JP2009148028A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータ手段により電源電圧の昇圧がなされてモータ手段の駆動が行われる場合において、急激に電源電圧が上昇または下降した場合であっても、モータ手段におけるうなり音の発生や、駆動電流の急激な上昇などを低減させること。
【解決手段】モータ制御装置は、電源電圧を昇圧してモータ手段を駆動するためのコンバータ電圧を生成するコンバータ手段２１と、コンバータ手段２１の駆動制御を行うことによりコンバータ電圧の値を変動させる制御手段２０と、電源電圧の値を検出する電源電圧検出手段２８とを有している。制御手段２０は、電源電圧検出手段２８により検出された電源電圧の値に基づいて当該電源電圧の値の変動を検出し、検出された電源電圧の値の変動量に応じて、コンバータ手段２１により昇圧されるコンバータ電圧の値を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、より詳細には、電源電圧を昇圧してモータ手段を駆動するためのコンバータ電圧を生成するコンバータ手段を備えたモータ制御装置に関する。

圧縮空気を利用した釘打機等の駆動工具を建築現場で利用する場合には、駆動工具に対して圧縮空気を供給するエアコンプレッサを設置する必要がある。エアコンプレッサは、モータ部を駆動させることによって圧縮空気生成部で圧縮空気を生成し、生成させた空気をタンク部に貯留することによって、所定圧力の圧縮空気を駆動工具に供給する構造となっている。

今日のエアコンプレッサでは、モータ部の駆動量を制御部で制御する構造となっており、エアコンプレッサがモータ制御装置としての機能を備えている。一般的な制御部には、コンバータ回路とインバータ回路とが設けられており、コンバータ回路によるＰＡＭ制御とインバータ回路によるＰＷＭ制御とを併用することによって、モータ部の駆動量を調節して、迅速かつ安定した圧縮空気の供給することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、制御部は、モータ部の回転数や駆動電流の値など応じて制御量を決定し、コンバータ回路またはインバータ回路に対して制御命令を出力することによってタンク部に貯留される空気の圧力を一定に保っている。
特開昭５９−１８１９７３号公報

ところで、エアコンプレッサは、一般的なコンセント（交流電源）用のプラグを備えており、プラグをコンセントに接続することによって、モータ部を駆動させるための駆動電力の供給を受ける構造となっている。作業現場でエアコンプレッサを使用する場合、同一コンセントに複数の電動工具を接続して使用することがあるため、コンセントに対する電動工具の接続数の変化などにより、エアコンプレッサに供給される電源電圧が急激に変化してしまう場合があり得る。

例えば、エアコンプレッサに供給される電源電圧が急激に上昇した場合、電源電圧の上昇に伴ってコンバータ回路により昇圧されるコンバータ電圧も上昇し、このコンバータ電圧の上昇によりモータ部の回転数が急激に上がってうなり音を発生するおそれがある。制御部では、このようなうなり音の発生を低減させるために、コンバータ回路に対してコンバータ電圧を低減させるための制御命令を出力するが、上述したように、制御部は、モータ部の回転数等に応じて制御量を決定するため、急激に上昇したモータの回転数を検出した後にモータ部の回転数を低減させるための制御量（より詳細には、モータ部の回転数を低減させることを目的としてコンバータ電圧を低減させる旨の制御量）を算出して出力することになる。このため、制御命令の出力を迅速に行うことができず、回転数上昇に伴ううなり音の発生を効果的に抑制することができないという問題があった。

一方で、エアコンプレッサに供給される電源電圧が急激に低下した場合、コンプレッサでは出力状態（電力値Ｗ）を一定に保とうとするため、電源電圧の低下に伴って駆動電流（一次電流）の値が急激に上昇してしまう。一方で、駆動電流が所定値以上となった場合、制御部は、駆動電流の値が所定値以下になるようにコンバータ電圧を低減させる命令を、コンバータ回路に対して出力するが、制御命令に伴ってコンバータ回路のコンバータ電圧を急激に上昇させると、このコンバータ電圧の急激な上昇により駆動電流が今度は急激に低減されてしまい、結果として駆動電流に対してオーバーシュートが生じてしまうおそれがあった。

このように駆動電流に対してオーバーシュートが発生し、一時的に電流値が上昇すると、駆動電流の上昇に伴い電源のブレーカ機能が働いて駆動電力の遮断が生じるおそれがあるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、コンバータ手段により電源電圧の昇圧がなされてモータ手段の駆動が行われる場合において、急激に電源電圧が上昇または下降した場合であっても、モータ手段におけるうなり音の発生や、駆動電流の急激な上昇などを低減させることが可能なモータ制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置は、電源電圧を昇圧してモータ手段を駆動するためのコンバータ電圧を生成するコンバータ手段と、該コンバータ手段の駆動制御を行うことにより前記コンバータ電圧の値を変動させる制御手段と、前記電源電圧の値を検出する電源電圧検出手段と有し、前記制御手段は前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて当該電源電圧の値の変動を検出し、検出された前記電源電圧の値における変動量に応じて、前記コンバータ手段により昇圧されるコンバータ電圧の値を制御することを特徴とする。

このように、本発明に係るモータ制御装置では、制御手段が、電源電圧の値の変動を検出し、検出された電源電圧の値における変動量に応じて、コンバータ手段により昇圧されるコンバータ電圧の値を制御するので、従来のようにモータ手段の回転数に基づいてコンバータ手段の制御を行う場合に比べて迅速にコンバータ手段を制御することができ、より適切にモータ手段の駆動制御を行うことが可能となる。

また、上記したモータ制御手段の前記制御手段が、前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて前記電源電圧の値の急激な上昇を検出した場合に、前記コンバータ手段を制御して、前記モータ手段の回転数が上昇する前に前記コンバータ電圧の値を低減するものであってもよい。

