(57)【要約】【課題】個々のモータのパラメータが多少変動しても、最大進角値を確保することができて、広い運転範囲を確保できるモータ駆動制御装置を提供すること。【解決手段】交流電源１をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段２を有し、モータ３への印加電圧およびモータ電流からモータ３の回転位相を推定演算し、出力可能なモータ３への印加電圧よりも、モータ３が発生する誘起電圧が大きい場合、モータ３の回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流との位相関係の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とする。【選択図】図５
2007282367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流との位相関係の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電流の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項３】
直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電力の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項４】
直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる力率の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項５】
出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が小さい場合、電流位相を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、前記モータ電流から得られる有効電力が最小になるように前記電流位相を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の圧縮機の原動力となるモータを、高効率で駆動するモータ駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ駆動装置では、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構造にして、リラクタンストルクも利用することで高効率化してきている。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で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モータを空気調和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適切に行うことが必要になる。
【０００３】
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。
【０００４】
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（例えば、非特許文献１参照）。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で、回転位相検出ができる駆動方法がある。また固定座標軸上での電圧と電流との関係を用いるものもある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５０４８９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」、１９９５年４月１日、Ｖｏｌ．１１５−Ｄ、Ｎｏ．４、ｐ．４２０−４２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、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。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、最大進角値）に余裕を持たせておく必要がある。ところが、最大進角値を下げると、駆動できる最高速度が低下してしまい、駆動範囲が狭まってしまうという課題を有していた。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、もしくは、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を有していた。
【０００６】
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多少変動しても、最大進角値を確保することができて、広い運転範囲を確保できるモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流との位相関係の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、回転位相推定の限界を示唆する指標である、「モータへの印加電圧とモータ電流の位相差の変化特性」を抽出し、それによって導出される変化特性が緩慢になり、回転位相推定の限界近傍となった場合には、それ以上電流位相を進めないようにすることで、モータのパラメータが変動しても大きな弱め界磁効果を維持して、広い運転範囲を確保する。
【０００９】
また、本発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電流の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、回転位相推定の限界を示唆する指標である、「モータの無効電流の変化特性」を抽出し、それによって導出される変化特性が緩慢になり、回転位相推定の限界近傍となった場合には、それ以上電流位相を進めないようにすることで、モータのパラメータが変動しても大きな弱め界磁効果を維持して、広い運転範囲を確保する。
【００１１】
また、本発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電力の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするものである。
【００１２】
これにより、回転位相推定の限界を示唆する指標である、「モータの無効電力の変化特性」を抽出し、それによって導出される変化特性が緩慢になり、回転位相推定の限界近傍となった場合には、それ以上電流位相を進めないようにすることで、モータのパラメータが変動しても大きな弱め界磁効果を維持して、広い運転範囲を確保する。
