JP2003259679A - ベクトル制御インバータ装置及び回転駆動装置 - Google Patents
ベクトル制御インバータ装置及び回転駆動装置Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P21/18—Estimation of position or speed
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 始動前にフリーラン状態にある永久磁石モー
タの回転速度を検出でき、検出結果に応じて適時始動方
法を選択、実行できるセンサレスベクトル制御インバー
タ装置を提供する。 【解決手段】 ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として
共にゼロを与えるとともに、ｄ軸電流測定値、ｑ軸電流
測定値、ｄ軸電圧指令値、及び回転子角周波数推定値ω
0と回転子角度推定値θ0とから誘起電圧のｄ軸成分の推
定値Ｅdを算出し、Ｅdがゼロに収束するように比例積分
演算器（２０）により、角周波数推定値ω0及びそれを
積分した回転子角度θ0を調節する。この際、角周波数
推定値ω0としては、Ｅdを比例積分演算器（２０）で演
算した出力ωerrorを角周波数指令値ω-comから減算し
た数値を用い、その角周波数指令値ω-comとしては角周
波数指令値ω0を遅延回路で遅らせた信号を用いる。
タの回転速度を検出でき、検出結果に応じて適時始動方
法を選択、実行できるセンサレスベクトル制御インバー
タ装置を提供する。 【解決手段】 ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として
共にゼロを与えるとともに、ｄ軸電流測定値、ｑ軸電流
測定値、ｄ軸電圧指令値、及び回転子角周波数推定値ω
0と回転子角度推定値θ0とから誘起電圧のｄ軸成分の推
定値Ｅdを算出し、Ｅdがゼロに収束するように比例積分
演算器（２０）により、角周波数推定値ω0及びそれを
積分した回転子角度θ0を調節する。この際、角周波数
推定値ω0としては、Ｅdを比例積分演算器（２０）で演
算した出力ωerrorを角周波数指令値ω-comから減算し
た数値を用い、その角周波数指令値ω-comとしては角周
波数指令値ω0を遅延回路で遅らせた信号を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を回転子
に、電機子巻線を固定子に設けた三相永久磁石モータの
センサレスベクトル制御インバータ装置に関し、特に始
動前、フリーラン状態にある永久磁石モータの回転速度
を検出し、その検出結果に基づいて適宜始動方法を選
択、実行することができるベクトル制御インバータ装置
及び該インバータ装置を備えた回転駆動装置に関する。
に、電機子巻線を固定子に設けた三相永久磁石モータの
センサレスベクトル制御インバータ装置に関し、特に始
動前、フリーラン状態にある永久磁石モータの回転速度
を検出し、その検出結果に基づいて適宜始動方法を選
択、実行することができるベクトル制御インバータ装置
及び該インバータ装置を備えた回転駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エアコン等のコンプレッサモータ
やファンモータ、電気自動車の駆動用モータに対して
は、広範囲の可変速制御や電力消費量の低減、メンテナ
ンス性の改善等の要請が強まっており、これに応えるた
め、永久磁石を回転子に使用した永久磁石モータをイン
バータ装置でもってセンサレスでベクトル制御する方式
が多く採用されるようになってきている。
やファンモータ、電気自動車の駆動用モータに対して
は、広範囲の可変速制御や電力消費量の低減、メンテナ
ンス性の改善等の要請が強まっており、これに応えるた
め、永久磁石を回転子に使用した永久磁石モータをイン
バータ装置でもってセンサレスでベクトル制御する方式
が多く採用されるようになってきている。
【０００３】ところが、例えばエアコンの室外機などに
使用されているファン用モータなどでは、インバータ装
置によって始動する前に、モータが自然風などの外力を
受けてフリーラン（自走）している場合がある。このよ
うなフリーラン状態にあるモータを、いきなりインバー
タ装置でもって始動させた場合には、モータの回転方向
及び回転速度によっては、モータに急激な変化を強いる
ことになり、動作に乱調をきたしたり、最悪の場合には
モータが破損に至ることがある。
使用されているファン用モータなどでは、インバータ装
置によって始動する前に、モータが自然風などの外力を
受けてフリーラン（自走）している場合がある。このよ
うなフリーラン状態にあるモータを、いきなりインバー
タ装置でもって始動させた場合には、モータの回転方向
及び回転速度によっては、モータに急激な変化を強いる
ことになり、動作に乱調をきたしたり、最悪の場合には
モータが破損に至ることがある。
【０００４】モータの回転子位置を検出するセンサが取
り付けられている場合には、特開平１１−３３２２８３
号公報、特開平１１−１８７６９０号公報に開示されて
いるように、直流励磁又は巻線短絡により回転子を所定
位置に停止させてから始動したり、回転子の位置を検出
して適切な始動方法を選択する方式が開発されている。
しかし、回転子位置を検出するセンサを有しないセンサ
レス方式の場合には、回転子の速度や位置を知ることが
できない。従って、前述したような不具合の発生を防止
するにはモータの自然停止を待って始動するか、直流励
磁又は巻線短絡により回転子を所定位置に停止させてか
ら始動するしかないのが実情である。しかし、自然停止
を待つのは非能率であるし、直流励磁や巻線短絡では、
モータに作用する外力が強い場合に、ブレーキトルクが
不足して回転子を停止させることができないという状態
も生ずる。
り付けられている場合には、特開平１１−３３２２８３
号公報、特開平１１−１８７６９０号公報に開示されて
いるように、直流励磁又は巻線短絡により回転子を所定
位置に停止させてから始動したり、回転子の位置を検出
して適切な始動方法を選択する方式が開発されている。
しかし、回転子位置を検出するセンサを有しないセンサ
レス方式の場合には、回転子の速度や位置を知ることが
できない。従って、前述したような不具合の発生を防止
するにはモータの自然停止を待って始動するか、直流励
磁又は巻線短絡により回転子を所定位置に停止させてか
ら始動するしかないのが実情である。しかし、自然停止
を待つのは非能率であるし、直流励磁や巻線短絡では、
モータに作用する外力が強い場合に、ブレーキトルクが
不足して回転子を停止させることができないという状態
も生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解決すべく考案されたもので、その目的は、フリー
ラン状態にある永久磁石モータの回転速度と回転子角度
を検出することができ、その検出結果に基づいて適切な
始動方法を選択、実行することができる永久磁石モータ
用のベクトル制御インバータ装置を提供することにあ
る。
合を解決すべく考案されたもので、その目的は、フリー
ラン状態にある永久磁石モータの回転速度と回転子角度
を検出することができ、その検出結果に基づいて適切な
始動方法を選択、実行することができる永久磁石モータ
用のベクトル制御インバータ装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載のベクトル制御インバータ装置は、
永久磁石を回転子に、電機子巻線を固定子に設けた三相
永久磁石モータに供給する電流の瞬時値を、永久磁石が
作る磁束と同じ速度で回転する回転座標系上の前記磁束
に平行なｄ軸電流と、これよりπ／２位相が進んだｑ軸
電流とに変換し、それぞれを独立に制御する永久磁石モ
ータのベクトル制御インバータ装置において、モータ電
流実測値と回転子角度推定値とから計算したｄ軸電流及
びｑ軸電流、並びにｄ軸電圧指令値と、回転子角周波数
推定値と、モータ回路定数とを用いてｄ軸誘起電圧推定
値を計算する誘起電圧推定手段と、前記ｄ軸誘起電圧推
定値を入力とする比例積分演算器と、前記比例積分演算
