(57)【要約】【課題】低速時、過負荷時にある所定の物理量によりピーク電流を低減するモータの運転制御装置を提供する。【解決手段】疑似交流電圧をブラシレスＤＣモータ１に出力する直流交流  変換手段２と、モータ１の誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段５と、直流交流変換手段２のスイッチング素子を制御するＰＷＭ制御手段３とを有するモータ駆動装置において、モータ１を駆動するインバータ回路の直流電流を検出し、モータのピーク電流値を所定値以下にするようにトルクゲインを設定するトルクゲイン設定手段を備える。【選択図】  図１
2004254442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータと、スイッチング素子を含みスイッチング素子の開閉により直流電圧をＰＷＭ信号に基づき交流電圧に変換し前記ブラシレスＤＣモータに供給する直流交流変換手段と、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、前記直流交流変換手段から直流電流を検出する直流検出手段と、前記直流電流検出手段の出力からトルクゲインを設定するトルクゲイン設定手段と、前記誘起電圧検出手段から出力される磁極位置情報と前記トルクゲイン設定手段の出力に基づいて電圧波形を出力する電圧制御手段と、前記電圧波形を前記ＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ制御手段とを有するブラシレスＤＣモータ制御装置において、回転負荷トルクの変動に応じて、所定の物理量に基づきモータのピーク電流が所定値以下になるようにトルクゲインを設定することを特徴とする、モータの運転制御装置。
【請求項２】
ブラシレスＤＣモータの負荷トルク検出手段の出力を所定の物理量とすることを特徴とする、請求項１に記載のモータの運転制御装置。
【請求項３】
ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ回路に流れる直流電流を検出し、その電流値とモータの目標とする減磁電流の差より求まる比例制御の調整量の出力を所定の物理量とすることを特徴とする、請求項１および請求項２記載のモータの運転制御装置。
【請求項４】
熱検知センサを用い、外気温度と空気調和機の熱交換器温度を検出し、その相互関係から導き出されるモータの負荷領域の出力を所定の物理量とすることを特徴とする、請求項３に記載のモータの運転制御装置。
【請求項５】
トルクゲージを用いて検出される１ピストンロータリーコンプレッサの振動値情報から導き出されるモータの負荷状態の出力を所定の物理量とすることを特徴とする、請求項３に記載のモータの運転制御装置。
【請求項６】
音検知センサを用いて検出した音情報から導き出されるモータの負荷状態の出力を所定の物理量とすることを特徴とする、請求項３に記載のモータの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷トルクが頻繁に変動するモータの運転制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータを回転数制御するモータ制御装置として、従来１２０゜通電制御の方式と、正弦波１８０゜通電制御がある。図９はその一例を示したものである。
【０００３】
同図に示すように、モータ駆動装置は、直流電圧を疑似交流電圧に変換し、ブラシレスＤＣモータ１に出力する直流交流変換手段２と、ブラシレスＤＣモータ１の回転子位置を検出する磁極位置情報７に基づいて所定の電圧波形を出力する電圧制御手段４とを備えている。ＰＷＭ制御手段３は、ブラシレスＤＣモータ１を回転数制御するための印可電圧・周波数・位相を制御するためのデューティ信号を出力する。直流交流変換手段２は、高速に開閉する６つのスイッチング素子から構成される。
【０００４】
このように、構成されたモータ駆動回路では、直流電圧は直流交流変換手段２によって周波数・位相可変の疑似交流電圧に変換されてブラシレスＤＣモータ１に出力される。ブラシレスＤＣモータ１の回転数は、直流交流変換手段２から出力される疑似交流電圧の周波数・位相（以下「インバータ周波数」という。）を変化させることにより制御される。このインバータ周波数は、ＰＷＭ制御手段３により制御される。ＰＷＭ制御手段３は直流交流変換手段２のスイッチング素子を開閉する６通りのベースパターンを出力する。それらのベースパターンによりスイッチング素子が開閉されることにより、直流交流変換手段２から出力されるインバータ周波数が制御される。
【０００５】
ブラシレスＤＣモータ１の回転数を変更するとき、ＰＷＭ制御手段３の回転位相情報に基づき、直流交流変換手段２のインバータ周波数を変化させながら、ブラシレスＤＣモータ１を回転数制御する。
【０００６】
