(57)【要約】  第１のモーター（３）および第２のモーター（４）を駆動するモーター駆動装置（１００）であって、第１のモーター（３）に第１の交流電力を出力する第１のインバーター（５）と、第２のモーター（４）に第２の交流電力を出力する第２のインバーター（６）と、第１のインバーター（５）へ第１の駆動信号を出力する第１の制御器（７）と、第２のインバーター（６）へ第２の駆動信号を出力する第２の制御器（８）と、を備え、第１の制御器（７）は、第１のモーター（３）の回転の周期に応じたパルス信号を第２の制御器（８）へ出力する。
2018011864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモーターおよび第２のモーターを駆動するモーター駆動装置であって、
前記第１のモーターに第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、
前記第２のモーターに第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、
前記第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、
前記第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、
を備え、
前記第１の制御器は、前記第１のモーターの回転の周期に応じたパルス信号を前記第２の制御器へ出力するモーター駆動装置。
【請求項２】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記第２のモーターの回転速度に対する指令である速度指令を補正する請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項３】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記第２のモーターの回転の位相を補正する請求項１または２に記載のモーター駆動装置。
【請求項４】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記第２のモーターの回転の位相と前記第１のモーターの回転の位相との位相差があらかじめ定めた値となるよう補正する請求項３に記載のモーター駆動装置。
【請求項５】
第１の巻線部および第２の巻線部を有するモーターを駆動するモーター駆動装置であって、
前記第１の巻線部に第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、
前記第２の巻線部に第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、
前記第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、
前記第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、
を備え、
前記第１の制御器は、前記モーターの回転の周期に応じたパルス信号を前記第２の制御器へ出力するモーター駆動装置。
【請求項６】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記モーターの回転速度に対する指令である速度指令を補正する請求項５に記載のモーター駆動装置。
【請求項７】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記モーターの回転の位相を補正する請求項５または６に記載のモーター駆動装置。
【請求項８】
前記第２の制御器は、前記パルス信号を用いて、前記モーターの回転の位相と前記モーターの回転の位相との位相差があらかじめ定めた値となるよう補正する請求項７に記載のモーター駆動装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載のモーター駆動装置と、
前記モーター駆動装置により駆動されるモーターを有する圧縮機と、
を備える空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターを駆動するモーター駆動装置および空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の制御装置を同期させて、被制御装置を制御する同期制御システムがある。特許文献１には、マスターの制御装置が同期運転のための同期カウンタ値をスレーブの制御装置へ送信し、スレーブの制御装置が、マスターの制御装置から受信した同期カウンタ値に基づいて自らが保持するカウンタ値を調整することにより、同期運転を実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５３３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マスターの制御装置およびスレーブの制御装置は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）をはじめとする演算装置の基準クロックに従って同期制御を実施する。基準クロックは、マスターの制御装置とスレーブの制御装置との間で同一とは限らない。具体的には、マスターの制御装置とスレーブの制御装置との間で、基準クロックを生成する基準クロック源が異なっていたり、同じ基準クロック源を用いても、クロック源内の発振子の発振周波数のばらつきによる発振周波数のズレが生じていたりすると、マスターの制御装置とスレーブの制御装置との間で基準クロックの周波数が異なることになる。【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、スレーブの制御装置が、マスターの制御装置から受信した同期カウンタ値に基づいて自らが保持するカウンタ値を調整するだけであり、特許文献１には、基準クロックの周波数の違いによる同期誤差の低減方法については開示も示唆もない。