モータの駆動装置、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機
【課題】モータを駆動させず、かつ、マイグレーションを速やかに解消すること。
【解決手段】直流電力を交流電力に変換し、空気調和機の圧縮機に設けられる圧縮機モータ５に交流電力を供給する複数相のインバータ３と、圧縮機モータ５の回転数に基づいて圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えてインバータ３を制御するＭＰＵ７とを具備し、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、圧縮機モータ５の初期励磁後に、ホットスタンバイ制御を選定し、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給するようにインバータ３を制御する。
【解決手段】直流電力を交流電力に変換し、空気調和機の圧縮機に設けられる圧縮機モータ５に交流電力を供給する複数相のインバータ３と、圧縮機モータ５の回転数に基づいて圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えてインバータ３を制御するＭＰＵ７とを具備し、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、圧縮機モータ５の初期励磁後に、ホットスタンバイ制御を選定し、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給するようにインバータ３を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空気調和機に使用される圧縮機モータ等を駆動制御するモータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、低温下における空気調和機の圧縮機は、冷媒と潤滑油がマイグレーション現象を起こすことにより、起動時に潤滑不足に陥り、かじりや焼きつきなどを発生するという問題があった。これを防ぐため、電気ヒータによって冷媒や潤滑油に熱量を与えることにより、マイグレーションを解消する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献２では、低電力の交流電力を供給するようにインバータを制御し、圧縮機モータのコイルを加熱してオイルフォーミングを防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４７３２７６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献２の方法では、圧縮機モータが駆動しないようインバータを低電力で制御し、モータに供給する交流電流を微小にすることから、モータのコイル加熱に時間がかかるという問題があった。また、圧縮機モータの加熱の速度を速めるために圧縮機モータに印加する電圧を大きくすることも考えられるが、そうすると、圧縮機モータが駆動してしまうため、加熱速度を速められるほどに電圧を大きくすることができず、コイル加熱に時間がかかるという問題は解消できなかった。
【０００５】
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、モータを駆動させず、かつ、マイグレーションを速やかに解消することのできるモータの駆動装置、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、直流電力を交流電力に変換し、空気調和機の圧縮機に設けられるモータに前記交流電力を供給する複数相のインバータと、前記モータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えて前記インバータを制御するインバータ制御手段とを具備し、前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するモータの駆動装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、空気調和機の圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得すると、モータの初期励磁後に、ホットスタンバイ制御が選定され、複数相のインバータの各相からモータに対して継続的に直流電流が供給される。
このように、モータの初期励磁後に、直流電流が継続的に供給されることにより、モータが駆動することはなく、モータの巻線が発熱するので、モータをヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を速やかに加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要となる。
【０００８】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記モータの回転数と、前記インバータの各相から出力された出力電流値と、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、前記インバータの出力電流を直流電流に制御する電圧指令値を決定することが好ましい。
このように、インバータの出力電流を制御する電圧指令値を所定の演算によって決定することにより、出力電流を簡便に直流電流に制御することができる。
【０００９】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を選定する場合に、前記モータの回転数を零とすることが好ましい。
モータの回転数が零にすることで、簡便にホットスタンバイ制御を選定することができる。
【００１０】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及び前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出することが好ましい。
【００１１】
ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値をＰＩ制御により算出することにより、前回値と指令値との偏差が低減され、収束性が良くなる。
【００１２】
上記モータの駆動装置の前記インバータは、複数の相に対応してそれぞれ複数のスイッチング素子を備え、前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御の場合における前記スイッチング素子を切り替えるタイミングを、前記Ｖ／ｆ制御の場合の前記タイミングと異ならせ、前記インバータの各相から前記モータに直流電流を継続的に供給させることとしてもよい。
スイッチング素子の切り替えるタイミングを制御することにより、簡便にインバータからモータに直流電流を供給することができる。
【００１３】
本発明は、上記いずれかに記載のモータの駆動装置を備える空気調和機を提供する。
このような構成によれば、空気調和機の圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、ホットスタンバイ制御が選定されると、モータの初期励磁後に、複数相のインバータの各相からモータに対し、継続的に直流電流が供給される。
このように、空気調和機のモータが、初期励磁後に直流電流が継続的に供給されることにより、駆動することはなく、モータの巻線が発熱するので、ヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要となる。
【００１４】
本発明は、圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御方法であって、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するインバータ制御方法を提供する。
【００１５】
本発明は、圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御プログラムであって、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御することをコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、モータを駆動させず、かつ、マイグレーションを速やかに解消できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動装置の概略構成を示した図である。
