JP7250995B1 - モータの駆動制御装置、モータ装置、冷凍空調機、ファン装置および駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータを制御する駆動制御装置、モータ装置、冷凍空調機、ファン装置および駆動制御方法を提供すること。【解決手段】モータ１０２を制御するモータ駆動制御装置１００が提供される。モータ駆動制御装置１００は、モータ１０２に接続されるインバータ回路１２２と、モータ１０２を起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながらモータ１０２に流すようにインバータ回路１２２を制御するインバータ制御器（制御部）１２８を含む。インバータ制御器１２８は、同期電流をモータ１０２に流している間、モータ１０２の負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、同期電流の大きさまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整する。【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの駆動制御装置、モータ装置、モータを動力とした冷凍空調機、モータを動力としたファン装置およびモータの駆動制御方法に関する。

永久磁石同期モータをインバータで制御する場合、モータ回転子の位相を検出することが望ましい一方で、圧縮機のような装置の内部は、通常高温高圧となるため、装置内にホール素子などの位相検出器を設置することが難しい。従来、圧縮機などの装置用インバータ回路に関しては、モータ巻線に流れる電流（モータ電流）から位相を推定する、いわゆる位置センサレス制御と呼ばれる技術が用いられている。また位置センサレス制御は、センサ部品削減によるコスト低減のための技術でもあるため、上記圧縮機以外にもファンモータにも採用されている。

位置センサレス制御は、モータが回転する際に発生する誘起電圧を利用した制御方法であるため、圧縮機起動時における低回転領域においては、モータ回転子の位相の推定精度が低下してしまう。かかる欠点を回避するために、モータ起動時は、モータ回転子の位相情報を必要としない制御構成を組むことができる。具体的には、位置決め電流と呼ばれる直流電流をモータ巻線に流して、固定磁界を発生させることにより、回転子の位相を固定させる、位置決め制御と呼ばれる制御方法が知られている。位置決め制御後は、モータ電流の位相を徐々に進め、すなわち直流電流を交流電流に変化させモータを回転させ、加速させる。これを同期運転モードと呼び、同期運転モード中のモータ電流を同期電流と呼ぶ。同期運転モードでは、起動が失敗しないように、同期電流の大きさを予想される負荷トルクよりも充分に大きな値に設定する必要がある。同期運転モードで、所定の回転数までモータを加速させ、位置センサレス制御モードへ切り替える。位置センサレス制御モードには、様々な制御構成が検討されており、モータの位相誤差などを用いてモータ電流を負荷トルクに合った最適値に調整方法が知られている。

上述した位置決めモード、同期運転モードおよび位置センサレス制御モードに関連して、特開２０１０－２９０１６号公報（特許文献１）が知られている。特許文献１の従来技術では、位置決め電流および同期電流の波高値は、一定とされる。モータのマグネットトルクは、モータ電流に比例することから、予想される負荷トルクに対して同期電流を充分に大きな値に設定する必要がある。さらに冷凍空調用の圧縮機やファンの特性として、同期運転モード中は、モータ回転数が高くなるほど負荷トルクは高くなる。そのため、同期電流の大きさ（波高値）は、同期運転モード終了時に予想される負荷トルクに合わせて設定される。つまり、位置決めモードおよび同期運転モードの前半においては、同期運転モードの後半の負荷に応じて、必要以上に電流が大きな値となっていると言える。

ここで、位置決め電流がインバータ回路に与える影響について説明する。位置決め電流のような直流電流は、インバータ回路に与える熱ストレスが大きく、インバータ回路素子の疲労や劣化を進め、故障や寿命低下の原因となる。そのため位置決め電流は出来るだけ小さく、短時間とすることが望ましい。また、同期運転モード中の初期の低周波の交流電流なども特に、インバータ回路素子の疲労や劣化の懸念がある。これに関連して、特許第７０３４３６８号（特許文献２）は、モータを起動する際に、冷凍サイクルの状態に応じて位置決め電流の大きさを調整し、さらに同期電流の大きさも徐々に増加させる構成を開示する。

しかしながら、特許文献２の従来技術では、冷凍サイクルの状態、具体的には圧縮機の吸入圧力、吐出圧力、熱交換器の温度、前回圧縮機が停止してから今回起動するまでの待機時間といった外部環境情報をインバータ制御装置に入力する必要がある。また、これらの外部環境情報から負荷トルクを推定するため、推定誤差が増大する可能性がある。また、冷凍サイクルの状態の外部環境情報が必要となるため、ファン用インバータへ適用することができるものではなかった。

特開２０１０－２９０１６号公報 特許第７０３４３６８号

本開示は、従来技術における上記点に鑑みてなされたものであり、本開示は、外部環境情報を必要とせず、負荷にあわせてモータ起動時の電流を調整することで、モータの起動を安定化するとともに、起動初期の直流電流や低周波の交流電流を削減することで起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては、インバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能な駆動制御装置、モータ装置、冷凍空調機、ファン装置および駆動制御方法を提供することを目的とする。

本開示では、上記課題を解決するために、下記特徴を有する、モータを制御する駆動制御装置を提供する。駆動制御装置は、モータに接続されるインバータ回路と、モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながらモータに流すようにインバータ回路を制御する制御部とを含む。制御部は、同期電流をモータに流している間、モータの負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、同期電流の大きさまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整する。

さらに、本開示によれば、下記特徴を有するモータ装置が提供されてもよい。モータ装置は、モータと、モータに接続されるインバータ回路と、モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながらモータに流すようにインバータ回路を制御する制御部とを含む。制御部は、同期電流をモータに流している間、モータの負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、同期電流の大きさまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整する。

さらに、本開示によれば、上記モータ装置と、モータ装置のモータを備える圧縮機と、熱交換器とを含む、冷凍空調機を提供することができる。さらに、本開示によれば、上記モータ装置と、モータ装置のモータにより駆動されるファンとを含む、ファン装置を提供することができる。

さらに、本開示によれば、下記特徴を有する、インバータ回路によりモータを制御する駆動制御方法が提供されてもよい。駆動制御方法は、モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながらモータに流すようにインバータ回路を制御するステップを含む。駆動制御方法は、また、同期電流をモータに流している間、モータの負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するステップを含む。駆動制御方法は、さらに、同期電流をモータに流している間、モータの負荷に合わせて、同期電流の大きさまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整するステップを含む。

