JP2004236437A

JP2004236437A - モータの制御装置

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Publication number: JP2004236437A
Application number: JP2003022207A
Authority: JP
Inventors: Masaji Nakatani; 政次中谷; Hidefumi Otsuka; 英史大塚
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により制御する。
【解決手段】駆動装置１００は、複数相のＩＰＭモータ２５を制御する装置である。この駆動装置１００は、ＩＰＭモータ２５の回転速度を設定する設定部２１と、特定相の電圧および電流のいずれかを検出する電流検出器３１と、ＩＰＭモータ２５の回転子の機械角を検出する振動検出器３２および変換部２０５と、位相差データを算出する第２検出部２０２と、設定された回転速度を満足するように、制御データに基づいて駆動信号を作成し、各複数相に駆動信号を印加するインバータ２３と、ＩＰＭモータ２５の仕事率が変動する周期より短い周期で、位相差データが目標値に近づくような制御データを複数相の各相ごとに作成し、作成された制御データを用いて印加手段を制御する演算部２０３とを含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はブラシレスモータを制御する技術に関し、特に、空気調和機の圧縮機を駆動するブラシレスモータを安定して駆動するモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータを安定に駆動させるためには、モータ回転数の変動を抑制することと、ロータ位置に対するモータコイル電流の通電タイミングを一定かつ適切な値に制御することとが必要である。ブラシレスモータの発生トルクは通電タイミングに関係しており、通電タイミングが定まっていない場合はコイル電流とロータの磁束とで発生するモータトルクが一定とならず、正常回転ができないからである。たとえば、通電タイミングの変動が大きい状態、すなわちコイル電流の位相とロータの位相とが同期していない状態においては、モータトルクが通電タイミングごとに急変するので、モータは回転を持続することができず停止する。
【０００３】
特開２０００−５０６７７公報（特許文献１）は、位置センサレスで駆動電圧に間欠部分を必要としない連続通電駆動を実現する制御装置を提供する。この公報に開示された制御装置は、コントローラと、電力変換回路と、モータと、コイル電流の符号検出回路とを含む。コントローラは、外部からモータに対する指令速度を入力するとともに、コイル電流の符号検出回路からモータに流れる電流の符号を入力して、電力変換回路にモータを駆動するための電圧の指令信号を出力する。電力変換回路は、コントローラからモータを駆動するための電圧の指令信号を入力して、コイル電流の符号検出回路へモータを駆動するための電圧を出力する。コイル電流の符号検出回路は、電力変換回路からモータを駆動するための電圧を入力し、モータに流れる電流の符号を判別してコントローラへ出力するとともに、モータ駆動電圧をモータへ出力する。
【０００４】
この制御装置によると、コントローラは、コイル電流の符号情報に基づいてロータ位置と電流および電圧との関係を推定し、駆動電圧の振幅とコイル電流の通電タイミングとを制御する。これにより、ロータの位置を直接検出せずに通電タイミングを制御することができる。その結果、位置センサレスで連続して通電駆動を実現する制御装置を提供できる。
【０００５】
特開２００１−１１２２８７公報（特許文献２）は、通電タイミングを制御しモータを安定してエネルギ損失を抑えて駆動させるモータ制御装置を開示する。この公報に開示されたモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを制御するモータ制御装置である。回転数の設定のための指令が与えられたことに応じて、同期モータを駆動するための駆動波データを複数相の各相ごとに作成する駆動波データ作成回路と、複数相のうちのいずれかの特定相のモータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出回路と、駆動波データ作成回路によって作成された駆動波データから特定相のモータ駆動電圧位相差を検出し、モータ電流検出回路から出力されたモータ電流信号との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出回路と、位相差検出回路から出力される位相差情報を目標の値に制御するためのデューティ基準値を算出する位相差制御回路と、駆動波データ作成回路から出力される各相の駆動波データと位相差制御回路から出力されるデューティ基準値とを乗算して、各相ごとの出力デューティを算出するデューティ算出回路と、複数の駆動素子を含み、デューティ算出回路によって算出された各相ごとの出力デューティにしたがってパルス幅変調信号を生成して各駆動素子の導通を制御し、各モータコイルに通電するインバータとを含む。位相差検出回路は、特定相のモータ駆動電圧位相差を基準とした２個所の位相期間中のモータ電流信号面積をそれぞれの位相期間で求め、２個所の位相期間中のモータ電流信号面積の面積比を算出して、これを位相差情報とすることを特徴とする。
【０００６】
このモータ制御装置によると、モータ回転速度を制御側で設定した周波数に同期するよう制御するとともに、モータ駆動電圧位相差とモータ電流との位相差を、２個所の位相期間でのモータ電流面積比で検出し、かつ制御する。ロータとステータとの相対位置は、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差によって決まる。これにより、ロータ位置センサを用いることなく間接的にロータとステータとの相対位置を検知し、通電タイミングを制御できる。通電タイミングを間接的に制御できるので、最もエネルギの損失を抑える通電タイミングでモータを駆動することができる。その結果、エネルギ損失の抑制、低騒音および低振動を実現できるモータ制御装置を提供することができる。
【０００７】
特開２０００−６０１７８公報（特許文献３）は、位置センサレスで連続通電が可能な駆動回路を開示する。この公報に開示された駆動回路は、パルス幅変調された信号を出力する三相ブリッジ回路と、三相ブリッジ回路に接続されて駆動されるブラシレスモータと、ブラシレスモータへの通電が休止されている相の端子電圧を検出する端子電圧検出装置と、端子電圧検出装置の検出結果に基づいて、三相ブリッジ回路の通電を制御する制御回路とを含む。端子電圧検出装置は、検出したパルス状の電圧の立ち上がり時の時定数よりも、立ち下がり時の時定数の方が大きくなるように調整されている。
【０００８】
この駆動回路によると、端子電圧検出装置は、検出したパルス状の電圧の立ち上がり時の時定数よりも、立ち下がり時の時定数の方が大きくなるように調整されている。これにより、電圧のパルスは実質上幅が広くなったような波形に処理され出力される。実質上パルス幅が広くなったような波形に処理されるので、誘起電圧が観測されやすくなる。誘起電圧が観測されやすくなるので、電源電圧が高くて印加パルスのパルス幅が極めて細い場合でも確実に誘起電圧が検出される。その結果、モータに印加する電圧をパルス幅変調にて作成する場合に、安定で広範囲な始動を実現できる駆動回路を提供することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−５０６７７公報（第３−５頁）
【００１０】
【特許文献２】
特開２００１−１１２２８７公報（第５−７頁）
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−６０１７８公報（第６−９頁）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の公報に開示された装置や方法には、以下のような問題がある。
【００１３】
特開２０００−５０６７７号公報で開示された制御装置は、コイル電流あるいは駆動電圧の、振幅値と通電タイミングとの２つのパラメータを操作する必要がある。いずれか一方のみを制御する場合、モータ回転速度および通電タイミングが同時に変化してしまい、所望のモータ回転速度および通電タイミングとなるように制御することが困難なためである。２つのパラメータを操作するためには、２つのパラメータを操作する制御系が必要なので、制御系について複雑な設計が必要となる。２つのパラメータを操作するので、２つのパラメータを協調的かつ非干渉に操作するための演算量が増大する。演算量が増大するので処理時間が増大する。処理時間が増大するのでレスポンスが低下する。必要なレスポンスを得るために高性能なコンピュータなどを用いると、装置のコストが増加する。
