(57)【要約】【課題】高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなく、負荷変動やノイズに対して頑健なモータのトルク制御装置を提供する。【解決手段】周期的な負荷トルク変動を有する圧縮機２０を駆動するブラシレスモータ１９を、マイクロプロセッサ１８で制御されるインバータ１５で駆動する。マイクロプロセッサ１８は、ブラシレスモータ１９の機械的な１回転を所定の電気角ごとに分割した複数区間に対応して、予め設定されたトルクパターンに基づいてトルク設定値を修正する。ブラシレスモータの電気角と機械角とを対応付けるためのロータの機械的位置判定において、複数区間のうちの所定の組の間で位置検出間隔の大小比較を行なう際に、位置検出間隔の差が所定条件を満たすまで、ロータの機械的位置の判定を制限することにより、判定精度が向上する。【選択図】        図１
2004194454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、
前記ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、
前記ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出して前記ロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、
前記インバータ部から前記ブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を前記インバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて前記ロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する前記区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、
前記複数の区間のうちの、組をなす所定の第１および第２の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差に基づいて、前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、
前記位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定条件を満たすまでは、前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する判定制限手段と、
前記判定手段によって、前記ロータの機械的位置が正しいと判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、
前記許可手段によって前記トルク制御が許可された後において、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と前記記憶手段に記憶された前記トルク設定パターンとに応じて各前記駆動信号パターンにおける前記印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える、モータのトルク制御装置。
【請求項２】
前記判定制限手段は、前記位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小関係が所定回数以上同一の結果となるまで、前記判定手段が前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する、請求項１記載のモータのトルク制御装置。
【請求項３】
前記判定制限手段は、前記位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定値を超えるまで、前記判定手段が前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する、請求項１記載のモータのトルク制御装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記ブラシレスモータの回転速度に応じて設定される、請求項３記載のモータのトルク制御装置。
【請求項５】
前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、前記位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小に応じて、前記ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、
前記許可手段は、前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、前記修正手段によって前記ロータの機械的位置の設定が修正された後に前記トルク制御を許可する、請求項１記載のモータのトルク制御装置。
【請求項６】
周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、
前記ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、
前記ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出して前記ロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、
前記インバータ部から前記ブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を前記インバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて前記ロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する前記区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、
前記複数の区間のうちの、所定の第１の区間および前記第１の区間の前後の区間での前記位置検出間隔から求められる第１のパラメータと、前記複数の区間のうちの、前記所定の第１の区間と組をなす所定の第２の区間および前記第２の区間の前後の区間での前記位置検出間隔から求められる第２のパラメータとの差に基づいて、前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、
前記許可手段によって前記トルク制御が許可された後において、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と前記記憶手段に記憶された前記トルク設定パターンとに応じて各前記駆動信号パターンにおける前記印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える、モータのトルク制御装置。
【請求項７】
前記第１および第２の区間は、前記複数の区間のうちの第ｉ番目および第ｊ番目の区間（ｉ，ｊ：互いに異なる自然数）であり、
前記第１のパラメータは、第（ｉ−１），ｉ，（ｉ＋１）番目の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔi-1、ＴiおよびＴi+1と任意の係数Ｋとを用いて、Ｔi＋（Ｔi-1＋Ｔi+1）／Ｋで算出され、
前記第２のパラメータは、第（ｊ−１），ｊ，（ｊ＋１）番目の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔj-1、ＴjおよびＴj+1とＫとを用いて、Ｔj＋（Ｔj-1＋Ｔj+1）／Ｋで算出される、請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項８】