【図２】ＭＰＵの機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図３】電圧指令生成部に設けられる演算式を示した図である。
【図４】Ｖ／ｆ制御の場合に、電圧指令生成部からｄ軸電圧とｑ軸電圧が算出される様子を示した図である。
【図５】ホットスタンバイ制御の場合に、電圧指令生成部からｄ軸電圧とｑ軸電圧が算出される様子を示した図である。
【図６】Ｖ／ｆ制御の場合に、インバータから出力される電流の波形の一例を示した図である。
【図７】ホットスタンバイ制御の場合に、インバータから出力される電流の波形の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るモータの駆動装置、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動装置の概略構成を示した図である。図１に示されるように、モータの駆動装置１０は、ＡＣ電源１、ＡＣ−ＤＣコンバータ２、インバータ３、及びインバータ３を制御するＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７を備えており、圧縮機モータ（モータ）５を駆動するように構成されている。
【００１９】
ＡＣ電源１は、交流電圧ＶＡＣをＡＣ−ＤＣコンバータ２に供給する。ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、交流電圧ＶＡＣを直流電圧ＶＤＣに変換し、直流電圧ＶＤＣをインバータ３に供給する。インバータ３は、ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗを介して、圧縮機に設けられる圧縮機モータ５に接続されている。
【００２０】
ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗをそれぞれ流れるｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、ｗ相電流ｉｗは、電流検出器６ｕ，６ｖ，６ｗによってそれぞれ計測され、その計測値がＭＰＵ（インバータ制御手段）７に出力される。なお、上述のように、それぞれの相の電流を各電流検出器６ｕ，６ｖ，６ｗによって計測するのでなく、２相（例えば、ｕ相電流ｉｕとｗ相電流ｉｗ）の電流を測定し、残りの１相（例えば、ｖ相電流ｉｖ）については以下の（１）式を用いて演算により求めることとしてもよい。
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０ （１）
【００２１】
ＡＣ−ＤＣコンバータ２からインバータ３に直流電圧ＶＤＣを供給する電源線には、直流電圧ＶＤＣを測定する電圧検出回路８が接続されている。電圧検出回路８は、測定した直流電圧ＶＤＣの情報を通知する電圧通知信号をＭＰＵ７に出力する。
【００２２】
インバータ３は、直流電圧ＶＤＣから３相の駆動電圧を生成し、生成した３相の駆動電圧を、ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗを介して圧縮機モータ５のｕ相電機子巻線、ｖ相電機子巻線、及びｗ相電機子巻線に供給する。具体的には、モータ駆動の場合、インバータ３は、コンバータ２から供給される直流電力を交流電力に変換して圧縮機モータ５に交流電力を供給する。圧縮機モータ５の電機子巻線は、供給された３相の駆動電圧から回転磁界を生成する。
【００２３】
圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、インバータ３は、圧縮機モータ５のロータを初期位置に設定する（即ち、初期励磁が完了する）まで、各相から圧縮機モータ５に対して直流電流を供給する。また、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイの場合には、圧縮機モータ５の初期励磁後、各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給する。
【００２４】
また、インバータ３は、複数のスイッチングトランジスタ（図示しない）を備えて構成され、スイッチングトランジスタが、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応答してオンオフされることにより、３相の駆動電圧が圧縮機モータ５の電機子巻線に供給される。このようなＭＰＵ７の全ての動作は、制御用コンピュータプログラム（インバータ制御プログラム）に従って実行される。
【００２５】
ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５の回転数と、インバータ３の各相から出力された出力電流値ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗと、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、インバータ３の出力電流を制御する電圧指令値ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを決定する。
また、ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５の回転数の指令値に基づいて、複数の制御方法のうちから一の制御方法を選定し、切り替え、その制御方法に従ってインバータ３を制御する。例えば、圧縮機モータ５の起動の初期にはオープンループの同期電流制御（以下「オープンループ制御」という）が使用され、中速高速領域にはＶ／ｆ制御が使用されることにより圧縮機モータ５を駆動させ、圧縮機モータ５をヒータとして使用する場合にはホットスタンバイ制御が使用される。本実施形態では、このように制御方法を切り替えることによって、圧縮機モータ５に供給する電流を交流電流と直流電流とに切り替え、物理的な構成要素の追加なしに速やかなマイグレーション現象の解消が図られている。
【００２６】
オープンループ制御は、圧縮機モータ５のロータの回転速度が０、或いは、回転速度が極めて低い場合に使用される制御方法であり、例えば、圧縮機モータ５を起動する初期励磁の場合に使用される。オープンループ制御の場合において、ＭＰＵ７は、所定の演算式（詳細は後述する）に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５の電機子巻線に所望の駆動電圧を供給する。具体的には、オープンループ制御の場合には、ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５のロータを初期位置に設定する直流電流を圧縮機モータ５に供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、出力する。
【００２７】
ホットスタンバイ制御は、圧縮機モータ５をヒータとして使用する場合に使用される制御方法であり、圧縮機モータ５の初期励磁後において、所定の演算式に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５に対して継続的に直流電流を流す。具体的には、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合に、圧縮機モータ５の初期励磁後にホットスタンバイ制御を選定し、ホットスタンバイ制御する場合のパラメータ情報に基づいて所定の演算を実行し、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるような継続的な直流電流をインバータ３から出力させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、出力する。
【００２８】
