(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子およびコイルを含むモータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、
前記検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、
スイッチング素子を含み、制御データに基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記コイルの通電を制御するインバータ回路と、
複数のトルク補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記トルク補正量を出力するトルク記憶部と、
複数の第１の回転速度補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記複数の第１の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、
前記検出された駆動電流に基づいて、前記回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、
前記検出された電流振動を相殺するための第２の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、
前記モータの回転速度指令値を前記第１の回転速度補正量および前記第２の回転速度補正量に基づいて補正し、前記補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、
前記正弦波データおよび前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を前記制御データとして算出するＰＷＭ作成部とを備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ制御装置は、さらに、
前記正弦波データおよび前記検出された駆動電流に基づいて、前記モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、ＰＩ（Proportional Integral）制御値を算出するＰＩ演算部とを備え、
前記ＰＷＭ作成部は、前記正弦波データ、前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量および前記ＰＩ制御値に基づいて、ＰＷＭ信号を前記制御データとして算出する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流振動検出部は、
前記正弦波データから得られた前記モータの駆動電圧の位相に基づいて、前記回転子の機械角を算出し、
算出した機械角が前記回転子の機械角周期における１または複数の特定の機械角に一致するときの前記駆動電流を複数の前記機械角周期にわたって測定し、
前記駆動電流の測定ごとに、現測定データまでの所定回数の測定データの平均値を算出して、算出した平均値と現測定データとの差を電流振動値として算出するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ制御装置は、さらに、
前記モータの回転速度指令値と、前記第１の回転速度補正量と、前記第２の回転速度補正量とを乗算する乗算器を備え、
前記正弦波データ作成部は、前記乗算器の乗算結果に基づく周波数を有する前記正弦波データを作成する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
回転子およびコイルを含むモータと、
前記モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、
前記検出された駆動電流に基づいて前記モータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、
スイッチング素子を含み、制御データに基づいて前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記コイルの通電を制御するインバータ回路と、
複数のトルク補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記トルク補正量を出力するトルク記憶部と、
複数の第１の回転速度補正量を記憶し、前記検出された機械角に基づいて前記複数の第１の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、
前記検出された駆動電流に基づいて、前記回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、
前記検出された電流振動を相殺するための第２の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、
前記モータの回転速度指令値を前記第１の回転速度補正量および前記第２の回転速度補正量に基づいて補正し、前記補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、
前記正弦波データおよび前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量に基づいて、ＰＷＭ信号を前記制御データとして算出するＰＷＭ作成部とを備えるモータシステム。
【請求項６】
前記モータシステムは、さらに、
前記正弦波データおよび前記検出された駆動電流に基づいて、前記モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、ＰＩ制御値を算出するＰＩ演算部とを備え、
前記ＰＷＭ作成部は、前記正弦波データ、前記トルク記憶部から受けた前記トルク補正量および前記ＰＩ制御値に基づいて、ＰＷＭ信号を前記制御データとして算出する請求項５に記載のモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置およびモータシステムに関し、特に、モータの乱調を抑制するモータ制御装置およびモータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機および冷蔵庫などの商品の圧縮機として広く使用されているシングルロータリ圧縮機およびレシプロ型圧縮機などでは、モータ１回転中において、冷媒の吸入および吐出のタイミングによって負荷トルクが大きく変動し、１回転中の速度むらが生じることによりモータの振動が大きくなるという問題がある。
【０００３】
このようなモータの振動を抑制する装置として、たとえば、特許文献１には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置は、モータロータの１回転中の回転位置情報に基づいてモータロータの１回転中における機器の負荷トルクの変動を算出する。そして、この算出結果に基づいてモータに供給される電流および電圧のうち少なくとも一方を制御して機器の負荷トルクとモータの出力トルクを略等しくする。これにより、モータ出力トルクと１回転中において脈動する実際の負荷トルクとの差に起因して生じていた振動を小さくすることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置は、電流を検出する電流センサおよび電流アンプと、機械角を検出する機械角判定部と、電圧データを作成する正弦波データ作成部と、制御データに基づいて各コイルに通電するインバータ回路と、機械角に対応し、第１の補正値を記憶するトルク記憶部と、インバータ回路を制御するマイクロコンピュータとを備える。マイクロコンピュータは、電流の積算値同士の比率を算出する検出部と、検出部により算出された比率を目標の比率に制御するように第２の補正値を算出するＰＩ（Proportional Integral）演算部と、制御データを算出するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）作成部とを含む。このように、ホールＩＣ（Integrated Circuit）に代表されるようなロータ位置センサを利用せず、予め測定された負荷トルクの変動パターンに基づいてモータへの変調率または周波数を制御することにより、モータの振動を抑制する。
【０００５】
一方、圧縮機の機械的な共振により乱調現象が発生する。ある特有の周波数における乱調現象を抑制する装置として、たとえば、特許文献３には、以下のような構成が開示されている。すなわち、この装置では、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御するマイクロコンピュータにおいて、交流電圧と交流電流との位相差を検出し、この検出した交流電圧／電流位相差情報と目標とする位相差情報との誤差に応じたデューティ基準値を算出する。また、交流電流の振動成分を検出し、この振動成分に基づいて同期モータの回転数の補正量を算出する。算出したデューティ基準値および補正された回転数指令値に応じた正弦波データに基づいて、ＰＷＭ波形信号を作成してインバータ回路に出力する。このように、ロータ位置センサを利用しない制御システムによって、予期しないような乱調現象を、特定の電圧位相における電流の変動として検出し、その変動を抑えるようにモータへの周波数（角速度）を調整することにより、乱調現象を抑制することができる。
