(57)【要約】【課題】位相差ξの算出値を早期に安定させ、同期モータ２の高効率運転を維持することができる制御装置１を提供することにある。【解決手段】制御装置１によれば、ゼロクロス時以外でも未調整位相差ξｐを算出するので、位相差ξの算出頻度が多い。また、位相差調整器１３では、歪み変動成分が第１周波数成分に含まれるように、第１閾値が設定されている。このため、未調整位相差ξｐの算出値から歪み変動成分が除去される。この結果、未調整位相差ξｐの算出値よりも、調整位相差ξｎの算出値の方が、相電流または印加電圧の歪みによる変動幅が縮小され誤差が小さくなる。これにより、電圧特性演算器１１は、誤差が小さく、かつ取得頻度が高い調整位相差ξｎの算出値を用いて電圧特性を算出することができる。このため、位相差ξを早期に安定させ同期モータ２の高効率運転を維持することができる。【選択図】図１
2006050815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
前記電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電流検出信号を用いて前記相電流を計測する電流計測手段と、
前記相電流の計測値に基づいて前記相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、
前記電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、
前記相電流の位相を用いて前記印加電圧と前記相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、
前記位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第１閾値を超える第１周波数成分を除去する第１位相差調整手段とを備え、
前記第１周波数成分を除去した前記位相差の算出値は、前記電圧特性演算手段での前記電圧特性の算出に用いられることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記相電流の計測値を用いて回転座標ｄ軸方向の電流であるｄ軸電流、および前記ｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向の電流であるｑ軸電流を算出する電流ｄｑ変換手段を備え、
前記電流位相演算手段は、前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流を用いて前記相電流の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記相電流の計測値を用いて静止座標α軸方向の電流であるα軸電流、および前記α軸方向に直交する静止座標β軸方向の電流であるβ軸電流を算出する電流αβ変換手段を備え、
前記電流位相演算手段は、前記α軸電流および前記β軸電流を用いて前記相電流の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記相電流の計測値を用いて前記相電流の相間比を算出する電流相間比演算手段を備え、
前記電流位相演算手段は、前記相電流の相間比を用いて前記相電流の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記相電流の計測値を用いて前記相電流の現在値と前記相電流の振幅値との比率を示す規格化電流を算出する電流規格化手段を備え、
前記電流位相演算手段は、前記規格化電流を用いて前記相電流の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性として印加電圧の位相を算出する電圧位相演算手段、前記電圧特性として印加電圧の振幅を算出する電圧振幅演算手段、および前記位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段を有し、
前記印加電圧の位相または前記印加電圧の振幅の少なくとも一方は、前記第１周波数成分を除去した前記位相差の算出値と前記位相差の目標値との差が所定値となるように算出されることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、
前記位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および前記第１周波数成分を除去した前記位相差の算出値と前記位相差の目標値との差が所定値となるように前記ロータの回転位置を算出する位置演算手段を有し、
この位置演算手段により算出された前記ロータの回転位置を用いて前記電圧特性を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、
前記位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および前記第１周波数成分を除去した前記位相差の算出値と前記位相差の目標値との差が所定値となるように前記ロータの回転速度を算出する速度演算手段を有し、
この速度演算手段により算出された前記ロータの回転速度を用いて前記電圧特性を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項９】
請求項６に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、
前記電圧振幅演算手段は、前記指令電圧を用いて前記印加電圧の振幅を算出し、
前記電圧位相演算手段は、前記指令電圧を用いて前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項８に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、
前記印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、
前記指令電圧を用いて前記電圧特性を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記相電流の目標値を示す指令電流を算出する指令電流演算手段を有し、
前記電圧振幅演算手段は、前記相電流の計測値と前記指令電流との差が所定値となるように、前記印加電圧の振幅を算出し、
前記電圧位相演算手段は、前記相電流の計測値と前記指令電流との差が所定値となるように、前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１２】
請求項７または請求項８に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、
前記相電流の目標値を示す指令電流を算出する指令電流演算手段を有し、
前記相電流の計測値と前記指令電流との差が所定値となるように、前記電圧特性を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性として回転座標ｄ軸方向に印加されるｄ軸電圧および前記ｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向に印加されるｑ軸電圧を算出し、前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧を用いて前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性として静止座標α軸方向に印加されるα軸電圧および前記α軸方向に直交する静止座標β軸方向に印加されるβ軸電圧を算出し、前記α軸電圧および前記β軸電圧を用いて前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性として前記印加電圧の相間比を算出し、前記印加電圧の相間比を用いて前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性として前記印加電圧の現在値と前記印加電圧の振幅値との比率を示す規格化電圧を算出し、この規格化電圧を用いて前記印加電圧の位相を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の同期モータの制御装置において、
