(57)【要約】【課題】周期性負荷による周期的な回転速度変動等を抑制するに際し、変動抑制トルク制御を行うことができるモータの出力トルクの可制御域を拡げる。【解決手段】変動抑制トルク制御では、周期性負荷となる圧縮機６によるモータ５の角速度ω等の変動を抑制すべく、基本波成分抽出部１４にて角加速度αの基本波成分を抽出し、調整指令Ｉｃ＊に基づいて振幅調整部１５が動作する。減算部１６は、平均電流指令Ｉａ＊から振幅調整部１５の出力を減算して振幅指令Ｉｍ＊を出力する。電流位相指令作成部１９は電圧指令Ｖ＊の最大値がインバータ４の出力電圧の上限値に達したことに応答して、電流位相指令β＊を進ませる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧（Ｖ）または供給電流（Ｉ）を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法において、
前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値に達したことに応答して、前記供給電流の位相（β）を進ませることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項２】
モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧（Ｖ）または供給電流（Ｉ）を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法において、
前記印加電圧もしくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい閾値（Ａ１，Ａ３）に達したことに応答して、前記最大値が前記閾値を越えないように前記出力トルクを制御しつつ、前記供給電流の位相（β）を進ませることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項３】
モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧（Ｖ）または供給電流（Ｉ）を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法において、
前記出力トルクの周期的変動の振幅が安定する時間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２’）を設定し、
前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい閾値（Ａ２）を越える場合に、前記最大値の目標値に前記閾値を採用して前記出力トルクを制御しつつ、
前記最大値が前記時間の間、前記閾値を越えたことに応答して前記供給電流の位相（β）を進ませることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項４】
前記位相を一回分進ませる角度は予め設定された増分上限値（Ｘ１）以下である、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項５】
前記位相を一回分進ませる角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値（Ｙ１）以下である、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項６】
前記位相を進ませる処理は、前記出力トルクに依存しない、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項７】
前記位相が進められた後、前記出力電圧が所定の範囲を下回ることに応答して、前記位相を遅らせる、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項８】
前記供給電流の位相は予め設定された位相の上限値（βｍａｘ１）を越えては進められない、請求項１乃至請求項７の何れかに記載のモータ制御方法。
【請求項９】
前記最大値が前記インバータの出力電圧の上限値を下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせることを特徴とする、請求項１記載のモータ制御方法。
【請求項１０】
前記最大値が前記閾値（Ａ３）を下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせることを特徴とする、請求項２記載のモータ制御方法。
【請求項１１】
前記最大値が前記閾値（Ａ４）を前記時間（Ｔ２）の間下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせることを特徴とする、請求項３記載のモータ制御方法。
【請求項１２】
モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧または供給電流を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法において、
前記印加電圧（Ｖ）若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値以下の第１の閾値（Ｂ１）を超えたことに応答して前記供給電流の位相を進め、
前記最大値が前記第１の閾値以下の第２の閾値（Ｃ１）よりも小さいことに応答して前記位相を遅らせることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１３】
モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧または供給電流を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法において、
前記出力トルクの周期的変動の振幅が安定する時間（Ｔ３，Ｔ３’）を設定し、
