(57)【要約】【課題】同期モータ２やインバータ３において、容量の大きいトランジスタや磁束の強い磁石などのように、出力トルクの大きい仕様を採用することなく、スタート時の共振周波数における回転停止を防止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は、過渡運転モードの実行時に、電流位相監視部６により電流位相Ｉθを監視するとともに、回転数補正部７により回転数の指令値ω＊を電流位相Ｉθに応じて補正する。これにより、電流位相Ｉθが限界位相より進んでも、指令値ω＊を低減することで電流位相Ｉθを限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。【選択図】図１
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【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の給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相を監視するとともに、前記回転数の指令値を前記相電流の位相に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相を監視するとともに、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅を、前記相電流の位相に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相を監視するとともに、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の位相を、前記相電流の位相に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の位相に対する閾値を設定し、
前記相電流の位相と前記閾値との差に応じて、前記回転数の指令値を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の位相に対する閾値を設定し、
前記相電流の位相と前記閾値との差に応じて、前記相電圧の振幅を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の位相に対する閾値を設定し、
前記相電流の位相と前記閾値との差に応じて、前記相電圧の位相を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記閾値を、前記ロータに与えられる出力トルクと前記相電流の位相との相関線で、前記出力トルクがピークを示すときの前記相電流の位相である限界位相に略一致する値として設定することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項８】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の振幅を監視するとともに、前記回転数の指令値を前記相電流の振幅に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項９】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の振幅を監視するとともに、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅を、前記相電流の振幅に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１０】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の振幅を監視するとともに、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の位相を、前記相電流の振幅に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の振幅に対する閾値を設定し、
前記相電流の振幅と前記閾値との差に応じて、前記回転数の指令値を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の振幅に対する閾値を設定し、
前記相電流の振幅と前記閾値との差に応じて、前記相電圧の振幅を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記相電流の振幅に対する閾値を設定し、
前記相電流の振幅と前記閾値との差に応じて、前記相電圧の位相を補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１４】
請求項１１ないし請求項１３に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記閾値を、前記ロータに与えられる出力トルクと前記相電流の位相との相関線で、前記出力トルクがピークを示すときの前記相電流の位相である限界位相における前記相電流の振幅に略一致する値として設定することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし請求項１３に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記閾値は、規格電流が最大であるときの前記相電流の振幅に略一致する値であることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１６】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相と、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の位相との位相差を監視するとともに、前記回転数の指令値を前記位相差に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１７】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相と、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の位相との位相差を監視するとともに、前記相電圧の振幅を前記位相差に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【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の給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相と、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の位相との位相差を監視するとともに、前記相電圧の位相を前記位相差に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項１９】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅を監視するとともに、前記回転数の指令値を前記相電圧の振幅に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２０】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅を監視するとともに、補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２１】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅を監視するとともに、前記相電圧の位相を前記相電圧の振幅に応じて補正することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１に記載の同期モータのセンサレス制御装置の特徴の内で、少なくとも２つの特徴を有する同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２３】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記給電状態を示す給電情報の内で、前記電機子コイルへの給電により生じる相電流の振幅、前記相電流の位相、ｄ軸電流、ｑ軸電流、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧の振幅、前記相電圧の位相、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、および前記相電流の位相と前記相電圧の位相との位相差の中から少なくとも１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記選択した給電情報を監視することで、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替える時期を決めることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記選択した給電情報を監視する監視期間を、前記選択した給電情報の変動周期以上の長さに設定していることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電流の振幅を選択し、
前記相電流の振幅が最小値に略一致した時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電流の振幅を選択し、
前記相電流の振幅が減少している時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電流の振幅を選択し、
前記相電流の振幅が所定の比較値以下である時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項２９】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電圧の振幅を選択し、
前記相電圧の振幅が最小値に略一致した時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電圧の振幅を選択し、
前記相電圧の振幅が減少している時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３１】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電圧の振幅を選択し、
前記相電圧の振幅が所定の比較値以下である時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３２】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記位相差を選択し、
前記位相差が最大値に略一致した時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３３】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記位相差を選択し、
前記位相差が増加している時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３４】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記位相差を選択し、