【特許文献１】特開平８−３２２２７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４８４１号公報
【特許文献３】特開２００６−１１５５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２に記載の負荷トルク変動抑制制御と、特許文献３に記載の乱調抑制制御との両者が同じシステムに存在した場合、これらの制御が互いに干渉し合い、制御動作が不安定になり、また、制御ゲインの最適化が困難になるといった不具合が生じる。
【０００７】
これは、一般的に負荷トルク変動抑制制御によりモータ電流波形が大きく歪む特性があるため、乱調現象がない状態においても、乱調抑制制御システムが乱調を誤検出して不必要に制御してしまうためである。
【０００８】
図２５は、ある圧縮機用６極同期モータにおいて負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合う状態を示す図である。
【０００９】
図２５において、グラフＧ２１は、乱調制御を行ない、かつ負荷トルク変動の抑制制御による振動抑制効果（制振性能）を最適化したシステムにおける同期モータのＵ相の電流波形を示している。また、グラフＧ２２は、グラフＧ２１で示すシステムにおいて乱調制御を停止した状態における同期モータのＵ相の電流波形を示している。
【００１０】
グラフＧ２１が示す振動の大きさは１２４μｍであり、グラフＧ２２が示す振動の大きさは４２３μｍである。グラフＧ２１およびＧ２２から、乱調制御を停止した場合、振動抑制効果（制振性能）に影響が及んでいる、すなわち負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合っていることが分かる。
【００１１】
それゆえに、本発明の目的は、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、モータを安定して運転することが可能なモータ制御装置およびモータシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるモータ制御装置は、回転子およびコイルを含むモータを制御するためのモータ制御装置であって、モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、検出された駆動電流に基づいてモータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、スイッチング素子を含み、制御データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、コイルの通電を制御するインバータ回路と、複数のトルク補正量を記憶し、検出された機械角に基づいてトルク補正量を出力するトルク記憶部と、複数の第１の回転速度補正量を記憶し、検出された機械角に基づいて複数の第１の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、検出された駆動電流に基づいて、回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、検出された電流振動を相殺するための第２の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、モータの回転速度指令値を第１の回転速度補正量および第２の回転速度補正量に基づいて補正し、補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、正弦波データおよびトルク記憶部から受けたトルク補正量に基づいて、ＰＷＭ信号を制御データとして算出するＰＷＭ作成部とを備える。
【００１３】
好ましくは、モータ制御装置は、さらに、正弦波データおよび検出された駆動電流に基づいて、モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、ＰＩ制御値を算出するＰＩ演算部とを備え、ＰＷＭ作成部は、正弦波データ、トルク記憶部から受けたトルク補正量およびＰＩ制御値に基づいて、ＰＷＭ信号を制御データとして算出する。
【００１４】
好ましくは、電流振動検出部は、正弦波データから得られたモータの駆動電圧の位相に基づいて、回転子の機械角を算出し、算出した機械角が回転子の機械角周期における１または複数の特定の機械角に一致するときの駆動電流を複数の機械角周期にわたって測定し、駆動電流の測定ごとに、現測定データまでの所定回数の測定データの平均値を算出して、算出した平均値と現測定データとの差を電流振動値として算出するように構成されている。
【００１６】
好ましくは、モータ制御装置は、さらに、モータの回転速度指令値と、第１の回転速度補正量と、第２の回転速度補正量とを乗算する乗算器を備え、正弦波データ作成部は、乗算器の乗算結果に基づく周波数を有する正弦波データを作成する。
【００１７】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるモータシステムは、回転子およびコイルを含むモータと、モータのコイルを通して流れる駆動電流を検出する電流センサと、検出された駆動電流に基づいてモータの回転子の機械角を検出する機械角判定部と、スイッチング素子を含み、制御データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、コイルの通電を制御するインバータ回路と、複数のトルク補正量を記憶し、検出された機械角に基づいてトルク補正量を出力するトルク記憶部と、複数の第１の回転速度補正量を記憶し、検出された機械角に基づいて複数の第１の回転速度補正量のうちのいずれかを出力する周波数記憶部と、検出された駆動電流に基づいて、回転子の機械角周期よりも長い周期で生じる電流振動を検出する電流振動検出部と、検出された電流振動を相殺するための第２の回転速度補正量を生成する回転速度補正量演算部と、モータの回転速度指令値を第１の回転速度補正量および第２の回転速度補正量に基づいて補正し、補正後の回転速度に基づいて正弦波データを作成する正弦波データ作成部と、正弦波データおよびトルク記憶部から受けたトルク補正量に基づいて、ＰＷＭ信号を制御データとして算出するＰＷＭ作成部とを備える。
【００１８】
好ましくは、モータシステムは、さらに、正弦波データおよび検出された駆動電流に基づいて、モータの駆動電圧および駆動電流の位相差を算出する位相差算出部と、位相差算出部により算出された位相差と目標値との差に基づいて、ＰＩ制御値を算出するＰＩ演算部とを備え、ＰＷＭ作成部は、正弦波データ、トルク記憶部から受けたトルク補正量およびＰＩ制御値に基づいて、ＰＷＭ信号を制御データとして算出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、モータを安定して運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るモータシステムの構成を示す図である。
図１を参照して、モータシステム２０１は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ５１と、同期モータ制御装置１０１とを備える。同期モータ制御装置１０１は、ＩＰＭモータ５１に接続され、ＩＰＭモータ５１を駆動するインバータ回路５２と、インバータ回路５２に接続され、交流電力を直流電力に変換して供給するコンバータ回路５３と、コンバータ回路５３に接続され、交流電力を供給する交流電源５４と、ＩＰＭモータ５１の巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のうち特定の相（図１ではＵ相）に流れる巻線電流を検出し、信号を出力する電流センサ５５と、電流センサ５５に接続され、電流センサ５５が出力した信号に対して所定量の増幅およびオフセット加算を行ない、巻線電流信号を出力する電流アンプ５６と、電流アンプ５６に接続されるマイクロコンピュータ５７とを含む。
【００２２】
ＩＰＭモータ５１は、逆起電圧パルスなどを検出して速度を制御する方式とは異なり、いわゆる強制励磁駆動により制御される。強制励磁駆動とは、モータ巻線に通電するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波からなる正弦波電圧の周波数でモータの回転速度を決定する駆動方式をいう。ＩＰＭモータ５１を駆動する電流の波形は特に特定されないが、ロータの磁束分布に合わせた巻線電流が得られるような波形であれば、より高効率に駆動される。本実施の形態において、ＩＰＭモータ５１は、変化が滑らかなため、電流を供給することにより振動および騒音を少なくできる正弦波を用いて駆動される。
【００２３】
