(57)【要約】【課題】  圧縮機１００を含めて最大電力効率が得られるモータ１０の制御を行う。【解決手段】  位相探索部２４は、モータ入力電力Ｐｍと圧縮機軸動力Ｐthとから効率指標η（＝Ｐth／Ｐｍ）を計算する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。効率指標ηの単位時間当たりの変化量Δηが探索開始基準値Ａ以上となる場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、位相探索処理（Ｓ１５〜Ｓ２０）を実行する。位相探索処理では、電流位相θを変化させたときの効率指標ηの推移に基づいて、電流位相θの変化に対する効率指標ηの変化度合（Δη／Δθ）が極大判定値Ｂを下回るまで、電流位相θの探索を繰り返す。【選択図】  図２
2014064440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機の圧縮機を駆動する埋込磁石同期モータを制御するモータ制御装置において、
前記モータの永久磁石による磁界に沿う方向となるｄ軸と前記ｄ軸に直交する方向となるｑ軸とを定めたｄ−ｑ座標を用いた電流ベクトル制御により前記モータへの通電を制御する通電制御手段と、
前記モータに入力する電力に対する圧縮機軸動力の比の指標となる効率指標を計算する効率指標計算手段と、
前記効率指標が最大となるような、前記ｄ−ｑ座標における電流ベクトルの位相を探索する位相探索手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記位相探索手段は、前記電流ベクトルの位相を変化させ、その位相を変化させたときの前記効率指標の推移に基づいて前記効率指標が極大になると推定される位相を求めることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記位相探索手段は、前記効率指標の単位時間当たりの変化量が基準値を超える場合に、前記電流ベクトルの位相の探索を開始することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記位相探索手段は、前記電流ベクトルの位相の探索を開始した後、前記位相の変化に対する前記効率指標の変化度合が極大判定値を下回ったときに前記電流ベクトルの位相の探索を終了することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機の圧縮機を駆動するモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ突極性を有する埋込磁石同期モータが知られている。埋込磁石同期モータは、永久磁石のＮ極の向きにｄ軸、ｄ軸に直交する方向（ｄ軸から電気角でπ／２進んだ方向）にｑ軸を定めたｄ−ｑ座標を用いた電流ベクトル制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）への通電が制御される。図５に示すように、電流ベクトルｉｄｑは、ｑ軸方向のｑ軸電流ｉｑと、ｄ軸方向のｄ軸電流ｉｄとに分けて表される。電流ベクトルｉｄｑの方向、つまり、電流ベクトルｉｄｑのｑ軸となす角度が電流ベクトルｉｄｑの位相θとなる。電流ベクトル制御では、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とが算出され、この電流指令値に追従した電流が流れるようにモータへの通電が行われる。埋込磁石同期モータの運転性能は、この電流ベクトルｉｄｑの設定に大きく左右される。
【０００３】
特許文献１には、同期モータの最小電力損失を実現する電流ベクトルの位相を求める技術が提案されている。この特許文献１に提案された技術は、モータの鉄損を考慮した最大効率制御を実現するもので、位相指令に周波数信号を重畳し、電力損失変動量がゼロとなる電流位相に収束させようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８８４４０号公報
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１に提案された技術は、あくまでも、モータ単体における最大効率制御に過ぎず、モータの駆動対象装置を含めた効率に関しては考慮されていない。このため、空調機の冷媒を圧縮する圧縮機を駆動するアクチュエータとして埋込磁石同期モータを使用する場合には、上記の技術では圧縮機を含めた最大効率が得られる電流位相が得られない。
【０００６】
本発明は、上記課題に対処するためになされたもので、圧縮機を含めて高効率が得られるモータの制御を行うことを目的とする。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