【００１３】
また、本発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果
得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる力率の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、回転位相推定の限界を示唆する指標である、「モータの力率の変化特性」を抽出し、それによって導出される変化特性が緩慢になり、回転位相推定の限界近傍となった場合には、それ以上電流位相を進めないようにすることで、モータのパラメータが変動しても大きな弱め界磁効果を維持して、広い運転範囲を確保する。
【発明の効果】
【００１５】
モータのパラメータが変動しても、最大進角値を確保することができて、広い運転範囲を確保できるモータ駆動制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流との位相関係の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることにより、パラメータずれなどに起因して過度に電流位相を進めてしまうことによる回転位相の推定演算が不可能状態に突入することが防止され、安定した弱め界磁制御が可能になる。
【００１７】
第２の発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電流の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることにより、パラメータずれなどに起因して過度に電流位相を進めてしまうことによる回転位相の推定演算が不可能状態に突入することが防止され、安定した弱め界磁制御が可能になる。
【００１８】
第３の発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる無効電力の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることにより、パラメータずれなどに起因して過度に電流位相を進めてしまうことによる回転位相の推定演算が不可能状態に突入することが防止され、安定した弱め界磁制御が可能になる。
【００１９】
第４の発明のモータ駆動制御装置は、直流電源または交流電源をモータ駆動用の交流電力に変換する回路手段を有し、モータへの印加電圧およびモータ電流からモータの回転位相を推定演算し、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が大きい場合、前記モータの回転位相よりも前記モータ電流の位相が進むように駆動制御するモータ駆動制御装置であって、電流位相の進め方を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、モータ電流から得られる力率の変化が緩慢になった場合に、前記モータ電流の位相を進める処理を停止させることにより、パラメータずれなど
に起因して過度に電流位相を進めてしまうことによる回転位相の推定演算が不可能状態に突入することが防止され、安定した弱め磁界制御が可能になる。
【００２０】
第５の発明のモータ駆動制御装置は、特に第１〜第４の発明において、出力可能なモータへの印加電圧よりも、前記モータが発生する誘起電圧が小さい場合、電流位相を微小変調させ、変調させた結果得られる前記モータへの印加電圧と、前記モータ電流から得られる有効電力が最小になるように前記電流位相を調整することにより、パラメータずれなどがあっても、モータの効率が最大になるように駆動することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
（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駆動制御装置の動作原理を示す特性図を示すものである。
【００２３】
図１において、上段のグラフは、電流進角とモータ電圧との関係を示すグラフであり、下段のグラフは、電流進角と電圧−電流位相差の関係を示すグラフである。電流進角を増加させると、弱め界磁効果によりモータ電圧は減少する傾向にあり、電圧―電流位相差は減少していくが、あるところで、減少がなくなり、逆に増加し始める。位相差特性が反転すると、印加電圧とモータ電流から誘起電圧を割出していく回転位相推定演算において、回転位相が進んできるのか遅れているのかが区別できなくなり、推定演算が不可能になる。図１では電流進角の設定がβ0であるときには、回転位相推定が可能であるが、β1になると回転位相推定が不可能になる。したがって、β0の状態になると電流進角をこれ以上増加させないようにする必要がある。図１の位相差特性を見れば、推定可能なところでは位相差特性の変化が非常に緩慢になっており、電流進角を微少変調することにより、この変化特性を割出し、変化が緩慢かどうかを判断して、緩慢であれば電流進角をこれ以上増加させないようにする。これにより、モータのパラメータが変化しても大きな弱め界磁効果を得ることができる。
【００２４】
次に、図５を用いて、駆動制御に必要な回路構成について説明する。図５は、家庭用などの単相交流電源を用いて駆動する場合の回路構成を示す回路ブロック図であり、単相電源１から整流ダイオードブリッジ４を経て、力率改善リアクトル５および平滑コンデンサ６により略直流電源を構成する。直流電源以降に、三相ブリッジ回路２を経てモータ３に接続されており、制御回路４００では、三相ブリッジ回路２をパルス幅変調制御して三相擬似交流を作成せしめ、モータ３を駆動制御する。制御回路４００では、モータ３の電流を電流検出器１１ａ、１１ｂで検出し、モータ３への印加電圧は、直流電圧を電圧検出器１４で検出して、三相ブリッジ回路２におけるパルス幅変調量から印加電圧を算出する。これにより、モータ３の略適正な駆動が可能になる。したがって、図５の回路構成をすることにより、図１で説明した原理を実現することが可能になる。なお、制御回路４００はマイクロコンピュータで構成され、制御はプログラムに基づいたシーケンス制御で実現される。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置の動作原理を示す特性図を示すものである。
【００２６】
図２において、上段のグラフは、電流進角とモータ電圧との関係を示すグラフであり、下段のグラフは、電流進角と無効電流の関係を示すグラフである。電流進角を増加させると、弱め界磁効果によりモータ電圧は減少する傾向にあり、無効電流は減少していくが、
