(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ制御装置であって、
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータのコイルに与えるインバータ部、
前記モータのコイル電流を検出するコイル電流検出部、
モータ駆動電圧を基準とした複数の位相期間において前記コイル電流検出部によって検出したコイル電流を積算し、各位相期間での積算値の比を算出して位相差情報を検出する位相差検出部、
目標位相差情報を設定する目標位相差設定部、
前記目標位相差設定部によって設定された目標位相差情報と前記位相差検出部によって検出された位相差情報との誤差を示す制御信号を出力する演算部、
前記モータの１回転中の負荷トルクの変動を検出する負荷トルク変動検出部、
前記負荷トルク変動検出部によって検出された負荷トルクの変動を補償するための負荷トルク変動補正信号を出力する補正部、および
前記制御信号および前記負荷トルク変動補正信号に基づいて前記インバータを制御する制御部を備えることを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項２】
前記位相差検出部は、前記位相差情報の検出を、前記モータの負荷トルクが１回転中で平均値となる期間で行なうことを特徴する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記位相差検出部は、前記位相差情報の検出を、前記モータの負荷トルクが１回転中で最大値となる期間で行なうことを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記目標位相差設定部は、前記負荷トルク変動検出部によって検出された前記モータの１回転中の負荷トルク変動に合わせて、モータ１回転中において前記目標位相差情報を変化させることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記負荷トルク変動検出部は、前記モータの負荷トルク変動を、モータ１回転中における各位相期間での前記位相差情報から検出することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記負荷トルク変動検出部は、前記モータの負荷トルク変動を、モータ負荷の基本的な負荷トルク変動特性を参照して補間することを特徴する、請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータの負荷は、シングルロータリーコンプレッサ，ローリングピストンコンプレッサを含むモータ１回転が基本周期である負荷トルク変動を有するものであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータ制御装置に関し、特に、複数相のコイルを備えた空気調和機の圧縮機などに用いられるモータを、ロータ位置センサレスで駆動するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの駆動方法において、いわゆる１８０度通電駆動方法は、モータロータ位置センサを用いることなくモータを制御・駆動するセンサレス駆動における、モータコイル電流波形に通電休止期間を設けないものであり、モータ駆動電圧とモータコイル電流の位相差を制御するものである。本願出願人による特願２０００−０４４２７９号には、モータコイル電流の変動による位相差情報検出精度の低下を抑制する効果的な方法として、モータ回転検出器などのセンサを設けなくても、正弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動が可能となり、モータ効率の向上，低騒音および低振動を実現できる。
【０００３】
図１１はこの技術におけるモータコイル電流サンプリングの様子を示す図である。図１１において、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ｓｐ０〜ｓｐ５で、所定回数モータコイル電流をサンプリングし、各位相期間でのモータコイル電流値Ｉ０〜Ｉ５を積算し（Ｓ０，Ｓ１）、それぞれの値の比（Ｓ０／Ｓ１）を計算してこれを位相差情報とするものであり、この位相差情報が所定の値になるように制御する。
【０００４】
２箇所の位相期間で対称となるタイミングでＡＤサンプリングを行なっているので、図１１に示すように電圧と電流の位相差が０度のときには、位相差情報としてはＳ０＝Ｓ１となるのでＳ０／Ｓ１＝１と計算される。位相差０度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。
【０００５】