また、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御の場合におけるインバータ３のスイッチング素子を切り替えるタイミングを、Ｖ／ｆ制御の場合のタイミングと異ならせ、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に直流電流を継続的に供給させる。具体的には、Ｖ／ｆ制御では、ＰＷＭ信号のデューティ（ｄｕｔｙ）比を時間的に変化させて交流電流を生成し、ホットスタンバイ制御では、ＰＷＭ信号のデューティ比を時間的に略同じにして直流電流を生成する。但し、モータ電流等をフィードバックして次のＰＷＭ信号のデューティ比を決定するので、完全に一定ではない。
【００２９】
Ｖ／ｆ制御は、圧縮機モータ５を駆動させる場合に使用される制御方法であり、所定の演算式に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５の端子電圧Ｖｄ、Ｖｑを回転数に概ね比例させる制御をする。
【００３０】
図２は、ＭＰＵ７の機能を展開して示した機能ブロック図である。図２を用いて、上記演算式及び制御方法の切り替え方法について説明する。
図２に示されるように、ＭＰＵ７は、Ａ／Ｄ変換部３１，３７、３相／２相変換部３２、速度・位置情報生成部３３、電圧指令生成部３４、２相／３相変換部３５、ＰＷＭ計算部３６、及び力率角演算部３８を備えている。ＭＰＵ７の内部では、図２に示されている各部による演算は、インバータの動作キャリア周波数（例えば、４．５ＫＨｚ）毎に行われる。
【００３１】
また図２において、ω＊はロータの回転数指令、ωはインバータ出力周波数（一次周波数）、ｖｄ＊はｄ軸電圧指令、ｖｑ＊はｑ軸電圧指令、ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊はそれぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の電圧指令、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の出力電流、ｉｄ、ｉｑはそれぞれｄ軸、ｑ軸のインバータ出力電流であり、ｉｄは励磁電流成分、ｉｑはトルク電流成分である。また、θは出力電圧位相、φは力率角である。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部３１では、電流計測器６ｕ、６ｖ、６ｗが出力する出力信号がＡ／Ｄ変換され、ｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、及びｗ相電流ｉｗ（又はこれらのうちの２つ）がＭＰＵ７に取り込まれる。
３相／２相変換部３２では、ＭＰＵ７は、Ａ／Ｄ変換部３１によって取得されたｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、及びｗ相電流ｉｗ（又はこれらのうちの２つ）に対して、前回算出されたロータの位置情報θｅｓを用いて３相／２相変換が行われ、ｑ軸電流及びｄ軸電流が算出される。位置情報θｅｓは、ｑ−ｄ座標系で記述される。
【００３３】
速度・位置情報生成部３３は、回転数指令ω＊とｑ軸電流ｉｑとから、インバータ出力周波数ωとロータの位置情報θｅｓとを算出する。
インバータ出力周波数ωは、Ｋωを正の定数（周波数調整ゲイン）とし、ｉｑをｑ軸電流とすると、以下の（２）式を用いて算出される。
ω＝ω＊−ｋω×ｉｑ （２）
上記（２）式によれば、ｑ軸電流ｉｑが増加すると、即ち、モータ出力トルクが増加するとインバータ出力周波数ωは減少し、ｑ軸電流ｉｑが減少すると、即ち、モータ出力トルクが減少するとインバータ出力周波数ωは増加する。
【００３４】
このように上記（２）式を使用することにより、モータ出力トルクが増加した場合には、インバータ出力周波数ωを減少させることによって失速が防止され、モータ出力トルクが減少した時には、インバータ出力周波数ωを増加させることによってロータが加速しないように制御される。
また、位置情報θｅｓは、回転数指令ω＊を積分することによって算出される。例えば、以下の（３）式を用いて算出される。
θｅｓ＝∫ω＊ｄｔ （３）
【００３５】
電圧指令生成部３４は、図３に示されるような所定の演算式を有しており、この所定の演算を実行し、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を決定する。ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｖは速度制御比例ゲイン、Ｔａ，Ｔｃは時定数、ｓはラプラス演算子である。
【数１】
【００３６】
Ｖ／ｆ制御の場合には、比例ゲインＫｐｑ、積分ゲインＫｉｄ＝０，及びＫｉｑ＝０とし、電圧と周波数との比を制御するので、図４に示されるように、上記（４）式及び（５）式は以下（６）式及び（７）式のように示される。
【数２】
【００３７】
Ｖ／ｆ制御では、抵抗を無視した関係に基づき制御を行っているため、抵抗が無視できない低回転では安定性が失われて駆動することが難しい。そのため、起動時のような低回転時は、上記（６）式及び（７）式の制御に替えて、回転子の位置や負荷の大きさにかかわらず一定の電流を流し、回転子はオープンループ制御で電流の周波数に追従させる同期制御を行う。
【００３８】
具体的には、圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、所定の演算式において、回転数指令ωをゼロ（ω＝０）とし、速度制御比例ゲインＫｖｆをゼロ（Ｋｖｆ＝０）とする。また、Ｋｐｄ、Ｋｉｄをそれぞれｄ軸のＰ制御ゲイン、Ｉ制御ゲインとし、Ｋｐｑ、Ｋｉｑをそれぞれｑ軸のＰ制御ゲイン，Ｉ制御ゲイン、ｉｑ＊をｑ軸電流指令とすると、上記（４）式及び（５）式は、下記の（８）式及び（９）式となる。ここでは、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑを一定の値となるように制御している（図５参照）。
【００３９】
【数３】
このように、圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとがＰＩ制御されるようになっている。
上述したように、図３に示される所定の演算式において、ロータの回転数に応じて、制御ゲインを変えることにより制御しているので、起動時のオープンループ制御と、Ｖ／ｆ制御の演算式は異なっていても、２つの制御が滑らかに切り替えられる。
【００４０】
さらに、本発明の特徴であるホットスタンバイ制御の場合（ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得している場合）には、電圧指令生成部３４は、選定するゲイン等のパラメータは、上記オープンループ制御によるパラメータと同様とし、圧縮機モータ５の初期励磁後に、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給するようにインバータ３を制御する電圧指令を出力する。具体的には、インバータ３の各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と圧縮機モータ５を制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及びインバータ３の各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と圧縮機モータ５を制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊を算出する。
【００４１】
２相／３相変換部３５は、決定されたｑ軸電圧指令ｖｑ＊及びｄ軸電圧指令ｖｄ＊に対して２相３相変換を行い、圧縮機モータ５に供給されるべき３相駆動電圧のｕ相電圧ｖｕ＊、ｖ相電圧ｖｖ＊、及びｗ相電圧ｖｗ＊を算出する。また、２相／３相変換部３５は、ロータの位置情報θｅｓが力率制御された出力電圧位相θを使用する。
力率角演算部３８は、３相／２相変換されたｑ軸電流ｉｑに力率角Φを制御する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換部３７は、電圧検出回路８が出力する電圧通知信号をＡ／Ｄ変換し、インバータＰＷＭ計算部３６に出力する。
ＰＷＭ計算部３６は、算出されたｕ相電圧ｖｕ＊、ｖ相電圧ｖｖ＊、及びｗ相電圧ｖｗ＊を有する３相駆動電圧が圧縮機モータ５に供給されるようにインバータ３を制御するＰＷＭ信号ＳＰＷＭが生成される。また、ＰＷＭ計算部３６が、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成するには、ＡＣ−ＤＣコンバータ２からインバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣ（Ａ／Ｄ変換部３７から取得）の大きさが参照される。インバータ３のスイッチングトランジスタは、生成されたＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応答してターンオン又はターンオフされる。
