(57)【要約】【課題】コンプレッサの圧縮機構の回転体を回転させるモータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との間に位相誤差があっても、モータトルクの低下による制御不安定状態を生じさせず安定して制御を切り替える。【解決手段】電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値が、同期制御中に求めた仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′から、それよりも位相が進んだ、電動モータ５の電圧や電流の情報により推定した実モータ角度から決定した電流位相指令値βに切り替わるタイミングで、モータ制御部１５ｂが、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う。【選択図】図３
2017153258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した気体が圧縮されるコンプレッサ（１）の圧縮機構（３）の回転体（３ｅ）を回転させるモータ（５）のロータ（５ｂ）の回転速度が、前記モータ（５）の電流や電圧等の情報から前記ロータ（５ｂ）の回転角度を検出できる所定速度に達すると、同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替えて前記ロータ（５ｂ）を回転させる制御装置（１５）において、
前記同期制御から前記センサレスベクトル制御への切替時に、常に、切替直前の前記同期制御において前記モータ（５）のステータ（５ｃ）に供給された電流の位相と同じ位相又はそれよりも位相進み方向にずらした位相の電流を、切替直後の前記センサレスベクトル制御において前記ステータ（５ｃ）に初期値として供給する電流位相指令手段（１５ｂ）を備える、
コンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項２】
前記ステータ（５ｃ）は、並列結線した複数のステータコイル（５ｄ）を各相毎にそれぞれ有している請求項１記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項３】
前記ロータ（５ｂ）が前記所定速度以上の回転速度で回転しているときの前記同期制御における前記ステータ（５ｃ）の磁界の回転速度から、前記ロータ（５ｂ）の回転角度を仮想モータ角度として想定する仮想モータ角度想定手段（１５ｂ）と、
前記ロータ（５ｂ）が前記所定速度以上の回転速度で回転しているときの前記同期制御における前記モータ（５）の電流や電圧等の情報から、前記ロータ（５ｂ）の回転角度を実モータ角度として検出する実モータ角度検出手段（１５ｂ）と、
前記仮想モータ角度から前記実モータ角度を差し引いた差分（Δθ１）が負の値であるときに、前記同期制御から前記センサレスベクトル制御への切替を行う制御切替手段（１５ｂ）とをさらに備える、
請求項１又は２記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項４】
前記制御切替手段（１５ｂ）は、前記実モータ角度検出手段（１５ｂ）が検出する前記実モータ角度の前記モータ（５）の負荷変動による検出誤差がａである場合、前記差分（Δθ１）がΔθ１＜（０−ａ）であるときに、前記同期制御から前記センサレスベクトル制御への切替を行う請求項３記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項５】
前記電流位相指令手段（１５ｂ）は、前記同期制御から前記センサレスベクトル制御への切替時に、常に、前記初期値の位相に所定量を加えた位相の電流を、切替直後の前記センサレスベクトル制御において前記初期値として前記ステータ（５ｃ）に供給する請求項１又は２記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項６】
前記仮想モータ角度から前記実モータ角度を差し引いた差分（Δθ１）は正の値であり、前記所定量は前記差分（Δθ１）よりも大きい角度である請求項５記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項７】
前記所定量は、前記実モータ角度検出手段（１５ｂ）が検出する前記実モータ角度の前記モータ（５）の負荷変動による検出誤差ａを前記差分（Δθ１）に加えた角度である請求項６記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項８】
前記検出誤差ａの絶対値｜ａ｜は、０≦｜ａ｜≦６の範囲の値である請求項４又は７記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項９】
前記検出誤差ａの絶対値｜ａ｜は、｜ａ｜＝３である請求項８記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサを回転させるモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば冷凍サイクルに用いられるコンプレッサでは、シリンダ内のロータを回転させて、シリンダ室内に吸入した流体を圧縮しシリンダ室外に吐出している。そして、ロータをモータで回転させる電動コンプレッサにおいては、モータの電流や電圧等の情報からセンサレスでロータの回転角度、即ち、実モータ角度を推定し、この実モータ角度に応じてモータのステータコイルに印加する電圧を調整するセンサレスベクトル制御が行われる。
【０００３】
但し、電動コンプレッサの起動時にモータの誘起電圧は、ロータの回転量が小さいため微弱であり、実モータ角度を求めるには不十分である場合がある。そこで、電動コンプレッサの起動時には、あらかじめ設定した周波数パターンで回転磁界を発生させ、モータを回転させてロータを強制回転させることが行われる。
【０００４】
なお、ロータの回転速度がある程度上昇してモータ角度を検出するのに十分な誘起電圧が発生したら、モータの制御が同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる。この切り替えは、同期制御においてステータコイルの磁界を回転させる速度から想定した仮想のモータ角度が、ステータコイルの誘導電流から推定した実モータ角度と一致するタイミングで行われる。
【０００５】
