(57)【要約】【課題】モータへ供給される電圧をより正確に求め、モータのロータの位置をより精度よく推定する。【解決手段】インバータ（16）によってモータ（4）を駆動するモータ制御方法は、波形歪みにより生じる誤差を含む、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、前記モータ（4）の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求め、前記パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）と前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）とから、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号（C）で制御されるインバータ（16）によってモータ（4）を駆動するモータ制御方法であって、
前記モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）のパルス幅をパルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）として検出し、
波形歪みにより生じる誤差を含む、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、前記モータ（4）の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求め、
前記パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）と前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）とから、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求め、
前記出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を用いて前記モータ（4）のロータの位置（θ）を推定する
モータ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御方法において、
前記予め求められた関係は式として記憶されており、前記式を用いて、前記相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を算出する
モータ制御方法。
【請求項３】
ＰＷＭ信号（C）で制御されるインバータ（16）によってモータ（4）を駆動するモータ制御装置であって、
前記モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）のパルス幅をパルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）として検出するパルス幅検出部（32）と、
波形歪みにより生じる誤差を含む、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、前記モータ（4）の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求める電圧誤差演算部（36）と、
前記パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）と前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）とから、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求める出力電圧演算部(34)と、
前記出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を用いて前記モータ（4）のロータの位置（θ）を推定する位置推定部（26）とを備える
モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、モータを駆動するインバータを有するモータ制御装置における制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの制御に必要なモータのロータの位置を位置センサなしで推定する技術が知られている。位置の推定には、モータの電流と電圧の情報が用いられる。位置を正確に推定するためには、高精度にモータの電流と電圧を検出する必要がある。例えばモータの電圧の情報が正しく安定して得られないと、推定される位置に誤差が生じてしまい、モータを適切に制御することができない。
【０００３】
電圧指令値とモータへの出力電圧との間の誤差を記憶し、これを用いて電圧指令値を補正する制御装置の例が、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６４８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術によると、電圧指令値を補正するのみであり、ロータの位置の推定精度を向上させることはできない。このため、位置センサなしでモータの制御を行う場合には、採用することができない。また、外乱等の原因によって出力電流が変動すると、求められる誤差が直ちに大きくなってしまい、電圧指令値が直ちに変動し、安定した制御が困難になる。
【０００６】
本発明は、モータへ供給される電圧をより正確に求め、モータのロータの位置をより精度よく推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、ＰＷＭ信号（C）で制御されるインバータ（16）によってモータ（4）を駆動するモータ制御方法であって、前記モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）のパルス幅をパルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）として検出し、波形歪みにより生じる誤差を含む、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、前記モータ（4）の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求め、前記パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）と前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）とから、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求め、前記出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を用いて前記モータ（4）のロータの位置（θ）を推定する。