前記位相差演算手段による前記位相差の算出周期は、前記ロータの機械特性の応答時間よりも小さいことを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１８】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
前記電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電流検出信号を用いて前記相電流を計測する電流計測手段と、
前記相電流の計測値に基づいて前記相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、
前記電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、
前記相電流の位相を用いて前記印加電圧と前記相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、
前記位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第２閾値を超える第２周波数成分を分離する第２位相差調整手段とを備え、
前記第２周波数成分は、前記電圧特性演算手段での前記電圧特性の算出に用いられることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段での前記電圧特性の算出に用いられる前記第２周波数成分は、周波数が前記第２閾値よりも大きい第３閾値を超える第３周波数成分が除去されていることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記印加電圧の位相、前記印加電圧の振幅、前記ロータの回転位置および前記ロータの回転速度のうちのいずれか１つを、前記第２周波数成分を用いて算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０に記載の同期モータの制御装置は、コンプレッサに適用される同期モータを制御することを特徴とする同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータの制御装置（以下、単に制御装置と呼ぶ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
同期モータは、ステータに設けられた複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）の電機子コイルへ通電させ、永久磁石などの界磁極を有するロータを回転させトルクを得るものである。このため、同期モータを最適に駆動制御するには、ロータの回転位置（以下、単に回転位置と呼ぶ）に関する情報が必要不可欠となっている。そこで、従来の同期モータには、回転位置を検出するための専用の位置センサが装着されていた。しかし、体格増大、コストアップ、信頼性低下等の問題があり、位置センサを使わずに同期モータを駆動制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、図１９（ａ）に示すように位相差ξを所定値ξｍａｘにすることで同期モータのモータ効率を最大にすることができる。ここで、位相差ξとは、図１９（ｂ）に示すように電機子コイルに通電される相電流と電機子コイルに印加される印加電圧との位相差である（なお、θは、回転位置を示す電気角である）。
【特許文献１】特開平５−２３６７８９号公報
【０００３】
このため、制御装置は、位相差ξをほぼ連続的に算出するとともに、位相差ξの算出値を用いて同期モータを制御するように設けられている。すなわち、制御装置は、同期モータの高効率運転を維持するため位相差ξを安定させるように設けられている。
【０００４】
〔従来技術の不具合〕
しかし、この技術は位相差ξを所望の値に制御するために、図２２に示すように、相電流の符号が反転するゼロクロス時ｔｃに位相差ξの算出を行っている。そのため、ロータの回転速度（以下、単に回転速度と呼ぶ）が小さいと、位相差ξの算出頻度が小さくなり、制御応答性が悪化する。このため、位相差ξを安定させるのに長い時間が必要になる。
【０００５】
ところで、制御装置は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子コイルに正弦波状の相電流を通電させるため、図２０に示すように１相につき上段、下段１個づつ（合計、６個）のスイッチング素子を有するインバータを備える。このインバータにより相電流を通電させる場合、上段、下段スイッチング素子が同時に作動し短絡するのを防止するため、上段、下段スイッチング素子が両方とも非作動になるデッドタイム期間が設けられている。
【０００６】
デッドタイム期間が存在すると、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、相電流または印加電圧に歪みが発生する。すなわち、相電流を正弦波状に変化させようとすると印加電圧が歪み（図２１（ａ）参照）、印加電圧を正弦波状に変化させようとすると相電流が歪む（図２１（ｂ）参照）。このため、図２１（ｃ）に示すように、位相差ξの算出値は、微小変動を繰り返すため常に誤差を含んでいる。
【０００７】
また、外乱が発生すると、位相差ξの算出値は大きく変動する。
このように、位相差ξの算出値は、相電流または印加電圧の歪みによる誤差を含むとともに、外乱などの影響により大きく変動する。このため、位相差ξを早期に安定させ同期モータの高効率運転を維持することは極めて困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、位相差の算出値を早期に安定させ同期モータの高効率運転を維持することができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の制御装置は、電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて相電流を計測する電流計測手段と、相電流の計測値に基づいて相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、相電流の位相を用いて前記印加電圧と前記相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第１閾値を超える第１周波数成分を除去する第１位相差調整手段とを備え、第１周波数成分を除去した位相差の算出値は、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる。
これにより、ゼロクロス時以外でも位相差が算出されるので、位相差の算出頻度が多くなる。また、相電流または印加電圧の歪みによる変動成分が第１周波数成分に含まれるように第１閾値を設定すれば、位相差の算出値から相電流または印加電圧の歪みによる変動成分を除去することができる。このため、位相差の誤差を小さくすることができる。以上より、位相差について、誤差の小さい算出値をより多くの頻度で取得することができるので、位相差の算出値を早期に安定させ同期モータの高効率運転を維持することができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の制御装置は、相電流の計測値を用いて回転座標ｄ軸方向の電流であるｄ軸電流、およびｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向の電流であるｑ軸電流を算出する電流ｄｑ変換手段を備え、電流位相演算手段は、ｄ軸電流およびｑ軸電流を用いて相電流の位相を算出する。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の制御装置は、相電流の計測値を用いて静止座標α軸方向の電流であるα軸電流、およびα軸方向に直交する静止座標β軸方向の電流であるβ軸電流を算出する電流αβ変換手段を備え、電流位相演算手段は、α軸電流およびβ軸電流を用いて相電流の位相を算出する。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の制御装置は、相電流の計測値を用いて相電流の相間比を算出する電流相間比演算手段を備え、電流位相演算手段は、相電流の相間比を用いて相電流の位相を算出する。
