JP5217579B2 - 電動機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御方法及び制御装置に係り、詳しくはインバータ装置を用いて制御を行う電動機の制御方法及び制御装置に関する。

従来、パワートランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）を制御素子に使用したＰＷＭ制御インバータ装置が電動機の駆動に使用されている。しかし、サイリスタインバータに比べてパワートランジスタやＩＧＢＴのスイッチング速度が速いことから、インバータ装置と電動機間のケーブル（配線）長が長くなると、電動機端子間にインバータ出力電圧波高値の２倍以上のサージ電圧が発生する。このサージ電圧のために電動機巻線が損傷したり、絶縁破壊が発生したりする虞がある。

例えば、特許文献１には、サージ電圧の発生を抑制するために、インバータ装置の出力側にリアクトルを設け、リアクトルと電動機端子との間にコンデンサと抵抗の直列回路を接続したサージ電圧抑制装置が開示されている。

また、インバータ装置には、複数個の半導体素子の組み合わせより成るインバータ回路と電源（バッテリ）との間に平滑コンデンサが並列に接続されたものがある。ここで、コンデンサには「等価直列抵抗（ＥＳＲ）」と呼ばれる電極の抵抗や誘電体の特性等に起因する抵抗成分が存在し、このＥＳＲは常温〜高温では無視できるが、低温（例えば０℃以下）になるに従って無視できないほど大きい値となることが知られている。そして、上記のインバータ装置を用いて電動機を駆動する際に、コンデンサにモータ電流が出入りすることによってＥＳＲによるサージ電圧が発生し、そのサージ電圧が半導体素子等の耐圧を超える場合は、当該半導体素子が損傷を受けてしまう。このため、環境温度が低温（例えば０℃以下）においてインバータ回路の入力側にコンデンサを備えるインバータ装置を制御して電動機にモータ電流を供給する場合には、コンデンサのＥＳＲによる影響を考慮する必要がある。

そこで従来は、環境温度が低温（例えば０℃以下）の時にコンデンサのＥＳＲにより生じるサージ電圧によってインバータ装置の構成部品がダメージを受けないように、各温度において電動機に供給可能なモータ電流の最大値（制限モータ電流値）をマップとして作成し、そのマップに基づいてインバータ装置の制御を行っていた。
特開平６−３８５４３号公報

ところが、コンデンサのＥＳＲは低温（例えば０℃以下）において増大するだけでなく、同じ規格のコンデンサであっても製品によってＥＳＲのバラツキが大きい。そのため、各温度と制限モータ電流値のマップは、コンデンサのＥＳＲのバラツキを考慮した分だけ安全マージンを広く取る必要があり、電動機に供給可能なモータ電流値が小さくなってしまい、電動機の運転領域が狭くなるという問題があった。

特に、空調装置用に電動コンプレッサを搭載して冷凍倉庫で作業を行う産業車両（フォークリフト）の場合、コンプレッサが圧縮する冷媒が液化する場合がある。その場合、液化した冷媒の圧縮に必要なトルクや起動トルクが大きくなる。そのため、低温時において電動機に供給できる最大許容モータ電流値が、電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満になることがある。

本発明の目的は、環境温度が、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて駆動される電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の低温においても、過大なサージ電圧の発生を回避した状態で電動機を駆動することができる電動機の制御方法及び制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて電動機に供給するモータ電流の制御を行う電動機の制御方法である。そして、コンデンサの等価直列抵抗により生じるサージ電圧によって前記インバータ装置の構成部品がダメージを受けないモータ電流の最大値とコンデンサの温度との関係を示すマップ又は関係式を用いて最大許容モータ電流値を設定し、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記電動機の回転子の位置を推定するとともに前記最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給する。そして、前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記電動機に交流を供給するように前記インバータ装置を制御する。

この発明では、電動機に供給可能な最大許容モータ電流値をコンデンサの等価直列抵抗により生じるサージ電圧によってインバータ装置の構成部品がダメージを受けないモータ電流の最大値と温度との関係を示すマップ又は関係式を用いて設定する。したがって、低温時においてコンデンサのＥＳＲによって生じるサージ電圧により、インバータの構成部品が損傷することを回避できる。また、最大許容モータ電流値が電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給するため、コンデンサの温度が上昇する。そして、コンデンサの温度が、最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、電動機に交流が供給される。したがって、環境温度が、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて駆動される電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の低温においても、過大なサージ電圧の発生を回避した状態で、電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転子の位置の推定は、前記電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線に一定電圧又は一定電流を印加した際に前記電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線における電流信号又は電圧信号を、前記インバータ装置の制御装置が備える電流センサ又は電圧センサで検出し、その検出信号に基づいて行われる。したがって、電動機の回転子の位置を推定するために新たにセンサを設けることなく、対応することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記コンデンサの温度は、コンデンサの温度以外の部位の温度を測定する温度センサで確認した前記インバータ装置の起動時の温度を基準温度とし、前記基準温度と前記インバータ装置への通電電流量及び通電時間とに基づいて推定する。