【００４３】
以下、Ｖ／ｆ制御の場合と、ホットスタンバイ制御の場合におけるモータの駆動装置の制御手順と、それら制御によって得られる電流波形について、図６及び図７を用いて説明する。なお、以下に示す処理は、例えば、図２に示した電圧指令生成部３４により実現されるものである。具体的には、モータの駆動装置１０に備えられるＭＰＵ７が、電圧指令生成部３４により実現される機能に相当する以下に示す制御プログラムを実行することにより、電圧指令生成部３４の各機能の処理を実現させる。
【００４４】
まず、Ｖ／ｆ制御の場合について説明する。
図６の時刻ｔ１において、上位のコンピュータからＭＰＵ７に対し、Ｖ／ｆ制御を有効にする指令が与えられると、ＭＰＵ７は、オープンループ制御を実行し、ロータを同期させるべく圧縮機モータ５の初期励磁を開始する。時刻ｔ２において、初期励磁が完了すると、電圧指令生成部３４が、圧縮機モータ５を駆動するＶ／ｆ制御モードに切り替えられる。電圧指令生成部３４において、Ｖ／ｆ制御が実行される場合の所定のゲインと、上述した（６）式及び（７）式に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させるためのｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が生成される。
【００４５】
ｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に２相／３相変換されると、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させる信号として、インバータ３から圧縮機モータ５に対して交流電流を供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭが、出力される。時刻ｔ３において、ＭＰＵ７が圧縮機モータ５の停止指示を取得すると、ＭＰＵ７からＰＷＭ信号ＳＰＷＭの出力が停止され、圧縮機モータ５に対する交流電流の供給が停止される。
【００４６】
次に、ホットスタンバイ制御について説明する。
図７の時刻ｔ４において、上位のコンピュータからＭＰＵ７に対し、ホットスタンバイ制御を有効にする指令が与えられると、ＭＰＵ７は、オープンループ制御を実行し、ロータを同期させるべく圧縮機モータ５の初期励磁を開始する。時刻ｔ５において、初期励磁が完了すると、電圧指令生成部３４が、圧縮機モータ５の巻線を加熱させるホットスタンバイ制御モードに切り替えられる。電圧指令生成部３４において、ホットスタンバイ制御が実行される場合の所定のゲインと、上述した（８）式及び（９）式に基づいて、圧縮機モータ５の巻線を加熱させるためのｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が生成される。
【００４７】
ｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に２相／３相変換されると、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させる信号として、インバータ３から圧縮機モータ５に対して直流電流を継続的に供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭが、出力される。時刻ｔ６において、ＭＰＵ７がヒータの停止指示（即ち、圧縮機モータ５の加熱の停止指示）を取得すると、ＭＰＵ７からＰＷＭ信号ＳＰＷＭの出力が停止され、圧縮機モータ５に対する継続的な直流電流の供給が停止される。
【００４８】
上述した実施形態に係るモータの駆動装置においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、モータの駆動装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラム（インバータ制御プログラム）が記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述のモータの駆動装置と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４９】
以上説明してきたように、本実施形態に係るモータの駆動装置１０、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機によれば、空気調和機の圧縮機に設けられる圧縮機モータ５の回転数に基づいて、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得すると、モータの初期励磁後に、ホットスタンバイ制御が選定され、複数相のインバータの各相からモータに対して継続的に直流電流が供給される。
【００５０】
このように、モータの初期励磁後に、直流電流が継続的に供給されることにより、圧縮機モータ５が駆動することはなく、圧縮機モータ５の巻線が発熱するので、圧縮機モータ５をヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を速やかに加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要であり、コスト的にも有利である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ＡＣ電源
２ ＡＣ−ＤＣコンバータ
３ インバータ
５ 圧縮機モータ（モータ）
７ ＭＰＵ（インバータ制御手段）
３３ 速度・位置情報生成部
３４ 電圧指令生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空気調和機に使用される圧縮機モータ等を駆動制御するモータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、低温下における空気調和機の圧縮機は、冷媒と潤滑油がマイグレーション現象を起こすことにより、起動時に潤滑不足に陥り、かじりや焼きつきなどを発生するという問題があった。これを防ぐため、電気ヒータによって冷媒や潤滑油に熱量を与えることにより、マイグレーションを解消する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献２では、低電力の交流電力を供給するようにインバータを制御し、圧縮機モータのコイルを加熱してオイルフォーミングを防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４７３２７６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献２の方法では、圧縮機モータが駆動しないようインバータを低電力で制御し、モータに供給する交流電流を微小にすることから、モータのコイル加熱に時間がかかるという問題があった。また、圧縮機モータの加熱の速度を速めるために圧縮機モータに印加する電圧を大きくすることも考えられるが、そうすると、圧縮機モータが駆動してしまうため、加熱速度を速められるほどに電圧を大きくすることができず、コイル加熱に時間がかかるという問題は解消できなかった。
【０００５】
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、モータを駆動させず、かつ、マイグレーションを速やかに解消することのできるモータの駆動装置、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、直流電力を交流電力に変換し、空気調和機の圧縮機に設けられるモータに前記交流電力を供給する複数相のインバータと、前記モータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えて前記インバータを制御するインバータ制御手段とを具備し、前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するモータの駆動装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、空気調和機の圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得すると、モータの初期励磁後に、ホットスタンバイ制御が選定され、複数相のインバータの各相からモータに対して継続的に直流電流が供給される。
