JP2007104760A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータが異なる回転数で回転していても安定的にインバータを起動または再起動させる。
【解決手段】本発明の一態様において、モータ制御装置１は、１台のインバータ８に接続されている複数のモータ９ａ，９ｂを、回転子位置検出手段なしに制御し、インバータ８の運転開始から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間、インバータ８から複数のモータ９ａ，９ｂに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となるように電流フィードバック制御を実行する手段１Ａと、電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化から複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める手段１Ｂと、インバータ８の運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後、複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する手段１Ｃとを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサレス制御を行うモータ制御装置に関する。

一般的に、永久磁石モータの出力トルクを高精度かつ高速に制御する場合、モータ回転子位置に基づいて回転子に電流を流し込むために、例えばレゾルバなどの回転子位置センサ（回転子位置検出手段）が永久磁石モータに取り付けられる。

しかしながら、永久磁石モータに回転子位置センサを取り付けると、システムコストが増加する。また、回転子位置センサは、比較的体積が大きいため、配置が制約される。また、回転子位置センサのセンサ出力を制御装置まで伝送するための制御伝送線の引き回しのわずらわしさがあり、断線などの故障要因が増加する。

他方で、永久磁石モータにおいて、いわゆるセンサレススペクトル制御が実用化され始めている。永久磁石モータにおけるセンサレスベクトル制御では、永久磁石磁束に起因して回転中に発生するモータ逆起電圧を検出し、間接的に回転子位置を求め、この回転子位置に基づいて高精度かつ高速にトルク制御を行う。

半導体製造用のクリーンルームなどで用いられる空調ファンは、一つの部屋に対して複数台取り付けられる。この複数の空調ファンは、基本的にすべて同一回転速度で運転される。

この空調ファン用のモータとしては、省エネルギー化のために永久磁石モータが用いられるのが一般的である。また、一般的に、一台のインバータにより一台の永久磁石モータが駆動される。このため、小容量のインバータが永久磁石モータの台数分必要であった。

これに対して、特願２００１−２０００１９号（特許文献１）では、１台のインバータで複数台の永久磁石モータを一括駆動し、安定に制御を行い、システムコストの低下を実現する方法が提案されている。
特願２００１−２０００１９号

複数のモータに対するセンサレス制御において、シミュレーション又は実験などで安定な定常運転が確認された場合であっても、自然の風など状況の違いにより、複数のモータの回転数が異なる状態からインバータ動作が開始されると、過渡的に過大な不安定電流が発生することがある。

この過大な不安定電流の流れる状態について何度か試験を行った結果、条件によっては、過電流からシステムを保護するためにインバータの動作を停止させた方がよい状態が観測された。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、複数のモータが異なる回転数で回転していても安定的にこの複数のモータをインバータ起動または再起動させることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、１台のインバータに接続されている複数のモータを、回転子位置検出手段なしに制御するモータ制御装置において、インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間、インバータから複数のモータに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となるように電流フィードバック制御を実行する手段と、電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化から複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める手段と、インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後、複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する手段とを具備するモータ制御装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、一台のインバータに接続されている複数のモータを、回転子位置検出手段なしに制御するモータ制御装置において、インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過するまでの間、インバータからの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値となるようにインバータのスイッチング状態を制御する手段と、インバータのスイッチング状態の制御時に流れるモータ電流ベクトルの回転角度変化から複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める手段と、インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する手段とを具備するモータ制御装置が提供される。

本発明においては、複数のモータが異なる回転数で回転していても安定的にインバータを起動または再起動させることができる。

以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、以下の説明において同一の要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態では、インバータ起動または再起動の直後から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間（例えば、一定時間）においては、センサレス制御を実行させずに、電流フィードバック制御のみを実行させる。この電流フィードバック制御を実行する間の電圧指令ベクトルまたは電流ベクトルの回転速度からモータの回転子の回転速度推定値（モータ回転速度の概略値）を検出する。

電流フィードバック制御で電流がほぼゼロに制御された状態（インバータから複数のモータに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となった状態）においては、永久磁石モータが回転することによって発生する誘起電圧と、インバータ出力電圧とは定常的につりあった状態である。

