(57)【要約】【課題】高負荷状態でもモータを確実に起動できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータへの駆動電圧に高周波電圧を重畳し、この重畳によりモータに流れる高周波電流を検出し、この検出電流からモータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じてインバータのスイッチングを制御することによりモータを起動する。この起動が完了しない場合、重畳する高周波電圧の周波数を低減してその起動を繰り返す。そして、モータの起動後、モータの巻線に流れる電流を検出し、この検出電流からモータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じてインバータのスイッチングを制御する。【選択図】図２
2015154703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングにより交流電圧を得てその交流電圧をモータの駆動電圧として出力するインバータと、
前記駆動電圧に高周波電圧を重畳し、この重畳により前記モータに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御することにより前記モータを起動するとともに、この起動が完了しない場合に前記高周波電圧の周波数を低減してその起動を繰り返す第１制御手段と、
前記第１制御手段による前記モータの起動後、前記モータの巻線に流れる電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御する第２制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１制御手段は、起動が完了しない場合、前記高周波電圧の周波数を段階的に低減して、その低減ごとに起動を繰り返すことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記第１制御手段は、起動の繰り返し回数が所定値に達した場合に起動を停止することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１制御手段は、前記モータの起動に際し、同モータの負荷が設定値以上の場合、前記駆動電圧に高周波電圧を重畳し、この重畳により前記モータに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御することにより前記モータを起動するとともに、この起動が完了しない場合に前記高周波電圧の周波数を低減してその起動を繰り返す、
前記モータの起動に際し、同モータの負荷が前記設定値未満の場合、初期位置決めおよび強制転流により前記モータを起動し、前記モータの巻線に流れる電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御する第３制御手段、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第１制御手段は、前記インバータをスイッチングするためのＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号の周期に合せた割込み処理により、その割込み処理の実行間隔に対応する周期の高周波電圧を生成して前記駆動電圧に重畳するとともに、重畳する高周波電圧の周波数低減を前記割込み処理の間引きにより行う、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記第１制御手段は、前記高周波電圧の重畳により前記モータに流れる高周波電流を検出し、この検出電流に基づき前記高周波電圧の重畳に関する高周波重畳法の評価指標を求め、この評価指標を比例・積分制御演算することにより前記モータのロータ位置を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータは、代替フロン冷媒より高い圧力の冷媒を圧縮し吐出する圧縮機のモータである、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、永久磁石同期モータを駆動するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一つ、または複数の相巻線を有するステータおよび複数の永久磁石を有するロータからなる永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータともいう）が知られている。