【００１４】
特開２００１−１１２２８７公報で開示されたモータ制御装置は、２つのパラメータの一方のみを制御して所望の通電タイミングに制御できるが、これは同期モータの消費エネルギの変動が一定（変動小）であることを前提とする。したがって、消費エネルギの変動が大きい負荷に接続された同期モータに対して、２つのパラメータの一方のみを制御して所望の通電タイミングに制御することはできない。
【００１５】
特開２０００−６０１７８公報で開示された駆動回路は、駆動電圧の振幅値という１つのパラメータのみを操作することにより、安定で広範囲な始動を実現できる。しかしこの駆動回路は間欠駆動において逆起電圧を検出することを前提としている。間欠駆動は騒音、エネルギ損失の点で１８０°通電駆動をはじめとする連続駆動に劣る。
【００１６】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、１つのパラメータを操作することにより、単位時間あたりにおける負荷の消費エネルギである仕事率についての変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により制御できるモータの制御装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明にかかるモータの制御装置は、複数相の同期モータを制御するためのモータの制御装置である。このモータの制御装置は、同期モータの回転速度を設定するための設定手段と、複数相のうちのいずれかの特定相の電圧および電流のいずれかを検出するための第１の検出手段と、同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、回転子の機械角に対する、第１の検出手段による検出結果により特定される特定相の電圧および電流のいずれかの位相差を表わす位相差データを算出するための算出手段と、設定された回転速度を満足するように、複数相の電圧および電流のいずれかを制御するための制御データに基づいて駆動信号を作成し、各複数相に駆動信号を印加するための印加手段と、同期モータの仕事率が変動する周期より短い周期で、算出手段から出力される位相差データが目標値に近づくような制御データを複数相の各相ごとに作成し、作成された制御データを用いて印加手段を制御するための制御手段とを含む。
【００１８】
第１の発明によると、制御手段は、同期モータの仕事率が変動する周期より短い周期で、位相差データが目標値に近づくように制御データを作成し、その制御データを用いて印加手段を制御する。仕事率とは、単位時間あたりの負荷の消費エネルギをいう。負荷の仕事率が変動する周期より短い周期で印加手段が制御されるので、同期モータの仕事率の変動が大きくなる前に印加手段が制御される。仕事率の変動が大きくなる前に印加手段が制御されると、仕事率の変動が位相差と複数相の電圧および電流との関係におよぼす影響が小さくなる。仕事率の変動の影響が小さくなると、複数相の電圧または電流のいずれか一方が制御されることで位相差もある程度制御される。これにより、制御手段は、複数相の電圧または電流のいずれか一方を制御することで位相差を制御できるので、１つのパラメータで位相差を制御できる。また同期モータの回転速度は設定された値で一定に保たれる。このように１つのパラメータで位相差が制御されるので、簡単な構成の制御装置により同期モータを制御できる。モータ電流により機械角を検出するとは限らないので、連続駆動が可能である。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００１９】
第２の発明にかかるモータの制御装置は、第１の発明の構成に加えて、第２の検出手段は、同期モータが発生する振動の振幅および周波数のいずれかの変動に基づいて機械角を検出するための手段を含む。
【００２０】
第２の発明によると、機械角は、同期モータが発生する振動の振幅および周波数のいずれかの変動に基づいて検出される。一般に振動は装置の外部へも容易に伝達するので、第２の検出手段は多様な場所において振動の振幅および周波数のいずれかの変動を検出することができる。これにより、第２の検出手段の構造に対する制約がなくなるので、第２の検出手段をより簡単な構成とすることができる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、より簡単な構成で連続駆動により制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００２１】
第３の発明にかかるモータの制御装置は、複数相の同期モータを制御するためのモータの制御装置であって、同期モータの回転速度を設定するための設定手段と、複数相のうちのいずれかの特定相の電圧および電流を検出するための第１の検出手段と、第１の検出手段による検出結果により特定される特定相の電圧および電流から、回転子の機械角に対する、特定相の電圧および電流のいずれかの位相差を表わす位相差データを算出するための算出手段と、設定された回転速度を満足するように、複数相の電圧および電流のいずれかを制御するための制御データに基づいて駆動信号を作成し、各複数相に駆動信号を印加するための印加手段と、同期モータの仕事率が変動する周期より短い周期で、算出手段から出力される位相差データが目標値に近づくような制御データを複数相の各相ごとに作成し、作成された制御データを用いて印加手段を制御するための制御手段とを手段を含む。
【００２２】
第３の発明によると、算出手段は、特定相の電流および電圧から前記回転子の機械角に対する、特定相の電圧および電流のいずれかの位相差を表わす位相差データを算出する。これにより、機械的な検出要素を設けることなく容易に位相差を検出することができるので、構成を簡素化することができる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００２３】
第４の発明にかかるモータの制御装置は、第１から３のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、同期モータの仕事率が変動する周期の１／４以下の長さの周期で、制御データを作成するための手段を含む。
【００２４】
第４の発明によると、制御手段は、同期モータの仕事率が変動する周期の１／４以下の長さの周期で制御データを作成し、かつ制御データを用いて印加手段を制御する。一般に同期モータの仕事率が変動する場合、その変動の周期の１／４以下の期間の間に生じた仕事率の変動の影響は、位相差と複数相の電圧および電流との関係にほとんど影響をおよぼさないことが多い。これにより、制御手段は、複数相の電圧または電流のいずれか一方を制御することにより位相差をより確実に制御できるので、１つのパラメータにより位相差を確実に制御できる。１つのパラメータにより位相差が確実に制御されるので、簡単な構成の制御装置により同期モータを確実に制御できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により確実に制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００２５】
第５の発明にかかるモータの制御装置は、第１から第３のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、同期モータの仕事率が変動する周期の１／１０以下の長さの周期で、制御データを作成するための手段を含む。
【００２６】
第５の発明によると、制御手段は、同期モータの仕事率が変動する周期の１／１０以下の長さの周期で制御データを作成し、かつ制御データを用いて印加手段を制御する。一般に同期モータを制御する場合、制御データを変更した影響によって一時的にロータの回転などが不安定になる。同期モータの仕事率が変動する周期の１／１０以下の長さの周期で印加手段を制御すると、仕事率の変動が少なくなるので、仕事率の変動を無視できる。仕事率の変動を無視できるので、制御データの変更量はほとんどなくなる。制御データの変更量がほとんどないので、制御データを変更した影響による不安定化は抑制される。これにより、不安定化が抑制され、かつ確実に位相差データが制御されるので、簡単な制御装置で特定相のモータ電流と機械角の変動との位相差を確実かつ安定して制御できる。確実かつ安定して位相差が制御されるので、簡単な制御装置で同期モータの駆動を確実かつ安定して最適化できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により確実かつ安定して制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００２７】
