JP5314103B2 - 永久磁石同期電動機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、センサレス駆動の永久磁石同期電動機駆動装置に関する。

インバータを用いて電動機を可変速駆動する可変速電動機駆動装置は各分野に適用されている。電動機の中でも永久磁石同期電動機は、回転子に永久磁石を有することにより誘導電動機に比べて高効率であるため広く採用されてきている。また、速度センサや位置センサを用いない位置速度センサレス制御は、信頼性向上や設置環境の制約の改善などの点で有用である。

こうした電動機駆動装置の実用性を高めるため、電動機駆動装置と電動機との間の欠相を検出する手段が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。しかし、永久磁石同期電動機を対象とする欠相判定の場合には、ロータに磁束が存在することから、ステータ巻線に流す電流とロータの永久磁石による磁束との位置関係次第ではトルクが発生することがある。ブレーキ等で固定されている場合にはロータは動かないが、ロータが固定されていない場合には、欠相を検出するために流す電流によりロータが回転してしまう恐れがある。

欠相検出においてこのような回転を避けるためには、トルクが発生しないように永久磁石による磁束と平行な方向に検出電流を流せばよい。しかし、磁極位置を検出するセンサを備えることなく所謂センサレスで永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置は、電圧を出力していない停止中において永久磁石による磁束の位置を推定することはできない。

例えば、前回の駆動でロータが停止した時の永久磁石による磁束の推定位置を記憶しておき、次回の起動時にはその記憶した磁束の推定位置と平行となる位置に直流電流を流せばロータは回転しない。しかし、停止中にロータを動かされる可能性がある場合には、この手段は採用できない。

また、電動機駆動装置は、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とからそれぞれｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を演算し、磁極位置を示す位相情報に基づく回転座標変換によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧を算出しＰＷＭ信号を生成している。このため、前回の駆動時に３相のうち１相の電流が０となる位相で停止した場合、次回その停止位置から起動するとその相には電流が流れないので、相電流のレベルのみで欠相判定をしていると誤判定する恐れがある。

これに対し、磁極位置を検出可能なセンサを有する電動機駆動装置では、トルクを発生しない電流位相方向は起動前に予め検出できる。しかし、上述したセンサレス駆動の場合と同様に、前回の駆動時に３相のうち１相の電流が０となる位相で停止した場合には、電流のレベルのみで欠相判定をする限り誤判定する恐れが残る。

特開２０１１−５１６９５号公報 特開２００９−３８９５９号公報

そこで、センサレス駆動の構成において、ロータがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータが動くことなく確実に欠相状態を検出できる永久磁石同期電動機駆動装置を提供する。

実施形態の永久磁石同期電動機駆動装置は、永久磁石同期電動機の磁極位置を検出するセンサを備えることなく当該永久磁石同期電動機を駆動する。永久磁石同期電動機駆動装置は、電圧形インバータと電流検出手段と欠相検出手段とを備える。電圧形インバータは、スイッチング素子を有する上アームと下アームの対からなるブリッジ回路を３相分備え、永久磁石同期電動機の各相の巻線に電圧を供給する。電流検出手段は、永久磁石同期電動機の相電流を検出する。欠相検出手段は、電圧供給制御手段と比較手段と欠相判定手段とを備え、永久磁石同期電動機の回転駆動を開始する前に、永久磁石同期電動機の欠相検出処理を実行する。

電圧供給制御手段は、電圧形インバータの上アームのうち１つの検出相のスイッチング素子と下アームのうち他の少なくとも１つの相のスイッチング素子をオンする通電期間と、この通電期間でオンするスイッチング素子を有するアームに対し対をなすアームが有するスイッチング素子をオンする通電期間とを組み合わせて永久磁石同期電動機の検出相に交番電流を供給する通電処理を、検出相を順に変更しながら各相について実行する。

比較手段は、各通電処理において、電流検出手段により検出された電流に基づく検出相に流れる電流の大きさまたは変化分に応じて欠相判定用検出電流値を求め、その欠相判定用検出電流値と欠相判定用基準電流値とを比較する。欠相判定手段は、この比較結果により、欠相判定用検出電流値が欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する。