【００１３】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の制御装置は、相電流の計測値を用いて相電流の現在値と相電流の振幅値との比率を示す規格化電流を算出する電流規格化手段を備え、電流位相演算手段は、規格化電流を用いて相電流の位相を算出する。
【００１４】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性として印加電圧の位相を算出する電圧位相演算手段、電圧特性として印加電圧の振幅を算出する電圧振幅演算手段、および位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段を有し、印加電圧の位相または印加電圧の振幅の少なくとも一方は、第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるように算出される。
印加電圧の振幅（電圧振幅）または印加電圧の位相（電圧位相）は、位相差と所定の相関を有する。そこで、モータ効率が最大になる位相差の近傍に目標値を設定し、位相差を目標値に近付けるように、電圧振幅または電圧位相の少なくとも一方を操作すれば、同期モータを高効率に運転することができる（図１９（ａ）参照）。
【００１５】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるようにロータの回転位置を算出する位置演算手段を有し、位置演算手段により算出されたロータの回転位置を用いて電圧特性を算出する。
制御装置により算出される回転位置の誤差（以下、位置誤差と呼ぶ）は、位相差との間に所定の相関を有する。そこで、位置誤差がゼロになる位相差の近傍に目標値を設定し、位相差を目標値に近付けるように回転位置を算出すれば、位置誤差を縮小するように同期モータを制御することができる。なお、位置誤差がゼロに近いほど同期モータは高効率で運転されるので、位置誤差を縮小するように同期モータを制御すれば、同期モータをより高効率に運転することができる。
【００１６】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるようにロータの回転速度を算出する速度演算手段を有し、速度演算手段により算出されたロータの回転速度を用いて電圧特性を算出する。
制御装置により算出される回転速度の誤差（以下、速度誤差と呼ぶ）は、位相差との間に所定の相関を有する。そこで、速度誤差がゼロになる位相差の近傍に目標値を設定し、位相差を目標値に近付けるように回転速度を算出すれば、速度誤差を縮小するように同期モータを制御することができる。なお、速度誤差がゼロに近いほど同期モータは高効率で運転されるので、速度誤差を縮小するように同期モータを制御すれば、同期モータをより高効率に運転することができる。
【００１７】
〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、電圧振幅演算手段は、指令電圧を用いて印加電圧の振幅を算出し、電圧位相演算手段は、指令電圧を用いて印加電圧の位相を算出する。
これにより、指令電圧を回転速度やトルクなどに基づくマップデータやテーブルデータなどとして格納しておけば、相電流を高精度に計測し直接的に制御する電流制御方式によらず、電圧振幅、電圧位相などの電圧特性を操作して同期モータを制御することができる。このため、制御装置の演算負荷を低減することができる。
【００１８】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、指令電圧を用いて電圧特性を算出する。
これにより、請求項９の手段と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、相電流の目標値を示す指令電流を算出する指令電流演算手段を有し、電圧振幅演算手段は、相電流の計測値と指令電流との差が所定値となるように、印加電圧の振幅を算出し、電圧位相演算手段は、相電流の計測値と指令電流との差が所定値となるように、印加電圧の位相を算出する。
これにより、制御装置は電流制御方式により同期モータを制御することができる。このため、指令電流を回転速度やトルクなどをパラメータとするマップデータやテーブルデータなどとして格納したり、または計算により算出し、相電流を精度良く計測すれば、回転速度やトルクを極めて正確に目標値に一致させることができる。
【００２０】
〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、相電流の目標値を示す指令電流を算出する指令電流演算手段を有し、相電流の計測値と指令電流との差が所定値となるように、電圧特性を算出する。
これにより、請求項１１の手段と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性として回転座標ｄ軸方向に印加されるｄ軸電圧およびｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向に印加されるｑ軸電圧を算出し、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧を用いて印加電圧の位相を算出する。
【００２２】
〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性として静止座標α軸方向に印加されるα軸電圧およびα軸方向に直交する静止座標β軸方向に印加されるβ軸電圧を算出し、α軸電圧およびβ軸電圧を用いて印加電圧の位相を算出する。
【００２３】
〔請求項１５の手段〕
請求項１５に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性として印加電圧の相間比を算出し、印加電圧の相間比を用いて印加電圧の位相を算出する。
【００２４】
〔請求項１６の手段〕
請求項１６に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性として印加電圧の現在値と印加電圧の振幅値との比率を示す規格化電圧を算出し、この規格化電圧を用いて印加電圧の位相を算出する。
【００２５】
〔請求項１７の手段〕
請求項１７に記載の制御装置によれば、位相差演算手段による位相差の算出周期は、ロータの機械特性の応答時間よりも小さい。
これにより、ロータの回転速度やトルクなどの機械特性の応答時間（例えば、外乱が発生したときの時定数）よりも早く位相差を計測できるので、制御応答性を向上させることができる。
【００２６】
〔請求項１８の手段〕
請求項１８に記載の制御装置は、電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて相電流を計測する電流計測手段と、相電流の計測値に基づいて相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、相電流の位相を用いて印加電圧と相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第２閾値を超える第２周波数成分を分離する第２位相差調整手段とを備え、第２周波数成分は、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる。