前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、前記第１および第２のパラメータの大小関係に応じて、前記ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、
前記許可手段は、前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、前記修正手段によって前記ロータの機械的位置の設定が修正された後に前記トルク制御を許可する、請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記複数の区間のうちの複数の前記組での前記位置検出間隔の差に基づいて、前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する、請求項１または請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１０】
前記組をなす前記第１および第２の区間において、前記インバータ部の駆動信号パターンは同一である、請求項１または請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１１】
前記組をなす前記第１および第２の区間は、前記機械角が１８０度離れている、請求項１または請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１２】
前記組をなす前記第１および第２の区間は、前記複数の区間のうち前記位置検出期間の差が最大となる組合せに相当する、請求項１または請求項６記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１３】
周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、
前記ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、
前記ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出して前記ロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、
前記インバータ部から前記ブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を前記インバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて前記ロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する前記区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、
前記複数の区間のうちの、前記インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１から第ｍのｍ個の区間での前記位置検出間隔と、前記第１から第ｍの区間と前記機械角がそれぞれ１８０度離れた別のｍ個の区間での前記位置検出間隔とに基づいて、前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、
前記許可手段によって前記トルク制御が許可された後において、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と前記記憶手段に記憶された前記トルク設定パターンとに応じて各前記駆動信号パターンにおける前記印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える、モータのトルク制御装置。
【請求項１４】
ｍは３であり、
前記判定手段は、前記複数の区間のうちの、前記インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１、第２および第３の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔ１、Ｔ２およびＴ３と、第１、第２および第３の区間と前記機械角がそれぞれ１８０度離れた第４、第５および第６の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔ４、Ｔ５およびＴ６とを用いて算出される、前記位置検出間隔の差（Ｔ１−Ｔ４），（Ｔ２−Ｔ５）および（Ｔ３−Ｔ６）の比較に基づいて、前記ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する、請求項１３に記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１５】
前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、前記ｍ個の区間での前記位置検出間隔と、前記別のｍ個の区間での前記位置検出間隔とそれぞれの差であるｍ個の位置検出間隔差に応じて、前記ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、
前記許可手段は、前記判定手段によって前記ロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、前記修正手段によって前記ロータの機械的位置の設定が修正された後に前記トルク制御を許可する、請求項１３記載のモータのトルク制御装置。
【請求項１６】
前記負荷装置は、シングルロータリ型圧縮機およびレシプロ型圧縮機の一方である、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のモータのトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのトルク制御装置に関し、より特定的には、負荷装置の１回転中の負荷変動に起因する振動および騒音に対し、インバータを用いたトルク制御によって負荷装置の低振動および低騒音化を図るモータのトルク制御装置に関する。特に、空気調和機や冷蔵庫などの圧縮機の駆動において、圧縮機の低振動および低騒音化を図ったモータのトルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般的に、空気調和機および冷蔵庫などに用いられている圧縮機は、冷凍サイクルの重要な構成区分であり、冷媒を圧縮して高温・高圧状態にし熱交換を行なっている。通常、この圧縮動作は大きく３つの過程に分けられる。まず、圧縮機内部のシリンダ内に冷媒を満たす吸入過程があり、次にシリンダ内の冷媒を圧縮する圧縮過程があり、最後に圧縮した冷媒を圧縮機外部に放出する吐出過程がある。
【０００３】
また、圧縮機は、その圧縮機構により、ロータリー方式、レシプロ方式、スクロール方式などに分類される。中でも、ロータリー方式は、他の方式と比較して、構造が簡単で部品点数も少なく低コストであるとともに、シリンダ部分の構造により圧縮効率もよく高効率化が容易であるといった利点を有している。
【０００４】
ただし、ロータリー方式の圧縮機は、偏心したロータリーピストンがシリンダ内部で回転することにより、吸入・圧縮・吐出の各工程を実行する。このため、１回転中の吸入・圧縮・吐出による負荷変動と回転軸の偏心とにより、騒音や振動が大きくなるといった問題点があった。
【０００５】
ロータリ方式の圧縮機としては、シリンダ部分を２つ設けて、それぞれのシリンダ部分におけるロータリーピストンを１８０°ずつ回転をずらすことにより、お互いの振動を打消すようにしたツインロータリー方式も実用化されている。しかし、ツインロータリー方式は、シリンダ部が１つのシングルロータリー方式に比べると、構造が複雑になるためコストが上昇し、かつ効率も低下するといった問題点があった。
【０００６】