例えば、マスターの制御装置およびスレーブの制御装置の制御対象が、モーターであり、マスターの制御装置とスレーブの制御装置とでモーターの回転数を一致させようとしても、基準クロックの周波数の違いによりモーターの回転数にズレが生じ、うなりが生じて、安定的に同期運転が維持できない可能性があるという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の制御装置の間の基準クロックの周波数の違いの有無にかかわらず、安定的に同期運転を維持することができるモーター駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモーター駆動装置は、第１のモーターおよび第２のモーターを駆動するモーター駆動装置であって、第１のモーターに第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、第２のモーターに第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、を備える。第１の制御器は、第１のモーターの回転の周期に応じたパルス信号を第２の制御器へ出力する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるモーター駆動装置は、複数の制御装置の間の基準クロックの周波数の違いの有無にかかわらず、安定的に同期運転を維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかるモーターシステムの構成例を示す図
【図２】実施の形態１の第１の制御器の構成例を示す図
【図３】実施の形態１の第２の制御器の構成例を示す図
【図４】実施の形態１の制御回路の構成例を示す図
【図５】実施の形態１のマスター周波数パルス信号の一例を示す図
【図６】実施の形態２にかかるモーターシステムの構成例を示す図
【図７】実施の形態３の第１の制御器における各信号と各モーターの負荷トルクの一例を示す図
【図８】実施の形態４の空気調和機の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるモーター駆動装置および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるモーターシステムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１のモーターシステム１０１は、第１のモーター３、第２のモーター４、およびモーター駆動装置１００を備える。モーター駆動装置１００は、交流電源９および交流電源１０から供給される交流電力を用いて、第１のモーター３および第２のモーター４を駆動する。
【００１２】
モーター駆動装置１００は、交流電源９から入力される交流電力を直流電力に整流する整流器１１と、整流器１１に並列に接続され、整流された直流電力の電圧を平滑化するためのコンデンサ１３と、整流器１１に並列に接続され、直流電流を３相交流電流に変換して第１のモーター３を駆動する第１のインバーター５と、を備える。また、モーター駆動装置１００は、交流電源１０から入力される交流電力を直流電力に整流する整流器１２と、整流器１２に並列に接続され、整流された直流電力の電圧を平滑化するためのコンデンサ１４と、整流器１２に並列に接続され、直流電流を３相交流電流に変換して第２のモーター４を駆動する第２のインバーター６と、を備える。すなわち、第１のインバーター５は、第１のモーター３に第１の交流電力を出力し、第２のインバーター６は、第２のモーター４に第２の交流電力を出力する。
【００１３】
また、モーター駆動装置１００は、第１のインバーター５を制御するための第１の駆動信号であるＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号を生成して第１のインバーター５へ出力する第１の制御器７と、第２のインバーター６を制御するための第２の駆動信号であるＰＷＭ信号を生成して第２のインバーター６へ出力する第２の制御器８とを備える。第１の制御器７および第２の制御器８は、複数の制御器の一例である。また、モーター駆動装置１００は、第１のモーター３のモーター電流を計測する電流検出素子１５，１６と、第２のモーター４のモーター電流を計測する電流検出素子１７，１８と、を備える。さらに、図示は省略しているが、モーター駆動装置１００は、コンデンサ１３の両端電圧を計測する電圧計測部と、コンデンサ１４の両端電圧を計測する電圧計測部と、を備える。
【００１４】
なお、図１では、３相のモーター電流のうち２相のモーター電流を計測する例を示しているが、３相のモーター電流をそれぞれ計測してもよいし、１相のモーター電流を計測してもよい。
【００１５】
本実施の形態のモーターシステム１０１は、第１のモーター３および第２のモーター４を同期運転させる。第１のモーター３および第２のモーター４は、それぞれが回転子を有する個別のモーターである。第１のモーター３および第２のモーター４は、例えば冷凍サイクルにおける圧縮機のモーターとして用いられる場合、それぞれ異なる圧縮機に用いられる。
【００１６】
第１のモーター３は、３相モーターであり、第１の巻線部１を備える。第１の巻線部１は、Ｕ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部を備える。また、第１のモーター３は、Ｕ相に対応するＵ相端子３０１、Ｖ相に対応するＶ相端子３０２およびＷ相に対応するＷ相端子３０３を備える。第２のモーター４は、３相モーターであり、第２の巻線部２を備える。第２の巻線部２は、Ｕ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部を備える。また、第２のモーター４は、Ｕ相に対応するＵ相端子４０１、Ｖ相に対応するＶ相端子４０２およびＷ相に対応するＷ相端子４０３を備える。なお、以下では、３相モーターを例に説明するが、モーターの相数は３相に限定されない。
【００１７】
マスターインバーター制御器である第１の制御器７は、第１のモーター３および第２のモーター４を同期運転させるために、後述する、第１のモーター３の回転の周期に応じたパルス状の信号であるマスター周波数パルス信号を生成して、スレーブ制御器である第２の制御器８へ出力する。ここで、上述した第１のモーター３の周波数は、機械角の周波数すなわち第１のモーター３の１回転を１周期とした周期に対応する周波数であってもよいし、電気角の周波数すなわち第１のモーター３に印加される交流電力の周波数であってもよい。第２の制御器８は、マスター周波数パルス信号を用いて、第２のモーター４の回転速度に対する指令である速度指令を補正する。
【００１８】
