JP2013123340A - モータ制御装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を熱破壊から適確に保護することができるようにする。
【解決手段】複数のスイッチング素子を有して直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路１７Ａを用いて、三相同期モータ１５の駆動制御を行うモータ制御装置１１Ａである。スイッチング素子に係る接合部温度を検出する接合部温度検出部２１と、三相インバータ回路１７Ａに流れる電流を検出する電流検出部１９と、電流検出部１９で検出された電流が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を超えた場合、三相同期モータ１５の駆動を停止させる制御を行う過電流停止制御部２３と、を備える。過電流しきい値は、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度が低い領域では高く、接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のスイッチング素子を有して直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路を用いて三相同期モータの駆動制御を行うモータ制御装置および空気調和機に関する。

複数のスイッチング素子を有して直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路では、スイッチング素子を順次オン／オフさせることで三相交流電力を生成して三相同期モータを駆動する。三相同期モータを高速で駆動した場合、スイッチング素子には大きな電流が流れる。この際に、スイッチング素子に係る接合部温度が最大定格を超えて発熱し熱破壊するおそれがある。こうしたスイッチング素子の熱破壊を防ぐために、従来、特許文献１に係る技術が提案されている。

特許文献１は、モータの回転を制御するスイッチング回路と、パルス幅変調された矩形波を用いてスイッチング回路をドライブするドライブ回路と、温度変化に伴うサーミスタの緩やかな抵抗値の変化を捉えて温度検出信号として出力する温度検出回路と、モータ電流が所定値を超えた場合に異常信号を出力する過電流検出回路とを備え、温度検出信号が変化した場合は、その変化に応じてドライブ回路の出力を変化させ、異常信号が変化した場合は、直ちにドライブ回路の出力を停止する技術を開示している。

特開２００８−２９１９８号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、温度変化に伴うサーミスタ抵抗値の緩やかな変化に応じてドライブ回路の出力を変化させているところ、サーミスタは、その性質上、過電流通流時のように短時間での急激な温度変化は捉えにくい。このため、例えば、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴのように発熱しやすい素子を用いた場合、サーミスタの温度検出のみでは過電流通流時の素子の急激な温度変化を捉えきれず、スイッチング素子を熱破壊から適確に保護することのできないおそれがあった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子を熱破壊から適確に保護することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数のスイッチング素子を有して直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路を用いて、三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、前記スイッチング素子に係る接合部温度を検出する接合部温度検出部と、前記三相インバータ回路に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を超えた場合、前記三相モータの駆動を停止させる制御を行う制御部と、を備え、前記過電流しきい値は、前記接合部温度検出部で検出された接合部温度が低い領域では高く、前記接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、前記接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される、ことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、スイッチング素子を熱破壊から適確に保護することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を表すブロック図である。 ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する電圧特性を表す図である。 ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する損失特性を表す図である。 素子に係る接合部温度に対する過電流しきい値情報および電流制限しきい値情報を表す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を表すブロック図である。 本発明の第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を表すブロック図である。 本発明の第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を表すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るモータ制御装置の全体構成を表すブロック図である。

（本発明の概要）
はじめに、本発明の概要について説明する。
本発明者らの研究によると、スイッチング素子の最大定格電流（ここでいう最大定格電流とは、温度特性を有する相対的な最大定格電流であり、絶対的な最大定格電流とは異なる。）は、素子に係る接合部温度が低い領域では高く、素子に係る接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、素子に係る接合部温度の変化に追従して変動することがわかっている。仮に、過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を、素子に係る接合部温度が高い場合を基準として低い固定値に設定したとする。すると、実際の素子に係る接合部温度が低い際において、事実上の過電流まではまだ余裕があるにもかかわらず、設定上の過電流に達したと判定してモータの駆動が遮断されてしまう。これでは、スイッチング素子の最大定格電流が温度特性を有する点を加味したモータの効率的な駆動を行わせることができない。