器の出力を回転子の角周波数指令値から減算して前記回
転子角周波数推定値を計算する減算器と、前記回転子角
周波数推定値を積分して前記回転子角度推定値を計算す
る積分器とを具備していることを特徴とするものであ
る。
めに、請求項１記載のベクトル制御インバータ装置は、
永久磁石を回転子に、電機子巻線を固定子に設けた三相
永久磁石モータに供給する電流の瞬時値を、永久磁石が
作る磁束と同じ速度で回転する回転座標系上の前記磁束
に平行なｄ軸電流と、これよりπ／２位相が進んだｑ軸
電流とに変換し、それぞれを独立に制御する永久磁石モ
ータのベクトル制御インバータ装置において、モータ電
流実測値と回転子角度推定値とから計算したｄ軸電流及
びｑ軸電流、並びにｄ軸電圧指令値と、回転子角周波数
推定値と、モータ回路定数とを用いてｄ軸誘起電圧推定
値を計算する誘起電圧推定手段と、前記ｄ軸誘起電圧推
定値を入力とする比例積分演算器と、前記比例積分演算
器の出力を回転子の角周波数指令値から減算して前記回
転子角周波数推定値を計算する減算器と、前記回転子角
周波数推定値を積分して前記回転子角度推定値を計算す
る積分器とを具備していることを特徴とするものであ
る。
【０００７】このように構成したことにより、本インバ
ータ装置は、回転子の位置又は速度を検出するためのセ
ンサを用いることなく、永久磁石モータの励磁電流と回
転速度とを独立に制御することができる。
ータ装置は、回転子の位置又は速度を検出するためのセ
ンサを用いることなく、永久磁石モータの励磁電流と回
転速度とを独立に制御することができる。
【０００８】更に、請求項２記載のインバータ装置は、
ｄ軸電流指令値を、外部からのｄ軸電流指令値とゼロ値
とに切り換える第１のスイッチと、ｑ軸電流指令値を、
前記比例積分演算器の出力信号を更に比例積分演算して
求めた指令値とゼロ値とに切り換える第２のスイッチ
と、前記回転子角周波数推定値の信号を遅延させる遅延
回路と、前記回転子角周波数指令値を、外部からの指令
値と前記遅延回路の出力信号とに切り換える第３のスイ
ッチとを具備することを特徴とするものであって、請求
項３記載のように、前記第１及び第２のスイッチを共に
ゼロ値側に切り換え、前記第３のスイッチを前記遅延回
路の出力側に切り換えることにより、フリーラン状態に
ある前記永久磁石モータの回転子角周波数（回転速度）
と回転子角度を検出することができるようにしたもので
ある。
ｄ軸電流指令値を、外部からのｄ軸電流指令値とゼロ値
とに切り換える第１のスイッチと、ｑ軸電流指令値を、
前記比例積分演算器の出力信号を更に比例積分演算して
求めた指令値とゼロ値とに切り換える第２のスイッチ
と、前記回転子角周波数推定値の信号を遅延させる遅延
回路と、前記回転子角周波数指令値を、外部からの指令
値と前記遅延回路の出力信号とに切り換える第３のスイ
ッチとを具備することを特徴とするものであって、請求
項３記載のように、前記第１及び第２のスイッチを共に
ゼロ値側に切り換え、前記第３のスイッチを前記遅延回
路の出力側に切り換えることにより、フリーラン状態に
ある前記永久磁石モータの回転子角周波数（回転速度）
と回転子角度を検出することができるようにしたもので
ある。
【０００９】このような構成にしたことにより、本イン
バータ装置は、始動前に自然風等の外力を受けてフリー
ラン状態にあるファン用モータ等の回転子の角周波数と
回転子角度を、センサを用いることなく検出することが
可能である。そして、検出した角周波数と回転方向に基
づいて適切な始動方法を選択、実行できるようにしたの
で、モータに急激な変化を強いることなく、スムーズに
モータを始動させることができる。
バータ装置は、始動前に自然風等の外力を受けてフリー
ラン状態にあるファン用モータ等の回転子の角周波数と
回転子角度を、センサを用いることなく検出することが
可能である。そして、検出した角周波数と回転方向に基
づいて適切な始動方法を選択、実行できるようにしたの
で、モータに急激な変化を強いることなく、スムーズに
モータを始動させることができる。
【００１０】請求項７記載の回転駆動装置は、前記永久
磁石モータと該モータを駆動するインバータ装置とを備
えた回転駆動装置であって、該インバータ装置として請
求項１ないし５の何れかに記載のベクトル制御インバー
タ装置を用いた回転駆動装置である。このような回転駆
動装置は、センサレス且つブラシレスであるためメンテ
ナンスが容易で故障が少なく、また負荷に対応した適切
な始動を行うことができる利点を有する。
磁石モータと該モータを駆動するインバータ装置とを備
えた回転駆動装置であって、該インバータ装置として請
求項１ないし５の何れかに記載のベクトル制御インバー
タ装置を用いた回転駆動装置である。このような回転駆
動装置は、センサレス且つブラシレスであるためメンテ
ナンスが容易で故障が少なく、また負荷に対応した適切
な始動を行うことができる利点を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下に本発明
の第１の実施形態について図面により説明する。図１
は、本発明の永久磁石モータのセンサレスベクトル制御
に使用するインバータ装置の構成を機能ブロックで表し
たものである。負荷であるモータ１は、永久磁石を回転
子に、電機子巻線を固定子に設けた回転界磁型の三相モ
ータで、回転子位置に応じてインバータ装置から固定子
巻線に電流を供給することによりブラシレスで駆動され
る。
の第１の実施形態について図面により説明する。図１
は、本発明の永久磁石モータのセンサレスベクトル制御
に使用するインバータ装置の構成を機能ブロックで表し
たものである。負荷であるモータ１は、永久磁石を回転
子に、電機子巻線を固定子に設けた回転界磁型の三相モ
ータで、回転子位置に応じてインバータ装置から固定子
巻線に電流を供給することによりブラシレスで駆動され
る。
【００１２】本インバータ装置は、モータ１の電流を制
御する電流制御手段２と、回転子の角周波数（回転速
度）および角度を推定する回転子速度・角度推定手段
（回転子上に定めた回転座標系（以下、ｄｑ座標系とい
う）の、固定座標系（以下、αβ座標系という）に対す
る角周波数と位相角を推定する手段をこのように呼ぶこ
ととする。）３とから構成されている。モータ１の電流
は電流検出器４により検出され、検出された三相電流Ｉ
a、Ｉb、Ｉcは、ａbｃ／αβ変換器５により、これと等
価なαβ座標系で表した二相電流Ｉα、Ｉβに変換され
る。次いで二相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ変換器６
により、ｄｑ座標系で表した電流Ｉd、Ｉqに変換され
る。この変換計算の際には、後述する回転子速度・角度
推定手段３により推定された回転子角度推定値（ｄ軸と
α軸との位相角の推定値をこのように呼ぶこととす
る。）θ0が用いられる。
御する電流制御手段２と、回転子の角周波数（回転速
度）および角度を推定する回転子速度・角度推定手段
（回転子上に定めた回転座標系（以下、ｄｑ座標系とい
う）の、固定座標系（以下、αβ座標系という）に対す
る角周波数と位相角を推定する手段をこのように呼ぶこ
ととする。）３とから構成されている。モータ１の電流
は電流検出器４により検出され、検出された三相電流Ｉ
a、Ｉb、Ｉcは、ａbｃ／αβ変換器５により、これと等
価なαβ座標系で表した二相電流Ｉα、Ｉβに変換され
る。次いで二相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ変換器６
により、ｄｑ座標系で表した電流Ｉd、Ｉqに変換され
る。この変換計算の際には、後述する回転子速度・角度
推定手段３により推定された回転子角度推定値（ｄ軸と
α軸との位相角の推定値をこのように呼ぶこととす
る。）θ0が用いられる。
【００１３】ここでｄｑ座標系とは、回転子上の永久磁
石が作り出す磁束方向をｄ軸に、これよりπ／２進んだ
方向をｑ軸に定めた座標系であって、電流Ｉd はｄ軸方
向、電流Ｉqはｑ軸方向の電流成分を意味する。ｄｑ座
標系は回転子と共に回転し、モータ電流は回転子位置に
合わせてインバータ装置から供給されるのでＩd、Ｉｑ
は直流量である。
