(57)【要約】【課題】パラメータ誤差を見込んだ回転数−電流進角特性をモータ個々に適した回転数−電流進角特性とする事により回転数範囲の制限を解消し効率を向上すること。【解決手段】モータトルク推定部２１によりモータ入力電力検出部２０で検出したモータ入力電力とモータ４の実回転数からモータ駆動トルクを推定し、進角値推定指令部２２により推定モータ駆動トルクと実際のモータ回転数と現在の直流電圧とモータパラメータからモータ駆動に必要な電流進角値を推定しその値を総合制御部６へ指令し、その電流進角値によりモータを駆動した場合のモータの実回転数と目標回転数の差異に従い進角特性変更部２３により回転数−電流進角特性を更新する事により、モータ個々に最適な回転数−電流進角特性を決定する。【選択図】図１
2008125246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を任意の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部と前記コンバータ部を制御する総合制御部と、前記インバータ部により駆動されるモータにより構成されるモータ制御装置に関して、前記モータへの入力電力を検出するモータ入力電力検出部と、前記モータ入力電力検出部で求めたモータ入力電力と前記モータの回転数からモータ駆動トルクを推定するモータトルク推定部と、前記モータトルク推定部で推定した前記モータ駆動トルクと前記コンバータ部が出力している直流電圧値と現在の回転数からモータ駆動に必要な電流進角値を推定し前記総合制御部に電流進角値の変更を指令する進角値推定指令部と、前記総合制御部が前記進角値推定指令部の指示に従い電流進角値を変更し前記モータの駆動を実施した結果前記モータの回転数が目標回転数を下回る場合は、最大進角を増加させる方向で回転数−電流進角特性の変更を実施する進角特性変更部とを備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記進角特性変更部は、前記総合制御部が、前記進角値推定指令部の指示に従い、前記電流進角値を変更した場合においても前記モータの回転数が目標回転数に維持できる場合は、前記最大進角を減少させる方向で前記回転数−電流進角特性の変更を実施する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記進角特性変更部は、前記回転数−電流進角特性を変更した場合、都度、前記回転数−電流進角特性を不揮発性の記憶部に格納する請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記進角値推定指令部は、弱め界磁領域でのみ進角変更処理を実施する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記交流電源の入力電流値をもって、モータへの入力電力とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータへの通電電流位相の基準の検出方法が、前記モータへの印加電圧とモータ電流およびモータパラメータを用いた回転位相の推定に基づくものである請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータへの印加電圧とモータ電流とから前記モータの入力電力を算出する請求項６に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調機の圧縮機などの動力源となるモータを、広い運転範囲で高効率に駆動するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ制御装置では、交流電圧を印加するだけで駆動できる誘導モータから、回転子に永久磁石を内蔵するいわゆるＩＰＭ構造にすることにより、リラクタンストルクも利用することにより高効率化してきたブラシレスＤＣモータまで適用されている。
【０００３】
また、ＩＰＭモータは、電流位相を進めることにより弱め界磁駆動を効率よく行うことも可能であり、電源電圧よりも発電電圧が高い場合においても駆動することが可能になり、広い運転範囲を実現することができる。このＩＰＭモータを空調機の密閉型圧縮機の駆動源として利用するには、永久磁石の回転位相を、検出器を用いずに適切に行うことが必要になる。
【０００４】
回転位相を検出器なしで検出する方法として、従来はモータの固定子への通電を短期間休止して、端子に現れるモータ回転の誘起電圧を検出する方法が採用されていた。しかしながら、弱め界磁駆動を行うと、非通電期間を設けても、モータのインダクタンスにより電流が引き続き流れてしまい、大きな弱め界磁を行うことが困難であった。
【０００５】
これに対し、モータへの通電を、非通電期間を設けることなく正弦波状にして、そのときの電圧と電流の関係から、永久磁石回転子の回転位相を推定して駆動する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、非特許文献１では、回転座標軸上で電圧と電流の関係をモデルと比較し、モデルとの誤差が少なくなるように駆動することにより、結果として、回転位相検出ができている駆動方法がある。また、特許文献１では、固定座標軸上での電圧と電流との関係を用いている。
【特許文献１】特許第３４１９７２５号公報
