(57)【要約】【課題】  起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることのできるファン制御装置を提供する。【解決手段】  ファン駆動用電動機４Ｍの巻線電流を抵抗１４，１５，１６で検出し、ロータ速度推定演算手段２５が電動機に供給する電圧指令値及び巻線電流に基づいて電動機の回転数を推定し、演算部２９〜３４が推定された電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算し、波形生成手段３５が電力変換部１３を駆動するための駆動波形信号を生成するとき、回転数検出指令部４０が起動前に電力変換部１３を動作させてロータ速度推定演算手段２５に電動機の回転数を推定させ、起動制御手段２１，２２は所定の低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数及び電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する。【選択図】  図２
2005171843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、
前記電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて前記電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
推定された前記電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、
前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
起動前に前記電力変換部を起動させて前記ロータ速度推定演算手段に前記電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、
起動前に推定された前記電動機の回転数が所定の低速範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に前記目標回転数及び前記電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、
を備えたファン制御装置。
【請求項２】
前記起動制御手段は、起動前に前記ロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数が０を含む第１区間にあるとき、所定の時間だけ前記目標回転数を０又はこれに近い値に設定し、所定時間の経過後に前記目標回転数を低速範囲の上限方向に増大させると共に、前記電圧指令値の励磁成分を増大させる、請求項１に記載のファン制御装置。
【請求項３】
前記起動制御手段は、起動前に前記ロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数が前記第１区間よりも逆転方向に大きい第２の区間にあるとき、前記目標回転数を推定された回転数から低速範囲の上限方向に増大させる、請求項１に記載のファン制御装置。
【請求項４】
前記起動制御手段は、前記ロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数が低速範囲の上限に到達するか、又は、前記電流検出手段によって検出された電流値のトルク成分電流が前記低速範囲の上限に対応する値に到達したとき起動制御を停止する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のファン制御装置。
【請求項５】
直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、
前記電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて前記電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
推定された前記電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、
前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
起動前に前記電力変換部を起動させて前記ロータ速度推定演算手段に前記電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、
起動前に推定された前記電動機の回転数が所定の低速範囲にあり、かつ、回転が逆転方向で回転数が低速範囲の下限部に属するとき、前記電動機の回転数を０に近づける減速制御を含むように、前記目標回転数及び前記電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、