この定常状態において、インバータの電圧指令ベクトルを観測することは、モータ誘起電圧を観測することにおおむね等しいといえる。

モータ誘起電圧は、モータ回転子の回転速度に比例した振幅であり回転周波数に等しい周波数の交流波形であることが一般的である。

回転速度の異なる複数のモータ（永久磁石電動機）が接続されている場合、電圧はそれぞれの永久磁石モータの周波数の誘起電圧が重畳されて発生する。このため、電圧指令ベクトルをフーリエ変換などの手法で周波数分解すれば、それぞれのモータの回転速度の概略を得ることが可能である。

インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後においては、上記手法で各モータの回転速度の情報を取得し、その中で最も回転速度の遅いモータに対してセンサレス制御を実行し加速させる。すると、この最も回転速度の遅いモータを除く他のモータに対しては、制御開始直後に、同期外れにより加速トルクを発生しないが、最低速度のモータがセンサレス制御により加速されて他のモータの回転速度に追いつくと、他のモータに対しても加速トルクが発生し、センサレス制御による加速が始まる。

結果的にすべてのモータが所望の回転速度にまで加速され、スムーズにインバータの起動または再起動を行うことが可能となる。

図１は、本実施の形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態では、１台のインバータ８で２台のモータ９ａ，９ｂを駆動させる場合について説明するが、１台のインバータ８で３台以上のモータを駆動させる場合についても同様である。

モータ制御装置１は、１台のインバータ８に接続されている複数のモータ９ａ，９ｂを、回転子位置検出手段なしに制御する。

モータ制御装置１は、電流フィードバック制御部１Ａ、回転速度推定部１Ｂ、センサレス制御実行部１Ｃ、異常信号出力部１Ｄ、インバータ停止部１Ｅを具備する。

電流フィードバック制御部１Ａは、複数のモータ９ａ，９ｂのうちの少なくとも一つが回転している状態でインバータ８の運転を開始する場合に、インバータ８の運転開始から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間（例えば、インバータ運転開始から一定時間経過するまでの間）、インバータ８から複数のモータ９ａ，９ｂに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となるように電流フィードバック制御を実行する。

回転速度推定部１Ｂは、電流フィードバック制御部１Ａによる電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化から複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める。

センサレス制御実行部１Ｃは、インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後、複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する。

例えば、センサレス制御実行部１Ｃは、複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち、最も小さい回転速度推定値を持つモータに対してセンサレス制御を実行し、この最も小さい回転速度推定値を持つモータの回転速度を所望の速度まで加速する制御を行うことにより、複数のモータの全てを所望の速度以上で運転させる。これにより、複数のモータの全ての回転速度を所定の速度とすることができ、整合させることができる。

また、例えば、センサレス制御実行部１Ｃは、複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち、最も大きい回転速度推定値を持つモータに対してセンサレス制御を実行し、この最も大きい回転速度推定値を持つモータの回転速度を、ゼロを含む所望の速度まで減速する制御を行うことにより、複数のモータの全ての回転子の回転速度推定値をゼロを含む所望の速度範囲に収める。これにより、複数のモータ複の全ての回転速度を一旦セロ付近で整合させることができる。

異常信号出力部１Ｄは、電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化を観測し、電圧指令ベクトルの回転角度変化の周波数成分として電流フィードバック制御の回転座標軸の回転周波数以外の周波数成分が予め設定した値を超えている場合に、制御動作異常信号を出力する。

インバータ停止部１Ｅは、異常信号出力部１Ｄから制御動作異常信号が出力された場合に、インバータを動作停止する。

図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置１で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、モータ制御装置１は、１台のインバータ８により起動または再起動される複数台のモータ９ａ，９ｂについて、センサレス制御を実行することなく、電流フィードバック制御のみを実行する。

ステップＳ２において、モータ制御装置１は、電流フィードバック制御を実行する間の電圧指令ベクトルまたは電流ベクトルの回転速度からモータ９ａ，９ｂの回転速度推定値（回転速度の概略値）を検出する。

ステップＳ３において、モータ制御装置１は、電流フィードバック制御により電流がほぼゼロに制御された状態（モータが回転することによって発生する誘起電圧と、インバータ出力電圧とは定常的につりあった状態）か否か判断する。なお、電流フィードバック制御により電流がほぼゼロに制御されたか否かについては、インバータ８から複数のモータ９ａ，９ｂに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となったか否かにより判断する。