上記課題を解決する本発明の特徴は、空調機の圧縮機（１００）を駆動する埋込磁石同期モータ（１０）を制御するモータ制御装置（１）において、前記モータの永久磁石による磁界に沿う方向となるｄ軸と前記ｄ軸に直交する方向となるｑ軸とを定めたｄ−ｑ座標を用いた電流ベクトル制御により前記モータへの通電を制御する通電制御手段（２０）と、前記モータに入力する電力に対する圧縮機軸動力の比の指標となる効率指標（η）を計算する効率指標計算手段（２４，Ｓ１３，Ｓ１９）と、前記効率指標が最大となるような、前記ｄ−ｑ座標における電流ベクトルの位相（θ）を探索する位相探索手段（２４，Ｓ１５〜Ｓ２０）とを備えたことにある。
【０００８】
本発明のモータ制御装置は、空調機の冷媒を圧縮する圧縮機の駆動装置として用いられる埋込磁石同期モータを制御するもので、埋込磁石同期モータを制御するために、通電制御手段と効率指標計算手段と位相探索手段とを備えている。通電制御手段は、モータの永久磁石による磁界に沿う方向となるｄ軸と、ｄ軸に直交する方向となるｑ軸とを定めたｄ−ｑ座標を用いた電流ベクトル制御によりモータへの通電を制御する。電流ベクトル制御では、ｄ軸指令電流とｑ軸指令電流とが算出され、この指令電流に追従する電流が流れるようにモータへの通電が行われる。ｄ−ｑ座標における電流ベクトルのｑ軸となす角度が電流ベクトルの位相となる。尚、ｄ軸電流とｑ軸電流とを表現するに当たっては、極座標形式で電流ベクトルの大きさ（スカラー）と位相とを用いることもできる。
【０００９】
効率指標計算手段は、モータに入力する電力に対する圧縮機軸動力の比の指標となる効率指標を計算する。モータに入力する電力は、例えば、モータに印加する電圧と、モータに流れた電流と、上記電圧と電流との位相差から計算することができる。また、圧縮機軸動力は、例えば、圧縮機の状態等を表すパラメータを入力して、理論圧縮動力相当値から計算することができる。効率指標は、モータに入力する電力に対する圧縮機軸動力の比を相対的に比較できる値であればよく、モータに入力する電力の大きさに応じて一義的に変化する値と、圧縮機軸動力に応じて一義的に変化する値とを使って計算するようにしてもよい。
【００１０】
電流ベクトルの位相を変化させると効率指標が変化する。そこで、位相探索手段は、効率指標が最大となるような、ｄ−ｑ座標における電流ベクトルの位相を探索する。これにより、本発明によれば、圧縮機を含めて高い電力効率の得られるモータ制御を行うことができる。
【００１１】
本発明の他の特徴は、前記位相探索手段は、前記電流ベクトルの位相を変化させ、その位相を変化させたときの前記効率指標の推移に基づいて前記効率指標が極大になると推定される位相を求めることにある。
【００１２】
電流ベクトルの位相を変化させると効率指標が変化するため、そのときの効率指標の推移から効率指標が最大となるポイントを見つけることができる。そこで、本発明では、位相探索手段が、位相を変化させたときの効率指標の推移に基づいて効率指標が極大になると推定される位相を求める。例えば、電流ベクトルの位相を変化させたときの位相の変化に対する効率指標の変化度合に基づいて、効率指標が極大になると推定される位相を求める。これにより、効率指標が最大となるような位相を簡単に探索することができる。
【００１３】
本発明の他の特徴は、前記位相探索手段は、前記効率指標の単位時間当たりの変化量が基準値を超える場合に、前記電流ベクトルの位相の探索を開始することにある。
【００１４】
電流ベクトルの位相の探索を行っていないときに、効率指標が変化する場合には、位相を調整することにより、もっと電力効率を上げることができる状況にあると考えられる。そこで、本発明では、位相探索手段が、効率指標の単位時間当たりの変化量が基準値を超える場合に、電流ベクトルの位相の探索を開始する。従って、適切なタイミングにて電流ベクトルの位相の探索を開始することができる。これにより、必要以上に位相の探索を行わないようにすることができる。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記位相探索手段は、前記電流ベクトルの位相の探索を開始した後、前記位相の変化に対する前記効率指標の変化度合が極大判定値を下回ったときに前記電流ベクトルの位相の探索を終了することにある。
【００１６】
電流ベクトルの位相を変化させた場合、それに応じて効率指標が増加する状況であれば、更に、高い効率指標が得られる位相が存在すると考えられる。また、効率指標が最大値に近づくと、位相の変化に対する効率指標の変化度合が少なくなる。そこで、本発明では、位相探索手段が、電流ベクトルの位相の探索を開始した後、位相の変化に対する効率指標の変化度合が極大判定値を下回ったときに電流ベクトルの位相の探索を終了する。これにより、効率指標が最大となるような位相を簡単に取得することができる。また、必要以上に位相の探索を継続させないようにすることができる。