あるところで、減少がなくなり、逆に増加し始める。無効電流の反転するところは、実施の形態１で説明した、電圧−電流位相差の反転するところとほぼ同じであるので、位相推定が不可能になるところを示している。したがって、実施の形態１と同じように、電流進角を微少変調することにより、この変化特性を割出し、変化が緩慢かどうかを判断して、緩慢であれば電流進角をこれ以上増加させないようにする。これにより、モータのパラメータが変化しても大きな弱め界磁効果を得ることができる。具体的な回路構成は、図５で示したものをそのまま用いることができる。
【００２７】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３におけるモータ駆動制御装置の動作原理を示す特性図を示すものである。
【００２８】
図３において、上段のグラフは、電流進角とモータ電圧との関係を示すグラフであり、下段のグラフは、電流進角と無効電力の関係を示すグラフである。電流進角を増加させると、弱め界磁効果によりモータ電圧は減少する傾向にあり、無効電力は減少していくが、あるところで、減少がなくなり、逆に増加し始める。無効電力の反転するところは、実施の形態１で説明した、電圧−電流位相差の反転するところとほぼ同じであるので、位相推定が不可能になるところを示している。したがって、実施の形態１と同じように、電流進角を微少変調することにより、この変化特性を割出し、変化が緩慢かどうかを判断して、緩慢であれば電流進角をこれ以上増加させないようにする。これにより、モータのパラメータが変化しても大きな弱め界磁効果を得ることができる。具体的な回路構成は、図５で示したものをそのまま用いることができる。
【００２９】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４におけるモータ駆動制御装置の動作原理を示す特性図を示すものである。
【００３０】
図４において、上段のグラフは、電流進角とモータ電圧との関係を示すグラフであり、下段のグラフは、電流進角と力率の関係を示すグラフである。電流進角を増加させると、弱め界磁効果によりモータ電圧は減少する傾向にあり、力率はまず増加したのち減少していくが、あるところで、減少がなくなり、再び増加し始める。力率の再び増加するところは、実施の形態１で説明した、電圧−電流位相差の反転するところとほぼ同じであるので、位相推定が不可能になるところを示している。したがって、実施の形態１と同じように、電流進角を微少変調することにより、この変化特性を割出し、変化が緩慢かどうかを判断して、緩慢であれば電流進角をこれ以上増加させないようにする。これにより、モータのパラメータが変化しても大きな弱め界磁効果を得ることができる。具体的な回路構成は、図５で示したものをそのまま用いることができる。
【００３１】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５におけるモータ駆動制御装置の動作原理を示す特性図を示すものである。
【００３２】
図５において、上段のグラフは、電流進角とモータ電圧との関係を示すグラフであり、下段のグラフは、モータへの有効電力の関係を示すグラフである。電流進角を増加させると、弱め界磁効果によりモータ電圧は減少する傾向にあり、有効電力はまず減少したのちβ2で最小となり、それ以降は再び増加していく。ここで有効電力が最も少なくなるところはモータの効率が最大になっているところである。したがって、有効電力が最も少なくなるように、電流進角を微少変調することにより、モータのパラメータが変化しても、モータを常に最大効率で駆動することができる。具体的な回路構成は、図５で示したものをそのまま用いることができる。また、モータへの電力を検出する代わりに、図５の交流電
源側の電流検出器１２を用いて、回路を含めた電力が最小になるようにすることも可能である。
【００３３】
なお、すべての実施形態において、モータの電流を検出するのに、モータの各相（三相の場合は２つで測定可能）に電流検出器を設けて、直接的に電流を検出する方法で説明したが、三相ブリッジ回路でパルス幅変調して駆動する場合に、直流側に電流検出手段を設け、時分割的に各相の電流を検出してモータを駆動する方法が提案されており、電流検出器の数を減らすことができる（特開２００３−１１１４８０号公報参照）。
【００３４】
なお、電流位相設定値の微少変調を常に行うこと以外に、間欠的に行うことでも同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、実施の形態１から４については、電流進角を大きくして駆動電圧を下げる必要がある場合には、本発明に示す、限界までの進角動作を行えばよいが、電流進角を少し増加させただけで所望の回転数で駆動できている場合には、それ以上電流進角を増大させる必要がないことは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるモータ駆動制御装置は、モータパラメータが変動して、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ことが可能となるので、広い運転範囲を確保でき、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】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置における電流進角と電圧−電流位相差の変化を示す特性図
【図２】本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置における電流進角と無効電流の変化を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置における電流進角と無効電力の変化を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置における電流進角と力率差の変化を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態における全体回路構成図
【図６】本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置における電流進角と有効電力の変化を示す特性図
【符号の説明】
【００３８】
１  交流電源
２  三相ブリッジ回路
３  モータ
１１ａ、１１ｂ  電流検出器
１４  電圧検出器
４００  制御回路
【図１】
2007282367.tif 000003
【図２】
2007282367.tif 000004
【図３】
2007282367.tif 000005
【図４】
2007282367.tif 000006
【図５】
2007282367.tif 000007
【図６】
2007282367.tif 000008