一実施形態による電動機駆動装置の構成図 電圧ベクトルを示す図 電圧ベクトルとＩＧＢＴのオンオフ状態との関係を示す図 （ａ）は電圧ベクトルＶ１、（ｂ）は電圧ベクトルＶ４を出力している時の電流経路を示す図 Ｕ相を検出相とした場合の波形図 Ｕ相を検出相としたときの電圧供給制御手段のフローチャート Ｖ相を検出相としたときの図６相当図 Ｗ相を検出相としたときの図６相当図 欠相検出処理の全体的なフローチャート

図面を参照しながら一実施形態を説明する。図１は、永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置の構成を示している。この電動機駆動装置１は、永久磁石同期電動機２（以下、電動機２と称す）の磁極位置を検出するセンサを備えることなく所謂センサレスで電動機２を駆動する。電動機２は、ステータ２ｓに三相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗが巻回されており、ロータ２ｒに永久磁石を備えている。

電動機駆動装置１の主回路は、商用電源ＰＳから入力した交流電圧を整流して直流電源線３、４間に出力するコンバータ５、平滑用のコンデンサ６、電圧形インバータ７、電流センサ８、９等から構成されている。電圧形インバータ７は、ＩＧＢＴ１０upを有する上アーム１１upとＩＧＢＴ１０unを有する下アーム１１unの対からなるブリッジ回路１２ｕ、ＩＧＢＴ１０vpを有する上アーム１１vpとＩＧＢＴ１０vnを有する下アーム１１vnの対からなるブリッジ回路１２ｖ、およびＩＧＢＴ１０wpを有する上アーム１１wpとＩＧＢＴ１０wnを有する下アーム１１wnの対からなるブリッジ回路１２ｗからなる三相ブリッジの構成を備えている。これらのＩＧＢＴ１０up〜１０wn（スイッチング素子）は、ドライブ回路１３により駆動される。

各ブリッジ回路１２ｕ、１２ｖ、１２ｗの出力端子には、負荷である電動機２の巻線端子が接続されるようになっている。これら出力端子と巻線端子との間の未結線、不完全結線などにより欠相が生じる。電流センサ８、９は、ホール素子等から構成される電流検出手段であり、それぞれブリッジ回路１２ｕの出力端子から巻線２ｕに流れる相電流Ｉｕ、ブリッジ回路１２ｗの出力端子から巻線２ｗに流れる相電流Ｉｗを検出している。

制御手段１４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ１５、入出力ポート、Ａ／Ｄ変換器１６、タイマ、ＰＷＭ信号形成回路、通信手段などを有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。ＲＯＭには、ＩＧＢＴ１０up〜１０wnをはじめとするハードウェアの検査プログラム、電動機定数等を推定するオートチューニングプログラム、ベクトル制御やＶ／Ｆ一定制御による電動機２の回転駆動プログラムに加え、欠相を検出する欠相検出プログラムが格納されている。ＥＥＰＲＯＭ１５には加速時間、減速時間、上限周波数、下限周波数、多段速運転周波数、入出力端子選択などの多種類のパラメータに加え、後述する欠相検出処理で用いる時間ΔＴの値が記憶されている。

制御手段１４は、欠相検出手段として機能する。図１において制御手段１４内に記載された各ブロック（ＥＥＰＲＯＭ１５とＡ／Ｄ変換器１６を除く）は、マイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶された欠相検出プログラムに従って実行する欠相検出処理に係る処理機能を表している。回転駆動プログラムなどのその他の処理プログラムに従って実行する処理機能は図示を省略している。また、電動機駆動装置１は、運転キー、停止キー、アップキー、ダウンキー、モードキー、エンターキーなどを有する操作部１７と、セグメント表示器やＬＥＤなどを有する表示部１８とを備えた操作パネル１９を備えている。

Ａ／Ｄ変換器１６は、電流センサ８、９から出力された信号電圧をデジタル値であるＵ相、Ｗ相の検出電流Ｉｕ、Ｉｗに変換する。電圧供給制御手段２０は、欠相検出に必要な交番電流を電動機２の巻線２ｕ、２ｖ、２ｗに流すため、欠相検出の対象となる検出相に応じて電圧形インバータ７が出力する電圧ベクトルを決定し、その電圧ベクトルに対応した通電期間を設ける。欠相検出処理は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を順に検出相として３相全てについて行う。

