特許 7595807 モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20241129BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

H02P27/08

H02P21/22

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024502349

(86)(22)【出願日】2022-02-24

(86)【国際出願番号】 JP2022007717

(87)【国際公開番号】W WO2023162106

(87)【国際公開日】2023-08-31

【審査請求日】2024-01-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】乗松 泰治

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼原 貴昭

(72)【発明者】

【氏名】豊留 慎也

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２３２５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－７３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５１９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

Ｈ０２Ｐ ２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、
前記整流部の出力端に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの両端に接続され、第２の交流電力を生成してモータに出力するインバータと、
前記コンデンサの電力状態に応じた脈動が前記モータの駆動パターンに重畳されるように前記インバータの動作を制御し、前記コンデンサの充放電電流を抑制する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記モータの回転速度を制御する定電流負荷制御を優先して行いつつ、負荷脈動を補償する負荷脈動補償制御、前記コンデンサの充放電電流を抑制する電源脈動補償制御、及び前記インバータに入力されるインバータ入力電流を抑制する過負荷補償制御を行う
モータ駆動装置。

【請求項2】

前記制御部は、
回転座標系における前記定電流負荷制御用の指令である第１のトルク電流指令を生成する速度制御部と、
前記第１のトルク電流指令に対する第１のリミット値と前記第１のトルク電流指令との第１差分を用いて設定される第２のリミット値を用いて、前記負荷脈動補償制御用の第１の補償値を生成する負荷脈動補償制御部と、
前記第１差分と前記第１の補償値との第２差分を用いて設定される第３のリミット値を用いて、前記電源脈動補償制御用の第２の補償値を生成する電源脈動補償制御部と、
第４のリミット値を用いて、前記過負荷補償制御用の第３の補償値を生成する過負荷補償制御部と、
を備える請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記第２のリミット値は、前記第１差分と、０以上１以下の第１の制限比とを乗算することで生成され、
前記第３のリミット値は、前記第２差分と、０以上１以下の第２の制限比とを乗算することで生成され、
前記第３の補償値は、回転速度指令と、０以上１以下の第３の制限比と乗算することで生成され、
前記第１のトルク電流指令は、前記第３の補償値によって補償される
請求項２に記載のモータ駆動装置。

【請求項4】

前記第１のトルク電流指令は、前記第１から第３の制限比のうちの少なくとも１つによって制限され、前記第１から第３の制限比は優先順位を決めて使用される
請求項３に記載のモータ駆動装置。

【請求項5】

前記第１のトルク電流指令は、前記第１から第３の制限比のうちの少なくとも１つによって制限され、前記第１から第３の制限比は下限値を決めて使用される
請求項３に記載のモータ駆動装置。

【請求項6】

前記第１から第３の制限比は、前記インバータ入力電流に基づいて変更され得る
請求項３から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項7】

前記第１から第３の制限比は、前記インバータ又はコンデンサの温度情報に基づいて変更され得る
請求項３に記載のモータ駆動装置。

【請求項8】

請求項１から７の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備える
冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、入力される交流電力をモータへの所望の電力に変換する電力変換装置を備えてモータを駆動するモータ駆動装置及び冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に容量の大きいコンデンサを使用すると、電力変換装置の大型化、及びコストアップにつながる。従来、コンバータとインバータとの間に設けられる平滑部のコンデンサの容量を抑えることを目的とした電力変換装置が知られている。

【0003】

例えば、下記特許文献には、コンバータ側のパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御のためのキャリアと、インバータ側のＰＷＭ制御のためのキャリアとに位相差を与えて、双方のパルスの重なる面積が最大となるように位相差を調整する技術が開示されている。この特許文献１によれば、平滑部のコンデンサに流れる電流を最小にできるので、平滑部のコンデンサの容量が最小限に抑えられると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２８８０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、モータ駆動装置の特性として、モータの負荷が大きい高負荷域においては、インバータに流れるインバータ電流を大きくする必要がある。このような高負荷域では、必然的に平滑部のコンデンサから流出する電流も大きくなるので、平滑部のコンデンサに流れる電流を最小化することは困難である。このため、容量の小さいコンデンサを用いたときには、特に外気温が高い高外気温環境下において、コンデンサの温度上昇による故障等の問題が生じ得る。

【0006】

以上のように、特許文献１の技術では、高負荷域及び高外気温環境下での駆動に難があり、容量の小さいコンデンサを用いたときには、装置の信頼性が低下するという問題があった。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、高負荷域及び高外気温環境下での駆動においても装置の信頼性の低下を抑制できるモータ駆動装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係るモータ駆動装置は、整流部と、整流部の出力端に接続されるコンデンサと、コンデンサの両端に接続されるインバータと、制御部とを備える。整流部は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流する。インバータは、第２の交流電力を生成してモータに出力する。制御部は、コンデンサの電力状態に応じた脈動がモータの駆動パターンに重畳されるようにインバータの動作を制御し、コンデンサの充放電電流を抑制する。制御部は、モータの回転速度を制御する定電流負荷制御を優先して行いつつ、負荷脈動を補償する負荷脈動補償制御、コンデンサの充放電電流を抑制する電源脈動補償制御、及びインバータに入力されるインバータ入力電流を抑制する過負荷補償制御を行う。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係るモータ駆動装置によれば、高負荷域及び高外気温環境下での駆動においても装置の信頼性の低下を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成例を示す図

【図2】実施の形態１に係るモータ駆動装置を冷凍サイクル装置に適用した構成例を示す図

【図3】図２に示す冷凍サイクル装置が有する圧縮機の例であるロータリー圧縮機とレシプロ圧縮機とのトルクについて説明する図

【図4】実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部の構成例を示すブロック図

【図5】実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部における要部の動作説明に供するフローチャート