このため、シングルロータリー方式の圧縮機において、モータトルクを制御して騒音・振動を抑制する技術が提案されている。この技術では、負荷トルクの大きい位置では、モータトルクを大きくし、逆に負荷トルクの小さくなる位置ではモータトルクをカットすることにより、１回転中のロータ速度を一定にして振動の低減が図られる。
【０００７】
たとえば、圧縮機の吸入工程および圧縮工程による負荷トルク変動に対応するように、予め記憶されたトルクパターンを用いて、検出された回転子（ロータ）の機械的位置に応じてインバータの出力電圧を変化させ、１回転中におけるトルク制御を行なう構成が提案されている（たとえば特許文献１）。
【０００８】
また、同様の技術を高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなく実現するための構成が提案されている（たとえば特許文献２）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１８７６９２号公報（第３−第５頁、第１−第３図）
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−４４９８５号公報（第１頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたモータの負荷トルクむら低減装置においては、ロータの機械的位置を決定する際に、ロータの１回転を各々が電気角６０°に相当する複数の測定区間に分割して各測定区間での所要時間を計測する。さらに、１回転中で所要時間が最大および最小となる測定区間を判定することによって決定される、ロータの機械的位置に基づいてトルク制御を実行する。したがって、圧縮機を変更してもソフトウェアの変更なくロータの機械的位置が判定できる反面、各測定期間での所要時間の計測に高い精度が必要とされる。なぜなら、所要時間が最大および最小となる測定区間を正確に決定するためには、所要時間差が小さい隣接測定区間の間で、所要時間の長短を正確に計測する必要があるからである。この結果、高機能なマイクロコンピュータが必要となり、高コスト化を招いてしまう。
【００１２】
さらに、ロータの機械的位置の判定時における、負荷状態、ノイズおよび位置検出回路の精度の問題で、ロータの機械的位置と予め設定したトルクパターンの対応が、たとえば測定区間１つ分だけずれてしまうおそれがあるため、十分な振動抑制能力を発揮できない可能性がある。
【００１３】
また、上記特許文献２に開示されたモータのトルク制御装置においては、高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなくロータの機械的位置を決定できるものの、実使用時の信頼性を高めるためには、ロータの機械的位置の判定精度を高める機構を備えていることが望ましい。
【００１４】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなく、負荷変動やノイズに対して頑健なモータのトルク制御装置を提供することである。
【００１５】
また、簡単な構成によって、ロータの機械的位置と、予め記憶したトルクパターンとを正確に対応付けることが可能なモータのトルク制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、組をなす所定の第１および第２の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定条件を満たすまでは、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する判定制限手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しいと判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００１７】
好ましくは、判定制限手段は、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小関係が所定回数以上同一の結果となるまで、判定手段がロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する。
【００１８】
また好ましくは、判定制限手段は、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定値を超えるまで、判定手段がロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する。
【００１９】
さらに好ましくは、所定値は、ブラシレスモータの回転速度に応じて設定される。
【００２０】
あるいは好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００２１】
この発明の他の構成に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、所定の第１の区間および第１の区間の前後の区間での位置検出間隔から求められる第１のパラメータと、複数の区間のうちの、所定の第１の区間と組をなす所定の第２の区間および第２の区間の前後の区間での位置検出間隔から求められる第２のパラメータとの差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００２２】
好ましくは、第１および第２の区間は、複数の区間のうちの第ｉ番目および第ｊ番目の区間（ｉ，ｊ：互いに異なる自然数）であり、第１のパラメータは、第（ｉ−１），ｉ，（ｉ＋１）番目の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔi-1、ＴiおよびＴi+1と任意の係数Ｋとを用いて、Ｔi＋（Ｔi-1＋Ｔi+1）／Ｋで算出され、第２のパラメータは、第（ｊ−１），ｊ，（ｊ＋１）番目の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔj-1、ＴjおよびＴj+1とＫとを用いて、Ｔj＋（Ｔj-1＋Ｔj+1）／Ｋで算出される。
【００２３】
また好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、第１および第２のパラメータの大小関係に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００２４】
あるいは好ましくは、判定手段は、複数の区間のうちの複数の組での位置検出間隔の差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する。
【００２５】
あるいは好ましくは、組をなす第１および第２の区間において、インバータ部の駆動信号パターンは同一である。
【００２６】
また好ましくは、組をなす第１および第２の区間は、機械角が１８０度離れている。
【００２７】
あるいは好ましくは、組をなす第１および第２の区間は、複数の区間のうち位置検出期間の差が最大となる組合せに相当する。
【００２８】
この発明のさらに他の構成に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１から第ｍのｍ個の区間での位置検出間隔と、第１から第ｍの区間と機械角がそれぞれ１８０度離れた別のｍ個の区間での位置検出間隔とに基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００２９】
好ましくは、ｍは３であり、判定手段は、複数の区間のうちの、インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１、第２および第３の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ１、Ｔ２およびＴ３と、第１、第２および第３の区間と機械角がそれぞれ１８０度離れた第４、第５および第６の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ４、Ｔ５およびＴ６とを用いて算出される、位置検出間隔の差（Ｔ１−Ｔ４），（Ｔ２−Ｔ５）および（Ｔ３−Ｔ６）の比較に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する。