電圧ベクトル選択手段２１は、電圧供給制御手段２０が決定した電圧ベクトルを選択して出力するために、各通電期間においてＩＧＢＴ１０up〜１０wnのうち電圧ベクトルに対応したＩＧＢＴをオン駆動する。ここでのＩＧＢＴ１０up〜１０wnの駆動は、ＰＷＭ駆動とは異なり、時間ΔＴの幅を持つ通電期間中に上下アームの所定相のＩＧＢＴをオンし続ける。

比較手段２２は、電流センサ８、９により検出された相電流Ｉｕ、Ｉｗに基づいて、検出相に流れる電流の大きさに応じた欠相判定用検出電流値を求める。Ｖ相を検出相とする場合には、−（Ｉｕ＋Ｉｗ）によりＶ相の電流Ｉｖを求める。そして、この欠相判定用検出電流値と予め設定された欠相判定用基準電流値とを比較する。欠相判定手段２３は、上記比較結果により、欠相判定用検出電流値が欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する。欠相と判定した場合には、欠相している旨を操作パネル１９の表示部１８に表示する。検出電流設定手段２４は、電圧ベクトルを出力する通電期間の時間ΔＴを求め、不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１５に記憶する。電圧供給制御手段２０は、ＥＥＰＲＯＭ１５から時間ΔＴを読み出して、その時間ΔＴを持つ通電期間が経過するごとに電圧ベクトルを切り替える。

次に、図２ないし図９も参照しながら本実施形態の作用を詳しく説明する。制御手段１４は、電動機駆動装置１に電源を投入してから最初に電動機２を起動する際、または電動機２を起動するごとに欠相検出処理を実行する。この場合、最初にハードウェアの検査プログラムを実行し、続いて欠相検出プログラムを実行する。その後、オートチューニングプログラムを実行して初期値を設定した後、回転駆動プログラムを実行して電動機２の始動および加速を行う。欠相検出処理では、電動機駆動装置１から電動機２に所定の通電処理（通電シーケンス）で電圧を与え、流れる電流を観測することにより電動機駆動装置１と電動機２との間の欠相の有無および欠相している相を判定する。後述するように検出期間中はトルクを発生しないので、ロータ２ｒをブレーキ等で固定する必要がない。

はじめに、欠相検出処理で用いる電圧ベクトルについて説明する。電圧型インバータ７は、ＩＧＢＴ１０xpを有する上アーム１１xpとＩＧＢＴ１０xnを有する下アーム１１xnの対からなるブリッジ回路１２ｘ（ｘはｕ、ｖ、ｗ）を備えている。上アーム１１xpのＩＧＢＴ１０xpがオンのとき１、下アーム１１xnのＩＧＢＴ１０xnがオンのとき０とし、それを（Ｕ相Ｖ相Ｗ相）の順に組み合わせて表記すると、図２に示す電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７が得られる。

図２に示すベクトル図において、Ｖ１（１００）、Ｖ３（０１０）、Ｖ５（００１）の向きは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧の向きに一致する。α軸、β軸は、３相−２相変換により得られる２相の座標軸である。図３は、電圧ベクトルとＩＧＢＴ１０up〜１０wnのオンオフ状態との対応関係を示している。これらの電圧ベクトルのうちゼロベクトルＶ０（０００）とＶ７（１１１）は欠相検出処理に使用していない。

電圧供給制御手段２０は、検出相と同じ向きの電圧ベクトルに対応するように、電圧形インバータ７の上アーム１１up、１１vp、１１wpのうち１つの検出相のＩＧＢＴ１０xpと、下アーム１１un、１１vn、１１wnのうち他の２相のＩＧＢＴ１０yn、１０znをオンする第１通電期間を設ける。ここで、ｘ、ｙ、ｚはｕ、ｖ、ｗと順不同で対応する。加えて、検出相と逆向きの電圧ベクトルに対応するように、第１通電期間でオンするＩＧＢＴ１０xp、１０yn、１０znを有するアーム１１xp、１１yn、１１znに対し対をなすアーム１１xn、１１yp、１１zpが有するＩＧＢＴ１０xn、１０yp、１０zpをオンする第２通電期間を設ける。そして、これら第１通電期間と第２通電期間とを組み合わせた通電処理（通電シーケンス）に従って電圧を出力する。