【図6】実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係るモータ駆動装置及び冷凍サイクル装置について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は例示であって、以下の実施の形態によって、本開示の範囲が限定されるものではない。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成例を示す図である。図１において、実施の形態１に係るモータ駆動装置１０は、商用電源１及び圧縮機３０に接続される。モータ駆動装置１０は、商用電源１から供給される第１の交流電力を所望の振幅及び位相を有する第２の交流電力に変換して圧縮機３０に供給する。商用電源１は交流電源の一例である。圧縮機３０には、モータ３２が搭載されている。モータ３２の一例は、センサレス型ブラシレスモータである。

【0013】

モータ駆動装置１０は、リアクトル２と、整流部３と、平滑部４と、インバータ５と、制御部６と、電流検出部７，８とを備える。

【0014】

リアクトル２は、商用電源１と整流部３との間に接続される。整流部３は、４つの整流素子から構成されるブリッジ回路を有し、商用電源１から供給される第１の交流電力を整流して出力する。整流部３は、全波整流を行う。

【0015】

平滑部４は、整流部３の出力端に接続される。平滑部４は、平滑素子としてのコンデンサ４ａを有し、整流部３によって整流された電力を平滑化する。コンデンサ４ａは、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどである。コンデンサ４ａは、整流部３の出力端に接続され、整流部３によって整流された電力を平滑化するような容量を有する。商用電源１が出力する電源電圧の波形は全波整流波形であるのに対し、平滑化によってコンデンサ４ａに発生する電圧波形は、直流成分に商用電源１の周波数に応じた電圧リプルが重畳した波形となり、大きく脈動しない。この電圧リプルの周波数は、商用電源１が単相の場合は電源電圧の周波数の２倍成分となり、商用電源１が３相の場合は６倍成分が主成分となる。商用電源１から入力される電力、及びインバータ５から出力される電力が変化しない場合、この電圧リプルの振幅はコンデンサ４ａの容量によって決定される。例えば、コンデンサ４ａに発生する電圧リプルの振幅は、その最大値が最小値の２倍未満となるような範囲で脈動している。

【0016】

インバータ５は、平滑部４の両端に接続される。インバータ５は、スイッチング素子及び還流ダイオードを有する。スイッチング素子の具体例は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体素子であり、シリコン半導体で形成されている。シリコン半導体以外ではワイドバンドギャップ半導体がある。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体のことを指している。代表的なワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、又はダイヤモンドである。ワイドバンドギャップ半導体を用いれば、シリコン半導体を用いるより、損失を減らすことができる。インバータ５は、制御部６の制御によってスイッチング素子がオンオフ制御される。この制御により、整流部３及び平滑部４から出力される電力は、モータ３２の負荷に合わせて、第１の交流電力とは振幅及び位相の違う第２の交流電力に変換されて圧縮機３０に出力される。

【0017】

電流検出部７は、整流部３から平滑部４及びインバータ５に向けて出力されるコンデンサ入力電流Ｉ１を検出し、検出した電流値を制御部６に出力する。電流検出部７は、コンデンサ４ａの電力状態を検出する検出部として用いることができる。

【0018】

電流検出部８は、インバータ５から出力される３相の電流のうちの２相分の電流値を検出し、検出した電流値を制御部６に出力する。検出した電流値がＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖである場合、残りの１相であるＷ相電流Ｉｗの電流値は、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係式から演算で求めることができる。電流検出部８に用いるセンサとしては、ＤＣＣＴ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、ＡＣＣＴ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、シャント抵抗といったセンサが想定されるが、これらに限定されない。３相の電流値が検出できれば、これら以外のセンサを用いてもよい。

【0019】

図２は、実施の形態１に係るモータ駆動装置を冷凍サイクル装置に適用した構成例を示す図である。図２において、冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１に係るモータ駆動装置１０を備える。冷凍サイクル装置１００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。

【0020】

冷凍サイクル装置１００は、モータ３２を内蔵した圧縮機３０と、凝縮器３５と、膨張弁３６と、蒸発器３７とが冷媒配管３８を介して取り付けられている。これらの圧縮機３０、凝縮器３５、膨張弁３６及び蒸発器３７が閉ループに接続されることで冷媒回路が形成される。なお、図示はしていないが、圧縮機３０と凝縮器３５との間に四方弁を取り付けることで、蒸発器３７及び凝縮器３５を室内器と室外器とで入れ替えることができ、暖房運転と冷房運転とを切り替えることができる。

【0021】

圧縮機３０は、図示を省略した冷媒圧縮室を備えている。この冷媒圧縮室には、冷媒を圧縮するための機械が設けられている。また、圧縮機３０には、図示を省略した吸入口と吐出口とが接続されており、これらが冷媒回路の一部を構成している。圧縮機３０を駆動するモータ３２は、図示を省略した固定子と回転子とを有する。固定子は、ヨークにコイルを巻いた構造であり、回転子は永久磁石の役目を持つ部材で構成されている。モータ３２の駆動により、冷媒を圧縮するための機械が駆動され、吸入口から流入した冷媒が圧縮室で圧縮され、吐出口から流出する構造になっている。なお、図１では、モータ３２におけるモータ巻線がＹ結線の場合を示しているが、この例に限定されない。モータ３２のモータ巻線は、Δ結線であってもよいし、Ｙ結線とΔ結線とが切り替え可能な仕様であってもよい。

【0022】

圧縮機３０としては、回転速度制御が可能な圧縮機、即ちインバータ５によりモータ３２の回転速度が制御されるインバータ駆動の圧縮機を用いる。インバータ駆動の圧縮機には、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、レシプロ圧縮機などがある。これらの圧縮機は、冷媒、潤滑油の種類、潤滑油の量などによって、駆動特性に影響が表れる。従って、条件によっては、冷媒圧縮室を動作させるために必要なトルクが大きくなるため、制御による出力電圧が大きくなる。

【0023】

図３は、図２に示す冷凍サイクル装置が有する圧縮機の例であるロータリー圧縮機とレシプロ圧縮機とのトルクについて説明する図である。図３に示すグラフの縦軸はトルクを表し、横軸は回転子の回転位置を示す角度を表す。トルクカーブＣ１はロータリー圧縮機についての角度と負荷トルクとの関係を表し、トルクカーブＣ２はレシプロ圧縮機についての角度と負荷トルクとの関係を表している。