【００３０】
また好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、ｍ個の区間での位置検出間隔と、別のｍ個の区間での位置検出間隔とそれぞれの差であるｍ個の位置検出間隔差に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００３１】
好ましくは、負荷装置は、シングルロータリ型圧縮機およびレシプロ型圧縮機の一方である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図１を参照して、トルク制御装置１０は、商用交流電源１１と、リアクタ１２と、全波整流回路１３と、平滑回路１４と、インバータ部１５と、ベースドライバ部１６と、ロータ位置検出部１７と、マイクロプロセッサ１８とを備える。トルク制御装置１０は、圧縮機２０を駆動する３相ブラシレスモータ（以下、単に「ブラシレスモータ」と称する）１９の駆動を制御する。
【００３５】
リアクタ１２は、インバータ部１５に対する突入電流の防止や力率の改善のために設けられる。全波整流回路１３は、たとえばダイオードブリッジなどによって構成され、商用交流電源１１から供給される交流電圧を全波整流する。平滑回路１４は、電解コンデンサなどによって構成され、全波整流された直流電圧のリップル成分を軽減する。
【００３６】
インバータ部１５は、３相バイポーラ接続されたスイッチング素子およびフライホイール・ダイオードにより構成される。具体的には、Ｕ相上側およびＵ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｕおよび１５ｘがそれぞれ接続され、Ｖ相上側およびＶ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｖおよび１５ｙがそれぞれ接続され、Ｗ相上側およびＷ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｗおよび１５ｚがそれぞれ接続される。スイッチング素子としては、たとえば、電力用半導体素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransistor)が用いられる。
【００３７】
ベースドライバ部１６は、電圧レベル変換ＩＣ（Integrated Circuit）などによって構成され、マイクロプロセッサ１８から出力されたスイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚのドライブ信号を、各スイッチング素子の駆動電圧に変換して、各スイッチング素子のベースに出力する。
【００３８】
ロータ位置検出部１７は、コンパレータおよび抵抗などによって構成され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに基づいて、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成する。マイクロプロセッサ１８は、所定の制御演算を実行して、インバータ部１５内のスイッチング素子のオンおよびオフ制御によって、ブラシレスモータ１９を可変速駆動する。
【００３９】
圧縮機２０は、空気調和機（図示せず）等に用いられ、ブラシレスモータ１９によって駆動される。圧縮機２０は、シングルロータリー型圧縮機あるいはレシプロ型圧縮機であるため、ブラシレスモータ１９の回転子（ロータ）の機械的な１回転に同期した周期的な負荷変動を有する。
【００４０】
次に、トルク制御装置１０の動作を簡単に説明する。
空気調和機（図示せず）を運転するための電力は、モータ駆動装置に接続された商用交流電源１１から供給される。その交流入力電圧は、全波整流回路１３および平滑回路１４により直流電圧に変換され、インバータ部１５へ入力される。マイクロプロセッサ１８は、圧縮機駆動用のブラシレスモータ１９を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形を、ロータ位置検出部１７からのロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて演算生成し、ベースドライバ部１６へ出力する。ベースドライバ部１６は、マイクロプロセッサ１８からのＰＷＭ波形を各スイッチング素子の駆動電圧に変換して、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚのスイッチングを制御する。このようにして、インバータ部１５によりブラシレスモータ１９へ電力が供給されることにより、圧縮機２０が駆動されて空気調和機が運転される。
【００４１】
図２は、３相ブラシレスモータの誘起電圧に基づいたロータ位置検出を説明する図である。
【００４２】
図２を参照して、図１に示した３相ブラシレスモータ１９のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線には、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが１２０°ずつ位相がずれた状態でそれぞれ発生する。各誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを基準電圧（図２における０レベル）と比較することにより、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗがロータ位置検出部１７によって得られる。
【００４３】
すなわち、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの各々について、対応する相の誘起電圧が基準電圧より大きいときは論理ハイレベル（以下、単に「Ｈレベル」と表記する）に、逆に誘起電圧が基準電圧よりも小さいときには論理ローレベル（以下、「Ｌレベル」と表記する）となるように設定すると、磁極の変化する誘起電圧波形のゼロクロス点で、立上がりまたは立下がりエッジのパルスが得られる。なお、図２では、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗとロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗとは、同巻線で同位相となるように示しているが、実際には、誘起電圧の検出時に生じる遅れにより、誘起電圧とロータ位置信号との間には位相遅れが発生している。
【００４４】
マイクロプロセッサ１８は、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ駆動信号を生成する。インバータ駆動信号は、たとえば、ロータ位置信号Ｈｕの立上がりエッジが検出されれば、Ｕ相上側のスイッチング素子１５ｕをオンさせる。次に、ロータ位置信号Ｈｖの立上がりエッジが検出されると、Ｕ相上側のスイッチング素子１５ｕをターンオフし、Ｖ相上側のスイッチング素子１５ｖをターンオンする。ロータ位置信号Ｈｗの立下がりが検出されると、Ｖ相下側のスイッチング素子１５ｙからＷ相下側のスイッチング素子１５ｚを転流させる。このように、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの立上りまたは立下りエッジを検出するごとに順次インバータ回路１５のスイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚを転流させることにより、ブラシレスモータ１９が駆動される。
【００４５】