ＩＰＭモータ５１は、同期モータの一種で、ロータ内部に永久磁石を埋め込んで配置した埋込み磁石型ブラシレスモータである。本実施の形態において、ＩＰＭモータ５１は、３相４極ブラシレスモータである。これにより、駆動の際、磁石磁束および巻線電流によって発生するフレミングトルクと、ロータ形状によってモータ巻線のインダクタンスが変化することを利用したリラクタンストルクとが合成される。その結果、ＩＰＭモータは他の同期モータに比べて大きなトルクが得られるため、モータの高効率化が可能である。フレミングトルクとリラクタンストルクとはそれぞれロータとステータとの相対位置の関数となっている。フレミングトルクとリラクタンストルクとの和を最大とするには、ロータとステータとの相対位置が適当な時にモータ巻線へ通電することが必要である。
【００２４】
ＩＰＭモータ５１には、シングルロータリ型圧縮機（図示せず）が負荷として接続される。シングルロータリ型圧縮機は、冷蔵庫（図示せず）の冷媒または空気調和機（図示せず）の空気を圧縮する圧縮機である。図２を参照して、シングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を説明する。シングルロータリ型圧縮機の特徴は、構造が簡単で製造コストが安価である反面、負荷トルク変動が非常に大きいことである。シングルロータリ型圧縮機は、モータ１回転の間に冷媒の吸入、圧縮、吐出というサイクルを順次繰り返す。吐出の直前は冷媒が圧縮されているので負荷トルクは大きくなる。吐出の直後は冷媒が抜けているので負荷トルクは小さくなる。その結果、ロータの機械角に対応して負荷トルクが変動する。冷媒の吸入、圧縮、吐出を連続的に行なうスクロール型圧縮機はこのような負荷トルク変動を生じない。
【００２５】
インバータ回路５２は、複数のスイッチング素子を含む。このスイッチング素子のオン・オフを制御することで、ＩＰＭモータ５１における複数のモータ巻線の通電が制御される。
【００２６】
電流センサ５５は、カレントトランスでもよいが、本実施の形態においては巻線とホール素子で構成されたいわゆる電流センサとする。
【００２７】
マイクロコンピュータ５７は、検出部６０と、位相差記憶部６１と、加算器６２と、ＰＩ（Proportion Integral）演算部６３と、設定部６５と、正弦波記憶部６６と、正弦波データ作成部６７と、ＰＷＭ作成部６８と、機械角判定部７０と、トルク記憶部７２と、第１乗算器７５と、周波数記憶部８０と、第２乗算器８５と、電流振動検出部８１と、回転速度補正量演算部８２とを含む。
【００２８】
検出部６０は、位相差情報を算出する。位相差記憶部６１は、位相差情報の目標値を記憶する。加算器６２は位相差情報の目標値と検出部６０から出力された位相差情報との誤差を表わす誤差データを算出し、ＰＩ演算部６３に出力する。ＰＩ演算部６３は、加算器６２から受けた誤差データに基づいて比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、ＰＷＭ波形信号の基となるＰＩ制御信号を第１乗算器７５に出力する。
【００２９】
設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を設定する。正弦波記憶部６６は、連続してグラフ上にプロットすると正弦波が表れるデータ列を記憶する。正弦波データ作成部６７は、モータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応する、正弦波記憶部６６に記憶された正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力するとともに、Ｕ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する。正弦波データは、正弦波記憶部６６に記憶されたデータ列から、ＩＰＭモータ５１の回転速度に応じて定められる間隔ごとに読出される。正弦波データは、モータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の電圧と位相との標準的な設定を特定するデータである。ＩＰＭモータ５１の回転速度を速くする場合はこの間隔を大きくする。ＩＰＭモータ５１の回転速度を遅くする場合はこの間隔を小さくする。すなわち、モータ回転速度は、ＩＰＭモータ５１の構造的なものを除外すると、ＰＷＭキャリア周波数とこの間隔とで決まる。正弦波記憶部６６から巻線の各相ごとにデータを読出す際、読出されるデータの順番の差は、各相間の位相差に相当する。たとえば３相であれば、それぞれの相のデータの順番の差は、電気角で１２０°のずれに相当する。Ｕ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報は、Ｕ相の正弦波データに基づいて作成される。なお、検出部６０は、正弦波データ作成部６７が出力するＵ相の正弦波データに基づいてＵ相のモータの駆動電圧の位相を算出する構成であってもよい。
【００３０】
ＰＷＭ作成部６８はいわゆるＰＷＭ波形発生器を含む。本実施の形態においてＰＷＭ作成部６８は、各相ごとの正弦波データおよび後述するデューティ基準値を乗算した結果に基づいてＰＷＭ波形信号を出力する。
【００３１】
機械角判定部７０は、巻線電流におけるＩＰＭモータ５１の１回転中の脈動を表わす脈動データからロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する。
【００３２】
トルク記憶部７２は、メモリ（図示せず）とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路（図示せず）とを含む。トルク記憶部７２は、予めロータの機械角に対応したステート毎のトルク補正量を記憶し、ロータの回転速度やロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する。ステートとは、ロータ１回転をたとえば電気角６０°（＝機械角３０°）といった一定の範囲毎に分割したものをいう。ステートの範囲は、ＩＰＭモータ５１のステータの配置に基づいて特定できる。図３を参照して、本実施の形態におけるトルク補正量のデータを説明する。本実施の形態の場合、モータトルクをＰＷＭデューティにより制御するので、トルク記憶部７２に記憶するトルク補正量とは、ＰＷＭデューティの補正量を表わす。振動の低減に適したトルクパターンは回転速度および負荷トルクにより変化するため、トルク記憶部７２は複数の区分に分けられた回転速度および負荷トルク（本実施の形態では回転速度のみ）に応じて、複数のトルクパターンを記憶する。トルク記憶部７２が回転速度に応じたトルクパターンを出力すると、制御性能は向上する。トルクパターンは相数と極数との積である１２に分割された第０ステート〜第１１ステートまでの１２ステートを有する。ただし、第Ｓステートと第（Ｓ＋６）ステート（Ｓ：０〜５の整数）のインバータ駆動電圧位相は同一である。図４に３相４極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す。トルク記憶部７２がロータの回転速度を検知する方法は特に限定されないが、本実施の形態においては、機械角判定部７０が検出するＩＰＭモータ５１のロータの機械角の時間的な変化に基づいて回転速度を検知するものとする。
【００３３】
第１乗算器７５は、ＰＩ演算部６３から出力されたＰＩ制御信号と、トルク記憶部７２から出力された、ロータの機械角に対応するステートのトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する。最終的にＰＷＭ作成部６８に出力されるデューティ基準値は、図３のトルク補正量を用いて式（１）にしたがって算出される。
【００３４】
デューティ基準値＝トルク補正量×ＰＩ制御信号  ・・・・・（１）
図５および図６を参照して、ＰＩ制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由について説明する。図５はモータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。図５（Ａ）はシングルロータリーコンプレッサの負荷トルクが小さい場合を示し、図５（Ｂ）は負荷トルクが大きい場合を示す。モータに脱調を起こさせず、かつ高効率でモータを駆動させるためには、ロータへの通電タイミングが、ロータとステータとの相対位置に基づき、適切な値に制御される必要がある。通電タイミングが適切な値に制御されるためには、マイクロコンピュータ５７は位相差情報を適切な値に制御する必要がある。本実施の形態でいう適切な値とは、図５に示す位相差範囲に含まれる値をいう。位相差情報が過小であると、ＩＰＭモータ５１は負荷トルクを駆動するモータ発生トルクを出力できない。その結果モータ脱調が発生する。たとえば、図５（Ａ）の位相差情報と図５（Ｂ）の位相差情報とが同じ値とすると、負荷トルクが小さい場合、ＩＰＭモータ５１は高い効率で駆動するが、負荷トルクが大きい場合、モータ脱調を起こす。これは位相差情報の値が位相差範囲に含まれなくなるためである。
【００３５】