第６の発明にかかるモータの制御装置は、第１から第５のいずれかの発明の構成に加えて、同期モータの仕事率が変動する周期は、同期モータの負荷トルクが変動する周期である。
【００２８】
第６の発明によると、制御手段は、同期モータの負荷トルクが変動する周期より短い周期で複数相の電圧および電流のいずれかを補正するように印加手段を制御する。同期モータの負荷トルクの変動が位相差と複数相の電圧および電流との関係におよぼす影響は、仕事率の変動がおよぼす影響より大きい。これにより、制御手段は同期モータの負荷トルクが変動する周期より短い周期で複数相の電圧または電流のいずれか１つのパラメータを制御するので、より確実に位相差を制御できる。１つのパラメータにより位相差がより確実に制御されるので、簡単な構成の制御装置が同期モータを確実に制御できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動により確実に制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００２９】
第７の発明にかかるモータの制御装置は、第１から第６のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、設定手段が回転速度を設定したことに応答して、予め定められた時間が経過した後に印加手段を制御するための手段を含む。
【００３０】
第７の発明によると、同期モータの制御においては、同期モータの回転速度が設定され、その結果回転速度が変更されると、位相差と複数相の電圧および電流との関係が変化する。この関係が変化すると、同期モータの回転が不安定化する。制御手段は、設定手段が回転速度を設定したことに応答して、予め定められた時間が経過した後に印加手段を制御する。これにより、同期モータの回転は、経過した時間に応じて回転速度の変化に対応した制御を受け、安定化する。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、より簡単な構成で連続駆動により安定して制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００３１】
第８の発明にかかるモータの制御装置は、第１から第７のいずれかの発明の構成に加えて、設定手段が回転速度を新たに設定したことに応答して、制御データの一部として回転速度の影響を緩和するために駆動信号の作成に用いられる補正データを作成するための手段をさらに含む。
【００３２】
第８の発明によると、補正データは、制御データとともに回転速度の影響を緩和するために、制御データの一部として駆動信号の作成に用いられる。補正データが駆動信号の作成に用いられると、駆動信号の急激な変化は回避される。これにより、同期モータの回転が不安定化することを回避することができる。不安定化が回避されるので、同期モータを安定して制御できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、回転速度の変化にともなう不安定性を緩和し、かつ簡単な構成で連続駆動により制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００３３】
第９の発明にかかるモータの制御装置は、第１から第８のいずれかの発明の構成に加えて、同期モータは、埋込み磁石型同期モータである。
【００３４】
第９の発明によると、同期モータは、埋込み磁石型同期モータである。埋込み磁石型同期モータは、適切な駆動信号を用いて制御することにより、通常の同期モータに比べてより大きなトルクを得ることができる。これにより、エネルギの損失が少なくなるように同期モータを制御できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続された同期モータを、簡単な構成で連続駆動によりエネルギの損失が少なくなるように制御できるモータの制御装置を提供できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３６】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係る駆動装置１００は、設定部２１と、センサ部２２と、インバータ２３と、制御部２４とを含む。設定部２１は、システム制御回路（図示せず）からの指令を受けて、モータコイル端子に印加する駆動電圧（あるいは駆動電流）の周波数を設定し、インバータ２３に周波数情報として出力する。周波数情報は、インバータ２３に接続されたＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒ−ｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）モータ２５の回転速度を設定するために出力される。ＩＰＭモータ２５のコイルは、この周波数で励磁される。その結果、ＩＰＭモータ２５は強制励磁駆動される。
【００３７】
センサ部２２はＩＰＭモータ２５の回転状態を示す検出信号あるいはインバータ２３の駆動信号を検出し、制御部２４に出力する。インバータ２３は設定部２１からの周波数情報と、制御部２４からの振幅値などの操作パラメータからＩＰＭモータ２５のコイル端子に印加する駆動信号を作成し、ドライバを介して出力する。
【００３８】
制御部２４はセンサ部２２で検出された、ＩＰＭモータ２５の状態を示す信号およびインバータ２３の駆動信号を用いて、駆動電圧（あるいは駆動電流）の振幅値を決定する信号を作成し、インバータ２３に出力する。振幅値を決定する信号は、ＰＩ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌ）制御などにより設定されたＩＰＭモータ２５の回転速度に対応する通電タイミングが得られるように作成される。通電タイミングとは、ロータと駆動電圧あるいは駆動電流との位相差を表わす情報をいう。
【００３９】
周波数情報のみが設定されており、制御部２４が作動しておらず振幅値を決定する信号が入力されていない場合には、インバータ２３は駆動信号の振幅を適切に設定することができない。この時ＩＰＭモータ２５の動作は、設定された周波数に対応したモータ回転数で回転することができずに停止したり、振動したり、コイルへの過電流によって発熱したりする。確実にＩＰＭモータ２５を駆動するためには制御部２４によって駆動信号の振幅を制御する必要がある。
【００４０】
ＩＰＭモータ２５は、同期モータであるロータ内部に永久磁石を埋め込んで配置した埋込み磁石型ブラシレスモータであり、３相Ｙ結線のコイルによる固定子と、永久磁石回転子とで構成される。
【００４１】
センサ部２２は、電流検出器３１と、振動検出器３２とを含む。電流検出器３１は、ＩＰＭモータ２５のコイルからコイル電流を検出し、制御部２４に出力する。振動検出器３２は、ＩＰＭモータ２５のロータの機械角を検出するために、ＩＰＭモータ２５あるいはＩＰＭモータ２５が取り付けられているコンプレッサなどの部材の振動の振幅を検出し、振動信号として出力する。
【００４２】
制御部２４は、第１検出部２０１と、第２検出部２０２と、演算部２０３と、決定部２０４と、変換部２０５とを含む。第１検出部２０１は、ＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相を検出する。第２検出部２０２は、コイル電流と、ロータ位置との位相差を算出する。演算部２０３は、決定部２０４から出力された位相差の目標値と算出された位相差との差に基づいてＰＩ制御に基づく演算などを実行し、修正情報を駆動電圧あるいはコイル電流の振幅を設定する情報としてインバータ２３に出力する。決定部２０４はメモリ（図示せず）を内蔵し、そのメモリに記憶された電流位相差βの値のうちから目標値を決定する。
【００４３】
変換部２０５は振動検出器３２が出力した振動信号をＩＰＭモータ２５のロータの位置に対応した信号に変換し、第２検出部２０２に出力する。一般にシングルピストン型のコンプレッサなどは、ロータ１回転の間に内部の気体を圧縮する工程と吸入する工程とを含む。これらの工程はロータの位置に同期する。工程がロータの位置に同期するので、このような負荷を駆動する際にはこの工程によって生じる負荷トルク変動をＩＰＭモータ２５のロータ位置の検出に利用することができる。