【０００３】
この永久磁石同期モータを駆動するモータ制御装置は、各相巻線に対する電力供給用のインバータを備え、起動の前に、各相巻線を励磁してロータを指定の位置（角度）まで回動させる初期位置決めを行う。続いて、ロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標に換算された界磁成分電流（ｄ軸電流）Ｉｄを各相巻線に印加してロータを強制的に牽引する強制転流を行い、その後、界磁成分電流Ｉｄを低減しながら（強制転流の終了）、トルク成分電流（ｑ軸電流）Ｉｑを増やしていく。そして、界磁成分電流Ｉｄを低減しながらトルク成分電流Ｉｑを増やしていくのに伴い、各相巻線に誘起する電圧によって各相巻線に流れる電流を検出し、その検出電流に基づいてロータ速度を推定し（かつロータ位置を検出し）、この推定ロータ速度と目標速度との偏差に基づく演算により界磁成分電流の目標値およびトルク成分電流の目標値を求め、この目標値と上記検出電流との偏差に基づく演算によりモータにおける界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求め、この界磁成分電圧およびトルク成分電圧に基づいてインバータのスイッチングを制御するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行う。
【０００４】
このようなモータ制御装置において、初期位置決めおよび強制転流を行う期間は、ロータ速度の推定およびロータ位置の検出ができない。このため、高負荷状態で永久磁石同期モータを起動する場合、その起動に必要な大きなトルク成分電流Ｉｑを印加することができず、確実な起動ができないことがある。
【０００５】
対策として、永久磁石同期モータへの駆動電圧に高周波電圧を重畳する高周波重畳法が知られている。これは、高周波電圧の重畳によって相巻線に高周波電流を流し、その高周波電流を検出して演算することにより、ロータ速度を推定しかつロータ位置を検出する方法である。高周波電圧を重畳して起動を行うことにより、起動の初めからロータ速度を推定しかつロータ位置を検出することができる。よって、高負荷状態での起動でも、その起動に必要な大きなトルク成分電流Ｉｑを永久磁石同期モータに印加することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４３８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大きな電流が流れる高負荷状態での起動では、永久磁石同期モータの逆突極比がロータ鉄心の磁気飽和の影響で低下する傾向があることから、高周波電圧を重畳しても高周波電流を的確に検出できないことがある。その結果、ロータ速度推定およびロータ位置検出の精度が低下し、起動に失敗することがある。
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、高負荷状態でもモータを確実に起動できるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のモータ制御装置は、インバータと、第１制御手段と、第２制御手段とを備える。インバータは、スイッチングにより交流電圧を得てその交流電圧をモータの駆動電圧として出力する。第１制御手段は、前記駆動電圧に高周波電圧を重畳し、この重畳により前記モータに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御することにより前記モータを起動するとともに、この起動が完了しない場合に前記高周波電圧の周波数を低減してその起動を繰り返す。第２制御手段は、前記第１制御手段による前記モータの起動後、前記モータの巻線に流れる電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じて前記インバータのスイッチングを制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に関わる熱源機の構成およびその熱源機と貯湯タンクとの間の水配管を示す図。