第１のインバーター５は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５１，５２と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５３，５４と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５５，５６とを備える。スイッチング素子５１およびスイッチング素子５２、スイッチング素子５３およびスイッチング素子５４、スイッチング素子５５およびスイッチング素子５６の各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。第１のインバーター５の各アームの中点は、第１のモーター３の対応する相の端子にそれぞれ接続される。
【００１９】
具体的には、スイッチング素子５１およびスイッチング素子５２で構成されるアームは、Ｕ相端子３０１に接続され、スイッチング素子５３およびスイッチング素子５４で構成されるアームは、Ｖ相端子３０２に接続され、スイッチング素子５５およびスイッチング素子５６で構成されるアームは、Ｗ相端子３０３に接続される。
【００２０】
第２のインバーター６は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子６１，６２と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子６３，６４と、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子６５，６６とを備える。スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２、スイッチング素子６３およびスイッチング素子６４、スイッチング素子６５およびスイッチング素子６６の各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。第２のインバーター６の各アームの中点は、第２のモーター４の対応する相の端子にそれぞれ接続される。
【００２１】
具体的には、スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２で構成されるアームは、Ｕ相端子４０１に接続され、スイッチング素子６３およびスイッチング素子６４で構成されるアームは、Ｖ相端子４０２に接続され、スイッチング素子６５およびスイッチング素子６６で構成されるアームは、Ｗ相端子４０３に接続される。スイッチング素子５１〜５６およびスイッチング素子６１〜６６は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field  Effect  Transistor）のスイッチング素子であり、各スイッチング素子には並列に還流ダイオードが接続される。
【００２２】
スイッチング素子５１〜５６、スイッチング素子６１〜６６および還流ダイオードは、例えば、ワイドギャップ半導体により構成されるが、これらはワイドバンドギャップ半導体に限定されない。ワイドバンドギャップ半導体としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。
【００２３】
なお、図１では２個のモーターを２組の制御器およびインバーターで制御する例を図示したが、ｎ（ｎは３以上の整数）個のモーターをｎ組の制御器およびインバーターで制御することも可能である。ｎ個のモーターをｎ個のインバーターで制御する場合、ｎ組の制御器およびインバーターのうち１組をマスターとし、他の組をスレーブとする。すなわちｎ個の制御器のうち１つが本実施の形態の第１の制御器７と同様の動作を行い、他の制御器が本実施の形態の第２の制御器８と同様の動作を行う。
【００２４】
第１のインバーター５内のスイッチング素子５１〜５６は、第１の制御器７から出力されるＰＷＭ信号１９によりオンまたはオフとなるよう制御される。第１の制御器７は、速度指令に基づいて、第１のモーター３の回転子の永久磁石が作る磁束と同じ速度で回転する座標系において、第１のモーター３に正弦波または台形波状の電圧を印加し回転磁束を発生させて第１のモーター３の回転子を回転させるようＰＷＭ信号１９を生成する。速度指令は、第１のモーター３の回転速度、すなわち第１のモーター３に正弦波または台形波状の周波数を示す指令であり、モーター駆動装置１００の外部から入力されてもよいし、モーター駆動装置１００内で生成されてもよい。
【００２５】
第２のインバーター６内のスイッチング素子６１〜６６は、第２の制御器８から出力されるＰＷＭ信号２０によりオンまたはオフとなるよう制御される。第２の制御器８は、第１の制御器７から受け取ったマスター周波数パルス信号を用いて速度指令を補正し、補正後の速度指令に基づいて、第１のモーター３の回転子の永久磁石が作る磁束と同じ速度で回転する座標系において、第１のモーター３に正弦波または台形波状の電圧を印加し回転磁束を発生させて第１のモーター３の回転子を回転させるようＰＷＭ信号２０を生成する。速度指令は、第１のインバーター５に入力される速度指令と同一である。
【００２６】
図２は、実施の形態１の第１の制御器７の構成例を示す図である。図３は、実施の形態１の第２の制御器８の構成例を示す図である。第１の制御器７および第２の制御器８は、それぞれ処理回路により実現され、この処理回路は、マイコン（マイクロコンピュータ）をはじめとした演算器である。この処理回路は、基準クロック源を備えており、または外部の基準クロック源と接続されており、基準クロック源により生成された基準クロックに基づいて動作する。基準クロック源としては、発振子が用いられ、発振子には、例えば水晶発振子またはセラミック発振子を用いることができる。基準クロックは、第１の制御器７と第２の制御器８とでは共通とは限らない。
【００２７】
第１の制御器７および第２の制御器８をそれぞれ実現する処理回路は、専用のハードウェアである処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものである。また、図２および図３に示した各部がそれぞれ個別の処理回路により実現されてもよいし、２つ以上が１つの処理回路により実現されてもよい。
【００２８】
第１の制御器７および第２の制御器８をそれぞれ実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図４に示す構成の制御回路２００である。図４は、実施の形態１の制御回路の構成例を示す図である。制御回路２００は、プロセッサ２０１とメモリ２０２を備える。プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）等である。