電流フィードバック制御により電流がほぼゼロに制御されていない場合、処理はステップＳ１に戻る。

電流フィードバック制御により電流がほぼゼロに制御された場合、ステップＳ４において、モータ制御装置１は、モータ誘起電圧として、インバータ８の電圧指令ベクトルを観測する。

ステップＳ５において、モータ制御装置１は、インバータの電圧指令ベクトルをフーリエ変換などの手法で周波数分解する。

ステップＳ６において、モータ制御装置１は、周波数分解結果に基づいて、各モータ９ａ，９ｂの回転速度推定値（回転速度の概略値）を求める。

上記ステップＳ１〜Ｓ６により各モータ９ａ，９ｂの回転速度の情報を得た後、ステップＳ７において、モータ制御装置１は、複数のモータ９ａ，９ｂの中で最も回転速度の遅いモータに対してセンサレス制御を実行し加速を行う。

上記モータ制御装置１の制御の開始直後においては、最も回転速度の遅いモータを除く他のモータに対して、同期外れにより加速トルクは発生しない。しかしながら、最低速度のモータがセンサレス制御により加速されて他のモータの回転速度に追いつくと、最も回転速度の遅いモータを除く他のモータに対しても加速トルクが発生し、センサレス制御による加速が始まる。

結果的にすべてのモータ９ａ，９ｂが所望の回転速度にまで加速され、スムーズにインバータ８の起動または再起動を行うことが可能となる。

図３は、本実施の形態に係るモータ制御装置１の詳細構成の一例を示すブロック図である。

モータ制御装置１は、電流指令値設定部２、電流制御部３、電圧座標変換部４、電流座標変換部５、インバータ動作指令部６、回転子位置推定部７を具備する。

電流指令値設定部２は、トルク指令TrqRefを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ起動モードフラグStartMODEを入力し、以下の条件分岐Ｃ１，Ｃ２および式（１）〜（４）により、d軸電流指令IdRefと、q軸電流指令IqRefとを求めて電流制御部３に出力する。なお、インバータ起動モードフラグはインバータ再起動モードフラグでもよい。

この電流指令値設定部２の動作は、ｄｑ軸電流指令演算部２ａ及びスイッチ２ａ，２ｂにより実現される。

（Ｃ１）StartMODE＝０の場合
IdRef＝０ …（１）
IqRef＝TrqRef／（ΦＰＭ・Ｐ0）…（２）
（ΦＰＭは永久磁石の磁束、Ｐ0は極対数）
（Ｃ２）StartMODE＝１の場合
IdRef＝０ …（３）
IqRef＝０ …（４）
電流制御部３は、電流指令値設定部２からd軸電流指令IdRefとq軸電流指令IqRefとを入力し、電流座標変換部５からd軸電流検出値Idとq軸電流検出値Iqとを入力し、以下の式（５），（６）により、d軸電圧指令VdRefと、q軸電圧指令VqRefとを求めて電圧座標変換部４および回転子位置推定部７に出力する。

VdRef＝G(s)・(IdRef−Id) …（５）
VqRef＝G(s)・(IqRef−Iq) …（６）
（G(s)は制御関数。sはラプラス演算子。通常は比例積分制御を用いる）
電圧座標変換部４は、電流制御部３からd軸電圧指令VdRefとq軸電圧指令VqRefとを入力し、回転子位置推定部７から回転子位置推定値θを入力し、以下の式（７）〜（９）により、３相電圧指令Vu，Vv，Vwを求め、インバータ８に出力する。

電流座標変換部５は、インバータ８からモータ９ａ，９ｂに流れるＵ相電流検出値IuとＷ相電流検出値Iwとを入力し、回転子位置推定部７から回転子位置推定値θを入力し、以下の変換式（１０），（１１）により、d軸電流検出値Idと、q軸電流検出値Iqとを求め、回転子位置推定部７、電流制御部３、インバータ動作指令部６に出力する。

回転子位置推定部７は、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEとインバータ動作指令Gstとを入力し、電流制御部３からd軸電圧指令VdRefおよびq軸電圧指令VqRefを入力し、電流座標変換部５からd軸電流Idおよびq軸電流Idを入力し、以下に説明する演算により回転子位置推定値θを求め、電圧座標変換部４および電流座標変換部５に出力する。