ところで、モータ角度は、同期制御及びセンサレスベクトル制御のどちらにおいても、永久磁石のＮ極方向を基準としたｄ軸及びｑ軸の座標上で定義される。このため、同期制御における仮想のｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との間に大きな位相差があると、それぞれの座標における仮想のモータ角度と実モータ角度とが数値的に一致していても、現実には双方のモータ角度が大きくずれたタイミングで同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われてしまう。
【０００６】
仮想のモータ角度と実モータ角度とが大きくずれたタイミングで同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われ、それによってモータトルクが低下すると、モータの制御が一時的に不安定になり、場合によってはモータが脱調して回転停止に至ってしまう。
【０００７】
そこで、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との位相誤差をほとんど無くした上で、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５２５０６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した提案のように、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との位相誤差をほとんど無くすと言っても、完全に位相誤差がゼロになるわけではない。
【００１０】
即ち、同期制御及びセンサレスベクトル制御を通じてトルク指令値を一定にした場合、ステータコイルの磁界を回転させる速度から想定する同期制御における仮想のモータ角度や、モータの電流や電圧等の情報から推定するセンサレスベクトル制御における実モータ角度は、いずれも変化しない。しかし、トルク指令値が一定でも実際の負荷に変動が生じると、実際のモータ角度は変化する。このため、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の想定上の位相と、実際のモータ角度が定義されるセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の位相との間に、誤差が生じるのは避けられない。
【００１１】
このような問題は、シリンダ室内でロータを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構を有するコンプレッサに限らず、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に共通するものである。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コンプレッサの圧縮機構の回転体を回転させるモータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との間に位相誤差があっても、モータトルクの低下による制御不安定状態を生じさせず安定して制御を切り替えることができるコンプレッサモータ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のコンプレッサモータ制御装置は、
吸入した気体が圧縮されるコンプレッサの圧縮機構の回転体を回転させるモータのロータの回転速度が、前記モータの電流や電圧等の情報から前記ロータの回転角度を検出できる所定速度に達すると、同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替えて前記ロータを回転させる制御装置において、
前記同期制御から前記センサレスベクトル制御への切替時に、切替直前の前記同期制御において前記モータのステータに供給された電流の位相よりも位相進み方向にずらした位相の電流を、切替直後の前記センサレスベクトル制御において前記ステータに初期値として供給する電流位相調整手段を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コンプレッサの圧縮機構の回転体を回転させるモータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、同期制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標とセンサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との間に位相誤差があっても、モータトルクの低下による制御不安定状態を生じさせず安定して制御を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的な電動コンプレッサを示す断面図である。
【図２】図１の電動モータで発生するモータトルクと電流の位相との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの電気的構成を示す説明図である。
【図４】図１の電動モータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際の制御例を示すもので、（ａ）は電動モータの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）はモータの制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイルに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイルに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータで発生するモータトルクを示すグラフである。
【図５】図３のモータ制御部が同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時に行う仮想モータ角度を実モータ角度に近付ける制御を示すもので、（ａ）は仮想モータ角度に対応するｄ′軸及びｑ′軸の位相と実モータ角度に対応するｄ軸及びｑ軸の位相とのモータ角度を近付ける制御前における位置関係を示す説明図、（ｂ）は同じくモータ角度を近付ける制御後における位置関係を示す説明図である。
【図６】仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも進んでいる時に同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われる場合の電流位相指令値の変化を示すもので、（ａ）は同期制御中の仮想モータ角度と実際のモータ角度に代わる実モータ角度との位相の位置関係を示す説明図、（ｂ）は同期制御中に仮想モータ角度の位相が実モータ角度の位相に近づいて制御の切り替え条件が成立した時の位置関係を示す説明図、（ｃ）は制御の切り替え前の仮想モータ角度から決定した電流位相指令値と切り替え後の実モータ角度から決定した電流位相指令値とをｄ軸及びｑ軸の座標上で示した説明図である。