【非特許文献１】竹下、野村、松井「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御」電気学会  論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１１５−Ｄ、Ｎｏ．４  １９９５年４月１日  Ｐ．４２０−４２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、個々のモータのパラメータをモデルとして、実際の電圧と電流の情報とのずれが解消されていれば、適正に回転位相検出ができているとしているものなので、個々のモータのパラメータが正確に把握できていることが必要条件になる。もし、モデルに用いるモータパラメータが実際のパラメータとずれていると検出される回転位相に誤差を生じることになる。
【０００８】
この検出される回転位相の誤差の影響は、電流と誘起電圧の有効分の比率が増加すると大きくなる。つまり、弱め界磁制御を行っているときに、誤差の影響が非常に大きくなる。このため、個々のモータのパラメータ変動分を見越して、電流位相を進める限界（以降は最大進角値）に余裕を持たせておく必要がある。
【０００９】
ところが、余裕を持たせる目的で最大進角値を下げると、駆動できる最高回転数が低下してしまい、駆動範囲が狭まってしまうという課題を有していた。加えて、このような状況で駆動範囲を確保するには、駆動するための電源電圧を上げる、あるいは、モータの発電定数を下げるなどの、効率低下や部品のコストアップを必要とする手法をとらざるを得ないという課題も有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、個々のモータのパラメータがばらついた場合においても、個々のモータに適した回転数−電流進角特性を再設定する事により、広い運転範囲を効率よく確保できるモータ制御装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、商用電源を任意の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部と前記コンバータ部を制御する総合制御部と、前記インバータ部により駆動されるモータにより構成されるモータ制御装置に関して、前記モータへの入力電力を検出するモータ入力電力検出部と、前記モータ入力電力検出部で求めたモータ入力電力と前記モータの回転数からモータ駆動トルクを推定するモータトルク推定部と、前記モータトルク推定部で推定した前記モータ駆動トルクと前記コンバータ部が出力している直流電圧値と現在の回転数からモータ駆動に必要な電流進角値を推定し前記総合制御部に電流進角値の変更を指令する進角値推定指令部と、前記総合制御部が前記進角値推定指令部の指示に従い電流進角値を変更し前記モータの駆動を実施した結果前記モータの回転数が目標回転数を下回る場合は、最大進角を増加させる方向で回転数−電流進角特性の変更を実施する進角特性変更部とを備えたものである。
【００１２】
これによって、実際のモータとモデルとのパラメータずれにより、本来目標回転数が維持できる条件において目標回転数が維持できない場合は、そのモータに対しては最大進角を大きくする方向で回転数−電流進角特性の再設定ができるので、進角不足により所望の回転数で駆動できなくなる状態も回避でき、広い運転範囲を確保することができる。
【００１３】
また、進角操作を実施する運転において目標回転数が維持できる場合には、目標回転数が維持できなくなる直前まで最大進角を小さくする方向で回転数−電流進角特性の再設定ができるため、制御対象となるモータに対して過剰な電流進角値により回転位相検出ができなくなる状態を回避できるのと同時に無駄に進角させる事による効率の低下を防ぐ事ができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータ制御装置は、個々のモータパラメータのばらつきに対し、適切な回転数−電流進角特性を設定する事により、広い運転範囲と高効率な駆動を実現する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、商用電源を任意の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部と前記コンバータ部を制御する総合制御部と、前記インバータ部により駆動されるモータにより構成されるモータ制御装置に関して、前記モータへの入力電力を検出するモータ入力電力検出部と、前記モータ入力電力検出部で求めたモータ入力電力と前記モータの回転数からモータ駆動トルクを推定するモータトルク推定部と、前記モータトルク推定部で推定した前記モータ駆動トルクと前記コンバータ部が出力している直流電圧値と現在の回転数からモータ駆動に必要な電流進角値を推定し前記総合制御部に電流進角値の変更を指令する進角値推定指令部と、前記総合制御部が前記進角値推定指令部の指示に従い電流進角値を変更し前記モー
タの駆動を実施した結果前記モータの回転数が目標回転数を下回る場合は、最大進角を増加させる方向で回転数−電流進角特性の変更を実施する進角特性変更部とを備えたものである。
【００１６】