【0024】

２つのトルクカーブＣ１，Ｃ２を比較すると、何れの圧縮機の場合も、圧縮動作によってトルク変動が発生していることが分かる。また、ロータリー圧縮機に比べてレシプロ圧縮機では、負荷トルクが大きくなる角度範囲が限定的であることが分かる。

【0025】

図１の説明に戻る。制御部６は、電流検出部７から平滑部４の入力電流の電流値を取得し、電流検出部８からインバータ５によって変換された第２の交流電力の電流値を取得する。制御部６は、各電流検出部によって検出された電流値を用いて、インバータ５の動作、具体的には、インバータ５が有するスイッチング素子のオンオフを制御する。

【0026】

実施の形態１において、制御部６は、整流部３から平滑部４のコンデンサ４ａに流入する電力の脈動に応じた脈動を含む正弦波上の交流電力がインバータ５から圧縮機３０に出力されるようにインバータ５を制御する。コンデンサ４ａに流入する電力の脈動に応じた脈動とは、例えばコンデンサ４ａに流入する電力の脈動の周波数などによって変動する脈動である。これにより、制御部６は、コンデンサ４ａに流れる電流を抑制する。なお、制御部６は、各検出部から取得した全ての検出値を用いなくてもよく、一部の検出値を用いて制御を行ってもよい。

【0027】

制御部６は、モータの速度、電圧、電流の何れかが所望の状態になるように制御を行う。ここで、圧縮機３０の駆動用に使用されるモータ３２の場合、モータ３２に回転子の位置を検出する位置センサを取り付けることが構造的にもコスト的にも困難なことが多い。このため、制御部６は、モータ３２の制御を位置センサレスで行う。モータ３２の位置センサレス制御方法については、一次磁束一定制御、センサレスベクトル制御といった制御手法がある。実施の形態１では、一例として、センサレスベクトル制御をベースに説明する。なお、以降で説明する制御方法については、軽微な変更で一次磁束一定制御に適用することも可能である。

【0028】

なお、モータ駆動装置１０において、図１に示す各構成の配置は一例であり、各構成の配置は図１で示される例に限定されない。例えば、リアクトル２は、整流部３の後段に配置されてもよい。また、モータ駆動装置１０は、昇圧部を備えてもよいし、整流部３に昇圧部の機能を持たせるようにしてもよい。

【0029】

次に、制御部６における実施の形態１での特徴的な動作について説明する。なお、図１に示すように、整流部３からコンデンサ４ａ及びインバータ５に向けて出力される電流を「Ｉ１」で表し、「コンデンサ入力電流」と呼ぶ。また、コンデンサ４ａから出力されてインバータ５に入力される電流を「Ｉ２」で表し、「インバータ入力電流」と呼ぶ。また、コンデンサ４ａに流出入する電流、即ちコンデンサ４ａを充電する電流又はコンデンサ４ａが放電する電流を「Ｉ３」で表し、「充放電電流」と呼ぶ。

【0030】

コンデンサ入力電流Ｉ１は、商用電源１の電源位相、整流部３の前後に設置される素子の特性などの影響を受ける。その結果、コンデンサ入力電流Ｉ１は、電源周波数及び電源周波数の２以上の整数倍の周波数成分である高調波成分を含む特性を有する。また、コンデンサ４ａにおいて、充放電電流Ｉ３が大きいとコンデンサ４ａの経年劣化が加速する。特に、コンデンサ４ａとして電解コンデンサを用いる場合、経年劣化の加速の度合いが大きくなる。そこで、制御部６は、コンデンサ入力電流Ｉ１とインバータ入力電流Ｉ２とが等しくなるようにインバータ５を制御して、充放電電流Ｉ３をゼロに近づける制御を行うことで充放電電流Ｉ３を減少させる。これにより、コンデンサ４ａの劣化が抑制される。但し、インバータ入力電流Ｉ２には、ＰＷＭ制御に起因するリプル成分が重畳されるので、制御部６は、このリプル成分を加味してインバータ５を制御する必要がある。

【0031】

制御部６は、コンデンサ４ａの電力状態を監視し、モータ３２に適切な脈動を与えて充放電電流Ｉ３が減少するようにする。ここで、コンデンサ４ａの電力状態とは、コンデンサ入力電流Ｉ１、インバータ入力電流Ｉ２、充放電電流Ｉ３、コンデンサ４ａの電圧であるコンデンサ電圧などから計算されるものである。制御部６においては、これらのコンデンサ４ａの電力状態を決める情報のうちの少なくとも１つが、充放電電流Ｉ３を抑制する制御に必要な情報となる。

【0032】

制御部６は、電流検出部７で検出されたコンデンサ入力電流Ｉ１の検出値を用いて、インバータ入力電流Ｉ２からＰＷＭリプルを除いた値がコンデンサ入力電流Ｉ１と一致するようにインバータ５を制御し、モータ３２に出力される電力に脈動を加える。即ち、制御部６は、コンデンサ４ａの電力状態に応じた脈動がモータ３２の駆動パターンに重畳されるようにインバータ５の動作を制御する。これにより、充放電電流Ｉ３が抑制される。本稿では、この制御を「電源脈動補償制御」と呼ぶ。

【0033】

なお、前述のように、コンデンサ入力電流Ｉ１には電源周波数の高調波成分が含まれることから、インバータ入力電流Ｉ２にも電源周波数の高調波成分が含まれることになる。このため、モータ駆動装置１０は、インバータ入力電流Ｉ２を適切に脈動させる必要がある。