ここで、磁極位置情報７の位相検知特性は、直流交流変換手段２の出力するインバータ周波数や、電圧振幅に依存せず、ブラシレスＤＣモータ１より発生する誘起電圧を誘起電圧検出手段５で直接検知し、ブラシレスＤＣモータ１の磁極位置を推定演算する。
【０００７】
ＰＷＭ制御手段３では、回転位相情報に基づき、６通りのベースパターンを出力する。直流交流変換手段２は、６個のスイッチング素子を有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対して、それぞれ上アームにスイッチング素子１個、下アームにスイッチング素子１個具備している。
【０００８】
従来のブラシレスＤＣモータ駆動装置によるモータ駆動においては、ブラシレスＤＣモータ１に印加される負荷トルクが小トルクのもとでは、ブラシレスＤＣモータ１は本来のトルク性能を発揮し、良好な速度制御性能と、かなりの速度脈動に対しても速度追従性がよく、十分な高速応答性を確保することが可能である。制御回路の構成とモータ運転プログラムも簡単なため、制御回路を含めたシステム全体の低コストが図れるという大きなメリットがある（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２６４２３５７号公報
【特許文献２】
特開平７−２４５９８２号公報
【特許文献３】
特開平７−３３７０７９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ブラシレスＤＣモータ１が低速領域であったり、過負荷時には、モータの騒音・振動が増加してくるため、トルクゲインを大きく設定し、振動抑制を行う。しかし、ゲインを大きくするとモータに流れる電流が増加してくる。このような状況下では駆動効率の悪化・熱の発生・パワー部品の燃損、最悪の場合は脱調し、モータ機器の破損へとつながる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決すべきなされたものであり、その目的とするところは、ブラシレスＤＣモータ１が低速領域や過負荷時に増加する騒音・振動を抑制するトルクゲインを調整し、ピーク電流を減少させ、高負荷トルク領域の使用においてもモータ本来の特性を発揮し、信頼性の高いモータ運転制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ブラシレスＤＣモータが低速領域や過負荷時では、モータを駆動するインバータ回路を流れる直流電流を検出し、モータの減磁電流の値から、目標とするモータ電流値を設定し、その値に近づくようにトルクゲインを調整し、ピーク電流の低減を行うものである。
【００１３】
また、前記トルクゲインの調整手段をブラシレスＤＣモータまたはその周辺の熱によって決定するものである。
【００１４】
また、前記トルクゲインの調整手段をブラシレスＤＣモータまたはその周辺の振動によって決定するものである。
【００１５】
また、前記トルクゲインの調整手段をブラシレスＤＣモータまたはその周辺の音によって決定するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、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、図中において従来例と同一の構成については同じ符号を用い、説明を省くこととする。
【００１７】
（実施の形態１）
図１、図２、および図９を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機に本発明を応用した実施の形態１の制御ブロック図である。
【００１９】
従来例の図９の構成に対し、直流交流変換手段２の回路を流れる直流電流検出手段８を設け、出力される直流電流値情報９に基づいてトルクゲインを調整するトルクゲイン設定手段１０を有し、そのトルクゲイン調整量１１が電圧制御手段４へとフィードバックされる。
【００２０】
トルクゲイン設定手段１０では、トルクゲイン調整量１１をモータの減磁電流値ＩＭＡＸを目標として、この目標値と直流電流検出手段８から得られる現在の電流値との差に比例するように調整する比例制御を用いる。すなわち、トルクゲイン調整量Ｇｎは、
Ｇｎ＋１＝Ｇｎ＝ＧＭＡＸ（０≦Ｉ＜Ｉａ）
Ｇｎ＋１＝Ｇｎ＋Ｋ（ＩＭＡＸ―Ｉｎ）  （Ｉａ≦Ｉ）
と表される。Ｉｎは直流電流検出手段８から得られる電流値である。
【００２１】
図２（ａ）（ｂ）のように電流の立ち上がりは、トルクゲイン調整量をＧＭＡＸで一定にさせる。そして、電流値がある傾きＩａ／Ｔ１で増加していき（Ｔ１＞Ｔ＞０、Ｉａ＞Ｉ＞０）、Ｉａに達すると、図２（ａ）のようにトルクゲイン調整量を操作し、Ｉ＝ｆ（ｔ）の関係で、電流値を調整していき、収束ポイントである時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１＞０）には、目標とする電流値ＩＭＡＸ（ＩＭＡＸ＞Ｉａ＞０、ＩＭＡＸ＝ｆ（Ｔ２））にスムーズに収束するように比例制御を行うことで、ピーク電流の増加を防ぎ、モータの振動、熱を抑え、脱調を発生することなく安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００２２】