このように、本発明に係るモータ制御装置では、制御手段が、電源電圧の値の急激な上昇を検出した場合に、コンバータ手段を制御して、モータ手段の回転数が上昇する前にコンバータ電圧の値を低減するので、モータ手段の回転数が急激に上昇する前にモータ手段の回転数を低減する制御を行うことできる。従って、電源電圧が急激に上昇した場合であっても、モータ手段における急激な回転数上昇を回避することができ、回転数の急激上昇に伴うモータ手段のうなり音発生を効果的に抑えることができる。

また、制御手段が、コンバータ手段を制御して、モータ手段の回転数が上昇する前にコンバータ電圧の値を低減するので、電源電圧の上昇に伴うコンバータ電圧の上昇を抑制することが可能になると共に、コンバータ電圧を収束させるための期間を短くすることが可能となる。

さらに、上述したモータ制御手段の前記制御手段が、前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて前記電源電圧の値の急激な低下を検出した場合に、前記コンバータ手段を制御して前記コンバータ電圧の値を緩やかに上昇させるものであってもよい。

このように、本発明に係るモータ制御装置では、制御手段が、電源電圧の値の急激な低下を検出した場合に、コンバータ手段を制御して、コンバータ電圧の値を緩やかに上昇させるため、コンバータ電圧の急激な変動が抑制され、コンバータ電圧の急激な変動に応じて発生する一次電流のオーバーシュート現象を抑制することが可能となる。

本発明に係るモータ制御装置によれば、制御手段が、電源電圧の値の変動を検出し、検出された電源電圧の値における変動量に応じて、コンバータ手段により昇圧されるコンバータ電圧の値を制御するので、従来のようにモータ手段の回転数に基づいてコンバータ手段の制御を行う場合に比べて迅速にコンバータ手段を制御することができ、モータ手段におけるうなり音の発生や、駆動電流の急激な上昇などを低減させることが可能となる。

以下、本発明に係るモータ制御手段を、その一例としてエアコンプレッサを参照し、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、エアコンプレッサの概略構成を示したブロック図である。エアコンプレッサ（モータ制御装置）１は、タンク部２と、圧縮空気生成部３と、モータ部（モータ手段）４と、制御回路部（制御手段）５とによって概略構成されている。

タンク部２は、圧縮空気を貯留するための貯留タンク８を有している。貯留タンク８には、圧縮空気生成部３により生成された一定圧力の圧縮空気が蓄えられており、通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されている。

貯留タンク８には、複数の圧縮空気取出口９が設けられている。本実施の形態においては、高圧の圧縮空気を取り出すための高圧取出口９ａと、常圧の圧縮空気を取り出すための常圧取出口９ｂとが設けられている。各取出口９ａ、９ｂには、それぞれの取出口９ａ、９ｂより得られる圧縮空気を所望の圧力に減圧させるための減圧弁１０ａ、１０ｂが設けられており、高圧取出口９ａでは、減圧弁１０ａによって取り出される圧縮空気の圧力が１．５ＭＰａ〜２．５０ＭＰａ程度に減圧され、常圧取出口９ｂでは、減圧弁１０ｂによって取り出される圧縮空気の圧力が０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度に減圧される。

貯留タンク８内の圧縮空気は、上述したように通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されるため、高圧取出口９ａから取り出される圧縮空気も常圧取出口９ｂから取り出される圧縮空気も、上述した所望の圧力を減圧弁１０ａ、１０ｂによって維持することが可能となる。また、各取出口９ａ、９ｂには、減圧弁１０ａ、１０ｂにより減圧された圧縮空気を釘打機等の駆動工具に供給するために、エアホース（図示省略）を着脱することが可能となっている。

圧縮空気生成部３は、シリンダ内に設けられるピストンを往復運動させ、シリンダの吸気弁からシリンダ内に引き込まれた空気を圧縮することによって圧縮空気を生成する構造を備えている。圧縮された空気は、連結パイプ１４を介してタンク部２の貯留タンク８へと供給される。

モータ部４は、圧縮空気生成部３のピストンを往復運動させるための駆動力を発生させる役割を有している。モータ部４には、駆動力を発生させるためのステータ１６とロータ１７とが設けられている。ステータ１６には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成されており、これらの巻線１６ａ〜１６ｃに対して電流を流すことによって回転磁界が形成される。

ロータ１７は、永久磁石によって構成されており、ステータ１６の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを流れる電流によって形成される回転磁界により、ロータ１７の回転が行われる。また、モータ部４には、ロータ１７の回転を検出するための回転数検出部１８が設けられている。回転数検出部１８には、ホールＩＣが設けられており、このホールＩＣを用いてロータ１７における磁界の変化を検出することによってロータ１７の回転数を検出する。

制御回路部５は、図２に示すように、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit、制御手段）２０と、コンバータ回路（コンバータ手段）２１と、インバータ回路２２とによって概略構成されている。

コンバータ回路２１は、整流回路２４と昇圧回路２５と平滑回路２６とにより概略構成されており、このコンバータ回路２１によっていわゆるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御が実行される。ここで、ＰＡＭ制御とは、コンバータ回路２１によって出力電圧のパルスの高さを変化させることにより、モータ部４の回転数を制御する方法である。一方で、インバータ回路２２では、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が実行される。ＰＷＭ制御とは、出力電圧のパルス幅を変化させてモータ部４の回転数を制御させる方法である。

ＰＡＭ制御は、ＰＷＭ制御に比べて、モータ部４における低回転時の効率低下が少なく、電圧を上げることによって高回転にも対応することが可能であるという特性を有しているため、高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法である。一方で、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の運転状態に応じて、コンバータ回路２１によるＰＡＭ制御とインバータ回路２２によるＰＷＭ制御とを好適に切り替えて制御を実行する。