これにより、実際のモータと制御系が持つモデルとのパラメータずれにより、本来目標回転数が維持できる条件において目標回転数が維持できない場合は、対象となるモータに対して最大進角を引き上げる事が可能であるため、目標回転数が維持できる電流進角値まで引き上げると同時に、その電流進角値の変更を反映させた回転数−電流進角特性に更新する事で、進角不足により所望の回転数で駆動できなくなる状態が回避でき、広い運転範囲を確保することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明の場合とは逆にモータパラメータがずれている時に適用できるものであり、商用電源を任意の直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ部と、インバータ部とコンバータ部を制御する総合制御部と、インバータ部により駆動されるモータにより構成されるモータ制御装置に関して、モータへの入力電力を検出するモータ入力電力検出部と、モータ入力電力検出部で求めたモータ入力電力とモータの回転数からモータ駆動トルクを推定するモータトルク推定部と、モータトルク推定部で推定したモータ駆動トルクと現在のコンバータ部が出力している直流電圧値とモータ回転数からモータ駆動に必要な電流進角値を推定しその電流進角値への変更を総合制御部に指令する進角値推定指令部と、総合制御部が進角値推定指令部の指示に従い電流進角値を変更しモータを駆動した結果モータの回転数が目標回転数を維持できる場合は、目標回転数が維持できなくなる直前まで最大進角を引き下げると同時に、その電流進角値の変更を反映させた回転数−電流進角特性に更新するものである。
【００１８】
これにより、モータが持つ特性に対し必要以上に進角させる事による効率の低下を回避でき、弱め界磁領域において高効率な運転を実現することができる。
【００１９】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の回路構成図、図２はコンバータ部２及びインバータ部３の回路構成の一例を示す回路構成図、図３は進角調整装置２５の動作を説明するフローチャート、図４は進角調整装置２５の指示を受けた場合の総合制御部６が行う処理を説明するフローチャートである。
【００２１】
図１において、コンバータ部２は、交流電源１を任意の直流電圧に変換する。インバータ部３は、交流電源１からの直流電圧を任意の電圧及び周波数に変換する。電流センサ５は、モータ４に流れる電流を検出する。総合制御部６は、コンバータ２及びインバータ３を制御する。
【００２２】
モータ入力電力検出部２０は、総合制御部６がモータ制御に使用しているデータからモータ入力電力を算出する。モータトルク推定部２１は、モータ入力電力検出部２０の出力であるモータ入力電力と、総合制御部６がモータ制御に使用しているモータ４の実回転数とからモータ駆動トルクを推定する。
【００２３】
進角値推定指令部２２は、モータトルク推定部２１の出力であるモータ駆動トルクと、コンバータ部２の出力電圧とモータパラメータとから必要な電流進角値を推定し、その推定結果を総合制御部６に電流進角指令値として出力する。進角特性変更部２３は、進角調整を実施後その決定した進角値を反映させた回転数−電流進角特性を再設定する。記憶部
２４は、進角特性変更部２３が変更した回転数−電流進角特性を記憶する。
【００２４】
また、モータ入力電力検出部２０とモータトルク推定部２１と進角値推定指令部２２と進角特性変更部２３と記憶部２４とにより、進角調整装置２５が構成されている。
【００２５】
次に、図２によりコンバータ部２の回路構成の一例を説明する。ブリッジ整流回路７は、交流電源１からの交流電圧を整流し直流電圧とする。そこで得られた直流を元にリアクタ８、スイッチ１３、ダイオード１０及び電解コンデンサ１２の回路を総合制御部６が制御する事により所望の直流電圧を得ている。
【００２６】
ここで、入力電力の推定について説明する。統合制御部６が、電流検出器９により検出された入力電流の値と、電圧検出器１１により検出されたコンバータ部２からの直流電源の電圧値とを、時々刻々積和することにより平均入力電力が得られる。ここで入力電力とモータ出力とは下記の関係がある。
【００２７】
入力電力＝回路効率×モータ効率×モータ回転数×モータ駆動トルク
ここで、回路効率やモータ効率は、制御が多少乱れても、あまり大きく変化しないため、入力電力からモータ駆動トルクの概略値を推定することが可能となる。
【００２８】
以下、図３に示されるフローチャートを用いて、進角調整装置２５が、接続されたモータ４に対して、最適な電流進角値を決定していく手順を説明する。
【００２９】
ステップ１では、現在の回転数が高回転かどうか、つまり弱め界磁制御を使用中か否かを判断する。弱め界磁制御を使っていない状況である場合は処理を終了し、弱め界磁制御を使っている場合はステップ２へ進む。ステップ２では、モータの入力電力を計算しステップ３へ進む。
【００３０】
ステップ３では、ステップ２で得られた入力電力と現在のモータ回転数からモータ駆動トルクを推定しステップ４へ進む。ステップ４では、ステップ３で得られたモータ駆動トルクと現在のコンバータ部が出力している直流電圧とモータ回転数とモータパラメータから必要な電流進角値を推定しステップ５へ進む。
【００３１】
ステップ５では、現在の電流進角値とステップ４で推定した電流進角値が異なるかどうかを判断する。異なる場合はステップ６へ進み、同一である場合は処理を終了する。ステップ６では、総合制御部６に推定した電流進角値を指令値として出力しステップ７へ進む。
【００３２】