前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい第１の閾値（Ｂ２）を前記時間（Ｔ３）の間超えたことに応答して電流位相を進め、
前記最大値が、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値（Ｃ２）よりも前記時間（Ｔ３’）の間小さいことに応答して電流位相を遅らせることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１４】
前記位相（β）の一回分の進相／遅相の角度は予め設定された角度の上限値（Ｘ２）以下である、請求項９乃至請求項１３のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項１５】
前記位相（β）の一回分の進相／遅相の角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値（Ｙ２）以下である、請求項９乃至請求項１３のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項１６】
前記位相（β）を進相／遅相する処理は、前記出力トルクに依存しない、請求項９乃至請求項１５のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項１７】
前記位相（β）が進められた後、前記出力電圧が所定の範囲を下回ることに応答して、前記位相を遅らせる、請求項９乃至請求項１５のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項１８】
前記位相（β）は設定された位相の上限値（βｍａｘ２）よりも進められず、前記位相は設定された位相の下限値（βｍｉｎ２）よりも遅らせられないことを特徴とする、請求項９から請求項１７の何れかに記載のモータ制御方法。
【請求項１９】
前記モータ（５）はブラシレスＤＣモータである請求項１から請求項１８の何れか一つに記載のモータ制御方法。
【請求項２０】
前記周期性負荷（６）は前記ブラシレスＤＣモータにより駆動される空気調和機用１シリンダ圧縮機である請求項１９記載のモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周期性負荷を駆動するモータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータからモータに印加する電圧または供給する電流を制御して、モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機には、大別して１シンリンダ圧縮機と２シンリンダ圧縮機とがある。これらのうち、１シンリンダ圧縮機は部品点数が少なく、低コストであるという利点を有している反面、負荷トルクが周期的に大きく変動する。よって１シリンダ圧縮機は振動が大きく、安定に動作させにくいという傾向がある。
【０００３】
このようなトルク変動を持つ周期的な負荷、即ち周期性負荷を駆動するモータは、周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように制御されることが望まれる。このようなモータの制御は、インバータからモータに印加される電圧または供給される電流を制御することで実現される。かかる制御は例えば特許文献１では「トルク制御」と称されており、ここでは「変動抑制トルク制御」と称することとする。
【０００４】
モータの回転速度が高速時においては逆起電力が上昇するので、変動抑制トルク制御によって回転速度変動を十分抑制しようとすると、指令電圧が更に上昇し、インバータの出力電圧が飽和する。これは電流制御の不安定、変動抑制トルク制御の発散を招来し、ひいてはモータが停止するという問題がある。
【０００５】
例えば特許文献１ではモータの出力トルクの変動振幅を減少させ、インバータの出力電圧値あるいはその指令値が、所定の値を超えないように制御していた。
【０００６】
なお、本願に関連する技術を公開するものとして特許文献２を挙げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４０７１０９号公報
【特許文献２】特許第３６２２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
モータの出力トルクの変動振幅を減少させると、電流制御の不安定は解消するが、これは、モータの回転速度が高速時における変動抑制トルク制御を犠牲にすることとなる。
【発明の目的】
【０００９】
そこで、本願は、周期性負荷による周期的な回転速度変動等を抑制するに際し、変動抑制トルク制御を行うことができるモータの出力トルクの可制御域を拡げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明にかかるモータ制御方法は、モータ（５）によって駆動される周期性負荷（６）による前記モータの周期的な回転速度変動あるいは回転加速度変動を抑制するように、インバータ（４）から前記モータへの印加電圧（Ｖ）または供給電流（Ｉ）を制御して、前記モータの出力トルクを周期的に変動させるモータ制御方法である。
【００１１】
その第１の態様においては、前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値に達したことに応答して、前記供給電流の位相（β）を進ませる。
【００１２】
その第２の態様においては、前記印加電圧もしくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい閾値（Ａ１，Ａ３）に達したことに応答して、前記最大値が前記閾値を越えないように前記出力トルクを制御しつつ、前記供給電流の位相（β）を進ませる。
【００１３】