具体的には、Ｕ相を検出相とする場合にはＶ１、Ｖ４、Ｖ４、Ｖ１の順に、Ｖ相を検出相とする場合にはＶ３、Ｖ６、Ｖ６、Ｖ３の順に、Ｗ相を検出相とする場合にはＶ５、Ｖ２、Ｖ２、Ｖ５の順に、それぞれ時間ΔＴを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替える。ただし、同じ電圧ベクトルが時間２ΔＴだけ続くときには、その間の切り替えは不要である。図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ電圧ベクトルＶ１（１００）、Ｖ４（０１１）の電圧を出力している時の電流経路（太線）を示している。

図５は、Ｕ相を検出相とした場合の電圧ベクトル、ブリッジ回路１２ｕの出力端子とブリッジ回路１２ｖ、１２ｗの出力端子との間の電圧Ｖu-vw、および欠相がないときのＵ相電流Ｉｕの波形を示している。各通電期間の時間ΔＴは、三角波状の電流のピーク値｜Ｉu2+｜または｜Ｉu2-｜が所定の検出電流設定値に等しくなるように予め検出電流設定手段２４により設定されている。

すなわち、検出電流設定手段２４は、欠相検出処理に先立って、電圧ベクトルを出力する時間ΔＴを徐々に増やしながら、電圧供給制御手段２０による電圧ベクトルの切り替えと同順で電圧ベクトルを切り替える通電シーケンスを繰り返し実行する。そして、欠相がない状態で、検出相の電流ピーク値｜Ｉu2+｜または｜Ｉu2-｜が検出電流設定値よりも大きくなった時の時間ΔＴをＥＥＰＲＯＭ１５に記憶する。検出電流設定値は、例えば定格電流の１／３〜１／４程度にすればよい。

欠相がない場合には、図５に示すように欠相検出処理において電流がゼロに整定している状態で電圧型インバータ７が電圧ベクトルＶ１を持つ電圧を出力すると（時刻ｔ１）、Ｕ相電流Ｉｕはインダクタンスに応じた傾きでほぼ直線で増加し、電圧ベクトルがＶ４に切り替わる時点（時刻ｔ３）で正のピーク値Ｉu2+に達する。この通電期間の中央時刻ｔ２におけるＵ相電流ＩｕはＩu1+である。電圧ベクトルがＶ４に切り替わると、Ｕ相電流Ｉｕはほぼ直線で減少し、次の通電期間に移行する時点（時刻ｔ４）でゼロになる。

次の通電期間も同じ電圧ベクトルＶ４であるので、Ｕ相電流Ｉｕはほぼ直線で減少を続け、電圧ベクトルがＶ１に切り替わる時点（時刻ｔ６）で負のピーク値Ｉu2-に達する。この通電期間の中央時刻ｔ５におけるＵ相電流ＩｕはＩu1-である。電圧ベクトルがＶ１に切り替わると、Ｕ相電流Ｉｕはほぼ直線で増加し、Ｕ相を検出相とする通電処理が終了する時点（時刻ｔ７）でゼロになる。このように、検出相および他の２相には、ゼロを中心として正負に変化する三角波状の交番電流が流れる。

Ｉu2+、Ｉu2-は電圧ベクトルの切り替え時のＵ相電流の値であるが、切り替え時には切り替えノイズの影響を受け易い。そこで、制御手段１４は、電圧ベクトルを切り替える直前のＵ相電流Ｉu2+、Ｉu2-を入力して欠相判定用検出電流値とする。時刻ｔ７の後、電流が完全にゼロに整定するのに必要な待機時間を挟みながら、Ｖ相を検出相とする通電シーケンスおよびＷ相を検出相とする通電シーケンスを順次行う。

図６、図７、図８は、それぞれ電圧供給制御手段２０がＵ相、Ｖ相、Ｗ相を検出相として実行する上記通電シーケンス（処理Ａ、Ｂ、Ｃ）のフローチャートである。図６において、タイマ時間ｔを０に初期化し（ステップＳ１）、タイマ時間ｔがΔＴ以上になるまで、制御周期Ｔｃごとに電圧ベクトルＶ１の出力とタイマ時間ｔの加算を実行する（ステップＳ２、Ｓ３）。タイマ時間ｔがΔＴ以上になると、その時（実際には上述したようにΔＴが経過する直前）のＵ相電流Ｉｕを欠相判定用検出電流値Ｉu2+として入力する（ステップＳ４）。