前記位相差が所定の比較値以上である時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３５】
請求項２４に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
監視する給電情報の１つとして、前記相電流の振幅を選択し、
前記相電流の振幅が最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に、前記過渡運転モードから前記通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行うことを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３６】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記回転数の指令値を所定の下限回転数以下に維持する極低速運転モードを実行した後、前記過渡運転モードに切り替えることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記下限回転数を、前記過渡運転モードにおける前記回転数の指令値の最大値の１／１０以下に設定していることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３８】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、前記電機子コイルへの給電状態に応じて前記ロータの回転位置を推定し、この回転位置の推定値に応じて前記電機子コイルへの給電を制御する同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータの回転駆動を開始する際には、前記ロータの回転数の指令値を増加することで前記給電状態を変化させ、前記回転数を上昇させる過渡運転モードから、前記給電状態に応じた前記回転位置の推定、および前記回転位置の推定値に応じた前記電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替え、
前記過渡運転モードの実行時には、前記電機子コイルへの給電により生じる複数の相電流の絶対値の内で最大となる値を最大相電流として監視するとともに、前記最大相電流が所定の目標値に略一致するように、前記電機子コイルへ給電するために印加される相電圧を調節することを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項３９】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記ロータにはネオジ磁石が装着されていることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４０】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記電機子コイルは集中巻きであることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４１】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記同期モータはコンプレッサに適用されることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４２】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記同期モータはポンプに適用されることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４３】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記同期モータは膨張機に適用されることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【請求項４４】
請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１、請求項２３、請求項３６、請求項３８に記載の同期モータのセンサレス制御装置において、
前記同期モータは、車両に搭載されることを特徴とする同期モータのセンサレス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータのセンサレス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
同期モータのセンサレス制御装置とは、ロータの回転位置を検出する位置センサによらず、電機子コイルへの給電状態に応じて回転位置を推定することで同期モータを制御する制御装置である。そして、この同期モータのセンサレス制御装置では、ロータの回転駆動を開始する際に、ロータの回転数の指令値を増加することで給電状態を変化させ回転数を上昇させる過渡運転モードを実行し、その後に、給電状態に応じた回転位置の推定および回転位置の推定値に応じた電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替える。
【０００３】
〔従来技術の不具合〕
ところで、同期モータが適用されるコンプレッサ等の機器には、固有の共振周波数があり、この共振周波数では、負荷が増大し出力トルクが不足する。そこで、過渡運転モードにおいて、回転数の指令値を速やかに増加して電機子コイルへの通電量を増加させることで、出力トルクを増大させ共振周波数における回転停止を防止している。しかし、このような回転停止を確実に防止するには、共振周波数における負荷増大を確実に補うことができる程度にまで出力トルクを増大させる必要がある。
【０００４】
このため、過渡運転モードにおける通電量の最終到達値を大きくしたり、ロータに装着される磁石の磁束を強くしたりする必要がある。しかし、通電量を大きくするには、インバータに使用されるトランジスタの容量を大きくする必要がある。また、磁束を強くするには、磁石の厚みを大きくする必要がある。
【０００５】
したがって、スタート時の共振周波数における回転停止を防止するためだけに、容量の大きなトランジスタを用いたり、厚みの大きな磁石を用いたりする必要があり、同期モータのコストアップの一因となっている。
なお、このような回転停止等の同期モータの脱調を検出する装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、回転停止の防止に関する記載は見られない。
【特許文献１】特開平９−２９４３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、同期モータやインバータにおいて、容量の大きいトランジスタや磁束の強い磁石などのように、出力トルクの大きい仕様を採用することなく、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができるセンサレス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】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の同期モータのセンサレス制御装置（以下、単に制御装置と呼ぶ）は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、電機子コイルへの給電状態に応じてロータの回転位置を推定し、回転位置の推定値に応じて電機子コイルへの給電を制御する。制御装置は、ロータの回転駆動を開始する際に、ロータの回転数の指令値を増加することで給電状態を変化させ、回転数を上昇させる過渡運転モードから、給電状態に応じた回転位置の推定、および回転位置の推定値に応じた電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替える。そして、制御装置は、過渡運転モードの実行時に、電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の位相に応じて補正する。
【０００８】
ここで、上記の回転停止の問題は、出力トルクと相電流の位相および相電流の振幅との相関図（図７参照）を用いて考えることができる。この相間図において、出力トルクと相電流の位相との個々の相間線はピークを有する。そして、出力トルクがピークを示す相電流の位相を限界位相とする。また、個々の相間線は、相電流の振幅が大きいものほど、上側に描かれる。つまり、相電流の振幅が大きいほど出力トルクが大きくなる。
【０００９】
そして、相電流の位相が限界位相よりも進むと、電機子コイルへの給電制御が不能になり、ロータの回転が停止する。また、ピークが低いほど相電流の位相が限界位相よりも進みやすくなるので、相電流の振幅が小さいほど（つまり、電機子コイルへの通電量が小さいほど）、相電流の位相が限界位相よりも進みやすくなり回転停止が起こりやすくなる。
【００１０】
そこで、請求項１の手段では、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の位相に応じて補正する。これにより、相電流の位相が限界位相より進んでも、回転数の指令値を低減することで相電流の位相を限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータやインバータにおいて出力トルクの大きい仕様を採用することなく、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【００１１】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の振幅を相電流の位相に応じて補正する。
これにより、相電流の位相が限界位相より進んでも、相電圧の振幅を増加し回転数を上昇させることで相電流の位相を限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。
【００１２】
過渡運転モードでは、制御装置は、相電流の振幅を一定に維持するように給電制御を行う。ところで、図８に示すように、相電流の位相が限界位相よりも遅れている場合、相電圧の振幅と相電流の振幅とは正の相関を示す。そして、過渡運転モードでの給電制御では、この正の相関が利用されて相電流の振幅が一定に維持されている。つまり、制御装置は、相電流の振幅が増加すれば相電圧の振幅を減少させ、相電流の振幅が減少すれば相電圧の振幅を増加させている。
【００１３】
しかし、負荷の増大に伴い、相電流の位相が限界位相よりも進んだ場合、相電圧の振幅と相電流の振幅とは負の相関を示すようになる。これにより、相電流の振幅が、一旦、増加を開始すると、制御装置は、相電流の振幅増加を抑えることができなくなる。このため、制御装置による給電制御が不能となり、相電流は過電流となってインバータが停止してしまう。
【００１４】
そこで、制御装置において相電圧の振幅を相電流の位相に応じて補正できるようにする。これにより、相電流の位相が限界位相よりも進んだ場合には負の相関を利用して、相電流の振幅が増加したら相電圧の振幅を増加させるように給電制御することができる。このため、相電流の位相が限界位相よりも進んだ場合でも、相電流の振幅増加を抑えることができる。この結果、同期モータやインバータにおいて出力トルクの大きい仕様を採用することなく、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【００１５】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の位相に応じて補正する。