ステップ７では、電流進角値の変更が完了したかどうかを確認し、完了している場合はステップ８へ進む。ステップ８ではモータの実回転数が目標回転数に維持されているかどうかを判断する。電流進角値を変更した事によりモータの実回転数が目標回転数を下回る場合はステップ９へ進み、そうでない場合はステップ１１へ進む。
【００３３】
ステップ９では、現在の電流進角値を予め定められた値だけ増加させ、増加させた電流進角値を指令値として総合制御部６へ出力しステップ１０へ進む。ステップ１０では総合制御部６が電流進角値を増加させて制御を行った結果、モータ４の実回転数が目標回転数以上となったかどうかを判断する。モータの実回転数が目標回転数以上となった場合はステップ１４へ進み、そうでない場合は再度ステップ９へ戻り電流進角値を増加させる。
【００３４】
一方、電流進角値を変更した場合においてもモータの実回転数が目標回転数に維持されている場合は、現在の進角設定が現在の運転条件に対し余裕を持つため、ステップ１１で
電流進角値を予め定められた電流進角だけ減少させ、その値を指令値として総合制御部６へ出力しステップ１２へ進む。
【００３５】
ステップ１２では、ステップ１１の電流進角値指令により総合制御部６が電流進角値を減少させて制御を行った結果、モータの実回転数が目標回転数を下回ったかどうかを判断する。モータの実回転数が目標回転数を下回った場合はステップ１３へ進み、そうでない場合は再度ステップ１１へ戻り電流進角値を減少させる。
【００３６】
ステップ１３では、ステップ１２の処理により電流進角を下げ過ぎているため、現在の電流進角値に予め定められた電流進角だけ加え、その値を指令値として総合制御部６に指令した後ステップ１４へ進む。ステップ１４では回転数−電流進角特性を今回変更した電流進角の値を反映させたものに更新しステップ１５へ進む。ステップ１５では、更新した回転数−電流進角特性を記憶部２４に格納し処理を終了する。
【００３７】
次に、図４に示されるフローチャートを用いて、進角調整装置２４から指令を受けた場合の総合制御部６の処理内容を説明する。
【００３８】
ステップ１では、進角調整装置２５から電流進角値の指令が出ているか否かを判断する。電流進角指令値が出ている場合はステップ２へ進み出ていない場合は処理を終了する。ステップ２では、進角調整装置２５からの指令に従い電流進角値を変更しステップ３へ進む。
【００３９】
ステップ３では、再度進角調整装置２５から電流進角値の指令が出ているか否かを判断する。電流進角指令値が出ている場合はステップ４へ進み、出ていない場合はステップ５へ進む。
【００４０】
ステップ４ではステップ２と同様に進角調整装置２５からの指令に従い電流進角を変更しステップ５へ進む。ステップ５では、回転数−電流進角特性が更新されたかどうかを確認する。更新されている場合はステップ６へ進み、更新されていない場合はステップ３へ戻り、次の電流進角値の変更に備える。ステップ６では更新された回転数−電流進角特性を用いて電流進角値の再計算を実施してモータ駆動に反映させ処理を終了する。
【００４１】
なお、モータ入力電力については、交流電源１の電圧がほとんど一定である場合には、コンバータ部での変換効率及びインバータ部での変換効率も推定できるため、入力電流を電流検出器で検出することにより、推定することも可能である。
【００４２】
さらに、モータへの電流と電圧の瞬時値を時々刻々に積和演算することでモータへの入力電力を直接演算する事も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、モータパラメータ等の製造上のばらつきを考慮してマージンを含んだ形で一律に回転数−電流進角特性を設定するのではなく、個々のモータに対し最適な回転数−電流進角特性を自動的に設定できるため、モータパラメータのばらつきに起因する電流進角不足による最高回転数の低下や、過度の電流進角を与える事による弱め界磁制御中に回転位相検出が困難になる状態になることを補償する事や、弱め界磁中での電流進角量を必要十分の値に設定できる事で過度の進角を与える事による運転効率の低下を防ぐ事も可能となるので、広い運転範囲を確保できるのと同時に弱め界磁領域での運転の効率低下が防げ、駆動回路を大型化することなく、空調機などの能力可変範囲を拡大できるなどの効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の回路構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるコンバータ部及びインバータ部の回路構成の一例を示す回路構成図
【図３】本発明の実施の形態における進角調整装置の動作を説明するフローチャート
【図４】本発明の実施の形態における進角調整装置の指示を受けた場合の総合制御部の動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００４５】
１  交流電源
２  コンバータ部
３  インバータ部
４  モータ
６  総合制御部
２０  モータ入力電力検出部
２１  モータトルク推定部
２２  進角値推定指令部
２３  進角特性変更部
２４  記憶部
【図１】
2008125246.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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