【図７】図１の電動モータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、図６（ｃ）に示すパターンで位相が変化する電流位相指令値を用いて制御する場合の例を示すもので、（ａ）は電動モータの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）はモータの制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイルに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイルに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータで発生するモータトルクを示すグラフである。
【図８】仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも遅れている時に同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われる場合の電流位相指令値の変化を示すもので、（ａ）は同期制御中の仮想モータ角度と実際のモータ角度に代わる実モータ角度との位相の位置関係を示す説明図、（ｂ）は同期制御中に仮想モータ角度の位相が実モータ角度の位相に近づいて制御の切り替え条件が成立した時の位置関係を示す説明図、（ｃ）は制御の切り替え前の仮想モータ角度から決定した電流位相指令値と切り替え後の実モータ角度から決定した電流位相指令値とをｄ軸及びｑ軸の座標上で示した説明図である。
【図９】図１の電動モータの制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、図８（ｃ）に示すパターンで位相が変化する電流位相指令値を用いて制御する場合の例を示すもので、（ａ）は電動モータの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）はモータの制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイルに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイルに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータで発生するモータトルクを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す正断面図である。図１に示す本実施形態の電動コンプレッサ１は、回転式の圧縮機構３を電動モータ５で駆動して冷媒を圧縮するものである。
【００１８】
そして、電動コンプレッサ１（請求項中のコンプレッサに相当）は、圧縮機構３及び電動モータ５の他、これらが収容されるハウジング７、及び、コントローラ１５を有している。
【００１９】
圧縮機構３は、一対のサイドブロック３ａ，３ｂと、これらによって挟持されたシリンダブロック３ｃと、シリンダブロック３ｃの内部に形成された楕円形のシリンダ室３ｄに収容した円柱状のロータ３ｅとを有している。
【００２０】
ロータ３ｅ（請求項中の回転体に相当）は、サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇで軸受された電動モータ５の回転軸５ａに取り付けられている。ロータ３ｅの周面には複数のベーン溝（図示せず）が開口しており、各ベーン溝には、ロータ３ｅの周面から出没可能なベーン（図示せず）がそれぞれ支持されている。
【００２１】
ロータ３ｅが電動モータ５によりシリンダ室３ｄ内で回転方向Ｘ（正方向）に回転されると、ロータ３ｅの各ベーンがシリンダ室３ｄの内周面に倣ってベーン溝から出没し、ロータ３ｅと隣り合う２つのベーンとシリンダ室３ｄとで構成される空間の容積が変化する。
【００２２】
そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック３ａに形成した吸入口（図示せず）を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、シリンダブロック３ｃの不図示の吐出ポートに設けた吐出弁（図示せず）を開弁させ、さらに、サイドブロック３ｂに形成した吐出口（図示せず）から吐出される。
【００２３】
電動モータ５（請求項中のモータに相当）は、例えば三相交流電動機であり、回転軸５ａに取り付けられたロータ５ｂと、ロータ５ｂの外側に配置されたステータ５ｃとを有している。ステータ５ｃは複数の極に対応したティース（図示せず）を有している。各ティースにはコイル５ｄがそれぞれ巻回されている。コイル５ｄは、各相毎に複数存在しており、本実施形態では、各相の複数のコイル５ｄが並列結線されている。勿論、各相のコイル５ｄは直列結線されていてもよい。
【００２４】
電動モータ５は、各コイル５ｄに所定のパターンで電圧を印加することでステータ５ｃに回転磁界を発生させることで、ロータ５ｂを回転させる。
【００２５】
ロータ５ｂは、本実施形態では、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet ）のものを用いている。したがって、電動モータ５のモータトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合成したものとなる。
【００２６】
図２は、電動モータ５で発生するモータトルクと電流の位相との関係を示すグラフである。一般に、ＩＰＭモータのマグネットトルクは余弦波（ｃｏｓ）波形で表され、電流位相＝０ｄｅｇにおいて最大値となる。リラクタンストルクは正弦波（ｓｉｎ）波形で表され、電流位相＝４５ｄｅｇにおいて最大値となる。したがって、図２に示すように、電動モータ５のマグネットトルクとリラクタンストルクを合成したモータトルクＴは、０〜４５ｄｅｇの範囲において最大値となる。
【００２７】
ハウジング７は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング７には圧縮機構３が収容されており、収容された圧縮機構３によりハウジング７の内部は、サイドブロック３ｂが露出する閉塞側の密閉された吐出室７ａと、サイドブロック３ａが露出する開口側の吸入室７ｂとに仕切られている。吸入室７ｂには電動モータ５が収容されており、吸入室７ｂは、ハウジング７の開口７ｃに取り付けた蓋部９によって密閉されている。