これにより、相電流の位相が限界位相より進んでも、相電圧の位相を遅らせることで相電流の位相を限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータやインバータにおいて出力トルクの大きい仕様を採用することなく、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【００１６】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の位相に応じて補正するものであり、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、回転数の指令値を補正する。
これにより、相電流の位相をフィードバックして、回転数の指令値を求めることができる。
【００１７】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の振幅を相電流の位相に応じて補正するものであり、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、相電圧の振幅を補正する。
これにより、相電流の位相をフィードバックして、相電圧の振幅を求めることができる。
【００１８】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の位相に応じて補正するものであり、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、相電圧の位相を補正する。
これにより、相電流の位相をフィードバックして、相電圧の位相を求めることができる。
【００１９】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の制御装置は、相電流の位相に対する閾値を設定するものであり、この閾値を限界位相に略一致する値として設定する。
【００２０】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の振幅に応じて補正する。
この手段は、請求項１の手段において、相電流の位相の替わりに相電流の振幅を監視するものである。
【００２１】
相電流の振幅を監視することで、相電圧の振幅に対する相電流の振幅の挙動を確認することができる。そして、この挙動を確認することで、相電圧の振幅と相電流の振幅とが、正負いずれの相関を有するかを判断することができるので、相電流の位相が限界位相よりも進んでいるか否かを判断することができる（図８参照）。このため、より簡単な監視方法で、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【００２２】
〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、相電圧の振幅を相電流の振幅に応じて補正する。
この手段は、請求項２の手段において、相電流の位相の替わりに相電流の振幅を監視するものである。これにより、請求項８と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の振幅に応じて補正する。
この手段は、請求項３の手段において、相電流の位相の替わりに相電流の振幅を監視するものである。これにより、請求項８と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の振幅に応じて補正するものであり、相電流の振幅に対する閾値を設定し、相電流の振幅と閾値との差に応じて、回転数の指令値を補正する。
これにより、相電流の振幅をフィードバックして、回転数の指令値を求めることができる。
【００２５】
〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、相電圧の振幅を相電流の振幅に応じて補正するものであり、相電流の振幅に対する閾値を設定し、相電流の振幅と閾値との差に応じて、相電圧の振幅を補正する。
これにより、相電流の振幅をフィードバックして、相電圧の振幅を求めることができる。
【００２６】
〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の振幅に応じて補正するものであり、相電流の振幅に対する閾値を設定し、相電流の振幅と閾値との差に応じて、相電圧の位相を補正する。
これにより、相電流の振幅をフィードバックして、相電圧の位相を求めることができる。
【００２７】
〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の制御装置は、相電流の振幅に対する閾値を設定するものであり、この閾値を限界位相における相電流の振幅に略一致する値として設定する。
【００２８】
〔請求項１５の手段〕
請求項１５に記載の制御装置は、閾値を、規格電流が最大であるときの相電流の振幅に略一致する値として設定する。
これにより、出力トルクを最大に保つことができる。
【００２９】
〔請求項１６の手段〕
請求項１６に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相と相電圧の位相との位相差（力率角）を監視するとともに、回転数の指令値を力率角に応じて補正する。
この手段は、請求項１の手段において、相電流の位相の替わりに力率角を監視するものである。すなわち、力率角と相電流の位相とは、図９（ａ）に示すような相関を有するので、力率角も、相電流の振幅と同様に、相電流の位相の代替として用いることができる。
【００３０】
〔請求項１７の手段〕
請求項１７に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、力率角を監視するとともに、相電圧の振幅を力率角に応じて補正する。
この手段は、請求項２の手段において、相電流の位相の替わりに力率角を監視するものである。
【００３１】
〔請求項１８の手段〕
請求項１８に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、力率角を監視するとともに、相電圧の位相を力率角に応じて補正する。
この手段は、請求項３の手段において、相電流の位相の替わりに力率角を監視するものである。
【００３２】
〔請求項１９の手段〕
請求項１９に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電圧の振幅を監視するとともに、回転数の指令値を相電圧の振幅に応じて補正する。
この手段は、請求項１の手段において、相電流の位相の替わりに相電圧の振幅を監視するものである。相電圧の振幅も、相電流の振幅や力率角と同様に、相電流の位相の代替として用いることができる。
【００３３】
〔請求項２０の手段〕
請求項２０に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電圧の振幅を監視し相電圧の振幅を補正する。
この手段は、請求項２の手段において、相電流の位相の替わりに相電圧の振幅を監視するものである。
【００３４】
〔請求項２１の手段〕
請求項２１に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電圧の振幅を監視するとともに、相電圧の位相を相電圧の振幅に応じて補正する。
この手段は、請求項３の手段において、相電流の位相の替わりに相電圧の振幅を監視するものである。
【００３５】
〔請求項２２の手段〕
請求項２２に記載の制御装置は、請求項１ないし請求項３、請求項８ないし請求項１０、請求項１６ないし請求項２１に記載の制御装置の特徴の内で、少なくとも２つの特徴を有する。つまり、請求項２２に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相、相電流の振幅、力率角および相電圧の振幅のような監視される給電情報、および、回転数の指令値、相電圧の振幅、相電圧の位相のような補正されるパラメータのうち少なくとも一方を２つ以上、設定する。
このように、監視される給電情報と補正されるパラメータとの組み合わせを２つ以上、設定することで、スタート時の回転停止を防止する効果を高めることができる。
【００３６】
〔請求項２３の手段〕
請求項２３に記載の制御装置は、給電状態を示す給電情報の内で、相電流の振幅、相電流の位相、ｄ軸電流、ｑ軸電流、相電圧の振幅、相電圧の位相、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、および力率角の中から少なくとも１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替える。
【００３７】
共振周波数における負荷の増大は、脈動を伴って発生する。よって、出力トルクは負荷の脈動に応じて増減する。したがって、出力トルクと相関がある相電流の振幅、相電流の位相、ｄ軸電流、ｑ軸電流、相電圧の振幅、相電圧の位相、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、および力率角等の給電情報に応じて運転モードを切り替えることで、脈動により負荷が低下している時期に運転モードを切り替えることができる。このため、通常運転モードに切り替えた直後に必要とされる出力トルクを、低減することができる。
【００３８】
〔請求項２４の手段〕
請求項２４に記載の制御装置は、選択した給電情報を監視することで、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替える時期を決める。
これにより、運転モードを切り替える時期を決めるのに、予め時間的な余裕を得ることができる。
【００３９】
〔請求項２５の手段〕
請求項２５に記載の制御装置は、選択した給電情報を監視する監視期間を、選択した給電情報の変動周期以上の長さに設定している。
これにより、給電情報の変化の傾向を確実に把握してから、運転モードを切り替える時期を決めることができる。このため、決定された切り替え時期に対する信頼性を高めることができる。
【００４０】
〔請求項２６の手段〕
請求項２６に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電流の振幅を選択し、相電流の振幅が最小値に略一致した時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００４１】
この手段は、相電流の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。負荷が小さいときには相電流の振幅も小さくなるので、相電流の振幅が最小値に略一致した時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。切り替え指令を行う時期は、制御装置が切り替え指令を行ってから、運転モードが実際に切り替わるまでの時間遅れに応じて決められる。この手段は、この運転モード切り替わり遅れ時間がほぼゼロであるとして切り替え指令を行うものである。
【００４２】
〔請求項２７の手段〕
請求項２７に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電流の振幅を選択し、相電流の振幅が減少している時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