その第３の態様においては、前記出力トルクの周期的変動の振幅が安定する時間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２’）を設定し、前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい閾値（Ａ２）を越える場合に、前記最大値の目標値に前記閾値を採用して前記出力トルクを制御しつつ、前記最大値が前記時間の間、前記閾値を越えたことに応答して前記供給電流の位相（β）を進ませる。
【００１４】
その第４の態様は、上記第１乃至第３の態様のいずれかであって、前記位相を一回分進ませる角度は予め設定された増分上限値（Ｘ１）以下である。
【００１５】
その第５の態様は、上記第１乃至第３の態様のいずれかであって、前記位相を一回分進ませる角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値（Ｙ１）以下である。
【００１６】
その第６の態様は、上記第１乃至第５の態様のいずれかであって、位相を進ませる処理は、前記出力トルクに依存しない。
【００１７】
その第７の態様は、上記第１乃至第５の態様のいずれかであって、前記位相が進められた後、前記出力電圧が所定の範囲を下回ることに応答して、前記位相を遅らせる。
【００１８】
その第８の態様は、上記第１乃至第７の態様のいずれかであって、前記供給電流の位相は予め設定された位相の上限値（βｍａｘ１）を越えては進められない。
【００１９】
その第９の態様は、上記第１の態様であって、前記最大値が前記インバータの出力電圧の上限値を下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせる。
【００２０】
その第１０の態様は、上記第２の態様であって、前記最大値が前記閾値（Ａ３）を下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせる。
【００２１】
その第１１の態様は、上記第３の態様であって、前記最大値が前記閾値（Ａ４）を前記時間（Ｔ２）の間下回ったことに応答して前記位相（β）を遅らせる。
【００２２】
その第１２の態様は、前記印加電圧（Ｖ）若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値以下の第１の閾値（Ｂ１）を超えたことに応答して前記供給電流の位相を進める。そして前記最大値が前記第１の閾値以下の第２の閾値（Ｃ１）よりも小さいことに応答して前記位相を遅らせる。
【００２３】
その第１３の態様は、前記出力トルクの周期的変動の振幅が安定する時間（Ｔ３，Ｔ３’）を設定し、前記印加電圧若しくはその指令値（Ｖ＊）の最大値（Ｖ＊ｍａｘ）が、前記インバータの出力電圧の上限値よりも小さい第１の閾値（Ｂ２）を前記時間（Ｔ３）の間超えたことに応答して電流位相を進める。そして前記最大値が、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値（Ｃ２）よりも前記時間（Ｔ３’）の間小さいことに応答して電流位相を遅らせる。
【００２４】
その第１４の態様は、上記第９の態様乃至第１３の態様のいずれかであって、前記位相（β）の一回分の進相／遅相の角度は予め設定された角度の上限値（Ｘ２）以下である。
【００２５】
その第１５の態様は、上記第９の態様乃至第１３の態様のいずれかであって、前記位相（β）の一回分の進相／遅相の角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値（Ｙ２）以下である。
【００２６】
その第１６の態様は、上記第９の態様乃至第１５の態様のいずれかであって、前記位相（β）を進相／遅相する処理は、前記出力トルクに依存しない。
【００２７】
その第１７の態様は、上記第９の態様乃至第１５の態様のいずれかであって、前記位相（β）が進められた後、前記出力電圧が所定の範囲を下回ることに応答して、前記位相を遅らせる。
【００２８】
その第１８の態様は、上記第９の態様乃至第１７の態様のいずれかであって、前記位相（β）は設定された位相の上限値（βｍａｘ２）よりも進められず、前記位相は設定された位相の下限値（βｍｉｎ２）よりも遅らせられない。
【００２９】
例えば前記モータ（５）はブラシレスＤＣモータである。
【００３０】
例えば前記周期性負荷（６）は前記ブラシレスＤＣモータにより駆動される空気調和機用１シリンダ圧縮機である。
【発明の効果】
【００３１】
この発明にかかるモータ制御方法の第１の態様乃至第３の態様によれば、周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するに際し、出力トルクの可制御域を拡げる。
【００３２】
この発明にかかるモータ制御方法の第４の態様乃至第５の態様によれば、ハンチングなどモータの電流位相制御及び変動抑制トルク制御が不安定にならない。
【００３３】
この発明にかかるモータ制御方法の第６の態様によれば、制御が簡易である。
【００３４】
この発明にかかるモータ制御方法の第７の態様乃至第１３の態様によれば、効率の悪化が回避される。
【００３５】
この発明にかかるモータ制御方法の第１４の態様乃至第１５の態様によれば、ハンチングなどモータの電流位相制御及び変動抑制トルク制御が不安定にならない。
【００３６】
この発明にかかるモータ制御方法の第１６の態様によれば、制御が簡易である。
【００３７】
この発明にかかるモータ制御方法の第１７の態様によれば、効率の悪化が回避される。
【００３８】
この発明にかかるモータ制御方法の第１８の態様によれば、電流位相を進ませすぎて出力トルクが減少し、モータが失速停止することが回避される。またモータの回転速度が低い場合等、電流位相を進める必要が無い領域では効率良くモータを運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】モータ制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図２】電流位相作成部の第２の実施の形態における構成を例示するブロック図である。