【図２】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】一実施形態の制御を示すフローチャート。
【図４】一実施形態における駆動電圧Ｖｕの波形およびその駆動電圧Ｖｕに重畳される初期周波数ｆ３の高周波電圧Ｖｈの波形を示す図。
【図５】一実施形態における駆動電圧Ｖｕの波形およびその駆動電圧Ｖｕに重畳される周波数ｆ２（＜ｆ３）の高周波電圧Ｖｈの波形を示す図。
【図６】一実施形態の高周波電圧の生成のための割込み処理の実行タイミングをＰＷＭ信号生成用のキャリア信号と共に示すタイムチャート。
【図７】一実施形態の高周波電圧Ｖｈの重畳による起動を行った場合の界磁成分電流Ｉｄ、トルク成分電流Ｉｑ、実ロータ速度ωの変化を示す図。
【図８】従来の初期位置決めおよび強制転流による起動を行った場合の界磁成分電流Ｉｄ、トルク成分電流Ｉｑ、実ロータ速度ωの変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。当該モータ制御装置の適用例として、ヒートポンプ式冷凍サイクルが搭載された熱源機１０を図１に示す。
【００１２】
圧縮機１は、後述の永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）１Ｍを収容した密閉型圧縮機であり、冷媒を吸込んで圧縮し吐出する。この圧縮機１の吐出冷媒が水熱交換器２の冷媒流路を流れて水と熱交換した後、膨張弁３を介して空気熱交換器４に流れる。空気熱交換器４は、流入する冷媒を外気からの汲み上げ熱で蒸発させる。そして、空気熱交換器４から流出する冷媒が圧縮機１に吸込まれる。これら圧縮機１、水熱交換器２の冷媒流路、膨張弁３、および空気熱交換器４により、水熱交換器２の水流路に流入する水を外気からの汲み上げ熱で加熱するヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。
【００１３】
水熱交換器２の水流路に水配管を介して貯湯タンク１１が接続され、その水配管にポンプ５が配設される。このポンプ５の動作により、貯湯タンク１１内の水が水熱交換器２の水流路を通って循環し、冷媒と熱交換して温度が上昇した湯水が貯湯タンク１１溜まり、その貯湯タンク１１内の温水が利用側の機器または設備への給湯や空調に使用される。貯湯タンク１１は、温水温度検知用の温度センサ１２を有する。
【００１４】
熱源機１０は、ヒートポンプ式冷凍サイクルおよびポンプ５のほかに、コントローラ６、操作部７、表示部８を備える。そして、コントローラ６に、永久磁石同期モータ１Ｍ，ポンプ５、温度センサ１２、操作部７、表示部８が接続される。
【００１５】
コントローラ６は、操作部７の操作により入力される運転条件および温度センサ１２の検知温度ｔに基づいて、貯湯タンク１１内の湯水が所定の目標温度となるように圧縮機１およびポンプ５の運転を制御するとともに、運転条件や運転状況等の各種情報を表示部８で表示する。
【００１６】
また、コントローラ６は、図２に示す整流回路２２、平滑コンデンサ２３、インバータ２４、電流トランス２５，２６，２７、主制御部４０、およびセンサレス・ベクトル制御部５０を含む。
【００１７】
整流回路２２は、商用交流電源２１の交流電圧をダイオードブリッジにより全波整流する。平滑コンデンサ２３は、整流回路２２の出力電圧を整流する。インバータ２４は、還流用のダイオードがそれぞれ逆並列接続されたＵ相用の一対のスイッチング素子Ｔｕａ，Ｔｕｂの直列回路、還流用のダイオードがそれぞれ逆並列接続されたＶ相用の一対のスイッチング素子Ｔｖａ，Ｔｖｂの直列回路、還流用のダイオードがそれぞれ逆並列接続されたＷ相用の一対のスイッチング素子Ｔｗａ，Ｔｗｂの直列回路を有し、各スイッチング素子のオン，オフスイッチングにより、平滑コンデンサ２３の電圧（直流電圧）を所定周波数の交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、その交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをスイッチング素子Ｔｕａ，Ｔｕｂの相互接続点、スイッチング素子Ｔｖａ，Ｔｖｂの相互接続点、スイッチング素子Ｔｗａ，Ｔｗｂの相互接続点から永久磁石同期モータ１Ｍへの駆動電圧として出力する。
【００１８】