モータ制御装置を接続する負荷としては、一定の負荷トルク（負荷トルク変動小）を有するものもあるが、一方で大きな負荷トルク変動を有するものも多数ある。その一例として、シングルロータリーコンプレッサあるいはローリングピストンコンプレッサ（ロータリーピストンと呼ぶこともある）などが挙げられる。該シングルロータリーコンプレッサあるいはローリングピストンコンプレッサなどは、空気調和機や冷蔵庫などの商品の圧縮機として広く使用されているものである。
【０００６】
以下の説明では、これらコンプレッサの故障として、単にシングルロータリーコンプレッサとして説明する。シングルロータリーコンプレッサの特徴は、構造が簡単で製造コストが安価であるという反面、負荷トルク変動が非常に大きいことである。シングルロータリーコンプレッサでは、モータ１回転中に冷媒の吸入，圧縮，吐出という圧縮サイクルを順次繰返していく。したがって、吐出直前は冷媒が圧縮されており、負荷トルクとして大きくなり、吐出直後は冷媒が抜けて負荷トルクとしては小さくなる。因みに、冷媒の吸入，圧縮，吐出を連続的に行なうスクロールタイプのコンプレッサではこのような負荷トルク変動は生じない。
【０００７】
図１２はシングルロータリーコンプレッサとスクロールコンプレッサの負荷トルク特性を示す図である。また、シングルロータリーコンプレッサをはじめとする負荷トルク変動の大きい負荷に接続した際の負荷トルクの補正方法としては、特公平７−１２２４３９号公報に記載された技術がある。この従来技術は、回転位置センサの位置信号から負荷トルクを演算してモータに出力し、負荷トルク変動を補正して低振動化を図るものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年空気調和機をはじめとするコンプレッサ用モータとして、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが使用されることが多くなっている。周波数値のように、永久磁石ロータ内部に埋込んだ形状のいわゆるＩＰＭモータの場合、磁石磁束とコイル電流となって発生するフレミングトルク（磁石トルクと呼ばれることもある）と、ロータ形状によってモータコイル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。したがって、通常の永久磁石を用いた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。このフレミングトルクとリラクタンストルクはそれぞれロータとステータの相対位置の関数となっており、この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、適切なロータとステータの相対位置でのモータコイルへの通電が必要であることが知られている。以下の課題は、このＩＰＭモータで特に顕著に現われるものであり、以降のモータ効率などの特性はＩＰＭモータを使用したものである。
【０００９】
なお、特願２０００−０４４２７９号で説明されているように、同一回転条件下ではロータとステータの相対位置と位相差情報とが線形な関係があるので、位相差制御によって間接的にロータとステータの相対位置の通電タイミングを制御していることになる。
【００１０】
前述した特願２０００−０４４２７９号の位相差制御によるモータ駆動を、シングルロータリーコンプレッサのように負荷トルク変動の大きいものに搭載すると、下記のような課題が生じる。
【００１１】
図１３は位相差情報−効率特性であり、シングルロータリーコンプレッサ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に分けてパラメータとしたものである。ここで、注意すべき事実は、負荷トルクが変化するとモータ駆動電圧が同一でも位相差情報が異なってしまい、たとえば図１３で負荷トルクが小さいときにＶｊというモータ駆動電圧でモータ駆動していても、負荷トルクの大きいときには、小さいときに比べて位相差情報が異なった位置でモータ駆動することである。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(≠モータ駆動電流）が必要であるという原理からわかることである。したがって、負荷トルク変動が大きすぎると、変動に対応できずモータ発生トルクが低下してしまい、モータ駆動自体が不可能になり停止してしまう。以降、この現象をモータ脱調と称する。そして、このときには位相差情報も大きく変動してモータ駆動可能位相差情報範囲から外れてしまっている。
【００１２】
因みに、負荷トルクに対してモータ駆動電圧が大きすぎる場合にもモータ脱調が発生してしまうが、一般にモータ駆動電圧が小さすぎる場合に比べて余裕度が大きく、多くのモータ脱調が負荷トルクに対してモータ発生トルクが小さいとき、すなわちモータ駆動電圧が小さいときに多く発生する。
【００１３】
