) 의 검출 결과를 정기적으로 파악하고 있고, 정기적으로 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도를 추정하고 있다. 이로써, 로터 (22) 의 회전 위치 및 회전 속도의 변화에 추종함과 함께, 회전 위치 및 회전 속도의 추정치를 실제의 회전 위치 및 회전 속도에 각각 근접시키고 있다.
다음으로 도 4 를 사용하여 본 실시형태의 작용에 대해 설명한다. 도 4 는, 본 실시형태의 작용을 설명하기 위한 그래프이고, 실선은, u 상 보정 전압 지령치 (Vuc) 에 기초하는 u 상의 출력 전압 파형을 나타내고, 2 점 쇄선은, 입력 전압 (Vin) 이 변동하고 있지 않는 이상 (理想) 상태에 있어서의 u 상 전압 지령치 (Vur) 에 기초한 u 상의 출력 전압 파형을 나타낸다.
본 실시형태에서는, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수는, 복수 차종에 적용 가능해지도록, 비교적 높게 설정되어 있기 때문에, 인버터 장치 (13) 에 입력되는 직류 전력에 포함되는 유입 노이즈는, 넓은 주파수 대역에 있어서 필터 회로 (31) 에 의해 저감된다. 한편, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수는 캐리어 주파수에 근접해 있다.
여기서, 인버터 회로 (32) 의 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 가 스위칭함으로써, 인버터 회로 (32) 에서 노이즈가 발생한다. 당해 노이즈는, 캐리어 주파수의 노이즈 및 그 고조파 성분을 포함한다. 상기와 같이 필터 회로 (31) 의 공진 주파수가 높게 설정되어 있는 (즉 캐리어 주파수에 근접해 있는) 상황 하에서는, 필터 회로 (31) 가 상기 노이즈에 대해 기능하지 않고, 입력 전압 (Vin) 이 상기 노이즈의 영향을 받는다. 상세하게는, 입력 전압 (Vin) 에 리플 (노이즈) 이 혼입되어, 입력 전압 (Vin) 이 변동하게 된다. 이 때문에, 도 4 에 나타내는 바와 같이, u 상의 출력 전압이 변동한다. 이 경우, 입력 전압 (Vin) 이 변동하지 않는 경우와 비교하여, 충분한 출력 전압을 확보할 수 없어, 실제로 u 상 코일 (24u) 에 인가되는 전압인 u 상 전압 (Vu) 이, u 상 전압 지령치 (Vur) 보다 작아진다.
이에 반해, 본 실시형태에서는, 보정부 (48) 에 의해 u 상 전압 지령치 (Vur) 가 보정되고, u 상 보정 전압 지령치 (Vuc) 에 기초하여 u 상의 PWM 신호가 생성되고 있다. 이로써, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 출력 전압의 부족분이 펄스 폭의 증가분으로 보상된다. 따라서, u 상 전압 (Vu) 이 u 상 전압 지령치 (Vur) 에 근접한다.
또한, u 상에 대해 설명했지만, v 상 및 w 상에 대해서도 동일하다. 바꾸어 말하면, 보정부 (48) 는, 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 이 보정 전의 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 에 근접하도록 (바람직하게는 일치하도록), 리플에서 기인하는 입력 전압 (Vin) 의 변동에 대응시켜 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 도출한다고 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 은, 리플의 영향에 의해, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 보다 작아진다. 이 때문에, 보정 계수 (K) 는 「1」이상으로 설정되어 있다.
또, 차종 등이 상이한 것에서 기인하는 입력 전압 (Vin) 의 변동 범위는, 예를 들어 수백 V 단위를 상정하고 있고, 리플에서 기인하는 입력 전압 (Vin) 의 변동 폭보다 크다. 그리고, 보정 계수 (K) 는, 차종이 상이한 것에서 기인하는 입력 전압 (Vin) 의 변동 범위에 대응시켜, 예를 들어 「1 ∼ 1.2」의 범위에서 설정되어 있다. 이 때문에, 리플에서 기인하는 입력 전압 (Vin) 의 변동에 기초하는 보정 계수 (K) 의 편차의 영향은 작다.