この手段は、相電流の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。負荷が減少しているときには相電流の振幅も減少しているので、相電流の振幅が減少している時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを低減することができる。
【００４３】
〔請求項２８の手段〕
請求項２８に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、前記相電流の振幅を選択し、相電流の振幅が所定の比較値以下である時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
この手段は、相電流の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。負荷が所定の大きさ以下であれば相電流の振幅も所定の大きさ（所定の比較値）以下になる。そこで、相電流の振幅がこの比較値以下である時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを所定の大きさ以下に抑えることができる。
【００４４】
〔請求項２９の手段〕
請求項２９に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電圧の振幅を選択し、相電圧の振幅が最小値に略一致した時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００４５】
この手段は、相電圧の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。そして、この手段では、運転モード切り替わり遅れ時間がほぼゼロであるとして切り替え指令を行う。なお、相電流の位相が限界位相よりも遅れている範囲でロータを回転駆動していれば、相電流の振幅と相電圧の振幅とは正の相関を有する（図８参照）。よって、相電圧の振幅が最小値に略一致した時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。
【００４６】
〔請求項３０の手段〕
請求項３０に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電圧の振幅を選択し、相電圧の振幅が減少している時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
この手段は、相電圧の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。負荷が減少しているときには相電圧の振幅も減少しているので、相電圧の振幅が減少している時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを低減することができる。
【００４７】
〔請求項３１の手段〕
請求項３１に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電圧の振幅を選択し、相電圧の振幅が所定の比較値以下である時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
この手段は、相電圧の振幅を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。負荷が所定の大きさ以下であれば相電圧の振幅も所定の大きさ（所定の比較値）以下になる。そこで、相電圧の振幅がこの比較値以下である時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを所定の大きさ以下に抑えることができる。
【００４８】
〔請求項３２の手段〕
請求項３２に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、力率角を選択し、力率角が最大値に略一致した時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
この手段は、力率角を監視することで運転モードの切り替えを指令する制御装置において、切り替え指令を行う時期の一形態を示すものである。
【００４９】
力率角は、図９（ｂ）に示すように、過渡運転モードでは、一変動周期内で、最小値→中間値→最大値の３つの値をほぼ同一時間間隔でステップ状に変化し、次の変動周期に移り、再度、最小値に戻り同様の変動を繰り返す。また、負荷が小さいときには力率角は大きいので、力率角が最大値に略一致した時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。
【００５０】
〔請求項３３の手段〕
請求項３３に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、力率角を選択し、力率角が増加している時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００５１】
〔請求項３４の手段〕
請求項３４に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、力率角を選択し、力率角が所定の比較値以上である時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００５２】
〔請求項３５の手段〕
請求項３５に記載の制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電流の振幅を選択し、相電流の振幅が最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００５３】
運転モードの切り替え時には、回転数が共振周波数よりも十分に大きくなり負荷の増大が収まっているので、相電流の振幅を低下させる操作を行う。つまり、運転モードの切り替え時には、相電圧の振幅を低下させる。この際、出力トルクは同レベルを維持するかまたは低下する方向に操作されるので、相電流の位相は、限界位相に接近し、やがて限界位相よりも進む（図７参照）。このため、相電流の位相が限界位相よりも進むと、相電圧の振幅と相電流の振幅との相関が逆転するので（図８参照）、相電流の振幅が増加し始める。
【００５４】
そこで、相電流の振幅が最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に、運転モードの切り替え指令を行えば、相電流の位相が限界位相よりも進む時期に、運転モードを切り替えることができる。このため、切り替え直後に必要とされる出力トルクを小さく抑えることができる。
【００５５】
〔請求項３６の手段〕
請求項３６に記載の制御装置は、回転数の指令値を所定の下限回転数以下に維持する極低速運転モードを実行した後、過渡運転モードに切り替える。
ロータを静止状態から回転状態に移行させる際には、静止摩擦の影響により負荷が増大する。そこで、ロータの回転駆動の開始時、つまり過渡運転モードよりも前の時間帯に、上記のような極低速運転モードを実行することで、負荷に応じた極低速でロータを回転駆動し、静止摩擦の影響がなくなってから回転数の指令値を増大させる。これにより、スタート時の相電流の振幅を低減できる。
【００５６】
〔請求項３７の手段〕
請求項３７に記載の制御装置は、極低速運転モードを実行した後に過渡運転モードに切り替えるものであり、下限回転数を、過渡運転モードにおける回転数の指令値の最大値の１／１０以下に設定している。
【００５７】
〔請求項３８の手段〕
請求項３８に記載の制御装置は、過渡運転モードの実行時には、複数の相電流の絶対値の内で最大となる値を最大相電流として監視するとともに、最大相電流が所定の目標値に略一致するように相電圧を調節する。
これにより、相電流が通常の振幅波形である場合と同等の実効値の相電流を得ることができるとともに、相電流が通常の振幅波形である場合よりも振幅を低減することができる。
【００５８】
〔請求項３９の手段〕
請求項３９に記載の制御装置が制御する同期モータでは、ロータにネオジ磁石が装着されている。
ネオジ磁石がロータに装着されていると磁石トルクが大きくなるため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、ロータにネオジ磁石が装着されている場合、本発明の効果が大きい。
【００５９】
〔請求項４０の手段〕
請求項４０に記載の制御装置が制御する同期モータでは、電機子コイルが集中巻きである。
電機子コイルが集中巻きであるとコギングトルクが大きくなるため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、電機子コイルが集中巻きである場合、本発明の効果が大きい。
【００６０】
〔請求項４１の手段〕
請求項４１に記載の制御装置が制御する同期モータは、コンプレッサに適用される。
同期モータをコンプレッサに適用する場合、慣性モーメントが小さく負荷脈動が大きい。そのため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、同期モータの適用用途がコンプレッサである場合、本発明の効果が大きい。
【００６１】
〔請求項４２の手段〕
請求項４２に記載の制御装置が制御する同期モータは、ポンプに適用される。
同期モータをポンプに適用する場合、慣性モーメントが小さく負荷脈動が大きい。そのため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、同期モータの適用用途がポンプである場合、本発明の効果が大きい。
【００６２】
〔請求項４３の手段〕
請求項４３に記載の制御装置が制御する同期モータは、膨張機に適用される。
同期モータを膨張機に適用する場合、慣性モーメントが小さく負荷脈動が大きい。そのため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、同期モータの適用用途が膨張機である場合、本発明の効果が大きい。
【００６３】
〔請求項４４の手段〕
請求項４４に記載の制御装置が制御する同期モータは、車両に搭載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
最良の形態１の制御装置は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへの給電を制御することで、ロータを回転駆動するとともに、電機子コイルへの給電状態に応じてロータの回転位置を推定し、回転位置の推定値に応じて電機子コイルへの給電を制御する。また、制御装置は、ロータの回転駆動を開始する際に、ロータの回転数の指令値を増加することで給電状態を変化させ、回転数を上昇させる過渡運転モードから、給電状態に応じた回転位置の推定、および回転位置の推定値に応じた電機子コイルへの給電制御を行う通常運転モードへ切り替える。
【００６５】
そして、制御装置は、過渡運転モードの実行時に、電機子コイルへの給電により生じる相電流の位相を監視するとともに、回転数の指令値を相電流の位相に応じて補正する。
また、制御装置は、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、回転数の指令値を補正する。
また、制御装置は、この閾値を限界位相に略一致する値として設定する。
【００６６】