これは、前述したようにシングルロータリーコンプレッサの負荷トルク変動がモータ１回転に同期した急激で大きな負荷トルク変動となり、これに対して位相差情報検出周期などの関係で位相差制御での追従が困難となり、モータ駆動電圧の制御・変更ができないために発生する。
【００１４】
なお、負荷トルク変動周期が非常に長い場合では、負荷トルク大小による効率ピーク位相差情報の変化は大きくなるが、図１３に示すようなモータ１回転周期などの短い周期での負荷トルク変動では、僅かな変化に収まる。これは短い周期での変動が、モータイナーシャなどの影響で位相差情報変動に大きく現われないためである。
【００１５】
また、特公平７−１２２４３９号公報は、モータ回転位置信号から負荷トルクを求めるのであるが、モータ回転位置信号を使用しない特願２０００−０４４２７９号の位相差制御においては適用できるものではない。
【００１６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、低騒音，低振動，高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電によるモータ駆動を、より幅広い範囲での機器搭載を可能とし、低コスト化，高性能化を実現できるモータ制御装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、モータを駆動するモータ制御装置であって、直流電圧を交流電圧に変換してモータのコイルに与えるインバータ部と、モータのコイル電流を検出するコイル電流検出部と、モータ駆動電圧を基準とした複数の位相期間においてコイル電流検出部によって検出したコイル電流を積算し、各位相期間での積算値の比を算出して位相差情報を検出する位相差検出部と、目標位相差情報を設定する目標位相差設定部と、目標位相差設定部によって設定された目標位相差情報と位相差検出部によって検出された位相差情報との誤差を示す制御信号を出力する演算部と、モータの１回転中の負荷トルクの変動を検出する負荷トルク変動検出部と、負荷トルク変動検出部によって検出された負荷トルクの変動を補償するための負荷トルク変動補正信号を出力する補正部と、制御信号および負荷トルク変動補正信号に基づいてインバータを制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、位相差検出部は、位相差情報の検出を、モータの負荷トルクが１回転中で平均値となる期間で行なう。
【００１９】
また好ましくは、相差検出部は、位相差情報の検出を、モータの負荷トルクが１回転中で最大値となる期間で行なう。
【００２０】
また好ましくは、目標位相差設定部は、負荷トルク変動検出部によって検出されたモータの１回転中の負荷トルク変動に合わせて、モータ１回転中において目標位相差情報を変化させる。これにより、さらなるモータ効率の向上を実現できる。
【００２１】
また好ましくは、負荷トルク変動検出部は、モータの負荷トルク変動を、モータ１回転中における各位相期間での位相差情報から検出する。これにより負荷トルク変動検出を付加回路やコストアップなく実現できる。
【００２２】
また好ましくは、負荷トルク変動検出部は、モータの負荷トルク変動を、モータ負荷の基本的な負荷トルク変動特性を参照して補間する。これにより、より正確な負荷トルク変動が実現できる。
【００２４】
また好ましくは、モータの負荷は、シングルロータリーコンプレッサ，ローリングピストンコンプレッサをはじめとする、モータ１回転が基本周期である負荷トルク変動を有するものである。
【００２５】
本願発明はこれらの構成を用いることにより、低騒音，低振動，高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電によるモータ駆動をより正確に構成度に行ない、さらにこれらを簡単な回路および処理で低コストで行なうことが実現できる。また、装置全体を見ても低コスト化，モータ負荷トルク変動に左右されない機構の選択ができ、設計の自由度を広げることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、モータ１はインバータ回路２によって駆動される。インバータ回路２には、コンバータ回路３によってＡＣ電源４からの交流電圧が直流電圧に変換されて供給される。モータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の中で特定の相（図１ではＵ相）に流れるモータコイル電流を検出するための電流センサ５が設けられている。この電流センサ５で検出されたモータコイル電流はモータ電流検出アンプ部６に与えられ、所定量の増幅およびオフセット加算してモータコイル電流信号を制御デバイスとしてのマイクロコンピュータ７に与える。
【００２７】