【００１７】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、本発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。
【図２】最大効率制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】電流ベクトルの位相の変化に対して効率指標の変化する推移をイメージとして表すグラフである。
【図４】ｄ−ｑ座標と３相座標との関係を表す説明図である。
【図５】ｄ−ｑ座標系の電流ベクトルを表す説明図である。
【図６】α―β座標と３相座標との関係を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図１は、モータ制御装置１の機能を表す制御ブロック図である。本実施形態のモータ制御装置１の制御対象となるモータ１０は、埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Interior  Permanent  Magnet  Synchronous  Motor）である。また、モータ１０は、空調機の冷媒を圧縮する圧縮機１００の駆動用として用いられる。
【００２０】
埋込磁石同期モータは、ステータに電機子巻線を設け、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ突極性を有する永久磁石同期モータである。埋込磁石同期モータは、図４に示すように、ロータに設けられた永久磁石の磁界が貫く方向（Ｎ極の向き）にｄ軸、ｄ軸に直交する方向（ｄ軸に対して電気角がπ／２だけ進んだ方向）にｑ軸を定めたｄ−ｑ座標を用いた電流ベクトル制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）への通電が制御される。ｄ−ｑ座標は、ロータの回転と同期して回転する回転座標であり、ステータのＵ相コイルを貫く軸とｄ軸との成す角度θｅが電気角となる。
【００２１】
図５に示すように、ｄ−ｑ座標における電流ベクトルｉｄｑは、ｑ軸方向の電機子電流成分であるｑ軸電流ｉｑと、ｄ軸方向の電機子電流成分であるｄ軸電流ｉｄとに分けて表される。ｑ軸に対する電流ベクトルｉｄｑの向き、つまり、電流ベクトルｉｄｑのｑ軸となす角度が電流ベクトルｉｄｑの位相θとなる。以下、電流ベクトルｉｄｑの位相θを、単に、電流位相θと呼ぶこともある。尚、電流ベクトルｉｄｑは、そのスカラーＩｄｑ（＝｜ｉｄｑ｜）と、位相θとによって極座標形式で表すこともできる。
【００２２】
また、電気角速度ωで回転する埋込磁石同期モータの電圧方程式は、ｄ−ｑ座標で表すと次式（１）のようになる。
【数１】
2014064440.tif 000003
ここで、Ｒａは電機子巻線抵抗、ｐは微分演算子、Ψａは永久磁石による電機子鎖交磁束、ｖｑは電機子電圧のｑ軸方向成分、ｖｄは電機子電圧のｄ軸方向成分、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンスを表す。
【００２３】
式（１）の右辺第１項の１行１列および２行２列の第１項は、電機子巻線抵抗による電圧降下を表し、第２項は電流の変化によるインダクタンスの電圧降下を表す。インダクタンスの電圧降下は、定常状態ではｄ軸電流およびｑ軸電流は一定となるためゼロとなる。右辺第１項の１行２列および２行１列は、ｑ軸電機子反作用ならびにｄ軸電機子反作用を表している。右辺の第２項は、永久磁石の電機子鎖交磁束による誘起電圧を表し、ｑ軸にのみ発生する。
【００２４】
埋込磁石同期モータの極対数をＰｎとすると、埋込磁石同期モータのトルクＴは、次式（２）にて表すことができる。
【数２】
2014064440.tif 000004
【００２５】
式（２）の右辺第１項は、永久磁石の電機子鎖交磁束のみの変化により発生するマグネットトルクを表し、右辺第２項は、磁気的な突極性により電機子巻線の自己インダクタンスならびに相互インダクタンスがロータの位置に伴って変化し、それによって発生するリラクタンストルクを表している。埋込磁石同期モータにおいては、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑよりも小さい（Ｌｄ＜Ｌｑ）ため、負のｄ軸電流を流すことにより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを出力させることが可能となっている。従って、埋込磁石同期モータにおいては、ｄ軸電流の設定が運転性能に大きく影響を及ぼす。
【００２６】
本実施形態のモータ制御装置１は、モータ１０に入力した電力に対して圧縮機１００の圧縮機軸動力が最大となるように電流ベクトルｉｄｑの位相θを制御する。