また、モータ回転数（速度）およびモータトルクを制御するため、インバータ駆動信号には、ＰＷＭチョッピングが重畳される。すなわち、ＰＷＭチョッピングのデューティ比設定によって、インバータからブラシレスモータへの印加電圧および印加電流が制御される。図２では、各相の上側スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗの駆動信号のみにＰＷＭチョッピングを重畳させているが、下側スイッチング素子１５ｘ〜１５ｚに対して同様のＰＷＭチョッピングを重畳させることもできる。また、上側スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗおよび下側スイッチング素子１５ｘ〜１５ｚの各々について、インバータ駆動信号にＰＷＭチョッピングを重畳させることもできる。
【００４６】
このように、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの１周期に相当する電気角３６０°は各転流タイミングに対応して、電気角６０°ずつの６個のステートに分割される。各ステートは、インバータの各通電モードに相当し、駆動信号パターンＡ〜Ｆのいずれかに対応する。後程詳細に説明するように、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、ロータの機械的な絶対値とも同期しているため、ロータの機械的位置を検知する情報としても利用することができる。
【００４７】
図１に示したマイクロプロセッサ１８は、ロータ位置信号に応答してステートの遷移を検知して、インバータ駆動信号を切換えるとともに、内部に予め記憶されたトルクパターンに従って各ステートにおけるＰＷＭ出力のデューティ比を制御する。これにより、ブラシレスモータ１９の出力トルクを、予め設定されたトルクパターンに従って１回転中に増減するように制御できる。したがって、トルクパターンを圧縮機の周期的な負荷変動に対応して決定すれば、ロータ位置信号によって検出される電気角とロータの機械角との関係を正確に合致させることにより、ブラシレスモータの１回転中の回転数変動を抑制することができる。
【００４８】
実施の形態１においては、４極ブラシレスモータにおけるトルク制御方式について説明する。
【００４９】
図３には、４極ブラシレスモータにおけるステートの定義と負荷トルク変動に対応したトルクパターン設定とが示される。
【００５０】
図３を参照して、圧縮機の１回転中には大きく３つの過程（吸入・圧縮・排出）の工程があるため、吸入状態から冷媒が圧縮されていくに従って負荷トルクが急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が排出されると負荷トルクが減少していく。
【００５１】
圧縮機の製造工程において、ロータ磁石、ステータ巻線、シリンダ、ローラ、シャフトおよびバランサの位置関係が常に同じになるように製造すれば、ロータ機械的位置と負荷トルクとの相関位置関係は、１つのパターンに決定できる。すなわち、図３中の負荷トルク曲線に示される様に、圧縮機の負荷トルクは、機械角に応じて周期的に変動する。
【００５２】
４極ブラシレスモータでは、機械角１８０°が電気角３６０°に相当するので、ロータの１回転（機械角３６０°）は、電気角７２０°に相当する。したがって、４極ブラシレスモータの１回転は、ステート０〜ステート１１までの１２個のステートに分割される
図４には、４極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンが示される。
【００５３】
図４を参照して、ステート０〜ステート１１は、４極ブラシレスモータの１回転（機械角３６０°）を１２分割しているので、各々が、機械角３０°に相当する。一方、各ステートは、電気角６０°に相当するので、図４（ａ）に示される前半のステート０〜ステート５および図４（ｂ）に示される後半のステート６〜ステート１１のそれぞれにおいて、駆動信号パターンＡ〜Ｆが実行される。すなわち、ステートｓとステートｓ＋６（ｓ：０〜５の整数）とでは、インバータの駆動信号パターン（通電モード）は同一である。駆動信号パターンＡ〜Ｆのそれぞれにおいて、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚは、図２に示したインバータ駆動信号によって制御される。
【００５４】
既に説明したように、ステートの遷移は、ロータ位置検出部１７（図１）からのロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗによって検知可能である。したがって、検出された電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうことにより、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置（機械角）を検知できる。
【００５５】
このために、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの出力パターンが等しい、すなわち同一の駆動信号パターンに対応する、機械角１８０°位相のずれた機械的位置の判別を行なう必要がある。すなわち、４極ブラシレスモータでは、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１８０°（電気角３６０°）の範囲内にあるのか、機械角１８０°（電気角３６０°）から機械角３６０°（電気角７２０°）の範囲内にあるのかが正しく判別できていれば、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置を決定できる。
【００５６】
再び図３を参照して、機械的な１回転（機械角０°〜３６０°）に対応して周期的に変動する負荷トルクに対応させて、トルクパターンが予め設計される。トルクパターンは、各ステートにおけるブラシレスモータのトルク設定値を示す。各ステートにおいて、トルク設定値に応じて、ＰＷＭチョッピングのデューティ比が設定される。各ステートでのデューティ比は、概ね負荷トルクが大きい区間において、インバータからブラシレスモータへの印加電流が相対的に大きくなるように設定されるが、圧縮機の振動・騒音が低くかつ、モータ効率が高くなる様に、負荷装置を考慮した実験やシミュレーションを通じて総合的に決定される。この結果、１回転中の負荷トルク変動に合わせて、トルク設定値を修正していくことによって、ブラシレスモータの１回転中の回転数変動が抑制される。
【００５７】
図５には、本発明の実施の形態１に従うトルク制御装置によるトルク制御フローが示される。
【００５８】
既に説明したように、図３に示したトルクパターン設定を有効なものとするには、電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうことが必要である。したがって、モータの運転が開始されると（ステップＳ１０）、実際にトルク制御を開始する前に、ロータの機械的位置を判定するための「位置合わせモード」が実行される（ステップＳ２０）。４極ブラシレスモータの位置合わせモードでは、電気角（ステート）とロータの機械角を正確に対応付けるために、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１８０°（電気角３６０°）の範囲（以下、「範囲Ｉ」）内にあるのか、機械角１８０°（電気角３６０°）から機械角３６０°（電気角７２０°）の範囲（以下、「範囲ＩＩ」）内にあるのかが判定される。
【００５９】
位置合わせモードが開始されると（ステップＳ２１）、まず、位置合わせパターンが仮設定され、たとえばロータが範囲Ｉにあるものと仮に決定される（ステップＳ２２）。
【００６０】
さらに、トルク制御を行なわずに各ステートでのトルク設定値、すなわちインバータからブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を一定とした状態下で、各ステートの通過所要時間に相当する位置検出間隔が測定される（ステップＳ２３）。