マイクロコンピュータ７は位相差検出部８と目標位相差情報格納部９と加算器１０とＰＩ演算部１１と回転数設定部１２と正弦波データテーブル１３と正弦波データ作成部１４とＰＷＭ作成部１５と負荷トルク変動検出部１６と負荷トルク変動補正部１７と加算器１８とを含み、各処理をソフト的に行なう。
【００２８】
すなわち、位相差検出部８は２ヶ所のモータ駆動電圧を位相期間ごとに各モータコイル電流検出値を積算してモータコイル電流信号面積とし、両モータコイル電流信号面積の面積比を位相差情報として検出する。目標位相差情報格納部９は目標とする位相差情報を格納し、加算器１０はその目標位相差情報と位相差検出部８から出力された位相差情報との誤差データを算出し、その算出結果をＰＩ演算部１１に与える。ＰＩ演算部１１は、算出された誤差データに対して比例誤差データ（Ｐ）および積分誤差データ（Ｉ）を算出し、ＰＩ制御信号を加算器１８に出力する。
【００２９】
負荷トルク変動検出部１６はモータ１にかかる負荷トルクおよび負荷トルク変動を検出し、その検出出力を負荷トルク変動補正部１７に与える。負荷トルク変動補正部１７は検出された負荷トルク変動を補正除去する負荷トルク変動補正信号を作成して加算器１８に出力する。加算器１８はＰＩ演算部１１からのＰＩ制御信号と負荷トルク変動補正部１７からの負荷トルク変動補正信号とを加算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部１５に出力する。
【００３０】
回転数設定部１２はモータ１の回転数指令を設定し、正弦波データテーブル１３は所定のデータ個数で構成された正弦波データを出力する。正弦波データ作成部１４は回転数設定部１２で設定された回転数指令と、時間経過に従って正弦波データテーブル１３からモータコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波データを読出してＰＷＭ作成部１５に出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータ駆動電圧位相情報を位相差検出部８に出力する。ＰＷＭ作成部１５は正弦波データとデューティ基準値とから各相ごとにインバータ回路２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号を出力する。
【００３１】
なお、電流センサ５はコイルとホール素子で構成されたいわゆる電流センサあるいはカレントトランスでもよい。また、１相だけでなく各相のモータコイル電流を検出するとさらに高精度となる。さらに、正弦波データの作成は正弦波データテーブル１３をもとに作成せずに演算によって作成しても構わない。
【００３２】
なお、図１に示すモータ１の駆動波形は、正弦波とした場合の構成を示しているが、正弦波にすることで滑らかなモータコイル電流の供給が可能となるため、振動，騒音を少なくできる。しかしながら、これに限らず、モータロータの磁束分布に合わせたモータコイル電流が得られるような駆動波形を通電すれば、より高効率な駆動が可能となる。
【００３３】
２ヶ所のモータ駆動電圧を位相期間で検出された２つのモータコイル電流信号面積は位相差検出部８で面積比が計算され、この結果が位相差情報とされる。加算器１０によってこの位相差情報と目標位相差情報との誤差量が求められ、ＰＩ演算部１１でＰＩ演算され、その出力であるＰＩ制御信号と負荷トルク変動補正信号と加算器１８が加算し、その出力のデューティ基準値と別途回転指令から求まる正弦波データとをＰＷＭ作成部１５がその都度の出力デューティを計算し、インバータ部２を介してモータコイルに印加することによってモータ１が駆動される。
【００３４】
すなわち、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対するモータコイル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、駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）が決定され、モータ１を所望の回転数で回転させるために、所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数が決定されるものであり、これによって所望の位相差，所望の回転数でモータ１が駆動・制御される。
【００３５】
次に、回転数の設定およびＰＷＭ出力について説明する。この発明による位相差制御方式は、逆起電圧パルスなどを検出して速度制御を行なう方式とは異なり、モータの回転数はモータコイルに通電するＰＷＭ波からなる正弦波電圧の周波数で決定される、いわゆる強制励磁駆動である。
【００３６】