環境温度が低温（例えば０℃以下）の時には、インバータ装置の各部の温度は、電動機の暖機運転によりコンデンサの温度が上昇する過程において、必ずしもコンデンサの温度と同等あるいは比例関係とはならず、特にコンデンサから離れた位置の温度はコンデンサの温度を反映しない。この発明では、コンデンサの温度以外の部位の温度を測定する温度センサで確認したインバータ装置の起動時の温度を基準温度とし、基準温度とインバータ装置への通電電流量及び通電時間とに基づいてコンデンサの温度を推定する。したがって、温度センサの設置位置に拘わらず、コンデンサ温度を精度良く推定でき、実際の温度に対応した制限電流をｄ軸電流として流すことができ、暖機を早く完了することができる。また、コンデンサの温度を直接検出するためのセンサを設ける必要がない。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記コンデンサの温度が出力制限不要な温度に達するまでは、出力制限をかけた状態でｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のスイッチング周波数を、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度領域におけるスイッチング周波数よりも高くする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のオンデューティが次第に小さくなるように制御する。

請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明では、最大許容モータ電流値が電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、電動機に交流が供給されて電動機が駆動される。この状態では、コンデンサの温度は、最大許容モータ電流値を供給可能な状態、即ち出力制限が不要な温度には達していない。そして、コンデンサ温度に対応する最大許容モータ電流値内で、負荷から要求されるトルクに近い値を出力するように電動機が制御される。そのため、要求されるトルクが小さな状態では、電動機にはコンデンサ温度に対応する最大許容モータ電流値より小さな電流が供給される。そのため、出力制限不要な温度にコンデンサ温度が達するまでに時間がかかる。しかし、この発明では、コンデンサ温度に対応する最大許容モータ電流値に対応するトルクより要求トルクが小さな場合、電動機には要求トルクに対応するｑ軸電流を供給するように制御するとともに、制限値内で余分に流せる電流がｄ軸電流として供給される。したがって、コンデンサの温度が、出力制限不要な温度になるまでの時間を短縮することができ、早期に大きなトルク要求に対応できる状態になる。

請求項７に記載の発明は、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて電動機に供給するモータ電流の制御を行う電動機の制御装置である。そして、前記コンデンサの温度に相当する温度を検出する温度検出手段と、前記コンデンサの等価直列抵抗により生じるサージ電圧によって前記インバータ装置の構成部品がダメージを受けない最大許容モータ電流値とコンデンサの温度との関係を示すマップ又は関係式を記憶した記憶手段と、前記電動機の回転子の位置を推定する回転子位置推定手段とを備えている。また、前記温度検出手段の検出結果及び前記マップ又は関係式に基づいてその温度における最大許容モータ電流値を演算する最大許容モータ電流値演算手段と、前記最大許容モータ電流値演算手段により演算された最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域である場合に、前記回転子位置推定手段により推定された回転子の位置と前記最大許容モータ電流値とに基づいて前記電動機に前記最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給するように前記インバータ装置を制御するインバータ装置制御手段とを備えている。

この発明では、電動機を駆動する際、温度検出手段によりコンデンサの温度が検出され、その温度における最大許容モータ電流値が最大許容モータ電流値演算手段により演算される。そして、最大許容モータ電流値が電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の場合は、最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として電動機に供給する。そして、コンデンサの温度が、最大許容モータ電流値が電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、電動機に交流が供給される。したがって、環境温度が、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて駆動される電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の低温においても、過大なサージ電圧の発生を回避した状態で、電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記制御手段は、前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記コンデンサの温度が出力制限不要な温度に達するまでは、出力制限をかけた状態でｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の発明において、前記制御手段は、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のスイッチング周波数を、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度領域におけるスイッチング周波数よりも高くする。
請求項１０に記載の発明は、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の発明において、前記制御手段は、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のオンデューティが次第に小さくなるように制御する。

本発明によれば、環境温度が、インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて駆動される電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の低温においても、過大なサージ電圧の発生を回避した状態で、電動機を駆動することができる電動機の制御方法及び制御装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載される空調装置のコンプレッサ駆動用の電動機に具体化した第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。