【０００８】
第１の発明では、相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求める。パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）のみではなく、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）をも用いるので、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）をより正確に得ることができる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、前記予め求められた関係は式として記憶されており、前記式を用いて、前記相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を算出する。
【００１０】
第２の発明では、式を用いて、モータ（4）に出力される相電流に対応する電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を算出する。このため、相電流に対応する電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）をテーブルとして記憶する場合に比べて、必要な記憶容量を大幅に小さくすることができる。
【００１１】
第３の発明は、ＰＷＭ信号（C）で制御されるインバータ（16）によってモータ（4）を駆動するモータ制御装置であって、前記モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）のパルス幅をパルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）として検出するパルス幅検出部（32）と、波形歪みにより生じる誤差を含む、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、前記モータ（4）の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求める電圧誤差演算部（36）と、前記パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）と前記電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）とから、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求める出力電圧演算部(34)と、前記出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を用いて前記モータ（4）のロータの位置（θ）を推定する位置推定部（26）とを有する。
【００１２】
第３の発明では、相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、前記モータ（4）の、前記相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流との間の、予め求められた関係に基づいて、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求める。パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）のみではなく、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）をも用いるので、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）をより正確に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
第１〜第３の発明によれば、モータへ供給される電圧をより正確に検出することができる。したがって、モータのロータの位置をより精度よく推定して、モータを駆動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示す回路図である。
【図２】図１のコントローラの構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の電圧演算部の構成例を示すブロック図である。
【図４】相電流検出値が比較的大きい場合の図１及び図２における信号の電圧の例を示すグラフである。
【図５】相電流検出値が比較的小さい場合の図１及び図２における信号の電圧の例を示すグラフである。
【図６】電圧誤差の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本明細書において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一の又は類似の構成要素である。また、Iu,Iv,Iw等の符号における２文字目のu,v,wは、それぞれがｕ相、ｖ相、ｗ相の値であることを示す。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置（10）の構成例を示す回路図である。図１のモータ制御装置（10）は、コンバータ（12）と、平滑コンデンサ（14）と、インバータ(16)と、ＰＷＭ（pulse width modulation）信号（C）を生成するコントローラ(20)とを有し、ＰＷＭ信号（C）を用いてモータ（4）を駆動する。
【００１７】
コンバータ(12)は、ブリッジ状に結線された６個のダイオード(Dr)を有し、三相交流電源(2)の三相交流を直流に変換して出力する。平滑コンデンサ(14)は、コンバータ(12)から出力された直流電圧を平滑する。インバータ(16)は、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）(Tr)及びこれらのＩＧＢＴ(Tr)の各々に逆並列に接続された６個の還流ダイオード（FWDとも称する）(Dw)を有する。インバータ(16)は、平滑された直流電圧を三相交流電圧に変換し、三相モータ(4)に供給する。各ＩＧＢＴ(Tr)は、ＰＷＭ信号（C）で制御される。三相モータ(4)は、例えば、空気調和装置や冷凍装置が有する圧縮機を回転駆動するためのモータである。本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合について説明するが、スイッチング素子として、他の種類のトランジスタ等、他の素子を用いてもよい。