コンバータ回路２１の整流回路２４および平滑回路２６は、エアコンプレッサ１の駆動源となる交流電源２９を整流・平滑することによって直流電圧に変換する役割を有している。昇圧回路２５の内部には、スイッチング素子２５ａが設けられており、マイクロプロセッサ２０の制御命令に応じて直流電圧の振幅制御を行う役割を有している。昇圧回路２５は、マイクロプロセッサ２０のＰＡＭ指令を受けた昇圧コントローラ２７を介して制御されている。

なお、コンバータ回路２１と交流電源２９との間には、電源電圧検出部（電源電圧検出手段）２８と電源電流検出部３０とが設けられている。電源電圧検出部２８で検出される電圧値は、コンバータ回路２１の昇圧回路２５等を経て電圧値が昇圧される前の一次電圧（以下、この電圧を電源電圧という）の値であり、電源電圧値は交流電源２９の電圧値を示している。従って、電源電圧検出部２８において電圧値を検出することによって、交流電源２９より供給される電源電圧の変化を検出することが可能となっている。電源電圧検出部２８により検出された電圧値は、マイクロプロセッサ２０に出力される。

一方で、電源電流検出部３０で検出される電流値は、交流電源２９により供給される一次電流（駆動電流）の値を示したものであり、電源電流検出部３０において電圧値を検出することによって、交流電源２９より供給される一次電流の変化を検出することが可能となっている。電源電流検出部３０により検出された電流値は、マイクロプロセッサ２０に出力される。

インバータ回路２２は、コンバータ回路２１によって変換された直流電圧のパルスを一定周期で正負変換させるとともに、パルス幅を変換させることによって直流電圧を擬似的な正弦波を備える交流電圧に変換する役割を有している。このパルス幅を調整することによって、上述したようにモータ部４の回転数制御を行うことが可能となる。マイクロプロセッサ２０は、インバータ回路２２に対する出力値の調整を行うことによって、モータ部４の駆動量を制御する。

なお、インバータ回路２２とコンバータ回路２１との間には、コンバータ電圧検出部３１が設けられている。コンバータ電圧検出部３１で検出される電圧値は、昇圧回路２５等により電源電圧（一次電圧）値が昇圧された後の電圧（以下、この電圧をコンバータ電圧という）値を示している。従って、コンバータ電圧検出部３１において電圧値を検出することによって、昇圧された電源電圧（一次電圧）値、即ちモータ部４の駆動のためにモータ部４へと供給される電圧値の変化を検出することが可能となっている。コンバータ電圧検出部３１により検出された電圧値は、マイクロプロセッサ２０に出力される。

マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２の駆動制御を行うことによって、タンク部２の圧縮空気の圧力を３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａに安定させるための制御手段である。マイクロプロセッサ２０は、演算処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ワークメモリ等の一時記憶領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、後述する制御処理プログラム（例えば、後述する図３および図６の処理に関するプログラム）や後述する処理タスク（例えば、後述する４００μｓｅｃの時間経過（計時）判断を行う計時タスク）等が記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）等の機能が、１チップのＬＳＩにより実現されたものである。なお、マイクロプロセッサ２０は、ＲＯＭに記録される上述した計時タスクに基づき、計時判断処理を行うことが可能となっている。

マイクロプロセッサ２０には、回転数検出部１８によって検出されたモータ部４（より詳細にはロータ１７）の回転数情報（駆動回転数の情報）、電源電圧検出部２８で検出された電源電圧値（交流電源２９の電圧値の情報）、電源電流検出部３０で検出された一次電流値（交流電源２９の電流値の情報）、および、コンバータ電圧検出部３１で検出されたコンバータ電圧値（モータ部４に供給される駆動電圧値）が入力される。

一方で、マイクロプロセッサ２０は、制御情報（ＰＡＭ指令、ＰＷＭ指令）をコンバータ回路２１およびインバータ回路２２に対して出力することが可能な構成となっている。コンバータ回路２１およびインバータ回路２２では、マイクロプロセッサ２０によって出力された制御情報（ＰＡＭ指令、ＰＷＭ指令）に基づいて、モータ部４の駆動制御を実行する。

マイクロプロセッサ２０は、昇圧コントローラ２７にＰＡＭ指令を出力することによって、昇圧コントローラ２７を介して昇圧回路２５のスイッチング素子２５ａを制御して、コンバータ回路２１の駆動制御を行う。また、同様に、マイクロプロセッサ２０は、インバータ回路２２に対してＰＷＭ指令を出力することによってインバータ回路２２の制御を行う。

但し、上述したように、ＰＡＭ制御は高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法であり、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。このため、マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の起動時に、電源電圧（一次電圧）の値を所定の電圧値まで昇圧させた後に、インバータ回路２２の出力量（Ｄｕｔｙ）を０％から１００％へと徐々に増加させることによって、エアコンプレッサ１（モータ部４）の駆動状態を立ち上げる制御を行う。

そして、インバータ回路の出力値が１００％に達したことを条件に、モータ部４の制御方法をＰＷＭ制御からＰＡＭ制御に移行し、ＰＡＭ制御により安定したモータ部４の制御を行う。次に、モータ部４の制御がＰＡＭ制御に完全に移行した後に（即ち、いわゆるフルＰＡＭ制御により制御が行われる状態において）、交流電源２９の電圧値（電源電圧（一次電圧）値）が上昇した場合および下降した場合におけるマイクロプロセッサ２０の制御処理について説明する。