その他、本願が開示する課題、およびその解決方法は、発明を実施するための形態の欄および図面により明らかにされるであろう。

上記構成によれば、外部環境情報を必要とせず、負荷にあわせてモータ起動時の電流を調整することでモータの起動を安定化するとともに、起動初期の直流電流や低周波の交流電流を削減することで起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては、インバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態による空気調和機の構成図である。 図２は、本発明の実施形態によるモータ駆動制御装置の構成図である。 図３は、本発明の実施形態によるモータ駆動制御装置のインバータ制御器の機能ブロック構成図である。 図４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３軸座標系とｄ軸およびｑ軸の２軸座標系の関係（Ａ）およびｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの合成ベクトルとしての電流Ｉ_１を説明する図である。 図５は、本実施形態であるモータ駆動制御装置の電流指令演算器のより詳細な構成図である。 図６は、本実施形態による同期運転モードで使用する軸誤差Δθｃを説明する図である。 図７は、同期電流補正なしの場合において、軽負荷（Ａ）、中負荷（Ｂ）および重負荷（Ｃ）の場合の制御系軸の電流指令値の位相（電流ベクトル位相）θｓの調整を説明する図である。 図８は、同期電流補正なしの場合および本発明の実施形態による同期運転モードにおいて同期電流補正ありの場合について、負荷トルクが軽負荷および中負荷の場合の制御系軸の電流指令値の位相（電流ベクトル位相）θｓおよび波高値Ｉｓｙｎｃの調整を説明する図である。 図９は、同期電流補正なしの場合および本発明の実施形態による同期運転モードにおいて同期電流補正ありの場合について、負荷トルクが重負荷および超重負荷の場合の制御系軸の電流指令値の位相（電流ベクトル位相）θｓおよび波高値Ｉｓｙｎｃの調整を説明する図である。 図１０は、同期電流補正なしの場合の起動時のモータ電流および位相の時間変化を示すシミュレーション波形図である。 図１１は、本発明の実施形態による同期電流補正ありの場合の起動時のモータ電流および位相の時間変化を示すシミュレーション波形図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明の実施形態は、以下に説明する具体的な実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

本開示は、モータを制御する駆動制御装置、モータおよび駆動制御装置を備えるモータ装置、モータおよび駆動制御装置を備える冷凍空気調和（以下、空気調和を空調と略す場合がある。）機、モータおよび駆動制御装置を備えるファン装置、モータを制御するための駆動制御方法を対象とする。本発明の実施形態による駆動制御装置は、モータに接続されるインバータ回路と、モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながらモータに流すようにインバータ回路を制御する制御部を備える。制御部は、同期電流をモータに流している間、モータの負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、同期電流の大きさまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整することを特徴とするものである。これにより、負荷にあわせてモータ立ち上げ時の同期電流を調整することで、モータの起動を安定化するとともに、初期の電流を小さいものとし、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては装置の故障の防止および長寿命化を図る。

以下、図面を参照しながら、より具体的な実施形態をもって、モータを制御する駆動制御装置、モータおよび駆動制御装置を備えるモータ装置、冷凍空調機およびモータを制御する駆動制御方法について説明する。

以下、図１～図１１を参照しながら、本発明の実施形態によるモータの駆動制御装置およびその駆動制御方法について、冷凍空調機の圧縮機のモータに適用した例をもって説明する。なお、図１～図１１に示した実施形態は、冷凍空調機の一例としての空気調和機用のモータ駆動制御装置およびその駆動制御方法に対応するものである。ここで、冷凍空調機（冷凍空気調和機器）とは、エアーコンディショナーや、冷蔵庫、冷凍庫など、冷媒および冷凍サイクルを利用した機器を総称するものである。冷凍空気調和機の例としては、より具体的には、ルームエアコンやガスエンジンヒートポンプエアコンなど空気調和機、冷凍機やチリングユニットなどの熱源機器、ショーケースや冷凍冷蔵庫、ユニットクーラー、製氷機など業務用冷凍機、カーエアコンなどの輸送用冷凍機器、ヒートポンプ給湯機などが含まれ得るが、以下の説明では、空気調和機を一例として説明する。

以下、まず、図１を参照しながら、モータの駆動制御装置およびその駆動制御方法が実装される冷凍空調機の一例としての空気調和機１の全体構成について説明する。

図１は、本実施形態による空気調和機１の構成図である。図１に示す空気調和機１は、冷房運転および暖房運転を切り替えて行う機器であり、冷媒回路Ｑと、制御装置３０とを備える。なお、図１では、冷房運転中、冷媒回路Ｑにおける冷媒が流れる向きを実線矢印で示しており、以下、特に断りがない限り冷房運転を前提として説明するが、暖房運転中は、逆向きで冷媒が循環することになる。

冷媒回路Ｑは、圧縮機１１、室外熱交換器１３、室内膨張弁２１および室内熱交換器２２を順次接続して構成される。冷媒回路Ｑは、室外機１０に設置される各機器と、室内機２０に設置される各機器と、接続配管ｋ１，ｋ３とを含み構成される。

室外機１０は、圧縮機１１と、アキュムレータ１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、四方弁１５と、ガス阻止弁１８ａと、液阻止弁１８ｂと、センサ類１９とを備える。

圧縮機１１は、制御装置３０からの指令に従って、アキュムレータ１２を介して流入するガス状の冷媒を圧縮する。圧縮機１１は、本実施形態におけるインバータ回路が制御および駆動する対象であるモータを備える。このような圧縮機１１としては、特に限定されるものではないが、スクロール圧縮機を用いることができる。

アキュムレータ１２は、圧縮機１１の吸入側に設置されており、室内熱交換器２２から流入する冷媒を気液分離する。アキュムレータ１２を設けることにより、圧縮機１１での液圧縮が防止され、また、圧縮機１１に吸入される冷媒の乾き度が適度に調整される。

室外熱交換器１３は、そこで、圧縮機１１から吐出される高温高圧の冷媒と、室外ファン１４によって送り込まれる外気との間で熱交換が行われる、熱交換器である。室外熱交換器１３は、冷房運転においては、圧縮機１１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。図１に示す例では、室外熱交換器１３の上流端が、四方弁１５を介して圧縮機１１の吐出口に接続されている。室外熱交換器１３の下流端は、液阻止弁１８ｂ、接続配管ｋ３および室内膨張弁２１を順次介して、室内熱交換器２２に接続されている。