【図３】電流位相作成部の第３の実施の形態における構成を例示するブロック図である。
【図４】電流位相作成部の第４の実施の形態における構成を例示するブロック図である。
【図５】出力トルクと電流位相との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
第１の実施の形態．
図１はこの発明の第１の実施の形態が適用可能なモータ制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００４１】
このモータ制御装置は、交流電源１をコンバータ２に供給して直流電源を得、平滑用コンデンサ３で平滑化し、インバータ４は交流の印加電圧及び供給電流をモータ５に与える。そして、このモータ５により圧縮機６を駆動する。
【００４２】
圧縮機６は、１回転に１回または２回程度の周期性の負荷変動を有する周期性負荷であって、例えば空気調和機用１シリンダ圧縮機である。モータ５は例えばブラシレスＤＣモータである。
【００４３】
モータ５への引加電圧Ｖ及び供給電流Ｉは、それぞれ電圧検出部１１ａ、電流検出部１１ｂによって検出される。電圧検出部１１ａ、電流検出部１１ｂは纏めて電流・電圧検出手段１１として把握される。
【００４４】
位置検出部１２はモータ５のロータの回転位置（単に「ロータ位置」とも称する）θ及び角速度ωを求め、これらを出力する。ロータ位置θ及び角速度ωを求めるには、印加電圧Ｖ及び供給電流Ｉ、並びにｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、及び磁石磁束Ψというモータ５の機器定数が用いられる。
【００４５】
微分器１３は角速度ωを微分して角加速度αを出力する。
【００４６】
基本波成分抽出部１４は角加速度αの基本波成分を抽出する。圧縮機６の負荷変動がモータ１回転に１度の場合には、基本波成分抽出部１４の出力としてはモータ５の回転数と同じ周波数の角加速度変動が抽出される。圧縮機６の負荷変動がモータ１回転に２度の場合には、モータ回転数の倍の周波数の角加速度変動が抽出される。
【００４７】
振幅調整部１５は後述する調整指令に基づいて、当該基本波成分の振幅を調整する。振幅調整部１５においては、通常、基本波成分の振幅を積分するなどにより増幅度（ゲイン）を無限大に設定してある。そして、調整指令が供給されたことに応答して、例えば、積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行ってゲインを下げるようにしている（特許文献１等参照）。このようなゲインの低下は、角加速度の基本波成分を相殺するという変動抑制トルク制御を緩和する。
【００４８】
基本波成分抽出部１４及び振幅調整部１５を纏めて、変動抑制トルク制御を行う変動抑制トルク制御部として把握することができる。
【００４９】
減算部１６は、平均電流指令Ｉａ＊から振幅調整部１５の出力を減算して振幅指令Ｉｍ＊を出力する。
【００５０】
電流指令作成部１８は、振幅指令Ｉｍ＊及び後述する電流位相指令β＊に基づいて電流指令Ｉ＊を求めてこれを出力する。
【００５１】
電流制御部１７は、電流指令Ｉ＊、ロータ位置θ及び供給電流Ｉを用いて電流制御演算を行い、電圧指令Ｖ＊をインバータ４に供給する。
【００５２】
電流位相指令作成部１９は電圧指令Ｖ＊、最大位相角βｍａｘ１を入力し、これらに基づいて調整指令Ｉｃ＊を振幅調整部１５に出力する。
【００５３】
電流位相指令作成部１９は電圧指令Ｖ＊の最大値を検出し、当該最大値が予め設定された値を超えると、あるいは超えそうになると、振幅調整部１５に対して振幅を抑制すべきことを指示する調整指令Ｉｃ＊を出力する。
【００５４】
変動抑制トルク制御部において角加速度αの基本波成分を抽出し、調整指令Ｉｃ＊に基づいて振幅調整部１５を動作させる技術、及び平均電流指令Ｉａ＊から振幅指令Ｉｍを求める技術については、特許文献１等で公知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５５】
電流位相指令作成部１９は電圧指令Ｖ＊の最大値がインバータ４の出力電圧の上限値に達したことに応答して、電流位相指令β＊を進ませる。これにより、電流指令作成部１８で作成された電流指令Ｉ＊の位相が進み、これを反映する電圧指令Ｖ＊に基づいて動作するインバータ４は、供給電流Ｉの電流位相βを進ませる。電流位相指令β＊、電圧指令Ｖ＊は、それぞれ電流位相β、印加電圧Ｖの指令値として機能する。
【００５６】
インバータ４の出力電圧の上限値としては例えば平滑用コンデンサ３の両端電圧Ｖｄｃを採用することができる。ここでは両端電圧Ｖｄｃを電流位相指令作成部１９に入力することにより、電圧指令Ｖ＊の最大値が両端電圧Ｖｄｃに達したことを検出できる。
【００５７】
あるいは、出力電圧の上限値よりも小さな閾値、例えば閾値Ａ１＝Ｖｄｃ−δ１（δ１は正値）に電圧指令Ｖ＊の最大値Ｖ＊ｍａｘが達したことに応答して、電流位相指令β＊を進ませてもよい。この場合、閾値Ａ１を最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値として変動抑制トルク制御も行うことができる。変動抑制トルク制御によって最大値Ｖ＊ｍａｘにオーバーシュートが生じても、最大値Ｖ＊ｍａｘが出力電圧の上限値に達しにくいからである。
【００５８】
モータ５は、磁石磁束Ψと角速度ωとの積に比例した逆起電力を発生する。よってモータ５を制御するのに必要な供給電流Ｉをモータ５へと供給するには、印加電圧Ｖは当該逆起電力よりも大きくなければならない。しかしながら当該印加電圧Ｖは、インバータ４から出力されるため、インバータ４が昇圧機能を有していない限り、インバータ４に入力する両端電圧Ｖｄｃを越えることができない。よって電圧指令Ｖ＊の最大値Ｖ＊ｍａｘが両端電圧Ｖｄｃよりも大きい値を採るときには、変動抑制トルク制御が発散し易くなり、安定しにくい。かかる事態を回避するため、特許文献１で開示された技術では、変動抑制トルク制御における振幅調整を行って、変動抑制トルク制御を緩和していた。