［交流電源の電圧値が急激に上昇した場合］
図３は、交流電源２９の電圧値が急激に上昇した場合におけるマイクロプロセッサ２０の制御処理を示したフローチャートである。

まず、マイクロプロセッサ２０は、ＲＯＭに記録される計時タスクに基づき、前回電源電圧の電圧値を取得したときから４００μｓｅｃの時間が経過したか否かの判断を行う（ステップＳ．１）。マイクロプロセッサ２０は、４００μｓｅｃの時間が経過していないと判断する場合（ステップＳ．１においてＮｏの場合）、再度ステップＳ．１に示す計時判断処理を繰り返し実行する。

４００μｓｅｃの時間が経過したものと判断した場合（ステップＳ．１においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、電源電圧検出部２８より電源電圧を検出してＲＡＭの所定領域に記録（格納）する（ステップＳ．２）。

そして、マイクロプロセッサ２０は、所定時間に電源電圧の最小値があったか否かを判断し（ステップＳ．３）、所定時間に電源電圧値の最小値がない場合（ステップＳ．３においてＮｏの場合）には、ステップＳ．１に示す計時判断処理に移行する。一方で、電源電圧の最小値があった場合（ステップＳ．３においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、所定時間内のピーク値の平均値、例えば、上位３つのうち１位を除外し２位と３位のピーク値平均値を電源電圧のピーク値平均値として算出する（ステップＳ．４）。

次に、マイクロプロセッサ２０は、ＲＡＭの所定領域に記録される前回の電源電圧のピーク値平均値を読み出し（取得し）（ステップＳ．５）、読み出された前回の電源電圧のピーク値平均値を用いて、今回算出された電源電圧のピーク値平均値から前回算出された電源電圧のピーク値平均値を減算した値が、１０Ｖ以上であるか否か、つまり
（今回の電源電圧のピーク値平均値）―（前回の電源電圧のピーク値平均値）≧１０Ｖ
が成立するか否かを判断する（ステップＳ．６）。

マイクロプロセッサ２０は、減算した電源電圧値の差が１０Ｖ以上でない場合（ステップＳ．６においてＮｏの場合）、ＰＡＭ指令の電圧値を変更することなく、ステップＳ．１に示す計時判断処理に移行する。一方で、減算した電源電圧値の差が１０Ｖ以上であった場合（ステップＳ．６においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、減算された電源電圧の差に応じてＰＡＭ指令の電圧値を減算し（ステップＳ．７）、ＰＡＭ指令をコンバータ回路に出力する(ステップＳ．８)。

ここで、マイクロプロセッサ２０が、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２に対して制御を行う場合、すべての制御量を相対的な数値に換算して制御を行う。減算された電源電圧の差がＡＣ１０Ｖである場合におけるマイクロプロセッサ２０での制御量は、「４３」という相対的な数値で表される。マイクロプロセッサ２０では、この電源電圧ＡＣ１０Ｖに該当する制御量「４３」に基づいて、コンバータ電圧を低減させるために設定するＰＡＭ指令の電圧値を相対的な数値で算出する。本実施の形態に係るマイクロプロセッサ２０では、制御量「４３」を１０倍した値、つまり「４３０」をＰＡＭ指令の電圧値を決定する制御量として算出し、算出された制御量に該当する電圧値にＰＡＭ指令の電圧値を変更する。本実施の形態に示す場合では、制御量「４３０」に対応するＰＡＭ指令の電圧値として、０．５５Ｖ（後述する図５参照）が算出され、マイクロプロセッサ２０では、ＰＡＭ指令の電圧を０．５５Ｖに設定して、コンバータ回路２１に対してＰＡＭ指令を出力する。

マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１にＰＡＭ指令を出力した（ステップＳ．８）後、今回算出された電源電圧のピーク値平均値をＲＡＭの所定領域に記録（格納）する（ステップＳ．９）。このようにして記録された電源電圧のピーク値平均値は、次回の処理において前回の電源電圧のピーク値平均値として読み出され、処理に利用される。その後、マイクロプロセッサ２０は、ステップＳ．１に示す計時判断処理を繰り返し実行する。

図４は、上述した電源電圧の変動に基づいてコンバータ電圧の制御をしない場合を示したグラフであり、図５は、上述した電源電圧の変動に基づいてコンバータ電圧の制御を行う場合を示したグラフである。なお、図４および図５には、電源電圧（一次電圧）、コンバータ電圧、モータ部４の回転数、ＰＡＭ指令の状態変化が示されている。

図４および図５において、電源電圧は、電源電圧検出部２８により検出された電圧値を示しており、フルＰＡＭ制御状態において安定してモータ部４が駆動されている場合（以下、安定状態という）における電源電圧値はＡＣ８０Ｖとなる。コンバータ電圧は、コンバータ電圧検出部３１により検出された電圧値を示しており、安定状態におけるコンバータ電圧はＤＣ２００Ｖとなる。モータ部４の回転数は、回転数検出部１８により検出された回転数を示しており、安定状態における回転数は３３００回転（ｒｐｍ）となる。

さらに、ＰＡＭ指令は、マイクロプロセッサ２０によりコンバータ回路２１の昇圧コントローラに対して出力される制御情報を電圧値によって示している。ＰＡＭ指令は、１．５５Ｖを基準電圧とし、この電圧値に対する設定電圧値の上下に応じてコンバータ回路２１の制御を行う構成となっている。具体的には、基準電圧値よりも低い値に電圧値を変更した場合には、コンバータ回路２１における出力（コンバータ電圧の値）が低減されて、モータ部４の回転数が低下することになる。また、基準電圧値よりも高い値に電圧値を変更した場合には、コンバータ回路２１における出力（コンバータ電圧の値）が増加されて、モータ部４の回転数が上昇することになる。