図１に示すように、電動機１０の制御装置１１は、インバータ装置１２と、インバータ装置制御手段としての制御部１３とを備えている。電動機１０には３相交流モータが使用されている。インバータ装置１２は、車両駆動用電源としての主機バッテリ１４にヒューズ１５を介して接続されている。

インバータ装置１２は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６よりなるインバータ回路１６を備えている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。インバータ回路１６は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。そして、第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が、コイル１７及びヒューズ１５を介して主機バッテリ１４のプラス端子側に接続され、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が、主機バッテリ１４のマイナス端子側に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点は電動機１０のＵ相端子に、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点は電動機１０のＶ相端子に、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点は電動機１０のＷ相端子に、それぞれ接続されている。

インバータ装置１２と電動機１０との間には電流検出手段としての電流センサ１８ａ，１８ｂが設けられている。電流センサ１８ａ，１８ｂは電動機１０に供給される３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２相（この実施形態ではＵ相及びＷ相）の電流Ｉｕ，Ｉｗの電流値を検出する。また、インバータ装置１２には電圧センサ１９が設けられている。

インバータ回路１６の入力側には、コンデンサ（入力用コンデンサ）２０が主機バッテリ１４と並列に接続されている。この実施形態ではコンデンサ２０として電解コンデンサが使用されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５がコンデンサ２０のプラス端子側に接続され、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６がコンデンサ２０のマイナス端子側に接続されている。図１にはコンデンサ２０と直列に接続された抵抗Ｒｓが図示されているが、これはコンデンサ２０の等価直列抵抗（ＥＳＲ）を表すものである。

また、インバータ装置１２にはコンデンサ２０の温度に相当する温度を検出する温度検出手段としての温度センサ２１が設けられるとともに、温度センサ２１は制御部１３に接続されている。温度センサ２１の配設位置は、コンデンサ２０の温度に相当する温度を測定可能な位置であればよく、コンデンサ２０のすぐ近くでなくてもよい。この実施形態では、スイッチング素子の近くに配置されている。

インバータ装置１２を制御する制御部１３は、ＣＰＵ（中央処理装置）２２及び記憶手段としてのメモリ２３を備えている。メモリ２３には電動機１０を駆動するのに必要な各種制御プログラム及びその実行に必要な各種データやマップが記憶されている。制御プログラムの一つとして、電動機（モータ）１０のベクトル制御を行う制御プログラムや、温度センサ２１の検出結果及びマップに基づいてその温度における最大許容モータ電流値を演算する制御プログラムや、電動機１０に直流のｄ軸電流を供給する制御プログラムがある。

ＣＰＵ２２は、図示しないドライブ回路を介して各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子としてのゲートに接続されている。ＣＰＵ２２は、図示しない入力インタフェースを介して電流センサ１８ａ，１８ｂ及び電圧センサ１９に接続されている。そして、ＣＰＵ２２は、各センサ１８ａ，１８ｂ，１９，２１の検出信号に基づいて、電動機１０を目標出力となるように制御する制御信号を、ドライブ回路を介して各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に出力する。そして、インバータ回路１６は主機バッテリ１４から供給される直流電圧を適宜の周波数の３相交流電圧に変換して電動機１０に出力する。

メモリ２３には、図２にブロック図で示す構成が記憶されている。即ち、制御部１３は、コンデンサ温度演算手段としてのコンデンサ温度演算部２４、最大許容モータ電流値演算手段としての最大許容モータ電流値演算部２５、回転子位置推定手段としての回転子位相推定部２６、目標モータｄ軸電流演算手段としての目標モータｄ軸電流演算部２７、電動機１０に印加する電圧を演算する指令ｄ軸電圧及び指令ｑ軸電圧演算部２８を備えている。コンデンサ温度演算部２４は、温度センサ２１の検出信号によりコンデンサ２０の温度を推定する。最大許容モータ電流値演算部２５は、コンデンサ温度演算部２４で演算された温度における最大許容モータ電流値をマップから演算する。回転子位相推定部２６は、電流センサ１８ａ，１８ｂ及び電圧センサ１９の出力信号に基づいて回転子の位置（位相θ）を推定する。回転子の位置の推定は、例えば、電圧センサ１９によって検出された電圧から印加電圧パルスを演算し、電動機１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相に印加するとともにＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線に流れる電流量を電流センサ１８ａ，１８ｂで検出する。そして、電流センサ１８ａ，１８ｂで検出された検出信号を、メモリ２３に記憶しておいた回転子位置推定マップと比較することにより位置の推定を行う。目標モータｄ軸電流演算部２７は、最大許容モータ電流値演算部２５で演算された最大許容モータ電流値と回転子位相推定部２６で演算された位相θから、目標モータｄ軸電流値を設定する。指令ｄ軸電圧及び指令ｑ軸電圧演算部２８により、指令ｄ軸電流及び指令ｑ軸電流は、対応する２相指令電圧に変換された後、図示しない２相／３相変換部でＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の指令電圧に変換されて電動機１０に出力される。