また、制御装置は、給電状態を示す給電情報の内で、相電流の振幅、相電流の位相、ｄ軸電流、ｑ軸電流、相電圧の振幅、相電圧の位相、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、および力率角の中から少なくとも１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替える。
【００６７】
また、制御装置は、選択した給電情報を監視することで、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替える時期を決める。
また、制御装置は、給電情報を監視する監視期間を、給電情報の変動周期以上の長さに設定している。
【００６８】
また、制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電流の振幅を選択し、相電流の振幅が最小値に略一致した時、相電流の振幅が減少している時、相電流の振幅が所定の比較値以下である時、または、相電流の振幅が最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００６９】
また、制御装置は、監視する給電情報の１つとして、相電圧の振幅を選択してもよい。この場合、制御装置は、相電圧の振幅が最小値に略一致した時、相電圧の振幅が減少している時、または、相電圧の振幅が所定の比較値以下である時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００７０】
また、制御装置は、回転数の指令値を所定の下限回転数以下に維持する極低速運転モードを実行した後、過渡運転モードに切り替える。
また、制御装置は、下限回転数を、過渡運転モードにおける回転数の指令値の最大値の１／１０以下に設定している。
【００７１】
また、制御装置は、過渡運転モードの実行時には、複数の相電流の絶対値の内で最大となる値を最大相電流として監視するとともに、最大相電流が所定の目標値に略一致するように相電圧を調節する。
【００７２】
また、同期モータでは、ロータにネオジ磁石が装着され、電機子コイルが集中巻きである。
また、同期モータは、コンプレッサ、ポンプ、または膨張機に適用され、車両に搭載される。
【００７３】
最良の形態２の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の振幅を相電流の位相に応じて補正する。
また、制御装置は、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、相電圧の振幅を補正する。
【００７４】
最良の形態３の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の位相を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の位相に応じて補正する。
また、制御装置は、相電流の位相に対する閾値を設定し、相電流の位相と閾値との差に応じて、相電圧の位相を補正する。
【００７５】
最良の形態４の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電流の振幅を監視するとともに、相電圧の位相を相電流の振幅に応じて補正する。
また、制御装置は、相電流の振幅に対する閾値を設定し、相電流の振幅と閾値との差に応じて、相電圧の位相を補正する。
また、制御装置は、閾値を、限界位相における相電流の振幅に略一致する値、または、規格電流が最大であるときの相電流の振幅に略一致する値として設定する。
【００７６】
最良の形態５の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、力率角を監視するとともに、相電圧の位相を力率角に応じて補正する。
また、制御装置は、監視する給電情報の１つとして、力率角を選択し、力率角が最大値に略一致した時、力率角が増加している時に、または、力率角が所定の比較値以上である時に、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるための切り替え指令を行う。
【００７７】
最良の形態６の制御装置は、過渡運転モードの実行時に、相電圧の振幅を監視するとともに、相電圧の位相を相電圧の振幅に応じて補正する。
【実施例１】
【００７８】
〔実施例１の構成〕
実施例１のセンサレス制御装置１（以下、制御装置１と呼ぶ）を、図１に基づいて説明する。
【００７９】
まず、制御装置１により制御される同期モータ２について説明する。同期モータ２は、例えば、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の電機子コイル（図示せず）を有するステータ（図示せず）と、永久磁石（図示せず）が装着されるロータ（図示せず）とを備え、インバータ３により各相電機子コイルに位相の異なる交流電圧を印加させることでロータを回転駆動し、出力トルクを得るものである。なお、本実施例の同期モータ２は、体格の低減や出力トルクの向上等のため、電機子コイルを集中巻きとし、永久磁石にネオジ磁石が適用されている。そして、同期モータ２は、車両に搭載されるコンプレッサ、ポンプおよび膨張機等に適用されている。
【００８０】
インバータ３は、各相電機子コイルに対応した上下２段のトランジスタ（図示せず）、すなわち６個のトランジスタを含んで構成され、これらのトランジスタは、制御装置１からＰＷＭ信号の入力を受けて作動する。これにより、インバータ３は、所定の電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するとともに、電機子コイルごとに位相の異なる交流電圧を印加する。
【００８１】
また、インバータ３と各相電機子コイルとを接続する３つの配線の内の少なくとも２つの配線には、交流電圧の印加により生じる交流電流を検出する電流検出センサ（図示せず）が装着されて電流検出部４を構成している。この電流検出部４を構成する電流検出センサは、例えば、ＣＴ型電流センサのように配線に対し非接触で電流を検出するものである。そして、検出された交流電流の検出値は、検出信号として制御装置１に出力される。
【００８２】
なお、以下の説明では、各相電機子コイルへ給電するために印加される交流電圧を、相電圧と呼び、各相電機子コイルへの給電により生じる交流電流を相電流と呼ぶ。そして、相電流は、３相の内でｕ相、ｖ相の相電流が検出されるものとし、各々の相電流の検出値をＩｕ、Ｉｖとして表す。
【００８３】
制御装置１は、周知構造のコンピュータであり、相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖ等の入力を受けるとともに、これらの検出値や各種の指令値等に基づき各相電機子コイルに相電圧を印加するためのＰＷＭ信号を合成してインバータ３に出力する。
【００８４】
これにより、制御装置１は、電機子コイルへの給電を制御してロータを回転駆動するとともに、電機子コイルへの給電状態に応じてロータの回転位置（以下、単に回転位置と呼ぶ）を推定し、この回転位置の推定値θｅｓに応じて電機子コイルへの給電を制御する。つまり、制御装置１は、回転位置を検出する位置センサによらず、電機子コイルへの給電状態に応じて回転位置を推定することで同期モータ２を制御するセンサレス制御方式を採用するものである（以下、「電機子コイルへの給電」を単に給電と呼ぶ）。
【００８５】
また、制御装置１は、ロータの回転駆動を開始する際に、過渡運転モードから通常運転モードに運転モードを切り替える。ここで、通常運転モードとは、上記のセンサレス制御方式が採用される運転モードであり、給電状態に応じた回転位置の推定、および回転位置の推定値θｅｓに応じた給電制御を行う運転モードである。
【００８６】
過渡運転モードは、後記する回転数指令部５に示すように、ロータの回転数の指令値ω＊を経時的に増加することで給電状態を変化させ回転数を上昇させる運転モードであり、通常運転モードに移行するまでの間に実行される過渡的な運転モードである。
【００８７】
過渡運転モードの前には、さらに極低速運転モードが実行される。極低速運転モードは、ロータの回転駆動開始と同時に適用される運転モードであり、指令値ω＊を所定の下限回転数以下に維持する運転モードである。下限回転数は、例えば、過渡運転モードにおける指令値ω＊の最大値の１／１０以下に設定されている。
なお、図１は、主に、過渡運転モードにおける制御ブロックフローを示すものである。  以下、制御装置１を、図１に示す制御ブロックフローを用いて説明する。
【００８８】
制御装置１は、指令値ω＊を出力する回転数指令部５、相電流の位相（電流位相）Ｉθを監視する電流位相監視部６、指令値ω＊を電流位相Ｉθに応じて補正する回転数補正部７、相電流の振幅（電流振幅）Ｉａの指令値Ｉａ＊を出力する電流振幅指令部８、電流振幅Ｉａを監視する電流振幅監視部９、補正後の指令値ω＊を積分することで推定値θｅｓを算出する位置推定部１１、電流振幅Ｉａと指令値Ｉａ＊との差に基づき相電圧の振幅（電圧振幅）の指令値Ｖａ＊を算出する電圧振幅指令部１２、指令値Ｖａ＊、推定値θｅｓに基づきインバータ３に出力するＰＷＭ信号を合成するＰＷＭ合成部１３等の機能を有する。
【００８９】
ここで、ｕ相、ｖ相、ｗ相の相電圧の位相（電圧位相）の指令値Ｖｕθ＊、Ｖｖθ＊、Ｖｗθ＊は、各々、下記の数式１、２、３により算出される。なお、数式中、φは固定値である。
【００９０】
【数１】
2006340525.tif 000003
【００９１】
【数２】
2006340525.tif 000004
【００９２】
【数３】
2006340525.tif 000005
【００９３】
したがって、制御装置１は、推定値θｅｓを算出することで、電圧位相の指令値Ｖｕθ＊、Ｖｖθ＊、Ｖｗθ＊を監視することができる（以下、電圧位相の指令値を、Ｖθ＊で表す）。
【００９４】
回転数指令部５は、極低速運転モードおよび過渡運転モードにおける指令値ω＊を時間に応じて変更して出力する。例えば、回転数指令部５は、ロータの回転駆動開始と同時に
指令値ω＊を下限回転数以下の初期値に設定し、所定の期間、指令値ω＊を初期値に維持する。これにより、極低速運転モードが実行される。続いて、回転数指令部５は、指令値ω＊を初期値から最終値まで徐々に増加させ、指令値ω＊を最終値に維持する。これにより、過渡運転モードが実行される。
【００９５】
電流位相監視部６は、検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて電流位相Ｉθを算出する。つまり、電流位相監視部６は、検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて電流位相Ｉθを計測することで、電流位相Ｉθを監視する。そして、算出された電流位相Ｉθは、回転数補正部７に出力される。
【００９６】
回転数補正部７は、電流位相Ｉθに対する閾値を設定し、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値ω＊を補正する。回転数補正部７は、電流位相Ｉθに対する閾値を設定する閾値設定部１４、電流位相Ｉθと閾値との差が負になるときに出力値をゼロにするガード部１５、ガード部１５からの出力値を指令値ω＊と同次元化するための係数を乗じる係数乗算部１６等の機能を含んでいる。
【００９７】
閾値設定部１４は、閾値を、出力トルクと電流位相Ｉθとの相関線（図７参照）で、出力トルクがピークを示すときの電流位相Ｉθである限界位相に略一致する値として設定する。
【００９８】