【００２９】
第１の制御器７および第２の制御器８をそれぞれ実現する処理回路がプロセッサ２０１を備える制御回路２００である場合、プロセッサ２０１が、メモリ２０２に記憶された各制御器の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００３０】
図２に示すように、実施の形態１の第１の制御器７は、マスター周波数パルス信号生成部２２、座標変換部２３、推定部２５、速度制御部２８、ベクトル制御演算部３０およびＰＷＭ生成部３２を備える。
【００３１】
座標変換部２３は、電流検出素子１５，１６から出力された第１のモーター３のモーター電流の計測結果を示す電流情報と推定部２５により推定された位相θとに基づいて、モーター電流を回転軸座標系における電流ｉγ，ｉδに変換し、電流ｉγ，ｉδを推定部２５へ出力する。推定部２５は、電流ｉγ，ｉδに基づいて、第１のモーター３に印加される交流電力の周波数に対応する回転速度である速度ωと、第１のモーター３に印加される交流電力の位相θとを推定し、速度ωを速度制御部２８およびベクトル制御演算部３０へ出力し、位相θをベクトル制御演算部３０および座標変換部２３へ出力する。速度制御部２８は、速度指令ω＊と推定部２５により推定されたωとに基づいて、第１のモーター３の速度を制御するための制御量に対応する電流情報をベクトル制御演算部３０へ出力する。
【００３２】
ベクトル制御演算部３０は、あらかじめ保持している第１のモーター３の特性を示す情報であるモーター情報と、速度制御部２８から入力される電流情報と、推定部２５から出力される速度ωおよび位相θとに基づいて、第１のインバーター５の出力電圧を示す出力電圧情報をＰＷＭ生成部３２へ出力する。また、ベクトル制御演算部３０は、位相θに対して位相を進めたＰＷＭ生成部３２は、進角制御により位相θから位相を進めた位相であるθ´を算出し、ＰＷＭ生成部３２へ出力する。
【００３３】
ＰＷＭ生成部３２は、コンデンサ１３の両端電圧の計測値Ｖｄｃと、ベクトル制御演算部３０から出力される出力電圧情報および位相θ´とに基づいて、第１のインバーター５のスイッチング素子５１〜５６をそれぞれ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ生成部３２は、出力電圧／Ｖｄｃ＝オンデューティとなるようＰＷＭ信号を生成する。出力電圧は、出力電圧情報により示される電圧値である。なお、座標変換部２３、推定部２５、速度制御部２８、ベクトル制御演算部３０およびＰＷＭ生成部３２における動作は、一般的なモーター制御における動作と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００３４】
マスター周波数パルス信号生成部２２は、推定部２５から出力される位相θに基づいて、位相θが０°から３６０°まで変化する周期であるに同期するマスター周波数パルス信号２１を生成する。
【００３５】
図５は、実施の形態１のマスター周波数パルス信号の一例を示す図である。図５の１段目には、マスター側インバーター出力電圧、すなわち第１のインバーター５から出力される交流電力の電圧を示している。図５の２段目には、位相θを示し、図５の３段目には、マスター周波数パルス信号２１を示している。
【００３６】
図５に示した例では、マスター周波数パルス信号生成部２２は、マスター周波数パルス信号２１として、位相θ＝０°において立ち上がり、位相θ＝１８０°において立ち下がるパルス状の信号であるパルス信号を生成する。すなわち、位相θが０°から３６０°まで変化する１周期のうち、前半においてマスター周波数パルス信号２１の値がＨｉｇｈであり、後半においてマスター周波数パルス信号２１の値がＬｏｗである。なお、図５に示したマスター周波数パルス信号２１は一例であり、図５に示した例に限定されず、マスター周波数パルス信号２１は、位相θ＝０°となる箇所で、マスター周波数パルス信号２１の値が変化するように生成されればよい。例えば、マスター周波数パルス信号２１は、位相θ＝０°において立ち下がり、位相θ＝１８０°において立ち上がるパルス状の信号であってもよい。また、図５では、パルス幅が１８０°であるが、パルス幅も図５の例に限定されず、位相θ＝０°において立ち上がり、位相θ＝９０°において立ち下がるなどのように、パルス幅も図５の例に限定されない。
【００３７】
また、図５に示した例では、第１のインバーター５から出力される交流電力の１周期すなわち電気角周期ＤＥに基づいてマスター周波数パルス信号２１が生成される例を示しているが、第１のモーター３が１回転する周期すなわち機械角周期ＤＭに基づいてマスター周波数パルス信号２１が生成されてもよい。すなわち、マスター周波数パルス信号２１は、機械角が０°となる箇所で、マスター周波数パルス信号２１の値が変化するように生成されてもよい。機械角周期は、一般に、電気角周期×モーターの極対数（例えば、６極モーターの場合は極対数３）と等しい。図５では、局対数が３極の例を示しており、機械角周期ＤＭ＝電気角周期ＤＥ×３となっている。機械角周期内では、機械角の移動により回転速度に偏りが生じることがあり、この場合、機械角周期＝電気角周期×モーターの極対数とならない。機械角周期ＤＭに基づいてマスター周波数パルス信号２１を生成すると、このような回転速度の偏りによる誤差を抑制することができる。
【００３８】
また、図５に示した例では、推定部２５により推定された位相θに基づいて、マスター周波数パルス信号２１が生成される例を説明したが、推定部２５により推定された速度ωに基づいてマスター周波数パルス信号２１が生成されてもよい。すなわち、マスター周波数パルス信号生成部２２は、速度ωに基づいて、速度ωに対応する周期を１周期とするパルス状の信号を生成してもよい。この場合、１周期の切れ目でマスター周波数パルス信号２１の値が変化するようにマスター周波数パルス信号２１が生成されればよく、例えば、図５に示したように１周期の前半でＨｉｇｈとなり、１周期の後半でＬｏｗとなるパルス状の信号として生成される。
【００３９】
第２の制御器８は、図３に示すように、座標変換部２４、推定部２６、速度指令補正部２７、速度制御部２９、ベクトル制御演算部３１、ＰＷＭ生成部３３、パルスカウンタ３４およびマスター制御部３５を備える。
【００４０】