正弦波データテーブル１３には、連続的にアナログ値を出力すると正弦波波形が出力されるデータ列が格納されており、このデータ列の参照アドレスがＰＷＭキャリア周期ごとに所定数ずつ更新される。この所定数が大きければ高回転数となる。つまり、モータ回転数は、モータ１の構造的なものを除外すると、ＰＷＭキャリア周波数と正弦波データテーブル１３の参照データとの更新間隔で決まるものである。また、たとえばコイル相数が３相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で１２０度ずつずらした正弦波データを参照すればよい。なお、その都度正弦波演算を行なって正弦波データを作成してもよい。
【００３７】
因みに、前記参照アドレスはモータ駆動電圧の位相情報そのものである。これら求まった各相ごとの正弦波データと、位相差制御によって算出されたデューティ基準値とが乗算され、いわゆるＰＷＭ波形発生器などＰＷＭ作成部１５に入力されてＰＷＭ波形信号が出力される。このＰＷＭ波形発生器の概要は、たとえばＰＷＭキャリア周期で三角波を発生し、この三角波の波高値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいてＨｉｇｈ／Ｌｏｗ出力する。
【００３８】
続いて、位相差情報の検出方法について説明する。前述の図１１に示したように、モータ電圧位相における第１の位相期間のモータ電圧位相θ０を０〜９０度，第２の位相期間θ１を９０〜１８０度としている。また、各サンプリングタイミングがすべてｔｓという等間隔の位相間隔でｎ回（図１１の場合３回ずつ、計６回）サンプリングするように設定している。そして、位相差情報は、θ０でのモータコイル電流信号面積をＳ０としてＩ０＋Ｉ１＋Ｉ２を積算し、θ１でのモータコイル電流信号面積をＳ１としてＩ３＋Ｉ４＋Ｉ５を積算し、２つのモータコイル電流信号面積の比（Ｓ０／Ｓ１）を算出する。図１１の場合、位相差情報は１である。
【００３９】
このように、各位相期間におけるサンプリングタイミングを、モータ電圧位相９０度を中心として対称となる位相にできるので、目標位相差の設定などの制御設計が容易になる。
【００４０】
ここで、モータ１の負荷として、前述のようにシングルロータリーコンプレッサをはじめとする図１２のシングルロータリーコンプレッサの負荷トルク特性に示すようなモータ回転中に大きな負荷変動を有するものを接続する場合について説明する。位相差検出周期などから位相差制御において、このような大きく急激な負荷トルク変動に追従して制御することは困難である。したがって、後述する方策が必要となる。
【００４１】
図２はモータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧の特性を示す図である。図２において、各負荷トルクはシングルロータリーコンプレッサの負荷トルク変動の負荷トルク大時と小時とを示しており、（ａ）は負荷トルク小を示し、（ｂ）は負荷トルク大を示している。前述の特願２０００−１４４２７９号で明示されているように、モータ駆動電圧と位相差情報とには線形な関係があるので、位相差情報＝Ｋ１×モータ駆動電圧＋Ｋ２（Ｋ１，Ｋ２は相関係数）と書くことができる。なお、相関係数Ｋ１，Ｋ２は負荷トルクをはじめとする回転条件によって異なるものである。
【００４２】
図３はこの発明の第１の実施形態における位相差情報−モータ駆動電圧特性を示す図である。図３に示すように、負荷トルクが大きいときには大きなモータ駆動電圧(≠モータ駆動電流）が必要であり、負荷トルクが小さいときには小さなモータ駆動電圧(≠モータ駆動電流）でよいことになる。
【００４３】
図２においては、図３の特性を考慮しており、横軸を位相差情報だけでなくモータ駆動電圧としても表わしている。このため、図２（ａ）に示す負荷トルク小と図２（ｂ）に示す負荷トルク大とではモータ駆動電圧軸のスケールが異なっている。
【００４４】
モータ効率特性から前述したようにモータ駆動を高効率で行なう、あるいはモータ脱調を起こさずにモータ回転を持続するためには、ロータとステータの相対位置への通電タイミングを適切な値に制御すること、つまり位相差情報を適切な値に制御することが必要なことがわかる。これは、図２で各特性のモータ駆動可能位相差情報範囲内に制御する必要があるということを示している。
【００４５】
このためには、モータ駆動電圧として適切な値を出力する必要がある。図２に示すように、モータ駆動電圧を変更することは位相差情報を変更することであり、モータ駆動電圧が過小であると負荷トルクを駆動するモータ発生トルクを出力できず、モータ脱調が発生してしまう。図２でいえば、モータ駆動電圧Ｖｓでは負荷トルク小時は高効率駆動ができるが、負荷トルク大時ではモータ脱調を生じてしまう。また、逆にモータ駆動電圧が過大でも過大発生トルクによって振動的となり、やがてモータ脱調となってしまうが、一般的に過小のときに比べ余裕度は大きくなる。
【００４６】
この発明は、負荷トルク変動検出部１６によって上記モータ回転中の負荷変動を検出し、負荷トルク変動補正部１７によってモータの効率低下あるいはモータ脱調の起こらないように負荷トルク変動補正信号を作成し、加算器８で負荷トルク変動補正信号と位相差制御におけるＰＩ制御信号とを加算してモータ駆動電圧を出力する。