室外ファン１４は、室外熱交換器１３の付近に設置されており、制御装置３０からの指令に従って、室外熱交換器１３に外気を送り込む。

四方弁１５は、冷媒回路Ｑにおいて冷媒が流れる向きを切り替える弁である。冷房運転時には、四方弁１５は、実線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室外熱交換器１３（冷房運転においては凝縮器としてはたらく。）と、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２（冷房運転においては蒸発器としてはたらく。）とが、環状に順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて冷媒が循環する。これに対して、暖房運転時には、四方弁１５は、破線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室内熱交換器２２（暖房運転においては凝縮器としてはたらく。）と、室内膨張弁２１と、室外熱交換器１３（暖房運転においては蒸発器としてはたらく）とが環状に順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて冷媒が循環する。

ガス阻止弁１８ａおよび液阻止弁１８ｂは、空気調和機１の据付作業後に開弁されることで、室外機１０に封入されていた冷媒を冷媒回路Ｑの全体に行き渡らせるための弁である。ガス阻止弁１８ａは、その一方側（冷房運転の下流側）が、四方弁１５に接続され、他方側（冷房運転の上流側）が接続配管ｋ１を介して室内熱交換器２２に接続されている。液阻止弁１８ｂは、その一方側（冷房運転の上流側）が、室外熱交換器１３に接続され、他方側（冷房運転の下流側）が接続配管ｋ３を介して室内膨張弁２１に接続されている。

室外機１０のセンサ類１９としては、吸入圧力センサ１９ａ、吐出圧力センサ１９ｂ、吐出温度センサ１９ｃ、温度センサ１９ｄ、外気温度センサ１９ｇおよび室外熱交換器中間温度センサ１９ｈが含まれる。

室内機２０は、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２と、室内ファン２３と、室内電磁弁２４と、室内熱交換器中間温度センサ２５とを備える。

室内膨張弁２１は、室外熱交換器１３で凝縮された冷媒を減圧する弁である。室内膨張弁２１は、冷房運転において、室外熱交換器１３から接続配管ｋ３を介して室内熱交換器２２に向かう冷媒を減圧する機能を有している。なお、室内膨張弁２１の開度は、制御装置３０によって調整される。

室内熱交換器２２は、そこで、室内膨張弁２１によって減圧された冷媒と、室内空気（被空調空間の空気）との間で熱交換が行われる熱交換器である。冷房運転においては、室内熱交換器２２は、室内膨張弁２１で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。そして、室内熱交換器２２を流れる冷媒の蒸発潜熱によって、室内空気が冷やされる。

室内ファン２３は、室内熱交換器２２の付近に設置されており、制御装置３０からの指令によって、室内熱交換器２２に室内空気を送り込む。室内電磁弁２４は、室内膨張弁２１の上流側に設置されており、室内機２０を運転する際に冷媒を流通させるために開かれる。なお、室内膨張弁２１が全閉可能な構造であれば、室内電磁弁２４を省略することも可能である。

制御装置３０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種インタフェースを含む。ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行する。また、制御装置３０は、本実施形態によるモータ駆動制御装置を備えており、上述したセンサ類１９，２５の検出値やリモート・コントローラからの操作信号に基づいて、圧縮機１１や室内膨張弁２１を含む各機器を制御する。

以下、図２を参照しながら、本発明の実施形態によるモータ駆動制御装置１００およびその駆動制御方法について説明する。なお、図２に示した実施形態は、圧縮機１１が備える圧縮機用モータ１０２の駆動制御装置および駆動制御方法に対応するものである。モータ１０２は、交流モータであり、より具体的には、同期モータであり、典型的には、所定の磁極数の永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ、Permanent Magnet Synchronous Motor）が用いられる。

図２は、本実施形態によるモータ駆動制御装置１００の全体構成を示す図である。なお、図２に示すモータ駆動制御装置１００は、特に限定されるものではないが、図１に示す制御装置３０に実装することができる。図２に示すように、モータ駆動制御装置１００には、交流電源１０１とモータ１０２とが接続されており、モータ駆動制御装置１００は、主に、コンバータ部１１０と、インバータ部１２０とを備える。

コンバータ部１１０は、整流回路１１１、平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４を含み構成される。

交流電源１０１は、３相交流電源であり、これに対応して、整流回路１１１は、３相全波整流回路として構成されている。整流回路１１１は、６つのダイオード（ダイオードに代えてサイリスタであってもよい。）１１２を用いた３相ブリッジ構成となっている。整流回路１１１は、交流電源１０１に接続され、交流電源１０１からの交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ部１２０に出力する。

平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４は、整流回路１１１の直流出力端子に接続される。平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４は、直流フィルタを構成し、整流回路１１１から出力される直流電圧を平滑する。

インバータ部１２０は、直流電圧検出部１２１、インバータ回路１２２、電流センサ１２５，１２６、ゲートドライブ回路１２７およびインバータ制御器１２８を含み構成される。インバータ部１２０には、コンバータ部１１０からの直流電圧が入力される。

直流電圧検出部１２１は、インバータ回路１２２入力側に設けられ、整流回路１１１の出力（平滑コンデンサ１１４の両端）の直流電圧を検出し、検出した電圧値をインバータ制御器１２８に出力する。

インバータ回路１２２は、コンバータ部１１０からの直流電力を交流電力へ変換して、交流負荷であるモータ１０２に出力する。インバータ回路１２２は、３相交流に対応して、６個の半導体スイッチング素子１２３と、各半導体スイッチング素子１２３に逆並列に接続されたダイオード１２４とによって３相ブリッジ回路が構成されている。なお、各スイッチング素子１２３に逆並列に接続されたダイオード１２４は、それぞれのスイッチング素子１２３のオフ時の転流動作のためのダイオードである。

ゲートドライブ回路１２７は、インバータ制御器１２８の制御の下、インバータ回路１２２のパルス幅変調（以下、パルス幅変調をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）と呼ぶ場合がある。）駆動を行う回路である。

インバータ回路１２２は、ゲートドライブ回路１２７から入力されるＰＷＭ駆動信号に従って、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子１２３をオンおよびオフ動作させ、コンバータ部１１０の出力である直流電圧を交流電圧に変換して出力し、モータ１０２の回転数を制御する。

電流センサ１２５，１２６は、交流出力の交流電流を検出し、測定値をインバータ制御器１２８に出力する。

インバータ制御器１２８は、直流電圧検出部１２１からの直流電圧値および電流センサ１２５，１２６からの交流電流値の検出信号に基づいて、ゲートドライブ回路１２７にＰＷＭ制御信号を出力し、所定の駆動電圧に対応したＰＷＭ駆動信号を生成させる。インバータ制御器１２８としては、マイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置が用いられ得る。インバータ制御器１２８は、また、サンプリングホールド回路およびＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部を備えており、入力される各電圧・電流の検出信号がデジタル信号に変換される。