【００２７】
モータ制御装置１は、図１に示すように、マイコンを主要部として備えた演算部２０と、モータ１０の駆動回路であるインバータ５０とを備えている。演算部２０は、角速度偏差計算部２１と、目標トルク計算部２２と、ベクトル制御部２３と、位相探索部２４と、上限値制限部２５と、ｑ軸電流偏差計算部２６と、ｄ軸電流偏差計算部２７と、ｑ軸指令電圧計算部２８と、ｄ軸指令電圧計算部２９と、ｄｑ−αβ座標変換部３０と、αβ−３相座標変換部３１と、３相−αβ座標変換部３２と、αβ−ｄｑ座標変換部３３と、電気角推定部３４とを備えている。各機能部は、マイコンの制御プログラムの実行により実現されるものである。
【００２８】
インバータ５０は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子を用いて３相のブリッジ回路を構成したもので、スイッチング素子に入力されるＰＷＭ制御信号によりスイッチング素子のデューティ比が制御されて、モータ１０の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流す電流を調整する。インバータ５０からモータ１０に電力を供給する３相パワーライン５１には、電流センサ４０が設けられており、この電流センサ４０により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが検出される。尚、３相の電流値の合計はゼロになるため、２相にのみ電流センサ設けて、残りの１相については、計算により検出するようにしてもよい。
【００２９】
以下、演算部２０における各機能部について説明する。角速度偏差計算部２１は、目標角速度ω＊と実角速度ωとを入力し、その偏差Δω（＝ω＊−ω）を計算する。目標角速度ωは、モータ１０の目標角速度であって、空調機の負荷に応じて設定される。本実施形態のモータ制御装置１は、モータ１０の電気角を検出する回転角センサを備えていなく、電気角を推定するセンサレスタイプであるため、実角速度ωは、電気角推定部３４にて推定された角速度が使用される。尚、センサレスタイプとせずに、モータ１０に回転角センサを設けて、モータ１０の電気角（または機械角）を検出する構成であってもよい。角速度ωは、電気角（または機械角）を時間微分することにより検出することができる。
【００３０】
角速度偏差計算部２１は、計算した偏差Δωを目標トルク計算部２２に出力する。目標トルク計算部２２は、偏差ΔωをＰＩ演算（比例積分演算）して目標トルクＴ＊を算出し、算出した目標トルクＴ＊をベクトル制御部２３に出力する。ベクトル制御部２３は、目標トルクＴ＊と、位相探索部２４により設定された電流位相θとに基づいて、ｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とを計算する。尚、ｑ軸指令電流ｉｑ’＊、ｄ軸指令電流ｉｄ’＊は、後述する上限値制限部２５により上限制限される場合があるので、最終的な指令値を表しているとは限らない。このため、符号に「’」を付加して最終的な指令値と区別している。
【００３１】
ｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とは、以下のように計算することができる。上述した式（２）で表されるトルクＴは、電流ベクトルｉｄｑの大きさＩｄｑ（＝｜ｉｄｑ｜）と、位相θを用いて次式（３）にように表すことができる。
【数３】
2014064440.tif 000005
この式においては、トルクＴと電流位相θが決まれば、電流ベクトルｉｄｑの大きさＩｄｑが一義的に決まる。従って、トルクＴを目標トルクＴ＊とし、電流位相θを位相探索部２４により設定された値とすることで、ｑ軸指令電流ｉｑ’＊（＝Ｉｄｑ×ｃｏｓθ）、ｄ軸指令電流ｉｄ’＊（＝−Ｉｄｑ×ｓｉｎθ）を導き出すことができる。ｄ軸指令電流ｉｄ’＊は、負の値に設定される。ベクトル制御部２３は、算出したｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とを上限値制限部２５に出力する。
【００３２】
位相探索部２４は、後述する最大効率制御ルーチンの実行時に探索される電流位相θをベクトル制御部２３に出力する。位相探索部２４については、本発明の特徴に大きく関係する構成であるため、演算部２０の全体説明の後で詳述する。
【００３３】