【0034】

また、例えば圧縮機３０が空気調和機で使用され、圧縮機３０の負荷がほぼ一定となる、即ちインバータ入力電流Ｉ２の実効値が一定となる場合においても、圧縮機３０の負荷の種別によっては周期的な回転変動を生ずる機構を有するものがあることが知られている。従って、このような機構を有する圧縮機負荷を駆動する場合、負荷トルクは周期変動を有するものとなる。このため、インバータ５から出力電流一定、即ち定トルク出力で圧縮機３０を駆動する定電流負荷制御を行うと、トルク差分に起因する速度変動が生じる。速度変動は低速域にて顕著に生じ、高速域に動作点が移動するに連れて速度変動は小さくなる特性がある。また、速度変動分は外部流出するため、振動として外部観測されることとなり、振動対策部品の追加などが必要である。そのため、インバータ５から出力される一定電流、即ち定トルク出力分電流とは別に、脈動トルク、即ち脈動電流分を圧縮機３０に流すことで負荷トルク変動に応じたトルクをインバータ５から圧縮機３０に与える方法がとられることが多い。これにより、トルク差分をゼロに近づけることで圧縮機３０のモータ３２の速度変動を低減して振動抑制することができる。その結果、インバータ５の出力トルクと負荷トルクとのトルク差分をゼロに近づけることができる。これにより、圧縮機３０に具備されるモータ３２の速度変動を低減することができ、圧縮機３０の振動を抑制することができる。本稿では、この制御を「負荷脈動補償制御」と呼ぶ。

【0035】

また、前述したように、モータ駆動装置１０は、高負荷域及び高外気温環境下で圧縮機３０を駆動しなければならない場合がある。この場合、必然的にインバータ入力電流Ｉ２が大きくなるので、コンデンサ４ａの温度上昇による故障等の問題が生じ得る。また、インバータ入力電流Ｉ２が大きくなると、回路部品及び回路部品のはんだ付け部の温度上昇による故障等も考えられる。更に、モータ３２に流れるモータ電流の増加によってモータの減磁が引き起こされ、モータ３２の性能低下、又は故障等も考えられる。そこで、制御部６は、一時的に速度指令値に対して回転速度を下げる制御を行いつつ、負荷脈動補償制御及び電源脈動補償制御を一時的に弱める制御を行う。この制御を行えば、インバータ入力電流Ｉ２を低減できるので、発熱及び温度上昇を抑制することが可能となる。本稿では、モータ駆動装置１０の運転環境が、高負荷域及び高外気温環境下に置かれるときを「過負荷状態」又は「過負荷状態時」と呼ぶ。また、モータ駆動装置１０の運転環境が過負荷状態であるときに行う、インバータ入力電流Ｉ２を低減する制御を「過負荷補償制御」と呼ぶ。

【0036】

以上のように、実施の形態１に係るモータ駆動装置１０において、制御部６は、モータ３２の回転速度を制御する定電流負荷制御、負荷脈動を補償する負荷脈動補償制御、電源脈動を補償する電源脈動補償制御、及び運転環境が過負荷状態であるときにインバータ入力電流Ｉ２を抑制する過負荷補償制御を実施する。その一方で、各制御による配分が適切ではない場合、モータ３２の回転速度が速度指令に対し追従できない、負荷脈動補償制御が過補償になる、電源脈動補償が満足に制御できないなどの状態が発生するおそれがある。そこで、実施の形態１では、各制御の動作が適切になるようにモータ駆動装置１０を動作させる。或いは、各制御の動作が適切になるように、各制御間の優先順位を決定する。以下、具体的な制御方法について説明する。なお、本稿では、制御部６が処理を行う際の座標系として、モータ３２が永久磁石モータである場合において好適に用いられるｄｑ軸座標系で説明するが、これに限定されない。制御部６の制御系が、位置センサレス制御において一般的に用いられるγδ軸座標系で構築されていてもよい。

【0037】

まず、モータ駆動装置１０においては、駆動するモータ３２が速度指令に追従することは必須の事項である。このため、制御部６は、定電流負荷制御を優先した制御を行う。また、制御部６は、定電流負荷制御、電源脈動補償制御、及び負荷脈動補償制御の各制御で使用可能なトルク電流指令であるｑ軸電流指令に対し、そのリミット値を設定する。具体的に、制御部６は、全体のｑ軸電流指令のリミット値から定電流負荷制御で使用するｑ軸電流指令の値を引いた範囲内で、電源脈動補償制御及び負荷脈動補償制御の各リミット値を設定し、電源脈動補償制御及び負荷脈動補償制御のｑ軸電流指令を生成する。即ち、制御部６は、モータ３２の回転速度を制御する定電流負荷制御を優先して行いつつ、負荷脈動を補償する負荷脈動補償制御、及びコンデンサ４ａの充放電電流Ｉ３を抑制する電源脈動補償制御を行う。

【0038】

次に、全体のｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍについて説明する。全体のｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍは、ｄ軸電流Ｉ_ｄの値、モータ３２の速度などによって変化する。低速度域におけるモータ３２の減磁限界、インバータ５の最大電流などの観点から、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍを、例えば、以下の式（１）のように決定する。なお、本稿では、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍを「第１のリミット値」と記載することがある。

【0039】

【数1】

【0040】

式（１）において、Ｉ_{ｒｍｓｌｉｍ}は相電流のリミット値を実効値表記したものを示し、Ｉ_ｄ＊は励磁電流指令であるｄ軸電流指令を示す。Ｉ_{ｒｍｓｌｉｍ}は、インバータ５における過電流遮断保護の閾値よりも１０％から２０％程度低めに設定するのが一般的である。高速度域では、電圧飽和の影響によって流せるｑ軸電流Ｉ_ｑが減少してしまう。ｑ軸電流指令が過大な状態になると、積分器のワインドアップ現象によって制御不安定に陥るケースがあることがよく知られている。式（１）では速度上昇に伴う最大ｑ軸電流の低下が考慮されていないため、最大ｑ軸電流の低下を加味した数式を導出する。高速領域では、ｄｑ軸電圧のリミット値をＶ_ｏｍとした場合、Ｖ_ｏｍに対して式（２）の近似式の関係が成り立つ。