座標変換部２４は、電流検出素子１６，１７から出力された第２のモーター４のモーター電流の計測結果を示す電流情報と推定部２６により推定された位相θとに基づいて、モーター電流を回転軸座標系における電流ｉγ，ｉδに変換し、電流ｉγ，ｉδを推定部２６へ出力する。推定部２６は、電流ｉγ，ｉδに基づいて、第２のモーター４に印加される交流電力の周波数に対応する回転速度である速度ωと、第２のモーター４に印加される交流電力の位相θとを推定し、速度ωを速度制御部２９およびベクトル制御演算部３１へ出力し、位相θをベクトル制御演算部３１および座標変換部２４へ出力する。なお、このとき、推定部２６は、位相θとして、マスター制御部３５から入力されたθｍを出力してもよい。すなわち、第２の制御器８は、マスター周波数パルス信号２１を用いて、第２のモーター４の回転の位相を補正してもよい。
【００４１】
パルスカウンタ３４は、第１の制御器７から出力されるマスター周波数パルス信号２１に基づいて、マスター周波数パルス信号２１によって示される周期を、第２の制御器８が用いている基準クロックでカウントし、カウント結果をマスター制御部３５へ出力する。具体的には、図５に例示したように立ち上がりにより位相０°を示している場合、立ち上がりのタイミングと次の立ち上がりのタイミングとの間を基準クロックにより計測する。また、パルスカウンタ３４は、マスター周波数パルス信号２１によって示される位相０°のタイミングをマスター制御部３５へ通知する。
【００４２】
マスター制御部３５は、パルスカウンタ３４から出力されたカウント結果に基づいて、第１の制御器７すなわちマスター制御器における速度であるマスター速度ωｍを算出し、マスター速度ωｍを速度指令補正部２７へ出力する。また、マスター制御部３５は、パルスカウンタ３４から通知された位相０°のタイミングとωｍとに基づいて、一定時間ごとに第２の制御器８における位相θｍを生成して推定部２６へ通知する。この一定時間は、推定部２６における推定演算が行われる周期である。
【００４３】
マスター周波数パルス信号２１によって示されるマスター速度ωｍは、上述した通り、第２の制御器８により生成されたマスター周波数パルス信号２１を第２の制御器８における基準クロックでカウントされる。このため、第１の制御器７における基準クロックと第２の制御器８におけるクロックとが異なっていたとしても、第２の制御器８は、マスター速度ωｍを正しく把握することができる。
【００４４】
なお、マスター周波数パルス信号２１が機械角周期に基づいて生成される場合、マスター制御部３５は、パルスカウンタ３４から出力されるカウント結果と極対数とに基づいて電気角の速度であるωｍを算出する。例えば、極対数が３の場合、マスター制御部３５は、パルスカウンタ３４から出力されるカウント結果により示される周期に対応する速度の３倍の速度をωｍとする。
【００４５】
速度指令補正部２７は、速度指令ω＊を、マスター速度ωｍに基づいて補正し、補正後の速度指令ω＊’を速度制御部２９へ出力する。具体的には、速度指令補正部２７は、以下の式（１）を満たすように補正後の速度指令ω＊’を生成する。例えば、ωｍ  ＞  ωの場合には、あらかじめ定めた一定値をω＊から減算した値を補正後の速度指令ω＊’としてもよいし、ωｍ−ωをω＊から減算した値を補正後の速度指令ω＊’としてもよい。同様に、ωｍ  ＜  ωの場合には、あらかじめ定めた一定値をω＊に加算した値を補正後の速度指令ω＊’としてもよいし、ω−ωｍをω＊から減算した値を補正後の速度指令ω＊’としてもよい。
ωｍ  ＞  ωの場合：速度指令ω＊＜  補正後の速度指令ω＊’
ωｍ  ＜  ωの場合：速度指令ω＊＞  補正後の速度指令ω＊’                                                                       …（１）
【００４６】
以上のように、速度指令補正部２７が、速度指令ω＊をマスター速度ωｍに基づいて補正することで、第２の制御器８は、第２のモーター４の速度を、第１のモーター３の速度と同期させることができる。
【００４７】
速度制御部２９は、補正後の速度指令ω＊’と推定部２６により推定されたωとに基づいて、第２のモーター４の速度を制御するための制御量に対応する電流情報をベクトル制御演算部３１へ出力する。
【００４８】
ベクトル制御演算部３１は、あらかじめ保持している第２のモーター４の特性を示す情報であるモーター情報と、速度制御部２９から入力される電流情報と、推定部２６から出力される速度ωおよび位相θとに基づいて、第２のインバーター６の出力電圧を示す出力電圧情報をＰＷＭ生成部３３へ出力する。また、ベクトル制御演算部３１は、進角制御により位相θから位相を進めた位相であるθ´を算出し、ＰＷＭ生成部３３へ出力する。
【００４９】
ＰＷＭ生成部３３は、コンデンサ１４の両端電圧の計測値Ｖｄｃと、ベクトル制御演算部３１から出力される出力電圧情報および位相θ´とに基づいて、第２のインバーター６のスイッチング素子６１〜６６をそれぞれ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ生成部３３は、出力電圧／Ｖｄｃ＝オンデューティとなるようＰＷＭ信号を生成する。出力電圧は、出力電圧情報により示される電圧値である。なお、座標変換部２４、推定部２６、速度制御部２９、ベクトル制御演算部３１およびＰＷＭ生成部３３における動作は、一般的なモーター制御における動作と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００５０】
なお、上記の例では、第１の制御器７および第２の制御器８がベクトル制御を行う場合の構成の一例を説明したが、第１の制御器７が速度指令に基づいてＰＷＭ信号を生成する処理、および第２の制御器８が補正後の速度指令に基づいてＰＷＭ信号を生成する処理、の内容については上述した例に限定されない。例えば、推定部２６による推定を行わずに、あらかじめ定められた速度と位相でモーターに電圧を印加し回転磁束を発生させるよう制御する方法もある。以上のように、第１の制御器７におけるマスター周波数パルス信号生成部２２と、第２の制御器８におけるパルスカウンタ３４、マスター制御部３５および速度指令補正部２７とによる同期処理が実現可能な構成であれば、上述した構成および動作に限定されない。
【００５１】