石が作り出す磁束方向をｄ軸に、これよりπ／２進んだ
方向をｑ軸に定めた座標系であって、電流Ｉd はｄ軸方
向、電流Ｉqはｑ軸方向の電流成分を意味する。ｄｑ座
標系は回転子と共に回転し、モータ電流は回転子位置に
合わせてインバータ装置から供給されるのでＩd、Ｉｑ
は直流量である。
【００１４】このような座標変換により計算されたＩ
d、Ｉqが、減算器７、８において、それぞれの指令値Ｉ
d-com、Ｉq-comから減算されて偏差ΔＩd、ΔＩqが計算
される。なお第１のスイッチＳ１（９）、第２のスイッ
チＳ２（１０ ）は、指令値Ｉd-com、Ｉq-comの値を選
択するスイッチで、図はモータ１をベクトル制御によっ
て駆動運転する場合の選択状態を示している。上記計算
で求められた偏差ΔＩd、ΔＩqは、それぞれ比例積分演
算器１１、１２で演算されて出力にそれぞれｄ軸指令電
圧Ｖd、ｑ軸指令電圧Ｖqを発生させる。すなわち減算器
７、８と比例積分演算器１１、１２とは、モータ電流Ｉ
d、Ｉqを対応する指令値Ｉd-com、Ｉq-comに一致させる
ための調節器としての役割を果たしている。出力のＶ
d、Ｖqは、モータ電流を指令値Ｉd-com、Ｉq-comに近づ
けるためにモータ１に印加されるべき指令電圧である。
d、Ｉqが、減算器７、８において、それぞれの指令値Ｉ
d-com、Ｉq-comから減算されて偏差ΔＩd、ΔＩqが計算
される。なお第１のスイッチＳ１（９）、第２のスイッ
チＳ２（１０ ）は、指令値Ｉd-com、Ｉq-comの値を選
択するスイッチで、図はモータ１をベクトル制御によっ
て駆動運転する場合の選択状態を示している。上記計算
で求められた偏差ΔＩd、ΔＩqは、それぞれ比例積分演
算器１１、１２で演算されて出力にそれぞれｄ軸指令電
圧Ｖd、ｑ軸指令電圧Ｖqを発生させる。すなわち減算器
７、８と比例積分演算器１１、１２とは、モータ電流Ｉ
d、Ｉqを対応する指令値Ｉd-com、Ｉq-comに一致させる
ための調節器としての役割を果たしている。出力のＶ
d、Ｖqは、モータ電流を指令値Ｉd-com、Ｉq-comに近づ
けるためにモータ１に印加されるべき指令電圧である。
【００１５】この指令電圧Ｖd、Ｖqは、ｄｑ／αβ変換
器１３によって、αβ座標系上での値Ｖα、Ｖβに変換
される。この変換計算にも後述する回転子角度推定値θ
0が用いられる。ＰＷＭ形成器１４は、指令電圧Ｖα、
Ｖβに基づいてＰＷＭインバータ１５内のスイッチング
素子を駆動する信号を発生させる。ＰＷＭインバータ１
５が、その信号に従ってスイッチング動作を実行するこ
とにより、モータ１の固定子巻線にＶd、Ｖqに比例した
電圧が印加され、モータ１が駆動される。こうしてモー
タ１の電流Ｉd、Ｉqは、前述した調節器の制御動作によ
り指令値Ｉd-com、Ｉq-comに一致させられる。
器１３によって、αβ座標系上での値Ｖα、Ｖβに変換
される。この変換計算にも後述する回転子角度推定値θ
0が用いられる。ＰＷＭ形成器１４は、指令電圧Ｖα、
Ｖβに基づいてＰＷＭインバータ１５内のスイッチング
素子を駆動する信号を発生させる。ＰＷＭインバータ１
５が、その信号に従ってスイッチング動作を実行するこ
とにより、モータ１の固定子巻線にＶd、Ｖqに比例した
電圧が印加され、モータ１が駆動される。こうしてモー
タ１の電流Ｉd、Ｉqは、前述した調節器の制御動作によ
り指令値Ｉd-com、Ｉq-comに一致させられる。
【００１６】ここでＩd-comは、磁束を作る成分（励磁
電流成分）の指令値であり、この値は外部より指令値と
して与えられる。一方、Ｉq-comは、回転トルクを発生
させる成分（トルク電流成分）の指令値であり、モータ
１の回転速度に直接的に関係する量である。このＩq-co
mの値は、通常の運転状態では、比例積分演算器１６の
出力として与えられる。
電流成分）の指令値であり、この値は外部より指令値と
して与えられる。一方、Ｉq-comは、回転トルクを発生
させる成分（トルク電流成分）の指令値であり、モータ
１の回転速度に直接的に関係する量である。このＩq-co
mの値は、通常の運転状態では、比例積分演算器１６の
出力として与えられる。
【００１７】比例積分演算器１６は、減算器１７と共に
モータ１の回転速度を調節する機能を果たすもので、減
算器１７の＋入力端子には回転子の角周波数指令値ω-c
omが、−入力端子には回転子速度・角度推定手段３によ
り推定されたモータ１の角周波数推定値ω0が入力され
る。そして、その偏差が比例積分演算器１６にて演算さ
れ出力にｑ軸電流指令値Ｉq-comを発生させる。なお、
第３のスイッチＳ３（１８）は、角周波数指令値ω-com
の値を選択するもので、図は、モータ１を通常運転する
場合の選択状態を示している。
モータ１の回転速度を調節する機能を果たすもので、減
算器１７の＋入力端子には回転子の角周波数指令値ω-c
omが、−入力端子には回転子速度・角度推定手段３によ
り推定されたモータ１の角周波数推定値ω0が入力され
る。そして、その偏差が比例積分演算器１６にて演算さ
れ出力にｑ軸電流指令値Ｉq-comを発生させる。なお、
第３のスイッチＳ３（１８）は、角周波数指令値ω-com
の値を選択するもので、図は、モータ１を通常運転する
場合の選択状態を示している。
【００１８】このように、励磁電流成分指令値Ｉd-com
とトルク電流成分指令値Ｉq-comを独立に与えて、モー
タ１にその指令値通りの電流を流すには、αβ／ｄｑ変
換器６及びｄｑ／αβ変換器１３での変換計算に必要な
回転子角度θを正確に把握する必要がある。本インバー
タ装置では、これらの値をセンサを用いることなく、モ
ータ電流測定値とモータ１への電圧指令値を基に、回転
座標系での電動機モデルを使用して回転子速度・角度推
定手段３の中で推定している。
とトルク電流成分指令値Ｉq-comを独立に与えて、モー
タ１にその指令値通りの電流を流すには、αβ／ｄｑ変
換器６及びｄｑ／αβ変換器１３での変換計算に必要な
回転子角度θを正確に把握する必要がある。本インバー
タ装置では、これらの値をセンサを用いることなく、モ
ータ電流測定値とモータ１への電圧指令値を基に、回転
座標系での電動機モデルを使用して回転子速度・角度推
定手段３の中で推定している。
【００１９】すなわち、誘起電圧推定手段１９は、回転
子に取り付けられた永久磁石が作る磁束が回転すること
により、固定子巻線中に生ずる誘起電圧のｄ軸成分Ｅd
を次式により計算する。 Ｅd ＝ Ｖd −（Ｒ＋Ｐ・Ｌ）Ｉd ＋ω0・Ｉq （１）式 ここに、Ｒはモータ１の巻線抵抗、Ｌは巻線のインダク
タンス、ω0は回転子の角周波数推定値、Ｐは微分演算
子である。Ｉd 、Ｉqには実測電流値と回転子角度推定
値θ0とから計算した値を用い、Ｖdには、ＰＷＭインバ
ータ１５の応答性が良いため実測値に代って指令値を使
用している。ただし、実測値を用いても良いことはいう
までもない。
子に取り付けられた永久磁石が作る磁束が回転すること
により、固定子巻線中に生ずる誘起電圧のｄ軸成分Ｅd
を次式により計算する。 Ｅd ＝ Ｖd −（Ｒ＋Ｐ・Ｌ）Ｉd ＋ω0・Ｉq （１）式 ここに、Ｒはモータ１の巻線抵抗、Ｌは巻線のインダク
タンス、ω0は回転子の角周波数推定値、Ｐは微分演算
子である。Ｉd 、Ｉqには実測電流値と回転子角度推定
値θ0とから計算した値を用い、Ｖdには、ＰＷＭインバ
ータ１５の応答性が良いため実測値に代って指令値を使
用している。ただし、実測値を用いても良いことはいう
までもない。
【００２０】角周波数推定値ω0としては、（１）式で
求めたＥdを比例積分演算器２０で演算した出力ωerror
を減算器２１にて、角周波数指令値ω-comから減算した
次式で求める。（ただし、（１）式、（２）式は共にω
0を含むため、（１）のω0には（２）式で計算した微小
時間前のω0の値、例えばＤＳＰを使用して計算する場
合には、１計算周期前に計算したω0の値を用いる。） ω0 ＝ ω-com −ωerror （２）式 回転子角度推定値θ0は、上記角周波数推定値ω0を積分
器２２にて積分することによって求まる。
求めたＥdを比例積分演算器２０で演算した出力ωerror
を減算器２１にて、角周波数指令値ω-comから減算した
次式で求める。（ただし、（１）式、（２）式は共にω