を備えたファン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の巻線電流を検出してファン駆動用電動機をベクトル制御するファン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外ファンは、これを駆動していないときでも、屋外の風によって勝手に回転してしまう。この室外ファンの逆回転時、駆動電動機の回転状態を検出するためにホール素子を用いて永久磁石でなるロータの位置や回転数を検出しながら、電動機を停止させるような通電を行うことにより、電動機を一旦停止させた後、起動制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、近年の電動機駆動においては、回転数を検出するホール素子などのセンサをなくし、部品点数を削減して部品故障による信頼性低下を抑制すると共に、コストダウンを図る方式が採用されてきている。この方式は、例えば、冷凍サイクルを構成する電動機駆動装置に適用した場合、２相分又は３相分の巻線に流れる電流を検出し、その電流値から回転数を算出すると同時に、ロータの位置をも推定して駆動するベクトル制御を採用したものである（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１２５５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−９５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知の如く、空気調和機の圧縮機駆動用電動機は回転方向が一方向で、かつ、屋外の風によって逆回転することがないため、電動機の巻線に流れる電流検出値に基づいての起動制御は比較的容易である。しかしながら、電動機巻線に流れる電流検出値から回転数を算出する構成では、屋外の風によって回転している電動機の位置検出が難しいため、ロータを停止させるべくロータ位置に対応した制動トルクをかけるための通電ができず、仮に、適当な通電を行うと電動機が脱調し、インバータを構成するスイッチング素子に過電流が流れて異常停止し、結局は正常な起動ができないという問題があった。また、ファンが低速回転しているときは、その回転数を正確に読み取ることができないため、起動制御ができ難いという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることのできるファン制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、推定された電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、起動前に電力変換部を起動させてロータ速度推定演算手段に電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、起動前に推定された電動機の回転数が所定の低速範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数及び電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、を備えたファン制御装置である。
【０００７】
請求項５に係る発明は、直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、推定された電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、起動前に電力変換部を起動させてロータ速度推定演算手段に電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、起動前に推定された電動機の回転数が所定の低速範囲にあり、かつ、回転が逆転方向で回転数が低速範囲の下限部に属するとき、電動機の回転数を０に近づける減速制御を含むように、目標回転数及び電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、を備えたファン制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記のように構成したことにより、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることのできるファン制御装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図面に示す好適な実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明を適用する空気調和機（以下、単に空調機ともいう）の室外機の主要部の構成を示す横断面図である。同図において、空調機の室外機１は、その正面（図面の下方から上方）から見て、左側部と後背部に室外熱交換器２が略直角に曲げて配置され、右側部に圧縮機３が配置されており、室外熱交換器２の内側にファン４Ｆをファン駆動電動機４Ｍが駆動する室外ファン４が装着され、Ａ及びＢ矢印方向から外気を吸い込みＣ矢印方向に吐き出させることによって室外熱交換器２の熱交換を促進する構成になっている。
【００１１】
図２はこの室外ファン４を制御するファン制御装置の実施例１の構成を部分的にブロックで示した回路図である。このファン制御装置は、主に、インバータ主回路１０とモータ制御部２０Ａとで構成されている。このうち、インバータ主回路１０は、直流電源部１１の正側及び負側の出力端子間に平滑コンデンサ１２と電力変換部１３とが並列に接続されている。電力変換部１３は還流用のダイオードが逆並列接続された６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続したものでなり、正側のスイッチング素子と負側のスイッチング素子との相互接続点、すなわち、３相交流電圧の出力端にファン駆動電動機４Ｍの相巻線が接続されている。また、直流電源部１１の負側と電力変換部１３の３相分の負側アームとの間にそれぞれ抵抗１４，１５，１６が接続され、さらに、平滑コンデンサ１２に直流電圧検出部１７が並列に接続されており、抵抗１４，１５，１６に電圧として発生する電流検出値と、直流電圧検出部１７によって検出される直流の電圧検出値とに基づいて、モータ制御部２０Ａが電力変換部１３を構成するスイッチング素子をオン、オフ制御するようになっている。