【００５９】
しかしながら、本実施の形態では位相βが進むことにより、いわゆる弱め界磁が生じ、モータ５の界磁磁束は磁石磁束Ψよりも小さな値ψを採る（例えば特許文献２等）。これにより、モータ５の変動抑制トルク制御に必要な印加電圧は、モータ５の逆起電力より小さくすることができる。これにより、モータ５の回転速度が高速になって角速度ωが増大しても、その印加電圧が小さくなる。よって変動抑制トルク制御の緩和は不要となり、周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するに際し、出力トルクの可制御域を拡げることができる。
【００６０】
出力電圧の上限値に電圧指令Ｖ＊の最大値が達したことに応答して電流位相指令β＊を進ませ、当該最大値が当該上限値を下回ったことに応答して電流位相指令β＊を遅らせ、引いては電流Ｉの位相βを遅らせてもよい。
【００６１】
若しくは出力電圧の上限値よりも小さな閾値、例えば閾値Ａ３＝Ｖｄｃ−δ３（δ３は正値）に電圧指令Ｖ＊の最大値が達したことに応答して電流位相指令β＊を進ませ、当該最大値が閾値Ａ３を下回ったことに応答して電流位相指令β＊を遅らせ、引いては電流Ｉの位相βを遅らせてもよい。この場合、閾値Ａ３を最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値として変動抑制トルク制御も行うことができる。変動抑制トルク制御によって最大値Ｖ＊ｍａｘにオーバーシュートが生じても、最大値Ｖ＊ｍａｘが出力電圧の上限値に達しにくいからである。
【００６２】
変動抑制トルク制御を行うに際して弱め磁界が必要な回転速度においてのみ、電流位相βを進相させることにより、モータ５の効率が高い運転領域を損なわないという利点が得られる。
【００６３】
位相βを進ませすぎると出力トルクが減少し、失速停止するため、位相βの大きさは小さい方が効率に優れているため、電流位相指令β＊には位相の上限値βｍａｘ１を設定しておくことが望ましい。ここでは上限値βｍａｘ１を電流位相指令作成部１９に入力することにより、電流位相指令β＊が上限値βｍａｘ１に達したことを検出できる。
【００６４】
電流位相指令β＊が上限値βｍａｘ１に達した場合、特許文献１で示されたように、調整指令Ｉｃ＊によって振幅調整部１５のゲインを下げ、変動抑制トルク制御を緩和することができる。つまり電圧指令Ｖ＊の最大値がインバータ４の出力電圧の上限値あるいは上述の閾値Ａ１，Ａ３を越えないように出力トルクを制御する。このような変動抑制トルク制御の緩和は、電圧指令Ｖ＊がインバータ４の出力電圧の上限値あるいは上述の閾値を越えることに起因する制御の発散を回避し、もって制御を安定させる利点がある。
【００６５】
しかし、このような変動抑制トルク制御の抑制を必要とするモータ５の回転速度は、上記のように電流位相指令β＊を進めることにより、高くすることができる。つまりモータ５の出力トルクの可制御域を高い方へと広げることができる。
【００６６】
上述の閾値Ａ１，Ａ３は出力電圧の上限値を外部から入力して、例えば両端電圧Ｖｄｃを入力して、電流位相指令作成部１９の内部で生成することができる。あるいは出力電圧の上限値を固定して制御を行う場合には、出力電圧の上限値や閾値Ａ１，Ａ３を電流位相指令作成部１９の内部に保持していても良い。あるいは閾値Ａ１，Ａ３を電流位相指令作成部１９の外部から入力しても良い。
【００６７】
なお、電流位相指令作成部１９として、電圧指令Ｖ＊に代えて引加電圧Ｖの最大値を検出し、これが上記の所定の値を超えないように、調整指令Ｉｃ＊を振幅調整部１５に供給するものを採用することが可能である。図１においては破線で印加電圧Ｖが電流位相指令作成部１９に入力する場合を示した。かかる変形は以下の全ての実施の形態において適用可能である。
【００６８】
第２の実施の形態．
図２は電流位相作成部１９の本実施の形態における構成を例示するブロック図である。本実施の形態における電流位相作成部１９は、最大電圧指令検出部１９ａと、コンパレータ１９ｂと、タイマ１９ｃと、電流位相指令出力部１９ｄと、閾値設定部１９ｅとを有している。
【００６９】
最大電圧指令検出部１９ａは電圧指令Ｖ＊の最大値Ｖ＊ｍａｘを検出する。コンパレータ１９ｂは最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２を越えたことを検出し、その結果を調整指令Ｉｃ＊として出力する。調整指令Ｉｃ＊は最大値Ｖ＊ｍａｘと閾値Ａ２との差分についての情報を有し、振幅調整部１５は調整指令Ｉｃ＊に基づいて変動抑制トルク制御に必要なゲインを低下させる。これにより閾値Ａ２を最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値として出力トルクが制御される。
【００７０】
閾値設定部１９ｅは閾値Ａ２を出力する。閾値Ａ２は、例えばインバータ４の出力電圧の上限値として平滑用コンデンサ３の両端電圧Ｖｄｃを採用して、Ａ２＝Ｖｄｃ−δ２（δ２は正値）とすることができる。
【００７１】
通常、出力トルクの周期的変動の振幅が安定するまでには所定の時間Ｔ１が必要である。タイマ１９ｃは最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２を越える時間（以下「超過時間」）を計時する。タイマ１９ｃは、超過時間が所定の時間Ｔ１’（≧Ｔ１）を越えたことを検出すると、電流位相指令出力部１９ｄに対してその旨を示す信号を与える。電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を進める。
【００７２】