そこで、本発明に係るモータ制御装置では、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を、素子に係る接合部温度が低い領域では高く、素子に係る接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、素子に係る接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定する構成を採用することとした。
同様に、過電流しきい値と比べて低い値に予め設定されて電流を制限すべきか否かを判定する際の基準となる電流制限しきい値を、素子に係る接合部温度が低い領域では高く、素子に係る接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、素子に係る接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定する構成を採用することとした。
以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
（本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの全体構成）
はじめに、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの全体構成を表すブロック図である。
第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａについて、三相インバータ回路１７Ａにより三相同期モータ１５（本発明の“三相モータ”に相当する。具体的には、例えば直流ブラシレスモータなどを用いる。）の駆動制御を行う例をあげて説明する。

第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａは、図１に示すように、直流電源１３と、三相同期モータ１５の駆動制御を行う三相インバータ回路１７Ａと、電磁誘導式の架線電流センサ１９と、接合部温度検出部２１と、過電流停止制御部２３と、インバータ駆動回路２５と、を備えて構成されている。

直流電源１３は、例えば蓄電池である。ただし、直流電源１３として、不図示の交流電源と、この交流電源に接続されるコンバータ回路（例えば、不図示のリアクタ、全波整流回路、および、平滑回路を含んでなる。）との組み合わせを採用してもよい。

三相インバータ回路１７Ａは、パルス幅変調波信号（ＰＷＭ信号）に基づいて、直流電源１３から与えられた直流電力を、ｕ相・ｖ相・ｗ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換し、変換後の擬似正弦波である三相交流電力を三相同期モータ１５に供給することで、三相同期モータ１５の駆動制御を行う機能を有する。

三相インバータ回路１７Ａは、図１に示すように、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnを有する。第１、第３、第５のスイッチング素子ＳＩup，ＳＩvp，ＳＩwpとしては、ＩＧＢＴ（Insulate Gate Bipola Transisitor）構造のものを用いる。一方、第２、第４、第６のスイッチング素子ＳＭun，ＳＭvn，ＳＭwnとしては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal OxＩｄe Semiconductor Field Effect Transistor）構造のものを用いる。

第１および第２のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭunは、第１の接続点Ｎｄ１を介して直列接続されている。第１および第２のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭunのそれぞれには、還流ダイオードDupおよび寄生ダイオードDunが逆並列接続されている。第１の接続点Ｎｄ１は、三相同期モータ１５のｕ相動力線に接続されている。以下の説明において、第１のスイッチング素子ＳＩupを第１の上アームＵＡ１と呼び、第２のスイッチング素子ＳＭunを第１の下アームＬＡ１と呼ぶ場合がある。

第３および第４のスイッチング素子ＳＩvp，ＳＭvnは、第２の接続点Ｎｄ２を介して直列接続されている。第３および第４のスイッチング素子ＳＩvp，ＳＭvnのそれぞれには、還流ダイオードDvpおよび寄生ダイオードDvnが逆並列接続されている。第２の接続点Ｎｄ２は、三相同期モータ１５のｖ相動力線に接続されている。以下の説明において、第３のスイッチング素子ＳＩvpを第２の上アームＵＡ２と呼び、第４のスイッチング素子ＳＭvnを第２の下アームＬＡ２と呼ぶ場合がある。

第５および第６のスイッチング素子ＳＩwp，ＳＭwnは、第３の接続点Ｎｄ３を介して直列接続されている。第５および第６のスイッチング素子ＳＩwp，ＳＭwnのそれぞれには、還流ダイオードDwpおよび寄生ダイオードDwnが逆並列接続されている。第３の接続点Ｎｄ３は、三相同期モータ１５のｗ相動力線に接続されている。以下の説明において、第５のスイッチング素子ＳＩwpを第３の上アームＵＡ３と呼び、第６のスイッチング素子ＳＭwnを第３の下アームＬＡ３と呼ぶ場合がある。

第１および第２のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭunの直列接続回路、第３および第４のスイッチング素子ＳＩvp，ＳＭvnの直列接続回路、および、第５および第６のスイッチング素子ＳＩwp，ＳＭwnの直列接続回路のそれぞれは、正の直流母線ＰＬおよび負の直流母線ＮＬの間に、相互に並列に接続されている。