これにより、例えば、外乱の影響による変動分（以下、外乱変動成分と呼ぶ）が第２周波数成分に含まれるように第２閾値を設定すれば、位相差の算出値から外乱変動成分を抽出することができる。このため、外乱変動成分を直接的に収束させるように同期モータを制御することができる。この結果、外乱などが発生しても、位相差を早期に安定させ同期モータの高効率運転を維持することができる。
【００２７】
〔請求項１９の手段〕
請求項１９に記載の制御装置によれば、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる第２周波数成分は、周波数が第２閾値よりも大きい第３閾値を超える第３周波数成分が除去されている。
相電流または印加電圧の歪みによる変動成分（以下、歪み変動成分と呼ぶ）の周波数は、外乱変動成分の周波数よりも高い。このため、外乱変動成分が第２周波数成分に含まれるように第２閾値を設定するのみでは、第２周波数成分に歪み変動成分が含まれてしまう。そこで、第２変動成分から歪み変動成分を除去するため、周波数が第２閾値よりも大きい第３閾値を設け、歪み変動成分が第３周波数成分に含まれるように第３閾値を設定すれば、第２周波数成分から歪み変動成分を除去することができる。このため、電圧特性演算手段は、相電流または印加電圧の歪みによる微小変動のない外乱変動成分を用いることができる。この結果、制御装置は、相電流または印加電圧の歪みの影響を受けることなく、外乱などの発生に対応することができる。
【００２８】
〔請求項２０の手段〕
請求項２０に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、印加電圧の位相、印加電圧の振幅、ロータの回転位置およびロータの回転速度のうちのいずれか１つを、第２周波数成分を用いて算出する。
【００２９】
〔請求項２１の手段〕
請求項２１に記載の制御装置は、コンプレッサに適用される同期モータを制御する。
これにより、コンプレッサのトルク脈動を迅速に収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
最良の形態１は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置であって、電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて相電流を計測する電流計測手段と、相電流の計測値に基づいて相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、相電流の位相を用いて印加電圧と相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第１閾値を超える第１周波数成分を除去する第１位相差調整手段とを備え、第１周波数成分を除去した位相差の算出値は、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる。
【００３１】
電圧特性演算手段は、電圧特性として印加電圧の位相を算出する電圧位相演算手段、電圧特性として印加電圧の振幅を算出する電圧振幅演算手段、および位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段を有し、印加電圧の位相または印加電圧の振幅の少なくとも一方は、第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるように算出される。
また、電圧特性演算手段は、印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、電圧振幅演算手段は、指令電圧を用いて印加電圧の振幅を算出し、電圧位相演算手段は、指令電圧を用いて印加電圧の位相を算出する。
位相差演算手段による位相差の算出周期は、ロータの機械特性の応答時間よりも小さい。
また、最良の形態１の同期モータの制御装置は、コンプレッサに適用される同期モータを制御する。
【００３２】
最良の形態２の同期モータの制御装置は、相電流の計測値を用いて回転座標ｄ軸方向の電流であるｄ軸電流、およびｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向の電流であるｑ軸電流を算出する電流ｄｑ変換手段を備え、電流位相演算手段は、ｄ軸電流およびｑ軸電流を用いて相電流の位相を算出する。
【００３３】
最良の形態３の電圧特性演算手段は、位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるようにロータの回転位置を算出する位置演算手段を有し、位置演算手段により算出されたロータの回転位置を用いて電圧特性を算出する。
また、電圧特性演算手段は、印加電圧の目標値を示す指令電圧を算出する指令電圧演算手段を有し、指令電圧を用いて電圧特性を算出する。
【００３４】
最良の形態４の電圧特性演算手段は、位相差の目標値を算出する目標位相差演算手段、および第１周波数成分を除去した位相差の算出値と位相差の目標値との差が所定値となるようにロータの回転速度を算出する速度演算手段を有し、速度演算手段により算出されたロータの回転速度を用いて電圧特性を算出する。
【００３５】
最良の形態５の電圧特性演算手段は、相電流の目標値を示す指令電流を算出する指令電流演算手段を有し、電圧振幅演算手段は、相電流の計測値と指令電流との差が所定値となるように、印加電圧の振幅を算出し、電圧位相演算手段は、相電流の計測値と指令電流との差が所定値となるように、印加電圧の位相を算出する。
【００３６】
最良の形態６は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置であって、電機子コイルに通電される相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて相電流を計測する電流計測手段と、相電流の計測値に基づいて相電流の位相を算出する電流位相演算手段と、電機子コイルに印加される印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と、相電流の位相を用いて印加電圧と相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差演算手段による位相差の算出値から、周波数が第２閾値を超える第２周波数成分を分離する第２位相差調整手段とを備え、第２周波数成分は、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる。
また、電圧特性演算手段は、印加電圧の位相、印加電圧の振幅、ロータの回転位置およびロータの回転速度のうちのいずれか１つを、第２周波数成分を用いて算出する。
【００３７】
最良の形態７によれば、電圧特性演算手段での電圧特性の算出に用いられる第２周波数成分は、周波数が第２閾値よりも大きい第３閾値を超える第３周波数成分が除去されている。
【実施例１】
【００３８】
〔実施例１の構成〕
実施例１の制御装置１の構成を図１を用いて説明する。
制御装置１は、同期モータ２を駆動制御する装置である。同期モータ２は、ステータ（図示せず）に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電機子コイル（図示せず）へ交流電流を通電させ、永久磁石などの界磁極（図示せず）を有するロータ（図示せず）を回転させトルクを得るものである。この同期モータ２は、例えば、空調装置のコンプレッサ（図示せず）に適用される。
【００３９】
制御装置１は、図１に示すように、電機子コイルに通電される交流電流（以下、相電流と呼ぶ）を検出する周知の電流センサ３と、電源から供給される電力を相電流に変換するインバータ４と、インバータ４を作動させるための指令信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）５とから構成されている。