図３に示す電源電圧に対応したコンバータ電圧の制御処理が行われていない場合、図４に示すように、電源電圧変動時において電源電圧が上昇（例えば、ＡＣ８０ＶからＡＣ１１０Ｖへと３０Ｖ上昇）すると、電源電圧の昇圧により電圧値が設定されるコンバータ電圧が、この電源電圧の上昇に伴って瞬時に上昇（例えば、ＤＣ２００ＶからＤＣ２４２Ｖへと４２Ｖ上昇）する。電源電圧変動時においてコンバータ電圧が上昇すると、このコンバータ電圧に基づいて駆動されているモータ部４の回転数がコンバータ電圧の上昇から僅かに遅れて（例えば０．１ｓｅｃ）上昇（例えば、３３００回転から３８００回転へと５００回転上昇）する。このようにモータ部４の回転数が急激に上昇したことに伴い、モータ部４からうなり音等が発生してしまう。

一方で、マイクロプロセッサ２０では、モータ部４の回転数上昇を回転数検出部１８より検出することによって、つまり、回転数が急激に上昇してうなり音が発生し始めたころ（例えば、電源電圧変動時から０．１５ｓｅｃ経過後）の回転数を検出することによって、コンバータ電圧を低減させるための演算処理を開始し、算出した演算結果に基づいてＰＡＭ指令の電圧値を設定する。このようにＰＡＭ指令の電圧値を修正して設定する処理は、モータ部４の回転数が上昇し始めてから（例えば、電源電圧変動時から０．１５ｓｅｃ経過後）行われるため、回転数が上昇を開始する前から効果的にモータ部４の駆動制御を行うことができない。

マイクロプロセッサ２０が、設定されたＰＡＭ指令の電圧値に基づいてコンバータ回路２１の制御を行うことにより、このＰＡＭ制御に基づいてコンバータ電圧が低減されて電圧値ＤＣ２００Ｖへと収束し、この収束に伴ってモータ部４の回転数が低減されて回転数３３００回転に収束する。

但し、回転数の収束は、回転数変動に基づいて制御量が決定されるＰＡＭ制御に従って実現されるため、回転数の上昇開始から回転数がもとの回転数に収束するまで一定の時間（例えば、５ｓｅｃ）の経過が必要とされる。また、ＰＡＭ制御により行われるコンバータ電圧値の変更制御は、モータ部４の回転数がもとの回転数（３３００回転）に収束するまで継続して続けられるため、回転数がもとの回転数に収束するまでの時間（例えば、５ｓｅｃ）だけ続けられる。

さらに、ＰＡＭ指令における電圧値の設定は、回転数の変動状態に応じて設定されるため、結果として回転数を徐々に低減させる制御量が決定されやすくなる（例えば、基準電圧値である１．５５Ｖから、０．５Ｖだけ低い値となる１．０５Ｖの値に設定される。）。マイクロプロセッサ２０では、モータ部４の回転数がもとの回転数に収束した後に、ＰＡＭ指令の電圧値を初めの電圧値（１．５５Ｖ）に戻すことになる。

一方で、図３に示す電源電圧に対応したコンバータ電圧の制御処理が行われる場合、図５に示すように、電源電圧変動時において電源電圧が上昇（例えば、ＡＣ８０ＶからＡＣ１１０Ｖへと３０Ｖ上昇した場合）すると、マイクロプロセッサ２０が電源電圧の上昇を、８ｍｓｅｃ毎の平均電源電圧値の検出・比較処理（図３に示すステップＳ．１〜Ｓ．６）により瞬時に判断する。このように、マイクロプロセッサ２０が、電源電圧検出部２８を介して瞬時に電源電圧値上昇を判断することによって、モータ部４の回転数が上昇する前に、電源電圧値の上昇を判断することができる。

マイクロプロセッサ２０では、上昇した電源電圧の値に基づいて、瞬時に電源電圧の値を低減させる処理を行う。このとき、マイクロプロセッサ２０は、ＰＡＭ指令の電圧値を迅速かつ大幅に低減（例えば、ＰＡＭ指令の電圧値を１．５５Ｖから０．５５Ｖへ１．０Ｖだけ低減）させる。このように瞬時にＰＡＭ指令の電圧値を大幅に低減することによって、電源電圧値の上昇に伴って上昇し始めていたコンバータ電圧の上昇を最小限にすることができる。本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図４に示すように４２Ｖだけ上昇していたコンバータ電圧値を図５に示すように１０Ｖ程度の上昇に留めることができる。

このマイクロプロセッサ２０によるＰＡＭ指令の電圧低減処理により、コンバータ電圧の上昇を最低限に抑えることができるため、コンバータ電圧の上昇抑制によりモータ部４の回転数上昇を最低限に抑えることが可能となる。本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図４に示すように５００回転上昇していたモータ部４の回転数を、図５に示すように１００回転程度の上昇に留めることができる。このようにモータ部４の回転数上昇を抑制することができるため、うなり音などの発生を抑制することが可能となる。

また、迅速にＰＡＭ指令の電圧低減処理を行うことにより、コンバータ電圧および回転数の上昇を低減することができるので、もとのコンバータ電圧値および回転数に状態が収束するまでの時間を、従来に比べて短縮することが可能となる。例えば、従来の場合は、図４に示すように、コンバータ電圧および回転数がもとの状態に収束するまで５ｓｅｃ程度の時間がかかっていたが、図３に示した処理を行うことによって本発明に係る制御方法を適用することにより、図５に示すように、コンバータ電圧および回転数がもとの状態に収束する時間を０．５ｓｅｃ程度に短縮することが可能となる。