架線電流センサ１９は、図１に示すように、負の直流母線ＮＬに近接させて設けられている。負の直流母線ＮＬは接地されている。架線電流センサ１９は、直流電源１３から三相インバータ回路１７Ａへと流れる回路電流Ｉｏを検出する機能を有する。架線電流センサ１９で検出された回路電流Ｉｏは、後記する接合部温度推定部３１および過電流判定部３７へとそれぞれ送られる。

接合部温度検出部２１は、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnの接合部温度Ｔｊ（以下、これらを“素子に係る接合部温度”と総称する場合がある。）を検出する機能を有する。接合部温度検出部２１は、温度実測部３０および接合部温度推定部３１からなる。

温度実測部３０は、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnが実装された基板（不図示）の温度を実測する機能を有する。温度実測部３０は、直流電源Ｖｄｄと接地端子との間に、プルアップ抵抗３３およびサーミスタ３５を直列接続して構成されている。プルアップ抵抗３３およびサーミスタ３５は、基板上に直接実装されている。これは、例えばヒートシンクなどにプルアップ抵抗３３およびサーミスタ３５を基板に対して間接的に設ける場合と比べて、基板温度の検出精度が高まり、ひいては素子に係る接合部温度Ｔｊの推定精度が高まるからである。プルアップ抵抗３３およびサーミスタ３５の接続点Ｐ１の電位（基板温度情報）は、接合部温度推定部３１へと送られる。

接合部温度推定部３１は、接合部温度Ｔｊを推定する機能を有する。具体的には、接合部温度推定部３１は、温度実測部３０で実測された基板温度情報（接続点Ｐ１の電位）と、予め取得してある、基板と第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnとの各間の熱抵抗に係る情報を用いて、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnの接合部温度Ｔｊを推定する。

本発明の“制御部”に相当する過電流停止制御部２３は、過電流判定部３７および過電流停止指令部３９からなる。過電流判定部３７は、後記する過電流しきい値情報３２を記憶しており、この過電流しきい値情報３２、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊ、および、架線電流センサ１９で検出された三相インバータ回路１７Ａに流れる回路電流Ｉｏに基づいて、三相インバータ回路１７Ａに過電流が流れているか否かを判定する機能を有する。過電流停止指令部３９は、過電流判定部３７で過電流が流れている旨の判定が下された場合、三相同期モータ１５を停止させる停止指令を発行する機能を有する。

過電流停止制御部２３、および、接合部温度推定部３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えた不図示のマイクロコンピュータ（以下“マイコン”という。）により構成される。このマイコンは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行し、接合部温度推定部３１、過電流判定部３７、および、過電流停止指令部３９を含む各種機能部の実行制御を行う機能を有する。

インバータ駆動回路２５は、過電流停止指令部３９から送られてきた停止指令にしたがって、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnのスイッチング動作を停止させることにより、三相同期モータ１５の駆動を停止させるように動作する。

ここで、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnで用いられている、ＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴの特性について説明する。図２は、ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する電圧特性を表す図である。図３は、ＩＧＢＴとＭＯＳＦＥＴの電流に対する損失特性を表す図である。

図２に示すように、ＩＧＢＴのコレクタ電流に対するコレクタ−エミッタ間電圧特性は、コレクタ電流の立ち上がり区間において急増し、その後、なだらかな略線形の増加特性を描く。一方、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流に対するドレイン−ソース間電圧特性は、すべての電流区間においてなだらかな略線形の増加特性を描く。ＩＧＢＴに係るコレクタ−エミッタ間電圧特性と、ＭＯＳＦＥＴに係るドレイン−ソース間電圧特性とは、図２に示すように、臨界点において交差している。要するに、臨界点に比べて低入力領域では、ＩＧＢＴに係るコレクタ−エミッタ間電圧特性がＭＯＳＦＥＴに係るドレイン−ソース間電圧特性を上回っているが、臨界点に比べて高入力領域では、前記両者の関係が逆転している。

