(57)【要約】【課題】  温度変化に起因する抵抗値の影響を打ち消して、より高精度なロータ回転位置の推定を達成する。【解決手段】  温度センサ７ｅ１からの出力信号を入力として位置検出部６における巻線抵抗Ｒを補正するための指令を出力するＲ補正部７ｇを設けている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ電流、モータ電圧とモータ（４）の機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータ（４）に供給してモータ（４）を駆動するモータ駆動方法において、
モータ（４）として空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用し、圧縮機の吐出管温度に基づいて巻線抵抗を補正することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項２】
圧縮機の運転状態に基づいて補正量を補正する請求項１に記載のモータ駆動方法。
【請求項３】
モータ電流、モータ電圧とモータ（４）の機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータ（４）に供給してモータ（４）を駆動するモータ駆動装置において、
モータ（４）として空気調和機用圧縮機（７ａ）を駆動するものを採用し、圧縮機（７ａ）の吐出管温度に基づいて巻線抵抗を補正する巻線抵抗補正手段（７ｇ）を含むことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
前記巻線抵抗補正手段（７ｇ）は、圧縮機（７ａ）の運転状態に基づいて補正量を補正するものである請求項３に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータ駆動方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、モータに供給される電流、電圧とモータの機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高温、高圧のような過酷な環境下でモータを駆動する場合に好適な装置として、モータに供給される電流、電圧とモータの機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置が提案されている。
【０００３】
そして、このようなモータ駆動装置においては、モータの機器定数は、設計時の値がそのまま採用され、または生産時に調整された値が採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のモータ駆動装置は、モータの機器定数を同定する機能を全く有していないので、設定された機器定数が誤差を含んでいる場合には、ロータ回転位置の推定精度が低下してしまい、所望のモータ駆動（例えば、所望の効率でのモータ駆動など）を行うことができず、また運転可能範囲が狭くなってしまうなどの不都合を生じてしまう。
【０００５】
運転可能範囲が狭くなるという不都合を解消しようとすれば、例えば、より大出力のモータを採用すればよいが、必然的にコストアップを招いてしまうという不都合を生じる。
【０００６】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化に起因する抵抗値の影響を打ち消して、より高精度なロータ回転位置の推定を達成することができるモータ駆動方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１のモータ駆動方法は、モータ電流、モータ電圧とモータ機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するに当たって、
モータとして空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用し、圧縮機の吐出管温度に基づいて巻線抵抗を補正する方法である。
【０００８】
請求項２のモータ駆動方法は、圧縮機の運転状態に基づいて補正量を補正する方法である。
【０００９】
請求項３のモータ駆動装置は、モータ電流、モータ電圧とモータ機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するものにおいて、
モータとして空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用し、圧縮機の吐出管温度に基づいて巻線抵抗Ｒを補正する巻線抵抗補正手段を含むものである。
【００１０】
請求項４のモータ駆動装置は、前記巻線抵抗補正手段として、圧縮機の運転状態に基づいて補正量を補正するものを採用するものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明は、温度変化に起因する抵抗値の影響を打ち消して、より高精度なロータ回転位置の推定を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００１２】