このように、モータの初期励磁後に、直流電流が継続的に供給されることにより、モータが駆動することはなく、モータの巻線が発熱するので、モータをヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を速やかに加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要となる。
【０００８】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記モータの回転数と、前記インバータの各相から出力された出力電流値と、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、前記インバータの出力電流を直流電流に制御する電圧指令値を決定することが好ましい。
このように、インバータの出力電流を制御する電圧指令値を所定の演算によって決定することにより、出力電流を簡便に直流電流に制御することができる。
【０００９】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を選定する場合に、前記モータの回転数を零とすることが好ましい。
モータの回転数が零にすることで、簡便にホットスタンバイ制御を選定することができる。
【００１０】
上記モータの駆動装置の前記インバータ制御手段は、前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及び前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出することが好ましい。
【００１１】
ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値をＰＩ制御により算出することにより、前回値と指令値との偏差が低減され、収束性が良くなる。
【００１２】
上記モータの駆動装置の前記インバータは、複数の相に対応してそれぞれ複数のスイッチング素子を備え、前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御の場合における前記スイッチング素子を切り替えるタイミングを、前記Ｖ／ｆ制御の場合の前記タイミングと異ならせ、前記インバータの各相から前記モータに直流電流を継続的に供給させることとしてもよい。
スイッチング素子の切り替えるタイミングを制御することにより、簡便にインバータからモータに直流電流を供給することができる。
【００１３】
本発明は、上記いずれかに記載のモータの駆動装置を備える空気調和機を提供する。
このような構成によれば、空気調和機の圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、ホットスタンバイ制御が選定されると、モータの初期励磁後に、複数相のインバータの各相からモータに対し、継続的に直流電流が供給される。
このように、空気調和機のモータが、初期励磁後に直流電流が継続的に供給されることにより、駆動することはなく、モータの巻線が発熱するので、ヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要となる。
【００１４】
本発明は、圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御方法であって、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するインバータ制御方法を提供する。
【００１５】
本発明は、圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御プログラムであって、前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御することをコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、モータを駆動させず、かつ、マイグレーションを速やかに解消できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動装置の概略構成を示した図である。
【図２】ＭＰＵの機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図３】電圧指令生成部に設けられる演算式を示した図である。
【図４】Ｖ／ｆ制御の場合に、電圧指令生成部からｄ軸電圧とｑ軸電圧が算出される様子を示した図である。
【図５】ホットスタンバイ制御の場合に、電圧指令生成部からｄ軸電圧とｑ軸電圧が算出される様子を示した図である。
【図６】Ｖ／ｆ制御の場合に、インバータから出力される電流の波形の一例を示した図である。
【図７】ホットスタンバイ制御の場合に、インバータから出力される電流の波形の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るモータの駆動装置、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動装置の概略構成を示した図である。図１に示されるように、モータの駆動装置１０は、ＡＣ電源１、ＡＣ−ＤＣコンバータ２、インバータ３、及びインバータ３を制御するＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７を備えており、圧縮機モータ（モータ）５を駆動するように構成されている。
【００１９】
ＡＣ電源１は、交流電圧ＶＡＣをＡＣ−ＤＣコンバータ２に供給する。ＡＣ−ＤＣコンバータ２は、交流電圧ＶＡＣを直流電圧ＶＤＣに変換し、直流電圧ＶＤＣをインバータ３に供給する。インバータ３は、ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗを介して、圧縮機に設けられる圧縮機モータ５に接続されている。
【００２０】
ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗをそれぞれ流れるｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、ｗ相電流ｉｗは、電流検出器６ｕ，６ｖ，６ｗによってそれぞれ計測され、その計測値がＭＰＵ（インバータ制御手段）７に出力される。なお、上述のように、それぞれの相の電流を各電流検出器６ｕ，６ｖ，６ｗによって計測するのでなく、２相（例えば、ｕ相電流ｉｕとｗ相電流ｉｗ）の電流を測定し、残りの１相（例えば、ｖ相電流ｉｖ）については以下の（１）式を用いて演算により求めることとしてもよい。
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０ （１）
【００２１】
ＡＣ−ＤＣコンバータ２からインバータ３に直流電圧ＶＤＣを供給する電源線には、直流電圧ＶＤＣを測定する電圧検出回路８が接続されている。電圧検出回路８は、測定した直流電圧ＶＤＣの情報を通知する電圧通知信号をＭＰＵ７に出力する。
【００２２】
インバータ３は、直流電圧ＶＤＣから３相の駆動電圧を生成し、生成した３相の駆動電圧を、ｕ相電源線４ｕ、ｖ相電源線４ｖ、及びｗ相電源線４ｗを介して圧縮機モータ５のｕ相電機子巻線、ｖ相電機子巻線、及びｗ相電機子巻線に供給する。具体的には、モータ駆動の場合、インバータ３は、コンバータ２から供給される直流電力を交流電力に変換して圧縮機モータ５に交流電力を供給する。圧縮機モータ５の電機子巻線は、供給された３相の駆動電圧から回転磁界を生成する。
【００２３】
圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、インバータ３は、圧縮機モータ５のロータを初期位置に設定する（即ち、初期励磁が完了する）まで、各相から圧縮機モータ５に対して直流電流を供給する。また、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイの場合には、圧縮機モータ５の初期励磁後、各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給する。