続いて、タイマ時間ｔが３ΔＴ以上になるまで、制御周期Ｔｃごとに電圧ベクトルＶ４の出力とタイマ時間ｔの加算を実行する（ステップＳ５、Ｓ６）。タイマ時間ｔが３ΔＴ以上になると、その時（実際には上述したように３ΔＴが経過する直前）のＵ相電流Ｉｕを欠相判定用検出電流値Ｉu2-として入力する（ステップＳ７）。その後、タイマ時間ｔが４ΔＴ以上になるまで、制御周期Ｔｃごとに電圧ベクトルＶ１の出力とタイマ時間ｔの加算を実行する（ステップＳ８、Ｓ９）。最後にタイマ時間ｔを０にクリアして終了する（ステップＳ１０）。図７に示す処理ステップＳ１１〜Ｓ２０、図８に示す処理ステップＳ２１〜Ｓ３０も、出力する電圧ベクトルを除いてそれぞれ図６に示す処理ステップＳ１〜Ｓ１０と同様の処理となる。

図９は、欠相検出処理の全体的なフローチャートである。Ｕ相を検出相として図６に示す処理を実行し（ステップＳ３１）、欠相判定用検出電流値である正の電流ピーク値｜Ｉu2+｜と負の電流ピーク値｜Ｉu2-｜の少なくとも一方が欠相判定用基準電流値Ｉthより小さいか否かを判定する（ステップＳ３２）。この欠相判定用基準電流値Ｉthは、電動機２の定格電流よりも小さい値、例えば定格電流の１０％〜２０％程度の値、或いは検出電流設定値に対して１／３〜１／４程度の値に設定されている。

ステップＳ３２で小さい（ＹＥＳ）と判定した場合にはＵ相が欠相しているのでFlagUを１にセットし（ステップＳ３３）、等しいまたは大きい（ＮＯ）と判定した場合にはＵ相が欠相していないのでFlagUを０にリセットする（ステップＳ３４）。Ｖ相を検出相とするステップＳ３５〜Ｓ３８でも同様の処理によりFlagVをセットまたはリセットし、Ｗ相を検出相とするステップＳ３９〜Ｓ４２でも同様の処理によりFlagWをセットまたはリセットする。制御手段１４は、欠相検出処理が完了した後、これらのFlagU、FlagV、FlagWを参照することにより欠相の有無および欠相している相を認識できる。

この欠相検出処理において、３相のうち２相以上が欠相している場合には、何れの通電シーケンスでも電流は流れない。従って、FlagU、FlagV、FlagWは全て１となり欠相検出が可能である。ただし、電流が全く流れないので欠相している相を特定することはできない。また、電流センサが配設されていないＶ相が欠相した場合、Ｖ相を検出相とする通電シーケンスではＵ相、Ｗ相にも電流は流れない。従って、−（Ｉｕ＋Ｉｗ）によりＶ相の電流Ｉｖを求めれば、電流Ｉｖはゼロになるので欠相検出が可能である。

さらに、検出相ではない相のうち何れかの相が欠相している場合、例えばＵ相を検出相としてＶ相またはＷ相が欠相している場合には、電圧型インバータ７から見た電動機２のインダクタンスが４／３倍に増えるため、欠相がない場合に比べＵ相電流Ｉｕが３／４程度に小さくなる。この電流値は欠相判定用基準電流値Ｉthよりも大きいので、欠相とは判定されない。しかし、その欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは、上述したように電流が流れないので欠相を検出できる。従って、２相のみの電流センサ８、９による電流検出であっても、本欠相検出処理を用いて全相を順に検出相として通電シーケンスを実行することにより、確実に欠相を検出することができる。