請求項２の発明は、温度変化に起因する抵抗値の影響をより高精度に打ち消して、さらに高精度なロータ回転位置の推定を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００１３】
請求項３の発明は、温度変化に起因する抵抗値の影響を打ち消して、より高精度なロータ回転位置の推定を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００１４】
請求項４の発明は、温度変化に起因する抵抗値の影響をより高精度に打ち消して、さらに高精度なロータ回転位置の推定を達成することができるという特有の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、この発明のモータ駆動方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００１６】
図１は固定座標モータ逆モデルを用い、ロータ回転位置を検出するセンサを用いることなくモータを駆動する装置の一例を示すブロック図である。
【００１７】
このモータ駆動装置は、交流電源１を整流回路２に供給して直流化し、平滑用コンデンサ２ａにより平滑化し、次いで３相インバータ３により３相交流化して３相モータ４に供給している。
【００１８】
そして、電流検出部５ａにより各相モータ電流を検出するとともに、電圧検出部５ｂにより各相モータ電圧を検出し、３相分のモータ電流を第１の３相→２相変換部５ｃに供給して２相分のモータ電流に変換するとともに、３相分のモータ電圧を第２の３相→２相変換部５ｄに供給して２相分のモータ電圧に変換する。
【００１９】
そして、２相分のモータ電流および２相分のモータ電圧を固定座標モータ逆モデル部５ｅに供給し、固定座標モータ逆モデル部５ｅからの出力を位置算出部５ｆに供給することによりロータ回転位置を出力する。
【００２０】
このロータ回転位置を微分部５ｇに供給して速度を算出し、算出された速度と速度指令とを速度制御部５ｈに供給して速度制御演算を行い、電流指令を出力する。
【００２１】
この電流指令と位相指令とを位相制御部５ｉに供給して位相制御演算を行って最終電流指令を出力し、最終電流指令、３相分のモータ電流およびロータ回転位置を電流制御部５ｊに供給して電流制御演算を行って電圧指令を出力し、３相インバータ３に供給する。
【００２２】
なお、前記両３相→２相変換部５ｃ、５ｄは、３相モータ電流、３相モータ電圧に対して数１を乗算することによって２相直交固定子座標におけるαβ電流ベクトル、αβ電圧ベクトルを出力する。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
前記固定座標モータ逆モデル部５ｅは、αβ電流ベクトルに相抵抗を乗算して電圧降下分を算出する抵抗乗算部５ｅ１と、αβ電圧ベクトルから電圧降下分を減算する第１減算部５ｅ２と、第１減算部５ｅ２からの出力を積分する積分部５ｅ３と、αβ電流ベクトルにｑ軸インダクタンスを乗算するインダクタンス乗算部５ｅ４と、積分結果からｑ軸インダクタンス乗算結果を減算する第２減算部５ｅ５とを有している。
【００２５】
前記位置算出部５ｆは、固定座標モータ逆モデル部５ｅからの出力に対してｔａｎ−１処理を行ってロータ回転位置を出力する。
【００２６】
なお、以下においては、両３相→２相変換部５ａ、５ｂ、固定座標モータ逆モデル部５ｅ、および位置算出部５ｆを位置検出部５と総称する。
【００２７】
このモータ駆動装置に含まれる固定座標モータ逆モデル部５ａにおいて設定される相抵抗およびｑ軸インダクタンスが正確であり、かつ電流検出部５ａおよび電圧検出部５ｂが正確であれば、ロータ回転位置を正確に推定することができ、推定されたロータ回転位置を用いてモータ４を安定にかつ正確に運転することができる。
【００２８】
しかし、一般的には、ばらつき、温度変化などが原因となって、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂが誤差を有し、および／または固定座標モータ逆モデル部５ｅに設定されるモータ機器定数が誤差を有しているので、ロータ回転位置の推定結果が不正確になり、モータ４を安定にかつ正確に運転することができなくなってしまう。
【００２９】
このような不都合を解消するために、この発明は、負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態において、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数（例えば、ゲイン）、モータ機器定数のうち、少なくとも１つの誤差を削減する誤差削減部６を設けている。
【００３０】
さらに説明する。
【００３１】
電流位相に対するモータトルクの一例を図２に示す。なお、この例は、永久磁石を内部に埋め込んでなるロータを有するブラシレスＤＣモータに基づくものである。
【００３２】
図２において、電流位相０°はｑ軸方向にモータ電流が流れている場合（誘起電圧と同位相である場合）であり、プラス側が位相進みを示している。
【００３３】
負荷に対してモータ電流が大きく、しかも位相遅れの場合には、モータ電流に対してトルクの出にくい電流位相（図２中の丸を参照）で運転される。