ガード部１５は、電流位相Ｉθと閾値との差を入力値として受け取り、この差の正負に応じて出力値を決定する。つまり、入力値が正のとき、ガード部１５は、入力値に対しリニアな正の相関を有する出力値を出力する。一方、入力値が負のとき、ガード部１５は、出力値をゼロとする。
【００９９】
そして、回転数補正部７は、回転数指令部５からの出力値である指令値ω＊から、係数乗算部１６からの出力値を減算することで、指令値ω＊を補正する。
以上より、回転数補正部７は、電流位相Ｉθが閾値（つまり、限界位相の近傍値）よりも大きいときに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値ω＊を低減する補正を行う。
【０１００】
電流振幅指令部８は、ｕ相、ｖ相、ｗ相の各相電流の絶対値の内で、最大となる値を最大相電流として定義するとともに、この最大相電流を電流振幅Ｉａとみなし、この電流振幅Ｉａの目標値として指令値Ｉａ＊を出力する。
【０１０１】
電流振幅監視部９は、検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて最大相電流を算出する。つまり、電流振幅監視部９は、最大相電流を計測することで電流振幅Ｉａを監視する。そして、算出された電流振幅Ｉａと指令値Ｉａ＊との差が算出され、電圧振幅指令部１２に出力される。
【０１０２】
また、制御装置１は、電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊のように給電状態を示す給電情報の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて、過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行う。つまり、制御装置１は、選択した給電情報を監視することで、過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え時期を決めている。
【０１０３】
ここで、過渡運転モードから通常運転モードへの切り替えのために給電情報を監視する期間、つまり、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替えるためのプログラム（モード切り替えプログラム）を実行する期間は、選択した給電情報の変動周期以上の長さに設定されている。
【０１０４】
例えば、制御装置１は、監視する給電情報として電流振幅Ｉａを選択した場合、電流振幅Ｉａの変動周期以上の長さの期間、モード切り替えプログラムを実行する。そして、制御装置１は、例えば、電流振幅Ｉａが最小値に略一致した時に切り替え指令を行う。なお、監視する給電情報として電流振幅Ｉａを選択した場合、電流振幅Ｉａが減少している時に切り替え指令を行うようにしてもよく、電流振幅Ｉａが所定の比較値以下である時に切り替え指令を行うようにしてもよく、電流振幅Ｉａが最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に切り替え指令を行うようにしてもよい。
【０１０５】
また、制御装置１は、監視する給電情報として指令値Ｖａ＊を選択してもよい。この場合、制御装置１は、指令値Ｖａ＊の変動周期以上の長さの期間、モード切り替えプログラムを実行する。そして、制御装置１は、例えば、指令値Ｖａ＊が最小値に略一致した時に切り替え指令を行う。なお、監視する給電情報として指令値Ｖａ＊を選択した場合、指令値Ｖａ＊が減少している時に切り替え指令を行うようにしてもよく、指令値Ｖａ＊が所定の比較値以下である時に切り替え指令を行うようにしてもよい。
【０１０６】
〔実施例１の効果〕
実施例１の制御装置１は、過渡運転モードの実行時に、電流位相監視部６により電流位相Ｉθを監視するとともに、回転数補正部７により回転数の指令値ω＊を電流位相Ｉθに応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
【０１０７】
同期モータ２が適用されるコンプレッサ等の機器には固有の共振周波数があり、この共振周波数では負荷が増大し出力トルクが不足する。よって、スタート時の共振周波数における回転停止を防止するためだけに、同期モータ２やインバータ３の仕様を、出力トルクの大きいものにする必要がある。
【０１０８】
共振周波数における同期モータ２の回転停止の問題は、出力トルクと電流位相Ｉθおよび電流振幅Ｉａとの相関図（図７参照）を用いて考えることができる。つまり、電流位相Ｉθが限界位相よりも進むと、電機子コイルへの給電制御が不能になり、ロータの回転が停止する。
【０１０９】
そこで、過渡運転モードの実行時に、電流位相Ｉθを監視するとともに、指令値ω＊を電流位相Ｉθに応じて補正する。これにより、電流位相Ｉθが限界位相より進んでも、指令値ω＊を低減することで電流位相Ｉθを限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１１０】
また、回転数補正部７は、閾値設定部１４により電流位相Ｉθに対する閾値を設定するとともに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値ω＊を補正する。
これにより、電流位相Ｉθをフィードバックして、指令値ω＊を補正することができる。
【０１１１】
また、制御装置１は、電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、電圧振幅の指令値Ｖａ＊、電圧位相の指令値Ｖθ＊のように給電状態を示す給電情報の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて、過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行う。
【０１１２】
共振周波数における負荷の増大は、脈動を伴って発生する。よって、出力トルクは負荷の脈動に応じて増減する。したがって、出力トルクと相関がある電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊等の給電情報に応じて運転モードを切り替えることで、脈動により負荷が低下している時期に運転モードを切り替えることができる。このため、通常運転モードに切り替えた直後に必要とされる出力トルクを、低減することができる。
【０１１３】
また、制御装置１は、選択した給電情報を監視することで、過渡運転モードから通常運転モードへ切り替える時期を決める。
これにより、運転モードを切り替える時期を決めるのに、予め時間的な余裕を得ることができる。
【０１１４】
また、制御装置１は、給電情報を監視する監視期間を、給電情報の変動周期以上の長さに設定している。
これにより、給電情報の変化の傾向を確実に把握してから、運転モードを切り替える時期を決めることができる。このため、決定された切り替え時期に対する信頼性を高めることができる。
【０１１５】
そして、制御装置１は、監視する給電情報として電流振幅Ｉａを選択した場合、電流振幅Ｉａが最小値に略一致した時、電流振幅Ｉａが減少している時、電流振幅Ｉａが所定の比較値以下である時、または、電流振幅Ｉａが最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に切り替え指令を行う。
【０１１６】
上記のように、共振周波数における負荷の増大は負荷の脈動を伴う。よって、負荷が小さいときには電流振幅Ｉａも小さくなるので、電流振幅Ｉａが最小値に略一致した時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。また、負荷が減少しているときには電流振幅Ｉａも減少しているので、電流振幅Ｉａが減少している時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを低減することができる。また、負荷が所定の大きさ以下であれば電流振幅Ｉａも所定の大きさ（所定の比較値）以下になる。そこで、電流振幅Ｉａがこの比較値以下である時に運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを所定の大きさ以下に抑えることができる。
【０１１７】
また、運転モードの切り替え時には、回転数が共振周波数よりも十分に大きくなり負荷の増大が収まっているので、電流振幅Ｉａを低下させる操作を行う。つまり、運転モードの切り替え時には、指令値Ｖａ＊を低下させる。この際、出力トルクは同レベルを維持するかまたは低下する方向に操作されるので、電流位相Ｉθは限界位相に接近し、やがて限界位相よりも進む（図７参照）。このため、電流位相Ｉθが限界位相よりも進むと、電圧振幅と電流振幅Ｉａとの相関が逆転するので（図８参照）、電流振幅Ｉａが増加し始める。そこで、電流振幅Ｉａが最小になった後、所定の増加幅だけ増加した時に、運転モードの切り替え指令を行えば、電流位相Ｉθが限界位相よりも進む時期に、運転モードを切り替えることができる。このため、切り替え直後に必要とされる出力トルクを小さく抑えることができる。
【０１１８】
また、制御装置１は、監視する給電情報として指令値Ｖａ＊を選択した場合、指令値Ｖａ＊が最小値に略一致した時、指令値Ｖａ＊が減少している時、または、指令値Ｖａ＊が所定の比較値以下である時に切り替え指令を行う。
【０１１９】
電流位相Ｉθが限界位相よりも遅れている範囲でロータを回転駆動していれば、電流振幅Ｉａと電圧振幅とは正の相関を有する（図８参照）。よって、指令値Ｖａ＊が最小値に略一致したときに運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。また、負荷が減少しているときには指令値Ｖａ＊も減少しているので、指令値Ｖａ＊が減少しているときに運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを低減することができる。また、負荷が所定の大きさ以下であれば指令値Ｖａ＊も所定の大きさ（所定の比較値）以下になる。そこで、指令値Ｖａ＊がこの比較値以下であるときに運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを所定の大きさ以下に抑えることができる。
【０１２０】
また、制御装置１は、指令値ω＊を所定の下限回転数以下に維持する極低速運転モードを実行した後、過渡運転モードに切り替える。
ロータを静止状態から回転状態に移行させる際には、静止摩擦の影響により負荷が増大する。そこで、ロータの回転駆動の開始時、つまり過渡運転モードよりも前の時間帯に、上記のような極低速運転モードを実行することで、負荷に応じた極低速でロータを回転駆動し、静止摩擦の影響がなくなってから指令値ω＊を増加させる。これにより、スタート時の電流振幅Ｉａを低減できる。
【０１２１】
また、制御装置１の電流振幅監視部９は、検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて最大相電流を算出することで電流振幅Ｉａを監視するとともに、制御装置１は、算出された電流振幅Ｉａと指令値Ｉａ＊との差を算出し電圧振幅指令部１２に出力する。
これにより、相電流が通常の振幅波形である場合と同等の実効値の相電流を得ることができるとともに、相電流が通常の振幅波形である場合よりも電流振幅Ｉａを低減することができる。
【０１２２】
また、実施例１の制御装置１が制御する同期モータ２では、ロータにネオジ磁石が装着されている。
ネオジ磁石がロータに装着されていると磁石トルクが大きくなるため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、ロータにネオジ磁石が装着されている場合、本発明の効果が大きい。