上限値制限部２５は、ベクトル制御部２３から出力されたｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とで表される電流ベクトルｉｄｑ’＊の大きさＩｄｑ’＊が上限値Ｉｄｑmaxを越えている場合には、電流ベクトルｉｄｑ’＊の大きさＩｄｑ’＊を上限値Ｉｄｑmaxにまで下げる。この場合、上限値制限部２５は、電流位相θを変更しないように電流ベクトルｉｄｑ’＊の大きさＩｄｑ’＊を小さくする。従って、ｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とは、同じ比率で減少することになる。上限値制限部２５は、上限制限を施した後の指令電流であるｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊とを出力する。このｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊とが最終的な電流指令値となる。この場合、電流ベクトルｉｄｑ’＊の大きさＩｄｑ’＊が上限値Ｉｄｑmaxを越えていないケースでは、ベクトル制御部２３から入力したｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊とが、そのままｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊として出力される。
【００３４】
上限値制限部２５から出力されたｑ軸指令電流ｉｑ＊は、ｑ軸電流偏差計算部２６に入力され、上限値制限部２５から出力されたｄ軸指令電流ｉｄ＊は、ｄ軸電流偏差計算部２７に入力される。ｑ軸電流偏差計算部２６は、ｑ軸指令電流ｉｑ＊とｑ軸実電流ｉｑとの偏差Δｉｑ（＝ｉｑ＊−ｉｑ）を計算し、計算結果をｑ軸指令電圧計算部２８に出力する。ｄ軸電流偏差計算部２７は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊とｄ軸実電流ｉｄとの偏差Δｉｄ（＝ｉｄ＊−ｉｄ）を計算し、計算結果をｄ軸指令電圧計算部２９に出力する。ｑ軸実電流ｉｑ，ｄ軸実電流ｉｄは、電流センサ４０により検出されたモータ１０に流れた電流のｑ軸成分，ｄ軸成分を表すもので、αβ−ｄｑ座標変換部３３から出力される。
【００３５】
ｑ軸指令電圧計算部２８は、偏差ΔｉｑをＰＩ演算（比例積分演算）してｑ軸指令電圧ｖｑ＊を算出し、算出したｑ軸指令電圧ｖｑ＊をｄｑ−αβ座標変換部３０に出力する。また、ｄ軸指令電圧計算部２９は、偏差ΔｉｄをＰＩ演算（比例積分演算）してｄ軸指令電圧ｖｄ＊を算出し、算出したｄ軸指令電圧ｖｄ＊をｄｑ−αβ座標変換部３０に出力する。
【００３６】
ｄｑ−αβ座標変換部３０は、電気角θｅに基づいてｑ軸指令電圧ｖｑ＊，ｄ軸指令電圧ｖｄ＊をα−β座標系に変換したα軸指令電圧ｖα＊，β軸指令電圧ｖβ＊を計算し、その計算結果をαβ−３相座標変換部３１、電気角推定部３４および位相探索部２４に出力する。
【００３７】
αβ−３相座標変換部３１は、α軸指令電圧ｖα＊，β軸指令電圧ｖβ＊を３相座標系に変換したＵ相指令電圧ｖｕ＊，Ｖ相指令電圧ｖｖ＊，Ｗ相指令電圧ｖｗ＊を計算し、その計算結果をインバータ５０に出力する。インバータ５０は、図示しないスイッチ駆動回路を備えており、スイッチ駆動回路からＵ相指令電圧ｖｕ＊，Ｖ相指令電圧ｖｖ＊，Ｗ相指令電圧ｖｗ＊に対応したデューティ比のＰＷＭ制御信号がスイッチング素子に出力される。これにより、モータ１０の各相には、Ｕ相指令電圧ｖｕ＊，Ｖ相指令電圧ｖｖ＊，Ｗ相指令電圧ｖｗ＊に応じた大きさの電圧が印加され、モータ１０が駆動される。
【００３８】
尚、α―β座標とは、対称三相交流をそれと等価な二相交流に変換した座標であって、図６に示すように、直交するα軸とβ軸とで表され、α軸をＵ相軸と一致するように配置した固定座標である。従って、回転座標であるｄ−ｑ座標系をα−β座標系に変換する場合には、電気角θｅを使って、次式（４）のような変換行列を用いればよく、α−β座標系を３相系に変換する場合には、次式（５）のような変換行列を用いればよい。
【数４】
2014064440.tif 000006
【数５】
2014064440.tif 000007
【００３９】
３相−αβ座標変換部３２は、電流センサ４０により検出される３相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ（実電流と呼ぶ）を読み込み、３相の実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをα―β座標系に変換したα軸実電流ｉα，β軸実電流ｉβを計算し、その計算結果をαβ−ｄｑ座標変換部３３、電気角推定部３４および位相探索部２４に出力する。３相座標系をα―β座標系に変換する場合には、次式（６）のような変換行列を用いればよい。
【数６】
2014064440.tif 000008
【００４０】
αβ−ｄｑ座標変換部３３は、電気角θｅに基づいて、α軸実電流ｉα，β軸実電流ｉβをｄ−ｑ座標系に変換したｑ軸実電流ｉｑ，ｄ軸実電流ｉｄを計算する。そして、計算結果であるｑ軸実電流ｉｑをｑ軸電流偏差計算部２６に出力し、ｄ軸実電流ｉｄをｄ軸電流偏差計算部２７に出力する。α―β座標系をｄ−ｑ座標系に変換する場合には、次式（７）のような変換行列を用いればよい。