이상 상세히 서술한 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 발휘한다.
(1) 전동 모터 (11) 는, 영구 자석 (22a) 을 포함하는 로터 (22) 와, 코일 (24u, 24v, 24w) 이 권회된 스테이터 (23) 를 갖고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 전동 모터 (11) 를 구동시키는 인버터 회로 (32) 의 제어에 사용되는 것이다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 인버터 회로 (32) 의 입력 전압 (Vin) 을 검출하는 전압 센서 (41) 와, 전동 모터 (11) 에 흐르는 모터 전류 (3 상 전류 (Iu, Iv, Iw)) 를 검출하는 전류 센서 (42) 를 구비하고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 외부로부터의 전동 모터 (11) 에 대한 외부 지령치 (회전 속도 지령치) 및 전류 센서 (42) 의 검출 결과 (상세하게는 당해 검출 결과를 3 상/2 상 변환함으로써 얻어지는 2 상 전류 (Id, Iq)) 에 기초하여, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 및 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 도출하는 지령치 도출부 (45) 를 구비하고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정함으로써 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 도출하는 보정부 (48) 를 구비하고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 및 입력 전압 (Vin) 에 기초하여, 인버터 회로 (32) 의 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 PWM 제어함으로써, 모터 전류를 제어하는 PWM 제어부 (49) 를 구비하고 있다. 인버터 제어 장치 (14) 는, 보정 전의 전압 지령치 및 전류 센서 (42) 의 검출 결과에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치를 추정하는 위치/속도 추정부 (44) 를 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 에 기초하여 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 의 PWM 제어가 실시되기 때문에, 인버터 회로 (32) 의 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 의 스위칭에서 기인하여 입력 전압 (Vin) 이 변동된 경우라도, 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에 대해 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 에 가까운 전압을 인가할 수 있다. 즉, 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에 대해 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 에 대응한 전압을 인가할 수 있다. 이로써, 리플 (노이즈) 에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인한 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 전류 센서 (42) 의 검출 결과의 대응 관계의 편차를 억제할 수 있다. 이로써, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 오차를 저감시킬 수 있다.
상세히 서술하면, PWM 제어부 (49) 가 입력 전압 (Vin) 을 사용하여 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 제어하는 관계 상, 리플에 의해 입력 전압 (Vin) 이 변동하면, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와, 실제로 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에 인가되는 전압 (3 상 전압 (Vu, Vv, Vw)) 이 상이한 사태가 발생할 수 있다. 한편, 전류 센서 (42) 에서 검출되는 3 상 전류 (Iu, Iv, Iw) 는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 에 대응한 것이 아니고, 실제로 인가된 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 에 대응한 것이다. 위치/속도 추정부 (44) 는, 보정 전의 지령치 (예를 들어 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 의 변환원 (元) 인 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr)), 및 3 상 전류 (Iu, Iv, Iw) 를 변환하여 얻어지는 2 상 전류 (Id, Iq) 에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치를 추정한다. 이 때문에, 이 상태로는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차에서 기인하여 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 2 상 전류 (Id, Iq) 의 대응 관계에 편차가 발생하여, 로터 (22) 의 추정 위치와 실제의 회전 위치 사이에, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 오차가 발생한다. 따라서, 전동 모터 (11) 의 제어성이 저하될 수 있다.
특히, PWM 제어가 실시되는 구성에 있어서는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차가 커지기 쉽다. 즉, 지령치와 전류 센서 (42) 의 검출 결과의 대응 관계의 편차 정도는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 변동한다.
이 점에 주목하여, 본 실시형태에 의하면, 입력 전압 (Vin) 에 따라 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 가 보정됨으로써 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 가 도출되고, 당해 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 에 기초하여, PWM 제어부 (49) 에 의한 제어가 실시된다. 이로써, 입력 전압 (Vin) 에 상관없이, 보정 전의 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 실제로 인가되는 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 을 근접시킬 수 있어, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 차재 축전 장치 (104) 의 사양의 차이 등에 따라 인버터 회로 (32) 의 입력 전압이 변경된 경우라도, 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있어, 그것을 통해서 범용성의 향상을 도모할 수 있다.