以上の動作により、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２に達しても、振幅調整部１５の処理によって緩和された変動抑制トルク制御に対してモータ５の出力トルクの周期的変動の振幅が安定するまでは、電流位相指令β＊は進められない。
【００７３】
そして閾値Ａ２が最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値となって出力トルクが制御されるにも拘わらず、超過時間が時間Ｔ１を越える場合には、電流位相指令β＊が進められ新たに変動抑制トルク制御が修正される。具体的には第１の実施の形態で説明されたように弱め界磁が発生することにより、モータ５の制御に必要な電圧指令Ｖ＊の最大値は低下する。これにより、調整指令Ｉｃ＊に基づいた振幅調整部１５による変動抑制トルク制御の緩和は、解除される。
【００７４】
しかも、本実施の形態では、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２を越えても、直ちに電流位相指令β＊を進めるのではなく、一旦は変動抑制トルク制御の振幅調整を行って出力トルクの周期的変動の振幅が安定するのを待つので、安定した制御を行うことができる。
【００７５】
閾値設定部１９ｅは閾値Ａ４を出力してもよい。閾値Ａ４は、例えばインバータ４の出力電圧の上限値として平滑用コンデンサ３の両端電圧Ｖｄｃを採用して、Ａ４＝Ｖｄｃ−δ４（δ４は正値）とすることができる。
【００７６】
コンパレータ１９ｂは、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ４を越えたことを検出し、その結果を調整指令Ｉｃ＊として出力する。調整指令Ｉｃ＊は最大値Ｖ＊ｍａｘと閾値Ａ４との差分についての情報を有し、振幅調整部１５は調整指令Ｉｃ＊に基づいて変動抑制トルク制御に必要なゲインを低下させる。これにより閾値Ａ４を最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値として出力トルクが制御される。
【００７７】
そして最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ４を越える超過時間が時間Ｔ２（≧Ｔ１）を越えると、タイマ１９ｃは電流位相指令出力部１９ｄに対してその旨を示す信号を与える。電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を進める。
【００７８】
最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ４を下回った場合もコンパレータ１９ｂは検出することができる。そして最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ４を下回る超過時間が時間Ｔ２’（≧Ｔ１）を越えると、タイマ１９ｃは電流位相指令出力部１９ｄに対してその旨を示す信号を与える。電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を遅らせる。
【００７９】
かかる制御を行えば、変動抑制トルク制御を行うに際して弱め磁界が必要な状況においてのみ、電流位相βを進相させることにより、モータ５の効率が高い運転領域を損なわないという利点が得られる。
【００８０】
以上のように、本実施の形態では、閾値Ａ２，Ａ４を出力電圧の上限値よりも小さくし、電圧指令Ｖ＊の最大値Ｖ＊ｍａｘがこれを越えたか否かで変動抑制トルク制御の振幅調整の有無を決定するので、最大値Ｖ＊ｍａｘが出力電圧の上限値に達したか否かで変動抑制トルク制御の振幅調整の有無を決定する場合と比較して、変動抑制トルク制御が発散しにくい。これは変動抑制トルク制御の振幅調整にオーバーシュートが生じても、最大値Ｖ＊ｍａｘが出力電圧の上限値に達しにくいからである。
【００８１】
しかも、本実施の形態では、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２，Ａ４を越えても、直ちに電流位相指令β＊を進めるのではなく、一旦は変動抑制トルク制御の振幅調整を行って出力トルクの周期的変動の振幅が安定するのを待つので、安定した制御を行うことができる。また、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ２，Ａ４を越える時間が短ければ電流位相βを進めずに変動抑制トルク制御の緩和のみで対応することができる。この場合、変動抑制トルク制御の緩和は短時間であるので、出力トルクの可制御域を著しく損なうこともない。
【００８２】
上述の閾値Ａ２，Ａ４は閾値設定部１９ｅで生成する他、予め電流位相指令作成部１９の内部に保持していても良い。あるいは閾値Ａ２，Ａ４を電流位相指令作成部１９の外部から入力しても良い。
【００８３】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、位相βの上限値βｍａｘ１を設定してもよい。
【００８４】
第３の実施の形態．
第１の実施の形態では閾値Ａ３を基準として、第２の実施の形態では閾値Ａ４を基準として、それぞれ、電圧指令Ｖ＊が当該基準に達したか否か、当該基準を下回ったか否かを判断していた。これに対し、本実施の形態では、電圧指令Ｖ＊が第１の閾値に達したか否か、及び電圧指令Ｖ＊が第２の閾値（これは第１の閾値よりも小さい）を下回ったか否かを判断する。
【００８５】
図３は電流位相作成部１９の本実施の形態における構成を例示するブロック図である。本実施の形態における電流位相作成部１９は、図２に示された電流位相作成部１９に対して、シュミットトリガ１９ｆを追加した構成を有している。
【００８６】