図２に示した回路構成において、インバータ制御器１２８は、圧縮機１１を起動する契機となる条件（電源オンなど）が満たされたことに応答して、ゲートドライブ回路１２７を介して、インバータ回路１２２に所定のＰＷＭ駆動信号を入力することによって、圧縮機１１（およびそのモータ１０２）を起動し、求められる回転数で圧縮機１１を動作させる。

図３は、本発明の実施形態による図２のインバータ制御器１２８の機能ブロック構成図２００である。図３に示す各機能は、コンピュータであるＣＰＵ（Central Processing Unit）およびプログラムにより実現される。

インバータ制御器１２８は、ｄｑ座標系ベクトル制御により、速度指令ωｉに基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、ゲートドライブ回路１２７を介して、インバータ回路１２２を制御する。

以下、ｄｑ座標系ベクトル制御について、概略を説明する。永久磁石同期モータは、コイルに交流電流を流すことにより、回転磁界を発生し、回転子を回転させる。コイルの相数を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相とすると、各相の電流は、位相がπ×（２／３）ずれることから、下記式で与えられる。ここで、Ｉ_１は、交流電流の波高値を表し、Ｉ_Ｕは、Ｕ相に流れるモータ電流を表し、Ｉ_Ｖは、Ｖ相に流れるモータ電流を表し、Ｉ_Ｗは、Ｗ相に流れるモータ電流を表す。

Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３軸の座標系に対して、図４（Ａ）に示すような回転するｄ軸およびｑ軸の２軸の座標系を想定する。ｄ軸とＵ軸の位相差をθｄとし、図４（Ｂ）に示すようにＩ_１とｄ軸がなす角をθｓとすると、ｄ軸とｑ軸とは直交しているため、Ｉ_１をｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの合成ベクトルとした場合、ＩｄＩｑは、下記式の通りとなる：

以上から、３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、θｄを管理することにより直流電流として制御することができる。ここで、図４（Ｂ）に示すように、ｄ軸の方向をモータ１０２の回転子の永久磁石磁界方向と一致させるとすると、Ｉｑが、マグネットトルクに寄与する電流成分（トルク電流）となり、Ｉｄがマグネットトルクに寄与しない電流成分（励磁電流）となる。よって、電流成分Ｉｑを制御することでトルク制御が可能となる。このように交流電流をｄ軸およびｑ軸の直流電流に変換して制御することをｄｑベクトル制御という。

以下、図３の機能ブロック構成図を参照して、インバータ制御器１２８の具体的な機能構成について、より詳細に説明する。インバータ制御器１２８は、ＰＬＬ制御器２０７と、位相演算器２０８と、電流指令演算器２０９と、速度制御器２１０と、ｄ軸電流指令発生器２１１と、軸誤差演算器２１４と、加算器２１８と、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃと、ｄｑベクトル制御部２６０とを備える。ｄｑベクトル制御部２６０は、電圧指令制御器２１２と、２軸／３相変換器２１３と、３相／２軸変換器２１５と、電流再現演算器２１６と、ＰＷＭ制御器２１７とを備え、電流指令値（ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊およびｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊）および制御軸の位相θｄｃを用いてＰＷＭ制御信号を演算する。

電流再現演算器２１６は、例えばインバータ回路１２２の直流側の電流を検出する直流電流検出器が出力する母線電流Ｉｓｈと、三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊とを用いて三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現する。なお、１または複数の実施形態では、シャント抵抗器などを用いて母線電流Ｉｓｈを検出し、母線電流Ｉｓｈから電流再現演算器２１６を用いて三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを算出することができるが、これに限定されるものではない。シャント抵抗器に限らず、ホール素子などを用いて母線電流を検出してもよい。また、母線電流の代わりに、電流センサ１２５，１２６を用いて、三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出してもよい。

３相／２軸変換器２１５は、再現された三相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、推定された制御軸の位相θｄｃとに基づいて、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃを演算する。なお、ｄｃ－ｑｃ軸は、制御系軸と定義し、ｄ－ｑ軸は、モータ１０２の回転子軸と定義し、ｄｃ－ｑｃ軸とｄ－ｑ軸との軸誤差は、Δθｃと定義する。なお、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの演算式については、特許文献１を参照されたい。

電圧指令制御器２１２は、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊と、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊と、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃと、ｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃと、速度指令値ω１^＊と、モータ定数設定値とを用いて、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ^＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ^＊を演算する。電圧指令制御器２１２は、より具体的には、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊とｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃとの偏差およびｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊とｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃとの偏差を演算し、各々の偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、回転速度指令値ω１^＊およびモータ定数設定値を用いて、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ^＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ^＊を演算する。ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ^＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ^＊の演算式については、特許文献１を参照されたい。

２軸／３相変換器２１３は、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ^＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ^＊と、位相演算器２０８が出力した制御系軸の位相θｄｃとに基づいて、モータ１０２の三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を出力する。三相電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊の演算式については、特許文献１を参照されたい。

軸誤差演算器２１４は、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ^＊、ｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ^＊、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃ、ｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃ、回転速度指令値ω１^＊およびモータ定数の設定値（ｒ^＊，Ｌｑ^＊）から（１）式を用いて軸誤差Δθｃを演算する。ｒ^＊は、制御系のモータ巻線抵抗設定値であり、Ｌｑ^＊は、モータのｑ軸インダクタンス設定値である。

ＰＬＬ制御器２０７は、軸誤差演算器２１４が出力する軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ_ｃ ^＊（通常は０近傍に設定）との偏差を、ＰＩ制御器を用いて処理し、モータ回転速度の推定値ωｍ＾を出力する。ここで、ＰＩ制御器は、モータ１０２の回転子軸（ｄ－ｑ軸）と制御系軸（ｄｃ－ｑｃ軸）との推定軸誤差Δθｃを軸誤差指令値Δθ_ｃ ^＊（通常は０近傍）に一致するように制御するものである。位相演算器２０８では、推定したモータ回転速度ωｍ＾を積分して、制御系軸の位相θｄｃを演算する。