【００２８】
上述した吸入室７ｂは、圧縮機構３によって圧縮する低温低圧の冷媒が、電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの蒸発器）から不図示の吸入ポートを介して吸入される空間である。
【００２９】
また、圧縮機構３によって吸入室７ｂと気密に仕切られた吐出室７ａは、圧縮機構３によって圧縮された高温高圧の冷媒を、不図示の吐出ポートを介して電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの凝縮器）に吐出する空間である。この吐出室７ａの下部には、潤滑油１１が貯留される液溜まり部７ｄが形成されている。この液溜まり部７ｄには、吐出室７ａ内の液相の冷媒（図示せず）も滞留される。
【００３０】
液溜まり部７ｄの潤滑油１１は、吐出室７ａの冷媒の圧力によりサイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給されて、軸受部３ｆ，３ｇが軸受する回転軸５ａの潤滑に用いられる。軸受部３ｆ，３ｇは、サイドブロック３ａ，３ｂの回転軸５ａが貫通する貫通孔の内周面に形成された環状溝からなる。
【００３１】
サイドブロック３ａの軸受部３ｆには、サイドブロック３ｂの通路３ｈと、シリンダブロック３ｃの通路３ｉと、サイドブロック３ａの通路３ｊとを介して、液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。サイドブロック３ｂの軸受部３ｇには、サイドブロック３ｂの通路３ｋを介して液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。
【００３２】
サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給された潤滑油１１は、不図示の通路を経て、吐出室７ａの液溜まり部７ｄに回収される。また、サイドブロック３ｂの軸受部３ｇに供給された潤滑油１１の一部は、シリンダ室３ｄ等を経て、吐出室７ａに吐出される高圧の冷媒に混入する。そこで、吐出室７ａには、高圧の冷媒から潤滑油１１を分離する油分離器７ｅが設けられている。油分離器７ｅによって冷媒から分離された潤滑油１１は、吐出室７ａ内の液相の冷媒（図示せず）と共に、吐出室７ａの下部の液溜まり部７ｄに滞留される。
【００３３】
図３は、電動コンプレッサ１の電気的構成を示す説明図である。図３に示すように、コントローラ１５（請求項中のコンプレッサモータ制御装置に相当）は、インバータ回路１５ａとモータ制御部１５ｂとを有している。
【００３４】
インバータ回路１５ａは、直流電源１３の電力を交流に変換して電動モータ５のステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル５ｄに供給するものである。そして、インバータ回路１５ａは、各相のコイル５ｄに対応する上アーム及び下アームの電力用スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６を有している。
【００３５】
なお、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 、電界効果トランジスタ）等のパワートランジスタに置き換えてもよい。
【００３６】
モータ制御部１５ｂ（請求項中の電流位相指令手段、仮想モータ角度想定手段、実モータ角度検出手段、制御切替手段に相当）は、電動モータ５のステータ５ｃに回転磁界を発生させるための所定のパターンによる各コイル５ｄへの電圧印加を制御するもので、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。モータ制御部１５ｂは、各種データやテーブル、制御に利用する式等を記憶するメモリ１５ｃを有している。
【００３７】
図４は、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際の制御例を示すグラフである。
【００３８】
詳しくは、図４（ａ）は電動モータ５のステータ５ｃのコイル５ｄに供給する駆動用信号におけるロータ５ｂの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）は電動モータ５の制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイル５ｄに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイル５ｄに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータ５で発生するモータトルクを示すグラフである。
【００３９】
モータ制御部１５ｂは、実際のモータ角度に代わるものとして、モータの電圧や電流等の情報から、図４（ｂ）のグラフに実線で示す実モータ角度（実角度）をロータ５ｂの回転角度として演算する。そして、演算した実モータ角度に応じてコイル５ｄを流れる電流の位相を調整するセンサレスベクトル制御を行う。
【００４０】
但し、電動モータ５により電動コンプレッサ１を起動させる時の電動モータ５の誘起電圧は、ロータ５ｂの回転量が小さいため微弱であり、実モータ角度を検出するには不十分である場合がある。実モータ角度が検出できないと、ロータ５ｂの負荷トルクに等しいモータトルクが発生するようにコイル５ｄを流れる電流の位相を調整するのが困難になる。
【００４１】
そこで、電動コンプレッサ１の起動時には、図４（ａ）のグラフに示すように、実モータ角度を検出できる速度（所定速度、図４（ａ）中の「角度推定可能な速度」）にロータ５ｂの回転速度が上がるまで、同期制御（図４中の「強制運転」）でモータを強制回転させることが行われる。同期制御では、あらかじめ設定した周波数パターンで回転磁界を発生させ、回転する磁界にロータ５ｂを連れ回らせて、ロータ５ｂを強制回転させる。
【００４２】
この同期制御では、コイル５ｄを流れる電流の位相を調整できない分、モータトルクがロータ５ｂの負荷トルクを確実に上回って、回転する磁界にロータ５ｂが確実に連れ回るように、図４（ｄ）のグラフの「強制運転」の区間に示すように、コイル５ｄを流れる電流（相電流）が大きめの値に設定される。
【００４３】
そして、ロータ５ｂの回転速度がある程度上昇してロータ５ｂの回転角度を検出するのに十分な誘起電圧が発生したら、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御（図４中の「センサレス制御運転」）に切り替える。
【００４４】