ここで、回転子位置推定部７による回転子位置推定値θの演算について説明する。

回転子位置推定部７に具備されている誘起電圧演算部７ａは、電流制御部３からd軸電圧指令VdRefおよびq軸電圧指令VqRefを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、電流制御部３からd軸電圧指令VdRefおよびq軸電圧指令VqRefを入力し、回転子位置推定部７に具備されているω決定部７ｂから推定回転角周波数ωを入力する。

そして、誘起電圧演算部７ａは、以下の条件分岐Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５および式（１２）〜（１４）により、d軸誘起電圧推定値Edを求め、誘起電圧追従部７ｃに出力する。

（Ｃ３）StartMODE＝０かつω＞０の場合
Ed＝VdRef−（R×Id−ω・Lq・Iq） …（１２）
（Rはモータ巻線抵抗、Lｑはモータq軸同期インダクタンス）
（Ｃ４）StartMODE＝０かつω＜０の場合
Ed＝−（VdRef−（R×Id−ω・Lq・Iq）） …（１３）
（Rはモータ巻線抵抗、Lｑはモータq軸同期インダクタンス）
（Ｃ５）StartMODE＝１の場合
Ed＝０ …（１４）
回転子位置推定部７に具備されている電圧ベクトル回転速度演算部７ｄは、電流制御部３からd軸電圧指令VdRefおよびq軸電圧指令VqRefを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEおよびインバータ動作指令Gstを入力する。

そして、電圧ベクトル回転速度演算部７ｄは、以下の条件分岐Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８および式（１５）〜（１７）により、電圧ベクトル回転角速度ω0を求め、最低回転速度演算部７ｅに出力する。

（Ｃ６）Gst＝１の場合
θ0＝tan^-1(Vq/Vd) …（１５）
ω0＝dθ0／dt（θ0の時間微分） …（１６）
（Ｃ７）Gst＝０かつStartMODE＝０の場合
ω0＝０ …（１７）
（Ｃ８）Gst＝０かつStartMODE＝１の場合
ω0＝前回の値（ω0は前回の値を維持）…（１８）
回転子位置推定部７に具備されている最低回転速度演算部７ｅは、電圧ベクトル回転速度演算部７ｄから電圧ベクトル回転角速度ω0を入力する。

また、最低回転速度演算部７ｅは、入力した電圧ベクトル回転角速度ω0に対して高速フーリエ変換を実施し、周波数分解を行う。

最低回転速度演算部７ｅは、この高速フーリエ変換の結果より、インバータ８に接続された２台のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転速度に対応した回転角周波数成分ω01，ω02を求める。

そして、最低回転速度演算部７ｅは、２台のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転速度に対応した回転角周波数成分ω01，ω02、以下の条件分岐Ｃ９，Ｃ１０、および式（１９），（２０）に基づいて、最低回転角速度ω0Lを求め、ω決定部７ｂおよび誘起電圧追従部７ｃに出力する。

（Ｃ９）ω01＞ω02の場合
ω0L＝ω02 …（１９）
（Ｃ１０）ω01＜ω02の場合
ω0L＝ω01 …（２０）
回転子位置推定部７に具備されている誘起電圧追従部７ｃは、誘起電圧演算部７ａからｄ軸誘起電圧推定値Edを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、最低回転速度演算部７ｅから最低回転角速度ω0Lを入力する。

そして、誘起電圧追従部７ｃは、以下の条件分岐Ｃ１１，Ｃ１２、および式（２１），（２２）に基づいて、誘起電圧回転角速度ωSLを求め、ω決定部７ｂに出力する。

（Ｃ１１）StartMODE＝０の場合
ωSL＝｛（Ｋｐ・ｓ＋Ｋｉ）／ｓ｝×Ｅｄ …（２１）
（ｓはラプラス演算子、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン）
（Ｃ１２）StartMODE＝１の場合
ωSL＝ω0L …（２２）
（比例積分制御の積分器もω0Lとする）
ω決定部７ｂは、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、最低回転速度演算部７ｅから最低回転角速度ω0Lを入力し、誘起電圧追従部７ｃから誘起電圧回転角速度ωSLを入力する。