【００６１】
図６には、４極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化が示される。
【００６２】
図６を参照して、各ステートでインバータ部の駆動信号のＰＷＭデューティ比を一定とすることにより、負荷トルクの変動がステート０〜ステート１１での位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１１に反映される。具体的には、インバータによるモータ駆動トルクが各ステートで同一であるので、負荷トルクの変動分だけ、実際にモータに印加されるトルクは減少し、ロータの角加速度は小さくなっていく。したがって、負荷トルクが大きく変化する区間（角加速度の変化が大きい区間）は、速度つまりロータ位置信号から検出される位置検出間隔も大きく変化する。これにより、１回転中の位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１１からステート単位での負荷トルク変動状況を検出できる。
【００６３】
すなわち、インバータの駆動信号パターンが同一となる１組において、電気角が３６０°離れたステート同士で位置検出間隔を比較すれば、ロータが上述の範囲Ｉおよび範囲ＩＩのいずれに存在しているかを判定できる。
【００６４】
この際に、比較される位置検出間隔の差、すなわち検出すべき時間差が小さいときは、判定間違いの可能性が高まる。そこで、位置検出間隔を比較するステートの組合せは、位置検出間隔差が最大となるように決定される。たとえば、予め実験を行ない、図４に示すようにインバータ駆動パターンが同一となる区間同士の位置検出間隔のうち、ステート３とステート９の位置検出間隔Ｔ３およびＴ９の差が最も大きくなるとわかっている場合は、ステート３およびステート９にのみ着目し、これらのステート間で位置検出間隔Ｔ３およびＴ９の大小比較を行なうようにすればよい。
【００６５】
また、判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる複数組において、位置検出間隔を比較してもよい。
【００６６】
再び、図５を参照して、図６で説明したように、所定ステート間での位置検出間隔差によって、ステップＳ２２で仮設定された位置合わせパターンのＯＫ／ＮＧが判定される（ステップＳ２４）。範囲Ｉに対応して仮設定された場合には、位置検出間隔Ｔ３＜Ｔ９であれば位置合わせパターンはＯＫと判定されるが、位置検出間隔Ｔ３＞Ｔ９であれば位置合わせパターンはＮＧと判定される。
【００６７】
位置合わせパターンがＯＫであるときには、仮設定された位置合わせパターン（たとえば範囲Ｉに対応）がそのまま維持される（ステップＳ２５）。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定されたときには、機械角を１８０°シフトさせるために、仮設定された位置合わせパターン（たとえば範囲Ｉに対応）がもう一方の位置合わせパターン（たとえば範囲ＩＩに対応）へ修正される（ステップＳ２６）。
【００６８】
このようにして、位置合わせモードの終了時（ステップＳ２７）には、４極ブラシレスモータのロータが範囲Ｉおよび範囲ＩＩのいずれにあるかが判定されて、電気角（ステート）とロータの機械的位置とが正確に対応付けられる。すなわち、ロータの機械的位相とトルクパターンの位相との対応が取れた状態となる。
【００６９】
位置合わせモードが終了すると、トルク制御が許可されて（ステップＳ５０）、モータの通常運転が開始される（ステップＳ６０）。通常運転時には、予め設定されたトルクパターンに応じたＰＷＭデューティ比制御によって、図３で説明したトルク制御が実行される（ステップＳ７０）。
【００７０】
以上の説明から理解されるように、本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置では、ステップＳ２４において、ノイズ等の影響を排除してロータの位置合わせパターンを正確に判定することが重要である。
【００７１】
図７には、ロータの位置合わせを正確に判定するための第１の判定フロー例が示される。
【００７２】
たとえば、比較対象となる位置検出間隔の差が小さい間は、検出誤差が大きくなるので、位置合わせの判定間違いの可能性が高まる。したがって、比較対象となる所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの差を求め（ステップＳ３０）、この差の絶対値｜Ｔα−Ｔβ｜が所定値ΔＴを超えない間は位置合わせ判定を禁止して（ステップＳ３１）、｜Ｔα−Ｔβ｜が所定値ΔＴを超えた場合に初めて位置合わせパターンを判定する（ステップＳ３２）。このような判定フローとすることにより、上述の判定間違いを防止できる。
【００７３】
さらに、図８に示す様に、上記の所定値ΔＴをモータ回転数（速度）に応じて設定することにより、より正確な位置合わせ判定を実行できる。図８には、モータ回転数（速度）に応じて（図８中のＶ1，Ｖ2，Ｖ3）、ΔＴが段階的に設定される例を示しているが、ΔＴは連続的に設定することもできる。
【００７４】
図９には、ロータの位置合わせを正確に判定するための第２の判定フロー例が示される。
【００７５】
たとえば、位置合わせモードの初期においては、位置検出間隔の検出が不安定になる可能性がある。したがって、比較対象となる所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小を比較すると（ステップＳ４０）、その比較結果が前回と同一であるかどうかをチェックする（ステップＳ４１）。
【００７６】
比較結果が前回と同一である場合には、カウント値をインクリメントして（ステップＳ４２）、当該カウント値が所定値を超えるまで同様の比較を実行する（ステップＳ４４）。一方、比較結果が前回と異なる場合には、カウント値をクリアして（ステップＳ４３）、同様の比較を実行する。
【００７７】
すなわち、連続して所定回数以上、位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小関係が同一となった場合、すなわち、位置検出間隔がトルク変動を反映して安定的に測定されるように判断された場合に、始めて位置合わせパターンを判定する（ステップＳ４５）。この結果、所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小関係が安定するまでの間、位置合わせパターンの判定が制限されるので、判定精度が向上される。
【００７８】
以上説明したように、実施の形態１に従うモータのトルク制御装置では、所定ステート間の比較的大きな位置検出間隔差に基づいて、高機能のマイクロプロセッサを用いることなく、比較的簡単な構成で容易かつ確実にロータ機械的位置を判定することができる。さらに、判定されたロータ機械的位置を用いてトルク制御を行なうことで、負荷トルク変動に起因したブラシレスモータの速度変動を抑制できるので、負荷装置である圧縮機の低騒音化・低振動化を図ることができる。
【００７９】
特に、図７から図９に示したように、位置合わせパターンの判定時に、比較対象となる位置検出間隔の差が所定条件を満足するまで判定を制限することにより、判定精度を向上してトルク制御をより正確に実行することができる。
【００８０】
［実施の形態２］
実施の形態２では、６極ブラシレスモータへの本願発明の適用について説明する。
【００８１】
６極ブラシレスモータでは、機械角１２０°が電気角３６０°に相当するので、ロータの１回転（機械角３６０°）は、電気角１０８０°に相当する。したがって、６極ブラシレスモータの１回転は、ステート０〜ステート１７までの１８個のステートに分割される
図１０には、６極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンが示される。
【００８２】