【００４４】
具体的には、負荷トルクの変動に伴って変化してしまうモータ、コンプレッサ、装置の振動変化を検出し、これをロータ位置に換算することで、ロータ位置を検出することができる。変換部２０５は、振動の発生タイミングとＩＰＭモータ２５のロータ位置との対応関係に基づき、振動をロータ位置に変換する。これは特にコンプレッサなど、ＩＰＭモータ２５が悪環境下におかれている場合に、位置センサを取り付ける必要がなくなるという有効な方法である。
【００４５】
図２を参照して、制御部２４で実行されるプログラムは、操作パラメータとして電流振幅ＩＡを使用するＩＰＭモータ２５の制御に関し、以下のような制御構造を有する。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、設定部２１は、モータコイルの励磁周波数に同期しているＩＰＭモータ２５の回転数を設定する。Ｓ１０２にて、決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された電流位相差βの値のうちから目標値を読出し、決定する。Ｓ１０４にて、第１検出部２０１は、ＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相を検出する。本実施の形態においては、コイル電流のいわゆるゼロクロス点を検出することによりコイル電流の位相を検出する。
【００４７】
Ｓ１０６にて、変換部２０５は、振動検出器３２を用いてＩＰＭモータ２５により発生する振動を検出し、その振動を表わす振動信号をＩＰＭモータ２５のロータの位置に対応したロータ情報に変換し、第２検出部２０２に出力する。
【００４８】
Ｓ１０８にて、第２検出部２０２は、変換部２０５によって得られたロータの機械角の位相に対する第１検出部２０１によって検出された位相である電流位相差βを算出する。電流位相差βは通電タイミングの一種である。Ｓ１１０にて、演算部２０３は、位相差の目標値と算出された位相差との差に基づき、これを目標値と一致させるためのＰＩ制御に基づく演算を実行し、修正情報を駆動電圧やコイル電流の振幅を設定する情報として出力する。
【００４９】
Ｓ１１２にて、インバータ２３は電流振幅ＩＡを設定し、出力する。
Ｓ１１４にて、第２検出部２０２は、次の制御周期を待つ。この間にＩＰＭモータ２５の特性値が、電流振幅ＩＡ出力されることで互いの値の変化により変動する。ここでいう特性値とは、電圧振幅ＶＡ、コイル電流のｄ軸成分ＩＤ、ｑ軸成分ＩＱ、電圧振幅ＶＡのｄ軸成分ＶＤ、ｑ軸成分ＶＱおよび電流位相差βをいう。これらの特性値は、各々の変数と連携して決定される。制御周期は、ＩＰＭモータ２５の負荷トルクの変動周期が、本実施の形態における駆動装置１００全体の制御周期の４倍以上となるように定められる。これは、負荷トルクがその都度変動してしまうと後述する式（３）において発生トルクＴを定数と見なすことができなくなってしまい、電流位相差β、電流振幅ＩＡが定まらなくなってしまうためである。
【００５０】
変動している負荷トルクに対して高精度に通電タイミングを制御するためには、負荷トルクの変動周期に対して制御周期を充分に短く設定する必要がある。負荷トルク変動をゼロにすることは非常に困難であり、使用できる装置も限られるが、制御周期に対して緩やかに変化していく負荷トルク変動であればそのような制御は可能である。制御動作によって負荷トルク変動に追従した、安定な通電タイミングでのモータ駆動が実現できるからである。負荷トルク変動周期に対する制御部２４の制御周期の設定は、負荷トルクの変化率や制御部２４の追従特性によって決まるものであるが、負荷トルクの変動の影響がおよばない周期である必要がある。これにより本実施の形態においては負荷トルク変動周期に対して１／４の制御周期としているが、制御における整定時間を考慮し、より安定な通電タイミング制御を実施する場合には１／１０程度に設定することが望ましい。
【００５１】
図３を参照して、負荷トルクの変動周期と制御部２４の制御周期との関係を説明する。図３は負荷トルクの変動周期と制御部２４の制御周期とを時間軸で示した図である。図中、制御タイミングを「○」印で示した制御周期ＴＳは負荷トルク変動周期に対して充分に短い周期で通電タイミング制御を実施しており、負荷トルクの変動に対して制御が追従することができている例である。また制御タイミングを「●」印で示した制御周期ＴＮは負荷トルクの変動周期に対して制御周期が長すぎる例である。このような場合には、制御出力として振幅情報を出力した後、負荷トルクが非常に大きく変動してしまうことになり、高精度な通電タイミングでのモータ駆動が実現できなくなってしまうことがある。
【００５２】
本実施の形態においては、制御部２４の制御周期が負荷トルクの変動周期に対応して設定されるので、制御部２４は、負荷トルク変動が生じても通電タイミングを高精度に制御することができる。一般的に、制御部２４の制御周期は、コイル電流周波数のゼロクロスの周期や、ロータ位置の検出周期に同期していることが多い。具体的にはモータ１回転に１回〜４回程度である。しかしながら、変動周期が短い場合には制御周期も短く設定するなど、負荷トルク変動周期に対応して設定することで、より高精度な制御が実現できる。変動周期が長い場合には制御周期も検出周期の数回に１回にするなど長く設定して、制御コンピュータの処理負荷を軽減し安価なコンピュータを使用したり、他の処理を充実させたりすることができる。
【００５３】
参考文献（「リラクタンストルクを利用した電動機」電気学会Ｄ誌、平成６年９号、８２４頁〜）を基にして、ブラシレスモータの特性から以上の事項の理論的根拠を説明する。式（１）は、ブラシレスモータの過渡特性を除去した定常時の電圧方程式を、よく知られているｄｑ軸座標で表した式である。この式においては、ロータに配置された永久磁石から発生する磁束がコイル巻線と鎖交する方向をｄ軸、ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸とする。
【００５４】
【数１】

【００５５】
ＶＤ、ＶＱは駆動電圧のｄ軸およびｑ軸成分を表わす。ＲＡはコイル抵抗を表わす。ＩＤ、ＩＱはコイル電流のｄ軸およびｑ軸成分を表わす。ωはＩＰＭモータ２５のロータの角速度を表わす。ＬＤ、ＬＤはｄ軸方向およびｑ軸方向の電気子自己インダクタンスを表わす。φＡは永久磁石による電機子鎖交磁束を表わす。
【００５６】
電機子電流のｄ、ｑ軸成分であるＩＤ、ＩＱは、電流振幅ＩＡおよび、ロータ位置に対するコイル電流の通電タイミングを示す電流位相差βを用いて次の式（２）で表わされる。
【００５７】
【数２】

【００５８】
以上より、モータトルクＴは電流振幅ＩＡと電機子鎖交磁束φＡのベクトルとの外積として次の式（３）で求められる。
【００５９】
【数３】

【００６０】
ＰＮは永久磁石の極対数を表わす。この式（３）において、右辺第１項は永久磁石の磁束と電機子電流によって発生するマグネットトルクであり、右辺第２項は磁気的突極性によって発生するリラクタンストルクである。
【００６１】
このリラクタンストルクは、ＩＰＭモータで特に大きく発生する。ＩＰＭモータにおいてこのリラクタンストルクを積極的に使用すると、総合的なモータトルクＴは増加するので、ＩＰＭモータをエネルギの損失が少なくなるように運転することができる。
【００６２】
図４を参照して、ＩＰＭモータにおけるモータトルクＴと電流位相差βとの代表的な特性を示す。ＩＰＭモータ２５の発生トルクは、リラクタンストルクとマグネットトルクを合成した総合トルクである。発生トルクは電流位相差βをパラメータとして変化する。ＩＰＭモータ２５に代えて永久磁石をロータ内部に埋め込まないタイプのブラシレスモータを用いる場合、リラクタンストルクは非常に小さな値として考えられる。
【００６３】
定常時のモータコイルの電圧振幅ＶＡおよび電機子反作用を考慮した総合電機子鎖交磁束φ（０）は次の式（４）の通りである。
【００６４】
【数４】

【００６５】
ρは各軸のインダクタンスＬＤ、ＬＱの比（ＬＤ／ＬＱ）である。電流振幅ＩＡと電圧振幅ＶＡとの位相差θは次の式（５）で表わされる。
【００６６】
【数５】

【００６７】
ロータ位置に対する駆動電圧の通電タイミングを示す電圧位相差δ、および電流位相差βは次の式（６）で表される。
【００６８】
【数６】

【００６９】