【0041】

【数2】

【0042】

式（２）において、Ｖ_ｏｍはｄｑ平面上の電圧制限円の半径である。式（２）は、（ｖ_ｄ＊）^２＋（ｖ_ｑ＊）^２＝Ｖ_ｏｍ ^２に定常状態の電圧方程式を代入し、電機子抵抗による電圧降下を無視して整理したものである。ここで、式（２）をｑ軸電流Ｉ_ｑについて解くと、式（３）が得られる。

【0043】

【数3】

【0044】

従って、ｄ軸電流Ｉ_ｄをリミット値限界まで流したとき、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍは式（４）のように表される。

【0045】

【数4】

【0046】

なお、電圧が最小になるまでｄ軸電流Ｉ_ｄを流した場合、Φ_ａ＋Ｌ_ｄＩ_ｄｌｉｍ＝０となるが、このときは式（５）が成立する。この場合、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍは、モータ３２の電気角速度ω_ｅに反比例して減少していくことが分かる。

【0047】

【数5】

【0048】

最終的な結論として、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍは、式（１）及び式（４）の両方を加味して、式（６）のように設定される。

【0049】

【数6】

【0050】

式（６）において、ＭＩＮは最小のものを選択する関数である。

【0051】

上記のような演算を行う制御部６の構成について説明する。図４は、実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部の構成例を示すブロック図である。制御部６は、回転子位置推定部４０１と、速度制御部４０２と、弱め磁束制御部４０３と、電流制御部４０４と、座標変換部４０５，４０６と、ＰＷＭ信号生成部４０７と、減算部４０８，４１２と、負荷脈動リミット部４０９と、負荷脈動補償制御部４１０と、加算部４１１，４１５と、電源脈動リミット部４１３と、電源脈動補償制御部４１４と、インバータ入力電流演算部４１７と、閾値優先順位制御部４１８と、過負荷補償制御部４１９とを備える。なお、加算部４１１，４１５でｑ軸電流指令生成部４２０を構成している。

【0052】

回転子位置推定部４０１は、モータ３２を駆動するためのｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ_ｄｑ＊及びｄｑ軸電流ベクトルＩ_ｄｑを用いて、モータ３２が有する図示しない回転子について、回転子磁極のｄｑ軸での方向である推定位相角θ_ｅｓｔ、及び回転子速度である推定速度ω_ｅｓｔを推定する。

【0053】

速度制御部４０２は、後述する過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍと推定速度ω_ｅｓｔとが一致するようにｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐを自動調整、即ち生成する。ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐは、前述の定電流負荷制御用のトルク電流指令である。なお、本稿では、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐを「第１のトルク電流指令」と記載することがある。

【0054】

弱め磁束制御部４０３は、ｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ_ｄｑ＊の絶対値が電圧リミット値Ｖ_ｌｉｍ＊の制限値内に収まるようにｄ軸電流指令Ｉ_ｄ＊を自動調整する。弱め磁束制御は、大別して、電圧制限楕円の方程式からｄ軸電流指令Ｉ_ｄ＊を計算する方法、及び電圧リミット値Ｖ_ｌｉｍ＊とｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ_ｄｑ＊との絶対値の偏差がゼロになるようにｄ軸電流指令Ｉ_ｄ＊を計算する方法の２種類があるが、どちらの方法を使用してもよい。

【0055】

電流制御部４０４は、ｄｑ軸電流ベクトルＩ_ｄｑがｄ軸電流指令Ｉ_ｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊に追従するようにｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ_ｄｑ＊を自動調整する。なお、本稿では、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊を「第２のトルク電流指令」と記載することがある。

【0056】

座標変換部４０５は、推定位相角θ_ｅｓｔに応じて、ｄｑ軸電圧指令ベクトルＶ_ｄｑ＊をｄｑ座標から交流量の電圧指令Ｖ_ｕｖｗ＊に座標変換する。

【0057】

座標変換部４０６は、推定位相角θ_ｅｓｔに応じて、モータ３２に流れるモータ電流Ｉ_ｕｖｗを交流量からｄｑ座標のｄｑ軸電流ベクトルｉ_ｄｑに座標変換する。前述のように、制御部６は、モータ電流Ｉ_ｕｖｗについて、インバータ５から出力される３相の電流値のうち、電流検出部８で検出される２相の電流値、及び２相の電流値を用いて残りの１相の電流値を算出することによって取得することができる。

【0058】

ＰＷＭ信号生成部４０７は、座標変換部４０５で座標変換された電圧指令Ｖ_ｕｖｗ＊に基づいてＰＷＭ信号を生成する。制御部６は、ＰＷＭ信号生成部４０７で生成されたＰＷＭ信号をインバータ５のスイッチング素子に出力することで、モータ３２に電圧を印加する。

【0059】

減算部４０８は、前述のｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍと、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値との差分である第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を生成する。なお、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの値が正である場合には、絶対値の演算は不要である。ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍは、電流制御部４０４に入力されるｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊に対するリミット値である。第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}は、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍから定電流負荷制御で必要なｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの電流分を差し引いた残りであって、負荷脈動補償制御、電源脈動補償制御及び過負荷補償制御に対して分配可能な値である。なお、減算部４０８は、Ｉ_ｑｌｉｍ－｜Ｉ_ｑｓｐ｜が速度脈動、母線電圧脈動などの影響を受けるため、式（７）のようにローパスフィルタを用いて平滑化してもよい。なお、本稿では、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍとｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐとの差分である第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を「第１差分」と記載することがある。

【0060】

【数7】

【0061】

式（７）において、Ｔはフィルタ時定数であって遮断角周波数の逆数を示し、ｓはラプラス変換の変数を示す。次に、制御部６は、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を負荷脈動補償制御及び電源脈動補償制御に対して分配する。

【0062】

閾値優先順位制御部４１８は、負荷脈動リミット部４０９、電源脈動リミット部４１３及び過負荷補償制御部４１９に対し、予め決められた優先順位に従って予め設定された閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を送信する。この閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊は、優先順位に従って、個別に、又は順番に、又は同時に負荷脈動リミット部４０９、電源脈動リミット部４１３及び過負荷補償制御部４１９のうちの少なくとも１つに送信される。