図１０を参照して、ステート０〜ステート１７は、６極ブラシレスモータの１回転（機械角３６０°）を１８分割しているので、各々が、機械角２０°に相当する。一方、各ステートは、電気角６０°に相当するので、図１０（ａ）に示されるステート０〜ステート５、図１０（ｂ）に示されるステート６〜ステート１１および図１０（ｃ）に示されるステート１２〜ステート１７のそれぞれにおいて、駆動信号パターンＡ〜Ｆが実行される。
【００８３】
すなわち、ステートｓと、ステートｓ＋６と、ステートｓ＋１２（ｓ：０〜５の整数）とでは、インバータの駆動信号パターン（通電モード）は同一である。駆動信号パターンＡ〜Ｆのそれぞれにおいて、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚは、図２に示したインバータ駆動信号によって制御される。
【００８４】
６極ブラシレスモータでは、検出された電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうためには、同一の駆動信号パターンに対応する、機械角１２０°位相のずれた機械的位置の判別を行なう必要がある。
【００８５】
すなわち、６極ブラシレスモータでは、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１２０°（電気角３６０°）の範囲（「範囲ａ」）、機械角１２０°（電気角３６０°）から機械角２４０°（電気角７２０°）の範囲（「範囲ｂ」）、および機械角２４０°（電気角７２０°）から機械角３６０°（電気角１０８０°）の範囲（「範囲ｃ」）のいずれの内にあるのかが正しく判別できていれば、先に説明した４極ブラシレスモータと同様に、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置を決定できる。
【００８６】
したがって、６極ブラシレスモータについても、図４と同様の制御フローに従ってトルク制御が実行される。以下においては、特に、６極ブラシレスモータの位置合わせモードについて説明する。
【００８７】
図１１には、６極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化が示される。
【００８８】
図１１を参照して、各ステートでインバータ部の駆動信号のＰＷＭデューティ比を一定とすることにより、４極ブラシレスモータと同様に、負荷トルクの変動がステート０〜ステート１７での位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１７に反映される。
【００８９】
したがって、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組において、電気角が３６０°離れたステート同士で位置検出間隔を比較すれば、ロータが上述の範囲ａ、範囲ｂおよび範囲ｃのいずれに存在しているかを判定できる。
【００９０】
位置検出間隔を比較するステートの組は、４極ブラシレスモータの場合と同様に、予め実験を行なって位置検出間隔差が顕著に現われるように決定すればよい。たとえば、インバータの駆動信号パターンが同一となる組合せから、ステート５、ステート１１およびステート１７の組を選択した場合には、これらのステート間でのみ位置検出間隔の大小比較を行なうようにすればよい。
【００９１】
具体的には、図５に示したフローに従って、ステップＳ２４において、ステート５、ステート１１およびステート１７のそれぞれの位置検出間隔Ｔ５、Ｔ１１およびＴ１７を比較する。たとえば、図５のステップＳ２２において位置合わせパターンを範囲ａに対応して仮設定した場合には、図５のステップＳ２４において、位置検出間隔Ｔ５が最小であるときには仮設定された位置合わせパターンをＯＫと判定する一方で、位置検出間隔Ｔ１１またはＴ１７が最小であるときには仮設定された位置合わせパターンをＮＧと判定する。
【００９２】
位置合わせパターンがＯＫと判定された場合には、仮設定された位置合わせパターンが維持される。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定された場合には、図５のステップＳ２６において、位置検出間隔Ｔ１１が最小であるときは、範囲ｂに対応させて機械角を１２０°シフトするように位置合わせパターンを修正し、位置検出間隔Ｔ１７が最小であるときは、範囲ｃに対応させて機械角を２４０°シフトするように位置合わせパターンを修正する。
【００９３】
この結果、６極ブラシレスモータにおいても、位置合わせモードの終了時（図５のステップＳ２７）において、ロータの機械的位相と、トルクパターンの位相との対応を取ることができる。したがって、トルク制御を許可して（図５のステップＳ５０）、トルク制御を伴ったモータの通常運転が開始される（図５のステップＳ６０，Ｓ７０）。このように、６極ブラシレスモータについても、実施の形態１で説明した４極ブラシレスモータと同様のトルク制御を行なうことができる。
【００９４】
なお、６極ブラシレスモータにおいても、位置合わせ判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組を複数個選択して、各組での位置検出間隔の比較から、位置合わせを判定してもよい。
【００９５】
あるいは、図５のステップＳ２４における判定に対するノイズ等の影響を排除するために、図７から図９で説明した判定フローを適用することも可能である。この場合には、同一の組を構成する３個のステートに対応する３個の位置検出間隔について、３個の位置検出間隔差が求められるので、それぞれの位置検出間隔差について、図７または図９の判定フローを適用すればよい。
【００９６】
［実施の形態３］
図６および図１１に示した様に、位置検出間隔が最大のステートと、最小のステートとは機械角で１８０°離れている。４極ブラシレスモータの場合は、電気角３６０°が機械角１８０°に相当するため、インバータの駆動信号パターン（通電モード）が同一となるステートと、ロータ機械角が１８０°離れたステートとは同じであるが、６極ブラシレスモータの場合は、電気角３６０°が機械角１２０°に相当するため、インバータの駆動信号パターンが同一となるステートと、ロータ機械角が１８０°離れたステートとは異なってくる。
【００９７】
実施の形態２では、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組で位置検出間隔を比較したが、実施の形態３では、ロータ機械角で１８０°離れたステート間での位置検出間隔の比較に基づいて、ロータの機械的位置を判定する方式を説明する。
【００９８】
図１２を参照して、実施の形態３に従うロータの機械的位置判定では、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２４およびＳ２６に代えて、ステップＳ２４♯およびＳ２６♯がそれぞれ実行される。
【００９９】
以下の説明では、予め行なった実験から、図１１に示したようにインバータ駆動信号パターンが同一であるステート５、ステート１１およびステート１７にそれぞれ対応する位置検出間隔Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ１７のうちのいずれかで位置検出間隔が最小になることが判明しているものとする。
【０１００】
この場合には、ステップＳ２４♯において、インバータ駆動信号パターンが同一であるステート５、ステート１１およびステート１７から機械角１８０°ずつ離れたステート１４、ステート２およびステート８について、ステート５、ステート１２およびステート１７との間で位置検出間隔の差を求める。すなわち、位置検出間隔差ΔＴα＝｜Ｔ５−Ｔ１４｜、ΔＴβ＝｜Ｔ１１−Ｔ２｜およびΔＴγ＝｜Ｔ１７−Ｔ８｜が算出される。さらに、位置検出間隔差ΔＴα、ΔＴβおよびΔＴγのいずれが最大となるかに応じて、仮設定された位置合わせパターンのＯＫ／ＮＧを判定する。