ところで、図５に示す電流波形で、電流が正の期間の電流変化率と負の期間の電流変化率、すなわち正の期間の電流ピーク値｜Ｉu2+｜と負の期間の電流ピーク値｜Ｉu2-｜が若干異なっている。これは、電動機２が有する突極性により、ロータ２ｒの磁極位置に応じてインダクタンスの飽和特性が変化するからである。例えば、磁極の向きがＵ相の向きに近い場合、電圧ベクトルＶ１を出力してＵ相に電流を流すと、Ｕ相方向の磁束が増加するので飽和によりインダクタンスが減少する。その結果、電流変化率が増加して電流ピーク値｜Ｉu2+｜が高くなる。逆に電圧ベクトルＶ４を出力してＵ相に電流を流すと、Ｕ相方向の磁束が減少するので飽和が低減してインダクタンスが増加する。その結果、電流変化率が減少して電流ピーク値｜Ｉu2-｜が低くなる。

この欠相検出方法では、欠相がない場合に検出相に交番電流が流れるので、発生するトルクは１相あたりの通電シーケンスにおいて正と負の値をとる。しかし、上述した飽和特性の変化により、その検出相が磁極方向に近い場合には、正と負の電流ピーク値の差異により正の発生トルクと負の発生トルクとの間に偏りが生じる可能性がある。これに対し、３相全てを順に検出相として通電シーケンスを実行することにより、正のトルクが生じている時間と負のトルクが生じている時間とで発生トルクの平均化（相殺）が十分になされるので、ロータ２ｒが何れの方向にあってもロータ２ｒが回転することを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態の電動機駆動装置１は、３相の各相を順に検出相とし、検出相の向きの電圧ベクトルに対応する通電期間と逆位相の電圧ベクトルに対応する通電期間とを組み合わせて欠相を検出する制御手段１４を備えている。この通電処理により、欠相がない場合には巻線２ｕ〜２ｗに正負のピーク値がほぼ等しい交番電流が流れるので、正負のトルクが打ち消し合って発生トルクが実効的にゼロになる。しかも、３相全てを検出相として通電シーケンスを行うので、ロータ２ｒの停止位置に応じて飽和特性に変化が生じてトルクが生じる相がある場合でも、発生する平均トルクを極力ゼロに近付けることができる。これにより、ロータ２ｒがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータ２ｒが動くことなく欠相検出処理を実行できる。

１相だけが欠相している場合には、欠相の有無および欠相している相を検出することができる。３相のうち２相にだけ電流センサ８、９を設けた場合でも同様である。また、２相以上が同時に欠相している場合には、欠相している相は特定できないが、欠相の有無を検出することはできる。

検出電流設定手段２４は、検出電流設定値が例えば定格電流の１／３〜１／４程度となるように通電期間の幅（時間ΔＴ）を設定し、比較手段２２は、その検出電流設定値の１／３〜１／４程度の値を欠相判定用基準電流値Ｉthとして用いている。これにより、非線形性やノイズの影響を避けながら精度よく欠相判定をすることができる。また、比較手段２２は、電圧ベクトルが変化する直前に検出した電流の絶対値を欠相判定用検出電流値とするので、電圧ベクトルの切り替えにより生じるノイズの影響を受けにくい。

以上説明した実施形態の他に以下のような構成を採用してもよい。
比較手段２２は、欠相検出処理において、電圧ベクトルが変化する時点から時間ΔＴよりも短い時間例えばΔＴ／２だけ前の検出電流値と、当該電圧ベクトルが変化する直前の検出電流値との変化分（差分）の絶定値を欠相判定用検出電流値としてもよい。図５ではδIu+＝｜Ｉu2+−Ｉu1+｜またはδIu-＝｜Ｉu2-−Ｉu1-｜を欠相判定用検出電流値とすればよい。この場合、図９に示すステップＳ３２に示す条件はδIu+＜ＩthまたはδIu-＜Ｉthとなり、ステップＳ３６、Ｓ４０に示すＶ相、Ｗ相についての条件も同様になる。このときの欠相判定用基準電流値Ｉthは、差分を得る電流の検出間隔に応じて適宜調整すればよい。

３相全てに電流センサを設けてもよい。
電流センサ８、９に替えて、下アーム側のＩＧＢＴ１０un、１０vn、１０wnと直流電源線４との間にシャント抵抗（電流検出手段）を設けて相電流を検出してもよい。例えばＵ相を検出相として通電シーケンスの最初の電圧ベクトルＶ１を出力している期間では、図４（ａ）に示すようにＵ相のシャント抵抗には電流が流れないため、Ｖ相とＷ相のシャント抵抗による検出電流からＵ相の欠相判定用検出電流値を生成する。電圧ベクトルＶ４を出力している期間では、図４（ｂ）に示すようにＵ相のシャント抵抗から欠相判定用検出電流値を得られる。