(2) 여기서, 위치/속도 추정부 (44) 가 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에 추종하는 점에 주목하면, 전압 센서 (41) 의 검출 주기를 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 의 스위칭 주기보다 짧게 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 전압 센서 (41) 의 검출 주기의 고속화는, 인버터 제어 장치 (14) 의 처리 부하의 증대화를 초래하여, 인버터 제어 장치 (14) 에 있어서 높은 처리 능력이 요구되는 경우가 있다. 이에 반해, 본 실시형태에 의하면, 전압 센서 (41) 의 검출 주기를 짧게 하지 않고, 입력 전압 (Vin) 의 변동에 대응할 수 있다.
(3) 전동 모터 (11) 는 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 을 갖는 3 상 모터이다. 지령치 도출부 (45) 는, 외부 지령치 및 2 상 전류 (Id, Iq) 에 기초하여 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 도출하는 2 상 전압 지령치 도출부 (46) 와, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 로 변환하는 2 상/3 상 변환을 실시하는 2 상/3 상 변환부 (47) 를 구비하고 있다.
이러한 구성에 있어서, 보정부 (48) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정함으로써, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 도출한다. PWM 제어부 (49) 는, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 와, 입력 전압 (Vin) 과, 위치/속도 추정부 (44) 에 의해 추정된 로터 (22) 의 회전 위치에 기초하여, 각 스위칭 소자 (Qu1 ∼ Qw2) 를 PWM 제어한다. 위치/속도 추정부 (44) 는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 의 적어도 일방 (예를 들어 d 축 전압 지령치 (Vdr)) 과, 전류 센서 (42) 의 검출 결과 (상세하게는 2 상 전류 (Id, Iq)) 에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치를 추정한다.
이러한 구성에 의하면, 보정부 (48) 에 의해 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 가 보정됨으로써, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차가 보상되어, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 와 전류 센서 (42) 의 검출 결과가 대응하게 된다. 즉, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 와 전류 센서 (42) 의 검출 결과의 대응 관계의 편차를 보상할 수 있다. 이로써, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 의 적어도 일방과 전류 센서 (42) 의 검출 결과에 기초하여, 위치/속도 추정부 (44) 에 의해 추정되는 로터 (22) 의 회전 위치에 대해, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 상기 오차의 영향을 작게 할 수 있다. 따라서, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
(4) 보정부 (48) 는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 에 대해 보정 계수 (K) 를 곱하는 것이다. 이로써, 보정부 (48) 에 의한 보정을 비교적 용이하게 실현할 수 있다.
또, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차가 커지기 쉬운 것에 대응시켜, 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록 높게 설정되어 있다. 이로써, 입력 전압 (Vin) 에 상관없이, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차를 일정한 범위 내에 들어가게 할 수 있다. 이로써, 차종의 차이 등에 의해, 인버터 장치 (13) (인버터 회로 (32)) 에 입력되는 전압이 변경되는 사태가 발생한 경우에도 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
(5) 보정부 (48) 는, 보정 계수 (K) 와 입력 전압 (Vin) 의 대응 관계를 나타내는 보정 데이터 (48a) 를 갖고 있고, 당해 보정 데이터 (48a) 를 참조함으로써, 입력 전압 (Vin) 에 대응한 보정 계수 (K) 를 파악한다. 이로써, 복잡한 계산을 실시하지 않고, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정할 수 있다.