【００１２】
次に、モータ制御部２０Ａの詳細な構成について説明する。このモータ制御部２０Ａは、ロータの推定回転数ωestに基づいて、起動停止の指令を出力したり、時間の経過に従って大きさの異なる目標回転数ωref2を出力したりする目標回転数設定部２１を備えている。この目標回転数設定部２１に目標回転数選択部２２が接続されている。目標回転数選択部２２には外部からの目標回転数ωref1と、目標回転数設定部２１の起動停止指令又は起動制御の目標回転数ωref2とが加えられ、このうち、起動制御時に目標回転数ωref2を選択して出力し、通常制御時に目標回転数ωref1を出力する機能と、後述する回転数検出指令Ｘが与えられたとき、その出力動作を一時的に停止する機能とを備えている。この目標回転数選択部２２には、その出力を被減算入力とし、ロータの推定回転数ωestを減算入力とする減算器２３が接続されている。なお、目標回転数設定部２１及び目標回転数選択部２２が本発明の起動制御手段を構成している。
【００１３】
一方、抵抗１４，１５，１６によってそれぞれ電圧に変換された電流検出値と、後述する電動機のロータ推定位置θestとに基づいて、ロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流Ｉｑと励磁成分電流Ｉｄとを演算する電流検出部２４を備えている。この電流検出部２４にロータ速度推定演算部２５が接続されている。ロータ速度推定演算部２５は、直流電圧検出部１７で検出された直流電圧と、電流検出部２４で演算されたトルク成分電流Ｉｑ及び励磁成分電流Ｉｄと、後述する電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄ及びｑ軸成分Ｖｑとに基づいてロータの推定回転数ωest1を演算するものである。
【００１４】
このロータ速度推定演算部２５の出力経路に、その推定回転数ωest1がある所定範囲（例えば、−１００ｒｐｍ〜＋６０ｒｐｍ）に入った場合、それ以前の回転数から現在の回転数を推定して推定回転数ωest2を出力するロータ速度推定制御部２７と、推定回転数ωest1がある値以下の範囲で、ロータ速度推定演算部２５の推定回転数ωest1の代わりにロータ速度推定制御部２７の推定回転数ωest2を選択してこれを現在の推定回転数ωestとして出力する速度選択部２６とが接続されている。速度選択部２６から出力される推定回転数ωestは前述した目標回転数設定部２１、減算器２３に加えられる。また、速度選択部２６の出力経路に積分部２８が接続されている。積分部２８は推定回転数ωestを積分し、電動機のロータ推定位置θestとして電流検出部２４及び波形合成部３５に加えるものである。
【００１５】
減算器２３の出力端には、その出力、すなわち、目標回転数ωrefと推定回転数ωestとの差分を比例、積分することによってトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを出力するＰＩ制御部２９が接続されている。ＰＩ制御部２９にはその出力を被減算入力、トルク成分電流Ｉｑを減算入力とする減算器３０が接続され、さらに、トルク成分電流の目標値Ｉｑrefを励磁成分電流の目標値Ｉｄrefに変換する演算部３１が接続されている。演算部３１にはその出力を被減算入力、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを減算入力とする減算器３２が接続されている。
【００１６】
減算器３０にはＰＩ制御部３３が接続され、トルク成分電流の目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの差分を比例、積分演算することによって電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑが出力される。減算器３２にはＰＩ制御部３４が接続され、電圧指令値の励磁成分電流の目標値Ｉｄrefと励磁成分電流Ｉｄとの差分を積分することによって電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄが出力される。そして、電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ及びｄ軸成分Ｖｄと、前述した直流電圧検出部１７の電圧検出値と、積分部２８のロータ推定位置θestとが波形合成部３５に加えられる。これらの入力に基づいて波形合成部３５はファン駆動電動機４Ｍのステータ軸上の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部１３のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成するものである。
【００１７】