【0063】

負荷脈動リミット部４０９では、負荷脈動補償制御を制限するための負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}が入力信号に対して乗算される。電源脈動リミット部４１３では、電源脈動補償制御を制限するための電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}が入力信号に対して乗算される。過負荷補償制御部４１９では、過負荷動補償制御を制限するための過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}が入力信号に対して乗算される。

【0064】

優先制御の具体的な例を挙げると、例えば負荷脈動補償制御のみでインバータ入力電流Ｉ２を低減させる場合、電源脈動補償制御及び過負荷補償制御は制限されないので、これらの制御に関する制限比が下がることはない。この例の場合、インバータ入力電流Ｉ２が閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を下回るまで実施され、下回った場合は制限比を戻していく。また、優先順位に従って順番で制限していく場合、インバータ入力電流Ｉ２が閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を下回ったときには、優先順位の逆の順番で制限比を戻していく。また、優先順位をつけない場合は同時に制限をかけていき、インバータ入力電流Ｉ２が閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を下回ったときには、制限比を同時に戻していくこととなる。以下、各制御部における個々の動作について説明する。

【0065】

まず、インバータ入力電流演算部４１７は、座標変換部４０６からｄｑ軸電流ベクトルＩ_ｄｑを取得し、式（８）に示すように、ｄ軸電流Ｉ_ｄ及びｑ軸電流Ｉ_ｑを用いてインバータ入力電流Ｉ２を算出する。

【0066】

【数8】

【0067】

負荷脈動リミット部４０９は、減算部４０８から第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を取得し、インバータ入力電流演算部４１７からインバータ入力電流Ｉ２を取得し、閾値優先順位制御部４１８から閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を取得する。負荷脈動リミット部４０９は、インバータ入力電流Ｉ２と閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊との比較によって、負荷脈動補償制御における負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を決定する。負荷脈動リミット部４０９は、式（９）に示すように、減算部４０８から取得した第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}に、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を乗算し、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}を生成する。なお、本稿では、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を「第１の制限比」と記載し、負荷脈動リミット部４０９を「第１の制限比乗算部」と記載することがある。

【0068】

【数9】

【0069】

負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}は、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}の制限比率であって、０以上、１以下の変数である。負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}は、コンデンサ４ａの電力状態、モータ３２の動作状態、モータ駆動装置１０が冷凍サイクル装置として空気調和機に使用される場合における空気調和機の運転状態などによって設定されてもよい。このように、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}は、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を用いて設定される。なお、本稿では、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}を「第２のリミット値」と記載することがある。

【0070】

ここで、負荷脈動リミット部４０９が負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を決定する手法について、補足する。前述のように、電源脈動補償制御及び負荷脈動補償制御で使用可能なｑ軸電流Ｉｑは制限される。このため、負荷脈動リミット部４０９は、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を決定することで、負荷脈動補償制御及び電源脈動補償制御の各補償制御に対する優先順位を決定する。実施の形態１において、負荷脈動リミット部４０９は、ｑ軸電流Ｉｑの制限比を決めるために、インバータ入力電流Ｉ２と負荷脈動補償制御、電源脈動補償制御及び過負荷補償制御における優先順位と、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊とに基づいて、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を決定する。

【0071】

負荷脈動補償制御部４１０は、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}を用いて、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳを生成する。負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳは、負荷脈動補償制御用のトルク電流指令である。具体的に、負荷脈動補償制御部４１０は、負荷脈動リミット部４０９で生成された負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}の範囲内で負荷脈動補償制御を実施し、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳを生成する。負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳは、式（１０）のように表される。第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}、及び負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳの大小関係は、Ｉ_{ｑｍａｒｇｉｎ}≧Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}≧Ｉ_ｑＡＶＳとなる。なお、本稿では、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳを「第１の補償値」と記載することがある。

【0072】

【数10】

【0073】

実施の形態１の制御では、負荷脈動補償制御部４１０は、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}の全てを使い切らないケースも考えられる。そのため、減算部４１２は、式（１１）に示すように、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}と負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳとの差分である第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}を生成する。なお、本稿では、第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}を「第２差分」と記載することがある。

【0074】

【数11】

【0075】

電源脈動リミット部４１３は、減算部４１２から第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}を取得し、インバータ入力電流演算部４１７からインバータ入力電流Ｉ２を取得し、閾値優先順位制御部４１８から閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を取得する。電源脈動リミット部４１３は、インバータ入力電流Ｉ２と閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊との比較によって、電源脈動補償制御における電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}を決定する。電源脈動リミット部４１３は、式（１２）に示すように、減算部４１２から取得した第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}に、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}を乗算し、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を生成する。なお、本稿では、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}を「第２の制限比」と記載し、電源脈動リミット部４１３を「第２の制限比乗算部」と記載することがある。

【0076】

【数12】

【0077】

電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}は、第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}の制限比率であって、０以上、１以下の変数である。電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}は、コンデンサ４ａの電力状態、モータ３２の動作状態、モータ駆動装置１０が冷凍サイクル装置として空気調和機に使用される場合における空気調和機の運転状態などによって設定されてもよい。このように、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}は、第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}を用いて設定される。なお、本稿では、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を「第３のリミット値」と記載することがある。

【0078】

電源脈動補償制御部４１４は、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を用いて、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを生成する。電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖは、電源脈動補償制御用のトルク電流指令である。具体的に、電源脈動補償制御部４１４は、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを式（１３）のように決定する。電源脈動補償制御部４１４は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値が電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}以上の場合、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖとして電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を選択する。電源脈動補償制御部４１４は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値が電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}未満の場合、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖとしてｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値を選択する。なお、本稿では、電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを「第２の補償値」と記載することがある。

【0079】

【数13】

【0080】

なお、上記の式（１３）の処理では、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値と電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}とが等しい場合に、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を選択しているが、これに限定されない。ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値と電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}とが等しい場合に、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値を選択してもよい。