【００１８】
コントローラ(20)には、三相モータ（4）へ供給される各相の電流の検出値（相電流検出値）（Iu,Iv,Iw）が入力される。コントローラ(20)は、これらの相電流が三相交流になるようにＰＷＭ信号（C）を生成し、インバータ(16)に内蔵される６個のＩＧＢＴ(Tr)の制御端子へ出力して、三相モータ(4)の回転数を制御する。
【００１９】
図２は、図１のコントローラの構成例を示すブロック図である。図２のコントローラ(20)は、電流制御部（22）と、ＰＷＭ信号生成部（24）と、位置推定部（26）と、電圧演算部（30）とを有する。電流制御部（22）は、電流指令値（I*）、相電流検出値（Iu,Iv,Iw）、及びモータ（4）のロータの位置（θ）に基づいて、モータ（4）に出力される電流が電流指令値（I*）に追従するように電圧指令値（V*）を生成し、出力する。電流制御部（22）は、例えばＰＩ（proportional integral）制御を用いて電圧指令値（V*）を生成する。ＰＷＭ信号生成部（24）は、電圧指令値（V*）及びロータの位置（θ）に基づいて、ＰＷＭ信号（C）を生成してインバータ（16）に出力する。
【００２０】
電圧演算部（30）は、モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）等に基づいて、相電圧（Vu,Vv又はVw）のそれぞれの時間平均である出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求める。位置推定部（26）は、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）及び相電流検出値（Iu,Iv又はIw）に基づいて、モータ（4）のロータの位置（θ）を推定し、出力する。モータの電流制御にはモータ（4）のロータの位置（θ）が不可欠であり、ロータ用の位置センサを用いないで制御を行う場合には、ロータの位置（θ）の推定が必要である。本実施形態では、モータ（4）へ供給される電圧の時間平均を出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）としてより正確に求めることによって、ロータの位置（θ）を精度よく推定することができるようにする。出力電圧検出値（Vua,Vva,Vwa）はいずれも、例えば１キャリア周期（Tc）等の適切な期間毎の値である。
【００２１】
図３は、図２の電圧演算部の構成例を示すブロック図である。図３の電圧演算部（30）は、パルス幅検出部（32）と、出力電圧演算部(34)と、電圧誤差演算部（36）とを有する。パルス幅検出部（32）は、モータ（4）へ供給される相電圧（Vu,Vv又はVw）から、相電圧（Vu,Vv又はVw）のパルス幅をそれぞれパルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）として検出し、出力する。電圧誤差演算部（36）は、相電圧（Vu,Vv又はVw）の誤差と、モータ（4）の、この相電圧（Vu,Vv又はVw）と同じ相の相電流（例えば相電流検出値（Iu,Iv又はIw）の時間平均）との間の、予め求められた関係に基づいて、モータ（4）の相電流の相電流検出値（Iu,Iv又はIw）から電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求める。
【００２２】
出力電圧演算部(34)は、パルス幅検出値（Wu,Wv又はWw）、平滑コンデンサ（14）の電圧（VDC）、及び電圧誤差演算部（36）で求められた電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）に基づいて出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求め、位置推定部（26）に出力する。具体的にはｕ相に関して、例えば、出力電圧演算部(34)は、キャリア周期（Tc）を用いて、
Vua = VDC×Wu／Tc＋Vue      （式１）
によって周期毎に出力電圧検出値（Vua）を求める。ｖ相及びｗ相についても同様である。
【００２３】
図４は、相電流検出値（Iu,Iv,Iw）が比較的大きい場合の図１及び図２における信号の電圧の例を示すグラフである。図４には、貫通電流を防ぐためのデッドタイム（Td）も示されている。インバータ(16)から出力される相電流が正の場合（例えば電流がモータ（4）に向かう場合）には、その相の上アーム用ＰＷＭ信号に対応する電圧がモータ（4）に供給される。インバータ(16)から出力される相電流が負の場合には、その相の下アーム用ＰＷＭ信号に対応する電圧がモータ（4）に供給される。図４では、モータ（4）に供給される理想的な電圧波形が破線で示されている。
【００２４】
図４に示されているように、図１のＩＧＢＴ（Tr）がオンになるときには立ち上がり遅延（Dup）が生じ、ＩＧＢＴ（Tr）がオフになるときには立ち下がり遅延（Ddw）が生じる。また、ＩＧＢＴ(Tr)及び還流ダイオード(Dw)の導通時の電圧降下（ＯＮ電圧）の影響を受けるので、理想的な電圧波形の値とモータ（4）へ供給される電圧（Vu,Vv,Vw）の波形における値との間には誤差が生じる。
【００２５】
図５は、相電流検出値（Iu,Iv,Iw）が比較的小さい場合の図１及び図２における信号の電圧の例を示すグラフである。電流が小さい場合には、図５の電圧（Vu,Vw）におけるＩＧＢＴがオフになる時のように、ＩＧＢＴ（Tr）がオフになっても反対側のアームのＩＧＢＴ（Tr）がオンになるまでは、モータ（4）へ供給される電圧（Vu,Vv,Vw）が大きく変化しない。図５は、電流がかなり小さい場合の例であり、これより電流が大きい場合には、反対側のアームのＩＧＢＴがオンになる前に電圧（Vu,Vv,Vw）が大きく変化する。それでも、電圧（Vu,Vv,Vw）の波形は理想的な方形波にはならない。このように、モータ（4）へ供給される電圧（Vu,Vv,Vw）の波形は、遅延するのみではなく、方形波に比べて歪んでいる。このため、出力電圧検出値（Vua,Vva,Vwa）の電圧誤差としてＩＧＢＴ(Tr)等の導通時の電圧降下を考慮するのみでは、出力電圧検出値（Vua,Vva,Vwa）を正確に求めることができない。そこで、波形歪みによる誤差を含んだ電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）と相電流検出値（Iu,Iv又はIw）との間の関係を予め求めておく。
【００２６】