説明する実施形態において、モータ起動時は、順に３つの運転モードが切り替えられる。この３つの運転モードは、より具体的には、所定のモータ巻線に流れるｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊を徐々に増加することにより回転子を所定の回転位置に固定させる位置決めモードと、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊とｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊と回転速度指令値ω１^＊とにしたがってモータ１０２に印加する印加電圧を制御する同期運転モードと、軸誤差Δθｃが所定値になるように電流指令値とインバータ周波数とを調整する位置センサレス制御モード（帰還運転モード）とを含む。モータ１０２を起動する際に、位置決めモード、同期運転モードおよび位置センサレス制御モードの順に移行する。なお、他の実施形態では、起動時には、上記３モードのうちのいずれかが省略されてもよいし、１以上の追加のモードがあってもよい。

これらの運転モードは、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃが、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊および位相演算器２０８の入力周波数のうち何れかを変更することにより、もしくは、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃを切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。

位置決めモードおよび同期運転モードの両方では、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃは、Ｂ側に設定される。つまり、速度指令ωｉ（回転速度指令値ω１^＊）がそのまま位相演算器２０８に入力され、制御系位相θｄｃを演算する。電流指令演算器２０９からのｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊とｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊とがそのまま電圧指令制御器２１２に与えられ、電圧指令が演算される。位置決めモード中にモータ１０２の回転子の位置を固定ないし調整するためにモータ１０２に流される電流を位置決め電流という。同期運転モード中に、モータ１０２に流される電流を同期電流と呼ぶ。回転速度指令値ω１^＊は、位置決めモード時にゼロとし、同期運転モード時に徐々に増加するようになっている。つまり、同期運転モード時は、同期電流は、周波数を増加させながらモータ１０２に流されることになる。

位置センサレス制御が可能になるモータ１０２の回転速度になった時刻で、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃは、Ａ側に設定され、動作モードが、位置センサレス制御モードへ移行する。これにより、ＰＬＬ制御器２０７が推定したモータ回転速度ωｍ＾と回転速度指令値ω１^＊との差分がゼロになるように速度制御器２１０がｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊を調整する。この結果、軸誤差（演算値）Δθｃと軸誤差指令値Δθ_ｃ ^＊（通常は０近傍）との差がゼロになる。

なお、負荷が重い状態で位置センサレス制御モードに切り替えると、軸誤差Δθｃが所定値（通常は０近傍）になるような制御ループが働くため、回転子が急加速し、切替ショックが発生する可能性がある。そこで、同期運転モードの後半において、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊とｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊との電流ベクトル位相θｓ（後述する）を調整し、軸誤差Δθｃを小さくした上で、位置センサレス制御モードに切り替えることが好ましい。これにより、回転子位置の急変化が生じないので、切替ショックを低減することができる。

以下、図５を参照しながら、本実施形態における同期運転モードの際の動作をより詳細に説明する。図５は、本実施形態であるモータ駆動制御装置の電流指令演算器２０９のより詳細な構成図である。上述したように、同期運転モードでは、切替器２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃは、Ｂ側に設定されており、位相演算器２０８は、入力される速度指令ωｉ（回転速度指令値ω１^＊）から制御系位相θｄｃを演算し、ｄｑベクトル制御部２６０に入力する。また、回転速度指令値ω１^＊は、同期運転モード時にゼロから徐々に増加する。

図５のブロック図において、電流指令演算器２０９は、電流位相制御器２３１と、余弦演算器２３２と、正弦演算器２３３と、乗算器２３４，２３５と、位相生成器２３６と、同期電流調整器２３７と、加算器２４０と、切替器２４１とを備える。電流指令演算器２０９は、軸誤差Δθｃを入力信号とし、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊およびｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊を出力信号とする。電流指令演算器２０９の出力信号であるｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊およびｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊は、切替器２１９ａ，２１９ｂの接点Ｂを介して、図３に示した電圧指令制御器２１２に与えられる。

電流指令演算器２０９は、同期電流を、周波数を増大させながらモータ１０２に流している同期運転モードの間、モータの負荷に合わせて、同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分Ｉｑｃ^＊およびマグネットトルクに寄与しない成分Ｉｄｃ^＊のバランス（Ｉｑｃ^＊とＩｄｃ^＊の比率、後述する電流ベクトル位相θｓ）を調整するよう構成される。電流指令演算器２０９は、上記同期運転モードの間、さらに、モータの負荷に合わせて、同期電流の大きさＩｓｙｎｃまたはマグネットトルクに寄与する成分の大きさＩｑｃ^＊を調整するよう構成される。

電流指令演算器２０９は、より具体的には、軸誤差演算器２１４によるモータ１０２の回転子軸とｄｑ座標系ベクトル制御の制御系軸との軸誤差Δθｃの推定の結果の入力を受けて、制御系軸の電流指令値の位相（電流ベクトル位相）θｓを調整することにより軸誤差Δθｃを補正し、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊およびｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊を演算する。ここで、軸誤差（演算値）Δθｃは、上記（１）式より求めることができる。軸誤差Δθｃについて補足すると、軸誤差Δθｃは、上述したように、制御系軸（ｄｃ－ｑｃ軸）と実際の回転子軸（ｄ－ｑ軸）との誤差であり、図６のように示される。Δθｃが発生すると、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊と実際にモータに流れるｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃとが不一致となる。また、電流位相制御器２３１は、軸誤差Δθｃを比例積分（ＰＩ）制御器もしくは積分制御器を用いて処理し、電流ベクトル位相θｓを出力する。電流位相制御器２３１では、同期運転モード中は、入力される軸誤差Δθｃを補正するようにθｓを調整する。

ただし、モータ１０２の回転速度ωｍが低い場合、軸誤差Δθｃの演算誤差が大きいため、電流指令演算器２０９の制御は、回転速度ωｍが所定値以上なった後に行うことが好ましい。なお、同期運転モードから位置センサレス制御モードに切り替える切り替え時点よりも早く行い切り替えショックを防止する観点からは、上記回転速度ωｍの所定値は、典型的には、切替え周波数よりも小さい。また、モータ負荷トルクの脈動成分や電流検出誤差の影響を抑制するためには、軸誤差演算値Δθｃをローパスフィルタや移動平均処理するか、もしくは電流位相制御器２３１の設定応答を小さくすることが好ましい。

位相生成器２３６は、電流ベクトル位相θｓを初期値（例えばゼロ）から徐々に（例えば線形に）所定値（例えば、４５ｄｅｇ）まで変化させる。なお、この所定値は、最大起動負荷に相当する電流ベクトル位相θｓの略半分とすることができる。