図２に表す関係に起因して、図３に示すように、臨界点に比べて低入力領域では、ＩＧＢＴに係る損失特性がＭＯＳＦＥＴに係る損失特性を上回っているが、臨界点に比べて高入力領域では、前記両者の関係が逆転している。つまり、ＭＯＳＦＥＴの損失は、低入力領域ではＩＧＢＴと比べて小さいが、高入力領域では、ＩＧＢＴと比べて大きくなる。これは、ＭＯＳＦＥＴの損失が電流の２乗で増大するからである。そのため、ＭＯＳＦＥＴは、高負荷時の温度上昇割合がＩＧＢＴと比べて大きく、熱破壊を起こしやすい、という問題がある。

かかる問題を解決するために、仮に、過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を、余裕をみて低い固定値に設定したとする。すると、事実上の過電流まではまだ余裕があるにもかかわらず、過電流に達したと判定してモータの駆動が遮断されてしまう。これでは、三相同期モータ１５の運転領域を狭めてしまい、三相同期モータ１５の効率的な駆動を行わせることができない。

そこで、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａでは、三相同期モータ１５の運転領域を拡大しながら、過電流による第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnの熱破壊を未然に防ぐために、図４に示す過電流しきい値情報３２を採用している。図４は、素子に係る接合部温度Ｔｊに対する過電流しきい値情報３２および電流制限しきい値情報３４，３６，３８を表す図である。

過電流しきい値情報３２は、図４に示すように、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域（４０〜５０°Ｃ）では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域（５０〜９０°Ｃ）では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される。実際には、過電流しきい値情報３２は、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnの最大定格電流が有する温度特性を考慮した、適宜の温度特性を有して設定される。

（第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの動作）
次に、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの動作について説明する。
第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの電源スイッチ（不図示）がオンされると、三相インバータ回路１７Ａは、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnを順次オン／オフさせることで疑似正弦波の３相交流電力を生成し、これをもって三相同期モータ１５を駆動する。

三相同期モータ１５の駆動中に、接合部温度推定部３１は、電流検出部１９で検出した三相インバータ回路１７Ａに流れる回路電流Ｉｏと、温度実測部３０で実測した基板温度と、予め取得してある、基板から各素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnに至る間の熱抵抗を用いて、素子に係る接合部温度Ｔｊを推定する。

次いで、過電流判定部３７は、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊを、過電流しきい値情報３２に照らして、そのときの接合部温度Ｔｊに対応する過電流しきい値を読み出す。過電流判定部３７は、前記の通り読み出した過電流しきい値と、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊとの大小関係を比較する。過電流判定部３７は、接合部温度Ｔｊが過電流しきい値を超える旨の判定が下された場合、その判定結果を過電流停止指令部３９へ送る。

これを受けて過電流停止指令部３９は、三相同期モータ１５を停止させる停止指令をインバータ駆動回路２５へ発行する。そして、インバータ駆動回路２５は、過電流停止指令部３９から送られてきた停止指令にしたがって、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnのスイッチング動作を停止させることによって、三相同期モータ１５の駆動を停止させるように動作する。

（第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａの作用効果）
第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａによれば、過電流しきい値情報３２を、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域（４０〜５０°Ｃ）では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域（５０〜９０°Ｃ）では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定する構成を採用したので、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnを、短時間の急激な温度上昇による熱破壊から適確に保護することができる。
また、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａによれば、三相同期モータ１５の運転領域を拡大しながら、三相同期モータ１５の効率的な駆動を行わせることができる。

［第２実施形態］
（本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの全体構成）
次に、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂについて、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの全体構成を表すブロック図である。
なお、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａと、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂとでは、第２実施形態が電流制限制御部４１をさらに備える点を除き、その他の構成は共通である。したがって、第１および第２実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。

第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂは、図５に示すように、本発明の“制御部”に相当する電流制限制御部４１をさらに備える。電流制限制御部４１は、電流制限判定部４３および回転速度指令部４５からなる。

電流制限判定部４３は、図４に示す第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８を記憶しており、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊ、および、架線電流センサ１９で検出された三相インバータ回路１７Ａに流れる回路電流Ｉｏに基づいて、三相インバータ回路１７Ａに制限すべき大きさの電流が流れているか否かを判定する機能を有する。

回転速度指令部４５は、電流制限判定部４３で制限すべき大きさの電流が三相インバータ回路１７Ａに流れている旨の判定が下された場合、定常の回転速度に対し、所定の減速レートを乗算した回転速度をもって、三相同期モータ１５を駆動させる駆動制御指令を発行する機能を有する。