以上のように、本実施の形態では、第１の制御器７が、第１のモーター３の速度を示すパルス状の信号であるマスター周波数パルス信号２１を生成して、第２の制御器８へ出力する。そして、第２の制御器８が自身の基準クロックでマスター周波数パルス信号２１に基づいて、第１のモーター３の速度を算出し、算出した第１のモーター３の速度を用いて速度指令を補正するようにした。このため、複数の制御装置の間の基準クロックの周波数の違いの有無にかかわらず、安定的に同期運転を維持することができる。
【００５２】
また、マスターの制御装置とスレーブの制御装置との間の基準クロックの違いを補正する方法として、カウンタ値を生成するためのスレーブの基準クロックの周期を変更し、マスターの基準クロックの周期に合わせる方法が考えられる。しかしながら、基準クロックの周期を変更すると、各制御器における演算も変更する必要があり、制御器における処理が複雑になる。これに対し、本実施の形態では、各制御器における演算は各制御器における基準クロックの周期の変更を必要としないため、処理の複雑化を防いで同期運転を実現できる。
【００５３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかるモーターシステムの構成例を示す図である。図６に示すように、実施の形態２のモーターシステム１０１ａは、モーター３ａおよびモーター駆動装置１００ａを備える。モーター駆動装置１００ａは、交流電源９および交流電源１０から供給される交流電力を用いて、モーター３ａを駆動制御する。図６では、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を説明する。
【００５４】
本実施の形態のモーター３ａは、３相モーターであり、１つの固定子を備える。また、モーター３ａは、第１の巻線部１ａおよび第２の巻線部２ａを備える。
【００５５】
第１の巻線部１ａは、Ｕ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部を備える。第２の巻線部２ａは、Ｕ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部を備える。また、モーター３ａは、第１の巻線部１ａのＵ相に対応するＵ相端子３０１ａ、第１の巻線部１ａのＶ相に対応するＶ相端子３０２ａおよび第１の巻線部１ａのＷ相に対応するＷ相端子３０３ａを備える。さらに、モーター３ａは、第２の巻線部２ａのＵ相に対応するＵ相端子４０１ａ、第２の巻線部２ａのＶ相に対応するＶ相端子４０２ａおよび第２の巻線部２ａのＷ相に対応するＷ相端子４０３ａを備える。
【００５６】
モーター駆動装置１００ａの構成は、実施の形態１のモーター駆動装置１００と同一である。実施の形態２では、モーター駆動装置１００ａの第１のインバーター５は第１の交流電力を第１の巻線部１ａに出力し、モーター駆動装置１００ａの第２のインバーター６は、第２の交流電力を第２の巻線部２ａに出力される。実施の形態２における速度指令ω＊は、モーター３ａの回転速度に対する速度指令である。
【００５７】
具体的には、第１のインバーター５において、スイッチング素子５１およびスイッチング素子５２で構成されるアームは、Ｕ相端子３０１ａに接続され、スイッチング素子５３およびスイッチング素子５４で構成されるアームは、Ｖ相端子３０２ａに接続され、スイッチング素子５５およびスイッチング素子５６で構成されるアームは、Ｗ相端子３０３ａに接続される。また、第２のインバーター６において、スイッチング素子６１およびスイッチング素子６２で構成されるアームは、Ｕ相端子４０１ａに接続され、スイッチング素子６３およびスイッチング素子６４で構成されるアームは、Ｖ相端子４０２ａに接続され、スイッチング素子６５およびスイッチング素子６６で構成されるアームは、Ｗ相端子４０３ａに接続される。
【００５８】
また、図６では、２つの巻線部を備えるモーター３ａを、２組の制御器およびインバーターで制御する例を説明するが、ｎ（ｎは３以上の整数）個の巻線部を備えるモーターをｎ組の制御器およびインバーターで制御してもよい。ｎ個の巻線部を備えるモーターをｎ個のインバーターで制御する場合、ｎ組の制御器およびインバーターのうち１組をマスターとし、他の組をスレーブとする。すなわちｎ個の制御器のうち１つが本実施の形態の第１の制御器７と同様の動作を行い、他の制御器が本実施の形態の第２の制御器８と同様の動作を行う。また、以下では、３相モーターを例に説明するが、モーターの相数は３相に限定されない。
【００５９】
モーター３ａのように、複数の巻線部を備えるモーターすなわち多重巻線モーターを、複数の制御器を用いて制御する場合、各制御器の基準クロックが異なっていると各巻線部に印加する交流電力の周波数が異なる可能性があり、モーターが安定に動作しない。本実施の形態のモーター駆動装置１００ａでは、実施の形態１のモーター駆動装置１００と同様に、第１の制御器７が、第１の巻線部１ａへ印加される交流電力の周波数に対応する速度すなわち第１の巻線部１ａの速度を示すパルス状の信号であるマスター周波数パルス信号を生成して、第２の制御器８へ出力する。そして、第２の制御器８が自身の基準クロックでマスター周波数パルス信号に基づいて、第１の巻線部１ａの速度を算出し、算出した第１の巻線部１ａの速度を用いて速度指令を補正する。このため、第１の巻線部１ａと第２の巻線部２ａを同期させることができ、モーター３ａを安定に制御することができる。
【００６０】
実施の形態３．
次に、本発明にかかる実施の形態３のモーター駆動装置について説明する。本実施の形態のモーターシステムの構成は、実施の形態１または実施の形態２のモーターシステムと同様であるため構成の説明は省略する。以下では、実施の形態１の構成を例に本実施の形態の動作を説明するが、実施の形態２の構成の場合の動作も、第１のインバーター５，第２のインバーター６から出力される交流電力の出力先が第１のモーター３，第２のモーター４から第１の巻線部１ａ，第２の巻線部２ａとなることおよびベクトル制御演算部３１の動作が一部異なること以外は、同様である。
【００６１】
図７は、本実施の形態の第１の制御器における各信号と各モーターの負荷トルクの一例を示す図である。図７は、第１のモーター３および第２のモーター４が６極モーターである例を示している。図７の１段目は、マスター側インバーター出力電圧、すなわち第１のインバーター５から出力される交流電力の電圧を示している。なお、本実施の形態では、マスター周波数パルス信号は、機械角の周期に対応したパルス信号として生成される。図７の２段目には、位相θを示し、図７の３段目には、第１のモーター３の機械角すなわちマスター側モーター回転子位相θＭｍを示し、図７の４段目には、マスター側モーターすなわち第１のモーター３に発生する負荷トルクＴｍを示す。図７の５段目には、第２のモーター４の機械角すなわちスレーブ側モーター回転子位相θＭｓを示し、図７の６段目には、スレーブ側モーターすなわち第２のモーター４に発生する負荷トルクＴｓを示す。