【００４７】
この負荷トルク変動補正信号の加算は、位相差情報検出ごとに行ない、その間は同じデューティ基準値を保持してもよいし、あるいは加算器１８での加算をＰＷＭキャリア周期ごとに実行するようにし、その都度負荷トルク変動補正信号を更新してデューティ基準値を作成すれば、より高精度な負荷トルク変動補正信号を出力でき、補正効果が高まる。これによって、位相差制御での追従が困難であるような急激で大きな負荷トルク変動の負荷環境下でも、モータ脱調を発生することなくモータ駆動を持続し、モータ効率を低下させない制御が実現できる。したがって、位相差制御における正弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動の高効率，低振動，低騒音という効果を継承できる。
【００４８】
なお、前述の説明では、負荷トルク変動補正信号を加算するようにしたが、これに限らず負荷トルク変動補正信号をＰＩ制御信号のゲインとして作成し、ＰＩ制御信号に負荷トルク変動補正信号を掛け合わせるような構成でもよい。
【００４９】
ここで、モータの使用状況によっては、特に効率に拘る必要がなく、モータ脱調が生じずにモータ回転さえ持続していればよいといった場合、あるいは負荷トルク変動による効率低下が使用を下回らないような場合においては、上記したような負荷トルク変動補正部１７による補正は特に必要ではない。
【００５０】
図４はモータ１回転中の負荷トルク変動と位相差情報検出の位相期間の例を示す図である。なお、図４において位相期間は２ヶ所の位相期間を合計した全位相期間としている。前述したように、モータ脱調は負荷トルクに対してモータ発生トルクが小さいとき、すなわちモータ駆動電圧が小さいときに、特に多く発生するものである。したがって、負荷トルクが最大となる位相期間θ２で位相差情報の検出を行ない、制御を行なえばモータ発生トルクが負荷トルクを下回ることはなくなり、モータ脱調を抑制することができる。
【００５１】
これは図２で示せば負荷トルク大時で位相差制御することでモータ駆動電圧は最高効率となるＶｂが設定される。そして、負荷トルク小時でもＶｂのままなので負荷トルク小時の最高効率は得られないが、モータが脱調する位相差情報範囲，モータ駆動電圧範囲ではないので、モータ駆動を持続できる。
【００５２】
あるいは、位相差情報の検出を行なう位相期間は、モータ１回転中の負荷トルクが平均となる位置に設定してもよい。これは、たとえば図３において、θ０〜θ３での各位相差情報を平均化した値を用いてもよいし、最大，最小の位相期間θ０とθ２の各位相差情報を平均化してもよく、あるいは平均的な負荷トルクが発生しているθ１あるいはθ３の位相期間での位相差情報を使用してもよい。
【００５３】
この場合はモータ発生トルクとしては最大の負荷トルクを下回ってしまうが、図２に示したように各負荷トルクを平均化したモータ駆動電圧Ｖａが出力されるので、効率低下は発生するもののモータ脱調が発生してしまうことは少なく、モータ駆動が持続される。さらに、モータ回転数が高速になるとモータエナンシャーの増大によってモータ１は惰性回転を行なうので、モータ発生トルク過小によるモータ脱調を抑制できる。したがって、各負荷トルクにおける最高効率でのモータ駆動は実現できないが、モータ１回転を見ると平均的な効率が得られる。また、それぞれの負荷トルクにおいてモータ１が脱調する位相差情報およびモータ駆動電圧ではないのでモータ駆動を持続できる。
【００５４】
図５は位相差情報の検出位相期間を設定する第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図５において、負荷トルク変動検出部１６で検出された負荷トルク変動情報は位相差検出部８ａに与えられ、位相差検出部８ａでは負荷トルク変動情報から上述の位相差情報を検出すべきモータ駆動電圧位相期間を判断し、位相差情報の検出を行なう。それ以外は図１の構成と同じである。
【００５５】
このように一旦簡単な方法でモータ脱調を起こすことなく位相差制御による正弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動の低振動，低騒音という効果を継承できる。
【００５６】
ここで、シングルロータリーコンプレッサをはじめとする負荷トルクは変動が急激で大きいため、位相差制御での追従が困難であると説明したが、モータ効率を僅かでも最大効率に近づけて制御をするためには、負荷トルク変動補正信号による補正だけでなく、位相差制御においても目標位相差情報を負荷トルク変動に応じて変更するのが望ましい。
【００５７】