【００４０】
電流センサ３は、Ｕ相およびＷ相の相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号ｉｕ、ｉｗを出力する電流検出手段である。
【００４１】
インバータ４は、少なくとも６個のスイッチング素子を有する（図２０参照）。各々のスイッチング素子は、ＥＣＵ５から出力される６個の指令信号に応じて作動状況を変える。これにより、位相が互いに異なる３相の相電流が、電機子コイルへ通電される。
【００４２】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、記憶装置、出力装置および入力装置を有する周知構造のマイクロコンピュータである。そして、ＥＣＵ５は、電流センサ３から出力される電流検出信号ｉｕ、ｉｗなどを用いて、電機子コイルに印加される電圧の特性を示す電圧特性を算出するとともに、この電圧特性に基づいて、インバータ４へ出力される指令信号を合成する。
【００４３】
また、ＥＣＵ５は、電流検出信号ｉｕ、ｉｗを用いてＵ相およびＷ相の相電流を計測する電流計測手段としての電流計測器９、相電流の計測値Ｉを用いて相電流の位相（電流位相）Ｉθを算出する電流位相演算手段としての電流位相演算器１０、電圧特性を算出する電圧特性演算手段としての電圧特性演算器１１、位相差ξを算出する位相差演算手段としての位相差演算器１２、位相差演算器１２で算出された位相差ξを調整する位相差調整器１３、電圧特性に基づいてインバータ４へ出力されるパルス状の指令信号を合成するパルス合成器１４の機能を備える。
【００４４】
電圧特性演算器１１は、電圧特性として印加電圧の位相（電圧位相）Ｖθを算出する電圧位相演算器１８、電圧特性として印加電圧の振幅（電圧振幅）ＶＡを算出する電圧振幅演算器１９、位相差ξの目標値である目標位相差ξ＊を算出する目標位相差演算器２０、印加電圧の目標値を示す指令電圧Ｖ＊を算出する指令電圧演算器２１、回転位置θを推定する位置推定器２２、回転速度ωを算出する速度指令器２３の機能を備える。また、電圧特性演算器１１は、位相差調整器１３で調整された位相差ξの算出値と、目標位相差ξ＊の算出値との差ε１を算出する。
【００４５】
なお、以下の説明では、位相差演算器１２で算出され位相差調整器１３で調整される前の位相差ξを、未調整位相差ξｐと呼び、位相差調整器１３で調整された位相差ξを調整位相差ξｎと呼ぶ。
【００４６】
電圧位相演算器１８は、電圧位相Ｖθを算出する電圧位相演算手段である。電圧位相演算器１８は、回転位置θ、回転速度ωおよび指令電圧Ｖ＊を用い、かつ、差ε１が所定値となるように、電圧位相Ｖθを算出する。
【００４７】
電圧振幅演算器１９は、電圧振幅ＶＡを算出する電圧振幅演算手段である。電圧振幅演算器１９は、回転位置θ、回転速度ωおよび指令電圧Ｖ＊を用いて電圧振幅ＶＡを算出する。
【００４８】
目標位相差演算器２０は、目標位相差ξ＊を算出する目標位相差演算手段である。目標位相差ξ＊は、回転速度ωやロータのトルク（以下、回転トルクと呼ぶ）などをパラメータとするマップデータやテーブルデータとして記憶され、上位機器からの要求や回転速度ωなどに応じて算出される。
【００４９】
指令電圧演算器２１は、指令電圧Ｖ＊を算出する指令電圧演算手段である。指令電圧Ｖ＊は、回転速度ωや回転トルクなどをパラメータとするマップデータやテーブルデータとして記憶され、上位機器からの要求、回転位置θおよび回転速度ωなどに応じて算出される。
【００５０】
位置推定器２２は、回転位置θを算出する位置演算手段である。実施例１の位置推定器２２は、電流検出信号ｉｕ、ｉｗを用いて回転位置θを推定する。
【００５１】
速度指令器２３は、回転速度ωを算出する速度演算手段である。実施例１の速度指令器２３は、上位機器からの要求に応じて回転速度ωを算出する。
【００５２】
位相差演算器１２は、電圧位相演算器１８で算出された電圧位相Ｖθおよび電流位相演算器１０で算出された電流位相Ｉθを用いて未調整位相差ξｐを算出する。未調整位相差ξｐは、図２（ａ）に示すように、相電流の符号が反転するゼロクロス時ｔｃ以外でも算出される。また、未調整位相差ξｐの算出周期は、ロータの機械特性の応答時間よりも小さい。ロータの機械特性とは、例えば、回転速度ωや回転トルクであり、応答時間とは、例えば、外乱が発生したときの回転速度ωや回転トルクなどの時定数である。
【００５３】
位相差調整器１３は、位相差演算器１２による未調整位相差ξｐの算出値から、周波数が第１閾値を超える第１周波数成分を除去する第１位相差調整手段である。そして、位相差調整器１３は、第１周波数成分を除去することにより、未調整位相差ξｐを調整し、調整位相差ξｎを算出する。ここで、第１閾値とは、未調整位相差ξｐに含まれる相電流または印加電圧の歪みによる変動成分（以下、歪み変動成分と呼ぶ）の周波数を超えないように設定される数値である。このため、第１周波数成分には歪み変動成分が含まれるので、位相差調整器１３により未調整位相差ξｐから歪み変動成分が除去される。すなわち、調整位相差ξｎは歪み変動成分を含まない。
【００５４】
〔実施例１の作用〕
実施例１の制御装置１の作用を、図１を用いて説明する。
まず、電流センサ３で、Ｕ相、Ｗ相の相電流が検出され、電流検出信号ｉｕ、ｉｗが出力される。電流検出信号ｉｕ、ｉｗは、ＥＣＵ５に入力され、電流計測器９での相電流の計測、および位置推定器２２での回転位置θの推定に用いられる。そして、電流位相演算器１０では、相電流の計測値Ｉを用いて電流位相Ｉθが算出される。
【００５５】
また、速度指令器２３では、上位機器から要求に応じて回転速度ωが算出され、目標位相差演算器２０では、上位機器からの要求や回転速度ωなどに応じて目標位相差ξ＊が算出され、指令電圧演算器２１では、上位機器からの要求、回転位置θおよび回転速度ωなどに応じて指令電圧Ｖ＊が算出される。
【００５６】
電流位相Ｉθは、電圧位相演算器１８で算出された電圧位相Ｖθとともに位相差演算器１２での未調整位相差ξｐの算出に用いられる。そして、位相差調整器１３では、未調整位相差ξｐの算出値から歪み変動成分を含む第１周波数成分が除去され、調整位相差ξｎが算出される。調整位相差ξｎの算出値は目標位相差ξ＊の算出値とともに、電圧特性演算器１１での差ε１の算出に用いられる。
【００５７】
そして、電圧位相演算器１８では、回転位置θ、回転速度ω、指令電圧Ｖ＊が用いられて、電圧位相Ｖθが算出される。さらに、電圧位相Ｖθは、差ε１が所定値となるように算出される。また、電圧振幅演算器１９では、回転位置θ、回転速度ω、指令電圧Ｖ＊が用いられて、電圧振幅ＶＡが算出される。
【００５８】
そして、電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθに応じて、パルス合成器１４で指令信号が合成されインバータ４に出力される。そして、この指令信号に応じて、インバータ４の各トランジスタが作動状況を変える。これにより、各相電流が調節され、同期モータ２は上位機器からの要求に応じて最適に駆動制御される。
【００５９】
〔実施例１の効果〕
実施例１の制御装置１は、図２（ａ）に示すように、ゼロクロス時ｔｃ以外でも未調整位相差ξｐを算出するので、位相差ξの算出頻度が多い。また、位相差調整器１３では、歪み変動成分が第１周波数成分に含まれるように、第１閾値が設定されている。このため、未調整位相差ξｐの算出値から歪み変動成分が除去される。この結果、図２（ｂ）に示す未調整位相差ξｐの算出値よりも、図２（ｃ）に示す調整位相差ξｎの算出値の方が、相電流または印加電圧の歪みによる変動幅が縮小され誤差が小さくなる。
これにより、電圧特性演算器１１は、誤差が小さく、かつ取得頻度が高い調整位相差ξｎの算出値を用いて電圧特性を算出することができる。このため、位相差ξを早期に安定させ同期モータ２の高効率運転を維持することができる
【００６０】