【００２４】
また、インバータ３は、複数のスイッチングトランジスタ（図示しない）を備えて構成され、スイッチングトランジスタが、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応答してオンオフされることにより、３相の駆動電圧が圧縮機モータ５の電機子巻線に供給される。このようなＭＰＵ７の全ての動作は、制御用コンピュータプログラム（インバータ制御プログラム）に従って実行される。
【００２５】
ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５の回転数と、インバータ３の各相から出力された出力電流値ｉｕ、ｉｖ、及びｉｗと、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、インバータ３の出力電流を制御する電圧指令値ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを決定する。
また、ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５の回転数の指令値に基づいて、複数の制御方法のうちから一の制御方法を選定し、切り替え、その制御方法に従ってインバータ３を制御する。例えば、圧縮機モータ５の起動の初期にはオープンループの同期電流制御（以下「オープンループ制御」という）が使用され、中速高速領域にはＶ／ｆ制御が使用されることにより圧縮機モータ５を駆動させ、圧縮機モータ５をヒータとして使用する場合にはホットスタンバイ制御が使用される。本実施形態では、このように制御方法を切り替えることによって、圧縮機モータ５に供給する電流を交流電流と直流電流とに切り替え、物理的な構成要素の追加なしに速やかなマイグレーション現象の解消が図られている。
【００２６】
オープンループ制御は、圧縮機モータ５のロータの回転速度が０、或いは、回転速度が極めて低い場合に使用される制御方法であり、例えば、圧縮機モータ５を起動する初期励磁の場合に使用される。オープンループ制御の場合において、ＭＰＵ７は、所定の演算式（詳細は後述する）に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５の電機子巻線に所望の駆動電圧を供給する。具体的には、オープンループ制御の場合には、ＭＰＵ７は、圧縮機モータ５のロータを初期位置に設定する直流電流を圧縮機モータ５に供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、出力する。
【００２７】
ホットスタンバイ制御は、圧縮機モータ５をヒータとして使用する場合に使用される制御方法であり、圧縮機モータ５の初期励磁後において、所定の演算式に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５に対して継続的に直流電流を流す。具体的には、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合に、圧縮機モータ５の初期励磁後にホットスタンバイ制御を選定し、ホットスタンバイ制御する場合のパラメータ情報に基づいて所定の演算を実行し、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるような継続的な直流電流をインバータ３から出力させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、出力する。
【００２８】
また、ＭＰＵ７は、ホットスタンバイ制御の場合におけるインバータ３のスイッチング素子を切り替えるタイミングを、Ｖ／ｆ制御の場合のタイミングと異ならせ、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に直流電流を継続的に供給させる。具体的には、Ｖ／ｆ制御では、ＰＷＭ信号のデューティ（ｄｕｔｙ）比を時間的に変化させて交流電流を生成し、ホットスタンバイ制御では、ＰＷＭ信号のデューティ比を時間的に略同じにして直流電流を生成する。但し、モータ電流等をフィードバックして次のＰＷＭ信号のデューティ比を決定するので、完全に一定ではない。
【００２９】
Ｖ／ｆ制御は、圧縮機モータ５を駆動させる場合に使用される制御方法であり、所定の演算式に従ってＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成し、圧縮機モータ５の端子電圧Ｖｄ、Ｖｑを回転数に概ね比例させる制御をする。
【００３０】
図２は、ＭＰＵ７の機能を展開して示した機能ブロック図である。図２を用いて、上記演算式及び制御方法の切り替え方法について説明する。
図２に示されるように、ＭＰＵ７は、Ａ／Ｄ変換部３１，３７、３相／２相変換部３２、速度・位置情報生成部３３、電圧指令生成部３４、２相／３相変換部３５、ＰＷＭ計算部３６、及び力率角演算部３８を備えている。ＭＰＵ７の内部では、図２に示されている各部による演算は、インバータの動作キャリア周波数（例えば、４．５ＫＨｚ）毎に行われる。
【００３１】
また図２において、ω＊はロータの回転数指令、ωはインバータ出力周波数（一次周波数）、ｖｄ＊はｄ軸電圧指令、ｖｑ＊はｑ軸電圧指令、ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊はそれぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の電圧指令、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の出力電流、ｉｄ、ｉｑはそれぞれｄ軸、ｑ軸のインバータ出力電流であり、ｉｄは励磁電流成分、ｉｑはトルク電流成分である。また、θは出力電圧位相、φは力率角である。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部３１では、電流計測器６ｕ、６ｖ、６ｗが出力する出力信号がＡ／Ｄ変換され、ｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、及びｗ相電流ｉｗ（又はこれらのうちの２つ）がＭＰＵ７に取り込まれる。
３相／２相変換部３２では、ＭＰＵ７は、Ａ／Ｄ変換部３１によって取得されたｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖ、及びｗ相電流ｉｗ（又はこれらのうちの２つ）に対して、前回算出されたロータの位置情報θｅｓを用いて３相／２相変換が行われ、ｑ軸電流及びｄ軸電流が算出される。位置情報θｅｓは、ｑ−ｄ座標系で記述される。
【００３３】
速度・位置情報生成部３３は、回転数指令ω＊とｑ軸電流ｉｑとから、インバータ出力周波数ωとロータの位置情報θｅｓとを算出する。
インバータ出力周波数ωは、Ｋωを正の定数（周波数調整ゲイン）とし、ｉｑをｑ軸電流とすると、以下の（２）式を用いて算出される。
ω＝ω＊−ｋω×ｉｑ （２）
上記（２）式によれば、ｑ軸電流ｉｑが増加すると、即ち、モータ出力トルクが増加するとインバータ出力周波数ωは減少し、ｑ軸電流ｉｑが減少すると、即ち、モータ出力トルクが減少するとインバータ出力周波数ωは増加する。
【００３４】
このように上記（２）式を使用することにより、モータ出力トルクが増加した場合には、インバータ出力周波数ωを減少させることによって失速が防止され、モータ出力トルクが減少した時には、インバータ出力周波数ωを増加させることによってロータが加速しないように制御される。
また、位置情報θｅｓは、回転数指令ω＊を積分することによって算出される。例えば、以下の（３）式を用いて算出される。
θｅｓ＝∫ω＊ｄｔ （３）
【００３５】
電圧指令生成部３４は、図３に示されるような所定の演算式を有しており、この所定の演算を実行し、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を決定する。ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｖは速度制御比例ゲイン、Ｔａ，Ｔｃは時定数、ｓはラプラス演算子である。
【数１】
【００３６】
Ｖ／ｆ制御の場合には、比例ゲインＫｐｑ、積分ゲインＫｉｄ＝０，及びＫｉｑ＝０とし、電圧と周波数との比を制御するので、図４に示されるように、上記（４）式及び（５）式は以下（６）式及び（７）式のように示される。