次に、前記のように構成された制御装置１１の作用について図４のフローチャートにしたがって説明する。
制御装置１１が起動されると、先ず、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１において温度センサ２１の検出信号を入力してコンデンサ２０の温度を演算する。次にＣＰＵ２２は、ステップＳ２でコンデンサ温度−最大許容モータ電流値のマップから、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満か否かを判断する。図３に示すように、マップにはコンデンサの温度と、最大許容モータ電流値との関係と、電動機１０の起動に必要なトルクを発生させるのに必要な電流値が表されている。なお、この実施形態では、図３に示されるように、０℃以上で最大許容モータ電流を供給できる構成としているが、使用するコンデンサによっては、より低温域で最大許容モータ電流を供給できる構成とすることもできる。

ステップＳ２で判断がＮＯ、即ちコンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上であれば、ＣＰＵ２２はステップＳ３に進み、通常制御を行う。通常制御とは、ｄ軸電流及びｑ軸電流を最大許容モータ電流値以下の値で、電動機１０を目標速度及び目標トルクとなるように、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御して電動機１０に供給する電流量を調整する制御である。

ＣＰＵ２２は、ステップＳ２で判断がＹＥＳ、即ちコンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができない低温の場合は、ステップＳ４に進み、コンデンサ２０に電流を流すプレヒート制御を行う。ＣＰＵ２２は、ステップＳ４においてマップからその温度における最大許容モータ電流値を演算する。その後、ＣＰＵ２２はステップＳ５に進み、電流センサ１８ａ，１８ｂ及び電圧センサ１９の検出信号から回転子の位置（位相θ）を推定する。次にＣＰＵ２２はステップＳ６で、ステップＳ４で演算された最大許容モータ電流値及びステップＳ５で演算された位相θから、目標ｄ軸電流を決定する。

次にＣＰＵ２２は、ステップＳ７で、指令ｄ軸電圧値及び指令ｑ軸電圧値を決定し、ｄ軸モータ電流及びｑ軸モータ電流がそれぞれ目標ｄ軸電流値及び目標ｑ軸電流値（０Ａ）となるようにインバータ回路１６へ制御指令を出力する。即ち、対応するデューティ比でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフ制御する制御信号を出力する。ここで、目標ｑ軸電流値については、その値が０Ａとなるように制御している。このため、電動機１０には目標ｄ軸電流値の直流電流が流れることになり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作によってこの直流電流がコンデンサ２０に出入りする。直流電流がコンデンサ２０に出入りすることでコンデンサ２０の温度が上昇する。その後、ステップＳ１からの処理をコンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度になるまで繰り返す。そして、コンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度になると、ＣＰＵ２２はプレヒート制御を終了して通常制御に移行する。

Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に供給される電流量の最大値は、その時点の最大許容モータ電流値と回転子の位置によって決まるが、ＣＰＵ２２は目標電流量を一度に流すようにＵ相、Ｖ相及びＷ相に電圧を印加せずに、図５に示すように、徐々に目標電流になるようにＵ相、Ｖ相及びＷ相に印加する電圧を制御する。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）制御装置１１は、インバータ回路１６の入力側に接続されたコンデンサ２０の温度に相当する温度を検出する温度センサ２１と、コンデンサ２０の等価直列抵抗により生じるサージ電圧によってインバータ装置１２の構成部品がダメージを受けない最大許容モータ電流値と温度との関係を示すマップを備えている。そして、そのマップを用いて演算した最大許容モータ電流値以下の電流が電動機１０に流れるようにインバータ回路１６を制御する。したがって、低温時においてコンデンサ２０のＥＳＲによって生じるサージ電圧により、インバータ装置１２の構成部品が損傷することを回避できる。