また、制御装置１の電圧特性演算器１１は、調整位相差ξｎの算出値と目標位相差ξ＊の算出値との差ε１が所定値となるように電圧位相Ｖθを算出する。
電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθは、図３に示すように、位相差ξと所定の相関を有する。そこで、モータ効率が最大になる所定値ξｍａｘの近傍に目標位相差ξ＊を設定し、調整位相差ξｎを目標位相差ξ＊に近付けるように、電圧振幅ＶＡまたは電圧位相Ｖθの少なくとも一方を操作すれば、同期モータ２を高効率に運転することができる（図１９（ａ）参照）。
さらに、第１周波数成分を除去され誤差が小さくなった調整位相差ξｎの算出値と、目標位相差ξ＊の算出値との差ε１が所定値となるように電圧位相Ｖθを算出するので、より安定的に同期モータ２の高効率運転を維持できる。
【００６１】
また、制御装置１の電圧特性演算器１１は、印加電圧の目標値を示す指令電圧Ｖ＊を用いて、電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを算出する。
これにより、指令電圧Ｖ＊を回転速度ωやトルクなどに基づくマップデータやテーブルデータなどとして格納しておけば、相電流を高精度に計測して直接的に制御する電流制御方式によらず、電圧特性を操作して同期モータ２を制御することができる。このため、制御装置１の演算負荷を低減することができる。
【００６２】
また、制御装置１の位相差演算器１２による位相差ξの算出周期は、ロータの機械特性の応答時間（例えば、外乱が発生したときの時定数）よりも小さい。
これにより、回転速度ωやトルクなどの機械特性の応答時間よりも早く位相差ξを算出できるので、制御応答性を向上させることができる。
【００６３】
また、制御装置１は、コンプレッサに適用される同期モータ２を制御する。これにより、コンプレッサのトルク脈動を迅速に収束させることができる。
【実施例２】
【００６４】
実施例２の制御装置１の構成を、図４を用いて説明する。
実施例２のＥＣＵ５は、電流計測器９での相電流の計測値Ｉを用いて、回転座標ｄ軸方向の電流であるｄ軸電流Ｉｄ、およびｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向の電流であるｑ軸電流Ｉｑを算出する電流ｄｑ変換手段としての電流ｄｑ変換器２７の機能を備える。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【実施例３】
【００６５】
〔実施例３の構成〕
実施例３の制御装置１の構成を、図５を用いて説明する。
実施例３の位置推定器２２は、差ε１が所定値となるように回転位置θを算出する。そして、この回転位置θの推定値を用いて、電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθが算出される。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００６６】
〔実施例３の効果〕
実施例３の制御装置１では、調整位相差ξｎと目標位相差ξ＊との差ε１が所定値となるように回転位置θが算出され、この回転位置θを用いて電圧特性が算出される。
制御装置１により算出される回転位置θの誤差（位置誤差）は、位相差ξとの間に所定の相関を有する。そこで、位置誤差がゼロになる位相差ξの近傍に目標位相差ξ＊を設定し、調整位相差ξｎを目標位相差ξ＊に近付けるように回転位置θを算出すれば、位置誤差を縮小するように同期モータ２を制御することができる。なお、位置誤差がゼロに近いほど同期モータ２は高効率で運転されるので、位置誤差を縮小するように同期モータ２を制御すれば、同期モータ２をより高効率に運転することができる。
【実施例４】
【００６７】
〔実施例４の構成〕
実施例４の制御装置１の構成を、図６を用いて説明する。
実施例４の速度指令器２３は、差ε１が所定値となるように回転速度ωを算出する。そして、この回転速度ωの算出値を用いて、電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθが算出される。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００６８】
〔実施例４の効果〕
実施例４の制御装置１では、調整位相差ξｎと目標位相差ξ＊との差ε１が所定値となるように回転速度ωが算出され、この回転速度ωを用いて電圧特性が算出される。
制御装置１により算出される回転速度ωの誤差（速度誤差）は、位相差ξとの間に所定の相関を有する。そこで、速度誤差がゼロになる位相差ξの近傍に目標位相差ξ＊を設定し、調整位相差ξｎを目標位相差ξ＊に近付けるように回転速度ωを算出すれば、速度誤差を縮小するように同期モータ２を制御することができる。なお、速度誤差がゼロに近いほど同期モータ２は高効率で運転されるので、速度誤差を縮小するように同期モータ２を制御すれば、同期モータ２をより高効率に運転することができる。
【実施例５】
【００６９】
〔実施例５の構成〕
実施例５の制御装置１の構成を、図７を用いて説明する。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００７０】
実施例５の電圧特性演算器１１は、相電流の目標値を示す指令電流Ｉ＊を算出する指令電流演算手段としての指令電流演算器２９の機能を備える。指令電流Ｉ＊は、回転速度ωや回転トルクなどをパラメータとするマップデータやテーブルデータから引用されたり、各種算出により求められる。
【００７１】
そして、電圧位相演算器１８は、相電流の計測値Ｉと指令電流Ｉ＊との差ε２が所定値となるように、電圧位相Ｖθを算出し、電圧振幅演算器１９は、相電流の計測値Ｉと指令電流Ｉ＊との差ε２が所定値となるように、電圧振幅ＶＡを算出する。
【００７２】
〔実施例５の効果〕
実施例５の制御装置１は、相電流の計測値Ｉと指令電流Ｉ＊との差ε２が所定値となるように電圧特性を算出する。
これにより、制御装置１は電流制御方式により同期モータ２を制御することができる。このため、相電流を精度良く計測すれば、回転速度ωやトルクを極めて正確に目標値に一致させることができる。
【実施例６】
【００７３】
〔実施例６の構成〕
実施例６の制御装置１の構成を、図８を用いて説明する。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００７４】
実施例６の位相差調整器１３は、未調整位相差ξｐの算出値から、周波数が第２閾値を超える第２周波数成分ξ２を分離する第２位相差調整手段である。すなわち、位相差調整器１３は、第２周波数成分ξ２を分離することにより、位相差演算器１２で算出された位相差ξを調整する。ここで、第２閾値とは、外乱による変動成分（以下、外乱変動成分と呼ぶ）の周波数を超えないように設定される数値である。このため、外乱の発生により、未調整位相差ξｐの算出値が、例えば図９（ａ）に示すように推移すると、第２周波数成分ξ２の算出値は、図９（ｂ）に示すように推移する。
【００７５】
なお、実施例６の位相差調整器１３は、未調整位相差ξｐの算出値から第２周波数成分ξ２を分離することにより、第２周波数成分ξ２とともに調整位相差ξｎも算出する。そして、調整位相差ξｎは、実施例１と同様に差ε１の算出に用いられ、第２周波数成分ξ２は、電圧位相演算器１８での電圧位相Ｖθの算出に用いられる。
【００７６】
〔実施例６の効果〕
実施例６の制御装置１の位相差調整器１３は、未調整位相差ξｐの算出値から外乱変動成分を含む第２周波数成分ξ２を分離する。
これにより、未調整位相差ξｐの算出値から外乱変動成分を含む第２周波数成分ξ２を抽出し、外乱変動成分を直接的に収束させるように同期モータ２を制御することができる。この結果、外乱などが発生しても、位相差ξを早期に安定させ同期モータ２の高効率運転を維持することができる。
【実施例７】
【００７７】
実施例７の制御装置１の構成を、図１０を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