0を含むため、（１）のω0には（２）式で計算した微小
時間前のω0の値、例えばＤＳＰを使用して計算する場
合には、１計算周期前に計算したω0の値を用いる。） ω0 ＝ ω-com −ωerror （２）式 回転子角度推定値θ0は、上記角周波数推定値ω0を積分
器２２にて積分することによって求まる。
【００２１】誘起電圧には、（１）式で計算したＥdの
他にｑ軸成分Ｅqも存在し、またωerrorはＥdを比例積
分演算器２０で演算しただけの数値であるので、必ずし
も実際の回転子角周波数ωに対する正確な誤差を表して
いる訳ではない。しかし、（２）式で計算した角周波数
推定値ω0、及びこれを積分して求めた回転子角度推定
値θ0を計算に使用し、調節器の助けを得て誘起電圧の
ｄ軸成分推定値Ｅdをゼロに収束させることができた場
合を考えると、その時点では誘起電圧推定値は、ｑ軸成
分のみとなる。この状態では回転子の永久磁石が作る磁
束はｄ軸と平行であるとみなすことができるので、この
時の回転子角度推定値θ0は、実際の回転子角度θに一
致しているとみなすことができる。
他にｑ軸成分Ｅqも存在し、またωerrorはＥdを比例積
分演算器２０で演算しただけの数値であるので、必ずし
も実際の回転子角周波数ωに対する正確な誤差を表して
いる訳ではない。しかし、（２）式で計算した角周波数
推定値ω0、及びこれを積分して求めた回転子角度推定
値θ0を計算に使用し、調節器の助けを得て誘起電圧の
ｄ軸成分推定値Ｅdをゼロに収束させることができた場
合を考えると、その時点では誘起電圧推定値は、ｑ軸成
分のみとなる。この状態では回転子の永久磁石が作る磁
束はｄ軸と平行であるとみなすことができるので、この
時の回転子角度推定値θ0は、実際の回転子角度θに一
致しているとみなすことができる。
【００２２】本インバータ装置では、比例積分演算器２
０が、このＥdをゼロに収束させる上での最も重要な調
節機能を果たしている。図１のブロック図は、変形する
と図２のような等価なブロック図に書き換わる。比例積
分演算器２０は、比例積分演算器１６、積分器２２の助
けを受けて、Ｅdをその目標とするゼロ値に収束させる
ようにω0、及びθ0とＩq-comの値を調節する。
０が、このＥdをゼロに収束させる上での最も重要な調
節機能を果たしている。図１のブロック図は、変形する
と図２のような等価なブロック図に書き換わる。比例積
分演算器２０は、比例積分演算器１６、積分器２２の助
けを受けて、Ｅdをその目標とするゼロ値に収束させる
ようにω0、及びθ0とＩq-comの値を調節する。
【００２３】一方、回転子の角周波数については、比例
積分演算器１６が、角周波数指令値ω-comと角周波数推
定値ω0との偏差であるωerrorをゼロに収束させるよう
な調節動作を行う。そしてこれら比例積分演算器２０、
１６の調節動作の結果として、Ｅd及びωerrorが共にゼ
ロに収束する。このωerrorがゼロに収束した時点で
は、角周波数推定値ω0は角周波数指令値ω-comに一致
し、モータ１は角周波数指令値ω-comで駆動される。
積分演算器１６が、角周波数指令値ω-comと角周波数推
定値ω0との偏差であるωerrorをゼロに収束させるよう
な調節動作を行う。そしてこれら比例積分演算器２０、
１６の調節動作の結果として、Ｅd及びωerrorが共にゼ
ロに収束する。このωerrorがゼロに収束した時点で
は、角周波数推定値ω0は角周波数指令値ω-comに一致
し、モータ１は角周波数指令値ω-comで駆動される。
【００２４】このようにしてモータ１の回転子角度θが
推定される動作と並行して、回転子角周波数ωが外部か
ら与えられた角周波数指令値ω-comに一致するように調
整される。また励磁電流成分Ｉdも比例積分演算器１１
により、外部から与えられた励磁電流成分指令値Ｉd-co
mに一致するように調節される。すなわち、角周波数
（回転速度）と励磁電流成分とが、外部から与えられる
任意の数値に一致するように、それぞれ独立して制御さ
れるベクトル制御が実行される。
推定される動作と並行して、回転子角周波数ωが外部か
ら与えられた角周波数指令値ω-comに一致するように調
整される。また励磁電流成分Ｉdも比例積分演算器１１
により、外部から与えられた励磁電流成分指令値Ｉd-co
mに一致するように調節される。すなわち、角周波数
（回転速度）と励磁電流成分とが、外部から与えられる
任意の数値に一致するように、それぞれ独立して制御さ
れるベクトル制御が実行される。
【００２５】以上の説明は、モータ１がインバータ装置
により駆動されている通常の運転状態についての動作説
明であった。次にモータ１が始動前に、外力によりフリ
ーランしている状態における回転子の角周波数ωと回転
子角度θを検出する動作について説明する。この場合に
は、第１のスイッチＳ１（９）、第２のスイッチＳ２
（１０）、第３のスイッチＳ３（１８）を図３に示した
ように切り換える。すなわち、Ｉd、Ｉqの指令値として
は“ゼロ "を与える。また、角周波数指令値ω-comとし
ては、角周波数推定値ω0を遅延回路２３を通して遅延
させた信号を与える。この遅延回路２３の遅延時間は、
モータ１の最高応答周波数に相当する周期よりも小さい
値とすることが応答性の観点から望ましい。
により駆動されている通常の運転状態についての動作説
明であった。次にモータ１が始動前に、外力によりフリ
ーランしている状態における回転子の角周波数ωと回転
子角度θを検出する動作について説明する。この場合に
は、第１のスイッチＳ１（９）、第２のスイッチＳ２
（１０）、第３のスイッチＳ３（１８）を図３に示した
ように切り換える。すなわち、Ｉd、Ｉqの指令値として
は“ゼロ "を与える。また、角周波数指令値ω-comとし
ては、角周波数推定値ω0を遅延回路２３を通して遅延
させた信号を与える。この遅延回路２３の遅延時間は、
モータ１の最高応答周波数に相当する周期よりも小さい
値とすることが応答性の観点から望ましい。
【００２６】図３において、回転子角度推定値θ0が実
際の回転子角度θに等しい値に推定されているとする
と、モータ１の電流Ｉd、Ｉqは、それぞれ比例積分演算
器１１、１２により“ゼロ "に調整される。Ｉd、Ｉqが
共に“ゼロ "になるのは、Ｉα、ＩβおよびＩa、Ｉb、
Ｉcが全て“ゼロ "の場合である。
際の回転子角度θに等しい値に推定されているとする
と、モータ１の電流Ｉd、Ｉqは、それぞれ比例積分演算
器１１、１２により“ゼロ "に調整される。Ｉd、Ｉqが
共に“ゼロ "になるのは、Ｉα、ＩβおよびＩa、Ｉb、
Ｉcが全て“ゼロ "の場合である。
【００２７】回転子角度推定値θ0をフリーランしてい
る実際の回転子角度θに収束させるために、角周波数推
定値ω0を遅延回路２３により遅延させた信号を、角周
波数指令値ω-comとして与える。このようにしておく
と、前述した通常運転状態の場合と同様に、比例積分演
算器２０が、誘起電圧推定値Ｅdを“ゼロ "に収束させ
るように回転子角周波数推定値ω0と回転子角度推定値
θ0を調整する。Ｅdが“ゼロ "になった時の回転子角度
推定値θ0は、モータ１の実際の回転子角度θと一致す
る。また、その時の回転子角度推定値θ0を微分した
値、すなわち角周波数推定値ω0はその時のモータ１の
実際の角周波数ωと一致する。このような動作により、
本発明のインバータ装置によれば、フリーラン状態にあ
るモータ１の回転子角度θと角周波数ωの値を検知する
ことが可能である。
る実際の回転子角度θに収束させるために、角周波数推
定値ω0を遅延回路２３により遅延させた信号を、角周
波数指令値ω-comとして与える。このようにしておく
と、前述した通常運転状態の場合と同様に、比例積分演
算器２０が、誘起電圧推定値Ｅdを“ゼロ "に収束させ
るように回転子角周波数推定値ω0と回転子角度推定値
θ0を調整する。Ｅdが“ゼロ "になった時の回転子角度
推定値θ0は、モータ１の実際の回転子角度θと一致す
る。また、その時の回転子角度推定値θ0を微分した
値、すなわち角周波数推定値ω0はその時のモータ１の
実際の角周波数ωと一致する。このような動作により、
本発明のインバータ装置によれば、フリーラン状態にあ