また、外力によって回転している室外ファン４の回転数を、起動制御を行う前に検出するために、短時間だけ回転数検出指令Ｘを出力する回転数検出指令部４０を備えており、その回転数検出指令Ｘが目標回転数設定部２１、目標回転数選択部２２、速度選択部２６及び波形合成部３５に加えられる構成になっている。なお、回転数検出指令Ｘが加えられたとき、目標回転数設定部２１及び目標回転数選択部２２はその出力動作を停止し、速度選択部２６はロータ速度推定演算部２５から出力される推定回転数ωest1をそのまま推定回転数ωestとして出力し、波形合成部３５は予め設定された電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄ及びｑ軸成分Ｖｑを用いて、ロータ速度推定演算部２５がファン駆動電動機４Ｍの回転数を推定するのに必要な電流を電力変換部１３に流すことになる。この回転数検出指令部４０を含めた各機能が本発明の起動前速度推定手段に対応している。
【００１８】
上記のように構成された実施例１の動作について以下に説明するが、以下の説明においては、ファン駆動電動機４Ｍの回転方向が正規の方向、例えば、正面から見て時計回りの場合に回転数を＋と表し、逆転方向、例えば、正面から見て半時計回りの場合に−と表す。また、回転方向が＋の向きにトルク電流を発生させる場合のトルク電流Ｉｑを＋と表し、逆転方向のトルクを発生させる電流を−と表す。さらに、ファン駆動電動機４Ｍの励磁を強める励磁電流Ｉｄを＋と表し、弱める励磁電流を−と表すこととする。
【００１９】
図２に示した実施例１は、制御動作として、最初にファン駆動電動機４Ｍの回転数を検出する起動前制御を行い、続いて、ファン駆動電動機４Ｍを正規の回転方向で、所定の回転数まで上昇させる起動制御を実行し、この所定の回転数から通常制御に移行するが、理解を容易にするために、始めに通常制御について説明する。
【００２０】
インバータ主回路１０において、直流電源部１１から供給された電圧が平滑コンデンサ１２で平滑されて電力変換部１３に供給される。電力変換部１３はモータ制御部２０Ａによって駆動され、直流を３相交流に変換してファン駆動電動機４Ｍに供給する。このとき、電力変換部１３に供給される電圧が直流電圧検出部１７によって検出され、ファン駆動電動機４Ｍの巻線電流が抵抗１４，１５，１６を介して流れ、電流に対応する電圧が電流検出部２４に加えられる。電流検出部２４は、ロータ推定位置θestに応じて、３相分の電流をロータ軸上の座標で表されるトルク成分電流Ｉｑと励磁成分電流Ｉｄとに変換して出力する。
【００２１】
このとき、モータ制御部２０Ａにおいては、外部から加えられる目標回転数ωref1が目標回転数選択部２２によって選択され、目標回転数ωrefとして減算器２３に加えられる。そして、減算器２３によって目標回転数ωrefとフィードバック信号としての推定回転数ωestとの差分が演算される。続いて、この差分がＰＩ制御部２９によって比例、積分演算されてトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして出力される。このトルク成分電流の目標値Ｉｑrefは演算部３１に入力され、ここで係数を乗算する等、所定の演算が行われ、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefに変換される。
【００２２】
次に、減算器３０によってトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの差分が演算され、この差分がＰＩ制御部３３で比例、積分演算されて電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑとして出力される。また、減算器３２によって励磁成分電流の目標値Ｉｄrefと励磁成分電流Ｉｄとの差分が演算され、この差分がＰＩ制御部３４で比例、積分演算されて電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄとして出力される。そして、これらｑ軸成分Ｖｑ及びｄ軸成分Ｖｄがロータ速度推定演算部２５及び波形合成部３５に加えられる。
【００２３】
波形合成部３５においては電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ、ｄ軸成分Ｖｄ、ロータ推定位置θest及び直流電圧Ｖｄｃに基づいて電動機４のステータ軸上の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部３のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成する。
【００２４】
ここで、ロータ速度推定演算部２５は電動機の巻線電流から電動機の回路方程式により電動機の推定回転数ωest1を演算する。この場合、電動機の回路方程式は次式で表される。
【００２５】
Ｖｄ＝（Ｒ＋ＰＬｄ）×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ          …（１）
Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋（Ｒ＋ＰＬｑ）×Ｉｑ＋ω×φ  …（２）
ただし、
Ｐ ：微分演算子
Ｒ ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ω ：回転数
φ ：誘起電圧係数
である。
【００２６】
速度選択部２６はロータ速度推定演算部２５による電動機の推定回転数ωest1を推定回転数ωestとして選択して減算器２３及び積分部２８に加える。積分部２８はこの推定回転数ωestを積分することによって、電動機のロータ推定位置θestとして出力し、電流検出部２４及び波形合成部３５に加える。