【０１２３】
また、実施例１の制御装置１が制御する同期モータ２では、電機子コイルが集中巻きである。
電機子コイルが集中巻きであるとコギングトルクが大きくなるため、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、電機子コイルが集中巻きである場合、本発明の効果が大きい。
【０１２４】
また、制御装置１が制御する同期モータ２は、コンプレッサ、ポンプまたは膨張機に適用される。
同期モータをこれらの機器に適用する場合、慣性モーメントが小さく負荷脈動が大きいので、共振周波数における負荷の増大が顕著になる。よって、同期モータの適用用途がこれらの機器である場合、本発明の効果が大きい。
【実施例２】
【０１２５】
〔実施例２の構成〕
実施例２の制御装置１を、図２を用いて説明する。なお、実施例１と同様の機能を有する部分は同一の符号を用いる。
実施例２の制御装置１は、回転数補正部７に替わり、電圧振幅の指令値Ｖａ＊を電流位相Ｉθに応じて補正する電圧振幅補正部１８の機能を有する。
【０１２６】
この電圧振幅補正部１８は、電流位相Ｉθに対する閾値を設定し、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値Ｖａ＊を補正する。つまり、電圧振幅補正部１８は、実施例１の回転数補正部７と同様の閾値設定部１４、ガード部１５、係数乗算部１６等の機能を含んでいる。なお、係数乗算部１６で、ガード部１５からの出力値に乗じられる係数は、ガード部１５からの出力値と指令値Ｖａ＊とを同次元化するためのものである。
【０１２７】
そして、電圧振幅補正部１８は、電圧振幅指令部１２からの出力値である指令値Ｖａ＊に、係数乗算部１６からの出力値を加算することで、指令値Ｖａ＊を補正する。
以上より、電圧振幅補正部１８は、電流位相Ｉθが閾値（つまり、限界位相の近傍値）よりも大きいときに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値Ｖａ＊を増加する補正を行う。
【０１２８】
〔実施例２の効果〕
実施例２の制御装置１は、過渡運転モードの実行時に、電流位相監視部６により電流位相Ｉθを監視するとともに、電圧振幅補正部１８により電圧振幅の指令値Ｖａ＊を電流位相Ｉθに応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
すなわち、電流位相Ｉθが限界位相より進んでも、指令値Ｖａ＊を増加し回転数を上昇させることで電流位相Ｉθを限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持する。
【０１２９】
過渡運転モードでは、制御装置１は、電流振幅Ｉａを一定に維持するように給電制御を行う。ところで、電流位相Ｉθが限界位相よりも遅れている場合、指令値Ｖａ＊と電流振幅Ｉａとは正の相関を示す（図８参照）。そして、過渡運転モードでの給電制御では、この正の相関が利用されて電流振幅Ｉａが一定に維持されている。つまり、制御装置１は、電流振幅Ｉａが増加すれば指令値Ｖａ＊を減少させ、電流振幅Ｉａが減少すれば指令値Ｖａ＊を増加させている。
【０１３０】
しかし、負荷の増大に伴い、電流位相Ｉθが限界位相よりも進んだ場合、指令値Ｖａ＊と電流振幅Ｉａとは負の相関を示すようになる。これにより、電流振幅Ｉａが、一旦、増加を開始すると、制御装置１は、電流振幅Ｉａの増加を抑えることができなくなる。このため、制御装置１による給電制御が不能となり、相電流は過電流となってインバータ３が停止してしまう。
【０１３１】
そこで、過渡運転モードの実行時に、電流位相Ｉθを監視するとともに、指令値Ｖａ＊を電流位相Ｉθに応じて補正する。これにより、電流位相Ｉθが限界位相よりも進んだ場合には、負の相関を利用して、電流振幅Ｉａが増加したら指令値Ｖａ＊を増加させるように給電制御することができる。このため、電流位相Ｉθが限界位相よりも進んだ場合に、電流振幅Ｉａの増加を抑えることができる。この結果、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１３２】
また、電圧振幅補正部１８は、閾値設定部１４により電流位相Ｉθに対する閾値を設定するとともに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて指令値Ｖａ＊を補正する。
これにより、電流位相Ｉθをフィードバックして、電圧振幅の指令値Ｖａ＊を補正することができる。
【実施例３】
【０１３３】
〔実施例３の構成〕
実施例３の制御装置１を、図３を用いて説明する。なお、実施例１と同様の機能を有する部分は同一の符号を用いる。
実施例３の制御装置１は、回転数補正部７に替わり、回転位置の推定値θｅｓを電流位相Ｉθに応じて補正することで電圧位相の指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有する。なお、数式１ないし数式３に示す相関式によれば、推定値θｅｓが補正されれば、指令値Ｖθ＊も補正される。
【０１３４】
この電圧位相補正部１９は、電流位相Ｉθに対する閾値を設定し、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて推定値θｅｓを補正する。つまり、電圧位相補正部１９は、実施例１の回転数補正部７と同様の閾値設定部１４、ガード部１５、係数乗算部１６等の機能を含んでいる。なお、係数乗算部１６で、ガード部１５からの出力値に乗じられる係数は、ガード部１５からの出力値と推定値θｅｓとを同次元化するためのものである。
【０１３５】
そして、電圧位相補正部１９は、位置推定部１１からの出力値である推定値θｅｓから、係数乗算部１６からの出力値を減算することで、推定値θｅｓを補正する。
以上より、電圧位相補正部１９は、電流位相Ｉθが閾値（つまり、限界位相の近傍値）よりも大きいときに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて推定値θｅｓを低減する補正を行う。
【０１３６】
〔実施例３の効果〕
実施例３の制御装置１は、過渡運転モードの実行時に、電流位相監視部６により電流位相Ｉθを監視するとともに、電圧位相補正部１９により回転位置の推定値θｅｓ、つまり電圧位相の指令値Ｖθ＊を電流位相Ｉθに応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
すなわち、電流位相Ｉθが限界位相より進んでも、指令値Ｖθ＊を遅らせることで電流位相Ｉθを限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１３７】
また、電圧位相補正部１９は、閾値設定部１４により電流位相Ｉθに対する閾値を設定するとともに、電流位相Ｉθと閾値との差に応じて推定値θｅｓを補正することで、指令値Ｖθ＊を補正する。
これにより、電流位相Ｉθをフィードバックして、指令値Ｖθ＊を補正することができる。
【実施例４】
【０１３８】
〔実施例４の構成〕
実施例４の制御装置１を、図４を用いて説明する。なお、実施例１と同様の機能を有する部分は同一の符号を用いる。
実施例４の制御装置１は、電流位相監視部６の機能を有さず、回転数補正部７に替わり、回転位置の推定値θｅｓを電流振幅Ｉａに応じて補正することで電圧位相の指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有する。
【０１３９】
実施例４の電圧位相補正部１９は、電流振幅Ｉａに対する閾値を設定し、電流振幅Ｉａと閾値との差に応じて推定値θｅｓを補正する。この電圧位相補正部１９は、電流振幅Ｉａに対する閾値を設定する閾値設定部１４、電流振幅Ｉａと閾値との差が負になるときに出力値をゼロにするガード部１５、ガード部１５からの出力値を推定値θｅｓと同次元化するための係数を乗じる係数乗算部１６等の機能を含んでいる。
【０１４０】
閾値設定部１４は、閾値を、限界位相における電流振幅Ｉａに略一致する値、または、規格電流が最大であるときの電流振幅Ｉａに略一致する値として設定する。
【０１４１】
ガード部１５は、電流振幅Ｉａと閾値との差を入力値として受け取り、この差の正負に応じて出力値を決定する。つまり、入力値が正のとき、ガード部１５は、入力値に対しリニアな正の相関を有する出力値を出力する。一方、入力値が負のとき、ガード部１５は、出力値をゼロとする。
【０１４２】
そして、電圧位相補正部１９は、位置推定部１１からの出力値である推定値θｅｓから、係数乗算部１６からの出力値を減算することで、推定値θｅｓを補正する。
以上より、電圧位相補正部１９は、電流振幅Ｉａが閾値よりも大きいときに、電流振幅Ｉａと閾値との差に応じて推定値θｅｓを低減する補正を行う。
【０１４３】
〔実施例４の効果〕
実施例４の制御装置１は、過渡運転モードの実行時に、電流振幅監視部９により電流振幅Ｉａを監視するとともに、電圧位相補正部１９により回転位置の推定値θｅｓ、つまり電圧位相の指令値Ｖθ＊を電流振幅Ｉａに応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
【０１４４】
電流振幅Ｉａを監視すれば、指令値Ｖａ＊に対する電流振幅Ｉａの挙動を確認することができる。これにより、電流振幅Ｉａと指令値Ｖａ＊とが正負いずれの相関を有するかを判断することができるので、電流位相Ｉθが限界位相よりも進んでいるか否かを判断することができる（図８参照）。このため、より簡単な監視方法でスタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１４５】
また、電圧位相補正部１９は、閾値設定部１４により電流振幅Ｉａに対する閾値を設定するとともに、電流振幅Ｉａと閾値との差に応じて推定値θｅｓを補正することで、指令値Ｖθ＊を補正する。
これにより、電流振幅Ｉａをフィードバックして、電圧位相の指令値Ｖθ＊を補正することができる。
【０１４６】
また、閾値設定部１４は、閾値を、限界位相における電流振幅Ｉａに略一致する値として設定する。
これにより、電流位相Ｉθが限界位相より進んでも、推定値θｅｓ、つまり指令値Ｖθ＊を低減することで電流位相Ｉθを限界位相よりも遅らせ、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。
【０１４７】
また、閾値設定部１４は、閾値を、規格電流が最大であるときの電流振幅Ｉａに略一致する値として設定する。
これにより、出力トルクを最大に保つことができる。
【実施例５】
【０１４８】
〔実施例５の構成〕
実施例５の制御装置１を、図５を用いて説明する。なお、実施例１と同様の機能を有する部分は同一の符号を用いる。
実施例５の制御装置１は、電流位相監視部６の機能を有さず、回転数補正部７に替わり、回転位置の推定値θｅｓを、電流位相Ｉθと電圧位相の指令値Ｖθ＊との位相差（以下、力率角ξと呼ぶ）に応じて補正することで、指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有する。
【０１４９】
実施例５の制御装置１は、電流検出部４から出力される相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖ、および推定値θｅｓとを用いて、力率角ξを算出する力率角監視部２０の機能を有する。
【０１５０】