実施例７の制御装置１では、第２周波数成分ξ２が位置推定器２２における回転位置θの算出に用いられる。
【実施例８】
【００７８】
実施例８の制御装置１の構成を、図１１を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
実施例８の制御装置１では、第２周波数成分ξ２が電圧振幅演算器１９における電圧振幅ＶＡの算出に用いられる。
【実施例９】
【００７９】
実施例９の制御装置１の構成を、図１２を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
実施例９の制御装置１では、第２周波数成分ξ２が速度指令器２３における回転速度ωの算出に用いられる。
【実施例１０】
【００８０】
〔実施例１０の構成〕
実施例１０の制御装置１の構成を、図１３を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００８１】
実施例１０の制御装置１は、第２周波数成分ξ２の算出値から周波数が第３閾値を超える第３周波数成分を除去することにより、第２周波数成分ξ２を調整する位相差第２調整器３１を備える。ここで、第３閾値は、周波数が第２閾値よりも大きい値であり、歪み変動成分の周波数を超えないように設定される。また、位相差調整器１３で算出され位相差第２調整器３１で調整される前の第２周波数成分ξ２を、未調整第２周波数成分ξ２ｐと呼び、位相差第２調整器３１により調整された第２周波数成分ξ２を調整第２周波数成分ξ２ｎと呼ぶ。したがって、電圧位相演算器１８での電圧位相Ｖθの算出に用いられる第２周波数成分ξ２は、調整第２周波数成分ξ２ｎである。
【００８２】
また、未調整第２周波数成分ξ２ｐは、歪み変動成分および外乱変動成分を両方とも含み、調整第２周波数成分ξ２ｎは、歪み変動成分を含まず外乱変動成分を含む。したがって、外乱の発生により、未調整位相差ξｐの算出値が、例えば図１４（ａ）に示すように推移すると、未調整第２周波数成分ξ２ｐの算出値は、図１４（ｂ）に示すように推移し、調整第２周波数成分ξ２ｎは、図１４（ｃ）に示すように推移する。
【００８３】
〔実施例１０の効果〕
実施例１０の制御装置１は、未調整第２周波数成分ξ２ｐの算出値から歪み変動成分を含む第３周波数成分を除去する位相差第２調整器３１を備える。
これにより、歪み変動成分を含まず外乱変動成分を含む調整第２周波数成分ξ２ｎを抽出することができる。このため、制御装置１は、歪み変動成分を含まない外乱変動成分を扱うことができる。この結果、制御装置１は、相電流または印加電圧の歪みの影響を受けることなく、外乱などの発生に対応することができる。
【実施例１１】
【００８４】
〔実施例１１の構成〕
実施例１１の制御装置１の構成を、図１５を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００８５】
実施例１１の制御装置１の電圧特性演算器１１は、電流位相Ｉθの目標値である目標電流位相Ｉθ＊を算出する目標電流位相演算器３３の機能を備える。目標電流位相Ｉθ＊は、回転速度ωや回転トルクなどをパラメータとするマップデータやテーブルデータとして記憶され、上位機器からの要求や回転速度ωなどに応じて算出される。
【００８６】
また、位相差演算器１２は、目標電流位相演算器３３で算出された目標電流位相Ｉθ＊と、電流位相演算器１０で算出された電流位相Ｉθとの差に応じて未調整位相差ξｐを算出する。さらに実施例１１では、調整位相差ξｎと目標位相差ξ＊との差ε１は、電圧振幅演算器１９での電圧振幅ＶＡの算出に用いられる。
【実施例１２】
【００８７】
〔実施例１２の構成〕
実施例１２の制御装置１の構成を、図１６を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００８８】
実施例１２の制御装置１は、相電流の計測値Ｉから電流振幅ＩＡを算出する電流振幅演算器３５の機能を備え、電圧特性演算器１１は、電流振幅ＩＡの目標値である目標電流振幅ＩＡ＊を算出する目標電流振幅演算器３６の機能を備える。目標電流振幅ＩＡ＊は、回転速度ωや回転トルクなどをパラメータとするマップデータやテーブルデータとして記憶され、上位機器からの要求や回転速度ωなどに応じて算出される。そして、電圧振幅演算器１９は、電流振幅ＩＡと目標電流振幅ＩＡ＊との差が所定値となるように電圧振幅ＶＡを算出する。
【００８９】
〔実施例１２の効果〕
実施例１２の制御装置１は、電流振幅ＩＡと目標電流振幅ＩＡ＊との差が所定値となるように電圧振幅ＶＡを算出する。
回転速度ωが低い場合、位相差ξの算出頻度が低下する。このような場合、電流振幅ＩＡのように相電流の大きさを示す電流特性を制御することにより、同期モータ２の制御を安定させることができる。
【実施例１３】
【００９０】
実施例１３の制御装置１の構成を、図１７を用いて説明する。なお、実施例１および実施例６と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００９１】
実施例１３の制御装置１では、電圧振幅ＶＡが電源電圧Ｖｄｃと同等以上の場合、電圧振幅ＶＡは、電源電圧Ｖｄｃに規制を受け、電源電圧Ｖｄｃよりも大きな値になることができない。このような場合、電圧振幅演算器１９は、電源電圧Ｖｄｃで電圧振幅ＶＡを代用する。この結果、電圧振幅ＶＡが電源電圧Ｖｄｃと同等以上の場合には、より簡単な制御方法で同期モータ２を制御することができる。
【００９２】
〔変形例〕
本実施例の電流位相Ｉθの算出は、例えば、実施例１のように相電流の計測値Ｉを、直接、用いて行われたり、実施例２のように相電流の計測値Ｉから算出されたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを用いて行われるものであったが、これに限定されない。例えば、電流ｄｑ変換器２７の代わりに、相電流の計測値Ｉから静止座標α軸方向の電流であるα軸電流Ｉα、およびα軸方向に直交する静止座標β軸方向の電流であるβ軸電流Ｉβを算出する電流αβ変換手段としての電流αβ変換器の機能をＥＣＵ５に備えさせ、α軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβを用いて電流位相Ｉθを算出するものであってもよい。
【００９３】
また、電流ｄｑ変換器２７の代わりに、相電流の計測値Ｉから図１８に示す相電流の相間比を算出する電流相間比演算手段としての電流相間比演算器の機能をＥＣＵ５に備えさせ、相電流の相間比を用いて電流位相Ｉθを算出するものであってもよい。さらに、電流ｄｑ変換器２７の代わりに、相電流の計測値Ｉから相電流の現在値と相電流の振幅値との比率を示す規格化電流を算出する電流規格化手段としての電流規格器の機能をＥＣＵ５に備えさせ、規格化電流を用いて電流位相Ｉθを算出するものであってもよい。
【００９４】
本実施例の電圧特性演算器１１は、電圧位相演算器１８が電圧位相Ｖθまたは電圧振幅ＶＡの何れか一方を算出するときにのみ、調整位相差ξｎと目標位相差ξ＊との差ε１を用いたが、電圧振幅演算器１９が電圧位相Ｖθおよび電圧振幅ＶＡの両方を算出するときに用いてもよい。
【００９５】
本実施例の電圧特性演算器１１は、電圧位相演算器１８および電圧振幅演算器１９として機能し、電圧特性として電圧位相Ｖθおよび電圧振幅ＶＡを算出したが、この態様に限定されない。例えば、電圧位相演算器１８および電圧振幅演算器１９の代わりに、電圧特性として、回転座標ｄ軸方向に印加されるｄ軸電圧Ｖｄ、およびｄ軸方向に直交する回転座標ｑ軸方向に印加されるｑ軸電圧Ｖｑを算出するｄｑ電圧演算器の機能を、電圧特性演算器１１に具備させてもよい。この場合、パルス合成器１４は、ｄ軸電圧Ｖｄの算出値およびｑ軸電圧Ｖｑの算出値に基づいてインバータ４へ出力される指令信号を合成する。また、位相差演算器１２で位相差ξの算出に用いられる電圧位相Ｖθは、ｄｑ電圧演算器でｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑとともに算出される。