Ｕ相が欠相している場合にはＶ相、Ｗ相にも電流が流れないので、Ｉｕ＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ）はゼロとなり欠相を検出できる。また、Ｕ相は欠相しておらず、Ｖ相とＷ相の何れかの相が欠相している場合には、欠相していない場合の電流値に対し３／４程度に小さくなる。この電流値は欠相判定用基準電流値Ｉthよりも大きいので欠相とは判定されない。しかし、その欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは、上述したように電流が流れないので欠相を検出できる。従って、上記シャント抵抗による電流検出の場合でも欠相を正しく検出できる。

電流センサ８、９に替わる電流検出手段として、電圧形インバータ７に入力される直流電流を検出するシャント抵抗を設けてもよい。この直流電流に基づいて相電流を検出することができるからである。このシャント抵抗は、例えばコンデンサ６と電圧形インバータ７との間の直流電源線４に設ければよい。この場合にも、欠相している相を検出相とする通電シーケンスでは電流が流れないので、３相を順に検出相とすることにより欠相を正しく検出できる。

欠相検出処理では、検出相の向きの電圧ベクトルに対応する通電期間と検出相に対し逆位相の電圧ベクトルに対応する通電期間とを組み合わせて、検出相に平均電流がゼロとなる交番電流が流れる通電シーケンスを採用すればよい。従って、Ｕ相を検出相とした場合にＶ４、Ｖ１、Ｖ１、Ｖ４の順で電圧ベクトルを出力してもよいし、Ｖ１、Ｖ４、Ｖ４、Ｖ１、Ｖ１、Ｖ４、Ｖ４、Ｖ１、…のように２周期以上繰り返してもよい。

電圧供給制御手段２０は、電圧形インバータ７の上アーム１１up、１１vp、１１wpのうち１つの検出相のＩＧＢＴ１０xpと下アーム１１un、１１vn、１１wnのうち他の何れか１相のＩＧＢＴ１０ynをオンする第１通電期間と、この第１通電期間でオンするＩＧＢＴ１０xp、１０ynを有するアーム１１xp、１１ynに対し対をなすアーム１１xn、１１ypが有するＩＧＢＴ１０xn、１０ypをオンする第２通電期間とを組み合わせた通電処理（通電シーケンス）に従って電圧を出力し、検出相に交番電流が流れるようにしてもよい。ここで、ｘ、ｙはｕ、ｖ、ｗの何れか異なる相に対応する。この場合も、検出相を順に変更しながら３相全てについて実行する。

具体的には、Ｕ相を検出相として、ＩＧＢＴ１０wp、１０wnをオフした状態で、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０up、１０vnをオンし、時間２ΔＴだけＩＧＢＴ１０un、１０vpをオンし、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０up、１０vnをオンする。続いて、Ｖ相を検出相として、ＩＧＢＴ１０up、１０unをオフした状態で、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０vp、１０wnをオンし、時間２ΔＴだけＩＧＢＴ１０vn、１０wpをオンし、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０vp、１０wnをオンする。さらに続いて、Ｗ相を検出相として、ＩＧＢＴ１０vp、１０vnをオフした状態で、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０wp、１０unをオンし、時間２ΔＴだけＩＧＢＴ１０wn、１０upをオンし、時間ΔＴだけＩＧＢＴ１０wp、１０unをオンする。このような通電シーケンスを用いても、上述した比較手段２２および欠相判定手段２３により欠相を検出することができる。

欠相判定用基準電流値は、予め設定された値に限られない。例えば、通電シーケンスで流れる電流値に応じてその都度決定してもよい。
以上説明した実施形態によれば、磁極位置を検出するセンサを備えていない構成において、ロータがブレーキ等で固定されていない場合であっても、ロータが動くことなく確実に欠相検出処理を実行できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は電動機駆動装置（永久磁石同期電動機駆動装置）、２は永久磁石同期電動機、２ｕ、２ｖ、２ｗは巻線、７は電圧形インバータ、８、９は電流センサ（電流検出手段）、１０up〜１０wnはＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１up〜１１wpは上アーム、１１un〜１１wnは下アーム、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗはブリッジ回路、１４は制御手段（欠相検出手段）、１５はＥＥＰＲＯＭ(メモリ)、２０は電圧供給制御手段、２２は比較手段、２３は欠相判定手段である。