図５を参照して、式（１）〜式（６）に基づくＩＰＭモータ２５の定常時の電圧および電流ベクトル図を説明する。式（５）および式（６）に示すように、電流振幅ＩＡと電圧振幅ＶＡとの位相差θ、電圧位相差δ、電流位相差βは、モータ構造で決まる定数と、角速度ω、駆動電圧およびコイル電流とによって決定される。モータ構造で決まる定数とは、電機子鎖交磁束φＡ、ｄ軸の自己インダクタンスＬＤ、ｑ軸の自己インダクタンスＬＱなどをいう。駆動電圧およびコイル電流とは、電圧振幅ＶＡのｄ軸成分ＶＤ、ｑ軸成分ＶＱおよび電流振幅ＩＡのｄ軸成分ＩＤ、ｑ軸成分ＩＱをいう。
【００７０】
モータの入力ＰＩと出力ＰＯの関係は次の式（７）の通りとなる。
【００７１】
【数７】

【００７２】
ＷＬはモータにおける損失（鉄損＋銅損）を示すので、電流振幅ＩＡおよび電圧振幅ＶＡは次の式（８）と式（９）とで表される。
【００７３】
【数８】

【００７４】
【数９】

【００７５】
本実施の形態においては、角速度ωは設定部２１で設定されており、ＩＰＭモータ２５は設定部２１により設定された一定の回転数で回転する。速度を変更するために設定部２１が出力値を変更した時を除き、角速度ωの変動は生じない。
【００７６】
式（８）は、制御部２４によって電流振幅ＩＡを操作した場合、トルクＴ、損失ＷＬ、電圧振幅ＶＡ、位相差θが変化することを表わす。式（９）は、制御部２４によって電圧振幅ＶＡを操作した場合、トルクＴ、損失ＷＬ、電流振幅ＩＡ、位相差θが変化することを表わす。
【００７７】
ここで本実施の形態においては負荷トルクの変動が問題にならないよう制御周期を設定するので、各式において発生トルクＴは一定と見なすことができる。トルクＴが一定なので、損失ＷＬも定数として見なすことができる。トルクＴおよび損失ＷＬが一定であることによりＩＰＭモータ２５の仕事率が一定となる結果、式（８）における変数は電圧振幅ＶＡと位相差θ、式（９）における変数は電流振幅ＩＡと位相差θのみとなる。
【００７８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置１００の動作について説明する。
【００７９】
決定部２０４は、設定部２１はＩＰＭモータ２５の回転数を設定する（Ｓ１００）。ＩＰＭモータ２５の回転数が設定されると、回転数に見合った目標値を内蔵するメモリに記憶された電流位相差βの値のうちから目標値を読出し、決定する（Ｓ１０２）。目標値が決定されると、第１検出部２０１は、ＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相を検出する（Ｓ１０４）。コイル電流の位相が検出されると、変換部２０５はロータ情報を第２検出部２０２に出力する（Ｓ１０６）。
【００８０】
ロータ情報が出力されると、第２検出部２０２は電流位相差βを算出する（Ｓ１０８）。電流位相差βが算出されると、演算部２０３は修正情報を駆動電圧やコイル電流の振幅を設定する情報として出力する（Ｓ１１０）。
【００８１】
修正情報が出力されると、インバータ２３は電流振幅ＩＡを設定し、出力する（Ｓ１１２）。電流振幅ＩＡが出力されると、第２検出部２０２は、次の制御周期を待つ（Ｓ１１４）。この制御周期間に、電流振幅ＩＡの出力によってＩＰＭモータ２５の特性値は、互いの値の変化により変動する。具体的には、式（８）に基づき電圧振幅ＶＡが変化する。また発生トルクＴを一定とみなすので、式（３）より電流位相差βおよびコイル電流のｄ軸成分ＩＤ、ｑ軸成分ＩＱが変化する。また、電圧振幅ＶＡが変化したことにより式（１）から電圧振幅ＶＡのｄ軸成分ＶＤ、ｑ軸成分ＶＱが変化する。これらの値は、式（１）、式（３）および式（６）の２番目の式等を満たすよう変化して決定され、当然ながら通電タイミングである電流位相差βも決定する。
【００８２】
以上のようにして、通電タイミングが目標値と一致させるように制御されるので、シングルロータリ型圧縮機をはじめとする負荷トルクが変動する負荷に対してもモータ脱調などを生じないように制御することができる。負荷トルクが変動する負荷がモータ脱調などを生じないように制御されるので、簡単な構成の駆動装置により低騒音、低振動、低エネルギ損失である正弦波通電をはじめとする１８０度通電によるモータ駆動をより幅広い分野に適用できる。１８０度通電によるモータ駆動は低騒音、低振動、低エネルギ損失なので、騒音や振動の影響でシングルロータリ型圧縮機などを使用できなかった用途にも、１８０度通電によるモータ駆動が可能となる。シングルロータリ型圧縮機などを使用できなかった用途においても１８０度通電によるモータ駆動が可能となるので、装置全体としての低コスト化、エネルギ損失低化、低騒音化、低振動化を図ることができる。
【００８３】
なお、制御部２４が制御周期を可変あるいは自動調整できるように設定しておくことで、その都度適切な制御周期を設定できる。
【００８４】
また、ＩＰＭモータ２５の１回転中の負荷トルク変動によるモータ回転への影響が小さい場合は、この変動を無視して、全体としての平均負荷トルク変動のみを考慮して制御周期を設定してもよい。このとき１回転中の負荷トルクは平均化する。このように平均化できるかを考察して、制御装置を設計することで制御周期を不要に短くしてしまうことが防止できる。
【００８５】
さらに、急激な負荷トルク変動など予期できない事態が発生した場合に備えて、従来方式のモータ駆動方法を併用すれば装置の信頼性を高めることができる。従来のモータ駆動方法とは、コイル端子の逆起電圧などを検出してロータ位置を検出し、これを基にモータ回転数をフィードバック制御し、通電タイミングを設定するような方法をいう。本実施の形態の構成によると、設定部２１で設定した周波数にモータ回転数が同期しないとＩＰＭモータ２５は停止する。これにより、急激に負荷トルクが変動すると、ＩＰＭモータ２５は停止する恐れがある。従来のモータ駆動方法を併用すると、急激な負荷トルク変動をコイル電流の変化などで検出した場合、従来のモータ駆動方法に切り換えることでモータ停止を防止する信頼性の高い制御が実現できる。
【００８６】
その他、振動検出器３２は、振動の振幅に代えて、振動の周波数を検出してもよい。ＩＰＭモータ２５やそれに接続されたコンプレッサの構造によっては振動の振幅より振動の周波数の方がよりＩＰＭモータ２５のロータの機械角に対応することがある。これにより、ＩＰＭモータなどの構造に応じてより的確にロータの機械角を検出することができる。
【００８７】
Ｓ１１４にて、第２検出部２０２が待つ時間、すなわち制御周期は、ＩＰＭモータ２５の単位時間あたりの消費エネルギ、すなわち仕事率の変動周期が、本実施の形態における駆動装置１００全体の制御周期の４倍以上および１０倍以上のいずれかとなるように定められてもよい。仕事率＝角速度（ｒａｄ／秒）×回転半径×トルク÷回転半径＋単位時間あたりの損失＝角速度×トルク＋単位時間あたりの損失＝ωＴ＋ＷＬとなる。式（８）および式（９）より、ＩＰＭモータ２５の仕事率が一定の間は、１つのパラメータのみでＩＰＭモータ２５を制御できることは明らかだからである。
【００８８】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置２００について説明する。
【００８９】
図６を参照して、本実施の形態に係る駆動装置２００の制御部２４は、第１検出部２０１に代えて第３検出部２１０を含む。第３検出部２１０には、インバータ２３から駆動信号が入力される。この駆動信号は複数のコイル端子のうち１つでもよいし、複数の端子を検出してもよいが、本実施の形態においては前者とする。センサ部２２は、振動検出器３２のみを含む。決定部２０４は電流位相差βに代えて電圧位相差δの目標値を決定する。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００９０】
図７を参照して、制御部２４で実行されるプログラムは、操作パラメータとして電圧振幅ＶＡを使用するＩＰＭモータ２５の制御に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図７に示すフローチャートの中で、前述の図２に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００９１】
Ｓ２００にて、決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された電圧位相差δの値のうちから目標値を読出し、決定する。Ｓ２０４にて、第３検出部２１０は、インバータ２３が出力した駆動信号に基づき、駆動電圧の位相を検出する。本実施の形態においては、交流として表れる駆動信号のゼロクロス点を検出することにより駆動電圧の位相を検出する。
【００９２】
Ｓ２０８にて、第２検出部２０２は、変換部２０５によって得られたロータ情報に対する第３検出部２１０によって検出された駆動電圧の位相である電圧位相差δを算出する。Ｓ２１０にて、演算部２０３は、目標値と算出された電圧位相差δとの差に基づき、これを目標値と一致させるためのＰＩ制御に基づく演算を実行し、修正情報を駆動電圧やコイル電流の振幅を設定する情報として出力する。