この設定は、図４の各位相期間ごとの負荷トルクに応じて、その位相期間の目標位相差情報を設定するものであり、たとえば図２で負荷トルク小時には目標位相差情報をβｓに、負荷トルク大時には目標位相差情報をβｂにその都度設定する。これによって、モータ１回転中の負荷トルク変動に対して、モータ脱調を起こすことなく位相差制御による正弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動の低振動，低騒音という効果を継承できるとともに、さらなる高効率駆動も実現できる。
【００５８】
続いて、負荷トルク変動検出部１６における負荷トルク変動検出方法の一例について説明する。この実施形態における負荷トルク変動の検出方法は、位相差制御で用いる位相差情報から検出するものであり、負荷トルク変動によって位相差情報が変動することに着目したものである。
【００５９】
これは、モータ駆動電圧を一定としたときのモータ１回転中の位相差情報変動から負荷トルク変動を検出する。図２でいえば、モータ駆動電圧をＶａとするとき、負荷トルクが小さいときの位相差情報はβａとなるが、負荷トルクが大きいときの位相差情報はβａ′となる。この位相差情報の変化から負荷トルクを検出する。各位相期間で位相差情報を検出し、その変動からモータ回転中の負荷トルク位相差を検出し、位相差情報の変動の大きさから負荷トルク変動値を検出する。
【００６０】
図６はシングルロータリーコンプレッサなどの負荷トルク変動波形とそれに伴う位相差情報変動を示す図である。図６に示すように、負荷トルク変動と位相差情報には相関があり、位相差情報から負荷トルク変動を検出できることがわかる。なお、位相差情報は位相期間ごとの検出であるので、図６に比べ、検出分解能は粗くなることが多く、それによって負荷トルク変動の検出精度も低くなってしまうが、ある程度検出できれば補正は実現できるし、負荷トルクの検出精度に合わせて位相差情報の検出分解能を設定すればよい。あるいは粗い検出周期でありながら、高精度な検出が必要な場合については後述する方法で解決できる。
【００６１】
なお、位相差情報の変動は負荷トルク変動波形と波形的に逆転しているが、反転して使用すればよい。
【００６２】
図８はこの発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図８において、位相差検出部８から出力される位相差情報を負荷トルク変動検出部１６に入力するようにし、負荷トルク変動検出部１６では位相差情報の変動から負荷トルクの変動検出を行なう。変動検出としては、図６に示したような位相差情報の変動と負荷トルク変動との相関をデータとして格納しておき、実際の位相差情報の変動幅から負荷トルク変動を検出すればよく、他の方法でも構わない。それ以外の構成は図１と同じである。
【００６３】
通常、シングルロータリーコンプレッサをはじめとするモータ１回転に同期した負荷変動を持つ負荷は、その負荷トルク変動波形、位相が一定であることが多いので、一度負荷トルクを検出しておけばその後の検出は必要はない。しかしながら、中にはモータ回転数，平均的な負荷によって負荷トルク変動波形，位相が変化する場合もある。このような負荷では、所定時間ごとあるいはモータ回転変更ごとに上記の負荷トルク変動検出処理を行なえばよい。
【００６４】
上記の負荷トルク変動波形はほぼ一定であるということを利用すると、さらに高精度な負荷トルク変動検出が実現できる。図７は負荷トルク変動−位相差情報波形を示す図である。図７に示すように、本来の負荷トルク変動波形に対して、位相差情報検出間隔，すなわち負荷トルク変動検出周期が粗い場合に、位相差情報検出すなわち負荷トルク変動検出を行なうと、正確な負荷トルク変動が得られにくく、ある程度の負荷トルク変動検出はできるが高精度化は実現できない。
【００６５】
ここで、本来の基本的な負荷トルク変動波形を記憶しておき、検出された負荷トルク変動を補間するように処理すれば、より高精度な負荷トルク変動検出が可能になる。
【００６６】
図７の場合は、モータ１回転中４回の位相差情報検出、すなわち負荷トルク変動検出結果である。これからも負荷トルク変動は検出可能であるが、この位相差情報の大小関係から本来の負荷トルク変動波形との位相および大きさに関する対応を検出し、補間を行なえばさらに高精度な負荷トルク変動が検出できる。この補間波形も図７に示している。
【００６７】
記憶しておく負荷トルク変動波形は、負荷トルク変動における位相差情報変動の許容値から決められ、該当する分解能でその負荷トルク変動波形をデータ列として格納しておけばよいし、サイン波などの簡単な数式で近似できるのであれば数式を記憶しておいてもよい。
【００６８】
この発明はこのように、通常モータ駆動として使用している位相差情報から負荷トルク変動を検出するものであり、特別な負荷回路などを必要としないため、装置にかかるコストアップを抑え、上述した負荷トルク変動に対する発明を実現できる。
【００６９】
周期的な負荷トルク変動に対しては、次のような方法も有効である。