(6) 차재 유체 기계로서의 차재 전동 압축기 (10) 는, 인버터 제어 장치 (14) 와, 인버터 제어 장치 (14) 에 의해 제어되는 인버터 회로 (32) 를 갖는 인버터 장치 (13) 와, 인버터 회로 (32) 에 의해 구동되는 전동 모터 (11) 를 구비하고 있다. 인버터 장치 (13) 는, 당해 인버터 장치 (13) (차재 전동 압축기 (10)) 밖으로부터 입력되는 직류 전력에 포함되는 유입 노이즈를 저감시키는 필터 회로 (31) 를 구비하고 있다. 인버터 회로 (32) 는, 필터 회로 (31) 에 의해 유입 노이즈가 저감된 직류 전력이 입력되는 것으로서, 당해 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
이러한 구성에 의하면, 필터 회로 (31) 에 의해 직류 전력에 포함되는 유입 노이즈가 저감되고 있기 때문에, 인버터 회로 (32) 에 있어서 유입 노이즈의 영향을 작게 할 수 있다. 이로써, 유입 노이즈에서 기인하는 인버터 회로 (32) 의 제어성의 저하를 억제할 수 있다.
여기서, 범용성의 관점에 주목하면, 필터 회로 (31) 가 저감 가능한 유입 노이즈의 주파수 대역은 넓은 편이 바람직하다. 이 때문에, 저감 가능한 유입 노이즈의 주파수 대역을 넓게 하기 위해, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수를 높게 하는 것이 생각된다. 그러나, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수를 높게 하면, 인버터 회로 (32) 에서 발생하는 노이즈에 대해 필터 회로 (31) 가 기능하지 않게 된다. 이 때문에, 예를 들어 상기 노이즈가 충분히 저감될 수 없는 경우가 있다. 특히, 필터 회로 (31) 의 공진 주파수에 가까운 주파수의 상기 노이즈는, 필터 회로 (31) 에서 공진 현상이 발생하여 증폭되어 버린다. 그러면, 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도가 저하된다. 즉, 본 발명자들은, 넓은 주파수 대역의 유입 노이즈를 저감시킨다는 범용성의 향상을 도모하는 배반 (背反) 으로서, 인버터 회로 (32) 에서 발생하는 노이즈 (리플) 에서 기인하여 입력 전압 (Vin) 의 변동이 발생하고, 그 결과 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도가 저하된다는 문제를 알아내었다.
이에 대해, 본 실시형태에서는, 상기와 같이 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동을 고려하여 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정함으로써, 덤핑 저항 등을 형성하거나 하는 하드 구성을 변경하지 않고, 상기 문제를 억제할 수 있다. 이로써, 하드 구성의 복잡화를 억제하면서, 범용성의 향상과 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하의 억제의 양립을 도모할 수 있다.
(제 2 실시형태)
제 1 실시형태에서는, 보정의 대상이 되는 지령치는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 였다. 이에 반해, 제 2 실시형태에서는, 보정의 대상이 되는 지령치는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 로 되어 있다. 이하, 제 1 실시형태와 상이한 점에 대해 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙임과 함께, 상세한 설명을 생략한다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태에서는, 지령치 도출부 (61) 는, 2 상 전압 지령치 도출부 (46) 와 2 상/3 상 변환부 (47) 사이에 형성된 보정부 (62) 를 구비하고 있다. 보정부 (62) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 보정함으로써 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 도출하고, 그 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 2 상/3 상 변환부 (47) 에 출력한다.
보정부 (62) 는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 및 입력 전압 (Vin) 과 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 가 대응된 보정 데이터 (62a) 를 갖고 있다. 보정부 (62) 는, 보정 데이터 (62a) 를 참조함으로써, 입력되는 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 및 입력 전압 (Vin) 에 대응한 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 도출한다.
2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 는, 실제로 3 상의 코일 (24u, 24v, 24w) 에 인가되는 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 을 3 상/2 상 변환함으로써 얻어지는 전압이 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 에 근접하도록 (바람직하게는 일치하도록) 입력 전압 (Vin) 의 리플을 고려하여 설정되어 있다. 즉, 제 2 실시형태의 보정부 (62) 는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 와 실제로 전동 모터 (11) 에 인가되어 있는 d 축 전압 및 q 축 전압이 근접하도록 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에 대응시켜 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 도출한다. 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 는, 전류 센서 (42) 의 검출 결과에 대응한 전압 지령치이다.
또, 제 2 실시형태에서는, 2 상/3 상 변환부 (47) 는, 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 변환함으로써, 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 를 도출한다.