るモータ１の回転子角度θと角周波数ωの値を検知する
ことが可能である。
【００２８】なお、本インバータ装置の制御を、ＤＳＰ
（Digital Signal Processor)などの高速プロセッサに
より周期的に演算して実行する方法で実現する場合に
は、遅延回路２３の遅延時間は、ＤＳＰの演算周期の１
周期分とするとよい。また、ＤＳＰの演算速度が十分に
速い場合には、遅延回路２３で遅延した信号の代わり
に、直近の複数の演算周期で求めた角周波数推定値ω0
の平均値を指令値として用いてもよい。このようにして
も回転子角度推定値θ0は、モータ１の実際の回転子角
度θに収束する。
（Digital Signal Processor)などの高速プロセッサに
より周期的に演算して実行する方法で実現する場合に
は、遅延回路２３の遅延時間は、ＤＳＰの演算周期の１
周期分とするとよい。また、ＤＳＰの演算速度が十分に
速い場合には、遅延回路２３で遅延した信号の代わり
に、直近の複数の演算周期で求めた角周波数推定値ω0
の平均値を指令値として用いてもよい。このようにして
も回転子角度推定値θ0は、モータ１の実際の回転子角
度θに収束する。
【００２９】更に、ＤＳＰで構成する場合、そのプログ
ラミングは図２のブロック図に基づいて行うとよい。図
１では、角周波数指令値ω-comの値が減算器２１で用い
られ、その演算結果であるω0が減算器１７において、
ω-comより減算される形になっている。この場合、ω-c
omを読み込む処理、減算器２１での演算、減算器１７で
の演算の実行順序によっては、図１と等価である図２の
ブロック図を実行することにならない場合があるからで
ある。
ラミングは図２のブロック図に基づいて行うとよい。図
１では、角周波数指令値ω-comの値が減算器２１で用い
られ、その演算結果であるω0が減算器１７において、
ω-comより減算される形になっている。この場合、ω-c
omを読み込む処理、減算器２１での演算、減算器１７で
の演算の実行順序によっては、図１と等価である図２の
ブロック図を実行することにならない場合があるからで
ある。
【００３０】また、図１中の比例積分演算器１１、１
２、１６、２０としては、モータ１およびモータ１が駆
動する負荷の特性によっては、制御の応答性を改善する
ために、微分演算を加えた比例積分微分演算器を用いて
もよい。
２、１６、２０としては、モータ１およびモータ１が駆
動する負荷の特性によっては、制御の応答性を改善する
ために、微分演算を加えた比例積分微分演算器を用いて
もよい。
【００３１】以上述べた説明で明らかなように、本発明
のインバータ装置は、回転子の位置又は速度を検出する
センサを用いることなく、永久磁石モータ１をベクトル
制御できる。更に、始動前にフリーラン状態にあるモー
タ１の回転速度および回転子角度を、センサを用いるこ
となく検出できるという利点を有する。
のインバータ装置は、回転子の位置又は速度を検出する
センサを用いることなく、永久磁石モータ１をベクトル
制御できる。更に、始動前にフリーラン状態にあるモー
タ１の回転速度および回転子角度を、センサを用いるこ
となく検出できるという利点を有する。
【００３２】（第２の実施形態）本実施形態は、例えば
エアコンの室外機に取り付けたファンを駆動するための
永久磁石モータを、前述したベクトル制御インバータ装
置を用いて適切に始動させる実施形態に関するものであ
る。室外に設置されたファン用モータは、自然風等の外
力を受けて、始動前にフリーランしている場合が多い。
この場合、フリーラン状態に無関係にインバータ駆動を
開始したのでは、モータに急激な変化を強いることにな
って好ましくない。
エアコンの室外機に取り付けたファンを駆動するための
永久磁石モータを、前述したベクトル制御インバータ装
置を用いて適切に始動させる実施形態に関するものであ
る。室外に設置されたファン用モータは、自然風等の外
力を受けて、始動前にフリーランしている場合が多い。
この場合、フリーラン状態に無関係にインバータ駆動を
開始したのでは、モータに急激な変化を強いることにな
って好ましくない。
【００３３】図４は、モータのフリーラン状態に応じ
て、無理なく適切に始動するための本発明に係る処理の
フローを示したものである。インバータ装置に電源が供
給されると、インバータ装置はステップＳ１を実行す
る。ステップＳ１では、第１の実施形態で説明した手段
により、フリーラン状態にある回転子の角周波数ωを検
出する。この場合、正確を期すために複数回の検出値の
平均値をとることが好ましい。
て、無理なく適切に始動するための本発明に係る処理の
フローを示したものである。インバータ装置に電源が供
給されると、インバータ装置はステップＳ１を実行す
る。ステップＳ１では、第１の実施形態で説明した手段
により、フリーラン状態にある回転子の角周波数ωを検
出する。この場合、正確を期すために複数回の検出値の
平均値をとることが好ましい。
【００３４】次いでステップＳ２に移行する。ステップ
Ｓ２以降は、検出した回転子の角周波数ωに対応して適
切な始動を行うシーケンスである。ここで、図４中に使
用している記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、角周波数を表す正の
定数で、Ａ＞Ｂ、Ｄ＞Ｃとし、その値は始動前に予め決
めておくものである。ステップＳ２では、検出した角周
波数ωがＤ以上であるか否かを判定する。Ｄの値は、ω
≧Ｄ が満足される場合には、ファン用モータが正転方
向にかなり速い速度でフリーランしている状態に対応す
るように決めておく。従って、ω≧Ｄ が満足される場
合は、ファン用モータが駆動されなくても正転方向にか
なりの速度で回転している状態であるので、インバータ
による駆動はせずにそのままの状態を継続させることと
し、何もしないでステップＳ１に戻る。ω≧Ｄ が満足
されない場合は、ステップＳ３に移行する。
Ｓ２以降は、検出した回転子の角周波数ωに対応して適
切な始動を行うシーケンスである。ここで、図４中に使
用している記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、角周波数を表す正の
定数で、Ａ＞Ｂ、Ｄ＞Ｃとし、その値は始動前に予め決
めておくものである。ステップＳ２では、検出した角周
波数ωがＤ以上であるか否かを判定する。Ｄの値は、ω
≧Ｄ が満足される場合には、ファン用モータが正転方
向にかなり速い速度でフリーランしている状態に対応す
るように決めておく。従って、ω≧Ｄ が満足される場
合は、ファン用モータが駆動されなくても正転方向にか
なりの速度で回転している状態であるので、インバータ
による駆動はせずにそのままの状態を継続させることと
し、何もしないでステップＳ１に戻る。ω≧Ｄ が満足
されない場合は、ステップＳ３に移行する。
【００３５】ステップＳ３においては、インバータ装置
は、ω≦−Ａ の条件が満足されているか否かを判定す
る。ここでＡの値は、ω≦−Ａ の条件が満足される場
合には、ファン用モータが、逆方向にかなり速い速度で
回転している状態に対応するように決めておく。逆方向
にかなりの速度で回転しているということは、例えば室
外機の場合、十分な風を受けて回転していることを意味
する。従って、この場合もインバータによる駆動は不要
であるので、そのままの状態を継続させることとし、何
もしないでステップＳ１に戻る。ω≦−Ａ の条件が満
足されない場合は、−Ａ＜ω＜Ｄ が満足されている場
合に当たり、この場合にはステップＳ４に移行する。
は、ω≦−Ａ の条件が満足されているか否かを判定す
る。ここでＡの値は、ω≦−Ａ の条件が満足される場
合には、ファン用モータが、逆方向にかなり速い速度で
回転している状態に対応するように決めておく。逆方向
にかなりの速度で回転しているということは、例えば室
外機の場合、十分な風を受けて回転していることを意味
する。従って、この場合もインバータによる駆動は不要
であるので、そのままの状態を継続させることとし、何
もしないでステップＳ１に戻る。ω≦−Ａ の条件が満
足されない場合は、−Ａ＜ω＜Ｄ が満足されている場
合に当たり、この場合にはステップＳ４に移行する。