（２）制御装置１１は、温度センサ２１の検出温度における最大許容モータ電流値をマップに基づいて演算する最大許容モータ電流値演算部２５を備えている。また、電流センサ１８ａ，１８ｂ及び電圧センサ１９の検出信号から推定された回転子の位置と、最大許容モータ電流値演算部２５により演算された最大許容モータ電流値とに基づいて電動機１０に最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給するようにインバータ装置１２を制御する制御部１３を備えている。したがって、最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給するプレヒート制御を行ってコンデンサ２０の温度を上昇させた後、電動機１０に交流を供給して電動機１０を起動させることができる。その結果、環境温度が、インバータ回路１６の入力側にコンデンサ２０を備えたインバータ装置１２を用いて駆動される電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の低温においても、過大なサージ電圧の発生を回避した状態で、電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる。

（３）回転子の位置の推定は、電流センサ１８ａ，１８ｂ及び電圧センサ１９の検出信号に基づいて行われる。したがって、電動機１０の回転子の位置を推定するために新たにセンサを設けることなく、対応することができる。

（４）コンデンサ２０のプレヒート制御を行うために、電動機１０に対して推定したｄ軸に目標電流を流す際、目標電流を一度に流さずに、徐々に目標電流値（最大許容モータ電流値）まで上昇させるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御する。したがって、一度に最大許容モータ電流を流すように制御する場合に比較して、オーバーシュート電流の低減及びノイズの低減を図ることができる。

（５）電動機１０は、電動コンプレッサ用の電動機である。電動コンプレッサを低温（例えば０℃以下の低温）で駆動する場合、コンプレッサが圧縮する冷媒が液化することによって駆動に必要なトルクが大きくなる場合がある。そのため、プレヒート制御を行わない場合は、低温時に電動機１０を起動できる温度範囲が狭くなる。しかし、プレヒート制御を行うことにより、電動機１０を起動できる温度範囲が広くなり、電動コンプレッサ用の電動機に適用するのに好適である。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図６にしたがって説明する。この実施形態では、コンデンサ温度の演算（推定）方法が前記第１の実施形態の場合と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同様の部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第１の実施形態ではコンデンサ温度を演算する際に、ＣＰＵ２２がその時点における温度センサ２１の検出信号を入力して温度を演算する構成であった。しかし、この実施形態では、ＣＰＵ２２は、インバータ装置１２の起動時にのみ温度センサ２１の検出信号に基づいてコンデンサ温度を演算するが、その後は、インバータ装置１２の起動時の温度を基準温度とし、その基準温度とインバータ装置１２への通電電流量及び通電時間とに基づいてコンデンサ２０の温度を推定（演算）する。

メモリ２３には、インバータ装置１２の起動時の温度即ち基準温度と、インバータ装置１２への通電電流量及び通電時間とに基づいてコンデンサ温度を演算するためのマップ又は演算式が記憶されている。マップは、予めシミュレーション又は実際に電動機１０を運転して作成される。また、ＣＰＵ２２は、起動時からのインバータ装置１２への通電電流量及び通電時間を逐次演算してメモリ２３に記憶させるようになっている。

メモリ２３には、プレヒート制御の手順を示すフローチャートとして、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１が変更された以外は同じフローチャートが記憶されている。図６は図４のフローチャートのステップＳ１を変更した部分を示し、ステップＳ２〜ステップＳ７の図示を省略している。図６に示すように、この実施形態においては、フローチャートは、ステップＳ１に代えて、ステップＳ１ａ、ステップＳ１ｂ及びステップＳ１ｃを備えており、図４のフローチャートにおけるステップＳ７を実行した後、ステップＳ１に戻る代わりに、ステップＳ１ｃに戻るように構成されている。

即ち、この実施形態においては、制御装置１１が起動されると、先ず、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１ａにおいて温度センサ２１の検出信号を入力する。次にＣＰＵ２２は、ステップＳ１ｂでコンデンサ２０の温度を演算するとともにその温度を基準温度に設定し、メモリ２３に記憶する。次にＣＰＵ２２は、ステップＳ１ｃで、基準温度とその時点までの通電電流量及び通電時間からマップを用いてコンデンサ温度を演算する。次にＣＰＵ２２は、ステップＳ２に進み、第１の実施形態と同様にステップＳ２〜ステップＳ７の処理を実行する。そして、ステップＳ７を実行した後は、ステップＳ１ｃに戻る。即ち、第１の実施形態と異なり、ＣＰＵ２２が温度センサ２１の検出信号を入力するのは、制御装置１１の起動時の１回のみである。なお、ＣＰＵ２２は、プレヒート制御時だけでなく、通常制御に移行した後も、温度センサ２１の検出信号を入力せずに、基準温度とその時点までの通電電流量及び通電時間からマップを用いてコンデンサ温度を演算するようになっている。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（５）と同等の効果に加えて以下の効果を得ることができる。但し、（２）では温度センサ２１の検出温度における最大許容モータ電流値をマップに基づいて演算する代わりに、基準温度とその時点までの通電電流量及び通電時間からマップを用いて演算したコンデンサ温度における最大許容モータ電流値をマップに基づいて演算する。