（実施の形態２）
図３、図４および図９を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００２３】
図３は、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機に本発明を応用した実施の形態２の制御ブロック図である。
【００２４】
従来例の構成である図９に対し、熱交換器１２の温度検出手段１３と、外気温度検出手段１４を設け、各々の出力を熱交換器温度情報１５と外気温度情報１６とする。本実施例の温度検出手段１３と、外気温検出手段１４は公知のサーミスタと抵抗の分圧を用いた方式を採用している。
【００２５】
また、図４は熱交換器と外気温度の差と過負荷領域の相関図、並びに熱交換器と外気温度の差とトルクゲインの相関図である。
【００２６】
図４の（ａ）に示すように、熱交換器温度１５をＴｈ、外気温度１６をＴｏとし、その差  Ｔｈ−Ｔｏ＝Ｋｎを求め、Ｋｎが過負荷領域Ｋ４の範囲外である場合、トルクゲインを増加させていく。しかし、熱交換器温度は追従性が低いためＫｎの値毎にステップ上に増加させていく。ここでＫｎはＫ５＞Ｋ４＞Ｋ３＞Ｋ２＞Ｋ１＞０の関係で表される。そして、図４の（ｂ）に示すようにトルクゲインＧｎは初期値Ｇ０から始まり、ＫｎがＫ１までは、（Ｇ１−Ｇ０）／Ｋ１の傾きで、さらにＫ２までは、（Ｇ２−Ｇ１）／（Ｋ２−Ｋ１）の傾きで、そして、（Ｇ３−Ｇ２）／（Ｋ３−Ｋ２）の傾きでステップ制御を行い、ＧＭＡＸまで増加させる。その後、温度が上昇して、過負荷領域Ｋ４の範囲に達すると、ブラシレスＤＣモータ１の負荷が過負荷でピーク電流が増大していると判断し、トルクゲインを調整し、初期値Ｇ０に至るまで、−（Ｇ４−Ｇ５）／（Ｋ５−Ｋ４）の傾きで急激に減少させ、ピーク電流を減少させる。そして、Ｋ４を超えてＫ５に達すると、トルクゲイン量を０とする。
【００２７】
この時、ＧｎはＧ３＝Ｇ４＞Ｇ２＞Ｇ１＞Ｇ０＝Ｇ５＞０、Ｇ３＝Ｇ４＝ＧＭＡＸの関係で表される。これにより、モータ機器の破損なく、安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００２８】
（実施の形態３）
図５、図６および図９を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。
図５は、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機に本発明を応用した第３の実施の形態の制御ブロック図である。
【００２９】
従来例の構成である図９に対し、１ピストンロータリーコンプレッサー６の振動をピックアップする振動検出手段であるトルクゲージ１７を備えたものであり、振動情報１８をトルクゲイン設定手段１０にフィードバックする。
【００３０】
また、図６はモータ振動情報値とトルクゲインの相関図である。
既に述べたように、ブラシレスＤＣモータ１は低速領域であったり、過負荷状態の時にはトルクゲインを増加させ、振動を抑制する。本発明では、図６に示すように、振動の大きさをＡ５＞Ａ４＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ１＞０として、振動抑制中に、ブラシレスＤＣモータ１の振動情報１８がある値Ａ５より減少しＡ４となった場合、実施例２のようなステップ制御用い、−（ＧＭＡＸ−ＧＡ４）／（Ａ５−Ａ４）の傾きでトルクゲインを減少させる。同様に、Ａ３まで減少した場合は、−（ＧＡ４−ＧＡ３）／（Ａ４−Ａ３）の傾きで、また、Ａ２まで減少した場合は、−（ＧＡ３−ＧＡ２）／（Ａ３−Ａ２）の傾きで、そしてＡ１まで減少した場合は−（ＧＡ２−ＧＡ１）／（Ａ２−Ａ１）の傾きでトルクゲインを減少させるようにステップ制御を用いることで、トルクゲインの微調整を行い、ピーク電流を超えない、安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００３１】
【実施の形態４】
図７、図８および図９を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００３２】
図７は、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機に本発明を応用した第４の実施の形態の制御ブロック図である。
従来例の構成である図９に対し、１ピストンロータリーコンプレッサー６の音をピックアップする音検出手段である音検出センサ２１を備えたものであり、音情報２２を音質判断手段１９により音質の判断をし、その音質情報２０をトルクゲイン設定手段１０にフィードバックする。