【数７】
2014064440.tif 000009
【００４１】
電気角推定部３４は、ｄｑ−αβ座標変換部３０から出力されたα軸指令電圧ｖα＊，β軸指令電圧ｖβ＊と、３相−αβ座標変換部３２から出力されたα軸実電流ｉα，β軸実電流ｉβとを入力し、モータ１０の電気角θｅおよび角速度ωを推定により計算する。電気角θｅは、ｄ軸の向きを推定することにより求められ、種々の公知の手法により計算することができる。電気角推定部３４は、計算した電気角θｅをｄｑ−αβ座標変換部３０とαβ−ｄｑ座標変換部３３とに出力する。また、計算した角速度ωを角速度偏差計算部２１および位相探索部２４に出力する。
【００４２】
このように演算部２０は、モータ１０が目標角速度ωで回転するようにｑ軸指令電流ｉｑ＊、ｄ軸指令電流ｉｄ＊を設定し、モータ１０に流れたｑ軸実電流ｉｑ、ｄ軸実電流ｉｄがｑ軸指令電流ｉｑ＊、ｄ軸指令電流ｉｄ＊に追従するようにｑ軸指令電圧ｖｑ＊、ｄ軸指令電圧ｖｄ＊を操作して電流フィードバック制御を行う。
【００４３】
次に、位相探索部２４について説明する。位相探索部２４は、モータ１０に入力した電力に対して圧縮機軸動力が最大となるように電流ベクトルｉｄｑの位相θを探索する機能を有する。そのために、位相探索部２４は、モータ１０に入力した電力を計算するためのデータと、圧縮機軸動力を計算するためのデータとを取得する。そして、圧縮機軸動力Ｐthをモータ入力電力Ｐｍで除算した値（Ｐth／Ｐｍ）を効率指標ηとして算出し、効率指標ηが最大になると推定される電流位相θを探索する。
【００４４】
位相探索部２４は、ｄｑ−αβ座標変換部３０から出力されたα軸指令電圧ｖα＊，β軸指令電圧ｖβ＊と、３相−αβ座標変換部３２から出力されたα軸実電流ｉα，β軸実電流ｉβとを入力し、これらのパラメータを使ってモータ１０に入力した電力Ｐｍを計算する。モータ１０に入力した電力Ｐｍは、α−β座標における指令電圧ベクトルｖαβ＊（ｖα＊，ｖβ＊で表されるベクトル）と、α−β座標における実電流ベクトルｉαβ（ｉα，ｉβで表されるベクトル）との内積により計算すればよい。指令電圧ベクトルｖαβ＊のスカラーをＶαβ＊、実電流ベクトルｉαβのスカラーをＩαβ、指令電圧ベクトルｖαβ＊と実電流ベクトルｉαβとのなす角度（位相差）をθviとすれば、モータ１０に入力された電力Ｐｍは、次式（８）により計算することができる。
Ｐｍ＝Ｖαβ＊×Ｉαβ×ｃｏｓ（θvi）  ・・・（８）
【００４５】
また、位相探索部２４は、圧縮機軸動力を計算するためのデータとして、圧縮機１００の吐出圧力Ｐout、吐出温度ｔout、吸入圧力Ｐin、吸入温度ｔinを入力する。圧縮機１００には、吐出口に圧力センサ１０１、温度センサ１０２が設けられており、吸入口に圧力センサ１０３、温度センサ１０４が設けられている。位相探索部２４は、この圧力センサ１０１，１０３と温度センサ１０２，１０４の検出信号を入力して、吐出圧力Ｐout、吐出温度ｔout、吸入圧力Ｐin、吸入温度ｔinを検出する。
【００４６】
圧縮機１００の圧縮機軸動力は、理論圧縮動力（理論断熱圧縮動力）により求められる。理論圧縮動力Ｐthは、次式（９）により計算することができる。
Ｐth＝ｑｍｒ（ｈ２−ｈ１）  ・・・（９）
ここで、ｑｍｒは、冷媒循環量［ｋｇ／ｓ］、ｈ１は、圧縮機吸い込み過熱蒸気エンタルピー［ｋｊ／ｋｇ］、ｈ２は、圧縮機吐出し過熱蒸気エンタルピー［ｋｊ／ｋｇ］を表す。
【００４７】
エンタルピーｈ１，ｈ２は、圧縮機１００の吐出圧力、吐出温度、吸入圧力、吸入温度が分かれば、モリエル線図から導くことができる。位相探索部２４は、圧縮機１００のモリエル線図を表すマップを記憶しており、モリエル線図を参照して圧縮機１００の吐出圧力Ｐout、吐出温度ｔout、吸入圧力Ｐin、吸入温度ｔinからエンタルピーｈ１，ｈ２を計算する。
【００４８】
また、冷媒循環量ｑｍｒは、次式（１０）にて表すことができる。
ｑｍｒ＝Ｖ・ηｖ／ｖ  ・・・（１０）
ここで、Ｖは圧縮機１００の押しのけ量［ｍ３／ｓ］、ηｖは体積効率、ｖは比体積［ｍ３／ｋｇ］を表す。比体積ｖは、圧縮機１００の吐出圧力、吐出温度、吸入圧力、吸入温度が分かれば、モリエル線図から導くことができる。位相探索部２４は、モリエル線図を表すマップを参照して圧縮機１００の吐出圧力Ｐout、吐出温度ｔout、吸入圧力Ｐin、吸入温度ｔinから比体積ｖを計算する。また、体積効率ηｖは、回転数との相関から求めることができる。例えば、スクロール式の圧縮機では、体積効率ηｖは、一定あるいは一次式にて近似することができる。位相探索部２４は、回転数と体積効率ηｖとの関係を表すマップを記憶しており、回転数から体積効率ηｖを計算する。また、押しのけ量Ｖは、（押しのけ容積）×（単位時間当たりの押しのけ回数）で表され、押しのけ容積は、一定である。最大効率を探索するためには、モータ入力電力に対する圧縮機軸動力の比を相対的に比較できる値がわかればよいため、位相探索部２４は、押しのけ量を回転数に置き換えて計算する。回転数は、モータ１０の角速度ωに対応したものとなる。このため、位相探索部２４は、電気角推定部３４の出力する角速度ωを入力する。