切替器２４１は、位相生成器２３６から入力される位相（Ｉ側）と、電流位相制御器２３１から入力される位相（ＩＩ側）とを切り替えて、余弦演算器２３２および正弦演算器２３３に出力する。本実施形態において、同期運転モードは、前半（第１の区間）および後続する後半（第２の区間）に分けられる。同期運転モード前半では、切替器２４１は、Ｉ側に接続され、位相生成器２３６を用いて、制御系軸の電流指令値の位相θｓが初期値（例えばゼロ）から所定値（例えば、４５ｄｅｇ）まで増大される。一方、同期運転モード後半では、切替器２４１は、ＩＩ側に接続され、電流位相制御器２３１を用いて、制御系軸の電流指令値の位相θｓを調整することにより、軸誤差Δθｃを補正する。なお、切替器２４１は、電流ベクトル位相θｓが所定値θｓａになってから切り替えることとし、所定値θｓａに達する前が、同期運転モード前半であり、所定値θｓａを越えた以後が、同期運転モード後半である。

入力される位相θｓに基づく余弦演算器２３２からの出力に、同期運転中の電流指令の波高値（振幅設定値）Ｉｓｙｎｃが乗算器２３４で乗算され、その結果が、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ^＊として出力される。同様に、入力される位相θｓに基づく正弦演算器２３３からの出力に、波高値Ｉｓｙｎｃが乗算器２３５で乗算され、その結果が、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊として出力される。なお、説明する実施形態では、加算器２４０により、乗算器２３５の出力に所定の補正量が加算される。

上述した、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊に加算される補正量は、同期電流調整器２３７が計算する。同期電流調整器２３７は、電流位相制御器２３１からの電流ベクトル位相θｓの入力を受けて、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊に加算するための補正量を計算する。同期電流調整器２３７は、同期電流補正器２３８、減算器２３９および切替器２４２を備える。減算器２３９は、電流位相制御器２３１からの電流ベクトル位相θｓと、電流ベクトル位相に対する所定のリミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}との差分を演算する。切替器２４２には、この差分（θｓ－θｓ_{ｌｉｍｉｔ}）がＩＩ側に入力され、ゼロの位相差がＩ側に入力される。切替器２４２は、上述した切替器２４１と同じタイミングで切り替えられてもよい。同期運転モード前半では、切替器２４２の接点は、Ｉに接続されており、同期電流補正器２３８に固定値０が入力される。そのため、同期電流補正器２３８は、同期電流の補正量ΔＩｑｃ^＊として０を出力する。同期運転モード後半では、切替器２４２の接点は、ＩＩに接続されており、同期電流補正器２３８には、電流ベクトル位相に対する所定のリミッタ値の差分（θｓ‐θｓ_{ｌｉｍｉｔ}）が入力される。その場合、同期電流補正器２３８からは非ゼロの同期電流の補正量ΔＩｑｃ^＊が出力され、それが加算器２４０で乗算器２３５の出力に加算される。

ここで、リミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}は、電流ベクトル位相θｓが所定値を超過しないようにするためのリミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}である。上述したように電流ベクトル位相θｓがπ／２のときにマグネットトルクが最大となり、位相θｓがπ／２を超えると脱調するので、θｓ_{ｌｉｍｉｔ}は、π／２よりも小さく設定する必要がある。好ましい実施形態では、リミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}は、制御系軸のｄ軸を基準とした場合に６０ｄｅｇから９０ｄｅｇの範囲である。リミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}は、例えば、π／２×（７／９）に設定することができる。同期電流補正器２３８からは、同期電流の補正量ΔＩｑｃ^＊が出力され、それがＩｓｙｎｃ×ｓｉｎθｓに加算されるので、これによりｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が増加し、マグネットトルクが増加する。その結果、θｓはθｓ_{ｌｉｍｉｔ}の近傍で制限され、脱調を防ぐことができる。

同期電流補正器２３８は、積分制御または比例積分制御を用いることができる。同期電流補正器２３８が出力する補正量が負の数の場合、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が減少し、強制的にθｓがθｓ_{ｌｉｍｉｔ}まで進んでしまうことになる。これを防ぐために、同期電流補正器２３８の出力には下限リミッタが設けられ、下限リミッタ値は、例えば０に設定することができる。これにより補正量が負の数となることはなくなる。

上述した実施形態において、電流指令演算器２０９の出力は、下記のようになる。

なお、説明する実施形態では、同期運転モード後半では、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊に補正量ΔＩｑｃ^＊を加算するものとして説明したが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、補正量ΔＩｑｃ^＊を加算することに代えて、あるいは、それとともに、同期運転中の電流指令の波高値Ｉｓｙｎｃを増大させ、これにより結果としてＩｑｃ^＊を大きくしてもよい。

ここで、同期運転モード後半において補正量ΔＩｑｃ^＊の加算すること（または振幅設定値（波高値）Ｉｓｙｎｃを増大すること）の利点を明らかにするために、電流ベクトル位相θｓのみを調整する場合（つまり、補正量ΔＩｑｃ^＊をゼロかつ波高値Ｉｓｙｎｃ一定とした、同期電流補正なしの場合）を検討する。上述した通り、ｑ軸電流は、マグネットトルクに寄与する電流成分であるため、電流ベクトル位相θｓがπ／２のときｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が波高値Ｉｓｙｎｃと等しくなり、マグネットトルクが最大となる。

図７は、同期電流補正なしの場合において、軽負荷（Ａ）、中負荷（Ｂ）および重負荷（Ｃ）の場合の制御系軸の電流指令値Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊の位相（電流ベクトル位相）θｓを説明する。図７に示すように、負荷が重くなるにつれて、電流ベクトル位相θｓが大きくなるように調整され、マグネットトルクに寄与するｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が増大し、マグネットトルクも増加する。つまり、同期電流補正なしの場合は、図７に示すように、負荷トルクに合わせてθｓが調整され、ここで、θｓの上限は、π／２である。

図７（Ｃ）の重負荷よりも、さらに負荷が大きい場合を検討すると、同期電流補正なしの場合は、同期運転モード中に負荷トルクが大きくなり、電流ベクトル位相がπ／２を超過する（θｓ＞π／２）と脱調してしまう。波高値Ｉｓｙｎｃが一定値であるので、電流ベクトル位相θｓがπ／２のときにマグネットトルクが最大であるからである。よって脱調を防ぐためは、波高値Ｉｓｙｎｃを予め想定される負荷を考慮して充分に大きな値に設定しておく必要がある。

ここで、同期運転モード後半において、電流ベクトル位相θｓに加えて補正量ΔＩｑｃ^＊を加算する（または波高値Ｉｓｙｎｃを増大させる）場合、つまり上述した同期電流補正ありの場合を検討する。