Claims (6)

1. 永久磁石同期電動機の磁極位置を検出するセンサを備えることなく当該永久磁石同期電動機を駆動する永久磁石同期電動機駆動装置において、
   スイッチング素子を有する上アームと下アームの対からなるブリッジ回路を３相分備え、前記永久磁石同期電動機の各相の巻線に電圧を供給する電圧形インバータと、
   前記永久磁石同期電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
   前記永久磁石同期電動機の回転駆動を開始する前に、前記永久磁石同期電動機の欠相検出処理を実行する欠相検出手段とを備え、
   前記欠相検出手段は、
   前記電圧形インバータの上アームのうち１つの検出相のスイッチング素子と下アームのうち他の少なくとも１つの相のスイッチング素子をオンする通電期間と、この通電期間でオンするスイッチング素子を有するアームに対し対をなすアームが有するスイッチング素子をオンする通電期間とを組み合わせて前記永久磁石同期電動機の検出相に交番電流を供給する通電処理を、前記検出相を順に変更しながら各相について実行する電圧供給制御手段と、
   前記各検出相の通電処理において、前記電流検出手段により検出された電流に基づく前記検出相に流れる電流の大きさまたは変化分に応じて欠相判定用検出電流値を求め、その欠相判定用検出電流値と欠相判定用基準電流値とを比較する比較手段と、
   この比較結果により、前記欠相判定用検出電流値が前記欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に欠相と判定する欠相判定手段とを備えていることを特徴とする永久磁石同期電動機駆動装置。
2. 前記ブリッジ回路の上アームのスイッチング素子がオンのとき１、下アームのスイッチング素子がオンのとき０とし、それを（Ｕ相Ｖ相Ｗ相）の順に組み合わせて表記し、前記電圧形インバータが出力可能な電圧ベクトルをＶ１（１００）、Ｖ２（１１０）、Ｖ３（０１０）、Ｖ４（０１１）、Ｖ５（００１）、Ｖ６（１０１）と定義した場合、
   前記電圧供給制御手段は、Ｕ相を前記検出相とする場合にはＶ１、Ｖ４、Ｖ４、Ｖ１の順に、Ｖ相を前記検出相とする場合にはＶ３、Ｖ６、Ｖ６、Ｖ３の順に、Ｗ相を前記検出相とする場合にはＶ５、Ｖ２、Ｖ２、Ｖ５の順に、それぞれ予め決められた時間ΔＴを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替えることを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
3. 前記比較手段は、電圧ベクトルが変化する直前に前記電流検出手段により検出された電流の絶定値を前記欠相判定用検出電流値とすることを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
4. 前記比較手段は、電圧ベクトルが変化する時点から前記時間ΔＴよりも短い時間だけ前の時点で前記電流検出手段により検出された電流値と、当該電圧ベクトルが変化する直前の時点で前記電流検出手段により検出された電流値との変化分の絶定値を前記欠相判定用検出電流値とすることを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
5. 各電圧ベクトルを出力する時間ΔＴを徐々に増やしながら、前記電圧供給制御手段による電圧ベクトルの切り替えと同順で前記電圧ベクトルを切り替える通電処理を繰り返し実行し、前記電流検出手段により検出される電流のピーク値が予め設定された検出電流設定値よりも大きくなった時点における前記時間ΔＴをメモリに記憶する検出電流設定手段を備え、
   前記電圧供給制御手段は、前記メモリに記憶された時間ΔＴを持つ通電期間ごとに電圧ベクトルを切り替えることを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載の永久磁石同期電動機駆動装置。
6. 前記欠相判定手段は、２相以上が同時に欠相している場合を除き、前記欠相判定用検出電流値が前記欠相判定用基準電流値よりも小さい場合に、当該検出相が欠相していると判定することを特徴とする請求項２ないし５の何れかに記載の永久磁石同期電動機駆動装置。

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