【００９６】
また、電圧位相演算器１８および電圧振幅演算器１９の代わりに、電圧特性として、静止座標α軸方向に印加されるα軸電圧Ｖα、およびα軸方向に直交する静止座標β軸方向に印加されるβ軸電圧Ｖβを算出するαβ電圧演算器の機能を、電圧特性演算器１１に具備させてもよい。この場合、パルス合成器１４は、α軸電圧Ｖαの算出値およびβ軸電圧Ｖβの算出値に基づいてインバータ４へ出力される指令信号を合成する。また、位相差演算器１２で位相差ξの算出に用いられる電圧位相Ｖθは、αβ電圧演算器でα軸電圧Ｖαおよびβ軸電圧Ｖβとともに算出される。
【００９７】
また、電圧位相演算器１８および電圧振幅演算器１９の代わりに、電圧特性として印加電圧の相間比を算出する電圧相間比演算器の機能を、電圧特性演算器１１に具備させてもよい。この場合、パルス合成器１４は、印加電圧の相間比の算出値に基づいてインバータ４へ出力される指令信号を合成する。また、位相差演算器１２で位相差ξの算出に用いられる電圧位相Ｖθは、電圧相間比演算器で印加電圧の相間比とともに算出される。
【００９８】
さらに、電圧位相演算器１８および電圧振幅演算器１９の代わりに、電圧特性として印加電圧の現在値と印加電圧の振幅値との比率を示す規格化電圧を算出する規格化電圧演算器の機能を、電圧特性演算器１１に具備させてもよい。この場合、パルス合成器１４は、規格化電圧の算出値に基づいてインバータ４へ出力される指令信号を合成する。また、位相差演算器１２で位相差ξの算出に用いられる電圧位相Ｖθは、規格化電圧演算器で規格化電圧とともに算出される。
【００９９】
実施例１ないし実施例１１の制御装置１は、調整位相差ξｎと目標位相差ξ＊との差ε１を、電圧特性、回転位置θまたは回転速度ωの算出に用いたが、一旦、算出された電圧特性、回転位置θまたは回転速度ωの補正に用いてもよい。
【０１００】
実施例１０の制御装置１では、未調整位相差ξｐを調整位相差ξｎと未調整第２周波数成分ξ２ｐとに分離した後、未調整第２周波数成分ξ２ｐから第３周波数成分を除去したが、未調整位相差ξｐから第３周波数成分を除去した後に位相差調整器１３で調整位相差ξｎと調整第２周波数成分ξ２ｎとに分離してもよい。
【０１０１】
実施例６ないし実施例１３の制御装置１は、第２周波数成分ξ２を電圧特性、回転位置θまたは回転速度ωの算出に用いたが、一旦、算出された電圧特性、回転位置θまたは回転速度ωの補正に用いてもよい。
【０１０２】
実施例１２の制御装置１は、相電流の大きさを示す電流特性として電流振幅ＩＡを用いて電圧振幅ＶＡを算出したが、以下のような電流特性を用いてもよい。例えば、α軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβからなる電流ベクトル（Ｉα、Ｉβ）の大きさを用いてもよく、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑからなる電流ベクトル（Ｉｄ、Ｉｑ）の大きさを用いてもよい。また、同時間におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流の中で最大になっている相電流の大きさを用いてもよく、さらに、インバータ４の直流母線における母線電流の所定の周期ごとの積分値に基づき算出される電流特性値（実効値や平均値）または波高値を用いてもよく、相電流の積分値に基づき算出される電流特性値（実効値や平均値）または波高値を用いてもよい。
【０１０３】
実施例３を除く全ての実施例の電圧特性演算器１１は、電流検出信号ｉｕ、ｉｗを用いて回転位置θを算出する位置推定器２２の機能を有していたが、位置推定器２２の機能を有していなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】制御装置の構成図である（実施例１）。
【図２】（ａ）は、位相差の算出頻度を示す説明図であり、（ｂ）は、歪み変動成分を含む位相差の算出値の推移を示すタイムチャートであり、（ｃ）は、歪み変動成分を含まない位相差の算出値の推移を示すタイムチャートである。
【図３】（ａ）は、位相差と電圧振幅との相関図であり、（ｂ）は、位相差と電圧位相との相関図である。
【図４】制御装置の構成図である（実施例２）。
【図５】制御装置の構成図である（実施例３）。
【図６】制御装置の構成図である（実施例４）。
【図７】制御装置の構成図である（実施例５）。
【図８】制御装置の構成図である（実施例６）。
【図９】（ａ）は、位相差の推移を示すタイムチャートであり、（ｂ）は、第２周波数成分の推移を示すタイムチャートである（実施例６）。
【図１０】制御装置の構成図である（実施例７）。
【図１１】制御装置の構成図である（実施例８）。
【図１２】制御装置の構成図である（実施例９）。
【図１３】制御装置の構成図である（実施例１０）。
【図１４】（ａ）は、未調整位相差の算出値の推移を示すタイムチャートであり、（ｂ）は、未調整第２周波数成分の算出値の推移を示すタイムチャートであり、（ｃ）は、調整第２周波数成分の算出値の推移を示すタイムチャートである（実施例１０）。
【図１５】制御装置の構成図である（実施例１１）。
【図１６】制御装置の構成図である（実施例１２）。
【図１７】制御装置の構成図である（実施例１３）。
【図１８】相電流の相間比を示す説明図である（変形例）。
【図１９】（ａ）は、モータ効率と位相差との相関図であり、（ｂ）は、位相差の説明図である（従来例）。
【図２０】インバータの構成図である（従来例）。
【図２１】（ａ）は、印加電圧の歪みを示す説明図であり、（ｂ）は、相電流の歪みを示す説明図であり、（ｃ）は、位相差の算出値の推移を示すタイムチャートである（従来例）。
【図２２】位相差の算出頻度を示す説明図である（従来例）。
【符号の説明】
【０１０５】
１  制御装置
２  同期モータ
３  電流センサ（電流検出手段）
４  インバータ
５  ＥＣＵ（電流計測手段、電流位相演算手段、電圧特性演算手段、位相差演算手段、第１位相差調整手段、電流ｄｑ変換手段、電流αβ変換手段、電流相間比演算手段、電流規格化手段、電圧位相演算手段、電圧振幅演算手段、目標位相差演算手段、位置演算手段、速度演算手段、指令電圧演算手段、指令電流演算手段、第２位相差調整手段）
９  電流計測器（電流計測手段）
１０  電流位相演算器（電流位相演算手段）
１１  電圧特性演算器（電圧特性演算手段）
１２  位相差演算器（位相差演算手段）
１３  位相差調整器（第１位相差調整手段、第２位相差調整手段）
１８  電圧位相演算器（電圧位相演算手段）
１９  電圧振幅演算器（電圧振幅演算手段）
２０  目標位相差演算器（目標位相差演算手段）
２１  指令電圧演算器（指令電圧演算手段）
２２  位置推定器（位置演算手段）
２３  速度指令器（速度演算手段）
２９  指令電流演算器（指令電流演算手段）
ｉｕ、ｉｗ  電流検出信号
Ｉ  相電流の計測値
Ｉθ  電流位相（相電流の位相）
ξ  位相差
Ｉｄ  ｄ軸電流
Ｉｑ  ｑ軸電流
Ｉα  α軸電流
Ｉβ  β軸電流
Ｖθ  電圧位相（印加電圧の位相、電圧特性）
ＶＡ  電圧振幅（印加電圧の振幅、電圧特性）
ξ＊  目標位相差（位相差の目標値）
ε１  差（位相差の算出値と位相差の目標値との差）
θ  回転位置
ω  回転速度
Ｖ＊  指令電圧
Ｉ＊  指令電流
ε２  差（相電流の計測値と指令電流との差）
Ｖｄ  ｄ軸電圧（電圧特性）
Ｖｑ  ｑ軸電圧（電圧特性）
Ｖα  α軸電圧（電圧特性）
Ｖβ  β軸電圧（電圧特性）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2006050815.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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