［交流電源の電圧値が急激に降下した場合］
次に、交流電源の電圧値が急激に降下した場合におけるマイクロプロセッサ２０の制御処理を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、マイクロプロセッサ２０は、ＲＯＭに記録される計時タスクに基づき、前回電源電圧の電圧値を取得してから４００μｓｅｃの時間が経過したか否かの判断を行う（ステップＳ．１１）。マイクロプロセッサ２０は、４００μｓｅｃの時間が経過していないと判断する場合（ステップＳ．１１においてＮｏの場合）、再度ステップＳ．１１に示す計時判断処理を繰り返し実行する。

４００μｓｅｃの時間が経過したものと判断した場合（ステップＳ．１１においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、電源電圧検出部２８より電源電圧値を検出してＲＡＭの所定領域に記録（格納）する（ステップＳ．１２）。

そして、マイクロプロセッサ２０は、所定時間に電源電圧の最小値があったか否かを判断し（ステップＳ．１３）、所定時間に電源電圧の最小値がない場合（ステップＳ．１３においてＮｏの場合）には、ステップＳ．１１に示す計時判断処理に移行する。一方で、電源電圧の最小値があった場合（ステップＳ．１３においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、所定時間内のピーク値の平均値、例えば、上位３つのうち１位を除外し２位と３位のピーク値平均値を電源電圧のピーク値平均値として算出する（ステップＳ．１４）。

次に、マイクロプロセッサ２０は、ＲＡＭの所定領域に記録される前回の電源電圧のピーク値平均値を読み出し（ステップＳ．１５）、読み出された前回の電源電圧のピーク値平均値を用いて、今回算出された電源電圧のピーク値平均値から前回算出された電源電圧のピーク値平均値を減算した値が、−１０Ｖ以下であるか否か、つまり
（今回の電源電圧のピーク値平均値）―（前回の電源電圧のピーク値平均値）≦−１０Ｖ
が成立するか否かを判断する（ステップＳ．１６）。

マイクロプロセッサ２０は、減算した電源電圧値の差が―１０Ｖ以下でない場合（ステップＳ．１６においてＮｏの場合）、ＰＡＭ指令の電圧値を変更することなく、ステップＳ．１１に示す計時判断処理に移行する。

一方で、減算した電源電圧値の差が―１０Ｖ以下であった場合（ステップＳ．１６においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、減算された電源電圧の差に応じてＰＡＭ指令の電圧値を減算し（ステップＳ．１７）、ＰＡＭ指令をコンバータ回路２１に出力する(ステップＳ．１８)。

ここで、ＰＡＭ指令の電圧値を減算する場合、マイクロプロセッサ２０は、一次電流のオーバーシュート状態を抑制するために、比較的僅かだけ電圧値を低減させ、さらに低減された電圧値の低減時間を比較的長めに設定する。つまり、マイクロプロセッサ２０は、緩やかなコンバータ電圧の変動処理を実現することにより一次電流の急激かつ大幅な変動を抑制することを目的として、ＰＡＭ指令の電圧値設定を僅かに減少し（ゲイン減少を僅かにし）、かつ、低減させた電圧値をある程度の期間だけ継続する。

具体的にマイクロプロセッサ２０は、減算した電源電圧値の差が―１０Ｖ以下であった場合（ステップＳ．１６においてＹｅｓの場合）にＰＡＭ指令により設定される電圧の出力ゲインを２／３〜１／８に変更（例えば、後述する図８に示すグラフに示すように、ＰＡＭ指令の基準となる電圧値が１．５５Ｖである場合には、電圧値を０．２Ｖ低減させて１．３５Ｖに変更）し、変更された出力ゲインをしばらくの間だけ維持した後に、出力ゲインを初めのゲインに戻す。

マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１にＰＡＭ指令を出力した（ステップＳ．１８）後、今回算出された電源電圧のピーク値平均値をＲＡＭの所定領域に記録（格納）する（ステップＳ．１９）。このようにして記録された電源電圧のピーク値平均値は、次回の処理において前回の電源電圧のピーク値平均値として読み出され、処理に利用される。その後、マイクロプロセッサ２０は、ステップＳ．１１に示す計時判断処理を繰り返し実行する。

図７は、上述した電源電圧の変動に基づいてコンバータ電圧の制御をしない場合を示したグラフであり、図８は、上述した電源電圧の変動に基づいてコンバータ電圧の制御を行う場合を示したグラフである。

なお、図７および図８には、電源電圧（一次電圧）、コンバータ電圧、モータ部４の回転数、ＰＡＭ指令の状態変化に加えて、一次電流の状態変化が示されている。図７および図８に示す一次電流は、電源電流検出部３０により検出された電流値を示しており、安定状態における一次電流値は１４．５Ａとなる。電源電圧（一次電圧）、コンバータ電圧、モータ部４の回転数、ＰＡＭ指令に関しては、上述した図４および図５と同様であるが、図７および図８に示すグラフでは、電源電圧における安定状態の電圧値をＡＣ１１０Ｖとし、モータ部４における安定状態の回転数を２０００回転とする。

図６に示す電源電圧に対応したコンバータ電圧の制御処理が行われていない場合、図７に示すように、電源電圧変動時において電源電圧が低下（例えば、ＡＣ１１０ＶからＡＣ８０Ｖへと３０Ｖ低下）すると、この電源電圧の低下に伴ってコンバータ電圧が、瞬時に低下（例えば、ＤＣ２００ＶからＤＣ１５８Ｖへと４２Ｖだけ低下）する。電源電圧変動時においてコンバータ電圧が低下すると、このコンバータ電圧に基づいて駆動されているモータ部４の回転数がコンバータ電圧の低下に応じて低下（例えば、２０００回転から１８００回転へと２００回転低下）する。