（６）環境温度が低温（例えば０℃以下）の時には、インバータ装置１２の各部の温度は、電動機１０の暖機運転によりコンデンサ２０の温度が上昇する過程において、必ずしもコンデンサ２０の温度と同等あるいは比例関係とはならず、特にコンデンサ２０から離れた位置の温度はコンデンサ２０の温度を反映しない。そのため、温度センサ２１の設置箇所がコンデンサ２０の温度を反映しない箇所の場合は、コンデンサ２０の温度が起動時からの時間の経過に伴って上昇しているのにも拘わらず、上昇度合いが非常に小さくなり、プレヒート制御時に流すことのできるｄ軸電流量が少なくなる。その結果、最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる状態になるまでに時間がかかる。しかし、この実施形態では、温度センサ２１で確認したインバータ装置１２の起動時の温度を基準温度とし、基準温度とインバータ装置１２への通電電流量及び通電時間とに基づいてコンデンサ２０の温度を推定する。したがって、温度センサ２１の設置位置に拘わらず、コンデンサ温度を精度良く推定でき、実際の温度に対応した制限電流をｄ軸電流として流すことができ、暖機を早く完了することができる。また、温度センサ２１の位置が、環境温度が低温（例えば０℃以下）の時、コンデンサ２０の温度上昇を反映しない位置に設置されていても、コンデンサ２０の温度を直接検出するためのセンサを設ける必要がない。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図７及び図８にしたがって説明する。この実施形態では、プレヒート制御から通常制御に移行する際の条件が第１の実施形態の場合と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同様の部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

第１の実施形態ではコンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になると、通常制御を行うようになっていた。この実施形態では、コンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、コンデンサ２０の温度が出力制限不要な温度に達するまでは、出力制限をかけた状態でｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する。そして、コンデンサ２０の温度が出力制限不要な温度に達した後、通常制御に移行する。

メモリ２３には、プレヒート制御及びプレヒート制御から通常制御に移行する手順を示すフローチャートとして、図７に示すフローチャートが記憶されている。このフローチャートは、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ３に代えて、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０が設けられている点が異なる。

この実施形態では、ＣＰＵ２２は、ステップＳ２で判断がＮＯ、即ちコンデンサ２０の温度が、その温度における最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上であれば、ステップＳ８に進み、コンデンサ２０の温度が出力制限が不要な温度未満か否かを判断する。ＣＰＵ２２は、ステップＳ８で判断がＮＯ、即ちコンデンサ２０の温度が、出力制限が不要な温度以上であれば、ステップＳ１０に進み、通常制御を行う。

ＣＰＵ２２は、ステップＳ８で判断がＹＥＳ、即ちコンデンサ２０の温度が、出力制限が不要な温度未満であれば、ステップＳ９に進み、低速回転で電動機１０を駆動させる。電動機１０を低速回転で駆動させる場合、コンデンサ２０の温度は、最大許容モータ電流値を供給可能な状態、即ち出力制限が不要な温度には達していない。ＣＰＵ２２は、コンデンサ温度に対応する最大許容モータ電流値内で、負荷から要求されるトルクに近い値を出力するように電動機１０を制御する。その際、ＣＰＵ２２は、一度に要求トルクに対応する電流値を電動機１０に供給可能な状態であっても、一度に要求トルクに対応する電流値を電動機１０に供給するように制御するのではなく、図８に示すように、所定時間（一定時間）間隔で逐次電流値が増加するようにインバータ装置１２を制御する。

そして、ｑ軸電流は、図８のグラフの各時点における電流値に対応する値に設定し、ｄ軸電流は、その温度での制限値内での最大電流値に設定する。その結果、仮に負荷からの要求トルクが、その温度での最大許容モータ電流値より小さな値が継続した場合でも、ｑ軸電流に対応したｄ軸電流を供給する場合に比較して、短時間で暖機を完了することができる。