同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えは、電動モータ５が無負荷となるモータ角度から最大負荷となるモータ角度までのモータトルクが増加する領域において行われる。例えば、図２のグラフにおいてモータトルクが増加する−７５ｄｅｇ〜２０ｄｅｇの範囲で、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われる。
【００４５】
ところで、モータ制御部１５ｂによる電動モータ５の駆動制御は、図４（ｃ）のグラフに破線で示す電流位相指令値に基づいて行われる。この電流位相指令値は、電動モータ５に対するトルク指令値に対応する電動モータ５の電流指令値であり、電動モータ５のモータ角度（ロータ５ｂの回転角度）に基づいて決定される。
【００４６】
モータ制御部１５ｂは、センサレスベクトル制御中には実モータ角度に基づいて電流位相指令値を決定することができる。しかし、電動モータ５の誘起電圧が微弱な同期制御中には、モータ制御部１５ｂは、実モータ角度に基づいて電流位相指令値を決定することができない。
【００４７】
そこで、モータ制御部１５ｂは、同期制御を行っている間、実モータ角度の代わりに、図４（ｂ）のグラフに破線で示す仮想モータ角度（制御上の仮想のモータ角度）を、ロータ５ｂの回転角度として推定する。仮想モータ角度は、ステータ５ｃの磁界を回転させる速度から想定したロータ５ｂの単位時間当たりに進む回転角度に、同期制御開始時からの経過時間を乗じたモータ角度を、同期制御開始時のモータ角度である「０」度に順次積算して求める。そして、モータ制御部１５ｂは、同期制御中には仮想モータ角度に基づいて電流位相指令値を決定する。
【００４８】
したがって、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際には、モータ制御部１５ｂが電動モータ５の駆動制御に用いる電流位相指令値が、仮想モータ角度に基づいて決定した電流位相指令値から、実モータ角度に基づいて決定した電流位相指令値に切り替わる。
【００４９】
ところで、電動モータ５のモータトルクは、コイル５ｄを流れる電流の大きさと電流位相の位置とで決まるので、同期制御中のモータトルクは、ステータ５ｃの磁界の強制回転にロータ５ｂが連れ回り始めるタイミングで、負荷に釣り合うトルクになる。
【００５０】
モータトルクが負荷に釣り合うトルクになると、図４（ｃ）のグラフに破線で示す電流位相の実値は、水平部分のように、負荷に合った値に収束する。それに伴って、図４（ｅ）のグラフの水平部分のように、モータトルクは負荷トルクの大きさに釣り合う大きさとなる。したがって、負荷トルクが変動するとそれに伴いモータトルクも変動する。そして、モータトルクが変動すると、ロータ５ｂの回転速度が変化して実際のモータ角度にも変化が生じる。
【００５１】
一方、モータ制御部１５ｂは、実モータ角度を検出できない同期制御中に、電動モータ５が図４（ｂ）の破線で示す仮想モータ角度にあると認識している。この仮想モータ角度をモータ制御部１５ｂが推定する際には、負荷トルクやモータトルクが一定であると仮定される。
【００５２】
したがって、仮に、負荷トルクやモータトルクの変動によるロータ５ｂの回転速度変化により実際のモータ角度に変化が生じても、モータ制御部１５ｂが推定する仮想モータ角度には変化が生じない。このため、同期制御中に推定する仮想モータ角度が実際のモータ角度に一致しているとは限らない。
【００５３】
そこで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えは、仮想モータ角度と実際のモータ角度と一致するタイミングで行う必要がある。そのために、モータ制御部１５ｂは、ロータ５ｂの回転速度がある程度上昇した時点（図４（ａ）中の「角度推定可能な速度」に達した時点）から、実際のモータ角度に代わる実モータ角度の検出を開始し、同じタイミングで推定した仮想モータ角度と比較する。そして、モータ制御部１５ｂは、仮想モータ角度を実モータ角度に近付ける制御を行う。
【００５４】
図５は、モータ制御部１５ｂが同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時に行う仮想モータ角度を実モータ角度に近付ける制御を示す説明図である。詳しくは、図５（ａ）は、仮想モータ角度に対応するｄ′軸及びｑ′軸の位相と実モータ角度に対応するｄ軸及びｑ軸の位相との、モータ角度を近付ける制御前における位置関係を示す説明図、（ｂ）は、同じくモータ角度を近付ける制御後における位置関係を示す説明図である。
【００５５】
なお、図５（ａ）では、破線で示すｄ′ｑ′軸上におけるモータ電流ベクトルＩの角度β′が、仮想モータ角度から決定した電流位相指令値を表しており、実線で示すｄｑ軸上におけるモータ電流ベクトルＩの角度βが、実モータ角度から決定した電流位相指令値を表している。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、仮想モータ角度の位相と実モータ角度の位相とが異なる場合は、モータ制御部１５ｂは、仮想モータ角度に対応するｄ′軸及びｑ′軸の位相を、実モータ角度に対応するｄ軸及びｑ軸の位相に近付くように、電動モータ５に対する電流位相指令値を変更して、仮想モータ角度の位相を実モータ角度の位相に近付ける制御を行う。
【００５７】
ここで、単にモータ角度が変化するように電流位相指令値を決めてしまうと、図４（ｃ）の破線で示す指令値の電流位相が実線で示す電流位相の実値からどんどん離れていってしまう。
【００５８】
そのため、モータ制御部１５ｂは、モータ角度を変えた分だけ、図４（ｃ）に示す電流位相指令値β′を減らして、電流位相の実値に近付けて行く。そして、仮想モータ角度の位相が実モータ角度の位相とほぼ一致し、かつ、電流位相指令値β′が実値とほぼ一致したところで、モータ制御部１５ｂは、同期制御からセンサレスベクトル制御に電動モータ５の制御を切り替える。
【００５９】
切り替え後のセンサレスベクトル制御では、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の電流や電圧等の情報を利用して、ステータ５ｃのコイル５ｄに流れる電流値と電流位相とを最適な値にフィードバック制御する。このため、電流位相の指令値β及び実値は、図４（ｃ）の「センサレス制御運転」の部分に示すように、低い電流で最もモータトルクが出る位相に収束されていく。
【００６０】
ところで、同期制御からセンサレスベクトル制御に電動モータ５の制御を切り替える際に、モータ制御部１５ｂが、仮想モータ角度の位相と実モータ角度の位相との角度差を小さくする制御を行っても、仮想モータ角度を確実に実際のモータ角度と一致させることは困難である。それは、先に説明したように、負荷に変動が生じると、モータ制御部１５ｂが検出する実モータ角度は変化しなくても、実際のモータ角度には変化が生じるからである。