【００６２】
６極モーターの場合、マスター側モーター回転子位相θＭｍの周期は、推定部２５により推定された位相θの周期の３倍となる。マスター側モーター回転子位相θＭｍの周期により、図７に示したようなマスター側モーターの負荷トルクＴｍが発生する場合、すなわちマスター側モーター回転子位相θＭｍの周期とマスター側モーターの負荷トルクＴｍの周期とが同一の場合、マスター側モーター回転子位相θＭｍが９０°となる付近で、マスター側モーターの負荷トルクＴｍが最大となる。
【００６３】
また、マスター側モーター回転子位相θＭｍが２７０°となる付近で、マスター側モーターの負荷トルクＴｍが最小となる。このとき、スレーブ側モーター回転子位相θＭｓを、マスター側モーター回転子位相θＭｍと同一となるように制御すると、マスター側モーターの負荷トルクＴｍと同じように、スレーブ側モーターの負荷トルクＴｓは、マスター側モーター回転子位相θＭｍが９０°となる付近で最大となり、マスター側モーター回転子位相θＭｍが２７０°となる付近で最小となる。この場合、マスター側モーターとスレーブ側モーターとが同じ位相すなわち同じタイミングで負荷トルクが最大となるため、マスター側モーターとスレーブ側モーターとにより振動および騒音が発生する可能性がある。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、第２の制御器８は、図７に示すように、マスター側モーター回転子位相θＭｍとスレーブ側モーター回転子位相θＭｓとが１８０°ずれるように、制御する。具体的には、本実施の形態では、マスター周波数パルス信号は、機械角の周期に対応したパルス信号として生成されており、マスター制御部３５は、機械角の位相であるマスター側モーター回転子位相θＭｍを算出して、θｍとして推定部２６へ出力する。推定部２６は、θｍ＋１８０°をθとして座標変換部２４およびベクトル制御演算部３１へ出力する。ベクトル制御演算部３１は、第２のモーター４の特性を示す情報であるモーター情報と、速度制御部２９から入力される電流情報と、推定部２６から出力される速度ωおよび機械角である位相θとに基づいて、第２のインバーター６の出力電圧を示す出力電圧情報をＰＷＭ生成部３３へ出力する。以上述べた以外の実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【００６５】
図７に示した例では、制御器の数が２個であるため、マスター側モーター回転子位相θＭｍとスレーブ側モーター回転子位相θＭｓとの位相差を１８０°と設定したが、制御器の数がｎ個の場合、（３６０／ｎ）°ずつ各モーターの回転子の位相がずれるようにインバーター出力電圧を制御すればよい。これにより、ｎ個のモーターの振動および騒音のタイミングをずらすことが可能となり、ｎ個のモーターを使用するシステム全体の振動および騒音を抑えることができる。
【００６６】
また、図７に示した例では、機械角の周期とモーターの負荷トルクの周期とが同一の例を説明したが、機械角の周期とモーターの負荷トルクの周期とは同一とは限らず、例えば、負荷トルクの周期が機械角の周期の１／２である場合なども考えられる。この場合は、第２の制御器８は、マスター側モーター回転子位相θＭｍとスレーブ側モーター回転子位相θＭｓとの位相差を９０°とすることにより、マスター側モーターの負荷トルクとスレーブ側モーターの負荷トルクが打消しあうようにする。このように、マスター側モーター回転子位相θＭｍとスレーブ側モーター回転子位相θＭｓとの位相差は、マスター側モーターの負荷トルクとスレーブ側モーターの負荷トルクが打消しあうように設定すればよい。すなわち、第２の制御器８は、マスター側モーターの負荷トルクとスレーブ側モーターの負荷トルクが打消しあうように、マスター周波数パルス信号に基づいて、第２のモーター４の回転の位相と第１のモーター３の回転の位相との位相差があらかじめ定めた値となるよう補正する。
【００６７】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４の空気調和機の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態２で述べたモーターシステム１０１ａおよびモーター３ａを備える。図８では、実施の形態２で述べたモーターシステム１０１ａおよびモーター３ａを備える例を示しているが、実施の形態２で述べたモーターシステム１０１ａおよびモーター３ａの替わりに実施の形態１で述べたモーターシステム１０１、第１のモーター３および第２のモーター４または実施の形態３で述べたモーターシステムおよびモーターを備えてもよい。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態２のモーター３ａを内蔵した圧縮機８１、四方弁８２、室外熱交換器８３、膨張弁８４、室内熱交換器８５が冷媒配管８６を介して取り付けられた冷凍サイクルすなわち冷凍サイクル装置を有して、セパレート形空気調和機を構成している。モーター３ａは、モーター駆動装置１００ａにより制御される。
【００６８】
圧縮機８１内部には冷媒を圧縮する圧縮機構８７とこれを動作させるモーター３ａが設けられ、圧縮機８１から室外熱交換器８３と室内熱交換器８５間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。実施の形態１の第１のモーター３および第２のモーター４を用いる場合には、圧縮機が２つとなり、各圧縮機に各モーターが内蔵される。なお、図８に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。
【００６９】