図６は、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）の例を示すグラフである。電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）は、図６のように、インバータ(16)からモータ（4）に出力される電流（相電流検出値（Iu等）の時間平均）の大きさに応じて変化する。電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）には、相電圧（Vu,Vv又はVw）の波形歪みにより生じる誤差が含まれる。相電圧（Vu,Vv又はVw）の波形歪みにより生じる誤差には、ＩＧＢＴ(Tr)及び還流ダイオード(Dw)の導通時の電圧降下が含まれる。
【００２７】
図４及び図５の電圧（Vu等）と横軸との間の面積（電圧（Vu等）が負の場合は負の値とする）を周期で割ると、出力電圧検出値（Vua等）になる。そこで、例えばｕ相について、計測器で測定された出力電圧検出値（Vua）からVDC×Wu／Tcを減算することによって、図６のような電圧誤差（Vue）を予め求めておく（式１を参照）。ｖ相及びｗ相についても同様に電圧誤差（Vve又はVwe）を求めて、図６に加えてもよい。
【００２８】
モータ（4）に出力される電流が小さい場合には（領域Ｒ１）、波形歪み（ＩＧＢＴ(Tr)等の導通時の電圧降下を含まない）による誤差が大きい。モータ（4）に出力される電流が大きい場合には（領域Ｒ２）、ＩＧＢＴ(Tr)等の導通時の電圧降下による誤差が大きい。図６にプロットされた点は、３つのグループ（G1,G2,G3）に分けることができる。グループ（G1,G2,G3）のそれぞれについて回帰直線を求めると、図６のように３本の直線（L1,L2,L3）が得られる。図１のインバータ(16)として特性が標準的なものを用いて、図６のような直線で表される関係を予め求めておく。いくつかのインバータ(16)を用いて、図６の関係を求めてもよい。
【００２９】
ｕ相に関して説明する。図３の電圧誤差演算部（36）は、電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）と、モータ（4）のｕ相電流との間の、このようにして予め求められた関係を表す式（ここでは、３本の直線（L1,L2,L3）を表す式）を記憶する。図６は一例であって、他の本数の直線を求めておき、これらの直線の式を電圧誤差演算部（36）が記憶してもよい。このような式は、ｕ相、ｖ相及びｗ相に関して共通して用いられる。また、このような式を、各相毎に求めておき、各相の処理にはその相に対応する式を用いるようにしてもよい。このように式を用いて誤差を求めるので、モータ（4）に出力される電流に対応する誤差をテーブルとして記憶する場合に比べて、必要な記憶容量を大幅に小さくすることができる。
【００３０】
電圧誤差演算部（36）は、具体的には、相電流検出値（Iu）の時間平均を、モータ（4）に出力される相電流として求める。この時間平均は、例えば図４及び図５の１キャリア周期（Tc）等の適切な期間毎の値である。電圧誤差演算部（36）は、求められた時間平均に対応する電圧誤差（Vue）を、記憶した直線の式に基づいて算出し、出力する。電圧誤差演算部（36）は、相電流検出値（Iu）の時間平均に代えて相電流検出値（Iu）の瞬時値を、その期間の相電流として求めてもよい。
【００３１】
電圧誤差演算部（36）は、ｖ相及びｗ相に関しても同様に処理を行う。ｖ相に関する処理を行う場合には、電圧誤差演算部（36）は、ｕ相の相電流検出値（Iu）に代えてｖ相の相電流検出値（Iv）を用いることによって、電圧誤差（Vve）を求める。同様に、ｗ相に関する処理を行う場合には、電圧誤差演算部（36）は、相電流検出値（Iu）に代えてｗ相の相電流検出値（Iw）を用いることによって、電圧誤差（Vwe）を求める。
【００３２】
電圧誤差演算部（36）が図６のような電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）を求めるので、出力電圧演算部(34)は、電圧（Vu,Vv又はVw）の波形歪みによる誤差を考慮して出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）を求めることができる。このため、インバータ（16）からモータ（4）へ供給される電圧の時間平均をより正確に検出することができる。したがって、モータ（4）のロータの位置をより精度よく推定してモータ（4）を駆動することが可能になる。
【００３３】
図５の例では、電圧（Vu,Vv,Vw）のしきい値をＶＤＣ／２に設定して、パルス幅（Wu,Wv,Ww）を求めている。しきい値に応じてパルス幅（Wu,Wv,Ww）が変動するが、図６を参照して説明したような、予め求められた関係を表す式を求める際に設定したしきい値を用いてモータを駆動すれば、このような変動は電圧誤差（Vue,Vve又はVwe）に含まれ、出力電圧検出値（Vua,Vva又はVwa）に影響しない。
【００３４】
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等を含む。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ及びプロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００３５】
本発明の多くの特徴及び優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴及び優位性の全てをカバーすることが意図される。更に、多くの変更及び改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成及び動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物及び等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明は、空気調和装置やその他の装置に用いられるモータを制御するモータ制御方法及びモータ制御装置等に有用である。
【符号の説明】
【００３７】
4  モータ
10  モータ制御装置
24  ＰＷＭ信号生成部
26  位置推定部
32  パルス幅検出部
34  出力電圧演算部
36  電圧誤差演算部
C  ＰＷＭ信号
Iu, Iv, Iw  相電流検出値
Vue, Vve, Vwe  電圧誤差
Vu, Vv, Vw  相電圧
Vua, Vva, Vwa  出力電圧検出値
Wu, Wv, Ww  パルス幅検出値
θ  ロータの位置
【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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