図８および図９は、同期電流補正なしの場合および同期電流補正ありの場合について、負荷トルクを軽負荷、中負荷、重負荷および超重負荷の４段階に分けて説明する。図８は、軽負荷（Ａ，Ｂ）および中負荷（Ｃ，Ｄ）の場合の電流ベクトル位相θｓおよび電流指令値Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊の調整を説明する。図９は、重負荷（Ａ，Ｂ）および超重負荷（Ｃ，Ｄ）の場合の電流ベクトル位相θｓおよび電流指令値Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊の調整を説明する。なお、図８および図９の左側の図（図８（Ａ）、図８（Ｃ）、図９（Ａ）および図９（Ｃ））は、同期電流補正なしの場合を示し、図８および図９の右側の図（図８（Ｂ）、図８（Ｄ）、図９（Ｂ）および図９（Ｄ））は、同期電流補正ありの場合を示す。

同期電流補正なしの場合、波高値Ｉｓｙｎｃは一定であり、負荷トルクが合わせてθｓを調整することで、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊を調整している。一方、説明する実施形態において、同期電流補正ありの場合でも、軽負荷、中負荷および重負荷については、同様に負荷トルクに合わせてθｓを調整することでｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊を調整している。しかしながら、同期電流補正ありの場合、同期電流補正なしの場合に比較して波高値Ｉｓｙｎｃを小さく設定することができることから、同期電流補正なしの場合と比べると、同一負荷トルクではθｓが大きくなる（より進む）。

同期電流補正ありの場合であって、超重負荷の場合、説明する実施形態では、上記式（３）に示すように補正量ΔＩｑｃ^＊が加算されて、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が増大される（図９（Ｄ）の左）。あるいは、波高値Ｉｓｙｎｃを増加させる（Ｉｓｙｎｃ’（＞Ｉｓｙｎｃ）を設定する）ことで、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が増大されてもよい（図９（Ｄ）の右）。

好ましい実施形態では、電流ベクトル位相θｓに対して所定のリミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}が設定されており、負荷の増加により、電流ベクトル位相θｓがリミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}に近づくと、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ^＊が増大され、図９に示すように、マグネットトルクに寄与しない成分Ｉｄｃ^＊が所定値を下回らないようされる。

なお、上述した同期電流補正ありの場合、同期電流補正なしの場合と比較して小さな波高値Ｉｓｙｎｃを設定することができる旨を説明したが、さらに、位置決めモード時および同期運転モード前半において、モータ電流の波高値Ｉｓｙｎｃを徐々に増加させるように構成してもよい。特に、同期運転モード前半の同期電流の波高値Ｉｓｙｎｃは、同期運転モード後半の同期電流の波高値Ｉｓｙｎｃ’より小さく設定されることが好ましい。また、補正量ΔＩｑｃ^＊（および波高値Ｉｓｙｎｃ）は、段階的に増加させてもよいし、連続的に増加させてもよい。

以下、図１０および図１１を参照しながら、位置決めモードから同期運転モード、さらに位置センサレス制御モードへ移行する際のモータ電流および位相の時間変化を、同期電流補正なしの場合および同期電流補正ありの場合について比較する。図１０は、同期電流補正なしの場合の起動時のモータ電流および位相の時間変化を示し、図１１は、同期電流補正ありの場合の起動時のモータ電流および位相の時間変化を示す。なお、図１０および図１１は、モータ起動時のシミュレーション波形図である。

図１０を参照すると明らかなように、同期電流補正なしの場合、位置決めモードと同期運転モード中のモータ電流の波高値は、一定である。特にモータ電流｜Ｉ｜をみると、同期運転モードにおいて、その振幅は、最初から大きく一定である。波高値を一定とするので、脱調を防ぐために波高値Ｉｓｙｎｃを高く設定する必要がある。一方、同期電流補正ありの場合、位置決めモードと同期運転モード中のモータ電流は、徐々に増加している。冷凍空調機用の圧縮機は、一般的に起動時において加速するにしたがって負荷トルクが増加する。そのため、本実施形態による同期運転モータ後半においては、負荷トルクにあわせてモータ電流が増加する。このため、位置決めモードおよび同期運転モード前半においてモータ電流の波高値を、同期電流補正なしの場合と比較して小さくすることができる。

なお、図１０および図１１では、具体的な時間が示されるが、これは、用いる永久磁石同期モータの特性に依存するものであり、具体的な数値に特別な意味はない。

以上説明したように、本開示によれば、外部環境情報を必要とせず、負荷にあわせてモータ起動時の電流を調整することで、モータの起動を安定化するとともに、起動初期の直流電流や低周波の交流電流を削減することで起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては、インバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能な駆動制御装置、モータ装置、冷凍空調機および駆動制御方法を提供することが可能となる。

本実施形態によるモータの駆動制御装置、駆動制御方法および冷凍空調機におけるインバータ回路においては、モータの起動時の初期に流れる電流を削減し、熱ストレスが可能な限り軽減される。特に、冷凍空調機の圧縮機など装置において、好適に、モータ駆動用インバータ回路の損耗を低減することにより、冷凍空調機など装置の故障の防止および長寿命化を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、冷凍空調機およびそれに関連するモータの駆動制御方法について、図面を参照しながら具体的な実施形態をもって説明した。しかしながら、本実施形態によるモータを制御する駆動制御装置およびモータを制御する駆動制御方法が適用可能なモータは、特に限定されるものではない。他の実施形態では、上述した冷凍空調機の圧縮機１１のモータ以外にも、上述した室外ファン１４や室内ファン２３などの冷凍空調機のファン装置のモータに対して適用してもよい。さらに他の実施形態では、冷凍空調機以外の装置のファン装置のモータに適用されてもよい。すなわち、本開示によれば、上述した特徴を有する、モータおよび駆動制御装置を備えるファン装置が提供されてもよい。

なお、本発明の実施形態は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれ得る。例えば、上記した実施形態は、分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また上記の各構成、機能、処理部、処理手段等の一部または全部は、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。さらに、上記の各構成、機能等の一部または全部は、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）などのレガシープログラミング言語やオブジェクト指向プログラミング言語などで記述された、プロセッサがそれぞれの機能を実現するコンピュータ実行可能なプログラムにより実現でき、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの記憶装置、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、ブルーレイディスク、ＳＤ（登録商標）カード、ＭＯなど装置可読な記録媒体に格納して、あるいは電気通信回線を通じて頒布することができる。