【0081】

ｑ軸電流指令生成部４２０は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐ、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳ、及び電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを用いて、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊を生成する。具体的には、ｑ軸電流指令生成部４２０において、加算部４１１は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐと、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳとを加算する。加算部４１５は、加算部４１１の加算結果であるｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐ＋負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳと、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖとを加算する。ｑ軸電流指令生成部４２０は、加算部４１５の加算結果を、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊として電流制御部４０４に出力する。

【0082】

過負荷補償制御部４１９は、速度指令ω＊を取得すると共に、インバータ入力電流演算部４１７からインバータ入力電流Ｉ２を取得し、閾値優先順位制御部４１８から閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を取得する。過負荷補償制御部４１９は、インバータ入力電流Ｉ２と閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊との比較によって、過負荷補償制御における過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を決定する。過負荷補償制御部４１９は、式（１４）に示すように、速度指令ω＊に、過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を乗算し、過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍを生成する。なお、本稿では、過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を「第３の制限比」と記載し、過負荷補償制御部４１９を「第３の制限比乗算部」と記載することがある。

【0083】

【数14】

【0084】

速度指令ω＊は、モータ駆動装置１０が冷凍サイクル装置として空気調和機などに使用される場合、例えば、図示しない温度センサで検出された温度、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始及び運転終了の指示情報などに基づくものである。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。

【0085】

速度指令ω＊は、過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}と乗算されることで、一時的に回転速度を制限することが可能となる。回転速度を制限する場合の加減速制御は、モータ３２の加減速レートに従って実施する。なお、本稿では、過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍを「第３の補償値」と記載することがある。

【0086】

前述したように、速度制御部４０２は、過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍと推定速度ω_ｅｓｔとが一致するようにｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐを自動調整する。即ち、第１のトルク電流指令であるｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐは、第３の補償値である過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍによって補償される。

【0087】

次に、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊について説明する。前述したように、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊は、インバータ入力電流Ｉ２を制限する制御に用いる制御パラメータである。閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊は、モータ３２の回転速度、モータ駆動装置１０の周囲温度などによって変化する。本稿では、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を「第４のリミット値」と記載することがある。

【0088】

閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊は、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍに対して、インバータ５の放熱構造及び回路構成、コンデンサ容量、動作環境といった様々な要素の影響を受けるため、試験を行って値を決めると共に、試験で求めた値から１０％程度のマージンを持たせた値とする。

【0089】

また、前述したように、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊に基づいて設定される負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}及び過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}の取りうる値の範囲は、３つ共に０以上、１以下となる。インバータ入力電流Ｉ２が閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊以上、もしくは閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を超えた場合、各制限比の値を１から徐々に下げていく。３つの制限比のうちどれから下げるかの優先順位は、インバータ５の放熱構造及び回路構成、コンデンサ容量、動作環境といった様々な要素の影響を受けると共に、インバータ５に求められる性能、高速度域におけるモータ３２の減磁限界などの影響も受ける。このため、優先順位についても、試験を行って決定することが望ましい。また、どこまで下げるのかの下限値についても、試験を行って決定することが望ましい。なお、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を超えた場合の各制限比の下げ方について、基本は、インバータ入力電流Ｉ２の増加に合わせて線形的に下げていくことでよいが、高次関数を用いるなどして下げ幅を非線形にしても問題はない。

【0090】

以上のように、制御部６は、状況に応じて負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}及び過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を変更することで、それらの値を的確に設定する。これにより、速度指令ω＊に追従しつつ、電源脈動補償制御、負荷脈動補償制御及び過負荷補償制御を適切に実施することが可能となる。

【0091】

次に、上述した制御部６における各部の動作を、制御部６の全体から見た動作態様で説明する。図５は、実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部における要部の動作説明に供するフローチャートである。

【0092】

制御部６は、ｄｑ軸電流ベクトルＩ_ｄｑからインバータ入力電流Ｉ２を算出する（ステップＳ１）。

【0093】

制御部６は、予め定められた優先順位に従って、閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊を電源脈動補償制御、負荷脈動補償制御及び過負荷補償制御を実施する制限部に送る（ステップＳ２）。ここで言う制限部は、上述した負荷脈動リミット部４０９、電源脈動リミット部４１３及び過負荷補償制御部４１９である。

【0094】

制御部６は、インバータ入力電流Ｉ２と閾値Ｉ２_ｌｉｍ＊とを比較して、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}及び過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を決定する（ステップＳ３）。

【0095】

制御部６は、速度指令ω＊に過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を乗算し、過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍを生成する（ステップＳ４）。過負荷補償速度指令ω_ｌｉｍは、速度指令ω＊のリミット値として生成される。

【0096】

制御部６は、ｑ軸電流リミット値Ｉ_ｑｌｉｍとｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐの絶対値との差分である第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}を生成し、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}を生成する（ステップＳ５）。前述したように、負荷脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}は、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}に負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}を乗算することで生成される。

【0097】

制御部６は、電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＡＶＳ}の範囲内で負荷脈動補償制御を実施し、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳを生成する（ステップＳ６）。

【0098】

制御部６は、第１のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎ}と負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳとの差分である第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}を生成する（ステップＳ７）。前述したように、第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}は、電源脈動補償制御用のｑ軸電流マージンである。

【0099】

制御部６は、第２のｑ軸電流マージンＩ_{ｑｍａｒｇｉｎＤ２Ｖ}に電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}を乗算して、電源脈動補償制御用の電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}を生成する（ステップＳ８）。

【0100】

制御部６は、電流リミット値Ｉ_{ｑｌｉｍＤ２Ｖ}の範囲内で電源脈動補償制御を実施し、電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを生成する（ステップＳ９）。

【0101】

制御部６は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｓｐ、負荷脈動補償ｑ軸電流指令Ｉ_ｑＡＶＳ、及び電源脈動補償制御用の電流振幅Ｉ_ｑＤ２Ｖを加算して、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ＊を生成する（ステップＳ１０）。

【0102】

次に、制御部６のハードウェア構成について説明する。図６は、実施の形態１に係るモータ駆動装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。

【0103】

制御部６は、プロセッサ６１及びメモリ６２により実現される。プロセッサ６１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ６２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｕｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示できる。また、メモリ６２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）でもよい。