【００２７】
以上、通常制御について説明したが、これらの制御に先だって行われるファン駆動電動機４Ｍの回転数を検出する起動前制御について以下に説明する。ロータ速度推定演算部２５はロータの座標上における回路方程式、すなわち、励磁用の（１）式及びトルク発生用の（２）式を用いてωest1を推定したが、回転数ωが小さいとき、（１）式の右辺第２項、（２）式の右辺第１項と第３項の値は小さくなる。電動機の巻線抵抗はそれ自体の損失となるため、効率を高くするためにできるだけ小さく設計される。また、励磁成分電流Ｉｄは電動機の駆動に直接寄与しないので、効率を向上させるために小さな値となるように制御される。さらに、トルク成分電流Ｉｑは電動機のトルクを発生する電流であり、電動機の回転数が低いときはその負荷も小さいので小さな値となる。特に、起動時の回転数検出ではトルクが０の状態で制御するので、トルク成分電流Ｉｑは０になる。
【００２８】
一方、電流検出部２４の誤差には、検出値に比例した成分（増幅回路のゲイン誤差等）と、検出値に依存しない成分（オフセット電圧等）とがあり、電流値が小さいと固定分のために相対的な誤差は大きくなる。
【００２９】
実施例１では電流値から回転数ωを推定しているので、電流値の誤差が大きくなればなるほど回転数の誤差も大きくなる。そのため、起動時の回転数検出において、回転数が低い場合は回転数を精度よく検出できなかった。また、ロータの位置θは回転数ωに基づいて推定するため、ロータの推定位置にも大きな誤差が発生する。ベクトル制御ではロータの位置に対応した電圧を印加して電動機を回転させているため、ロータ位置の推定誤差が大きくなると、電動機を円滑にできなくなってしまう。
【００３０】
そこで、本実施例では回転数検出指令部４０を設け、ファン駆動電動機４Ｍの回転自体に影響を及ぼさない程度の短期間だけ、回転数検出指令Ｘを出力して目標回転数設定部２１、目標回転数選択部２２、波形合成部３５及び速度選択部２６に加える。このとき、目標回転数設定部２１及び目標回転数選択部２２はその動作を停止し、速度選択部２６はロータ速度推定演算部２５の推定回転数ωest1をそのまま現在の推定回転数ωestとして積分部２８に加え、波形合成部３５は予め定めた電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ、ｄ軸成分Ｖｄに対応する通電波形を生成して電力変換部１３を駆動する。これによって、抵抗１４，１５，１６にファン駆動電動機４Ｍの回転に応じた電流が流れ、電流検出部２４はロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流Ｉｑと励磁成分電流Ｉｄを演算する。ロータ速度推定演算部２５はこれらの電流値と電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ、ｄ軸成分Ｖｄとに基づいてロータ速度を推定して推定回転数ωest1を出力する。従って、回転数検出指令部４０が回転数指令Ｘを出力することによって、起動制御前の回転数検出が行われる。
【００３１】
次に、起動前の回転数に応じた起動制御について説明する。目標回転数設定部２１は外風による回転数が次の（ａ）〜（ｆ）のいずれの範囲にあるかを判定する。
【００３２】
（ａ）＋４００ｒｐｍ以上
（ｂ）＋２００ｒｐｍ〜＋４００ｒｐｍ
（ｃ）＋８０ｒｐｍ〜＋２００ｒｐｍ
（ｄ）−１００〜＋８０ｒｐｍ
（ｅ）−４００〜−１００ｒｐｍ
（ｆ）−４００ｒｐｍ以下
目標回転数設定部２１はこの判定結果に従って、起動停止の指令を出力したり、時間の経過に従って大きさが所定の割合で増大する目標回転数ωref2を出力したりする、以下、（ａ）〜（ｆ）のそれぞれの場合における目標回転数設定部２１の動作について、図３に示した図表をも参照して以下に説明する。
【００３３】
（ａ）又は（ｆ）の場合：外風による影響が大き過ぎてファン駆動電動機４Ｍの制御ができないため、起動禁止の指令を出力する。そして、一定時間を経過した後に、回転数検出指令部４０に回転数検出指令を出力する。回転数の絶対値が４００ｒｐｍ以下に降下したことが確認された場合には下記の制御を実行する。
【００３４】
（ｂ）の場合：回転数が＋２００ｒｐｍ以上であることの信号を目標回転数選択部２２に加える。これに応じて、目標回転数選択部２２は外部からの目標回転数ωref1を選択して目標回転数ωrefとして出力する。従って、特別な起動制御を行うことなく通常制御に移行する。
【００３５】
（ｃ）の場合：検出した回転数が正規の方向で、通常制御に移行するには小さめであるため、検出された回転数を基準として所定の割合で＋２００ｒｐｍまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、＋２００ｒｐｍまで到達したとき、回転数が＋２００ｒｐｍ以上であることの信号を目標回転数選択部２２に加える。これに応じて、目標回転数選択部２２は始めに目標回転数ωref2を目標回転数ωrefとして出力し、回転数が＋２００ｒｐｍ以上であることの信号が加えられたとき、外部からの目標回転数ωref1を選択して目標回転数ωrefとして出力する。従って、回転数が＋２００ｒｐｍに到達した段階で起動制御は停止されて通常制御に移行する。
【００３６】