この第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（５）と同等の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）コンデンサ２０の温度が、最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、コンデンサ２０の温度が出力制限不要な温度に達するまでは、ｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する。したがって、コンデンサ２０の温度が、出力制限不要な温度になるまでの時間を短縮することができ、早期に大きなトルク要求に対応できる状態になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 回転子の位置を推定する方法として、電動機１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線に一定電流を印加して、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の配線における電圧を電圧センサで検出し、その検出信号に基づいて行ってもよい。この場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の少なくとも２相の配線の電圧を検出する電圧センサを設ける。

○ 電動機１０の制御の際に、Ｕ相の電流センサ１８ａ及びＷ相の電流センサ１８ｂ及び電圧センサ１９の検出信号に基づいて回転子の位置を推定せずに、電動機１０に回転子位置センサを設けてもよい。回転子位置センサには、例えば、ロータリエンコーダやレゾルバが使用される。

○ コンデンサ２０のプレヒート中は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング周波数を通常制御の際のスイッチング周波数より高くしてもよい。この場合、スイッチング周波数を高くすることにより、コンデンサ２０に出入りする電流の周期が短くなるため、コンデンサ２０の温度上昇が速くなる。なお、通常制御の際のスイッチング周期は数百μ秒以下である。

○ コンデンサ２０のプレヒートの際に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に流れる電流量が次第に大きくなるようにするため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンデューティを次第に小さくなるように制御してもよい。図９にＵ相の場合を例に示す。この場合、オーバーシュート電流をより低減することができる。

○ プレヒート制御によりコンデンサ２０の温度が、最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる温度に達した後、電動機１０に交流を供給する際に、目標トルクを下げて運転を行い所定時間経過後、目標トルクを上げて運転するようにしてもよい。この場合、最初から目標トルクを高くして運転する場合に比較して安定して運転を行うことができる。

○ プレヒート制御によりコンデンサ２０の温度が、最大許容モータ電流値が電動機１０の起動に必要なトルクを発生させることができる温度に達した時点で直ぐに電動機１０に交流を供給して電動機１０を起動するとともに通常制御に移行せず、コンデンサ２０の温度が十分に高くなってから、例えば０℃以上になってから電動機１０を起動するようにしてもよい。

○ 第３の実施形態において、コンデンサ温度を温度センサ２１の検出信号からその都度演算する構成に代えて、第２の実施形態のように制御装置１１の起動時のみ温度センサ２１の検出信号からコンデンサ温度を演算し、その後は、基準温度とその時点までの通電電流量及び通電時間からマップを用いてコンデンサ温度を演算する構成にしてもよい。

○ インバータ装置１２の起動時の温度を基準温度とし、その基準温度とインバータ装置１２への通電電流量及び通電時間とに基づいてコンデンサ２０の温度を演算するのを、プレヒート制御時のみ行い、コンデンサ温度が十分に高くなった後、例えば０℃を超えた後は、温度センサ２１の検出信号に基づいてコンデンサ２０の温度を演算するようにしてもよい。

○ コンデンサ２０の等価直列抵抗により生じるサージ電圧によってインバータ装置１２の構成部品がダメージを受けない最大許容モータ電流値と温度との関係を示すマップに代えて、最大許容モータ電流値と温度との関係を示す関係式をメモリ２３に記憶しておき、その関係式を用いて最大許容モータ電流値を演算してもよい。

○ 電動機１０をインバータ装置１２で駆動する場合、モータの仕様が変わるとモータ定数も変わり、それに対応してインバータ装置１２に適正な制御指令を行うためのコンデンサ温度／モータ電流制限マップが異なる。仕様の異なる電動機１０を多機種生産する場合、モータ毎にモータの出力演算に必要な情報を別々に与える場合は、ソフトウエアの管理負荷が大きくなる。また、ソフトウエアの誤書き込み発生の虞がある。ソフトウエアではなく、必要な情報をマスクＲＯＭ化した場合は、マスクＲＯＭの種類が多く、誤実装の虞がある。これらの問題を解消するため、使用の異なるモータの出力演算に必要な情報をマップとして全てソフトウエアに組み込み、ＲＯＭに外付けのスイッチ又はプルアップ／プルダウン抵抗でモータ種類を特定して使用するようにしてもよい。この場合、ソフトウエアが１種類となり、管理負荷の軽減を図ることができる。また、ソフトウエアの誤書き込みを防止することができる。基本ソフト部分でバグが発生した場合でも、１つのソフトウエアのみ変更するだけで対応できる。マスクＲＯＭ化した場合に、バグなどでの切り替え費用が削減できる等のメリットがある。

○ スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを使用してもよい。
○ 電動機１０は電動コンプレッサ用の電動機に限らず、インバータで制御されるとともに、低温状態で使用される電動機であればよい。例えば、車両に使用される電動機や工作機用の電動機であってもよい。車両に使用される電動機であれば、気温が氷点下になる季節に有効に機能する。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記回転子の位置（位相）推定手段は位置センサである。

（２）前記電動機は、電動コンプレッサ用の電動機である。

第１の実施形態における制御装置の構成図。 指令ｄ軸電流を演算するのに必要な演算部のブロック図。 最大許容モータ電流値と温度との関係を示すマップ。 プレヒート制御の手順を示すフローチャート。 Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の変化を示すグラフ。 第２の実施形態におけるプレヒート制御の手順を示すフローチャートの一部を省略した図。 第３の実施形態におけるプレヒート制御の手順を示すフローチャート。 電動機に供給される電流の時間変化を示すグラフ。 別の実施形態におけるスイッチング時間と電流変化の関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…電動機、１１…制御装置、１２…インバータ装置、１３…制御手段としての制御部、１６…インバータ回路、１８ａ，１８ｂ…電流センサ、１９…電圧センサ、２０…コンデンサ、２１…温度検出手段としての温度センサ、２３…記憶手段としてのメモリ。

Claims (10)

1. インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて電動機に供給するモータ電流の制御を行う電動機の制御方法であって、
   コンデンサの等価直列抵抗により生じるサージ電圧によって前記インバータ装置の構成部品がダメージを受けないモータ電流の最大値とコンデンサの温度との関係を示すマップ又は関係式を用いて最大許容モータ電流値を設定し、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記電動機の回転子の位置を推定するとともに前記最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給し、前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記電動機に交流を供給するように前記インバータ装置を制御する電動機の制御方法。
2. 前記回転子の位置の推定は、前記電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線に一定電圧又は一定電流を印加した際に前記電動機のＵ相、Ｖ相及びＷ相の配線における電流信号又は電圧信号を、前記インバータ装置の制御装置が備える電流センサ又は電圧センサで検出し、その検出信号に基づいて行われる請求項１に記載の電動機の制御方法。
3. 前記コンデンサの温度は、コンデンサの温度以外の部位の温度を測定する温度センサで確認した前記インバータ装置の起動時の温度を基準温度とし、前記基準温度と前記インバータ装置への通電電流量及び通電時間とに基づいて推定する請求項１又は請求項２に記載の電動機の制御方法。
4. 前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記コンデンサの温度が出力制限不要な温度に達するまでは、出力制限をかけた状態でｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電動機の制御方法。
5. 前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のスイッチング周波数を、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度領域におけるスイッチング周波数よりも高くする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機の制御方法。
6. 前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のオンデューティが次第に小さくなるように制御する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機の制御方法。
7. インバータ回路の入力側にコンデンサを備えたインバータ装置を用いて電動機に供給するモータ電流の制御を行う電動機の制御装置であって、
   前記コンデンサの温度に相当する温度を検出する温度検出手段と、
   前記コンデンサの等価直列抵抗により生じるサージ電圧によって前記インバータ装置の構成部品がダメージを受けない最大許容モータ電流値とコンデンサの温度との関係を示すマップ又は関係式を記憶した記憶手段と、
   前記電動機の回転子の位置を推定する回転子位置推定手段と、
   前記温度検出手段の検出結果及び前記マップ又は関係式に基づいてその温度における最大許容モータ電流値を演算する最大許容モータ電流値演算手段と、
   前記最大許容モータ電流値演算手段により演算された最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域である場合に、前記回転子位置推定手段により推定された回転子の位置と前記最大許容モータ電流値とに基づいて前記電動機に前記最大許容モータ電流値以下の直流をｄ軸電流として供給するように前記インバータ装置を制御する制御手段と
   を備えた電動機の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記コンデンサの温度が、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる温度以上になった後、前記コンデンサの温度が出力制限不要な温度に達するまでは、出力制限をかけた状態でｑ軸電流を供給するとともに制限値内で余分に流せる電流をｄ軸電流として供給する請求項７に記載の電動機の制御装置。
9. 前記制御手段は、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のスイッチング周波数を、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値以上の温度領域におけるスイッチング周波数よりも高くする請求項７又は請求項８に記載の電動機の制御装置。
10. 前記制御手段は、前記最大許容モータ電流値が前記電動機の起動に必要なトルクを発生させることができる値未満の温度領域においては、前記インバータ装置に設けられるスイッチング素子のオンデューティが次第に小さくなるように制御する請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。

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