【数２】
【００３７】
Ｖ／ｆ制御では、抵抗を無視した関係に基づき制御を行っているため、抵抗が無視できない低回転では安定性が失われて駆動することが難しい。そのため、起動時のような低回転時は、上記（６）式及び（７）式の制御に替えて、回転子の位置や負荷の大きさにかかわらず一定の電流を流し、回転子はオープンループ制御で電流の周波数に追従させる同期制御を行う。
【００３８】
具体的には、圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、所定の演算式において、回転数指令ωをゼロ（ω＝０）とし、速度制御比例ゲインＫｖｆをゼロ（Ｋｖｆ＝０）とする。また、Ｋｐｄ、Ｋｉｄをそれぞれｄ軸のＰ制御ゲイン、Ｉ制御ゲインとし、Ｋｐｑ、Ｋｉｑをそれぞれｑ軸のＰ制御ゲイン，Ｉ制御ゲイン、ｉｑ＊をｑ軸電流指令とすると、上記（４）式及び（５）式は、下記の（８）式及び（９）式となる。ここでは、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑを一定の値となるように制御している（図５参照）。
【００３９】
【数３】
このように、圧縮機モータ５の初期励磁の場合には、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとがＰＩ制御されるようになっている。
上述したように、図３に示される所定の演算式において、ロータの回転数に応じて、制御ゲインを変えることにより制御しているので、起動時のオープンループ制御と、Ｖ／ｆ制御の演算式は異なっていても、２つの制御が滑らかに切り替えられる。
【００４０】
さらに、本発明の特徴であるホットスタンバイ制御の場合（ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得している場合）には、電圧指令生成部３４は、選定するゲイン等のパラメータは、上記オープンループ制御によるパラメータと同様とし、圧縮機モータ５の初期励磁後に、インバータ３の各相から圧縮機モータ５に対し、継続的に直流電流を供給するようにインバータ３を制御する電圧指令を出力する。具体的には、インバータ３の各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と圧縮機モータ５を制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及びインバータ３の各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と圧縮機モータ５を制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊を算出する。
【００４１】
２相／３相変換部３５は、決定されたｑ軸電圧指令ｖｑ＊及びｄ軸電圧指令ｖｄ＊に対して２相３相変換を行い、圧縮機モータ５に供給されるべき３相駆動電圧のｕ相電圧ｖｕ＊、ｖ相電圧ｖｖ＊、及びｗ相電圧ｖｗ＊を算出する。また、２相／３相変換部３５は、ロータの位置情報θｅｓが力率制御された出力電圧位相θを使用する。
力率角演算部３８は、３相／２相変換されたｑ軸電流ｉｑに力率角Φを制御する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換部３７は、電圧検出回路８が出力する電圧通知信号をＡ／Ｄ変換し、インバータＰＷＭ計算部３６に出力する。
ＰＷＭ計算部３６は、算出されたｕ相電圧ｖｕ＊、ｖ相電圧ｖｖ＊、及びｗ相電圧ｖｗ＊を有する３相駆動電圧が圧縮機モータ５に供給されるようにインバータ３を制御するＰＷＭ信号ＳＰＷＭが生成される。また、ＰＷＭ計算部３６が、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成するには、ＡＣ−ＤＣコンバータ２からインバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣ（Ａ／Ｄ変換部３７から取得）の大きさが参照される。インバータ３のスイッチングトランジスタは、生成されたＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応答してターンオン又はターンオフされる。
【００４３】
以下、Ｖ／ｆ制御の場合と、ホットスタンバイ制御の場合におけるモータの駆動装置の制御手順と、それら制御によって得られる電流波形について、図６及び図７を用いて説明する。なお、以下に示す処理は、例えば、図２に示した電圧指令生成部３４により実現されるものである。具体的には、モータの駆動装置１０に備えられるＭＰＵ７が、電圧指令生成部３４により実現される機能に相当する以下に示す制御プログラムを実行することにより、電圧指令生成部３４の各機能の処理を実現させる。
【００４４】
まず、Ｖ／ｆ制御の場合について説明する。
図６の時刻ｔ１において、上位のコンピュータからＭＰＵ７に対し、Ｖ／ｆ制御を有効にする指令が与えられると、ＭＰＵ７は、オープンループ制御を実行し、ロータを同期させるべく圧縮機モータ５の初期励磁を開始する。時刻ｔ２において、初期励磁が完了すると、電圧指令生成部３４が、圧縮機モータ５を駆動するＶ／ｆ制御モードに切り替えられる。電圧指令生成部３４において、Ｖ／ｆ制御が実行される場合の所定のゲインと、上述した（６）式及び（７）式に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させるためのｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が生成される。
【００４５】
ｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に２相／３相変換されると、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させる信号として、インバータ３から圧縮機モータ５に対して交流電流を供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭが、出力される。時刻ｔ３において、ＭＰＵ７が圧縮機モータ５の停止指示を取得すると、ＭＰＵ７からＰＷＭ信号ＳＰＷＭの出力が停止され、圧縮機モータ５に対する交流電流の供給が停止される。
【００４６】
次に、ホットスタンバイ制御について説明する。
図７の時刻ｔ４において、上位のコンピュータからＭＰＵ７に対し、ホットスタンバイ制御を有効にする指令が与えられると、ＭＰＵ７は、オープンループ制御を実行し、ロータを同期させるべく圧縮機モータ５の初期励磁を開始する。時刻ｔ５において、初期励磁が完了すると、電圧指令生成部３４が、圧縮機モータ５の巻線を加熱させるホットスタンバイ制御モードに切り替えられる。電圧指令生成部３４において、ホットスタンバイ制御が実行される場合の所定のゲインと、上述した（８）式及び（９）式に基づいて、圧縮機モータ５の巻線を加熱させるためのｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が生成される。
【００４７】
ｄ軸電圧指令ｄ＊及びｑ軸電圧指令ｑ＊が電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に２相／３相変換されると、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて、圧縮機モータ５を駆動させる信号として、インバータ３から圧縮機モータ５に対して直流電流を継続的に供給させるＰＷＭ信号ＳＰＷＭが、出力される。時刻ｔ６において、ＭＰＵ７がヒータの停止指示（即ち、圧縮機モータ５の加熱の停止指示）を取得すると、ＭＰＵ７からＰＷＭ信号ＳＰＷＭの出力が停止され、圧縮機モータ５に対する継続的な直流電流の供給が停止される。
【００４８】
上述した実施形態に係るモータの駆動装置においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、モータの駆動装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラム（インバータ制御プログラム）が記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述のモータの駆動装置と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４９】