【００６１】
したがって、図５（ｂ）に示すように、仮想モータ角度に対応する破線のｄ′ｑ′軸を、実モータ角度に対応する実線のｄｑ軸に近付ける制御をモータ制御部１５ｂが行った後でも、実際のモータ角度と仮想モータ角度との間に角度差が残る場合がある。
【００６２】
この角度差は、正の値である場合もあれば負の値である場合もある。角度差が正の値である時には、仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも進んでいることになり、負の値である時には、仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも遅れていることになる。
【００６３】
図６は、仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも進んでいる時に、モータ制御部１５ｂが同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う場合の、電流位相指令値の変化を示す説明図である。
【００６４】
詳しくは、図６（ａ）は、同期制御中の仮想モータ角度に対応するｄ′ｑ′軸と実モータ角度に対応するｄｑ軸との位相の位置関係を示す説明図、（ｂ）は同期制御中に仮想モータ角度の位相が実モータ角度の位相に近づいて制御の切り替え条件が成立した時の位置関係を示す説明図、（ｃ）は制御の切り替え前の仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′と、制御の切り替え後の実モータ角度から決定した電流位相指令値βとを、ｄｑ軸の座標上で示した説明図である。
【００６５】
図６（ａ）〜（ｃ）において、図中の左回り方向（反時計回り方向）が位相の正方向となるので、図６（ａ）に破線で示すｄ′ｑ′軸の仮想モータ角度の位相は、図６（ａ）に実線で示すｄｑ軸の実モータ角度の位相よりも進んだ位相となる。
【００６６】
この場合、モータ制御部１５ｂは、図６（ｂ）に示すように、仮想モータ角度のｄｑ軸の位相を実モータ角度のｄｑ軸の位相に近付ける制御を行う。ここで、実モータ角度と実際のモータ角度との間には、負荷変動による位相誤差がある。この位相誤差分のマージンを仮に３ｄｅｇとした場合、モータ制御部１５ｂは、実モータ角度の位相に対する仮想モータ角度の位相の進み量が３ｄｅｇ以内に減ったら、切り替え条件が成立したものとして、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える。
【００６７】
同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替わると、電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値が、図６（ｃ）の破線で示す、仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′から、図６（ｃ）の実線で示す、実モータ角度から決定した電流位相指令値βに切り替わる。ここで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時における仮想モータ角度の位相は、図６（ｂ）に示すように、実モータ角度の位相に対して０〜３ｄｅｇだけ進んでいる。
【００６８】
このため、図６（ｃ）に示すように、センサレスベクトル制御への切り替え直後に用いる電流位相指令値βの初期値の位相は、切り替え直前に用いた電流位相指令値β′の位相に対して、実モータ角度の位相に対する仮想モータ角度の位相の進み分（０〜３ｄｅｇ）だけ遅れた位相となる。
【００６９】
ここで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われる図２の−７５ｄｅｇ〜２０ｄｅｇの範囲では、電流位相が進むとトルクが増加する。このため、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えに伴って、電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値が、電流位相指令値β′から、それよりも位相が遅れた電流位相指令値βに切り替わると、電動モータ５のモータトルクが低下する。
【００７０】
図７は、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、図６（ｃ）に示すパターンで位相が変化する電流位相指令値β′，βを用いて制御する場合の例を示すグラフである。
【００７１】
詳しくは、図７（ａ）は電動モータ５のステータ５ｃのコイル５ｄに供給する駆動用信号におけるロータ５ｂの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）は電動モータ５の制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイル５ｄに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイル５ｄに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータ５で発生するモータトルクを示すグラフである。
【００７２】
図７（ｃ）に破線で示すように、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え前後で制御に用いる電流位相指令値β′，βの位相に遅れが生じると、図７（ｃ）に実線で示す電流位相の実値にも遅れが生じる。すると、図７（ｅ）に示すように、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時に、モータトルクが一時的に低下して制御が不安定な状態に陥る。
【００７３】
図７（ｃ）では、その後のセンサベクトル制御における電流位相指令値βにより、図７（ｅ）に示すようにモータトルクの低下が持ち直し、制御不安定状態を脱して脱調を免れているが、モータトルクの低下が大きいと、電動モータ５が脱調し停止してしまう。
【００７４】
一方、図８は、仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度の位相よりも遅れている時に、モータ制御部１５ｂが同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う場合の、電流位相指令値の変化を示す説明図である。
【００７５】