電流制限制御部２３は、例えば、マイコンにより構成される。このマイコンは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行し、電流制限制御部２３を含む各種機能部の実行制御を行う機能を有する。

ここで、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８は、図４に示すように、三相同期モータ１５が定常駆動される定常領域と、三相同期モータ１５が停止される停止領域との間を帯状に区画するように設けられる、過電流しきい値と比べて低い値に予め設定されて電流を制限すべきか否かを判定する際の基準となる情報である。

第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８のそれぞれは、図４に示すように、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域（４０〜５０°Ｃ）では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域（５０〜９０°Ｃ）では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される。具体的には、例えば、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８のそれぞれは、素子に係る接合部温度Ｔｊが、一般的なパワースイッチング素子の動作保証温度である１５０°Ｃに対して３０％のマージンをとった温度である１０５°Ｃを超えないことを考慮して、後記のように適宜の値に設定される。

第２実施形態では、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８は、図４に示すように、三段階に設定されている。第１の電流制限しきい値情報３４と、第２の電流制限しきい値情報３６との間には、第１減速領域が区画形成されている。また、第２の電流制限しきい値情報３６と、第３の電流制限しきい値情報３８との間には、第２減速領域が区画形成されている。そして、第３の電流制限しきい値情報３８と、過電流しきい値情報３２との間には、第３減速領域が区画形成されている。

第１減速領域では、定常の回転速度に対し、第１の減速レートを乗算した回転速度をもって、三相同期モータ１５が駆動される。また、第２減速領域では、定常の回転速度に対し、第２の減速レートを乗算した回転速度をもって、三相同期モータ１５が駆動される。そして、第３減速領域では、定常の回転速度に対し、第３の減速レートを乗算した回転速度をもって、三相同期モータ１５が駆動される。

第１〜第３の減速レートの大きさは、例えば、７０％，５０％，３０％のようにそれぞれ設定される。この例の場合、第１減速領域では、定常の回転速度に対し、第１の減速レート（７０％）を乗算した回転速度をもって三相同期モータ１５が駆動される。また、第２減速領域では、定常の回転速度に対し、第２の減速レート（５０％）を乗算した回転速度をもって三相同期モータ１５が駆動される。そして、第３減速領域では、定常の回転速度に対し、第３の減速レート（３０％）を乗算した回転速度をもって三相同期モータ１５が駆動される。

（第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの動作）
次に、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの動作について説明する。
第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの電源スイッチがオンされると、三相インバータ回路１７Ａは、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnを順次オン／オフさせることで疑似正弦波の３相交流電力を生成し、これをもって三相同期モータ１５を駆動する。

三相同期モータ１５の駆動中に、接合部温度推定部３１は、電流検出部１９で検出した三相インバータ回路１７Ａに流れる回路電流Ｉｏと、温度実測部３０で実測した基板温度と、予め取得してある、基板から各素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnに至る間の熱抵抗を用いて、素子に係る接合部温度Ｔｊを推定する。

次いで、過電流判定部３７は、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊを、過電流しきい値情報３２に照らして、そのときの接合部温度Ｔｊに対応する過電流しきい値を読み出す。過電流判定部３７は、前記の通り読み出した過電流しきい値と、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊとの大小関係を比較する。過電流判定部３７は、接合部温度Ｔｊが過電流しきい値を超える旨の判定が下された場合、その判定結果を過電流停止指令部３９へ送る。

ここまでは、第１実施形態の動作と同じである。以下の動作は、接合部温度Ｔｊが、過電流しきい値を超えない旨の判定が下された場合に実行される。

電流制限判定部４３は、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊを、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８に照らして、そのときの接合部温度Ｔｊに対応する第１〜第３の電流制限しきい値を読み出す。電流制限判定部４３は、前記の通り読み出した第１〜第３の電流制限しきい値と、接合部温度推定部３１で推定された素子に係る接合部温度Ｔｊとの大小関係をそれぞれ比較する。そして、電流制限判定部４３は、接合部温度Ｔｊが、第１〜第３減速領域のうちいずれに属しているのかに係る判定を行い、その判定結果を回転速度指令部４５へ送る。