위치/속도 추정부 (44) 는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 의 적어도 일방 (예를 들어 d 축 전압 지령치 (Vdr)) 과 2 상 전류 (Id, Iq) 에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치를 추정한다.
이상 상세히 서술한 제 2 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.
(7) 지령치 도출부 (61) 는, 2 상 전압 지령치 도출부 (46) 와, 입력 전압 (Vin) 에 따라, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 를 보정함으로써 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 도출하는 보정부 (62) 와, 2 상 보정 전압 지령치 (Vdc, Vqc) 를 3 상 보정 전압 지령치 (Vuc, Vvc, Vwc) 로 변환하는 2 상/3 상 변환부 (47) 를 구비하고 있다. 위치/속도 추정부 (44) 는, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 의 적어도 일방 (예를 들어 d 축 전압 지령치 (Vdr)) 과, 전류 센서 (42) 의 검출 결과 (상세하게는 2 상 전류 (Id, Iq)) 에 기초하여, 로터 (22) 의 회전 위치를 추정한다. 이러한 구성에 있어서도, (1) 등의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 보정부 (62) 에 의해 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 가 보정됨으로써, 노이즈에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 와 전류 센서 (42) 의 검출 결과의 대응 관계의 편차를 보상할 수 있다. 이로써, 위치/속도 추정부 (44) 에 의한 로터 (22) 의 회전 위치의 추정에 있어서, 노이즈에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동의 영향을 저감시킬 수 있다. 따라서, 노이즈에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인하는 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
즉, 보정의 대상이 되는 지령치는, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 여도 되고, 2 상 전압 지령치 (Vdr, Vqr) 여도 된다. 단, 제 1 실시형태와 같이, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 를 보정하는 구성 쪽이, 2 상/3 상 변환을 고려하지 않고 전압 지령치를 보정할 수 있으므로, 비교적 용이하게 보정할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태는 이하와 같이 변경해도 된다.
○ 제 1 실시형태에 있어서, 보정부 (48) 는, 입력 전압 (Vin) 이 미리 정해진 임계치 전압 미만인 경우에는, 보정 계수 (K) 로서 「1」이외의 값을 채용하고, 입력 전압 (Vin) 이 임계치 전압 이상인 경우에는, 보정 계수 (K) 로서 「1」을 채용해도 된다. 즉, 인버터 제어 장치 (14) 는, 입력 전압 (Vin) 이 임계치 전압 이상인 경우에는 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 의 보정을 실시하지 않는 구성으로 해도 된다. 이로써, 리플에 의한 입력 전압 (Vin) 의 변동의 영향이 작은 경우에는, 보정을 생략함으로써, 처리 부하의 경감을 도모할 수 있다. 제 2 실시형태에 대해서도 동일하다. 이 경우에도, 보정부는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 지령치를 보정하고 있다고 할 수 있다.
또한, 본 그 밖의 예에 있어서는, 입력 전압 (Vin) 이 미리 정해진 임계치 전압 미만인 경우의 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 변화시켜도 되고, 일정치여도 된다.
○ 탑재 상황 등에 따라서는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록, 3 상 전압 지령치 (Vur, Vvr, Vwr) 와 3 상 전압 (Vu, Vv, Vw) 의 오차가 작아지는 경우가 있다. 이 경우, 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록 낮게 설정되어 있으면 된다. 상세하게는, 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 이 작아질수록 「1」에 근접해도 된다.
○ 보정 계수 (K) 는, 입력 전압 (Vin) 에 따라 계단상으로 변화시켜도 되고, 리니어로 변화시켜도 된다. 요컨대, 보정 계수 (K) 의 변화 양태는 임의이다. 또, 보정 데이터 (48a, 62a) 의 구체적인 데이터 양태는, 맵 데이터나 함수 데이터 등 임의이다.
○ 보정의 대상이 되는 지령치로서 전류 지령치 (Idr, Iqr) 를 채용해도 된다. 이 경우, 보정부는, 제 1 도출부 (46a) 와 제 2 도출부 (46b) 사이에 형성되고, 양 전류 지령치 (Idr, Iqr) 를 보정하고, 그 보정한 값을 제 2 도출부 (46b) 에 출력한다.