そして、ω決定部７ｂは、以下の条件分岐Ｃ１３，Ｃ１４、および式（２３），（２４）に基づいて、推定回転角周波数ωを求め、積分器７ｆに出力する。

（Ｃ１３）StartMODE＝１の場合
ω＝ω0L …（２３）
（Ｃ１４）StartMODE＝０の場合
ω＝ωSL …（２４）
積分器７ｆは、以下の式（２５）に基づいて、回転子位置推定値θを求め、電圧座標変換部４および電流座標変換部５に出力する。

θ＝（１／ｓ）×ω …（２５）
（ｓはラプラス演算子。ωの積分結果がθ）
図４は、本実施の形態に係るインバータ８と複数のモータ９ａ，９ｂとの関係の一例を示す回路図である。

第１及び第２のモータ９ａ，９ｂの回転子は、一般的な３相永久磁石モータと同一の構成でよい。従来の３相永久磁石電動機の固定子においては、一方端が電動機外部に出力され、インバータなどの３相交流電源に接続され、他方端はモータ内部で３相短絡される。これに対して、本実施の形態に係る第１及び第２のモータ９ａ，９ｂの固定子巻線においては、両方の端が、電動機外部に出力され、外部で電気的に接続することが可能な構成となっている。

３相巻線の一方をそれぞれＵ，Ｖ，Ｗとし、他方の端をＸ，Ｙ，Ｚとする。第１のモータ９ａのＵ，Ｖ，Ｗは、それぞれインバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。

第２のモータ９ｂのＵ，Ｖ，Ｗは、それぞれ第１のモータ９ａのＸ，Ｙ，Ｚに接続される。第２のモータ９ｂのＸ，Ｙ，Ｚは、互いに短絡接続される。

以上説明した本実施の形態に係るモータ制御装置１は、インバータ８の起動または再起動から電流フィードバック制御時間が経過するまで、センサレス制御を行うことなく、電流フィードバック制御のみを実行し、この電流フィードバック制御時間が経過するまで、電圧ベクトルまたは電流ベクトルの回転速度からモータ回転速度推定値（モータ回転速度の概略値）を求め、電流フィードバック制御時間経過後に、２台のモータ９ａ，９ｂのうち最も低い回転数で回っているモータ９ａ，９ｂの回転角周波数を初期値としてセンサレス制御を開始する。これにより、モータ９ａ，９ｂが高速に回転している状態において、スムーズにインバータ８の起動または再起動を行うことができる。

例えば、本実施の形態に係るモータ制御装置１は、起動時ゼロ電流制御を行い、モータ回転数に比例した逆起電圧相当の電圧指令を求め、この電圧指令ベクトルの回転速度を周波数分析し、最低周波数成分を初期速度としてセンサレス制御を開始することにより、安定な複数台のモータ９ａ，９ｂの起動または再起動を可能にすることができる。

なお、本実施の形態においては、インバータ８の運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、モータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する一例として、モータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち最も小さい回転速度推定値を持つモータに対してセンサレス制御を実行し、所望の速度まで加速することにより、モータ９ａ，９ｂの全てを所望の速度以上で運転させる場合について説明している。

しかしながら、例えば、モータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち最も大きい回転速度推定値を持つモータに対してセンサレス制御を実行し、ゼロを含む所望の速度まで減速することにより、モータ９ａ，９ｂの全ての回転子の回転速度推定値をゼロを含む所望の速度範囲に収めるとしてもよい。以下の各実施の形態の場合についても同様である。

（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の変形例について説明する。

図５は、本実施の形態に係るモータ制御装置の一例を示すブロック図である。

モータ制御装置１０は、電流制御部３、電圧座標変換部４、電流座標変換部５、インバータ動作司令部６、ｄｑ軸電流指令演算部１１、回転子位置推定部１２、電圧指令切替部１３を具備する。

ｄｑ軸電流指令演算部１１は、トルク指令TrqRefを入力し、以下の演算岐（２６），（２７）により、ｄ軸電流指令IdRefと、ｑ軸電流指令IqRefとを求めて電流制御部３に出力する。