永久磁石同期モータ１Ｍは、複数の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有するステータ（電機子）３１、および複数たとえば４つの永久磁石を４極として埋設したロータ（回転子）３２を有する。この永久磁石同期モータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗがインバータ２４の出力端に接続される。
【００１９】
電流トランス２５，２６，２７は、インバータ２４と永久磁石同期モータ１Ｍとの間の各相通電ラインに流れる電流を検知する。
【００２０】
主制御部４０は、温度センサ１２の検知温度ｔと操作部７の操作による設定温度ｔｓとの差を永久磁石同期モータ１Ｍの負荷として検出するとともに、その検出負荷に応じて永久磁石同期モータ１Ｍの目標速度ωrefを設定する。
【００２１】
また、主制御部４０は、センサレス・ベクトル制御部５０との連係による主要な機能として、次の（１）〜（３）の手段を有する。  
（１）永久磁石同期モータ１Ｍの起動に際し、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が設定値以上の場合（高負荷状態）、インバータ２４の出力電圧（駆動電圧）Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに高周波電圧を重畳し、この重畳により永久磁石同期モータ１Ｍに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じてインバータ２４のスイッチングを制御することにより永久磁石同期モータ１Ｍを起動するとともに、この起動が完了しない場合に前記高周波電圧の周波数を低減してその起動を繰り返す第１制御手段。
【００２２】
（２）上記第１制御手段による前記モータの起動後、永久磁石同期モータ１Ｍの巻線に流れる電流を上記電流トランス２５，２６，２７の出力から検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じてインバータ２４のスイッチングを制御する第２制御手段。
【００２３】
（３）永久磁石同期モータ１Ｍの起動に際し、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が上記設定値未満の場合、初期位置決めおよび強制転流により永久磁石同期モータ１Ｍを起動し、永久磁石同期モータ１Ｍの相巻線に流れる電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ位置を検出し、このロータ位置に応じてインバータ２４のスイッチングを制御する第３制御手段。
【００２４】
センサレス・ベクトル制御部５０は、電流検出部５１、高周波重畳制御部５２、第１速度推定演算部５３，第２速度推定演算部５４、選択部５５、積分部５６、減算部５７、速度制御部５８、演算部５９、減算部６０，６１、電流制御部６２，６３、加算部６４，６５、ＰＷＭ信号生成部６６を備える。
【００２５】
電流検出部５１は、電流トランス２５，２６，２７の検知電流から、永久磁石同期モータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流（通常のモータ駆動電流）を捕らえ、捕らえ電流に基づき、永久磁石同期モータ１Ｍにおけるロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標およびトルク軸（ｑ軸）座標にそれぞれ換算された界磁成分電流（ｄ軸電流ともいう）Ｉｄおよびトルク成分電流（ｑ軸電流ともいう）Ｉｑを検出する。また、電流検出部５１は、電流トランス２５，２６，２７の検知電流のうち、上記高周波電圧の重畳によって永久磁石同期モータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる高周波電流を検出する。
【００２６】
高周波重畳制御部５２は、インバータ２４から永久磁石同期モータ１Ｍへの駆動電圧に重畳するための高周波電圧Ｖｈの界磁成分（ｄ軸成分）Ｖｄｈとトルク成分（ｑ軸成分）Ｖｑｈを生成し、それを加算部６４，６５に供給する。具体的には、インバータ２４をスイッチングするためのＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号をＰＷＭ信号生成部６６から取込み、取込んだキャリア信号の周期に合せた割込み処理により、その割込み処理の実行間隔に対応する周期たとえば１／３周期（１２０度位相）の高周波電圧Ｖｈ（界磁成分Ｖｄｈとトルク成分Ｖｑｈ）を生成し、それを加算部６４，６５に供給する。また、高周波重畳制御部５２は、生成する高周波電圧Ｖｈ（界磁成分Ｖｄｈとトルク成分Ｖｑｈ）の周波数を低減する場合、その周波数低減を上記割込み処理の間引きにより行う。