図６は本実施の形態における位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。駆動電圧と位相差情報とには線形な関係があることが知られているので、位相差情報は、位相差情報＝Ｋ（１）×駆動電圧＋Ｋ（２）（Ｋ（１）、Ｋ（２）は相関係数）という式によって表わすことができる。相関係数Ｋ（１）、Ｋ（２）は負荷トルクなどの条件によって異なる。図６によると、位相差情報の値が一定の場合、負荷トルクが大きいと駆動電圧Ｖ（２）はＶ（１）より大きくなる。これに基づき、駆動電圧として適切な値が出力されると、マイクロコンピュータ５７は位相差情報を適切な値に制御することができる。駆動電圧として適切な値が出力されるためには、マイクロコンピュータ５７は駆動電圧の値を負荷トルクに基づいて定める必要がある。駆動電圧の値は、デューティ基準値によって定められる。これが、ＰＩ制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由である。
【００３６】
周波数記憶部８０は、メモリ（図示せず）とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路（図示せず）とを含む。周波数記憶部８０は、予め記憶した駆動電圧の周波数を補正する駆動周波数補正量のうち、機械角判定部７０から出力されたロータ情報と、ロータ情報の単位時間あたりの変化率（回転速度）とに対応する駆動周波数補正量を第２乗算器８５に出力する。図７を参照して、周波数記憶部８０が記憶する駆動周波数補正量について説明する。駆動周波数補正量の平均値は「１」となるように設定されている。これは、モータの回転速度の目標値から決定される、所定周期当たりの駆動電圧の周波数の平均値を一定とするためである。複数の領域に区分された回転速度に対応する複数の補正量パターンが記憶されているのは、高効率運転などに適した補正量パターンが回転速度および負荷トルクにより変化するためである。周波数記憶部８０が回転速度に応じた駆動周波数補正量を出力することにより、制御性能は向上する。ただしモータの起動直後の場合、周波数記憶部８０は駆動周波数補正量を出力しない。圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が小さいため、シングルロータリ型圧縮機に接続されたＩＰＭモータ５１の回転中の負荷変動も小さくなる結果、ＩＰＭモータ５１は駆動周波数の補正を必要としないからである。
【００３７】
電流振動検出部８１は、正弦波データ作成部６７から受けたＵ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報に基づいて、ＩＰＭモータ５１のＵ相の機械角を算出する。そして、電流振動検出部８１は、電流アンプ５６から受けたＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角１周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。
【００３８】
図８は、Ｕ相電流の波形および電流サンプルタイミングの一例を示す図である。
図８を参照して、まず、電流振動検出部８１は、Ｕ相のモータの駆動電圧の機械角を算出する。
【００３９】
本実施の形態において、ＩＰＭモータ５１は、３相４極ブラシレスモータであることから、機械角１周期はＵ相のモータの駆動電圧の電気角周期２回分である。
【００４０】
よって、電流振動検出部８１は、電気角周期の１周期目であって、かつＵ相のモータ駆動電圧の位相が３６０度から０度にクリアされるタイミング、すなわちゼロクロスにて電気角周期の２周期目に切り替わったと判定する。さらに、電流振動検出部８１は、電気角周期の２周期目において、次のゼロクロスのタイミングにて電気角周期の１周期目に切り替わったと判定する。以後これらの判定を繰り返す。
【００４１】
そして、電流振動検出部８１は、電気角周期の１周期目では、Ｕ相のモータの駆動電圧の機械角すなわちＩＰＭモータ５１のＵ相の機械角を以下の式で算出する。
【００４２】
Ｕ相のモータの駆動電圧の機械角＝Ｕ相のモータの駆動電圧の位相／２
また、電流振動検出部８１は、電気角周期の２周期目では、Ｕ相のモータの駆動電圧の機械角を以下の式で算出する。
【００４３】
Ｕ相のモータの駆動電圧の機械角＝１８０度＋Ｕ相のモータの駆動電圧の位相／２
電流振動検出部８１は、算出した現在のＵ相のモータの駆動電圧の機械角と予め設定された特定の機械角（本実施の形態では６０度とする）とを比較することにより、図８の矢印で示すように機械角周期の各々における同一のタイミングでＵ相電流の絶対値を検出する。
【００４４】
次に、電流振動検出部８１は、検出した電流絶対値（以下、Ｉ６０と称する。）の平均値を算出する。
【００４５】
電流振動検出部８１は、たとえば、過去４回分の平均値を、サイクリングバッファ方式にて算出する。具体的には、電流振動検出部８１は、検出したＩ６０を古い値からＩ６０［３］、Ｉ６０［２］、Ｉ６０［１］、Ｉ６０［０］の順で格納する。そして、次の検出タイミングで、Ｉ６０［３］にＩ６０［２］の値を、Ｉ６０［２］にＩ６０［１］の値を、Ｉ６０［１］にＩ６０［０］の値を、Ｉ６０［０］に最新のＩ６０の値を順次格納することで、常に最新の過去４回分のデータを更新していき、この過去４回分のデータの平均値を算出する。
【００４６】
そして、電流振動検出部８１は、算出した平均値と最新のＩ６０との差を電流振動値として算出する。
【００４７】
図９は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたＵ相電流の振動波形の一例を示す図である。
【００４８】
図９を参照して、上記のような算出方法により、電流振動検出部８１は、機械角周期より長い周期の電流振動のみを検出していることが分かる。
【００４９】
図１０は、Ｕ相電流の波形および電流サンプルタイミングの他の例を示す図である。
図１０を参照して、電流振動検出部８１は、１つの機械角周期における複数の機械角におけるＵ相の電流を複数の機械角周期において測定し、この測定結果に基づいて電流振動を検出する構成であってもよい。図１０では、電流振動検出部８１は、１つの機械角周期における２つの位相、たとえば６０度および２８５度における電流を測定している。
【００５０】
電流振動検出部８１は、算出した現在のＵ相のモータの駆動電圧の機械角と予め設定された特定の機械角（ここでは６０度および２８５度）とを比較することにより、図１０の矢印で示すように機械角周期の各々における同一のタイミングでＵ相電流の絶対値を検出する。
【００５１】
次に、機械角６０度における電流絶対値Ｉ６０の平均値と、機械角２８５度における電流絶対値（以下、Ｉ２８５と称する。）の平均値とを算出する。平均値の算出方法は、上記した方法と同様である。そして、電流振動検出部８１は、算出したＩ６０およびＩ２８５の平均値と最新のＩ６０およびＩ２８５との差をそれぞれ電流振動値として算出する。
【００５２】
図１１は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたＵ相電流の振動波形の他の例を示す図である。
【００５３】
図１１を参照して、上記のような算出方法により、電流振動検出部８１は、１つの機械角周期における１つの機械角の電流を測定する構成と比べて電流振動を正確かつ高速に検出することができ、応答性が向上する。
【００５４】
回転速度補正量演算部８２は、電流振動検出部８１から受けた電流振動値に適切なゲインを乗算することにより、電流振動を相殺するための乱調補正量を算出する。
【００５５】
第２乗算器８５は、設定部６５からの出力値と周波数記憶部８０からの駆動周波数補正量と回転速度補正量演算部８２からの乱調補正量とを乗算し、正弦波データ作成部６７に電圧の位相を表わす情報を出力する。
【００５６】
このマイクロコンピュータ５７は、コンピュータハードウェアと図示しない制御部により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、ＦＤ（Flexible  Disk）またはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read  Only  Memory）などの記録媒体に格納されて流通し、記録媒体として入力部（図示せず）により読込まれる。制御部は入力部に読込まれたソフトウェアを実行する。
【００５７】
図１２および図１３を参照して、マイクロコンピュータ５７で実行されるプログラムは、ＩＰＭモータ５１の制御に関し、以下のような制御構造を有する。
【００５８】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、検出部６０は、設定部６５が設定したＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を検出する。この回転速度の指令値は、正弦波データ作成部６７を介して検出される。Ｓ１０２にて、検出部６０は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が大きくなっているとして設計時に定められた回転速度まで上昇したか否かを判断する。ＩＰＭモータ５１は、設定部６５が設定した回転速度で回転する。設定部６５が当初設定する回転速度は、最終的な回転速度より小さい。これは、ＩＰＭモータ５１を安定して回転させるためである。ＩＰＭモータ５１が回転を開始した後、設定部６５は次第に回転速度の指令値を増加させる。設計時に定められた回転速度まで上昇したと判断した場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１００へと移される。Ｓ１０４にて、検出部６０は、ステートをいったん任意の方法で仮設定し、仮設定した第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）とを測定する。