なお、コンバータ電圧の低下によりモータ部４の回転数が低下するまでの反応は、コンバータ電圧の上昇によりモータ部４の回転数が上昇する場合に比べて迅速に行われる。これば、モータ部４の回転数を上昇させる場合には、コンバータ電圧が上昇しても、タンク部２内圧力の負荷などの影響により瞬時に回転数を上昇することが困難であるためである。一方で、モータ部４の回転数を低下させる場合には、コンバータ電圧が上昇させる場合よりも、タンク部２内圧力の負荷などの影響が低いため、コンバータ電圧の低下に従って瞬時に回転数が低減されることになる。

このように、回転数がコンバータ電圧の低下に応じて迅速に低下するので、マイクロプロセッサでは、回転数検出部１８により検出される回転数に基づいて、モータ部４の回転数の低減を迅速に判断することが可能となる。そして、マイクロプロセッサ２０では、検出されたモータ部４の回転数の低下に基づいて、コンバータ電圧を上昇させるための演算処理を開始し、算出した演算結果によってＰＡＭ指令の電圧値を設定する。

一方で、電源電圧の電圧値が低下した場合、マイクロプロセッサ２０では、エアコンプレッサ１の出力状態（電力値Ｗ）を一定に保とうとするため、電源電圧の低下に伴って一次電流の値が急激に上昇してしまう。このように一次電流が急激に上昇した場合、マイクロプロセッサ２０では、一次電流を所定値、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、１４．５Ａに維持するようにしてＰＡＭ指令の電圧値を設定する。

このため、マイクロプロセッサ２０では、一次電流の上昇を急速に低減させるべく、ＰＡＭ指令の電圧値を大きく低減（例えば、図７に示すように１．０Ｖ低減させて０．５５Ｖに設定）し、低下したコンバータ電圧を急激（例えば、２ｓｅｃの期間内）に上昇回復させる。このようにコンバータ電圧が急激に上昇されることにより、今度は、一次電流の値が急激に低減されてしまい、結果として一次電流に対してオーバーシュート（例えば、３ｓｅｃの期間に一次電流値が１０Ａだけ上下変動）が生じてしまっていた。このような一次電流のオーバーシュートが発生すると、一次電流の上昇に伴い電源のブレーカ機能が働いて駆動電力の遮断が生じるおそれがあった。

一方で、図６に示す電源電圧に対応したコンバータ電圧の制御処理が行われる場合、図８に示すように、電源電圧変動時において電源電圧が低下（例えば、ＡＣ１１０ＶからＡＣ８０Ｖへと３０Ｖ低下）すると、この電源電圧の低下に伴ってコンバータ電圧が、瞬時に低下（例えば、ＤＣ２００ＶからＤＣ１５８Ｖへと４２Ｖだけ低下）する。電源電圧変動時においてコンバータ電圧が低下すると、このコンバータ電圧に基づいて駆動されているモータ部４の回転数がコンバータ電圧の低下に応じて低下する。

このように、回転数がコンバータ電圧の低下に応じて迅速に低下することにより、マイクロプロセッサ２０では、回転数検出部１８により検出される回転数に基づいて、モータ部４の回転数の低減を迅速に判断することが可能となる。そして、マイクロプロセッサ２０では、検出されたモータ部４の回転数の低下に基づいて、コンバータ電圧を上昇させるための演算処理を開始し、算出した演算処理によってＰＡＭ指令の電圧値を設定する。

このとき、マイクロプロセッサ２０は、上述した一次電流のオーバーシュート現象を抑制するために、ＰＡＭ指令の設定を僅かな電圧値だけ減少させることによって緩やかにコンバータ電圧の上昇が行われるように設定する。本発明に係るエアコンプレッサ１では、図８に示すように、ＰＡＭ指令の電圧値を基準電圧値である１．５５Ｖから０．２Ｖだけ低減させて１．３５Ｖに設定し、この設定状態を５．５ｓｅｃだけ継続する。

このようにＰＡＭ指令が設定されることにより、低下したコンバータ電圧を上昇回復させて安定させる（本実施の形態では、もとの電圧値よりも１５Ｖ低い値である１８５Ｖに上昇回復させる）までの時間（例えば、５ｓｅｃ）が、図７に示すコンバータ電圧の上昇安定までの時間（例えば、２ｓｅｃ）よりも長い時間となってしまうが、急激にコンバータ電圧が上昇しないため、一次電流が急激に上昇および下降してオーバーシュート現象を生じてしまうことを抑制することができる。具体的には、図７に示すように１０Ａ上昇していた一次電流を、図８に示す場合には、３Ａ程度に低減させることが可能となる。従って、一次電流のオーバーシュート現象の発生を効果的に抑制することができ、一次電流の上昇に伴う電源のブレーカ機能の稼働を抑制することが可能となる。

なお、上述したように、ＰＡＭ指令の電圧値の低減を僅かにすることにより、回転数の低減が、図７に示す場合（２０００回転から１８００回転へと２００回転低下）よりも大きくなってしまう（２０００回転から１６５０回転へと３５０回転低下）が、この回転数の低減は、基準となるモータ部４の回転数がもともと低い回転数（２０００回転）であることから、回転数の減少数が増加しても、うなり音などが発生しにくい。このため、回転数の減少数が増加しても、一次電流のオーバーシュート抑制の方がより好ましい効果を奏することになる。

以上説明したように、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、電源電圧の電圧値を検出し、検出された電圧値の急激な上昇または下降に応じてＰＡＭ指令の設定を行うので、モータ部４の回転数変動に伴ううなり音の発生を抑制し、また一次電流におけるオーバーシュート現象の発生を抑制することが可能となる。