【００２７】
第１速度推定演算部５３は、電流検出部５１で検出される高周波電流に基づいて上記高周波電圧Ｖｈの重畳に関する高周波重畳法の評価指標HYOを求め、この評価指標HYOを比例・積分（ＰＩ）制御演算することにより永久磁石同期モータ１Ｍのロータ速度ωest1を推定する。
【００２８】
第２速度推定演算部５４は、電流検出部５１で検出される通常のモータ駆動電流における界磁成分電流Ｉｄとトルク成分電流Ｉｑを用いる演算により、永久磁石同期モータ２０のロータ速度ωest2を推定する。
【００２９】
選択部５５は、第１速度推定演算部５３の推定ロータ速度ωest1および第２速度推定演算部５４の推定ロータ速度ωest2を取込み、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が設定値以上の場合は推定ロータ速度ωest1を推定ロータ速度ωestとして選択出力し、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が上記設定値未満の場合は第２速度推定演算部５４の推定ロータ速度ωest2を推定ロータ速度ωestとして選択出力する。
【００３０】
積分部５６は、選択部５５から出力される推定ロータ速度ωestを積分することにより、ロータ位置θestを検出する。この検出ロータ位置θestは、電流検出部５１およびＰＷＭ信号生成部６６に供給される。減算部５７は、目標速度ωrefから推定ロータ速度ωestを減算することにより、目標速度ωrefと推定ロータ速度ωestとの速度偏差を得る。
【００３１】
速度制御部５８は、減算部５７で得られた速度偏差を比例・積分制御（ＰＩ制御）演算することにより、トルク成分電流Ｉｑの目標値Ｉｑrefを求める。演算部５９は、トルク成分電流Ｉｑの目標値Ｉｑrefから界磁成分電流Ｉｄの目標値Ｉｄrefを求める。減算部６０は、目標値Ｉｄrefから界磁成分電流Ｉｄを減算することにより、目標値Ｉｄrefと界磁成分電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを得る。減算部６１は、目標値Ｉｑrefからトルク成分電流Ｉｑを減算することにより、目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを得る。
【００３２】
電流制御部６２は、偏差ΔＩｄの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、永久磁石同期モータ１Ｍにおけるロータ軸上のｄ軸座標に換算した界磁成分電圧Ｖｄを求める。電流制御部６３は、偏差ΔＩｑの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、永久磁石同期モータ１Ｍにおけるロータ軸上のｑ軸座標に換算したトルク成分電圧Ｖｑを求める。
【００３３】
ＰＷＭ信号生成部６６は、界磁成分電圧Ｖｄ、トルク成分電圧Ｖｑ、および推定ロータ位置θestに応じて、インバータ２４に対するスイッチング用のパルス幅変調信号(ＰＷＭ信号という)を生成する。このＰＷＭ信号により、インバータ２４の各スイッチング素子がオン，オフ動作し、永久磁石同期モータ１Ｍの各相巻線に対する駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗがインバータ２４から出力される。
【００３４】
つぎに、主制御部４０およびセンサレス・ベクトル制御部５０が実行する制御を図３のフローチャートを参照しながら説明する。  
永久磁石同期モータ１Ｍの起動に際し（ステップＳ１のＹＥＳ）、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が設定値以上と高い場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、高周波電圧の重畳による起動いわゆる高周波重畳制御を実行する。
【００３５】