【００５９】
Ｓ１０６にて、検出部６０は、巻線電流値ＩＰ（４）とＩＰ（１０）との差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値以上か否かを判断する。これは、比較する巻線電流値の差が小さい場合、巻線電流値の検出誤差が大きくなるので、ロータの機械角の判定が間違われる可能性が高いからである。しきい値以上と判断した場合には（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０４へと移される。
【００６０】
Ｓ１０８にて、検出部６０は、巻線電流値を測定し、巻線電流値ＩＰ（４）がＩＰ（１０）より大きいか否かを判断する。巻線電流値ＩＰ（４）がＩＰ（１０）より大きいと判断した場合には（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２へと移される。
【００６１】
Ｓ１１０にて、検出部６０は、内部の第１レジスタ（図示せず）の値に「１」を加算するとともに、内部の第２レジスタ（図示せず）の値を「０」とする。Ｓ１１２にて、ＰＷＭ作成部６８は、内部の第２レジスタの値に「１」を加算するとともに、内部の第１レジスタの値を「０」とする。
【００６２】
Ｓ１１４にて、検出部６０は、Ｓ１０８〜Ｓ１１２の処理が数回繰り返された結果、第１レジスタおよび第２レジスタのいずれかの値が、たとえば「３」といった予め定められた値以上となったか否かを判断する。予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１１８へと移される。
【００６３】
Ｓ１１６にて、検出部６０は、現在のステートの設定を正規の設定と決定する。Ｓ１１８にて、検出部６０は、現在第１０ステートに該当するロータの機械角が第４ステートとなるように、ステートの設定を機械角１８０°分シフトさせ、正規のステートの設定とする。
【００６４】
Ｓ１２０にて、検出部６０は、サンプリングタイミングＴＳを、正弦波データ作成部６７から出力された情報に基づいて設定する。あわせて、サンプリング回数Ｎなどの各変数を初期化する。本実施の形態においては、サンプリングタイミングＴＳは、モータ駆動電圧の位相が９０°を中心とする一定かつ対称なタイミングとなるように設定される。目標位相差の設定などの制御設計を容易にするためである。図１４を参照して、位相期間について説明する。モータ駆動電圧がピークとなる位相を９０°とする。この場合、第１の位相期間θ（０）はモータ駆動電圧の位相が０°〜９０°となる期間である。第２の位相期間θ（１）はモータ駆動電圧の位相が９０°〜１８０°となる期間である。本実施の形態においては位相期間の幅を９０°としたが、その他の値であってもよく、特に限定されない。
【００６５】
Ｓ１２２にて、検出部６０は、内蔵するタイマのカウント周期に基づき、サンプリングするタイミングを待つ。Ｓ１２４にて、検出部６０は、電流アンプ５６を介し、電流センサ５５を用いてＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定する。
【００６６】
Ｓ１２６にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎの値に「１」を加算する。Ｓ１２８にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎの値に基づき、現在の位相期間がθ（０）か否かを判断する。現在の位相期間がθ（０）と判断した場合には（Ｓ１２８にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１２８にてＮＯ）、処理はＳ１３４へと移される。
【００６７】
Ｓ１３０にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎが予め定められた値（本実施の形態の場合３回）以上か否かを判断する。サンプリング回数Ｎが予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３２へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００６８】
Ｓ１３２にて、検出部６０は、位相期間θ（０）でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積Ｓ（０）（＝Ｉ（０）＋Ｉ（１）＋Ｉ（２））を計算する。
【００６９】
Ｓ１３４にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎが予め定められた値（本実施の形態の場合６回）以上か否かを判断する。サンプリング回数Ｎが予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１３４にてＹＥＳ）、処理はＳ１３６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３４にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００７０】
Ｓ１３６にて、検出部６０は、位相期間θ（１）でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積Ｓ（１）（＝Ｉ（３）＋Ｉ（４）＋Ｉ（５））を計算する。
【００７１】
Ｓ１３８にて、検出部６０は、モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）の計算が終了したか否かを判断する。計算が終了したと判断した場合には（Ｓ１３８にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３８にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００７２】
Ｓ１４０にて、検出部６０は、モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）の比（Ｓ（０）／Ｓ（１））を計算して位相差情報とし、加算器６２に出力する。Ｓ１４２にて、機械角判定部７０は、電流アンプ５６を介し、電流センサ５５を用いてＩＰＭモータ５１のＵ相におけるＩＰＭモータ５１回転中の脈動を表わす脈動データを読込む。
【００７３】
Ｓ１４４にて、機械角判定部７０は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する。Ｓ１４６にて、トルク記憶部７２は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する。ロータの機械角を検出するのは、たとえば４極ブラシレスモータの場合、機械角１８０°および３６０°の場合に電気角が３６０°となるなど、ロータの電気角ではロータの位置を明確に検出できないからである。
【００７４】
図１５を参照して、３相４極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判別する方法を説明する。図１５は、１回転中のステートと負荷トルクと巻線電流（１相分）との関係を示す図である。１回転中に大きく３つの過程（吸入、圧縮、吐出）の行程があるため、負荷トルクが大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図１５のＩＰ（１）、ＩＰ（４）、ＩＰ（７）、ＩＰ（１０）のように変動する。この現象から、機械角判定部７０は、予め実験するなどして定められたステートの巻線電流値の大小とロータの機械角との関係を基に、ロータの機械角を判定する。比較対象とする巻線電流値の差が小さいと、その判定に誤りが生じる可能性が高まるので、機械角判定部７０は、比較する巻線電流値の組合せを、インバータ駆動電圧位相が同一となる区間において最も差が大きくなる組合せとする。本実施の形態においては、第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）との差が最も大きくなるので、機械角判定部７０は第４ステートと第１０ステートとを比較する。
【００７５】
図１６および図１７を参照して、３相６極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判定する方法を参考として説明する。図１６は、３相６極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと巻線電流（１相分）との関係を示す図である。図１７は３相６極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。図１７に示すように３相６極ブラシレスモータの場合、トルクパターンは相数と極数との積である１８に分割された第０ステート〜第１７ステートまでの１８ステートを有する。ただし、第Ｓステートと第（Ｓ＋６）ステートと第（Ｓ＋１２）ステート（Ｓ：０〜５の整数）のインバータ駆動電圧位相は同一である。