第１〜第３減速領域のうちいずれに属しているのかに係る判定結果を受けて、回転速度指令部４５は、対応する減速領域に割り当てられた減速レートを、定常の回転速度に対して乗算した回転速度をもって三相同期モータ１５を駆動すべき回転速度指令をインバータ駆動回路２５へ発行する。そして、インバータ駆動回路２５は、回転速度指令部４５から送られてきた回転速度指令にしたがって、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnのＰＷＭスイッチング動作を適宜行わせることによって、三相同期モータ１５を駆動させるように動作する。

（第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂの作用効果）
第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂによれば、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８を、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定する構成を採用したので、第１〜第６のスイッチング素子ＳＩup，ＳＭun，ＳＩvp，ＳＭvn，ＳＩwp，ＳＭwnを、短時間の急激な温度上昇、および、定常的な温度上昇による熱破壊から適確に保護することができる。
また、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂによれば、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａと同様に、三相同期モータ１５の運転領域を拡大しながら、三相同期モータ１５の効率的な駆動を行わせることができる。

（本発明の第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１の全体構成）
次に、本発明の第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１の全体構成を表すブロック図である。
なお、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂと、第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１とでは、三相インバータ回路１７Ａの構成を除き、その他の構成は共通である。したがって、第２および第２Ｂ１実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。

第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂにおいて、三相インバータ回路１７Ａでは、図５に示すように、第１〜第３の上アームＵＡ１〜ＵＡ３側のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３側のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる構成を採用している。

これに対し、第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１において、三相インバータ回路１７Ｂでは、図６に示すように、第１〜第３の上アームＵＡ１〜ＵＡ３側のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用い、第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３側のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる構成を採用することとした。

第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１によれば、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂと同様の効果を奏する。

（本発明の第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２の全体構成）
次に、本発明の第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２の全体構成を表すブロック図である。
なお、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂと、第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２とでは、三相インバータ回路１７Ａの構成を除き、その他の構成は共通である。したがって、第２および第２Ｂ２実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。

第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂにおいて、三相インバータ回路１７Ａでは、図５に示すように、第１〜第３の上アームＵＡ１〜ＵＡ３側のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３側のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる構成を採用している。

これに対し、第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２において、三相インバータ回路１７Ｃでは、図７に示すように、第１〜第３の上アームＵＡ１〜ＵＡ３側、および、第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３側のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる構成を採用することとした。

第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２によれば、第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２の三相インバータ回路１７Ｃでは、第１〜第３の上アームＵＡ１〜ＵＡ３側、および、第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３側のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる構成を採用したので、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ、または、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂなどと比べて、より効率の高い三相同期モータ１５の駆動を行わせることができる。

なお、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを６つ用いているため、素子の温度上昇にはじゅうぶんな注意が必要である。
ところが、第２実施形態のように、過電流しきい値情報３２を、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定すると共に、第１〜第３の電流制限しきい値情報３４，３６，３８のそれぞれを、接合部温度検出部２１で検出された接合部温度Ｔｊが低い領域では高く、接合部温度Ｔｊが前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、接合部温度Ｔｊの変化に応じて可変となる温度特性を有して設定する構成を採用することによって、三相同期モータ１５の運転領域を拡大しながら、より効率の高い三相同期モータ１５の駆動を行わせることができる。

また、スイッチング素子としての６つＭＯＳＦＥＴは、スーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴであってもよい。このように構成すれば、より一層効率の高い三相同期モータ１５の駆動を行わせることができる。

ところで、温度実測部３０の構成部材としてサーミスタ３５を採用した場合において、サーミスタ３５の温度検出に係る応答速度は遅いため、過電流通流時の素子の温度上昇を捉えきれないおそれがある。
そうした観点から、後記する第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃでは、電流検出部１９で検出された電流の変化率が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる変化率しきい値を超えた場合、三相同期モータ１５の駆動を停止させる制御を行う電流変化率制御部４７をさらに備える構成を採用することとした。