すなわち、高周波重畳制御では、起動の繰り返し回数Ｎが“０”である場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、インバータ２４から所定周波数の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力させるとともにその駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに初期周波数ｆ３の高周波電圧Ｖｈを重畳し、この重畳により永久磁石同期モータ１Ｍに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ速度ωest1を推定しかつロータ位置θestを検出し、この推定ロータ速度ωest1および検出ロータ位置θestに応じてインバータ２４のスイッチングを制御することにより永久磁石同期モータ１Ｍを起動する（ステップＳ４）。駆動電圧Ｖｕの波形、およびその駆動電圧Ｖｕに重畳される初期周波数ｆ３の高周波電圧Ｖｈの波形を図４に示す。
【００３６】
推定ロータ速度ωest1が所定値に達した場合、起動が完了したと判定の下に（ステップＳ５のＹＥＳ）、繰り返し回数Ｎを“０”にクリアする（ステップＳ６；Ｎ＝０）。そして、高周波電圧の重畳による起動から、誘起電圧に応じたスイッチング制御に移行する（ステップＳ１２）。
【００３７】
誘起電圧に応じたスイッチング制御とは、第２速度推定演算部５４の出力するロータ速度ωest2の推定値を用いた駆動制御であり、永久磁石同期モータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ速度ωest2を推定しかつロータ位置を検出し、この推定ロータ速度ωest2および検出ロータ位置θestに応じてインバータ２４のスイッチングを制御することである。
【００３８】
その後、操作部７で停止操作があった場合（ステップＳ１３のＹＥＳ）、インバータ２４のスイッチングを停止する（ステップＳ１４）。
【００３９】
ただし、起動の開始から一定時間（例えば１０秒〜１５秒）が経過したにもかかわらず推定ロータ速度ωest1が所定値に達しない場合は、起動が完了しないとの判定の下に（ステップＳ５のＮＯ）、繰り返し回数Ｎを“１”アップし（ステップＳ７；Ｎ＝１）、ステップＳ３の判定に戻る。
【００４０】
繰り返し回数Ｎが“１”の場合（ステップＳ３のＮＯ、ステップＳ８のＹＥＳ）、初期周波数ｆ３より低い周波数ｆ２の高周波電圧Ｖｈを重畳し、この重畳により永久磁石同期モータ１Ｍに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ速度ωest1を推定しかつロータ位置θestを検出し、この推定ロータ速度ωestおよび検出ロータ位置θestに応じてインバータ２４のスイッチングを制御することにより永久磁石同期モータ１Ｍを再起動（リトライ）する（ステップＳ９）。駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのうち、駆動電圧Ｖｕの波形と、その駆動電圧Ｖｕに重畳される周波数ｆ２の高周波電圧Ｖｈの波形を図５に示す。
【００４１】
大きな電流が流れる高負荷状態での起動では、永久磁石同期モータ１Ｍの逆突極比がロータ鉄心の磁気飽和の影響で低下する傾向があることから、高周波電圧Ｖｈを重畳しても、高周波電流の波形が鈍ってその高周波電流を的確に検出できないことがある。その結果、ロータ速度推定とロータ位置検出の精度が低下し、起動に失敗する可能性がある。
【００４２】
そこで、本実施形態では、起動が完了しない場合、重畳する高周波電圧Ｖｈの周波数をｆ３からｆ２に低減し、高周波電流の波形が鈍らないようにしてその高周波電流を的確に検出できるようにしている。
【００４３】
なお、高周波電圧Ｖｈの周波数をｆ３からｆ２に低減すると、ロータ速度ωest1の推定およびロータ位置θestの検出に要する時間が長くなり、起動制御の応答性が低下してしまうことになるが、それよりも、高周波電流の検出を的確にしてロータ速度推定とロータ位置検出の精度向上を図り、ひいては起動の確実性を高めるようにしている。
【００４４】
ここで、高周波重畳制御部５２による高周波電圧Ｖｈの生成をＰＷＭ信号生成部６６によるＰＷＭ信号の生成と共に図６を参照しながら説明する。
【００４５】