【００９３】
図８を参照して、電圧位相差δに基づき通電タイミングを制御できる理由について説明する。図８は、電圧振幅ＶＡに対する電流位相差β、電圧位相差δおよび駆動電圧とコイル電流との位相差θの関係を表わす図である。電圧位相差δと電流位相差βとの間に相関があることが表わされている。これにより、電圧位相差δに基づき通電タイミングを制御できる。
【００９４】
Ｓ２１２にて、インバータ２３は、電圧振幅ＶＡを設定し、出力する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置２００の動作について説明する。
【００９５】
決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された電圧位相差δの値のうちから目標値を読出し、決定する（Ｓ２００）。ＩＰＭモータ２５の回転数が設定されると、第３検出部２１０は、インバータ２３が出力した駆動信号に基づき、駆動電圧の位相を検出する（Ｓ２０４）。
【００９６】
ロータ情報が出力されると、第２検出部２０２は、電圧位相差δを算出する（Ｓ２０８）。電圧位相差δが算出されると、演算部２０３は、修正情報を駆動電圧やコイル電流の振幅を設定する情報として出力する（Ｓ２１０）。
【００９７】
修正情報が出力されると、インバータ２３は、電圧振幅ＶＡを設定し、出力する（Ｓ２１２）。
【００９８】
以上のようにして、モータ回転数および負荷トルクを一定と考えることで、電圧振幅ＶＡをある値に設定すると、電流位相差βひいては通電タイミングである電圧位相差δは一義的な値に決まる。電圧位相差δが一義的な値に決まると制御部２４にフィードバックし、目標値と一致させる制御系によって通電タイミングを適切な値に制御することができる。電圧振幅ＶＡにより電圧位相差δが制御されるので、簡単な構成の制御装置がＩＰＭモータを制御できる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続されたＩＰＭモータを、簡単な構成で連続駆動により制御できる駆動装置を提供できる。
【００９９】
なお、図６の構成においては、振動検出器３２からモータロータの位置に対応した信号を検出しているが、振動に限らず負荷トルク変動に関する情報であればよい。ロータ位置あるいは負荷トルク変動に関する情報として、たとえば騒音を検出し、これをロータ位置に変換して使用してもよい。モータコイル電流の振幅変化あるいはモータコイル端子に発生する逆起電圧変化を検出して、これをロータ位置に変換して使用してもよい。また、モータロータの磁極位置を検出する検出コイルなどを配置して、磁極位置をロータ位置に変換して使用してもよい。
【０１００】
さらに、設定部２１は、ＩＰＭモータ２５の回転数を変更する場合、変動が少なくなるように回転数の変更量を調整してもよい。回転数の変化を前述の負荷トルク変動と同様にとらえて、不安定さが小さくなるよう段階的に回転数を調整することにより、モータ回転の不安定化を抑制することができる。
【０１０１】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置３００について説明する。
【０１０２】
図９を参照して、本実施の形態に係る駆動装置３００の制御部２４は、第２検出部２０２と、演算部２０３と、決定部２０４とを含む。第２検出部２０２には、インバータ２３からＩＰＭモータ２５のロータの機械角を検出するために駆動信号が入力され、かつ電流検出器３１からコイル電流が入力される。この駆動信号は複数のコイル端子のうち１つから情報が入力されてもよいし、複数の端子から入力されてもよいが、本実施の形態においては前者とする。センサ部２２は、電流検出器３１のみを含む。第２検出部２０２は、駆動電圧とコイル電流との位相差θを算出する。ＩＰＭモータ２５はインバータ２３から出力される駆動信号をコイルに供給されることによりロータを回転させることから、駆動信号と駆動電圧との間には対応関係がある。駆動信号と駆動電圧との間に対応関係があり、かつ駆動信号からロータの機械角を検出できるので、駆動電圧とコイル電流との位相差θは、ロータの機械角に対する電流の位相差を間接的に表わすことになる。位相差θが、ロータの機械角に対する電流の位相差を間接的に表わすので、位相差θは通電タイミングの一種である。演算部２０３は、決定部２０４から出力された位相差θの目標値と算出された位相差との差に基づき、いわゆるＰＩ制御に基づく演算などを実行し、修正情報を駆動電圧あるいはコイル電流の振幅を設定する情報として出力する。決定部２０４は電流位相差βに代えて位相差θの目標値を記憶する。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１０３】
図１０を参照して、制御部２４で実行されるプログラムは、操作パラメータとして電圧振幅ＶＡを使用するＩＰＭモータ２５の制御に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図１０に示すフローチャートの中で、前述の図２に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１０４】
Ｓ３００にて、決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された位相差θの値のうちから目標値を読出し、決定する。図１１を参照して、本実施の形態に係る決定部２０４における目標値の決定について説明する。図１１はＩＰＭモータ２５を用いて、図９の構成で回転させたときの電流位相差βすなわち通電タイミングに対するモータ効率の関係を測定した実験結果のグラフである。モータ回転数は３０００ｒｐｍ、負荷トルクは１．４７Ｎｍとする。モータ効率とは、モータに供給したエネルギに対する、負荷への仕事に費やされたエネルギの割合をいう。
【０１０５】
制御部２４は、電圧振幅ＶＡを操作して位相差θを制御する。モータ効率は、入力電力とモータ出力との比から算出する。入力電力は、ＩＰＭモータ２５への入力である駆動電圧とコイル電流とから求まる。モータ出力は、モータ回転数と負荷トルクとから求まる。グラフの四角印は電流位相差βに対するモータ効率の関係を表わす。菱形印は電流位相差βに対するコイル電流と駆動電圧の位相差θの関係を表わす。位相差θと電流位相差βとの間に相関があることが確認される。モータ効率の特性からモータ効率は電流位相差βによって決まるので、電流位相差βを最適値に設定するとＩＰＭモータ２５が最高のモータ効率で駆動されることがわかる。決定部２０４は、この最高のモータ効率が得られる値を制御目標として出力することで、ＩＰＭモータ２５を最高のモータ効率で運転することができる。具体的には、決定部２０４を、回転条件（ＩＰＭモータ２５のモータ回転数および負荷トルク）をパラメータとするテーブルとし、制御中の回転条件に応じて目標値を出力する。コンプレッサなどではモータ回転数によって負荷トルクがほぼ一義的に決まるので、本実施の形態においては、回転条件はモータ回転数のみとする。なお、この特性は発明の前述した第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明した構成にも適用でき、各実施例とも回転条件によって目標値を設定することで高効率運転が実現できる。
【０１０６】
Ｓ３０４にて、第２検出部２０２は、インバータ２３から入力された駆動信号に基づき、駆動電圧の位相を検出する。本実施の形態においては、交流として表れる駆動信号のゼロクロス点、あるいは電流の積算結果などを検出することにより駆動電圧の位相を検出する。
【０１０７】
Ｓ３０６にて、第２検出部２０２は、電流検出器３１を用いてＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相を検出する。本実施の形態においては、コイル電流のいわゆるゼロクロス点、あるいは電流の積算結果などを検出することによりコイル電流の位相を検出する。
【０１０８】
Ｓ３０８にて、第２検出部２０２は、駆動電圧の位相と、電流検出器３１を用いて得られたＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相情報との差、すなわち位相差θを算出する。
【０１０９】
Ｓ３１０にて、演算部２０３は、位相差の目標値と算出された位相差θとの差に基づき、これを目標値と一致させるためのＰＩ制御に基づく演算を実行し、修正情報を駆動電圧やコイル電流の振幅を設定する情報として出力する。