最大電圧指令検出部１９ａで検出された電圧指令Ｖ＊の最大値Ｖ＊ｍａｘは、シュミットトリガ１９ｆに入力する。シュミットトリガ１９ｆには閾値設定部１９ｅから閾値Ｂ２，Ｃ２が与えられる。そしてシュミットトリガ１９ｆは、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ２を越えたか否か、閾値Ｃ２を下回ったか否かを示す判定信号Ｋを出力する。
【００８７】
タイマ１９ｃは、判定信号Ｋに基づき、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ２を越えた時間が時間Ｔ３を越えると、電流位相指令出力部１９ｄに対してその旨を示す信号を与える。電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を進める。
【００８８】
タイマ１９ｃは、判定信号Ｋに基づき、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｃ２（≦Ｂ２）を下回る時間が時間Ｔ３’を越えると、電流位相指令出力部１９ｄに対してその旨を示す信号を与える。電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を遅らせる。これにより効率が高い電流位相βで出力トルクが制御される。
【００８９】
時間Ｔ３，Ｔ３’は同一である必要はないが、いずれも出力トルクの周期的変動の振幅が安定するまでに必要な時間として設定される。よって本実施の形態でも第２の実施の形態と同様にして、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ２を越えても、直ちに電流位相指令β＊を進めるのではなく、一旦は変動抑制トルク制御の振幅調整を行って出力トルクが変動抑制トルク制御に追従するのを待つので、安定した制御を行うことができる。また、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ２を越える時間が短ければ電流位相βを進めずに変動抑制トルク制御の緩和のみで対応することができる。この場合、変動抑制トルク制御の緩和は短時間であるので、出力トルクの可制御域を著しく損なうこともない。
【００９０】
なお、第１の実施の形態と同様にして、タイマ１９ｃを省略することもできる。即ちシュミットトリガ１９ｆの閾値Ｂ１（≧Ｃ１）を設定して、最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ１を越えたか否か、閾値Ｃ１を下回ったか否かを示す判定信号Ｋを出力する。
【００９１】
電流位相指令出力部１９ｄは、判定信号Ｋが最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｂ１を越えたことを示していれば電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を進める。
【００９２】
電流位相指令出力部１９ｄは、判定信号Ｋが最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ｃ１を下回ることを示していれば電流位相指令出力部１９ｄは当該信号を受けて電流位相指令β＊を遅らせる。これにより効率が高い電流位相βで出力トルクが制御される。
【００９３】
コンパレータ１９ｂは最大値Ｖ＊ｍａｘが閾値Ａ５を越えたことを検出し、その結果を調整指令Ｉｃ＊として出力する。調整指令Ｉｃ＊は最大値Ｖ＊ｍａｘと閾値Ａ５との差分についての情報を有し、振幅調整部１５は調整指令Ｉｃ＊に基づいて変動抑制トルク制御に必要なゲインを低下させる。これにより閾値Ａ５が最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値となって出力トルクが制御される。電流位相指令β＊を進める必要がないときには変動抑制トルク制御を緩和しないことが望ましい。電流位相指令β＊を進めるか否かの基準となる閾値Ｂ１，Ｂ２が設定されていることに鑑みれば、閾値Ａ５は閾値Ｂ１，Ｂ２のいずれよりも大きいかまたは等しいことが望ましい。
【００９４】
閾値Ａ５，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は両端電圧Ｖｄｃに基づいて、閾値設定部１９ｅから得られる。閾値Ｂ１，Ｂ２は、例えばインバータ４の出力電圧の上限値として平滑用コンデンサ３の両端電圧Ｖｄｃを採用して、Ｂ１＝Ｖｄｃ−ε１，Ｂ２＝Ｖｄｃ−ε２（ε１、ε２は正値）とすることができる。なお、閾値Ｂ１＝Ｃ１＝Ｖｄｃとすれば、第１実施の形態においてこれらの閾値を最大値Ｖ＊ｍａｘの目標値とした変動抑制トルク制御を行う場合に相当する。
【００９５】
第４の実施の形態．
図４は電流位相作成部１９の本実施の形態における構成を例示するブロック図である。本実施の形態における電流位相作成部１９は、電流位相指令出力部１９ｇと最大電流位相指令検出部１９ｈとを備えている。
【００９６】
電流位相指令出力部１９ｇは、電圧指令Ｖ＊及びインバータ４の出力電圧の上限値、例えば平滑用コンデンサ３の両端電圧Ｖｄｃを入力し、第１乃至第３実施の形態と同様にして、電流位相指令β＊を出力する。
【００９７】
最大電流位相指令検出部１９ｈは、電流位相指令β＊の最大値を検出する。電流位相指令β＊の最大値は、出力トルクの一周期分で電流位相指令β＊を一旦格納してから求めても良いし、逐次に過去の電流位相指令β＊を越える電流位相指令β＊を最大値として求めてもよい。
【００９８】
当該最大値が最大位相角βｍａｘ１を越えた場合にはあるいは超えそうになると、振幅調整部１５に対して振幅を抑制すべきことを指示する調整指令Ｉｃ＊を出力する。調整指令Ｉｃ＊は変動抑制トルク制御を緩和するので、電圧指令Ｖ＊の変動は小さくなり、よってこれがインバータ４の出力電圧の上限値、例えば両端電圧Ｖｄｃが越えることも抑制される。これは電流位相指令β＊の上昇を抑制し、効率の向上、制御の安定性に資することになる。
【００９９】
各実施の形態に共通な変形．