空気調和機をはじめとした冷凍サイクルを用いる機器に使用される圧縮機は、モーターの１回転中に冷媒の圧縮および吐出工程があり負荷トルクがモーターの１回転中に大きく変動する。このため、振動または騒音が発生しやすい。さらに大型の機器になると複数台の圧縮機を搭載することになり、複数の制御器と複数のインバーターとの間で複数の圧縮機を同じ回転周波数で制御する必要がある。この場合、各々の制御器内のマイコンの基準クロックに違いがあると、各々の圧縮機の回転周波数は基準クロックの誤差分ずれることになる。この回転周波数のずれは、耳障りなうなり音を誘発してしまうが、実施の形態１から実施の形態３で示したモーター駆動装置を用いることで、マスター側モーターの回転周波数と、スレーブ側モーター回転周波数とを同期させることでうなり音を抑制することができる。
【００７０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１ａ  第１の巻線部、２，２ａ  第２の巻線部、３  第１のモーター、３ａ  モーター、４  第２のモーター、５  第１のインバーター、６  第２のインバーター、７  第１の制御器、８  第２の制御器、９，１０  交流電源、１１，１２  整流器、１３，１４  コンデンサ、１５，１６，１７，１８  電流検出素子、２２  マスター周波数パルス信号生成部、２３，２４  座標変換部、２５，２６  推定部、２７  速度指令補正部、２８，２９  速度制御部、３０，３１  ベクトル制御演算部、３２，３３  ＰＷＭ生成部、３４  パルスカウンタ、３５  マスター制御部、５１〜５６，６１〜６６  スイッチング素子、８１  圧縮機、８２  四方弁、８３  室外熱交換器、８４  膨張弁、８５  室内熱交換器、８６  冷媒配管、８７  圧縮機構、１００，１００ａ  モーター駆動装置、１０１，１０１ａ  モーターシステム。
【図１】
2018011864.tif 000003
【図２】
2018011864.tif 000004
【図３】
2018011864.tif 000005
【図４】
2018011864.tif 000006
【図５】
2018011864.tif 000007
【図６】
2018011864.tif 000008
【図７】
2018011864.tif 000009
【図８】
2018011864.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月6日(2018.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモーターおよび第２のモーターを駆動するモーター駆動装置であって、
前記第１のモーターに第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、
前記第２のモーターに第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、
前記第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、
前記第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、
を備え、
前記第１の制御器は、前記第１のモーターの回転の周期に応じたパルス信号を前記第２の制御器へ出力し、
前記第２の制御器は、前記パルス信号によって示される前記周期をカウントするパルスカウンタを有するモーター駆動装置。
【請求項２】
前記第２の制御器は、前記パルスカウンタによるカウント結果を用いて、前記第２のモーターの回転速度に対する指令である速度指令を補正する請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項３】
前記第２の制御器は、前記パルスカウンタによるカウント結果を用いて、前記第２のモーターの回転の位相を補正する請求項１または２に記載のモーター駆動装置。
【請求項４】
前記第２の制御器は、前記第２のモーターの回転の位相と前記第１のモーターの回転の位相との位相差があらかじめ定めた値となるよう補正する請求項３に記載のモーター駆動装置。
【請求項５】
第１の巻線部および第２の巻線部を有するモーターを駆動するモーター駆動装置であって、
前記第１の巻線部に第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、
前記第２の巻線部に第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、
前記第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、
前記第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、
を備え、
前記第１の制御器は、前記モーターの回転の周期に応じたパルス信号を前記第２の制御器へ出力し、
前記第２の制御器は、前記パルス信号によって示される前記周期をカウントするパルスカウンタを有するモーター駆動装置。
【請求項６】
前記第２の制御器は、前記パルスカウンタによるカウント結果を用いて、前記モーターの回転速度に対する指令である速度指令を補正する請求項５に記載のモーター駆動装置。
【請求項７】
前記第２の制御器は、前記パルスカウンタによるカウント結果を用いて、前記モーターの回転の位相を補正する請求項５または６に記載のモーター駆動装置。
【請求項８】
前記第２の制御器は、前記モーターの回転の位相と前記モーターの回転の位相との位相差があらかじめ定めた値となるよう補正する請求項７に記載のモーター駆動装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載のモーター駆動装置と、
前記モーター駆動装置により駆動されるモーターを有する圧縮機と、
を備える空気調和機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモーター駆動装置は、第１のモーターおよび第２のモーターを駆動するモーター駆動装置であって、第１のモーターに第１の交流電力を出力する第１のインバーターと、第２のモーターに第２の交流電力を出力する第２のインバーターと、第１のインバーターへ第１の駆動信号を出力する第１の制御器と、第２のインバーターへ第２の駆動信号を出力する第２の制御器と、を備える。第１の制御器は、第１のモーターの回転の周期に応じたパルス信号を第２の制御器へ出力し、第２の制御器は、パルス信号によって示される前記周期をカウントするパルスカウンタを有する。
【国際調査報告】
2018011864.tif 000011
2018011864.tif 000012
2018011864.tif 000013
2018011864.tif 000014