IdRef＝０ …（２６）
IqRef＝TrqRef／（ΦＰＭ・Ｐｏ） …（２７）
（ΦＰＭは永久磁石磁束、Ｐｏは極対数）
回転子位置推定部１２は、インバータ動作司令部からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ動作指令Gstを入力し、電圧指令切替部１３からｄ軸電圧指令VdRef2およびｑ軸電圧指令VqRef2を入力し、電流座標変換部５からｄ軸電流Idおよびｑ軸電流Iqを入力する。

そして、回転子位置推定部１２は、以下に説明する演算により回転子位置推定値θを求め、電圧座標変換部４および電流座標変換部５に出力する。

ここで、回転子位置推定部１２による回転子位置推定値θの演算について説明する。

回転子位置推定部１２に具備されている誘起電圧演算部１２ａは、電圧指令切替部１３からｄ軸電圧指令VdRef2およびｑ軸電圧指令VqRef2を入力し、電流座標変換部５からd軸電流Idおよびq軸電流Idを入力し、回転子位置推定部７に具備されているω決定部１２ｂから推定回転角周波数ωを入力する。

そして、誘起電圧演算部１２ａは、以下の条件分岐Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１７および式（２８）〜（３０）により、d軸誘起電圧推定値Edを求め、誘起電圧追従部１２ｃに出力する。

（Ｃ１５）StartMODE＝０かつω＞０の場合
Ed＝VdRef−（R×Id−ω・Lq・Iq） …（２８）
（Rはモータ巻線抵抗、Lｑはモータq軸同期インダクタンス）
（Ｃ１６）StartMODE＝０かつω＜０の場合
Ed＝−（VdRef−（R×Id−ω・Lq・Iq）） …（２９）
（Rはモータ巻線抵抗、Lｑはモータq軸同期インダクタンス）
（Ｃ１７）StartMODE＝１の場合
Ed＝０ …（３０）
回転子位置推定部１２に具備されている電流ベクトル回転速度演算部１２ｄは、電流座標変換部５からd軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEおよびインバータ動作指令Gstを入力する。

そして、電流ベクトル回転速度演算部１２ｄは、以下の条件分岐Ｃ１８，Ｃ１９，Ｃ２０および式（３１）〜（３４）により、電流ベクトル回転角速度ω0を求め、最低回転速度演算部１２ｅに出力する。

（Ｃ１８）Gst＝１の場合
θ0＝tan^-1(Iq/Id) …（３１）
ω0＝dθ0／dt（θ0の時間微分） …（３２）
（Ｃ１９）Gst＝０かつStartMODE＝０の場合
ω0＝０ …（３３）
（Ｃ２０）Gst＝０かつStartMODE＝１の場合
ω0＝前回の値（ω0は前回の値を維持）…（３４）
回転子位置推定部１２に具備されている最低回転速度演算部１２ｅは、電流ベクトル回転速度演算部１２ｄから電流ベクトル回転角速度ω0を入力する。

また、最低回転速度演算部１２ｅは、入力した電流ベクトル回転角速度ω0に対して高速フーリエ変換を実施し、周波数分解を行う。

最低回転速度演算部１２ｅは、この高速フーリエ変換の結果より、インバータ８に接続された２台のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転速度に対応した回転角周波数成分ω01，ω02を求める。

そして、最低回転速度演算部１２ｅは、２台のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転速度に対応した回転角周波数成分ω01，ω02、以下の条件分岐Ｃ２１，Ｃ２２、および式（１３５），（３６）に基づいて、最低回転角速度ω0Lを求め、ω決定部１２ｂおよび誘起電圧追従部１２ｃに出力する。

（Ｃ２１）ω01＞ω02の場合
ω0L＝ω02 …（３５）
（Ｃ２２）ω01＜ω02の場合
ω0L＝ω01 …（３６）
回転子位置推定部１２に具備されている誘起電圧追従部１２ｃは、誘起電圧演算部１２ａからｄ軸誘起電圧推定値Edを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、最低回転速度演算部７ｅから最低回転角速度ω0Lを入力する。