【００３６】ステップＳ４においては、インバータ装置
は、ω≧Ｃ の条件が満足されているか否かを判定す
る。この条件が満足されるのは、Ｃ≦ω＜Ｄ の場合で
ある。Ｃの値は、この条件が満足される場合には、ファ
ン用モータが緩やかな速度で正転方向に回転している状
態に対応するように決めておく。この状態は、検出した
角周波数ω、回転子角度θを基にしてインバータ駆動し
ても、ファン用モータにそれほどの無理を強いることが
ない状態である。このステップＳ４の条件が満足される
場合には、ステップＳ１３に移行する。
は、ω≧Ｃ の条件が満足されているか否かを判定す
る。この条件が満足されるのは、Ｃ≦ω＜Ｄ の場合で
ある。Ｃの値は、この条件が満足される場合には、ファ
ン用モータが緩やかな速度で正転方向に回転している状
態に対応するように決めておく。この状態は、検出した
角周波数ω、回転子角度θを基にしてインバータ駆動し
ても、ファン用モータにそれほどの無理を強いることが
ない状態である。このステップＳ４の条件が満足される
場合には、ステップＳ１３に移行する。
【００３７】ステップＳ１３では、検出した角周波数ω
を角周波数指令値ω-comとして用い、また回転子角度と
して検出したθを回転子角度推定値θ0としてベクトル
制御によるインバータ駆動を開始する。そして、角周波
数指令値ω-comを漸増（又は漸減）させて、外部からの
指令値まで変速する正転駆動動作を実行する。角周波数
指令値ω-comが、外部からの指令値に一致した時点で始
動動作は終了する。以後はステップＳ１４に移り、外部
からの指令値に従った角周波数でインバータ駆動を継続
する定常運転に入る。
を角周波数指令値ω-comとして用い、また回転子角度と
して検出したθを回転子角度推定値θ0としてベクトル
制御によるインバータ駆動を開始する。そして、角周波
数指令値ω-comを漸増（又は漸減）させて、外部からの
指令値まで変速する正転駆動動作を実行する。角周波数
指令値ω-comが、外部からの指令値に一致した時点で始
動動作は終了する。以後はステップＳ１４に移り、外部
からの指令値に従った角周波数でインバータ駆動を継続
する定常運転に入る。
【００３８】ステップＳ４において条件が満足されない
場合は、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、
インバータ装置は、ω≧−Ｂ の条件が満足されている
か否かを判定する。この条件が満足されるのは、−Ｂ≦
ω＜Ｃ の場合である。この状態は、ファン用モータが
停止、又は停止に近い低速度でフリーランしている状態
に対応させてある。この条件が満足された場合には、ス
テップＳ６に移行する。ステップＳ６では、固定子巻線
に直流電流を流してファン用モータの回転を一旦、停止
させる。直流励磁を継続する時間は、予め決められた所
定時間であり、ファン用モータを停止させるのに十分な
時間である。所定時間経過の判定はステップＳ７で行
う。ステップＳ７で所定時間の直流励磁を終えた後は、
ステップＳ８に移り、転流を行う。転流は、回転子の位
置とは無関係に、固定子巻線に三相交流電流を流して回
転磁界を生じさせ、生じた回転磁界と回転子の永久磁石
が作る磁界との相互作用でファン用モータを強制的に正
転方向に回転させる操作をいう。このような回転磁界
は、図３において、ｄｑ／αβ変換器１３の入力として
予め決めておいた一定のＶd、Ｖqを与え、ｄｑ／αβ変
換器１３での計算に使用する回転子角度θ0として、角
周波数Ｃより大きい一定の角周波数にまで変化する回転
子角度を与えることによって発生させることができる。
このように駆動することにより、ファン用モータは停止
状態から角周波数Ｃに向かって加速されていくことにな
る。
場合は、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、
インバータ装置は、ω≧−Ｂ の条件が満足されている
か否かを判定する。この条件が満足されるのは、−Ｂ≦
ω＜Ｃ の場合である。この状態は、ファン用モータが
停止、又は停止に近い低速度でフリーランしている状態
に対応させてある。この条件が満足された場合には、ス
テップＳ６に移行する。ステップＳ６では、固定子巻線
に直流電流を流してファン用モータの回転を一旦、停止
させる。直流励磁を継続する時間は、予め決められた所
定時間であり、ファン用モータを停止させるのに十分な
時間である。所定時間経過の判定はステップＳ７で行
う。ステップＳ７で所定時間の直流励磁を終えた後は、
ステップＳ８に移り、転流を行う。転流は、回転子の位
置とは無関係に、固定子巻線に三相交流電流を流して回
転磁界を生じさせ、生じた回転磁界と回転子の永久磁石
が作る磁界との相互作用でファン用モータを強制的に正
転方向に回転させる操作をいう。このような回転磁界
は、図３において、ｄｑ／αβ変換器１３の入力として
予め決めておいた一定のＶd、Ｖqを与え、ｄｑ／αβ変
換器１３での計算に使用する回転子角度θ0として、角
周波数Ｃより大きい一定の角周波数にまで変化する回転
子角度を与えることによって発生させることができる。
このように駆動することにより、ファン用モータは停止
状態から角周波数Ｃに向かって加速されていくことにな
る。
【００３９】この転流を実行中、インバータ装置は回転
子の角周波数ωを検出し続ける。そして、角周波数ωが
Ｃを超えた時点、即ちステップＳ１０の条件が満足され
た時点でステップＳ１３に移行する。このステップＳ１
０では、角周波数ωの値により転流の終期を判定してい
るが、代わりにステップＳ７のように時間で終期を判定
するか、あるいはその両者を組み合わせた条件で判定し
てもよい。
子の角周波数ωを検出し続ける。そして、角周波数ωが
Ｃを超えた時点、即ちステップＳ１０の条件が満足され
た時点でステップＳ１３に移行する。このステップＳ１
０では、角周波数ωの値により転流の終期を判定してい
るが、代わりにステップＳ７のように時間で終期を判定
するか、あるいはその両者を組み合わせた条件で判定し
てもよい。
【００４０】ステップＳ１３では、先に述べたように検
出した角周波数ωを角周波数指令値ω-comとして用い、
また回転子角度と判定したθを回転子角度推定値θ0と
してベクトル制御によるインバータ駆動を開始する。そ
して、角周波数指令値ω-comが外部からの指令値に一致
した時点で始動動作は終了し、その後はステップＳ１４
に移って定常運転に入る。
出した角周波数ωを角周波数指令値ω-comとして用い、
また回転子角度と判定したθを回転子角度推定値θ0と
してベクトル制御によるインバータ駆動を開始する。そ
して、角周波数指令値ω-comが外部からの指令値に一致
した時点で始動動作は終了し、その後はステップＳ１４
に移って定常運転に入る。
【００４１】なお、上述のようにステップＳ５の条件が
満足された場合に、直流励磁、転流を行うのは、ステッ
プＳ５の条件が満足される角周波数範囲では、回転子の
回転速度が遅いために、検出される回転子角周波数ωの
値が必ずしも十分な精度を持っていない場合があり、こ
のような場合にいきなりインバータ駆動を開始すると、
ファン用モータに無理を強いる場合が起こり得るからで
ある。
満足された場合に、直流励磁、転流を行うのは、ステッ
プＳ５の条件が満足される角周波数範囲では、回転子の
回転速度が遅いために、検出される回転子角周波数ωの
値が必ずしも十分な精度を持っていない場合があり、こ
のような場合にいきなりインバータ駆動を開始すると、
ファン用モータに無理を強いる場合が起こり得るからで
ある。
【００４２】ステップＳ５の条件が満足されない場合に
は、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ５の条件が
満足されないのは角周波数ωが、−Ａ＜ω＜−Ｂ の範
囲にある場合である。この状態は、ファン用モータが逆
方向に緩やかな速度でフリーランしている状態に対応さ
せてある。このような状態にある場合には、検出した角
周波数ωを角周波数指令値ω-comとして用い、また回転
子角度と判定したθを回転子角度推定値θ0としてベク
トル制御によるインバータ駆動を開始する。すなわち、
ファン用モータは検出した角周波数ωで逆方向にインバ