具体的に、電源電圧が急激に上昇した場合、マイクロプロセッサ２０は、電源電圧の上昇を検出した直後であって、モータ部４の回転数の上昇が生じていないときに、コンバータ電圧を大きく低減させる旨のＰＡＭ指令を設定してコンバータ回路２１に出力する。このＰＡＭ指令により、コンバータ回路２１におけるコンバータ電圧を迅速に低減させ、モータ部４における回転数が急激に上昇する前にモータ部４の回転数を低減する制御を行うことできるので、モータ部４の回転数の上昇を抑制し、回転数の急上昇に伴ううなり音の発生を効果的に抑えることができる。

さらに、マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１に対して、迅速にコンバータ電圧を低減させる旨のＰＡＭ指令を出力することができるので、コンバータ電圧の上昇率を抑制することができるとともに、コンバータ電圧を収束させるための期間を短くすることが可能となる。

また、電源電圧が急激に低下した場合、マイクロプロセッサ２０は、電源電圧の低下を検出した直後に、コンバータ電圧を上昇させる旨のＰＡＭ指令を設定してコンバータ回路２１に出力する。このＰＡＭ指令において、マイクロプロセッサ２０は、ＰＡＭ指令の設定を、コンバータ電圧値が緩やかに上昇するように設定する。この設定により、コンバータ電圧の急激な変動が抑制され、コンバータ電圧の急激な変動に応じて発生する一次電流のオーバーシュート現象を抑制することが可能となり、一次電流の上昇に伴う電源のブレーカ機能の稼働を抑えることが可能となる。

以上、本発明に係るエアコンプレッサ１について図面を用いて詳細に説明したが、本発明に係るエアコンプレッサは、上述した実施の形態に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図４および図５に示したグラフでは、安定状態における電源電圧値をＡＣ８０Ｖとし、安定状態におけるコンバータ電圧をＤＣ２００Ｖとし、安定状態における回転数を３３００回転（ｒｐｍ）とし、ＰＡＭ指令の基準電圧値を、１．５５Ｖとしたが、安定状態におけるそれぞれの値は上述した設定値に限定されるものはなく、適宜変更することが可能である。

また、同様に、図７および図８に示したグラフでは、安定状態における電源電圧値をＡＣ１１０Ｖとし、安定状態におけるコンバータ電圧をＤＣ２００Ｖとし、安定状態における回転数を２０００回転（ｒｐｍ）とし、安定状態における一次電流値を１４．５Ａとし、ＰＡＭ指令の基準電圧値を、１．５５Ｖとしたが、安定状態におけるそれぞれの値は上述した設定値に限定されるものはなく、適宜変更することが可能である。

本実施の形態に係るエアコンプレッサの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るエアコンプレッサの制御回路部を示すブロック図である。 本実施の形態に係るマイクロプロセッサにより電源電圧が上昇した場合に行われる処理を示したフローチャートである。 従来の処理方法に基づいて電源電圧が上昇した場合に変動する電源電圧、コンバータ電圧、回転数およびＰＡＭ指令の状態変化を示した図である。 図３に示した処理方法に基づいて電源電圧が上昇した場合に変動する電源電圧、コンバータ電圧、回転数およびＰＡＭ指令の状態変化を示した図である。 本実施の形態に係るマイクロプロセッサにより電源電圧が低下した場合に行われる処理を示したフローチャートである。 従来の処理方法に基づいて電源電圧が低下した場合に変動する電源電圧、コンバータ電圧、回転数、一次電流およびＰＡＭ指令の状態変化を示した図である。 図６に示した処理方法に基づいて電源電圧が低下した場合に変動する電源電圧、コンバータ電圧、回転数、一次電流およびＰＡＭ指令の状態変化を示した図である。

符号の説明

１ …エアコンプレッサ（モータ制御装置）
２ …タンク部
３ …圧縮空気生成部
４ …モータ部（モータ手段）
５ …制御回路部（制御手段）
８ …（タンク部の）貯留タンク
９ …圧縮空気取出口
９ａ …（圧縮空気取出口の）高圧取出口
９ｂ …（圧縮空気取出口の）常圧取出口
１０ａ、１０ｂ …減圧弁
１４ …連結パイプ
１６ …（モータ部の）ステータ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ …（ステータの）巻線
１７ …ロータ
１８ …（モータ部の）回転数検出部
２０ …マイクロプロセッサ（制御手段）
２１ …コンバータ回路（コンバータ手段）
２２ …インバータ回路
２４ …（コンバータ回路の）整流回路
２５ …（コンバータ回路の）昇圧回路
２５ａ …（昇圧回路の）スイッチング素子
２６ …（コンバータ回路の）平滑回路
２７ …昇圧コントローラ
２８ …電源電圧検出部（電源電圧検出手段）
２９ …交流電源
３０ …電源電流検出部
３１ …コンバータ電圧検出部

Claims (3)

1. 電源電圧を昇圧してモータ手段を駆動するためのコンバータ電圧を生成するコンバータ手段と、
   該コンバータ手段の駆動制御を行うことにより前記コンバータ電圧の値を変動させる制御手段と、
   前記電源電圧の値を検出する電源電圧検出手段と
   を有し、
   前記制御手段は前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて当該電源電圧の値の変動を検出し、検出された前記電源電圧の値における変動量に応じて、前記コンバータ手段により昇圧されるコンバータ電圧の値を制御すること
   を特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて前記電源電圧の値の急激な上昇を検出した場合に、前記コンバータ手段を制御して、前記モータ手段の回転数が上昇する前に前記コンバータ電圧の値を低減すること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧の値に基づいて前記電源電圧の値の急激な低下を検出した場合に、前記コンバータ手段を制御して前記コンバータ電圧の値を緩やかに上昇させること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。

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