【０１１０】
図８から明らかなように、位相差θは電流位相差βに対して相関がある。電流位相差βに対して相関があるので、位相差θはＩＰＭモータ２５を精度よく制御でき、安定回転が実現できる。
【０１１１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置３００の動作について説明する。
【０１１２】
ＩＰＭモータ２５の回転数が設定されると、決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された位相差θの値のうちから目標値を読出し、決定する（Ｓ３００）。目標値が決定されると、第２検出部２０２は、インバータ２３から入力された駆動信号に基づき、駆動電圧の位相を検出する（Ｓ３０４）。駆動電圧の位相が検出されると、第２検出部２０２は、電流検出器３１を用いてＩＰＭモータ２５のコイル電流の位相を検出する（Ｓ３０６）。コイル電流の位相が検出されると、第２検出部２０２は、位相差θを算出する（Ｓ３０８）。位相差θが算出されると、演算部２０３は、修正情報を出力する（Ｓ３１０）。
【０１１３】
以上のようにして、モータ回転数および負荷トルクを一定と考えることで、電圧振幅ＶＡをある値に設定すると、電流位相差βひいては通電タイミングである位相差θは一義的な値に決まる。位相差θが一義的な値に決まると位相差θは制御部２４にフィードバックされ、目標値と一致させる制御系によって制御される。位相差θを決める際、第２検出部２０２は、インバータ２３から出力される駆動信号に基づいて容易にロータの機械角を検出できる。ロータの機械角が容易に検出されるので、第２検出部２０２を簡単な構成とすることができる。その結果、仕事率の変動が大きい負荷に接続されたＩＰＭモータを、簡単な構成で連続駆動により制御できる駆動装置を提供できる。
【０１１４】
なお、電流位相差β、電圧位相差δ、位相差θの検出および制御については、上記した方法にこだわらず、結果としてこれらの情報を検出できればよい。たとえば、インバータ２３の電源ラインの微小変動を検出する方法も考えられるし、コイル端子からＩＰＭモータ２５の回転によって発生する逆起電圧を検出する方法も考えられる。
【０１１５】
＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置４００について説明する。
【０１１６】
図１２を参照して、本実施の形態に係る駆動装置４００は、オフセット設定部２６と、加算器２７とを含む。オフセット設定部２６は、振幅を変更するため、回転数の変更量に基づき、式（８）あるいは式（９）を用いて演算する。加算器２７は、オフセット設定部２６が出力した値と制御部２４の振幅指令とを加算してインバータ２３に出力する。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１１７】
図１３を参照して、制御部２４で実行されるプログラムは、操作パラメータとして電流振幅ＩＡを使用するＩＰＭモータ２５の制御に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図１３に示すフローチャートの中で、前述の図２に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１１８】
Ｓ４００にて、オフセット設定部２６は、設定部２１が回転数を変更したか否かを判断する。回転数を変更したと判断した場合には（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４０２へと移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ４０８へと移される。
【０１１９】
Ｓ４０２にて、オフセット設定部２６は、設定部２１のモータ回転数に関する設定に基づいてその回転数における負荷トルクの代表値を予想する。コンプレッサなどの負荷の場合、モータ回転数と負荷トルクの関係はほぼ決まる。モータ回転数と負荷トルクの関係がほぼ決まるので、オフセット設定部２６は、モータ回転数に関する設定から負荷トルクの代表値を予想することができる。
【０１２０】
Ｓ４０４にて、決定部２０４は、内蔵するメモリに記憶された通電タイミングの値のうちから変更する回転数における制御の目標値を読出し、決定する。Ｓ４０６にて、オフセット設定部２６は、回転数の変更に伴って変更すべき駆動電圧あるいはコイル電流のオフセット値を決定する。オフセット設定部２６は、センサ部２２から駆動電圧あるいは電流振幅ＩＡを検出し、かつ式（８）または式（９）により変更する回転数における電流振幅ＩＡの理論値との差を求めることで、オフセット値を決定する。Ｓ４０８にて、加算器２７は、オフセット値と演算部２０３が出力した修正情報とを加算し、インバータ２３に出力する。
【０１２１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置４００の動作について説明する。
【０１２２】
修正情報が出力されると、オフセット設定部２６は、設定部２１が回転数を変更したと判断するので（Ｓ４００にてＹＥＳ）、オフセット設定部２６は、その回転数における負荷トルクの代表値を予想する（Ｓ４０２）。代表値が予想されると、決定部２０４は、変更する回転数における制御の目標値を読出し、決定する（Ｓ４０４）。目標値が決定されると、オフセット設定部２６は、回転数の変更に伴って変更すべき駆動電圧あるいはコイル電流のオフセット値を決定する（Ｓ４０６）。オフセット値が決定されると、加算器２７は、オフセット値と演算部２０３が出力した修正情報とを加算し、インバータ２３に出力する（Ｓ４０８）。
【０１２３】
ＩＰＭモータ２５の回転数は、設定部２１が一義的に設定しているので、回転数変更時の通電タイミングの変動を予見することができる。これにより、モータ回転数の変化にともなう一時的な回転の不安定化を抑制することができる。その結果、回転数が変化してもモータの回転を安定して制御できるモータの制御装置を提供できる。
【０１２４】
なお、オフセット設定部２６は、回転数が変化した後の負荷トルクの代表値を予想せず、別途検出してもよい。また、オフセット設定部２６は、実験などで求めた各回転数に対応する振幅値を、回転数をパラメータとするテーブルとして記憶しておいてもよい。回転数が変更されると、変更後の回転数に対応する振幅値をオフセット値として選択し、出力する。これにより、オフセット設定部２６は、式（８）および式（９）に用いられるパラメータを検出せず、かつオフセット値を演算しなくても、簡単にオフセット値を設定することができる。
【０１２５】
さらに、オフセット設定部２６は、振幅値を、回転数をパラメータとする１次関数として記憶しておいてもよい。オフセット設定部２６は、回転数指令に基づいて振幅値を算出し、オフセット値として出力する。これにより、簡単な計算式でオフセット値が導出でき、かつデータテーブルを保持しないので記憶容量を削減できる。
【０１２６】
なお、モータ回転数の変更は、変更による電流位相差βなどへの影響を極力小さくするためにも、設定手段２１において１回に可能な変更量をある範囲内に抑制するように制御することも有効であり、こうすることで本発明のオフセット値との誤差も小さくすることができ、より高精度なモータ制御が実現できる。
【０１２７】
＜第５の実施の形態＞
以下、本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置５００について説明する。
【０１２８】
図１４を参照して、本実施の形態に係る駆動装置５００の第２検出部２０２は、設定部２１に検出が終了したことを示す信号を出力する。設定部２１はこの信号を、回転数を変更するトリガ信号として使用し、信号の入力とともに、あるいは所定のディレイ時間（ユーザの指定などによって予め設定されている時間）経過後に回転数を変更する。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１２９】
図１５を参照して、制御部２４で実行されるプログラムは、操作パラメータとして電流振幅ＩＡを使用するＩＰＭモータ２５の制御に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図１５に示すフローチャートの中で、前述の図２に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１３０】