（ｄ）の場合：０ｒｐｍを内部に含み、超低速で回転している。この状態では外力も弱いため、停止又はそれに近い回転数に制御してからその回転数を増大させることによって異常停止することがなくなる。そこで、目標回転数設定部２１は基準回転数として目標回転数ωref2を１秒間だけ０ｒｐｍに固定し、その後、所定の割合で＋２００ｒｐｍまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、＋２００ｒｐｍまで到達したとき、回転数が＋２００ｒｐｍ以上であることの信号を目標回転数選択部２２に加えて、（ｃ）と同様にして通常制御に移行する。
【００３７】
（ｅ）の場合：検出された回転数が（ｄ）の場合よりも低い値にあるとき、検出した回転数を基準にして所定の割合で＋２００ｒｐｍまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、＋２００ｒｐｍまで到達したとき、回転数が＋２００ｒｐｍ以上であることの信号を目標回転数選択部２２に加えて（ｃ）と同様にして通常制御に移行する。
【００３８】
ところで、上記（ｅ）の制御において、逆回転中の電動機の速度を徐々に０に近づけて０の状態にし、その後に正規の方向に回転させてその回転数を増大する場合、回転数が０の近傍でロータ速度推定演算部２５から出力される推定回転数ωest1が不安定になる。そのために、起動前制御を終了した段階で、速度選択部２６が正常な動作をするように復帰させる。この結果、図４（ａ）に示すように、回転数ωが−１００ｒｐｍから＋６０ｒｐｍになるまで、ロータ速度推定制御部２７がそれ以前の回転数ω（＜−１００ｒｐｍ）の時間変化率に基づいて次の時点での回転数ωを推定し、推定回転数ωest2を出力する。速度選択部２６はこれらの回転数範囲で推定回転数ωest1の代わりに推定回転数ωest2を推定回転数ωestとして出力する。この間、ＰＩ制御部２９から出力されるトルク成分電流の目標値Ｉｑrefは一定に保たれる。
【００３９】
なお、起動前の回転数が（ｃ）（ｄ）（ｅ）のいずれかの範囲にある場合、回転数の検出値が＋２００ｒｐｍになった時点で通常制御に移行したが、その代わりにトルク電流成分Ｉｑが＋２００ｒｐｍに対応する一定値に到達した段階で通常制御に移行するようにしても、上述したと同様な制御をすることができる。
【００４０】
かくして、実施例１によれば、起動前に推定されたファン駆動電動機４Ｍの回転数が所定の低速範囲、すなわち、−４００ｒｐｍ〜＋２００ｒｐｍの範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行するので、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることができる。
【実施例２】
【００４１】
図５は本発明に係るファン制御装置の実施例２の構成を部分的にブロックで示した回路図である。図中、実施例１を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したモータ制御部２０Ｂは、ロータ速度推定演算部２５又はロータ速度推定制御部２７で推定されて速度選択部２６から出力された電動機の推定回転数ωestが所定の範囲、例えば、−１００ｒｐｍ〜＋６０ｒｐｍ又は−６０ｒｐｍ〜＋６０の範囲で、励磁成分電流の補正値ΔＩｄrefを出力する励磁補正制御部３６と、この励磁補正制御部３６から出力される励磁成分電流の補正値ΔＩｄrefを演算部３１の出力に加えて減算器３２の被減算入力とする加算器３７と、ロータ速度推定演算部２５による推定回転数ωest1の誤差が大きいとき、すなわち、速度選択部２６がロータ速度推定制御部２７の推定回転数ωest2を選択しているとき、ＰＩ制御部２９から出力されていたそれ以前のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1の変化状態から現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを推定しトルク電流成分の設定値Ｉｑref2を出力するトルク成分電流目標値設定部３９と、速度選択部２６がロータ速度推定制御部２７の出力を選択した場合、ＰＩ制御部２９のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1の代わりにトルク成分電流目標値設定部３９のトルク成分電流の目標値Ｉｑref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして減算器３０の被減算入力として加えるトルク成分電流目標値選択部３８とを備えた点が実施例１と構成を異にし、これ以外は実施例１と同一に構成されている。
【００４２】