［第３実施形態］
（本発明の第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃの全体構成）
次に、本発明の第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃについて、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃの全体構成を表すブロック図である。
なお、第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２と、第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃとでは、第３実施形態が電流変化率制御部４７をさらに備える点を除き、その他の構成は共通である。したがって、第２Ｂ２および第３実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。

第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃは、図８に示すように、本発明の“制御部”の一部に相当する電流変化率制御部４７をさらに備える。電流変化率制御部４７は、遅延部４８および電流変化率判定部４９からなる。遅延部４８は、所定時間前の回路電流Ｉｏを時間的に遅延させて電流変化率判定部４９へ出力する機能を有する。電流変化率判定部４９は、所定時間の経過前後における回路電流Ｉｏの値に基づいて、所定時間内における回路電流Ｉｏの変化率を算出すると共に、その算出結果と所定値との大小関係を比較する。この比較の結果、算出結果が所定値と比べて大きい場合、電流変化率判定部４９は、三相同期モータ１５を停止させる停止指令を過電流停止指令部３９へ発行する。

第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃによれば、電流検出部１９で検出された電流の変化率が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる変化率しきい値を超えた場合、三相同期モータ１５の駆動を停止させる制御を行う電流変化率制御部４７をさらに備える構成を採用した。
このため、温度実測部３０の構成部材としてサーミスタ３５を採用した場合であっても、過電流通流時の素子の温度上昇を適確に捉えて、第１〜第６のスイッチング素子ＳＭup，ＳＭun，ＳＭvp，ＳＭvn，ＳＭwp，ＳＭwnを熱破壊から適確に保護することができる。

［その他の実施形態］
以上説明した実施形態および変形例は、本発明の具現化例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

すなわち、例えば、第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ｃにおいて、第３実施形態の特徴部分である電流変化率制御部４７を、第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ２と組み合わせる例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。第３実施形態の特徴部分である電流変化率制御部４７を、第１実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ、第２実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ、または、第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置１１Ｂ１と組み合わせる実施態様も、本発明の技術的範囲に包含される。

また、本発明の第１〜第３実施形態に係る説明において、素子に係る接合部温度を検出する部材として、温度実測部３０および接合部温度推定部３１からなる接合部温度検出部２１を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。素子に係る接合部温度を検出する部材としては、素子に係る接合部温度の相関値（素子に係る接合部温度それ自体を含む）を検出することが可能である限りにおいて、いかなる構成を採用してもよい。

また、本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかを搭載した空気調和機であって、このモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかは、三相同期モータ１５の駆動制御を行う、空気調和機の構成を採用してよい。このように構成すれば、高い省エネ性能を有する空気調和機を提供することができる。

具体的には、例えば、本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかを空気調和機に搭載し、このモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかを、空気調和機の室外ファンモータ（不図示）の駆動制御用途に適用すると、高効率で高い省エネ性能を有する空気調和機を実現することができる。

また、本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかを空気調和機に搭載し、このモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃのいずれかを、空気調和機の圧縮機（不図示）を駆動する三相同期モータ１５の駆動制御用途に適用しても、高効率で高い省エネ性能を有する空気調和機を実現することができる。

空気調和機は、図２および図３に示す低入力領域（中間・定格領域）での効率を向上させることで、省エネ性能を表す指数であるＡＰＦ（Annual Performance Factor）を大きく向上させることができる。本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃでは、スイッチング素子として、低入力領域でＩＧＢＴと比べて損失の小さいＭＯＳＦＥＴを用いる構成を採用している。このため、本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃによれば、省エネ性能の高い空気調和機を提供することができる。

前記のように構成した空気調和機は、図２および図３に示す高入力領域（低温暖房領域）であっても、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）の温度上昇を可及的に抑制して、素子の熱破壊を未然に防止しながら、高効率な運転を実現することができる。さらに、スイッチング素子としてスーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴを採用することで、より高い省エネ性能を有する空気調和機を提供することができる。

最後に、本発明の第１〜第３実施形態に係るモータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃにおいて、負の直流母線ＮＬに近接させて設けた架線電流センサ１９を用いて電流検出を行う例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明において、複数の電流センサを三相インバータ回路１７Ａ〜１７Ｃの出力ラインに設けて回路電流を検出したり、三相インバータ回路１７Ａ〜１７Ｃの第１〜第３の下アームＬＡ１〜ＬＡ３と接地端子との間にシャント抵抗（不図示）を挿入し、電流検出を行ってもよいことはいうまでもない。