【００７６】
４極ブラシレスモータの場合と同様、６極ブラシレスモータにおいても負荷トルクは大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図１６のＩＰ（１）、ＩＰ（４）、ＩＰ（７）、ＩＰ（１０）、ＩＰ（１３）、ＩＰ（１６）のように変動する。この現象を用いて、機械角判定部７０は、これらの巻線電流値の大小を比較し、ロータの機械角を判定する。この場合、機械角判定部７０は、第１ステート、第７ステートおよび第１３ステートの大小を比較する。たとえば、機械角判定部７０は、ステートを一旦仮設定し、第１ステート、第７ステートおよび第１３ステートの巻線の電流値を測定する。巻線の電流値が測定されると、機械角判定部７０は、測定された巻線の電流値の比較により最小のステートを判定する。第７ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在のステートの定義を維持する。第１ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在の第１ステートが第７ステートとなるようにステートの設定を機械角１２０°分シフトさせる。第１３ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在の第１３ステート１３が第７ステートとなるように機械角２４０°分シフトさせる。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができるので、トルク制御を許可しトルク制御を行なうとともに、駆動周波数の補正を許可し、駆動周波数を制御する。
【００７７】
Ｓ１４８にて、加算器６２は検出部６０が求めた位相差情報と位相差記憶部６１が出力した位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、ＰＩ演算部６３に出力する。
【００７８】
Ｓ１５０にて、ＰＩ演算部６３は、加算器６２が出力した誤差データに基づき比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、これらのデータを含むＰＩ制御値を第１乗算器７５に出力する。Ｓ１５２にて、第１乗算器７５は、ＰＩ制御値とトルク記憶部７２が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する。
【００７９】
Ｓ１５４にて、設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の設定値を第２乗算器８５に出力する。Ｓ１５６にて、周波数記憶部８０は、ロータのステートと回転速度とに対応する駆動周波数補正量を、第２乗算器８５に出力する。
【００８０】
Ｓ１５７にて、電流振動検出部８１は、電流アンプ５６から受けたＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角１周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。そして、回転速度補正量演算部８２は、電流振動検出部８１から受けた電流振動値に基づいて乱調補正量を出力する。
【００８１】
Ｓ１５８にて、第２乗算器８５は、周波数記憶部８０が出力した駆動周波数補正量および回転速度補正量演算部８２が出力した乱調補正量に基づいて、各ステートの駆動電圧の周波数を補正する。そして、第２乗算器８５は、補正した駆動電圧の周波数に基づいて、電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部６７に出力する。本実施の形態において第２乗算器８５は、図７の駆動周波数補正量を用いて位相データを式（２）のように計算する。
【００８２】
位相データ＝駆動周波数補正量×乱調補正量×ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値  ・・・・・（２）
Ｓ１６０にて、正弦波データ作成部６７は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する。正弦波データは、演算によって作成しても構わないが、本実施の形態においては、正弦波記憶部６６からモータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した正弦波データを読み出す。
【００８３】
Ｓ１６２にて、ＰＷＭ作成部６８は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路５２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号をインバータ回路５２に出力する。
【００８４】
Ｓ１６４にて、ＰＷＭ作成部６８は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったか否かを判断する。トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったと判断した場合には（Ｓ１６４にてＹＥＳ）、処理はＳ１６６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１６４にてＮＯ）、処理はＳ１２０へと移される。
【００８５】
Ｓ１６６にて、ＰＷＭ作成部６８は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（１）とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（２）とする。
【００８６】
Ｓ１６８にて、ＰＷＭ作成部６８は、正弦波データに基づき、ＩＰＭモータ５１の回転速度を推定する。Ｓ１７０にて、ＰＷＭ作成部６８は、回転速度の推定値が駆動周波数を補正する必要がないとして予め定められた所定の回転速度以上となったか否かを判断する。所定の回転速度以上となったと判断した場合には（Ｓ１６８にてＹＥＳ）、処理を終了する。もしそうでないと（Ｓ１６８にてＮＯ）、処理はＳ１２２へと移される。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、ＩＰＭモータ５１の回転速度が高くなると、ＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。
【００８７】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、モータシステム２０１の動作について説明する。
【００８８】
検出部６０は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を検出し（Ｓ１００）、ＩＰＭモータ５１の回転速度が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力との差圧が大きくなったとして予め定められた回転速度に上昇するまで待つ（Ｓ１０２）。
【００８９】
予め定められた回転速度まで上昇したと判断されると、検出部６０は、ステートをいったん任意に設定し、仮設定した第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）とを測定する（Ｓ１０４）。巻線電流値が測定されると検出部６０は、測定された巻線電流値の差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値を上回るまで待つ（Ｓ１０６）。しきい値を上回ったと判断されると、検出部６０は、巻線電流値を測定し、巻線電流値ＩＰ（４）とＩＰ（１０）との大小を比較する（Ｓ１０８）。巻線電流値の測定と比較とが数回繰り返されると（Ｓ１０８〜Ｓ１１４）、検出部６０は、ステートの設定を正式に決定する（Ｓ１１６、Ｓ１１８）。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができたので、トルクを制御するとともに、駆動周波数を制御する。
【００９０】
検出部６０は、サンプリングタイミングＴＳを、正弦波データ作成部６７から出力された情報に基づいて設定する。あわせて検出部６０は、サンプリング回数Ｎなどの各変数を初期化する（Ｓ１２０）。サンプリングタイミングＴＳの設定と各変数の初期化とがなされると、検出部６０は、位相差情報を算出する。
【００９１】