【００３４】
また、負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態におけるベクトルシミュレーションの一例を図３に示す。
【００３５】
ｄ軸は磁石の磁束の方向であり、ｑ軸はそれから電気的に９０度進んだ位相（つまり誘起電圧と同位相）に取られている。Ｉはモータ電流ベクトルであり、ｑ軸に対して遅れている。Ｅは磁石磁束による誘起電圧、ωは回転角周波数（電気角）、Ｌｑ、Ｌｄはｑ軸、ｄ軸インダクタンス、Ｉｄ、Ｉｑはモータ電流Ｉのｄ軸、ｑ軸成分、Ｒは巻線抵抗、Ｖはモータ電圧、φは巻線鎖交磁束を示している。なお、添え字ｍで表した文字はモータの値であって、制御での値と区別している。
【００３６】
そして、図１に示すモータ駆動装置では、モータに供給されるモータ電流、モータ電圧と巻線抵抗Ｒ、ｑ軸インダクタンスＬｑに基づいてｄ軸方向の長さがφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄのベクトルを算出し、そのベクトルの角度によりロータ位置を検出している。
【００３７】
図４に電流位相に対するφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄの振幅の関係を示す。なお、この関係は、Ｌｄ＝１１．０ｍＨ、Ｌｑ＝２３．９ｍＨ、Ｒ＝０．７９４５Ω、φ＝０．１４９ｗｂに設定して得たものである。
【００３８】
また、極対数をＰｎとしたときモータトルクは
｛φｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ｝Ｉｄ＊Ｐｎ＝φＩｓｉｎθφ−ＩＰｎ    
ここでθφ−Ｉは巻線鎖交磁束φとモータ電流Ｉとの成す角で、トルクに対して電流が大きい場合には図３に示したようにＩｑ≠０のためφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄが極めて小さくなる。このため、負荷の大きさに対して電流過大の場合には、モータの機器定数や電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差により極めて大きな角度誤差を生じることになり、このような条件では安定な位置検出を行うことが極めて困難となる。しかし、逆に、誤差が大きな角度偏差として現れるため、この運転条件を用いれば誤差削減部６によって、極めて容易にモータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差削減を実現することができる。
【００３９】
この場合において、誤差の削減はロータ位置にかかわらずステータに強制的に回転磁界を加えて行うことが好ましい。
【００４０】
さらに説明する。
【００４１】
前述したように負荷の大きさに対して電流過大であり、かつ電流が遅れ位相である運転条件では位置検出部５の出力は極めて不安定であって、位置検出部５の出力によりモータを運転すると不安定になって、最悪発散停止してしまう。そこで、位置検出部の出力を用いずに強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させた状態で誤差の削減を行うことで、不安定を解消できる。また、通常は、強制的な回転磁界による運転を行うと、トルク変動などによって脱調してしまうことが懸念されるが、この場合には負荷に比べて十分大きな電流を流しているため脱出トルクに十分余裕があり、したがって、脱調の問題も発生しない。
【００４２】
特に強制的にステータに回転磁界を加える場合、図２から分かるように進め位相側（略９０゜のポイント）でトルクに対して電流の大きな部分が出現するが、進め位相側はロータが回転することにより位相が遅れ側に動きトルクが出てさらに位相が遅れるという不安定なポイントであるので、結局遅れ位相側でしか安定することがない。このため、位相制御せず強制的に回転磁界を加えれば、自動的に遅れ位相で運転される。この結果、不安定を解消でき、しかも誤差を削減することができる。
【００４３】
さらに、位置検出部５の出力を用いずに強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させて起動するようにするとともに、モータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差の削減を起動時に行うことが好ましい。
【００４４】
すなわち、強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させて起動する場合には、起動時の負荷トルクが脱出トルク以下でかつ起動時には位置検出部５を用いずに駆動を行っているので、前述の何れかの条件を容易に実現することができ、誤差の削減に好適である。
【００４５】
さらにまた、誤差の削減を、モータコイルの鎖交磁束の位相が位置検出部５の推定結果から見たｄ軸を基準として回転方向略０°〜９０°の範囲に入るように行うことが好ましい。
【００４６】
さらに説明する。
【００４７】
磁石磁束φｍはｄ軸方向を向いたベクトルであり、巻線鎖交磁束φのｄ、ｑ軸成分（φｄ、φｑ）は（φｍ＋ＬｄＩｄ、ＬｑＩｑ）である。