Ｓ５００にて、設定部２１は、制御が開始されたことおよび第２検出部２０２から信号が出力されたことのいずれかに応答して、ＩＰＭモータ２５の回転数を設定するか否かを判断する。この信号は、検出が終了したことを示す信号または制御が開始されたことを示す信号である。回転数を設定すると判断した場合には（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ５０２へと移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ１０４へと移される。Ｓ５０２にて、設定部２１は、前述したディレイ時間が経過した後、回転数を設定する。本実施の形態においては、ディレイ時間はゼロとする。
【０１３１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置５００の動作について説明する。
【０１３２】
設定部２１は、制御が開始されたことおよび信号が第２検出部２０２から出力されたことのいずれかに応答して、ＩＰＭモータ２５の回転数を設定するか否かを判断する（Ｓ５００）。この場合、回転数を設定すると判断されるので（Ｓ５００にてＹＥＳ）、設定部２１は、直ちに回転数を設定する（Ｓ５０２）。
【０１３３】
以上のようにして、回転数を変更した後に制御を実施して、変動の早期収束を図ることができるので、ＩＰＭモータ２５をより安定して回転させることができる。その結果、早期に通電タイミングを所定値に制御することができ、安定回転が実現できるモータの制御装置を提供できる。
【０１３４】
なお、設定部２１は、回転数変更トリガ信号が出力された後、次回の検出タイミングまでの推定時間から、回転数変更に伴って電流位相差βが変動するまでの時間遅れ分を差し引いた時間をディレイ時間としてもよい。ディレイ時間が任意に設定されると、回転数の変動に対応した制御ができない恐れがあるからである。たとえば、回転数変更トリガ信号入力から回転数指令を変更するまでのディレイ時間をゼロにすると、制御において次の検出タイミングまで回転数の変動が考慮されない恐れがある。ディレイ時間を次の検出タイミングの直前とすると、次回の制御部２４の検出時に、回転数の変更に伴う変動が検出されない恐れがある。
【０１３５】
なお、ＩＰＭモータ２５に対して外部より入力する情報は、電流振幅ＩＡであっても電圧振幅ＶＡであっても発明の実施の形態１の各式に基づいた同様な変化が起こり、更に操作パラメータは電流位相差βのみならず電圧位相差δ、駆動電圧とコイル電流との位相差θも、各入力情報に基づいて変化する。したがって、制御装置において、ＩＰＭモータ２５に対する出力する情報は、電流振幅ＩＡであっても電圧振幅ＶＡであってもかまわず、また、操作パラメータは、電流位相差β、電圧位相差δ、駆動電圧とコイル電流との位相差θのうちどれを用いてもよい。本発明はこれら各組み合わせの構成で実現できるものである。
【０１３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータを駆動する処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータの負荷トルクの変動周期と駆動装置の制御周期との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータにおけるモータトルクと電流位相差との特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータの定常時の電圧および電流ベクトルを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＩＰＭモータを駆動する処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電圧振幅に対する電流位相差、電圧位相差および位相差の関係を表わす図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るＩＰＭモータを駆動する処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るＩＰＭモータを回転させたときの電流位相差に対するモータ効率の関係を測定した実験結果のグラフである。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るＩＰＭモータを駆動する処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係るＩＰＭモータを駆動する処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００駆動装置、２１設定部、２２センサ部、２３インバータ、２４制御部、２５ＩＰＭモータ、２６オフセット設定部、２７加算器、３１電流検出器、３２振動検出器、２０１第１検出部、２０２第２検出部、２０３演算部、２０４決定部、２０５変換部、２１０第３検出部。

Claims

複数相の同期モータを制御するためのモータの制御装置であって、
前記同期モータの回転速度を設定するための設定手段と、
前記複数相のうちのいずれかの特定相の電圧および電流のいずれかを検出するための第１の検出手段と、
前記同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、
前記回転子の機械角に対する、前記第１の検出手段による検出結果により特定される前記特定相の電圧および電流のいずれかの位相差を表わす位相差データを算出するための算出手段と、
前記設定された回転速度を満足するように、前記複数相の電圧および電流のいずれかを制御するための制御データに基づいて駆動信号を作成し、各前記複数相に前記駆動信号を印加するための印加手段と、
前記同期モータの仕事率が変動する周期より短い周期で、前記算出手段から出力される位相差データが目標値に近づくような前記制御データを前記複数相の各相ごとに作成し、前記作成された制御データを用いて前記印加手段を制御するための制御手段とを含む、モータの制御装置。
前記第２の検出手段は、前記同期モータが発生する振動の振幅および周波数のいずれかの変動に基づいて前記機械角を検出するための手段を含む、請求項１に記載のモータの制御装置。
複数相の同期モータを制御するためのモータの制御装置であって、
前記同期モータの回転速度を設定するための設定手段と、
前記複数相のうちのいずれかの特定相の電圧および電流を検出するための第１の検出手段と、
前記第１の検出手段による検出結果により特定される前記特定相の電圧および電流から、前記回転子の機械角に対する、前記特定相の電圧および電流のいずれかの位相差を表わす位相差データを算出するための算出手段と、
前記設定された回転速度を満足するように、前記複数相の電圧および電流のいずれかを制御するための制御データに基づいて駆動信号を作成し、各前記複数相に前記駆動信号を印加するための印加手段と、
前記同期モータの仕事率が変動する周期より短い周期で、前記算出手段から出力される位相差データが目標値に近づくような前記制御データを前記複数相の各相ごとに作成し、前記作成された制御データを用いて前記印加手段を制御するための制御手段とを含む、モータの制御装置。
前記制御手段は、前記同期モータの仕事率が変動する周期の１／４以下の長さの周期で、前記制御データを作成するための手段を含む、請求項１から３のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記制御手段は、前記同期モータの仕事率が変動する周期の１／１０以下の長さの周期で、前記制御データを作成するための手段を含む、請求項１から３のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記同期モータの仕事率が変動する周期は、前記同期モータの負荷トルクが変動する周期である、請求項１から５のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記制御手段は、前記設定手段に対して、前記回転速度を新たに設定するタイミングを決定するトリガ信号を出力する手段を含む、請求項１から６のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記モータの制御装置は、前記設定手段が前記回転速度を新たに設定したことに応答して、前記制御データの一部として前記回転速度の影響を緩和するために前記駆動信号の作成に用いられる補正データを作成するための手段をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記同期モータは、埋込み磁石型同期モータである、請求項１から８のいずれかに記載のモータの制御装置。