上記のように構成された実施例２の動作について、特に、実施例１と構成を異にする点を中心にして、図６及び図７をも参照して以下に説明する。前述した如く、励磁成分電流Ｉｄは電動機の駆動に直接寄与しないので、効率を向上させるために小さな値となるように制御される。この実施例２では、起動前制御によって推定された電動機の回転数が前述した（ｄ）の範囲にあるとき、＋６０ｒｐｍに到達するまで、励磁補正制御部３６を動作させて励磁成分電流の補正値ΔＩｄrefを演算部３１の出力に加算して電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄを大きくし、さらに、起動前制御によって推定された電動機の回転数が前述した（ｅ）の範囲にあるとき、−６０ｒｐｍ〜＋６０ｒｐｍの範囲で、励磁補正制御部３６を動作させて励磁成分電流の補正値ΔＩｄrefを演算部３１の出力に加算して電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄを大きくする。図５はこれらの制御を加えた図３に対応する図表であり、図７はこのｄ軸成分Ｖｄの増大分を（ｃ）に示した図４に対応する線図である。この場合、励磁成分電流の補正値ΔＩｄrefは−１００ｒｐｍから−６０ｒｐｍまでｔ１時間に亘り一定の変化率で増大させ、さらに、＋６０ｒｐｍから＋８０ｒｐｍまでｔ２時間に亘り一定の変化率で減少させて制御の安定性を確保する。これによって、０回転を含む正、逆両方の低速回転範囲で安定に制御することができる。
【００４３】
一方、トルク成分電流目標値設定部３９はＰＩ制御部２９から出力される現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1を監視し、その結果に基づいてそれ以降のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを推定しトルク電流成分の設定値Ｉｑref2を出力する。トルク成分電流目標値選択部３８は、速度選択部２６が、ロータ速度推定制御部２７の推定回転数ωest2を選択して推定回転数ωestとして出力している場合、ＰＩ制御部２９が出力しているトルク成分電流の目標値Ｉｑref1の代わりに、トルク成分電流目標値設定部３９のトルク成分電流の設定値Ｉｑref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして減算器３０に加え、さらに、速度選択部２６がロータ速度推定演算部２５の推定回転数ωest1を選択したとき、トルク成分電流目標値設定部３９のトルク電流成分の設定値Ｉｑref2の選択を停止すると共に、ＰＩ制御部２９のトルク電流成分の目標値Ｉｑref1を選択してトルク電流成分の目標値Ｉｑrefとして出力する。
【００４４】
これにより、トルク電流成分の目標値Ｉｑrefが安定し、発生トルクの変動を抑えることができるので、推定回転数ωestに推定回転数ωest2を使用した場合の精度を高め、電動機を安定して制御することができる。また、電動機の回転方向が正規の方向になるまで、できるだけ大きなトルク成分電流を設定することができるので、電動機の回転数を短時間で目標回転数ωrefに到達させることができるという効果も得られる。
【００４５】
かくして、実施例２によれば、起動前に推定されたファン駆動電動機４Ｍの回転数が所定の低速範囲、すなわち、−４００ｒｐｍ〜＋２００ｒｐｍの範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行するので、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることができる。また、励磁補正制御部３６を付加したことにより、０回転を含む正、逆両方の低速回転数でより安定に制御することができ、さらに、トルク成分電流目標値選択部３８及びトルク成分電流目標値設定部３９を付加したことにより、電動機の回転数を短時間で目標回転数ωrefに到達させることができるという効果も得られる。
【００４６】
なお、上記の各実施例では電力変換部１３の各負側アームと直列に抵抗を接続して電動機の巻線に流れる電流を検出したが、この代わりに、例えば、平滑コンデンサ１２と電力変換部１３との間の１つの電流経路に抵抗を接続し、電力変換部１３の各スイッチング素子をオン状態にするタイミングで両端電圧を測定することによって電動機の巻線に流れる電流を検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用する空気調和機の室外機の主要部の構成を示す横断面図。
【図２】本発明に係るファン制御装置の実施例１の構成を部分的にブロックで示した回路図。
【図３】実施例１の動作を説明するために、起動前の回転数に対応した各種の制御形態を示した図表。
【図４】実施例１の動作を説明するために、電動機の推定回転数とトルク成分電流の目標値との関係を示したタイムチャート。
【図５】本発明に係るファン制御装置の実施例２の構成を部分的にブロックで示した回路図。
【図６】実施例２の動作を説明するために、起動前の回転数に対応した各種の制御形態を示した図表。
【図７】実施例１の動作を説明するために、電動機の推定回転数、トルク成分電流の目標値及び励磁成分電流の増大分の関係を示したタイムチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１  空気調和機の室外機
４  室外ファン
１１  直流電源部
１３  電力変換部
１４，１５，１６  抵抗
１７  直流電圧検出部１７
２０Ａ，２０Ｂ  モータ制御部
２１  目標回転数設定部
２２  目標回転数選択部
２４  電流検出部２４
２５  ロータ速度推定演算部
２６  速度選択部
２７  ロータ速度推定制御部
２８  積分部
３５  波形合成部
３６  励磁補正制御部
３８  トルク成分電流目標値選択部
３９  トルク成分電流目標値設定部
４０  回転数検出指令部
【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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