【００４９】
次に、位相探索部２４の処理の流れについて説明する。図２は、位相探索部２４の実行する最大効率制御ルーチンを表す。最大効率制御ルーチンが起動すると、位相探索部２４は、ステップＳ１１において、モータ１０に入力した電力Ｐｍを上記式（８）を使って計算し、続くステップＳ１２において、圧縮機１００の圧縮機軸動力Ｐthを上記式（９）、式（１０）を使って計算する。続いて、位相探索部２４は、ステップＳ１３において、効率指標ηを次式（１１）により計算する。
η＝Ｐth／Ｐｍ  ・・・（１１）
効率指標ηの計算にあたっては、上記式により算出された値に対してローパスフィルタ処理を施してノイズを除去した効率指標ηを求めるようにするとよい。
【００５０】
この効率指標ηは、モータ入力電力Ｐｍに対する圧縮機軸動力Ｐthの比を表すため、モータ１０と圧縮機１００とを総合した電力効率を表す指標となる。この電力効率は、電流ベクトルｉｄｑの位相θに応じて変化する。そこで、位相探索部２４は、以下の処理を行うことにより、効率指標ηが最大となるような電流位相θを探索する。
【００５１】
位相探索部２４は、ステップＳ１４において、効率指標の単位時間当たりの変化量Δηの大きさが探索開始基準値Ａ以上であるか否かを判断する。最大効率制御ルーチンは所定の周期で繰り返されるため、この変化量Δηは、１周期前の演算タイミングで計算した効率指標η（n-1）と、今回の演算タイミングでステップＳ１３で計算した効率指標η（ｎ）との偏差の絶対値を表す（Δη＝｜η（n）−η（n-1）｜）。尚、１周期前のデータを比較するのではなく、複数周期分のデータを比較するようにしてもよい。
【００５２】
効率指標が変化する場合には、電流位相θを調整することにより、もっと電力効率を上げることができる状況にある（電力効率を上げる余地がある）と考えられる。そこで、位相探索部２４は、ステップＳ１４において、変化量Δηの大きさが探索開始基準値Ａ以上であると判断した場合には、ステップＳ１５〜Ｓ２０の位相探索処理を実効する。この場合、位相探索部２４は、ステップＳ１５〜Ｓ２０のループ処理を所定の周期で繰り返し実効する。一方、変化量Δηの大きさが探索開始基準値Ａ未満である場合（Ｓ１４：Ｎｏ）には、位相探索処理をスキップして最大効率制御ルーチンを一旦終了する。この場合、位相探索部２４は、最大効率制御ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００５３】
位相探索部２４は、ステップＳ１５において、次式（１２）により電流位相θ（ｎ）を計算する。
θ（n）＝θ（n-1）＋（Δη（n-1）／Δθ（n-1））×Ｇ  ・・・（１２）
ここで、θ（n-1）は直近の電流位相（現時点における電流位相）である。位相探索処理は、後述するように、電流位相θを変化させ、その都度、効率指標を計算するという処理を繰り返すものであるため、式（１２）のΔη（n-1）／Δθ（n-1）は、１演算周期前の位相探索処理における電流位相の変化に対する効率指標の変化度合を表している。Ｇは、予め設定された位相調整ゲインである。従って、電流位相θ（n）は、現時点における電流位相に、（Δη（n-1）／Δθ（n-1））×Ｇで表される位相変更分を加算することにより算出される。従って、効率指標の変化度合が大きいほど、電流位相の調整量が大きくなる。尚、ステップＳ１５の処理を最初に実行する場合には、（Δη（n-1）／Δθ（n-1））の値が存在しないため、その値については、予め初期値が設定されている。
【００５４】
続いて、位相探索部２４は、ステップＳ１６において、電流位相θをベクトル制御部２３に出力する。これによりベクトル制御部２３は、位相探索部２４から出力された電流位相θを使ってｑ軸指令電流ｉｑ’＊とｄ軸指令電流ｉｄ’＊と計算する。
【００５５】
続いて、位相探索部２４は、ステップＳ１７において、モータ１０に入力した電力Ｐｍを計算し、ステップＳ１８において、圧縮機１００の圧縮機軸動力Ｐthを計算し、ステップＳ１９において、効率指標ηを計算する。このステップＳ１７〜Ｓ１９の計算処理は、ステップＳ１１〜Ｓ１３の計算処理と同じである。
【００５６】
続いて、位相探索部２４は、ステップＳ２０において、今回の演算タイミングで計算した電流位相θ（n）へ変更したことによる効率指標ηの変化度合（Δη／Δθ）を計算し、その変化度合（Δη／Δθ）が極大判定値Ｂ未満であるか否かを判断する。変化度合（Δη／Δθ）におけるΔηは、ステップＳ１９で計算された効率指標η（n）とその直前までの効率指標η（n-1）との偏差の絶対値を表し、Δθは、ステップＳ１５で計算された電流位相θ（n）とその直前までの電流位相θ（n-1）との偏差の絶対値を表す。