そして、誘起電圧追従部１２ｃは、以下の条件分岐Ｃ２３，Ｃ２４、および式（３７），（３８）に基づいて、誘起電圧回転角速度ωSLを求め、ω決定部１２ｂに出力する。

（Ｃ２３）StartMODE＝０の場合
ωSL＝｛（Ｋｐ・ｓ＋Ｋｉ）／ｓ｝×Ｅｄ …（３７）
（ｓはラプラス演算子、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン）
（Ｃ２４）StartMODE＝１の場合
ωSL＝ω0L …（３８）
（比例積分制御の積分器もω0Lとする）
ω決定部１２ｂは、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力し、最低回転速度演算部１２ｅから最低回転角速度ω0Lを入力し、誘起電圧追従部１２ｃから誘起電圧回転角速度ωSLを入力する。

そして、ω決定部１２ｂは、以下の条件分岐Ｃ２５，Ｃ２６、および式（３９），（４０）に基づいて、推定回転角周波数ωを求め、積分器７ｆに出力する。

（Ｃ２５）StartMODE＝１の場合
ω＝ω0L …（３９）
（Ｃ２６）StartMODE＝０の場合
ω＝ωSL …（４０）
積分器１２ｆは、以下の式（４１）に基づいて、回転子位置推定値θを求め、電圧座標変換部４および電流座標変換部５に出力する。

θ＝（１／ｓ）×ω …（４１）
（ｓはラプラス演算子。ωの積分結果がθ）
電圧指令切替部１３は、電流制御部３からｄ軸電圧指令VdRefおよびｑ軸電圧指令VqRefを入力し、インバータ動作指令部６からインバータ始動モードフラグStartMODEを入力する。

そして、電圧指令切替部１３は、以下の条件分岐Ｃ２７，Ｃ２８、および式（４２）〜（４５）に基づいて、新たなｄ軸電圧指令VdRef2およびｑ軸電圧指令VqRef2を求め、電圧座標変換部４および回転子位置推定部１２の誘起電圧演算部１２ａに出力する。

（Ｃ３８）StartMODE＝１の場合
VdRef2＝０ …（４２）
VqRef2＝０ …（４３）
（Ｃ３９）StartMODE＝０の場合
VdRef2＝VdRef …（４４）
VqRef2＝VdRef …（４５）
以上説明した本実施の形態に係るモータ制御装置１０においては、上記第１の実施の形態と同様に、モータ９ａ，９ｂが高速に回転している状態においても、スムーズにインバータ８の起動または再起動を行うことができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第２の実施の形態の変形例について説明する。

上記第２の実施の形態においては、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を切り替えることにより、３相電圧出力をゼロとする例を述べたが、インバータスイッチング素子のオンオフ状態を直接操作してＵＶＷ線間電圧がセロとなる状態を作ることによってもゼロ電圧を実現しても同様の効果が得られる。

図６は、本実施の形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、１台のインバータ８で２台のモータ９ａ，９ｂを駆動させる場合について説明するが、１台のインバータ８で３台以上のモータを駆動させる場合についても同様である。

モータ制御装置１４は、１台のインバータ８に接続されている複数のモータ９ａ，９ｂを、回転子位置検出手段なしに制御する。

モータ制御装置１４は、インバータスイッチング部１４Ａ、回転速度推定部１４Ｂ、センサレス制御実行部１４Ｃ、異常信号出力部１４Ｄ、インバータ停止部１４Ｅを具備する。

インバータスイッチング部１４Ａは、複数のモータ９ａ，９ｂのうちの少なくとも一つが回転している状態でインバータ８の運転を開始する場合に、インバータ８の運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過するまでの間（例えば、一定時間）、インバータ８からの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値となるようにインバータ８のスイッチング状態を制御する。

回転速度推定部１４Ｂは、インバータ８のスイッチング状態の制御時に流れるモータ電流ベクトルの回転角度変化から複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める。

センサレス制御実行部１４Ｃは、インバータ８の運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する。

異常信号出力部１４Ｄは、モータ電流ベクトルの回転角度変化を観測し、モータ電流ベクトルの回転角度変化の周波数成分として制御の回転座標軸の回転周波数以外の周波数成分が予め設定した値を超えている場合に、制御動作異常信号を出力する。

インバータ停止部１４Ｅは、異常信号出力部１４Ｄから制御動作異常信号が出力された場合に、インバータ８を動作停止する。

図７は、本実施の形態に係るモータ制御装置１４で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＴ１において、モータ制御装置１４は、インバータ８からモータ９ａ，９ｂへの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値（ほぼゼロ）となるようにインバータ８のスイッチング状態を制御する。