【００４８】
図３に示したように負荷に対して電流が大きく、しかも位相遅れの場合には、Ｉｄは正（遅れ位相）、Ｉｑは正（力行）であるので、巻線鎖交磁束のｄ軸を基準とした位相は０°〜９０°の範囲に必ず存在する。
【００４９】
したがって、負荷の大きさに対して電流過大でかつ遅れ位相時には推定磁束位相がｄ軸を基準とした回転方向略０°〜９０°に有るとしてそれを外れた場合に位置検出部５におけるモータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数を調節すれば、誤差を削減できる。
【００５０】
上記の何れかの場合において、モータコイルの鎖交磁束の位相が位置検出部５の推定結果から見たｄ軸を基準としてマイナス方向にある場合には抵抗を削減し、略９０°〜１８０°の範囲にある場合にはｑ軸インダクタンスＬｑを削減することが好ましい。
【００５１】
図５はこの発明のモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００５２】
このモータ駆動装置は、交流電源１を整流回路２に供給して直流化し、平滑溶コンデンサ２ａにより平滑化し、次いで３相インバータ３により３相交流化して３相モータ４に供給している。
【００５３】
そして、電流検出部５ａにより各相モータ電流を検出するとともに、電圧検出部５ｂにより各相モータ電圧を検出し、モータの機器定数が設定された位置検出部５に供給することによってロータ回転位置を出力する。
【００５４】
このロータ回転位置を微分部５ｇに供給して速度を算出し、算出された速度と速度指令とを速度制御部５ｈに供給して速度制御演算を行い、電流指令を出力する。
【００５５】
この電流指令およびロータ回転位置をドライバ５ｋに供給して電流制御処理などを行い、電圧指令を出力して３相インバータ３に供給する。
【００５６】
そして、モータ４を駆動源とし、モータ４の回転にしたがって吸入ガスを圧縮し吐出する空気調和機用圧縮機７ａの吐出管と吸入管との間に配管を介して、吐出ガスを冷やし液化する凝縮器７ｂ、蒸発機７ｄ間の圧力差を制御する膨脹弁７ｃ、および液冷媒を加熱しガス化する蒸発器７ｄをこの順に接続している。
【００５７】
また、吐出管、凝縮器７ｂ、および蒸発器７ｄにそれぞれ温度センサ７ｅ１、７ｅ２、７ｅ３を設け、これらの温度センサ７ｅ１、７ｅ２、７ｅ３からの出力信号をシステム制御部７ｆに供給して圧縮機運転周波数、膨脹弁開度などを算出し、速度指令（運転周波数指令）を速度制御部５ｈに供給するとともに、開度指令を膨脹弁７ｃに供給する。
【００５８】
さらに、温度センサ７ｅ１からの出力信号を入力として位置検出部６における巻線抵抗Ｒを補正するための指令を出力するＲ補正部７ｇを設けている。
【００５９】
空気調和機においては、モータ４の利用温度範囲が−２０℃から１５０℃程度と極めて広く、温度変化によるモータ巻線抵抗Ｒの変化が位置検出部５から出力されるロータ回転位置の精度劣化の要因となる。一方、空気調和機では空調機制御のために圧縮機７ａの吐出管温度を測定している。そこで、吐出管温度によりモータ巻線抵抗を補正することで、温度変化による抵抗値変化の影響を打ち消し、より高精度なロータ回転位置検出が可能となり、空気調和機用圧縮機７ａを安定に駆動することができる。
【００６０】
しかし、吐出管温度は圧縮機により圧縮された冷媒がモータを冷却し、これが吐出管を通る際に吐出管があたためられた結果現れる温度であるため、冷媒流量などにより温度に誤差が生じる。つまり流量が少ない場合には外気温により吐出管が冷却され、実際よりも低い温度になってしまう。
【００６１】
そして、冷媒流量は、吸入圧力と圧縮機の回転速度により決まり、モータ４の発熱はほぼ入力電力により決まる。そこで、これらを入力として（具体的には、蒸発機の温度が吸入圧力に、凝縮機の温度が吐出圧力に対応するので、これらを入力として）Ｒ補正部７ｇによる補正量の補正を行うことが好ましく、より高精度な巻線抵抗Ｒの補正を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】固定座標モータ逆モデルを用い、ロータ回転位置を検出するセンサを用いることなくモータを駆動する装置の一例を示すブロック図である。
【図２】電流位相に対するモータトルクの一例を示す図である。
【図３】負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態におけるベクトルシミュレーションの一例を示す図である。
【図４】電流位相に対するφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄの振幅の関係を示す図である。
【図５】この発明のモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
４  モータ    ７ａ  空気調和機用圧縮機
７ｇ  Ｒ補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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