図１４を参照して、位相差情報の算出方法について説明する。検出部６０は、モータ駆動電圧を基準とする２箇所の位相期間において、両位相期間におけるサンプリングタイミングが対称となるような所定のサンプリングタイミングＳＰ（０）〜ＳＰ（５）を待つ（Ｓ１２２）。タイミングが到来すると検出部６０は、ＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定する（Ｓ１２４）。電流値が測定されると、検出部６０は、各位相期間での巻線電流値Ｉ（０）〜Ｉ（２）を積算しモータ電流信号面積Ｓ（０）（＝Ｉ（０）＋Ｉ（１）＋Ｉ（２））を計算する（Ｓ１２６〜Ｓ１３２）。モータ電流信号面積Ｓ（０）が計算されると、検出部６０は、ふたたびＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定して、位相期間θ（１）についてモータ電流信号面積Ｓ（１）（＝Ｉ（３）＋Ｉ（４）＋Ｉ（５））を計算する（Ｓ１２２〜Ｓ１３６）。モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）が計算されると（Ｓ１３８にてＹＥＳ）、検出部６０はそれぞれの値の比（Ｓ（０）／Ｓ（１））を計算し、加算器６２に出力する（Ｓ１４０）。この計算結果が位相差情報である。本実施の形態においては、この位相差情報が所定の値になるように制御する。図１４の場合、検出部６０は２箇所の位相期間で対称となるタイミングでＡ／Ｄサンプリングするので、図１４に示すように電圧と電流の位相差が０°のときには、Ｓ（０）＝Ｓ（１）となる。その結果、位相差情報は「１」となる。このことは、位相差０°で制御するには位相差情報を「１」になるように制御すればよいことを表わす。
【００９２】
位相差情報が出力されると、機械角判定部７０は、ＩＰＭモータ５１のＵ相におけるＩＰＭモータ５１回転中の脈動を表わす脈動データを読込む（Ｓ１４２）。脈動データが読込まれると、機械角判定部７０は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する（Ｓ１４４）。ロータ情報が出力されると、トルク記憶部７２は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する（Ｓ１４６）。
【００９３】
トルク補正量が出力されると、加算器６２は位相差情報と位相差記憶部６１から出力された位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、ＰＩ演算部６３に出力する。加算器６２は位相差情報の目標値と検出部６０から出力された位相差情報とをＰＩ演算部６３に出力する（Ｓ１４８）。位相差情報などが出力されると、ＰＩ演算部６３は、加算器６２が出力した誤差データに基づき比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、ＰＩ制御値を第１乗算器７５に出力する（Ｓ１５０）。ＰＩ制御値が出力されると、第１乗算器７５は、ＰＩ制御値とトルク記憶部７２が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する（Ｓ１５２）。
【００９４】
シングルロータリ型圧縮機の振動は以上のようにしてトルクを制御しても完全には消滅せず、ある程度の振動が残存する。モータの角速度の変動もトルクを制御しない場合よりは小さくなるが、ある程度残るので、ステータへの通電タイミングを適切な値に制御するため、強制励磁を行なっている駆動周波数をモータの角速度の変動に応じて補正する。これにより、ＩＰＭモータ５１の駆動電力の周波数が補正量パターンにしたがって増減され、回転速度の変動に応じた通電が行われる。回転速度の変動に応じた通電が行われるので、マイクロコンピュータ５７は、ＩＰＭモータ５１の脱調を防止し、さらには高効率で運転することができる。
【００９５】
デューティ基準値が出力されると、設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の設定値を第２乗算器８５に出力する（Ｓ１５４）。設定値が出力されると、周波数記憶部８０は、ロータのステートと回転速度とに対応する駆動周波数補正量を、第２乗算器８５に出力する（Ｓ１５６）。電流振動検出部８１は、電流アンプ５６から受けたＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値と、算出した機械角とに基づいて、機械角１周期以上の周期で発生する電流振動を検出する。そして、回転速度補正量演算部８２は、電流振動検出部８１から受けた電流振動値に基づいて乱調補正量を出力する（Ｓ１５７）。駆動周波数補正量および乱調補正量が出力されると、第２乗算器８５は、出力された駆動周波数補正量および乱調補正量に基づいて、各ステートの駆動電圧の周波数を補正する。そして、第２乗算器８５は、補正した駆動電圧の周波数に基づいて、電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部６７に出力する（Ｓ１５８）。
【００９６】
図１８を参照して位相データに補正量を乗算する理由を説明する。図１８は、シングルロータリ型圧縮機の負荷トルク変動を負荷トルクの大きいときと小さいときとに分けてパラメータ化した位相差情報−効率特性である。ここで、注意すべき事実は、モータ駆動電圧が同一であっても、負荷トルクが変化すると位相差情報も変化することである。たとえば図１８においてモータ駆動電圧ＶＪでモータが駆動されている場合、負荷トルクの大きいときと小さいときとでは異なる位相差情報でモータが駆動される。これは負荷トルクが大きいときには大きなモータ駆動電圧が必要なためである。このことを前述したシングルロータリ型圧縮機にあてはめると、モータ１回転に同期した急激で大きな負荷トルク変動に位相差を制御して追従することは困難なことを意味する。位相差を制御して追従することが困難になると、モータ駆動電圧の制御や変更はできない。
【００９７】
位相データが出力されると、正弦波データ作成部６７は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力する。正弦波データ作成部６７は、正弦波データを出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する（Ｓ１６０）。
【００９８】
正弦波データなどが出力されると、ＰＷＭ作成部６８は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路５２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号をインバータ回路５２に出力する（Ｓ１６２）。これにより、インバータ回路５２を介してモータ巻線に電流が印加されるのでＩＰＭモータ５１が駆動される。その結果、ＩＰＭモータ５１の出力トルクがトルクパターンにしたがって増減され、負荷トルクに応じたトルク制御が行われるため、マイクロコンピュータ５７は、モータ脱調を防止し、かつＩＰＭモータ５１の回転速度の変動を抑制できる。
【００９９】
ＰＷＭ波形信号が出力されると、ＰＷＭ作成部６８は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があるまで（Ｓ１６４にてＮＯ）、駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）を決定する。駆動電圧の大きさは、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対する巻線電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって決定される（Ｓ１２０〜Ｓ１６２）。駆動電圧の大きさを決定する際、所望の周波数で出力される正弦波データによってＩＰＭモータ５１の回転速度が決定される。これによって所望の位相差、所望の回転速度でＩＰＭモータ５１が駆動・制御される。
【０１００】
トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があると（Ｓ１６４にてＹＥＳ）、ＰＷＭ作成部６８は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ（Ｓ１６６）。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（１）とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（２）とする。予め定めた時間が経過すると、ＰＷＭ作成部６８は、正弦波データに基づき、ＩＰＭモータ５１の回転速度を推定し（Ｓ１６８）、所定の回転速度以上になると（Ｓ１６８にてＹＥＳ）処理を終了する。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、ＩＰＭモータ５１の回転速度が高くなると、ＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。
【０１０１】
図１９および図２０を参照して、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧（１相分）と角速度との関係を示す。図１９が従来例の場合であり、図２０が本実施の形態のトルク制御を行なった場合である。従来例では、角速度の変動が大きく、ひいては圧縮機の振動も大きくなる。本実施の形態の場合、トルクパターンによりデューティ基準値が補正され、モータ駆動電圧が補正されることにより、巻線電流が負荷トルクと一致するモータトルクを発生すべく補正される。これにより、角速度変動が小さくなり、圧縮機の振動も小さくなる。