図９は、この発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。図９において、位相差制御で得られたＰＩ制御信号を繰り返し補償部１９に入力させる。そして、ＰＩ制御信号と繰り返し補償部１９の出力である補償信号とを加算器２０で加算する。それ以外の構成は図１と同じである。
【００７０】
図１０は繰り返し補償部の構成を示すブロック図である。モータ１回転中の位相差検出の位相期間を図４に示すように４回（θ０〜θ３）とする。まず、最初に現在の位相期間（θ０〜θ３）に対応する記憶部１９２のアドレス（θ０〜θ３）から記憶データを読出し、所定のゲインＧをゲイン部１９３で掛け合わせ、加算器２０に補償信号が出力される。ＰＩ制御信号は、積算部１９１で記憶部１９２に格納されている現在の位相期間（θ０〜θ３）と同じ位相期間の過去の記憶データと積算され、再度記憶部１９２の該当アドレス（θ０〜θ３）に格納される。
【００７１】
ここで、ゲイン部１９３は制御系が発振しないような値に調整するものであり、制御特性を測定して設定するのが望ましい。
【００７２】
なお、各位相期間でのＰＩ制御信号の積算は過去のすべての信号を積算してもよいが、負荷トルク変動が徐々に変化することも考えられるときには、過去何回分かの積算を用いてもよいし、さらには積算せずに過去１回のＰＩ制御信号を用いてもよい。
【００７３】
前述の如く、負荷トルク変動がモータ１回転で周期的なものであるので、前回の位相差情報を参照して制御することで効率的に制御できる。
【００７４】
上述の如く、この発明の実施形態によれば、周期的な負荷トルク変動を持つ負荷に対して、効果的に補正を行ない、モータ脱調のない効率的なモータ駆動を実現できる。さらに、すべてソフト的な処理で実現できるので、コストアップをすることもない。
【００７５】
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。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、シングルロータリーコンプレッサ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。したがって、低騒音，低振動，高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電によるモータ駆動を、より幅広い分野での搭載を可能とし、低コスト化，高性能化を実現できる。また、換言すればモータ効率，騒音，振動の影響でシングルロータリーコンプレッサなど使用できなかった用途においても、この発明による使用が可能となるため、装置全体としての低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】  この発明の第１の実施形態における位相差情報，モータ駆動電圧−モータ効率特性を示す図である。
【図３】  この発明の一実施形態の位相差情報−モータ駆動電圧特性を示す図である。
【図４】  この発明の第１の実施形態における負荷トルク変動波形を示す図である。
【図５】  この発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図６】  この発明の第２の実施形態を示す負荷トルク変動，位相差情報波形を示す図である。
【図７】  負荷トルク変動，位相差情報波形を示す図である。
【図８】  この発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図９】  この発明の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】  図９に示した実施形態に含まれる繰り返し補償部のブロック図である。
【図１１】  モータコイル電流波形およびサンプリングタイミング図である。
【図１２】  負荷トルク変動波形を示す図である。
【図１３】  位相差情報−モータ効率特性を示す図である。
【符号の説明】
１  モータ、２  インバータ回路、３  コンバータ回路、４  ＡＣ電源、５  電流センサ、６  モータ電流検出アンプ部、７  制御用マイクロコンピュータ、８，８ａ  位相差検出部、９  目標位相差情報格納部、１０，１８，２０  加算器、１１  ＰＩ演算部、１２  回転数設定部、１３  正弦波データテーブル、１４  正弦波データ作成部、１５  ＰＷＭ作成部、１６  負荷トルク変動検出部、１７  負荷トルク変動補正部、１９  繰り返し補償部、１９１  積算部、１９２記憶部、１９３  ゲイン部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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