ータ駆動される。このようにして駆動を開始した後、イ
ンバータ装置は、角周波数指令値ω-comを漸増させる。
つまり正転方向に向かってω-comを変化させる。ω-com
がゼロに達した後も更に漸増を続け、外部からの角周波
数指令値に一致するまで増加させる。こうして逆方向に
回転していたファン用モータは減速され、回転速度がゼ
ロになった後、今度は正転方向に駆動される。この回転
方向が反転する動作がステップ１２のリターン動作であ
る。
は、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ５の条件が
満足されないのは角周波数ωが、−Ａ＜ω＜−Ｂ の範
囲にある場合である。この状態は、ファン用モータが逆
方向に緩やかな速度でフリーランしている状態に対応さ
せてある。このような状態にある場合には、検出した角
周波数ωを角周波数指令値ω-comとして用い、また回転
子角度と判定したθを回転子角度推定値θ0としてベク
トル制御によるインバータ駆動を開始する。すなわち、
ファン用モータは検出した角周波数ωで逆方向にインバ
ータ駆動される。このようにして駆動を開始した後、イ
ンバータ装置は、角周波数指令値ω-comを漸増させる。
つまり正転方向に向かってω-comを変化させる。ω-com
がゼロに達した後も更に漸増を続け、外部からの角周波
数指令値に一致するまで増加させる。こうして逆方向に
回転していたファン用モータは減速され、回転速度がゼ
ロになった後、今度は正転方向に駆動される。この回転
方向が反転する動作がステップ１２のリターン動作であ
る。
【００４３】ステップＳ１２でリターンした後は、ステ
ップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、角周波数
指令値ω-comが更に漸増され続け、ファン用モータもそ
れにつれて加速され続け、やがて外部からの角周波数指
令値にまで増速される。角周波数指令値ω-comが外部か
らの指令値に一致した時点で始動動作は終了する。以後
は、前述した場合と同じく、ステップＳ１４に移り、外
部からの指令値に従った角周波数で駆動を継続する定常
運転に入る。
ップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、角周波数
指令値ω-comが更に漸増され続け、ファン用モータもそ
れにつれて加速され続け、やがて外部からの角周波数指
令値にまで増速される。角周波数指令値ω-comが外部か
らの指令値に一致した時点で始動動作は終了する。以後
は、前述した場合と同じく、ステップＳ１４に移り、外
部からの指令値に従った角周波数で駆動を継続する定常
運転に入る。
【００４４】以上の説明によって明らかなように、本発
明のインバータ装置は、始動前にフリーラン状態にある
ファン用モータの回転速度をセンサレスで検出すること
ができ、検出した回転速度に合った適切な始動方法を選
択することができる。その結果、ファン用モータに無理
を強いることなく、スムーズに定常運転に入ることがで
きる効果がある。
明のインバータ装置は、始動前にフリーラン状態にある
ファン用モータの回転速度をセンサレスで検出すること
ができ、検出した回転速度に合った適切な始動方法を選
択することができる。その結果、ファン用モータに無理
を強いることなく、スムーズに定常運転に入ることがで
きる効果がある。
【００４５】上記第２の実施形態では、理解を容易にす
るため、定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが本発明をエアコンの室外
機に適用した場合に適した数値に設定されているような
説明をしたが、本発明はエアコンの室外機に適用が限定
されるものではない。例えば、室内の空気を室外に排出
する換気扇に適用する場合は、換気扇が外部から吹き込
む風により高速で逆回転している時に、前記第２の実施
形態のようにインバータ駆動せずにそのままの状態を継
続させるのは好ましくない。この場合には、前述した−
Ａ＜ω＜−Ｂ の場合のように、逆転駆動、リターン、
正転駆動、定常運転の順序に駆動して室内の空気を室外
に排出する動作に移る必要がある。このような動作は、
上記第２の実施形態における−Ａの値として、マイナス
無限大の数値を設定することにより、図４のシーケンス
フローにて実現可能である。
るため、定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが本発明をエアコンの室外
機に適用した場合に適した数値に設定されているような
説明をしたが、本発明はエアコンの室外機に適用が限定
されるものではない。例えば、室内の空気を室外に排出
する換気扇に適用する場合は、換気扇が外部から吹き込
む風により高速で逆回転している時に、前記第２の実施
形態のようにインバータ駆動せずにそのままの状態を継
続させるのは好ましくない。この場合には、前述した−
Ａ＜ω＜−Ｂ の場合のように、逆転駆動、リターン、
正転駆動、定常運転の順序に駆動して室内の空気を室外
に排出する動作に移る必要がある。このような動作は、
上記第２の実施形態における−Ａの値として、マイナス
無限大の数値を設定することにより、図４のシーケンス
フローにて実現可能である。
【００４６】このように本発明のインバータ装置は、定
数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を、それらが負の値を取る場合を
含めて種々変更することにより、モータの駆動対象に最
も適したスムーズな始動を可能とするものである。
数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を、それらが負の値を取る場合を
含めて種々変更することにより、モータの駆動対象に最
も適したスムーズな始動を可能とするものである。
【００４７】（第３の実施形態）本実施形態は、本発明
のベクトル制御装置と永久磁石モータとを備えた回転駆
動装置に関するもので、インバータ装置として本発明の
ベクトル制御インバータ装置を使用する実施形態であ
る。永久磁石モータをインバータ制御する場合、制御を
最適化するためには永久磁石モータの各種モータ定数を
把握してインバータ制御に反映させる必要がある。こき
ため今日では、永久磁石モータとそれを駆動するインバ
ータ装置とを一体化して回転駆動装置として販売される
ことが多い。この場合にインバータ装置として本発明の
ベクトル制御インバータ装置を採用すれば、センサレス
且つブラシレスで永久磁石モータを駆動できることから
メンテナンスが容易で故障が少なく、また負荷に対応し
た適切な始動を行うことができる回転駆動装置を提供す
ることができる。
のベクトル制御装置と永久磁石モータとを備えた回転駆
動装置に関するもので、インバータ装置として本発明の
ベクトル制御インバータ装置を使用する実施形態であ
る。永久磁石モータをインバータ制御する場合、制御を
最適化するためには永久磁石モータの各種モータ定数を
把握してインバータ制御に反映させる必要がある。こき
ため今日では、永久磁石モータとそれを駆動するインバ
ータ装置とを一体化して回転駆動装置として販売される
ことが多い。この場合にインバータ装置として本発明の
ベクトル制御インバータ装置を採用すれば、センサレス
且つブラシレスで永久磁石モータを駆動できることから
メンテナンスが容易で故障が少なく、また負荷に対応し
た適切な始動を行うことができる回転駆動装置を提供す
ることができる。
【００４８】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のベクトル制御インバータ装置は、回転子の位置又は
速度を検出するためのセンサを用いることなく、永久磁
石モータの励磁電流と回転速度とを独立に制御するする
ことができるため、センサ取り付けに伴うコスト上昇、
メンテナンス作業量の増大を避けることができる。更
に、始動前にフリーラン状態にあるモータの回転速度を
検出することができ、その検出結果に基づいて適切な始
動方式を選択、実行できるので、モータに急激な変化を
強いることなく、スムーズにモータを始動できる効果を
有する。