ＰＷＭ信号生成部６６は、三角波状のキャリア信号とトルク成分電圧Ｖｑとの電圧比較により、インバータ２４のスイッチング素子Ｔｕａ，Ｔｕｂをオン，オフするためのＰＷＭ信号Ｅｕａ，Ｅｕｂ、スイッチング素子Ｔｖａ，Ｔｖｂをオン，オフするためのＰＷＭ信号Ｅｖａ，Ｅｖｂ、スイッチング素子Ｔｗａ，Ｔｗｂをオン，オフするためのＰＷＭ信号Ｅｗａ，Ｅｗｂを生成する。
【００４６】
高周波重畳制御部５２は、これらＰＷＭ信号Ｅｕａ，Ｅｕｂ，Ｅｖａ，Ｅｖｂ，Ｅｗａ，Ｅｗｂの生成に用いるキャリア信号をＰＷＭ信号生成部６６から取込み、取込んだキャリア信号の周期に合せた割込み処理により、その割込み処理の実行間隔に対応する周期の高周波電圧Ｖｈ（界磁成分Ｖｄｈとトルク成分Ｖｑｈ）を生成する。
【００４７】
割込み処理として、３つの割込み処理パターンＡ，Ｂ，Ｃを選択自在に用意している。割込み処理パターンＡは、割込み処理をキャリア信号の１周期ごとに実行するもので、初期周波数ｆ３の高周波電圧Ｖｈを生成する。割込み処理パターンＢは、割込み処理をキャリア信号の２周期ごとに実行するもので、割込み処理を割込み処理パターンＡの場合の半分の回数に間引くことで、周波数ｆ２（＜ｆ３）の高周波電圧Ｖｈを生成する。割込み処理パターンＣは、割込み処理をキャリア信号の３周期ごとに実行するもので、割込み処理を割込み処理パターンＡの場合の１／３の回数に間引くことで、周波数ｆ１（＜ｆ２）の高周波電圧Ｖｈを生成する。
【００４８】
上記再起動によって推定ロータ速度ωest1が所定値に達した場合、起動が完了したとの判定の下に（ステップＳ５のＹＥＳ）、繰り返し回数Ｎを“０”にクリアする（ステップＳ６；Ｎ＝０）。そして、高周波電圧の重畳による起動から、誘起電圧に応じたスイッチング制御に移行する（ステップＳ１２）。
【００４９】
ただし、再起動の開始から一定時間が経過したにもかかわらず推定ロータ速度ωest1が所定値に達しない場合は、起動が完了しないとの判定の下に（ステップＳ５のＮＯ）、繰り返し回数Ｎを“１”アップし（ステップＳ７；Ｎ＝２）、ステップＳ３の判定に戻る。
【００５０】
繰り返し回数Ｎが“２”の場合（ステップＳ３のＮＯ、ステップＳ８のＮＯ、ステップＳ１０のＹＥＳ）、周波数ｆ２より低い周波数ｆ１の高周波電圧Ｖｈを重畳し、この重畳により永久磁石同期モータ１Ｍに流れる高周波電流を検出し、この検出電流から永久磁石同期モータ１Ｍのロータ速度ωest1を推定しかつロータ位置θestを検出し、この推定ロータ速度ωest1および検出ロータ位置θestに応じてインバータ２４のスイッチングを制御することにより永久磁石同期モータ１Ｍを再々起動する（ステップＳ１１）。
【００５１】
この２回目の再起動によって推定ロータ速度ωest1が所定値に達した場合、起動が完了したとの判定の下に（ステップＳ５のＹＥＳ）、繰り返し回数Ｎをクリアして“０”とする（ステップＳ６；Ｎ＝０）。そして、高周波電圧の重畳による起動から、誘起電圧に応じたスイッチング制御に移行する（ステップＳ１２）。
【００５２】
ただし、２回目の再起動の開始から一定時間が経過したにもかかわらず推定ロータ速度ωest1が所定値に達しない場合は、起動が完了しないとの判定の下に（ステップＳ５のＮＯ）、繰り返し回数Ｎを“１”アップし（ステップＳ７；Ｎ＝３）、ステップＳ３の判定に戻る。
【００５３】
繰り返し回数Ｎが“３”の場合（ステップＳ３のＮＯ、ステップＳ８のＮＯ、ステップＳ１０のＮＯ）、異常の旨を表示部８の表示により報知し（ステップＳ１５）、かつ繰り返し回数Ｎを“０”にクリアする（ステップＳ１６；Ｎ＝０）。そして、インバータ２４のスイッチングを停止して、高周波電圧の重畳による起動を停止する（ステップＳ１４）。
【００５４】
以上のように、初期周波数ｆ３の高周波電圧Ｖｈを駆動電圧に重畳して起動を行い、起動が完了しない場合は高周波電圧Ｖｈの周波数を低減して再起動を行うことにより、高周波電流を検出し難い高負荷状態であっても、永久磁石同期モータ１Ｍを確実に起動することができる。
【００５５】
高周波電圧Ｖｈを重畳して起動を行った場合の界磁成分電流Ｉｄ、トルク成分電流Ｉｑ、永久磁石同期モータ１Ｍの実ロータ速度ωの変化を図７に示す。起動開始からトルク成分電流Ｉｑおよび実ロータ速度ωが上昇していき、誘起電圧に応じたスイッチング制御への移行に伴い、界磁成分電流Ｉｄが減少していく。高周波電圧Ｖｈの重畳による起動の場合、起動に必要な電流は主にトルク成分電流Ｉｑだけなので、インバータ２４におけるスイッチング素子等のいわゆるパワーデバイスやパワーモジュールの寿命を延ばせる効果がある。