力率角監視部２０は、検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて３相の相電流の内でいずれか１相の相電流がゼロであるか否かを判断するとともに、いずれか１相の相電流がゼロである時に所定の固定値から推定値θｅｓを減算することで力率角ξを算出する。つまり、力率角監視部２０は、３相の内のいずれかの相電流がゼロになる電流ゼロクロス時に、力率角ξを計測することで力率角ξを監視する。このため、制御装置１は、力率角ξに応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができる。
【０１５１】
実施例５の電圧位相補正部１９は、力率角ξの全成分の内で、所定の遮断値よりも小さい成分を通過成分として通過させる低減フィルタ２１の機能を有する。そして、この電圧位相補正部１９は、低減フィルタ２１から出力される通過成分と力率角ξとの差を補正量として算出するとともに、この補正量を、位置推定部１１で算出された推定値θｅｓから減算することで、推定値θｅｓを補正する。
【０１５２】
〔実施例５の効果〕
実施例５の制御装置１は、過渡運転モードの実行時に、力率角監視部２０により力率角ξを監視するとともに、電圧位相補正部１９により回転位置の推定値θｅｓ、つまり電圧位相の指令値Ｖθ＊を力率角ξに応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
【０１５３】
力率角ξは、電流位相Ｉθとの間に１対１に対応する相関を有する（図９（ａ）参照）。よって、電流位相Ｉθの替わりに力率角ξを監視することで、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１５４】
また、制御装置１は、力率角ξに応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができる。
力率角ξは、過渡運転モードでは、一変動周期内で、最小値→中間値→最大値の３つの値をほぼ同一時間間隔でステップ状に変化し、次の変動周期に移り、再度、最小値に戻り同様の変動を繰り返す（図９（ｂ）参照）。また、負荷が小さいときには力率角ξは大きいので、力率角ξが最大値に略一致したときに運転モードを切り替えれば、切り替え直後に必要とされる出力トルクを最小値近傍に抑えることができる。
【０１５５】
なお、力率角ξの計測遅れを考慮して、力率角監視部２０による力率角ξの算出値が再小値から中間値に移行する時に、つまり力率角ξの計測値が再小値から中間値に移行する時に、運転モードの切り替えを指令してもよい。
【実施例６】
【０１５６】
〔実施例６の構成〕
実施例６の制御装置１を、図６を用いて説明する。なお、実施例１と同様の機能を有する部分は同一の符号を用いる。
実施例６の制御装置１は、電流位相監視部６の機能を有さず、回転数補正部７に替わり、回転位置の推定値θｅｓ、つまり電圧位相の指令値Ｖθ＊を電圧振幅の指令値Ｖａ＊に応じて補正する電圧位相補正部１９の機能を有する。
【０１５７】
実施例６の電圧位相補正部１９は、指令値Ｖａ＊に対する閾値を設定し、指令値Ｖａ＊と閾値との差に応じて推定値θｅｓを補正する。この電圧位相補正部１９は、指令値Ｖａ＊に対する閾値を設定する閾値設定部１４、指令値Ｖａ＊と閾値との差が負になるときに出力値をゼロにするガード部１５、ガード部１５からの出力値を推定値θｅｓと同次元化するための係数を乗じる係数乗算部１６等の機能を含んでいる。
【０１５８】
ガード部１５は、指令値Ｖａ＊と閾値との差を入力値として受け取り、この差の正負に応じて出力値を決定する。つまり、入力値が正のとき、ガード部１５は、入力値に対しリニアな正の相関を有する出力値を出力する。一方、入力値が負のとき、ガード部１５は、出力値をゼロとする。
【０１５９】
そして、電圧位相補正部１９は、位置推定部１１からの出力値である推定値θｅｓから、係数乗算部１６からの出力値を減算することで、推定値θｅｓを補正する。
以上より、電圧位相補正部１９は、指令値Ｖａ＊が閾値よりも大きいときに、指令値Ｖａ＊と閾値との差に応じて推定値θｅｓを低減する補正を行う。
【０１６０】
〔実施例６の効果〕
実施例６の制御装置１は、電圧振幅指令部１２により電圧振幅の指令値Ｖａ＊を算出することで指令値Ｖａ＊を監視するとともに、電圧位相補正部１９により回転位置の推定値θｅｓ、つまり電圧位相の指令値Ｖθ＊を指令値Ｖａ＊に応じて補正することで、共振周波数における回転停止を防止する。
【０１６１】
電流振幅Ｉａや力率角ξと同様に、電流位相Ｉθの替わりに指令値Ｖａ＊を監視することで、給電制御を可能としてロータの回転を維持することができる。このため、同期モータ２やインバータ３において出力トルクの大きい仕様を採用せずに、スタート時の共振周波数における回転停止を防止することができる。
【０１６２】
〔変形例〕
実施例１ないし実施例３の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、電圧振幅の指令値Ｖａ＊、電圧位相の指令値Ｖθ＊の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができるが、これらの給電情報を用いて、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、力率角ξ等の別の給電情報を算出し、これらの別の給電情報の中から１つの給電情報を選択し監視するようにしてもよい。
【０１６３】
実施例４の制御装置１は、回転位置の推定値θｅｓを電流振幅Ｉａに応じて補正することで指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有するものであったが、このような電圧位相補正部１９に替わり、回転数の指令値ω＊を電流振幅Ｉａに応じて補正する回転数補正部７、または、指令値Ｖａ＊を電流振幅Ｉａに応じて補正する電圧振幅補正部１８の機能を制御装置１に具備させてもよい。
【０１６４】
実施例４の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができるが、これらの給電情報や相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて、電流位相Ｉθ、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、力率角ξ等の別の給電情報を算出し、これらの別の給電情報の中から１つの給電情報を選択し監視するようにしてもよい。
【０１６５】
実施例５の制御装置１は、推定値θｅｓを力率角ξに応じて補正することで指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有するものであったが、このような電圧位相補正部１９に替わり、指令値ω＊を力率角ξに応じて補正する回転数補正部７、または、指令値Ｖａ＊を力率角ξに応じて補正する電圧振幅補正部１８の機能を制御装置１に具備させてもよい。
【０１６６】
実施例５の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊、力率角ξの中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができるが、これらの給電情報や相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて、電流位相Ｉθ、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧等の別の給電情報を算出し、これらの別の給電情報の中から１つの給電情報を選択し監視するようにしてもよい。
【０１６７】
実施例６の制御装置１は、推定値θｅｓを指令値Ｖａ＊に応じて補正することで指令値Ｖθ＊を補正する電圧位相補正部１９の機能を有するものであったが、このような電圧位相補正部１９に替わり、指令値ω＊を指令値Ｖａ＊に応じて補正する回転数補正部７、または、指令値Ｖａ＊自体を指令値Ｖａ＊に応じて補正する電圧振幅補正部１８の機能を制御装置１に具備させてもよい。
【０１６８】
実施例６の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができるが、これらの給電情報や相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖを用いて、電流位相Ｉθ、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、力率角ξ等の別の給電情報を算出し、これらの別の給電情報の中から１つの給電情報を選択し監視するようにしてもよい。
【０１６９】
実施例１ないし実施例６の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊および力率角ξの内から選択された１つの給電情報を監視し、監視される１つの給電情報に応じて、指令値ω＊、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊の内から選択された１つの指令値を補正したが、監視される給電情報、および補正される指令値の少なくとも一方を２つ以上としてもよい。このように、制御装置１において、監視される給電情報と補正される指令値との組み合わせを２つ以上、設定することで、スタート時の回転停止を防止する効果を高めることができる。
【０１７０】
実施例１ないし実施例６の制御装置１は、電流振幅Ｉａ、電流位相Ｉθ、指令値Ｖａ＊、指令値Ｖθ＊、力率角ξ、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧等の中から１つの給電情報を選択し、選択した給電情報に応じて過渡運転モードから通常運転モードへの切り替え指令を行うことができるが、これらの給電情報の中から２つ以上の給電情報を選択し監視するようにしてもよい。
２つ以上の給電情報を監視することで、決定された切り替え時期に対する信頼性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例１）。
【図２】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例２）。
【図３】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例３）。
【図４】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例４）。
【図５】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例５）。
【図６】制御装置の制御ブロックフローを示す構成図である（実施例６）。
【図７】出力トルクと相電流の位相および相電流の振幅との相関図である。
【図８】相電圧の振幅と相電流の振幅との相関図である。
【図９】（ａ）は力率角と相電流の位相との相関図であり、（ｂ）は力率角の経時変化を示すタイムチャートである（変形例）。
【符号の説明】
【０１７２】
１  制御装置（センサレス制御装置）
２  同期モータ
θｅｓ  推定値（回転位置の推定値）
ω＊  指令値（回転数の指令値）
Ｉθ  電流位相（相電流の位相）
Ｖａ＊  指令値（相電圧の振幅）
Ｖθ＊  指令値（相電圧の位相）
Ｉａ  電流振幅（相電流の振幅）
ξ  力率角（位相差）
【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】
2006340525.tif 000012
【図８】
2006340525.tif 000013
【図９】
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