また、さらに、上記の各構成、機能等の一部または全部は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル・デバイス（ＰＤ）上に実装することができ、上記機能部をＰＤ上に実現するためにＰＤにダウンロードする回路構成データ（ビットストリームデータ）、回路構成データを生成するためのＨＤＬ（Hardware Description Language）、ＶＨＤＬ（Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language）、Ｖｅｒｉｌｏｇ－ＨＤＬなどにより記述されたデータとして記録媒体により配布することができる。また制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。また以上の説明で例示した各種のデータの形式は、例えば、ＣＳＶ（Comma-Separated Values）、ＸＭＬ（eXtensible Markup Language）、バイナリ（binary）などにより構成することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

１…空気調和機、Ｑ…冷媒回路、１０…室外機、１１…圧縮機、１２…アキュムレータ、１３…室外熱交換器、１４…室外ファン、１５…四方弁、１８ａ…ガス阻止弁、１８ｂ…液阻止弁、１９ａ…吸入圧力センサ、１９ｂ…吐出圧力センサ、１９ｃ…吐出温度センサ、１９ｄ…温度センサ、１９ｇ…外気温度センサ、１９ｈ…室外熱交換器中間温度センサ、２０…室内機、２１…室内膨張弁、２２…室内熱交換器、２３…室内ファン、２４…室内電磁弁、２５…室内熱交換器中間温度センサ、３０…制御装置、１００…モータ駆動制御装置１００、１０１…交流電源、１０２…モータ、１１０…コンバータ部、１１１…整流回路、１１２‥ダイオード、１１３…平滑リアクトル、１１４…平滑コンデンサ、１２０…インバータ部、１２１…直流電圧検出部、１２２…インバータ回路、１２３…半導体スイッチング素子、１２４…ダイオード、１２５，１２６…電流センサ、１２７…ゲートドライブ回路、１２８…インバータ制御器、２００…インバータ制御器の機能ブロック、２０７…ＰＬＬ制御器、２０８…位相演算器、２０９…電流指令演算器、２１０…速度制御器、２１１…ｄ軸電流指令発生器、２１２…電圧指令制御器、２１３…２軸／３相変換器、２１４…軸誤差演算器、２１５…３相／２軸変換器、２１６…電流再現演算器、２１７…ＰＷＭ制御器、２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃ，２４１，２４２…切替器、２３１…電流位相制御器、２３２…余弦演算器、２３３…正弦演算器、２３４，２３５…乗算器、２３６…位相生成器、２３７…同期電流調整器、２３８…同期電流調整器、２３９…減算器、２４０…加算器、２６０…ｄｑベクトル制御部

Claims (12)

1. モータを制御する駆動制御装置であって、
   前記モータに接続されるインバータ回路と、
   前記モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながら前記モータに流すように前記インバータ回路を制御する制御部であって、前記同期電流を前記モータに流している間、前記モータの負荷に合わせて、前記同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、前記同期電流の大きさまたは前記マグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整する制御部と
   を含む、駆動制御装置。
2. 前記制御部は、ｄｑ座標系ベクトル制御を実行しており、前記マグネットトルクに寄与する成分および前記マグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するために、前記モータの回転子軸と前記ｄｑ座標系ベクトル制御の制御系軸との軸誤差Δθｃを推定し、前記制御系軸の電流指令値の位相θｓを調整することにより前記軸誤差Δθｃを補正することを特徴とする、請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記制御部は、前記制御系軸の電流指令値の位相θｓに応じて、前記同期電流の波高値Ｉｓｙｎｃを増大させるか、または、前記マグネットトルクに寄与する成分に補正値を加算する、請求項２に記載の駆動制御装置。
4. 前記制御部は、前記電流指令値の位相θｓが所定値を超過しないようにするためのリミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}を有し、前記リミッタ値θｓ_{ｌｉｍｉｔ}は、前記制御系軸のｄ軸を基準とした場合に６０ｄｅｇから９０ｄｅｇの範囲である、請求項２に記載の駆動制御装置。
5. 前記同期電流を前記モータに流している同期運転モードは、前記制御系軸の電流指令値の位相θｓを初期値から所定値まで増大させる第１の区間と、前記制御系軸の電流指令値の位相θｓを調整することにより前記軸誤差Δθｃを補正する第２の区間と有し、前記第１の区間の前記同期電流の大きさは、前記第２の区間の前記同期電流の大きさより小さく設定される、請求項２に記載の駆動制御装置。
6. 前記制御部は、前記マグネットトルクに寄与する成分および前記マグネットトルクに寄与しない成分のバランスの調整に際して、前記マグネットトルクに寄与しない成分が所定値を下回らないようにするリミッタ値を有する、請求項１に記載の駆動制御装置。
7. 前記制御部は、前記モータを起動する際に、前記同期電流を前記モータに流している同期運転モードに加えて、前記同期運転モード前の前記モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流を前記モータに流す位置決めモードおよび前記同期運転モード後の前記モータの回転角を帰還制御する位置センサレス制御モードの一方または両方を備える、請求項１に記載の駆動制御装置。
8. 前記モータは、永久磁石同期モータである、請求項１に記載の駆動制御装置。
9. モータと、
   前記モータに接続されるインバータ回路と、
   前記モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながら前記モータに流すように前記インバータ回路を制御する制御部であって、前記同期電流を前記モータに流している間、前記モータの負荷に合わせて、前記同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するとともに、前記同期電流の大きさまたは前記マグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整する制御部
   を含む、モータ装置。
10. 請求項９に記載のモータ装置と、
    前記モータ装置の前記モータを備える圧縮機と
    熱交換器と
    を含む、冷凍空調機。
11. 請求項９に記載のモータ装置と、
    前記モータ装置の前記モータにより駆動されるファンと、
    を含む、ファン装置。
12. インバータ回路によりモータを駆動する駆動制御方法であって、
    前記モータを起動する際に、同期電流を、周波数を増加させながら前記モータに流すように前記インバータ回路を制御するステップと、
    前記同期電流を前記モータに流している間、前記モータの負荷に合わせて、前記同期電流のうちのマグネットトルクに寄与する成分およびマグネットトルクに寄与しない成分のバランスを調整するステップと、
    前記同期電流を前記モータに流している間、前記モータの負荷に合わせて、前記同期電流の大きさまたは前記マグネットトルクに寄与する成分の大きさを調整するステップと
    を含む、駆動制御方法。

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