【００３３】
実施例３に述べたように、モータが低速運転領域や過負荷状態である時に、モータの振動が増加し、モータ騒音が高くなる。ここで、モータが発する音質に着目すると、振動が大きい時には、その音質は低周波域が支配的となり、振動が小さい時には、その音質は中〜高周波域が支配的となる。
【００３４】
また、図８はトルクゲインと音質の相関図である。
前記特性から、音情報２２をローパスフィルタ、ハイパスフィルタを具備する音質判定手段１９にて、音質を判断させ、その音質が低周波域である場合、図８（ａ）に示すようにトルクゲインを増加させて振動低減させていき、音質Ｂｎが所定の値Ｂ５まで低くなるとトルクゲイン量を０とする。ここで、音質Ｂｎは、Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３＞Ｂ４＞Ｂ５＞０の関係で表される。また、その音質が高周波域である場合、図８（ｂ）に示すようにトルクゲインを減少させていき、音質Ｃｎが所定の値Ｃ５まで高くなると、トルクゲインをモータ駆動に必要なＭＩＮ値ＧＣ５として安定させる。ここで、音質Ｃｎは、Ｃ５＞Ｃ４＞Ｃ３＞Ｃ２＞Ｃ１＞０の関係で表される。以上のように、音質によるトルクゲインの調整を行うことで、効率良く、安定した１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
【００３５】
また、Ｂ５、Ｃ５に至るまでの、トルクゲインの調整法は、実施の形態２および実施の形態３に記載のステップ制御を用いて微調整を行う。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態は、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機において説明したが、他に負荷トルクが頻繁に変動するモータであれば、本発明を適用出来ることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ブラシレスＤＣモータを駆動するインバータ回路の流れる交流電流を検出し、モータが有する減磁電流から目標とする電流値を設定し、その目標値に近づくようにトルクゲインを適切に調整すれば、モータのピーク電流を低減させ、信頼性の高いモータの運転制御装置を提供することができる。
【００３８】
また、１ピストンロータリーコンプレッサを搭載した空気調和機に応用されている場合、熱交換器と外気温度との差より、ＤＣブラシレスモータの過負荷を検知し、その値に応じて、トルクゲインを適切に設定すれば、モータのピーク電流の低減させ、信頼性の高いモータの運転制御装置を提供することができる。
【００３９】
また、１ピストンロータリーコンプレッサーの振動、騒音を検知することで、トルクゲインを適切に設定し、効率良く、安定した、信頼性の高いモータの運転制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のブラシレスＤＣモータの制御ブロック図
【図２】（ａ）は実施の形態１のトルクゲイン調整量の時間変化のグラフ
（ｂ）は実施の形態１のモータに流れる電流値の時間変化のグラフ
【図３】実施の形態２の制御ブロック図
【図４】（ａ）は実施の形態２の熱交換器と外気温度の差と過負荷領域の関係のグラフ
（ｂ）は実施の形態２の熱交換器と外気温度の差とトルクゲインの関係グラフ
【図５】実施の形態３の制御ブロック図
【図６】実施の形態３の振動値とトルクゲインの関係のグラフ
【図７】実施の形態４の制御ブロック図
【図８】（ａ）は実施の形態４の低周波域での音圧とトルクゲインの関係のグラフ
（ｂ）は実施の形態４の高周波域での音圧とトルクゲインの関係のグラフ
【図９】従来のＤＣブラシレスモータの駆動制御ブロック図
【符号の説明】
１  ブラシレスＤＣモータ
２  直流交流変換手段
３  ＰＷＭ制御手段
４  電圧制御手段
５  誘起電圧検出手段
６  １ピストンロータリーコンプレッサ
７  磁極位置情報
８  直流電流検出手段
９  直流電流値情報
１０  トルクゲイン設定手段
１１  トルクゲイン調整量
１２  熱交換器
１３  温度検出手段
１４  外気温度検出手段
１５  熱交換器温度情報
１６  外気温度情報
１７  トルクゲージ
１８  振動情報
１９  音質判断手段
２０  音質情報
２１  音検出センサ
２２  音情報
【図１】
2004254442.tif 000003
【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】
2004254442.tif 000009
【図８】
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【図９】
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