○ 보정부 (48, 62) 에 의한 구체적인 보정 양태는 임의이고, 예를 들어 입력 전압 (Vin) 에 따라 변화되는 가변치를 가산 또는 감산하는 구성이어도 된다.
○ 필터 회로 (31) 를 생략해도 된다.
○ 인버터 장치 (13) 및 인버터 제어 장치 (14) 에서 1 개의 유닛을 구성해도 된다.
○ 차재 전동 압축기 (10) 는, 차재 공조 장치 (101) 에 사용되는 구성에 한정되지 않고, 다른 장치에 사용되는 것이어도 된다. 예를 들어, 차량 (100) 이 연료 전지 차량인 경우에는, 차재 전동 압축기 (10) 는 연료 전지에 공기를 공급하는 공기 공급 장치에 사용되어도 된다. 즉, 압축되는 유체는, 냉매에 한정되지 않고, 공기 등 임의이다. 이 경우에도, 입력 전압 (Vin) 의 변동에서 기인한 로터 (22) 의 회전 위치의 추정 정밀도의 저하를 억제하는 것을 통해서, 차재 유체 기계의 제어성의 향상을 도모할 수 있다.
○ 차재 유체 기계는, 유체를 압축하는 압축부 (12) 를 구비한 차재 전동 압축기 (10) 에 한정되지 않는다. 예를 들어, 차량 (100) 이 연료 전지 차량인 경우에는, 차재 유체 기계는, 연료 전지에 수소를 압축하지 않고 공급하는 펌프와 당해 펌프를 구동시키는 전동 모터를 갖는 전동 펌프 장치여도 된다. 이 경우, 인버터 제어 장치 (14) 에 의해 제어되는 인버터 장치 (13) 는, 펌프를 구동시키는 전동 모터에 사용되어도 된다.
○ 상기 각 실시형태 및 상기 각 그 밖의 예를 적절히 조합해도 된다.

Claims (10)

  1. 영구 자석을 포함하는 로터와 코일이 권회된 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되는 것으로서, 차재 유체 기계에 탑재되도록 구성된 인버터 제어 장치에 있어서,
    상기 인버터 회로의 입력 전압을 검출하도록 구성된 전압 검출부와,
    상기 전동 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와,
    외부로부터의 상기 전동 모터에 대한 외부 지령치와, 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 지령치를 도출하도록 구성된 지령치 도출부와,
    상기 입력 전압에 따라 상기 지령치를 보정함으로써 보정 지령치를 도출하도록 구성된 보정부와,
    상기 보정 지령치 및 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 인버터 회로에 형성된 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써, 상기 모터 전류를 제어하도록 구성된 PWM 제어부와,
    상기 지령치 및 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하도록 구성된 위치 추정부를 구비하고 있는, 인버터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동 모터는, 3 상의 코일을 갖는 3 상 모터이고,
    상기 지령치 도출부는,
    상기 외부 지령치 및 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 전동 모터의 d 축에 인가되는 d 축 전압 지령치, 및 상기 전동 모터의 q 축에 인가되는 q 축 전압 지령치를 도출하도록 구성된 2 상 전압 지령치 도출부와,
    상기 d 축 전압 지령치 및 상기 q 축 전압 지령치로 구성된 2 상 전압 지령치를, 3 상 전압 지령치로 변환하도록 구성된 2 상/3 상 변환부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 입력 전압에 따라 상기 3 상 전압 지령치를 보정함으로써, 상기 보정 지령치로서 3 상 보정 전압 지령치를 도출하도록 구성되고,
    상기 PWM 제어부는, 상기 3 상 보정 전압 지령치와 상기 입력 전압과 상기 위치 추정부의 추정 결과에 기초하여, 상기 스위칭 소자를 PWM 제어하도록 구성되고,
    상기 위치 추정부는, 상기 d 축 전압 지령치 및 상기 q 축 전압 지령치의 적어도 일방과, 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하도록 구성되어 있는, 인버터 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 3 상 전압 지령치에 대해 보정 계수를 곱함으로써 상기 3 상 보정 전압 지령치를 얻도록 구성되고,