【００５７】
位相探索部２４は、変化度合（Δη／Δθ）が極大判定値Ｂ以上である場合（Ｓ２０：Ｎｏ）は、その処理をステップＳ１５に戻し、上述した処理を繰り返す。この場合、位相探索部２４は、電流位相θと効率指標ηとを対としたデータ履歴を記憶し、この効率指標ηの推移に基づいて、効率指標ηが増加する方向となるように電流位相θを調整する方向を決定するとよい。電流位相θを調整する方向は、式（１２）の右辺第２項の符号（＋または−）を調整すればよい。
【００５８】
こうした位相探索処理が繰り返されると、効率指標ηは、徐々に増加していく。図３は、位相探索処理のイメージを表す。図示するように、電流位相θをΔθだけ変化させることにより効率指標ηがΔηだけ変化する。この場合、効率指標ηが最大値に近づくほど効率指標の変化度合（Δη／Δθ）が小さくなっていく。従って、効率指標の変化度合（Δη／Δθ）が、ほとんど変化しなくなった時点、つまり、変化度合（Δη／Δθ）が極大判定値Ｂを下回った時点で、効率指標ηが最大になったと推定することができる。
【００５９】
位相探索部２４は、ステップＳ２０において、変化度合（Δη／Δθ）が極大判定値Ｂ未満であると判定した場合には、位相探索処理を一旦終了する。そして、所定の周期でステップＳ１１からの最大効率制御ルーチンを実行する。
【００６０】
以上説明した本実施形態のモータ制御装置によれば、モータ入力電力Ｐｍに対する圧縮機軸動力Ｐthの比の指標となる効率指標ηを計算し、この効率指標ηが最大になるような電流位相θを探索する。従って、圧縮機１００を含めて高い電力効率の得られるモータ１０の制御を行うことができる。また、電流位相を変化させたときの電流位相の変化に対する効率指標の変化度合（Δη／Δθ）に基づいて、効率指標が極大になると推定される電流位相を求めるため、電力効率が最大となるような電流位相を簡単に探索することができる。
【００６１】
また、効率指標の単位時間当たりの変化量が基準値を超える場合に（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、電流位相の探索を開始するため、探索開始のタイミングを適切にすることができる。また、電流位相の探索を開始した後、電流位相の変化に対する効率指標の変化度合が極大判定値Ｂを下回ったときに電流位相の探索を終了する。このため、電流位相の探索を必要以上に行わないようにすることができる。
【００６２】
また、電流位相の探索にあたっては、モータ１０のパラメータを使用しないため、最大電力効率が得られるポイントに電流位相を速やかに収束させることができる。また、従来装置（特許文献１）においては、位相指令に高周波信号を重畳する必要があり、また、それに伴って特定の周波数信号を取り出すためのフィルタ処理が必要となるが、本実施形態においては、そうした高周波信号を重畳する必要もなければ、その高周波信号を取り出すフィルタ処理も必要ない。従って、簡易な構成にて電流位相の探索を実施することができる。また、高周波信号を流すための無駄な通電をなくすことができる。
【００６３】
以上、本実施形態に係るモータ制御装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６４】
例えば、本実施形態においては、勾配法により効率指標が最大になると推定される電流位相θを探索したが、必ずしも勾配法を用いる必要はなく、任意の方法にて電流位相を探索することができる。また、本実施形態においては、α−β座標系を介してｄ−ｑ座標系を３相座標系に変換しているが、α−β座標系を介さずにｄ−ｑ座標系を直接３相座標系に変換するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…モータ制御装置、１０…モータ（埋込磁石同期モータ）、２０…演算部、２１…角速度偏差計算部、２２…目標トルク計算部、２３…ベクトル制御部、２４…位相探索部、２５…上限値制限部、２６…ｑ軸電流偏差計算部、２７…ｄ軸電流偏差計算部、２８…ｑ軸指令電圧計算部、２９…ｄ軸指令電圧計算部、３０…ｄｑ−αβ座標変換部、３１…αβ−３相座標変換部、３２…３相−αβ座標変換部、３３…αβ−ｄｑ座標変換部、３４…電気角推定部、４０…電流センサ、５０…インバータ、１００…圧縮機、θ…電流ベクトルの位相（電流位相）、η…効率指標。
【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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