詳しくは、図８（ａ）は、同期制御中の仮想モータ角度に対応するｄ′ｑ′軸と実モータ角度に対応するｄｑ軸との位相の位置関係を示す説明図、（ｂ）は同期制御中に仮想モータ角度の位相が実モータ角度の位相に近づいて制御の切り替え条件が成立した時の位置関係を示す説明図、（ｃ）は制御の切り替え前の仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′と、制御の切り替え後の実モータ角度から決定した電流位相指令値βとを、ｄｑ軸の座標上で示した説明図である。
【００７６】
図８（ａ）〜（ｃ）においても、図中の左回り方向（反時計回り方向）が位相の正方向となるので、図８（ａ）に破線で示すｄ′ｑ′軸の仮想モータ角度の位相は、図８（ａ）に実線で示すｄｑ軸の実モータ角度の位相よりも遅れた位相となる。
【００７７】
この場合、モータ制御部１５ｂは、図８（ｂ）に示すように、仮想モータ角度のｄｑ軸の位相を実モータ角度のｄｑ軸の位相に近付ける制御を行う。実モータ角度と実際のモータ角度との間の負荷変動による位相誤差分のマージンを仮に３ｄｅｇとした場合、モータ制御部１５ｂは、実モータ角度の位相に対する仮想モータ角度の位相の遅れ量が３ｄｅｇ以内に減ったら、切り替え条件が成立したものとして、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える。
【００７８】
同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替わると、電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値が、図８（ｃ）の破線で示す、仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′から、図８（ｃ）の実線で示す、実モータ角度から決定した電流位相指令値βに切り替わる。ここで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時における仮想モータ角度の位相は、図８（ｂ）に示すように、実モータ角度の位相に対して０〜３ｄｅｇだけ遅れている。
【００７９】
このため、図８（ｃ）に示すように、センサレスベクトル制御への切り替え直後に用いる電流位相指令値βの初期値の位相は、切り替え直前に用いた電流位相指令値β′の位相に対して、実モータ角度の位相に対する仮想モータ角度の位相の遅れ分（０〜３ｄｅｇ）だけ進んだ位相となる。
【００８０】
同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えが行われる図２の−７５ｄｅｇ〜２０ｄｅｇの範囲では、電流位相が進むとトルクが増加する。このため、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時に、電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値が、電流位相指令値β′から、それよりも位相が進んだ電流位相指令値βに切り替わると、電動モータ５のモータトルクが増加する。
【００８１】
図９は、電動モータ５の制御を同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替える際に、図８（ｃ）に示すパターンで位相が変化する電流位相指令値β′，βを用いて制御する場合の例を示すグラフである。
【００８２】
詳しくは、図９（ａ）は電動モータ５のステータ５ｃのコイル５ｄに供給する駆動用信号におけるロータ５ｂの制御上の指令速度及び実速度を示すグラフ、（ｂ）は電動モータ５の制御上の仮想角度及び実角度を示すグラフ、（ｃ）はコイル５ｄに流す電流の位相を示すグラフ、（ｄ）は３相のうちある１相のコイル５ｄに流す電流値を示すグラフ、（ｅ）は電動モータ５で発生するモータトルクを示すグラフである。
【００８３】
図９（ｃ）に破線で示すように、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え前後で制御に用いる電流位相指令値β′，βの位相に進みが生じると、図９（ｃ）に実線で示す電流位相の実値にも進みが生じる。すると、図９（ｅ）に示すように、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時に、モータトルクが一時的に増加する。
【００８４】
モータトルクが一時的に増加しても、図９（ｃ）に示すように、電流位相の実値は、その後のセンサベクトル制御における電流位相指令値βに追従し、図９（ｅ）に示すようにモータトルクは、電動モータ５の負荷に釣り合うトルクに収束する。したがって、電動モータ５の制御には不安定状態が起こらず、電動モータ５は脱調することなく回転し続ける。
【００８５】
そこで、本実施形態のモータ制御部１５ｂは、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを、同期制御における仮想モータ角度の位相が実際のモータ角度に代わる実モータ角度の位相よりも、遅れている時に行う。
【００８６】
具体的には、モータ制御部１５ｂは、同期制御中にロータ５ｂの回転速度がある程度上昇して、電動モータ５の誘起電圧が増加し実モータ角度を推定できるようになってから、図８（ｂ）に示すように、仮想モータ角度のｄｑ軸の位相を実モータ角度のｄｑ軸の位相に近付ける。
【００８７】
そして、モータ制御部１５ｂは、仮想モータ角度から実モータ角度を差し引いた角度差Δθ１が負となるタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う。
【００８８】
なお、先に説明したように、実モータ角度と実際のモータ角度との間には、負荷変動による位相誤差がある。仮に、この位相誤差が、位相の進み側と遅れ側とにそれぞれ３ｄｅｇずつ見込まれる場合は、この位相誤差を考慮しても、仮想モータ角度から実モータ角度を差し引いた角度差Δθ１が負となるタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うのが望ましい。
【００８９】
その場合、モータ制御部１５ｂは、実モータ角度と実際のモータ角度との位相誤差をａ（−６≦ａ≦６、請求項中の検出誤差の範囲に相当）として、仮想モータ角度から実モータ角度を差し引いた角度差Δθ１がΔθ１＜−｜ａ｜（｜ａ｜は位相誤差の絶対値であり、最大で｜ａ｜＝６、好ましくは｜ａ｜＝３）となるタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行えばよい。
【００９０】