    상기 보정 계수는, 상기 입력 전압이 작아질수록 높게 설정되어 있는, 인버터 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 3 상 전압 지령치에 대해 보정 계수를 곱함으로써 상기 3 상 보정 전압 지령치를 얻도록 구성되고,
    상기 보정 계수는, 상기 입력 전압이 작아질수록 낮게 설정되어 있는, 인버터 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동 모터는, 3 상의 코일을 갖는 3 상 모터이고,
    상기 지령치 도출부는, 상기 외부 지령치 및 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 전동 모터의 d 축에 인가되는 d 축 전압 지령치, 및 상기 전동 모터의 q 축에 인가되는 q 축 전압 지령치를 도출하도록 구성된 2 상 전압 지령치 도출부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 입력 전압에 따라, 상기 d 축 전압 지령치 및 상기 q 축 전압 지령치로 구성된 2 상 전압 지령치를 보정함으로써 2 상 보정 전압 지령치를 도출하도록 구성되고,
    상기 지령치 도출부는, 상기 2 상 보정 전압 지령치를 3 상 보정 전압 지령치로 변환하도록 구성된 2 상/3 상 변환부를 구비하고,
    상기 PWM 제어부는, 상기 3 상 보정 전압 지령치와 상기 입력 전압과 상기 위치 추정부의 추정 결과에 기초하여, 상기 스위칭 소자를 PWM 제어하도록 구성되고,
    상기 위치 추정부는, 상기 d 축 전압 지령치 및 상기 q 축 전압 지령치의 적어도 일방과, 상기 전류 검출부의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하도록 구성되어 있는, 인버터 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령치는 전압 지령치이고, 상기 보정부는, 상기 코일에 인가되는 전압이 상기 전압 지령치에 근접하도록 상기 입력 전압의 변동에 대응시켜 상기 보정 지령치를 도출하도록 구성되어 있는, 인버터 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 인버터 제어 장치와,
    상기 인버터 제어 장치에 의해 제어되는 인버터 회로를 갖는 인버터 장치와,
    상기 인버터 회로에 의해 구동되는 전동 모터를 구비하고 있는, 차재 유체 기계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인버터 장치는, 외부로부터 입력되는 직류 전력에 포함되는 유입 노이즈를 저감시키도록 구성된 필터 회로를 구비하고,
    상기 인버터 회로는, 상기 필터 회로에 의해 상기 유입 노이즈가 저감된 직류 전력이 입력되는 것으로서, 당해 직류 전력을 교류 전력으로 변환하도록 구성되어 있는, 차재 유체 기계.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 차재 유체 기계는, 상기 전동 모터가 구동됨으로써 유체를 압축하도록 구성된 압축부를 구비한 차재 전동 압축기인, 차재 유체 기계.
  10. 영구 자석을 포함하는 로터와 코일이 권회된 스테이터를 갖는 전동 모터를 구동시키는 인버터 회로의 제어에 사용되는 것으로서, 차재 유체 기계에 탑재되도록 구성된 인버터 제어 장치에 있어서,
    상기 인버터 회로의 입력 전압을 검출하도록 구성된 전압 센서와,
    상기 전동 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하도록 구성된 전류 센서와,
    프로세서를 구비하고, 그 프로세서는,
    외부로부터의 상기 전동 모터에 대한 외부 지령치와, 상기 전류 센서의 검출 결과에 기초하여, 지령치를 도출하는 것과,
    상기 입력 전압에 따라 상기 지령치를 보정함으로써 보정 지령치를 도출하는 것과,
    상기 보정 지령치 및 상기 입력 전압에 기초하여, 상기 인버터 회로에 형성된 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써, 상기 모터 전류를 제어하는 것과,
    상기 지령치 및 상기 전류 센서의 검출 결과에 기초하여, 상기 로터의 회전 위치를 추정하는 것을 실시하도록 구성되어 있는, 인버터 제어 장치.
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