【０１０２】
図２１および図２２を参照して、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧（１相分）と位相差情報との関係を説明する。図２１が従来例の場合である。図２２が本実施の形態において駆動電力の周波数を補正した場合である。図２１に示す従来例の場合、位相差情報の変動が大きく、ひいては位相差情報が高効率点から離れてしまい、効率の悪い運転となる。最悪の場合は前述した位相差範囲以上に位相差情報が変動し、脱調が発生する。図２２に示す本実施の形態の場合、補正量パターンによりＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動に応じて位相データを補正することにより、マイクロコンピュータ５７は、位相差情報を常に高効率点に制御することが可能となる。
【０１０３】
以上のようにして、本実施の形態に係る駆動装置は、予め記憶部に記憶されたトルクパターンに応じて駆動電圧を制御する。トルクパターンに応じて駆動電圧が制御されるので、電流の位相は制御可能な範囲にとどまる。電流の位相が制御可能な範囲にとどめられるので、シングルロータリ型圧縮機をはじめとする急激で大きな負荷トルク変動を持つ負荷に対してもモータ脱調などを生じずに駆動させることができる。さらにロータの機械角をコイルの誘起電流から検出するのではなく、巻線電流のピークに基づいて検出するので、１８０°通電による制御が可能である。あわせて、回転速度の補正も行なうので、回転速度の変動により位相差情報が影響を受けることを防ぐことができる。その結果、低騒音、低振動、高効率である１８０°通電による制御をより幅広い分野に適用できる制御装置を提供できる。
【０１０４】
なお、Ｓ１５４にて設定部６５は、位相差情報の変動量が任意に定められた第１の変動量以上となった後、駆動周波数補正を開始してもよい。
【０１０５】
また、Ｓ１５４にて設定部６５は、位相差情報の変動量が任意に定められた第２の変動量以下となった場合は、直ちにＳ１５７およびＳ１５８の処理を行なってもよい。
【０１０６】
さらに、比較する巻線電流値は、４極ブラシレスモータの場合でロータの機械角が１８０度離れたステート同士であってよい。
【０１０７】
その他、比較する巻線電流値は、３相６極ブラシレスモータの場合にはモータ駆動電圧の位相が等しくなるステート同士であってもよい。
【０１０８】
図２３は、ある圧縮機用６極同期モータにおいて乱調現象が生じている様子を示す図である。図２３において、グラフＧ１は、Ｕ相電流を示している。
【０１０９】
グラフＧ１から分かるように、Ｕ相電流において、圧縮機特有の負荷トルク変動の周期であるモータ２回転すなわちモータ電流６周期分の周期で１周期分の脈動すなわち乱調現象が発生している。
【０１１０】
図２４は、本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて、電流振動抑制制御の開始前後のＵ相電流波形を示す図である。図２４において、グラフＧ１１は、Ｕ相電流を示している。グラフＧ１２は、グラフＧ１１に示すＵ相電流に対して機械角１周期以下のモータ電流振動をフィルタリングした後の電流波形を示している。また、Ｓは、電流振動検出部８１および回転速度補正量演算部８２による電流振動抑制制御の開始タイミングを示している。
【０１１１】
本発明の実施の形態に係るモータシステムでは、圧縮機特有の負荷トルク変動の周期であるモータ１回転周期以上の周期で乱調現象が発生している場合、その乱調現象特有の周期変動のみを検出するように、モータ１回転周期以下すなわち機械角１周期以下のモータ電流振動をフィルタリングする。そして、フィルタリングされた信号をフィードバックしてモータ駆動周波数を補正することにより、モータ電流振動を相殺する。モータ駆動周波数を補正することにより、モータ１回転周期で動作する負荷トルク変動抑制制御に干渉することなく乱調現象を抑制することができるため、負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合うことを防ぎ、同期モータを安定して運転することが可能となる。
【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を表わす図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るトルク補正量のデータの例を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における、３相４極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る、モータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る周波数記憶部が記憶する補正量について説明する図である。
【図８】Ｕ相電流の波形および電流サンプルタイミングの一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたＵ相電流の振動波形の一例を示す図である。
【図１０】Ｕ相電流の波形および電流サンプルタイミングの他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて検出されたＵ相電流の振動波形の他の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示す第１のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示す第２のフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態に係る位相期間を表わす概念図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る３相４極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと１相分の巻線電流との関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る３相６極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと１相分の巻線電流との関係を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態における、３相６極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機の位相差情報−効率特性を表わす図である。
【図１９】従来例に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。
【図２１】従来例に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。
【図２３】ある圧縮機用６極同期モータにおいて乱調現象が生じている様子を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態に係るモータシステムにおいて、電流振動抑制制御の開始前後のＵ相電流波形を示す図である。
【図２５】ある圧縮機用６極同期モータにおいて負荷トルク変動抑制制御と乱調抑制制御とが互いに干渉し合う状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１１４】
５１  ＩＰＭモータ、５２  インバータ回路、５３  コンバータ回路、５４  交流電源、５５  電流センサ、５６  電流アンプ、５７  マイクロコンピュータ、６０  検出部、６１  位相差記憶部、６２  加算器、６３  ＰＩ演算部、６５  設定部、６６  正弦波記憶部、６７  正弦波データ作成部、６８  ＰＷＭ作成部、７０  機械角判定部、７２  トルク記憶部、７５  第１乗算器、８０  周波数記憶部、８１  電流振動検出部、８２  回転速度補正量演算部、８５  第２乗算器、１０１  同期モータ制御装置、２０１  モータシステム。
【図１】
0005388089.tif 000002
【図２】
0005388089.tif 000003
【図３】
0005388089.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005388089.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0005388089.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0005388089.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
0005388089.tif 000025
【図２５】
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