また、図９（ｅ）に示すように、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時にモータトルクが一時的に増加する場合でも、その度合いが大き過ぎると電動モータ５が脱調する可能性がある。そこで、モータトルクの増加による脱調の予防策として、上述した角度差Δθ１の下限値ｂを設定してもよい。
【００９１】
このとき、下限値ｂは、例えば、位相誤差ａよりも小さく、かつ、−１０ｄｅｇよりも大きい値（−１０ｄｅｇ＜ｂ＜ａ）とすることができる。下限値ｂを設定した場合は、下限値ｂ＜角度差Δθ１＜｜ａ｜が満たされるタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行えばよい。
【００９２】
以上のようにして、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うタイミングを決定することで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時にモータトルクを低下させないようにすることができる。これにより、電動モータ５の制御に不安定状態が起こって電動モータ５が脱調するのを防いで、切り替え後のセンサレスベクトル制御においても電動モータ５を安定して回転させ続けることができる。
【００９３】
以上に、モータ制御部１５ｂが、同期制御中にモータ制御部１５ｂが、仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′の位相が実モータ角度から決定した電流位相指令値βの位相に対して一定以上遅れているタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う場合について説明した。
【００９４】
しかし、仮想モータ角度から決定した電流位相指令値β′の位相が、実モータ角度から決定した電流位相指令値βの位相と同じか、又は、実モータ角度から決定した電流位相指令値βの位相に対して進んでいるタイミングで、モータ制御部１５ｂが、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うようにすることもできる。
【００９５】
この場合、モータ制御部１５ｂは、仮想モータ角度から実モータ角度を差し引いた角度差Δθ１がゼロ又は正となるタイミングで、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行う。
【００９６】
但し、センサレスベクトル制御への切り替え直後に、実モータ角度から決定した電流位相指令値βの初期値の位相に、上述した角度差Δθ１（請求項中の差分に相当）と、上述した位相誤差ａの絶対値｜ａ｜とを加えた位相（β＋Δθ１＋｜ａ｜）の電流位相指令値を、電動モータ５の制御に用いる。
【００９７】
これにより、センサレスベクトル制御への切り替え直後に電動モータ５の制御に用いる電流位相指令値（β＋Δθ１＋｜ａ｜）の位相を、切り替え直前の同期制御中にモータ制御部１５ｂが仮想モータ角度から決定した最新の電流位相指令値β′の位相に対して、進んだ位相とすることができる。
【００９８】
よって、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替え時にモータトルクを低下させず、これにより、電動モータ５の制御に不安定状態が起こって電動モータ５が脱調するのを防いで、切り替え後のセンサレスベクトル制御においても電動モータ５を安定して回転させ続けることができる。
【００９９】
そして、以上に説明した内容で、同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うことで、電動コンプレッサ１の圧縮機構３のロータ３ｅを回転させる電動モータ５の同期制御におけるｄ′軸及びｑ′軸の座標と、センサレスベクトル制御におけるｄ軸及びｑ軸の座標との間に位相誤差があっても、モータトルクの低下による制御不安定状態を生じさせず、安定して制御を切り替えることができる。
【０１００】
なお、本実施形態では、電動モータ５が、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet ）のロータ５ｂを用いたＩＰＭモータである場合について説明した。しかし、例えば、永久磁石を表面に露出させた表面磁石形(ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet ）のロータ５ｂを用いたＳＰＭモータを電動モータ５に用いてもよい。
【０１０１】
その場合、モータトルクＴの特性が図２に示すＩＰＭモータの特性とは異なるが、電流位相が進むとトルクが増加する期間に同期制御からセンサレスベクトル制御への切り替えを行うようにすればよい。
【０１０２】
また、以上の実施形態では、シリンダ室３ｄ内でロータ３ｅを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する電動コンプレッサ１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  電動コンプレッサ（コンプレッサ）
３  圧縮機構
３ａ，３ｂ  サイドブロック
３ｃ  シリンダブロック
３ｄ  シリンダ室
３ｅ  ロータ（回転体）
３ｆ，３ｇ  軸受部
３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ  通路
５  電動モータ（モータ）
５ａ  回転軸
５ｂ  ロータ
５ｃ  ステータ
５ｄ  コイル
７  ハウジング
７ａ  吐出室
７ｂ  吸入室
７ｃ  開口
７ｄ  液溜まり部
７ｅ  油分離器
９    蓋部
１１  潤滑油
１３  直流電源
１５  コントローラ（コンプレッサモータ制御装置）
１５ａ  インバータ回路
１５ｂ  モータ制御部（電流位相指令手段、仮想モータ角度想定手段、実モータ角度検出手段、制御切替手段）
１５ｃ  メモリ
ａ  位相誤差（検出誤差）
ｂ  角度差の下限値
Ｉ  モータ電流ベクトル
Ｔ  モータトルク
Ｑ１〜Ｑ６  ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）
Ｔ  モータトルク
Ｘ  回転方向
β，β′  電流位相指令値
Δθ１  角度差（差分）
【図１】
2017153258.tif 000003
【図２】
2017153258.tif 000004
【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】
2017153258.tif 000009
【図８】
2017153258.tif 000010
【図９】
2017153258.tif 000011