【０１０１】
たとえば、範囲ａに対応させて位置合わせパターンを仮設定した場合には、位置検出間隔差ΔＴαが最大であるときには仮設定された位置合わせパターンをＯＫと判定する一方で、位置検出間隔差ΔＴβまたはΔＴγが最大であるときには仮設定された位置合わせパターンをＮＧと判定する。
【０１０２】
位置合わせパターンがＯＫと判定された場合には、仮設定された位置合わせパターンが維持される。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定された場合には、ステップＳ２６♯において、位置検出間隔差ΔＴβが最大であるときは、範囲ｂに対応させて機械角を１２０°シフトするように位置合わせパターンを修正し、位置検出間隔差ΔＴγが最大であるときは、範囲ｃに対応させて機械角を２４０°シフトするように位置合わせパターンを修正する。
【０１０３】
この結果、実施の形態３においても、位置合わせモードの終了時において、ロータの機械的位相と、トルクパターンの位相との対応を取ることができる。したがって、トルク制御を許可した後に、トルク制御を伴ったモータの通常運転が開始され、実施の形態２と同様に、６極ブラシレスモータのトルク制御を行なうことができる。特に、実施の形態３においては、位置検出間隔差ΔＴα，ΔＴβ，ΔＴγの各々は機械角が１８０°離れたステート間で算出されるので、検出すべき時間差は、実施の形態２よりも大きくなる。したがって、位置検出間隔の検出に要求される精度も低くできるので、マイクロプロセッサの負荷が軽減される。
【０１０４】
なお、実施の形態３においても、位置合わせ判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組を複数個選択して、上述した判定処理を実行してもよい。
【０１０５】
また、図１２のステップＳ２４♯での判定精度を向上するために、図７から図９で説明した判定フローを適用することも可能である。この場合には、ステップＳ２４♯で算出された３個の位置検出間隔差ΔＴα，ΔＴβ，ΔＴγについて、３個の差分（ΔＴα−ΔＴβ，ΔＴβ−ΔＴγ，ΔＴγ−ΔＴα）が求められるので、それぞれの差分について、図７または図９の判定フローを適用すればよい。
【０１０６】
［実施の形態４］
また、各ステートでの位置検出間隔について、前後のステートでの位置検出間隔を反映したパラメータ化を行なって、ロータの機械的位置判定に用いることも可能である。
【０１０７】
たとえば、図６および図１１に示された複数のステートのうち、ステートｉおよびのステートｊ（ｉ，ｊは、互いに異なる０以上の整数）を用いて、ロータの機械的位置を判定する場合には、対応する位置検出間隔ＴiおよびＴjに代えて、任意の係数Ｋを用いて、下記（１）および（２）式で示されるパラメータＰiおよびＰjを用いて、判定フローを実行しても良い。
【０１０８】
Ｐi＝Ｔi＋（Ｔi-1＋Ｔi+1）／Ｋ    …（１）
Ｐj＝Ｔj＋（Ｔj-1＋Ｔj+1）／Ｋ    …（２）
位置検出間隔Ｔj-1およびＴj+1は、ステートｉの前後ステートのそれぞれにおける位置検出間隔であり、位置検出間隔Ｔj-1およびＴj+1は、ステートｊの前後ステートのそれぞれにおける位置検出間隔であり、Ｋは前後の区間の重み付けを決める係数である。たとえば、各ステートの位置検出間隔に対する、前後のステートにおける位置検出間隔の重み付けを１／２にする場合には、Ｋ＝２に設定すればよい。
【０１０９】
このように算出されたパラメータＰi，Ｐjは、実施の形態１から実施の形態３で説明したロータの機械的位置判定において、位置検出間隔に代えて適用される。これにより、図２に示した、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成するゼロクロス点を検知するための基準電圧が微小変動した場合に、位置検出間隔の測定誤差がロータの機械的位置判定に与える悪影響を抑制できる。また、前後のステートでの位置検出間隔を反映したパラメータ化については、上記（１），（２）以外の数式によって行なうことも可能である。
【０１１０】
なお、一部の組合せについては既に言及したが、以上説明した実施の形態１から実施の形態４については、任意に複数の実施の形態を組合せて制御性能を向上することができる。また、以上の実施の形態では、ロータ極数が４極および６極のブラシレスモータについて説明したが、さらに異なる極数を有するブラシレスモータについても、本願発明を同様に適用することが可能である。
【０１１１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、直結されたモータにより、周期的な負荷変動を有する負荷装置を可変速駆動するモータのトルク制御装置において、電気角に対応してロータの機械的な１回転を分割した複数区間（ステート）のうちの所定区間の間の比較的大きな位置検出間隔差に基づいてロータの位置合わせを判定する。したがって、高機能のマイクロプロセッサを用いることなく、比較的簡単な構成で容易かつ確実にロータ機械的位置を判定することができる。判定されたロータ機械的位置を用いてトルク制御を行なうことで、常に圧縮機の低振動化を図ることができ、ひいては空気調和機等の製品の低振動化・低騒音・長寿命化を実現できる。
【０１１３】
特に、位置合わせ判定時に、比較対象となる位置検出間隔の差が所定条件を満足するまで判定を禁止することにより、位置合わせの判定精度を向上して、トルク制御をより正確に実行することができる。
【０１１４】
また、この発明によれば、モータ制御にマイクロコンピュータを用いており、この位置検出間隔の長短比較もマイクロコンピュータのソフトウェアで実現していることから、大きなコストアップが生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】３相ブラシレスモータの誘起電圧に基づいたロータ位置検出を説明する動作波形図である。
【図３】４極ブラシレスモータにおけるステートの定義と負荷トルク変動に対応したトルクパターン設定とを示す概念図である。
【図４】４極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に従うトルク制御装置によるトルク制御を説明するフローチャートである。
【図６】４極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化を説明する概念図である。
【図７】ロータの位置合わせを正確に判定するための第１の判定フロー例を示すフローチャートである。
【図８】図７に示された所定値ΔＴの設定を説明する概念図である。
【図９】ロータの位置合わせを正確に判定するための第２の判定フロー例を示すフローチャートである。
【図１０】６極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンを示す図である。
【図１１】６極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化を説明する概念図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に従うトルク制御装置によるトルク制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０  トルク制御装置、１１  商用交流電源、１３  全波整流回路、１５  インバータ部、１５ｕ〜１５ｖ，１５ｘ〜１５ｚ  スイッチング素子、１６  ベースドライバ部、１７  ロータ位置検出部、１８  マイクロプロセッサ、１９  ３相ブラシレスモータ、２０  圧縮機（負荷装置）、Ｈｕ，Ｈｙ，Ｈｗ  ロータ位置信号、Ｔ０〜Ｔ１７  位置検出間隔。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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