電流位相指令β＊の、ひいては電流Ｉの位相βを一回分進ませる角度は、予め設定された増分上限値Ｘ１以下にすることが望ましい。ハンチングなどモータの電流位相制御及び変動抑制トルク制御が不安定にならないからである。またこの観点からは、位相βを一回分進ませる角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値Ｙ１以下とすることも望ましい。
【０１００】
あるいは電流位相指令β＊の、ひいては電流Ｉの位相βの一回分の進相／遅相の角度を、予め設定された角度の上限値Ｘ２以下とすることも望ましい。あるいは位相βの一回分の進相／遅相の角度の時間変化率は、予め設定された変化率上限値Ｙ２以下であるとすることも望ましい。
【０１０１】
位相βを進ませる処理、あるいは進相／遅相する処理は、出力トルクに依存しなくてもよい。出力トルクを考慮しなければ、考慮する場合と比較して、制御が簡易となる。
【０１０２】
あるいは位相βが進められた後、出力電圧が所定の範囲を下回ることに応答して、位相βを遅らせてもよい。
【０１０３】
図５は出力トルクと電流位相との関係を示すグラフであり、横軸には時間を採用している。出力トルクのグラフとしては、出力トルクの一周期Ｔ０における波形を示している。
【０１０４】
当該変形では、出力トルクが閾値Ｇ１、あるいは閾値Ｇ２よりも大きい場合においてのみ電流位相βが進められる。このように大きな出力トルクが必要な状況においてのみ電流位相βを進めることにより、換言すれば、電流位相を進めないと印加電圧が不足して必要な出力トルクを得ることができない場合のみ電流位相βを進めることにより、効率の不要な悪化が回避される。
【０１０５】
具体的には、図５についてみれば、出力トルクは時刻ｔ１以前において閾値Ｇ１より小さく、時刻ｔ１において閾値Ｇ１に到達し、さらに増大する。これにより、電流位相βは進められる（位相角が増大する）。その後、出力トルクは減少に転じ、時刻ｔ２において閾値Ｇ２（≦Ｇ１）を下回る。これにより、電流位相βは遅らせられる。これを制御の観点からみれば、時刻ｔ１において一旦進められた電流位相指令β＊は、出力トルクが閾値Ｇ２を下回ることに応答して時刻ｔ２において遅らせられる。
【０１０６】
もちろん、第２実施の形態や第３実施の形態で説明されたように、タイマを用いることにより、閾値Ｇ２を下回る時間が特定の時間を超えてから、電流位相指令β＊を遅らせても良い。
【０１０７】
出力トルクは角速度ω、印加電圧Ｖ、供給電流Ｉから推定することができる。図１乃至図４では図面の煩瑣を避けるべく省略するが、推定されたトルクを、第１の実施の形態では電流位相指令作成部１９に、第２の実施の形態及び第３の実施の形態では位相指令出力部１９ｄに、それぞれ角速度ω、印加電圧Ｖ、供給電流Ｉを与えて演算させることができる。
【０１０８】
なお、図５に示されるように、電流位相βは、設定された位相の上限値βｍａｘ２よりも進められず、設定された位相の下限値βｍｉｎ２よりも遅らせられないことが望ましい。
【０１０９】
電流位相βを進ませすぎると出力トルクが減少し、失速停止してしまう。よって電流位相βには上限値βｍａｘ２を設定することが望ましい。
【０１１０】
また印加電圧に余裕があるときには電流位相βを遅らせることができるため、モータ効率の良い電流位相で運転することができる。
【０１１１】
よって電流位相βの下限値βｍｉｎ２をモータ効率の良い位相角に設定することで、低速など電流位相βを進める必要が無い領域で効率の良い運転を行うことができる。
【０１１２】
このような上限値βｍａｘ２、下限値βｍｉｎ２の設定は、第１の実施の形態では最大位相角βｍａｘ１と同様にして電流位相指令作成部１９に対して行うことができる。また第２の実施の形態及び第３の実施の形態では上限値βｍａｘ２、下限値βｍｉｎ２を電流位相指令出力部１９ｄに対して設定することができる。第４の実施の形態では最大位相角βｍａｘ１と同様にして最大電流位相指令検出部１９ｈに対して行うことができる。
【０１１３】
例えば上述の、増分上限値Ｘ１や上限値Ｘ２は、上限値βｍａｘ２と下限値βｍｉｎ２の差をＮ等分（Ｎは正整数）したものが採用できる。このような設定により、モータ効率が良い電流位相での運転が可能となる。また変化率上限値Ｙ１，Ｙ２は、電圧指令Ｖ＊がインバータ４からの印加電圧Ｖの上限値（例えば両端電圧Ｖｄｃ）を維持できる最大の変化率以下とすることが望ましい。変化率上限値Ｙ１，Ｙ２が上限値を維持できる最大レートであれば、変動抑制トルク制御を実行しつつ、かつモータ効率が良い電流位相βでの運転が可能となるからである。変化率上限値Ｙ１，Ｙ２が上限値を維持できる最大レートよりも小さい場合には、出力トルクの周期的変動の振幅の安定は損なわれるものの、モータ効率が良い電流位相βでの運転が可能となる。
【０１１４】
通常は電流位相指令β＊を指令値として供給電流Ｉの位相制御が行われ、また上述の実施の形態でも当該位相制御について特に変形を行うものではない。よって上記の説明では電流位相指令β＊についての進相／遅相として説明を行ったが、これを供給電流Ｉの位相βの進相／遅相と読み替えることもできる。
【０１１５】
また、通常は電圧指令Ｖ＊を指令値として印加電圧Ｖの制御が行われ、また上述の実施の形態でも当該制御について特に変形を行うものではない。よって上記の説明では電圧指令Ｖ＊についての最大値Ｖ＊ｍａｘを用いて説明を行ったが、これを印加電圧Ｖの最大値と読み替えることもできる。
【符号の説明】
【０１１６】
４  インバータ
５  モータ
６  圧縮機
Ｉ  供給電流
Ｖ＊  電圧指令
Ｖ＊ｍａｘ  （電圧指令の）最大値
β  電流位相
β＊  電流位相指令
βｍａｘ１  最大位相角
βｍａｘ２  （電流位相の）上限値
βｍｉｎ２  （電流位相の）下限値
【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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