【００５６】
２回目の再起動によっても起動が完了しない場合は、異常の旨を報知してインバータ２４のスイッチングを停止するので、異常の原因の究明および解除をメーカー等の保守サービスに依頼できるとともに、異常のままスイッチングが続くことによる電気部品の破壊等を回避することができる。
【００５７】
一方、永久磁石同期モータ１Ｍの起動に際し（ステップＳ１のＹＥＳ）、永久磁石同期モータ１Ｍの負荷が設定値未満の場合（ステップＳ２のＮＯ）、初期位置決めおよび強制転流による起動を行う。
【００５８】
すなわち、各相巻線を励磁してロータ３２を指定の位置（角度）まで回動させる初期位置決めを行い、続いて界磁成分電流Ｉｄの印加による強制転流を行うことにより、永久磁石同期モータ１Ｍを起動する。そして、誘起電圧に応じたスイッチング制御により、界磁成分電流Ｉｄを低減しながら、トルク成分電流Ｉｑを増やしていく。この場合の界磁成分電流Ｉｄ、トルク成分電流Ｉｑ、実ロータ速度ωの変化を図８に示す。
【００５９】
［変形例］  
上記実施形態では、温度センサ１２の検知温度ｔと設定温度ｔｓとの差を永久磁石同期モータ１Ｍの負荷として検出したが、その温度差に加え、圧縮機１の吐出冷媒圧力と吸込み冷媒圧力との差についても、負荷として検出する構成としてもよい。ヒートポンプ式冷凍サイクルに充填される冷媒が例えばCO2冷媒である場合、そのCO2冷媒はR410A冷媒に比べて３倍〜４倍の圧力を有することから、起動時に圧縮機１の吐出冷媒圧力と吸込み冷媒圧力との差が大きくなる傾向がある。またR410A冷媒を用いた場合でも、圧縮機１の停止時に密閉ケース内の冷媒が液化して溜まり込むいわゆる寝込み現象が生じることがあり、その場合は起動時に圧縮機１の吐出冷媒圧力と吸込み冷媒圧力との差が大きくなる。
【００６０】
上記実施形態では、高周波電圧Ｖｈの重畳による起動を高負荷状態で行い、高負荷状態でない場合は初期位置決めおよび強制転流による起動を行う構成としたが、高周波電圧Ｖｈの重畳は周期的な騒音を生じることがあるので、高周波電圧Ｖｈの重畳による起動は高負荷状態で、しかも夜間（たとえば２０：００〜６：００）または深夜（２２：００〜４：００）の時間帯、を除く時間帯であることを条件として行い、夜間や深夜時間帯では初期位置決めおよび強制転流による起動を行う構成としてもよい。
【００６１】
上記実施形態において、第１速度推定演算部５３の評価指標HYOに対する比例・積分（ＰＩ）制御演算の制御ゲインを調整可能な制御パラメータとして定め、その制御パラメータをコントローラ６に対する外部からのデータ入力によって調整し得る構成としてもよい。この制御パラメータを圧縮機１の設置場所や環境に応じて適宜に調整することにより、永久磁石同期モータ１Ｍの特性や負荷の種類などに応じた最適な起動が可能となる。
【００６２】
その他、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１…圧縮機、１Ｍ…永久磁石同期モータ、２…水熱交換器、３…膨張弁、４…空気熱交換器、５…ポンプ、６…コントローラ、７…操作部、８…表示部、１１…貯湯タンク、１２…温度センサ、２２…整流回路、２３…平滑コンデンサ、２４…インバータ、２５，２６，２７…電流トランス、３１…ステータ、３２…ロータ、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…相巻線、４０…主制御部、５０…センサレス・ベクトル制御部、５１…電流検出部、５２…高周波時重畳制御部、５３…第１速度推定演算部，５４…第２速度推定演算部、５５…選択部、５６…積分部、５７…減算部、５８…速度制御部、５９…演算部、６０，６１…減算部、６２，６３…電流制御部、６４，６５…加算部、６６…ＰＷＭ信号生成部
【図１】
2015154703.tif 000003
【図２】
2015154703.tif 000004
【図３】
2015154703.tif 000005
【図４】
2015154703.tif 000006
【図５】
2015154703.tif 000007
【図６】
2015154703.tif 000008
【図７】
2015154703.tif 000009
【図８】
2015154703.tif 000010