以上説明してきたように、本実施形態に係るモータの駆動装置１０、インバータ制御方法及びプログラム、空気調和機によれば、空気調和機の圧縮機に設けられる圧縮機モータ５の回転数に基づいて、圧縮機モータ５の巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とが切り替えられ、ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得すると、モータの初期励磁後に、ホットスタンバイ制御が選定され、複数相のインバータの各相からモータに対して継続的に直流電流が供給される。
【００５０】
このように、モータの初期励磁後に、直流電流が継続的に供給されることにより、圧縮機モータ５が駆動することはなく、圧縮機モータ５の巻線が発熱するので、圧縮機モータ５をヒータとして用いることができる。これは、従来のように圧縮機の外側に設置される電気ヒータにより冷媒や潤滑油を発熱する場合と比較して、冷媒や潤滑油に対して直接多くの熱量を与えることができるので、効率よく冷媒や潤滑油を速やかに加熱することができ、冷媒と潤滑油のマイグレーションが速やかに解消できる。また、従来の構成要素によって実現できるので、追加の費用が不要であり、コスト的にも有利である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ＡＣ電源
２ ＡＣ−ＤＣコンバータ
３ インバータ
５ 圧縮機モータ（モータ）
７ ＭＰＵ（インバータ制御手段）
３３ 速度・位置情報生成部
３４ 電圧指令生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し、圧縮機に設けられるモータに前記交流電力を供給する複数相のインバータと、
前記モータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えて前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するモータの駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ制御手段は、前記モータの回転数と、前記インバータの各相から出力された出力電流値と、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、前記インバータの出力電流を直流電流に制御する電圧指令値を決定する請求項１に記載のモータの駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を選定する場合に、前記モータの回転数を零とする請求項１または請求項２に記載のモータの駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ制御手段は、前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及び前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータの駆動装置。
【請求項５】
前記インバータは、複数の相に対応してそれぞれ複数のスイッチング素子を備え、
前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御の場合における前記スイッチング素子を切り替えるタイミングを、前記Ｖ／ｆ制御の場合の前記タイミングと異ならせ、前記インバータの各相から前記モータに直流電流を継続的に供給させる請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のモータの駆動装置を備える空気調和機。
【請求項７】
圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御方法であって、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するインバータ制御方法。
【請求項８】
圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御プログラムであって、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御することをコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラム。
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し、圧縮機に設けられるモータに前記交流電力を供給する複数相のインバータと、
前記モータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御と、Ｖ／ｆ制御とを切り替えて前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を具備し、
前記インバータ制御手段は、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するモータの駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ制御手段は、前記モータの回転数と、前記インバータの各相から出力された出力電流値と、所定のゲインとに基づいて所定の演算を実行し、前記インバータの出力電流を直流電流に制御する電圧指令値を決定する請求項１に記載のモータの駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御を選定する場合に、前記モータの回転数を零とする請求項１または請求項２に記載のモータの駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ制御手段は、前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｄ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令値との差分、及び前記インバータの各相から出力された出力電流値から算出されるｑ軸電流と前記モータを制御するために与えられるｑ軸電流指令値との差分をそれぞれＰＩ制御し、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータの駆動装置。
【請求項５】
前記インバータは、複数の相に対応してそれぞれ複数のスイッチング素子を備え、
前記インバータ制御手段は、前記ホットスタンバイ制御の場合における前記スイッチング素子を切り替えるタイミングを、前記Ｖ／ｆ制御の場合の前記タイミングと異ならせ、前記インバータの各相から前記モータに直流電流を継続的に供給させる請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のモータの駆動装置を備える空気調和機。
【請求項７】
圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御方法であって、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御するインバータ制御方法。
【請求項８】
圧縮機に設けられるモータの回転数に基づいて、前記モータの巻線を発熱させるホットスタンバイ制御とＶ／ｆ制御とを切り替えて、複数相のインバータを制御するインバータ制御プログラムであって、
前記ホットスタンバイ制御を有効にする指令を取得した場合には、前記モータの初期励磁後に、前記ホットスタンバイ制御を選定し、前記インバータの各相から前記モータに対し、継続的に直流電流を供給するように前記インバータを制御することをコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８１３４３（Ｐ２０１３−８１３４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１２６１（Ｐ２０１１−２２１２６１）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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