【0104】

以上説明したように、実施の形態１に係るモータ駆動装置は、整流部と、整流部の出力端に接続されるコンデンサと、コンデンサの両端に接続されるインバータと、制御部とを備える。整流部は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流する。インバータは、第２の交流電力を生成してモータに出力する。制御部は、コンデンサの電力状態に応じた脈動がモータの駆動パターンに重畳されるようにインバータの動作を制御し、コンデンサの充放電電流を抑制する。制御部は、モータの回転速度を制御する定電流負荷制御を優先して行いつつ、負荷脈動を補償する負荷脈動補償制御、コンデンサの充放電電流を抑制する電源脈動補償制御、及びインバータに入力されるインバータ入力電流を抑制する過負荷補償制御を行う。これにより、高負荷域及び高外気温環境下での駆動においても装置の信頼性の低下を抑制することが可能となる。また、インバータ入力電流を抑制することでモータ電流を抑制できるので、モータの減磁に起因する性能低下及び故障を防止することが可能となる。

【0105】

実施の形態１に係るモータ駆動装置において、制御部は、速度制御部と、負荷脈動補償制御部と、電源脈動補償制御部と、過負荷補償制御部とを備えた構成とすることができる。速度制御部は、回転座標系における定電流負荷制御用の指令である第１のトルク電流指令を生成する。負荷脈動補償制御部は、第１のトルク電流指令に対する第１のリミット値と第１のトルク電流指令との第１差分を用いて設定される第２のリミット値を用いて、負荷脈動補償制御用の第１の補償値を生成する。電源脈動補償制御部は、第１差分と第１の補償値との第２差分を用いて設定される第３のリミット値を用いて、電源脈動補償制御用の第２の補償値を生成する。過負荷補償制御部は、第４のリミット値を用いて、過負荷補償制御用の第３の補償値を生成する。

【0106】

上記の制御部の構成において、第２のリミット値は、第１差分と、０以上１以下の第１の制限比とを乗算することで生成される。第３のリミット値は、第２差分と、０以上１以下の第２の制限比とを乗算することで生成される。第３の補償値は、回転速度指令と、０以上１以下の第３の制限比と乗算することで生成される。これにより、モータを駆動するための電圧指令ベクトルの元となる第１のトルク電流指令は、第３の補償値によって補償されることになる。

【0107】

また、実施の形態１に係るモータ駆動装置において、第１のトルク電流指令は、第１から第３の制限比のうちの少なくとも１つによって制限され、第１から第３の制限比は優先順位を決めて使用される。或いは、第１のトルク電流指令は、第１から第３の制限比のうちの少なくとも１つによって制限され、第１から第３の制限比は下限値を決めて使用される。そして、第１から第３の制限比は、インバータ入力電流に基づいて変更され得る。これにより、速度指令に追従しつつ、電源脈動補償制御、負荷脈動補償制御及び過負荷補償制御を適切に実施することができる。その結果、速度指令に対し追従できない、又は負荷脈動補償が過補償になる、又は電源脈動補償が満足に制御できないなどといった事象の発生を抑止することが可能となる。

【0108】

実施の形態２．
実施の形態１では、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}、過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}をインバータ入力電流Ｉ２に基づいて決定していた。実施の形態２では、これら３つの制限比を温度情報に基づいて決定する。なお、実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成は、実施の形態１に係るモータ駆動装置１０の構成と同様である。実施の形態２に係る制御部による処理の流れも、図５のフローチャートで示される処理の流れと同様である。実施の形態２では、実施の形態１と異なる部分のみを説明し、重複する内容の説明は、省略する。

【0109】

実施の形態２では、インバータ入力電流Ｉ２の代わりに、モータ駆動装置１０において、温度上昇が厳しい箇所の温度情報に基づいて、負荷脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＡＶＳ}、電源脈動補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＤ２Ｖ}及び過負荷補償制限比Ｋ_{ｌｉｍＯＬ}を決定する。温度上昇が厳しい箇所の例は、インバータ５又はコンデンサ４ａである。

【0110】

なお、温度情報は、熱電対などの温度センサを用いて直接検出するような取得方法でもよいし、温度センサを用いずに間接的に取得するような方法でもよい。一例として、対象部位に流入する電流による損失から、対象部位の温度を推定するような方法が挙げられる。

【0111】

以上説明したように、実施の形態２に係るモータ駆動装置によれば、実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成及び制御において、第１から第３の制限比は、インバータ５又はコンデンサ４ａの温度情報に基づいて変更され得る。これにより、速度指令に追従しつつ、電源脈動補償制御、負荷脈動補償制御及び過負荷補償制御を適切に実施することができる。その結果、実施の形態１と同様の効果、即ち、速度指令に対し追従できない、又は負荷脈動補償が過補償になる、又は電源脈動補償が満足に制御できないなどといった事象の発生を抑止することが可能となる。

【0112】

以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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。

【符号の説明】

【0113】

１ 商用電源、２ リアクトル、３ 整流部、４ 平滑部、４ａ コンデンサ、５ インバータ、６ 制御部、７，８ 電流検出部、１０ モータ駆動装置、３０ 圧縮機、３２ モータ、３５ 凝縮器、３６ 膨張弁、３７ 蒸発器、３８ 冷媒配管、６１ プロセッサ、６２ メモリ、１００ 冷凍サイクル装置、４０１ 回転子位置推定部、４０２ 速度制御部、４０３ 弱め磁束制御部、４０４ 電流制御部、４０５，４０６ 座標変換部、４０７ ＰＷＭ信号生成部、４０８，４１２ 減算部、４０９ 負荷脈動リミット部、４１０ 負荷脈動補償制御部、４１１，４１５ 加算部、４１３ 電源脈動リミット部、４１４ 電源脈動補償制御部、４１７ インバータ入力電流演算部、４１８ 閾値優先順位制御部、４１９ 過負荷補償制御部、４２０ ｑ軸電流指令生成部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】