１１Ａ 第１実施形態に係るモータ制御装置
１１Ｂ 第２実施形態に係るモータ制御装置
１１Ｂ１ 第２Ｂ１実施形態に係るモータ制御装置
１１Ｂ２ 第２Ｂ２実施形態に係るモータ制御装置
１１Ｃ 第３実施形態に係るモータ制御装置
１３ 直流電源
１５ 三相同期モータ（三相モータ）
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 三相インバータ回路
１９ 架線電流センサ
２１ 接合部温度検出部
２３ 過電流停止制御部
２５ インバータ駆動回路
３０ 温度実測部
３１ 接合部温度推定部
３３ プルアップ抵抗
３５ サーミスタ
３７ 過電流判定部
３９ 過電流停止指令部
４１ 電流制限制御部
４３ 電流制限判定部
４５ 回転速度指令部
４７ 電流変化率制御部
４８ 遅延部
４９ 電流変化率判定部
Ｄup 還流ダイオード
Ｄun 寄生ダイオード
Ｄvp 還流ダイオード
Ｄvn 寄生ダイオード
Ｄwp 還流ダイオード
Ｄwn 寄生ダイオード
Ｉｏ 回路電流
ＰＬ 正の直流母線
ＮＬ 負の直流母線
ＳＩup，ＳＭup（ＵＡ１） 第１のスイッチング素子
ＳＩun，ＳＭun（ＬＡ１） 第２のスイッチング素子
ＳＩvp，ＳＭvp（ＵＡ２） 第３のスイッチング素子
ＳＩvn，ＳＭvn（ＬＡ２） 第４のスイッチング素子
ＳＩwp，ＳＭwp（ＵＡ３） 第５のスイッチング素子
ＳＩwn，ＳＭwn（ＬＡ３） 第６のスイッチング素子

Claims (9)

1. 複数のスイッチング素子を有して直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路を用いて、三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、
   前記スイッチング素子に係る接合部温度を検出する接合部温度検出部と、
   前記三相インバータ回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる過電流しきい値を超えた場合、前記三相モータの駆動を停止させる制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記過電流しきい値は、前記接合部温度検出部で検出された接合部温度が低い領域では高く、前記接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、前記接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   前記制御部は、前記電流検出部で検出された電流が、前記過電流しきい値と比べて低い値に予め設定されて電流を制限すべきか否かを判定する際の基準となる電流制限しきい値を超えており、かつ、前記過電流しきい値以下である場合、前記三相モータの駆動を、定常の回転速度と比べて減速させる制御を行い、
   前記電流制限しきい値は、前記接合部温度検出部で検出された接合部温度が低い領域では高く、前記接合部温度が前記の低い領域と比べて高い領域では低くなるように、前記接合部温度の変化に応じて可変となる温度特性を有して設定される、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ制御装置であって、
   前記電流制限しきい値は、複数段階の前記温度特性を有して設定される、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記制御部は、前記電流検出部で検出された電流の変化率が、予め設定されて過電流か否かを判定する際の基準となる変化率しきい値を超えた場合、前記三相モータの駆動を停止させる制御を行う、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記三相インバータ回路は、上アームおよび下アームを対とする前記スイッチング素子を３組有して構成され、
   前記上アーム側の前記スイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、前記下アーム側の前記スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記三相インバータ回路は、上アームおよび下アームを対とする前記スイッチング素子を３組有して構成され、
   前記上アーム側の前記スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用い、前記下アーム側の前記スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記三相インバータ回路は、上アームおよび下アームを対とする前記スイッチング素子を３組有して構成され、
   前記上アーム側および前記下アーム側の前記スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記ＭＯＳＦＥＴは、スーパー・ジャンクション・ＭＯＳＦＥＴである、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置を搭載した空気調和機であって、
   前記モータ制御装置は、前記三相モータの駆動制御を行う、
   ことを特徴とする空気調和機。

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