明のベクトル制御インバータ装置は、回転子の位置又は
速度を検出するためのセンサを用いることなく、永久磁
石モータの励磁電流と回転速度とを独立に制御するする
ことができるため、センサ取り付けに伴うコスト上昇、
メンテナンス作業量の増大を避けることができる。更
に、始動前にフリーラン状態にあるモータの回転速度を
検出することができ、その検出結果に基づいて適切な始
動方式を選択、実行できるので、モータに急激な変化を
強いることなく、スムーズにモータを始動できる効果を
有する。
【００４９】また、本発明のベクトル制御装置と永久磁
石モータとを備えた回転駆動装置は、センサレス且つブ
ラシレスであるためメンテナンスが容易で故障が少な
く、また負荷に対応した適切な始動を行うことができる
利点を有する。
石モータとを備えた回転駆動装置は、センサレス且つブ
ラシレスであるためメンテナンスが容易で故障が少な
く、また負荷に対応した適切な始動を行うことができる
利点を有する。
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベクトル制御イ
ンバータ装置の電気的構成を機能ブロックにより示す図
ンバータ装置の電気的構成を機能ブロックにより示す図
【図２】図１の機能ブロック図と等価な別表現による機
能ブロック図
能ブロック図
【図３】フリーラン状態にあるモータの回転子角度と角
周波数を検出する場合の機能ブロック図
周波数を検出する場合の機能ブロック図
【図４】フリーラン状態にあるモータの始動シーケンス
フロー図
フロー図
図中、１は永久磁石モータ、２は電流制御手段、３は回
転子速度・ 角度推定手段、９は第１のスイッチ、１０
は第２のスイッチ、１８は第３のスイッチ、１１、１
２、１６、２０は比例積分演算器、１９は誘起電圧推定
手段、２３は遅延回路を示す。
転子速度・ 角度推定手段、９は第１のスイッチ、１０
は第２のスイッチ、１８は第３のスイッチ、１１、１
２、１６、２０は比例積分演算器、１９は誘起電圧推定
手段、２３は遅延回路を示す。
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H560 AA01 BB04 BB12 DA13 DB13
DC12 EB01 EC01 HA09 RR10
TT15 TT20 UA03 XA02 XA04
XA12
5H576 AA09 DD02 DD07 EE01 EE11
EE22 FF01 GG02 GG04 HA02
HB02 JJ03 JJ04 JJ22 JJ24
KK06 LL14 LL16 LL22 LL42
Claims (7)
- 【請求項１】 永久磁石を回転子に、電機子巻線を固定
子に設けた三相永久磁石モータに供給する電流の瞬時値
を、永久磁石が作る磁束と同じ速度で回転する回転座標
系上の前記磁束に平行なｄ軸電流と、これよりπ／２位
相が進んだｑ軸電流とに変換し、それぞれを独立に制御
する永久磁石モータのベクトル制御インバータ装置にお
いて、 モータ電流実測値と回転子角度推定値とから計算したｄ
軸電流及びｑ軸電流、並びにｄ軸電圧指令値と、回転子
角周波数推定値と、モータ回路定数とを用いてｄ軸誘起
電圧推定値を計算する誘起電圧推定手段と、 前記ｄ軸誘起電圧推定値を入力とする比例積分演算器
と、 前記比例積分演算器の出力を回転子の前記角周波数指令
値から減算して前記回転子角周波数推定値を計算する減
算器と、 前記回転子角周波数推定値を積分して回転子角度推定値
を計算する積分器と、を具備することを特徴とするベク
トル制御インバータ装置。 - 【請求項２】 ｄ軸電流指令値を、外部からのｄ軸電流
指令値とゼロ値とに切り換える第１のスイッチと、 ｑ軸電流指令値を、前記比例積分演算器の出力信号を更
に比例積分演算して求めた指令値とゼロ値とに切り換え
る第２のスイッチと、 前記回転子角周波数推定値の信号を遅延させる遅延回路
と、 前記回転子角周波数指令値を、外部からの指令値と前記
遅延回路の出力信号とに切り換える第３のスイッチと、
を具備することを特徴とする請求項１記載のベクトル制
御インバータ装置。 - 【請求項３】 前記第１及び第２のスイッチを共にゼロ
値側に切り換え、前記第３のスイッチを前記遅延回路の
出力側に切り換えることにより、フリーラン状態にある
前記永久磁石モータの回転子角周波数と回転子角度を検
出することを特徴とする請求項２記載のベクトル制御イ
ンバータ装置。 - 【請求項４】 フリーラン状態にある前記永久磁石モー
タの回転子角周波数と回転子角度の検出値に基づいて前
記永久磁石モータの始動方法を選択することを特徴とす
る請求項３記載のベクトル制御インバータ装置。 - 【請求項５】 フリーラン状態にある前記永久磁石モー
タの回転子角周波数の検出値をω、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを正
の定数とするとき、(ａ). ω≧Ｄ又はω≦−Ａの場合に
はフリーラン状態を継続させ、(ｂ). Ｃ≦ω＜Ｄの場合
には回転子の角周波数指令値をωより漸増又は漸減させ
つつインバータ駆動して外部からの指令値に一致するよ
うに変速し、(ｃ). −Ｂ≦ω＜Ｃの場合には直流励磁に
より一旦停止させた後、強制転流して正転加速し、ω≧
Ｃに加速された後は回転子の角周波数指令値をＣより漸
増させつつインバータ駆動して外部からの指令値に一致
するまで加速し、(ｄ). −Ａ＜ω＜Ｂの場合には回転子
の角周波数指令値を−Ａより漸増させつつインバータ駆
動して外部からの指令値に一致するまで加速する、こと
によって前記永久磁石モータを始動させることを特徴と
する請求項３記載のベクトル制御インバータ装置。 - 【請求項６】 前記永久磁石モータは、ファン駆動用モ
ータであることを特徴とする請求項１ないし５の何れか
に記載のベクトル制御インバータ装置。 - 【請求項７】 前記永久磁石モータと該モータを駆動す
るインバータ装置とを備えた回転駆動装置であって、該
インバータ装置は請求項１ないし５の何れかに記載のベ
クトル制御インバータ装置からなることを特徴とする回
転駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002049996A JP3672876B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | ベクトル制御インバータ装置及び回転駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002049996A JP3672876B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | ベクトル制御インバータ装置及び回転駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003259679A true JP2003259679A (ja) | 2003-09-12 |
| JP3672876B2 JP3672876B2 (ja) | 2005-07-20 |
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ID=28662366
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002049996A Expired - Lifetime JP3672876B2 (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | ベクトル制御インバータ装置及び回転駆動装置 |
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|---|---|
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- 2002-02-26 JP JP2002049996A patent/JP3672876B2/ja not_active Expired - Lifetime
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