ステップＴ２において、モータ制御装置１４は、インバータ８のスイッチング状態の制御時に流れるモータ電流ベクトルの回転角度変化から複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値を検出する。

ステップＴ３において、モータ制御装置１４は、インバータ８からモータ９ａ，９ｂへの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値となったか否か判断する。インバータ８からモータ９ａ，９ｂへの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値に制御されていない場合、処理はステップＴ１に戻る。

インバータ８からモータ９ａ，９ｂへの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値に制御されている場合、ステップＴ４において、モータ制御装置１４は、インバータ８の運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、複数のモータ９ａ，９ｂのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する。

（第４の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態に係るモータ制御装置１と図８の示す従来制御を行うモータ制御装置１５との間の起動シミュレーション結果の比較例について説明する。

図９は、従来制御を行うモータ制御装置１５の起動シミュレーション結果の一例を示すグラフである。

これに対し、図１０は、上記第１の実施の形態に係るモータ制御装置１の起動シミュレーション結果の一例を示すグラフである。

この図６，７より、上記第１の実施の形態に係るモータ制御装置１の方が、従来制御を行うモータ制御装置１５よりも、スムーズにインバータ８の起動または再起動が行われていることがわかる。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は同様の動作を実現可能であれば配置を変更させてもよく、また各構成要素を自由に組み合わせてもよく、各構成要素を自由に分割してもよく、いくつかの構成要素を削除してもよい。すなわち、上記各実施の形態については、上記の構成そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るモータ制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャート。 同実施の形態に係るモータ制御装置の詳細構成の一例を示すブロック図。 同実施の形態に係るインバータと複数のモータとの関係の一例を示す回路図。 本発明の第２の実施の形態に係るモータ制御装置の一例を示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るモータ制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャート。 従来制御を行うモータ制御装置の詳細構成の一例を示すブロック図。 従来制御を行うモータ制御装置の起動シミュレーション結果の一例を示すグラフ。 本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置の起動シミュレーション結果の一例を示すグラフ。

符号の説明

１，１０，１４…モータ制御装置、１Ａ…電流フィードバック制御部、１Ｂ、１４Ｂ…回転速度推定部、１Ｃ，１４Ｃ…センサレス制御実行部、１Ｄ，１４Ｄ…異常信号出力部、１Ｅ，１４Ｅ…インバータ停止部、２…電流指令値設定部、２ａ，１１…ｄｑ軸電流指令演算部、２ｂ，２ｃ…スイッチ、３…電流制御部、４…電圧座標変換部、５…電流座標変換部、６…インバータ動作指令部、７，１２…回転子位置推定部、７ａ，１２ａ…誘起電圧演算部、７ｂ，１２ｂ…ω決定部、７ｃ，１２ｃ…誘起電圧追従部、７ｄ…電圧ベクトル回転速度演算部、７ｅ，１２ｅ…最低回転速度演算部、７ｆ，１２ｆ…積分器、８…インバータ、９ａ，９ｂ…モータ、１１…ｄｑ軸電流指令演算部、１４Ａ…インバータスイッチング部

Claims (9)

1. １台のインバータに接続されている複数のモータを、回転子位置検出手段なしに制御するモータ制御装置において、
   前記インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間、前記インバータから前記複数のモータに流れ込む電流がゼロを含む所望の範囲の値となるように電流フィードバック制御を実行する手段と、
   前記電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化から前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める手段と、
   前記インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後、前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する手段と
   を具備するモータ制御装置。
2. 請求項１記載のモータ制御装置において、
   前記複数のモータのうちの少なくとも一つが回転している状態で前記インバータの運転を開始する場合に、前記インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過するまでの間、前記電流フィードバック制御を実行し、前記インバータの運転開始から電流フィードバック制御時間が経過した後、前記センサレス制御を実行する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載のモータ制御装置において、
   前記電流フィードバック制御の結果として求められる電圧指令ベクトルの回転角度変化を観測し、前記電圧指令ベクトルの回転角度変化の周波数成分として制御の回転座標軸の回転周波数以外の周波数成分が予め設定した値を超えている場合に、制御動作異常信号を出力する手段をさらに具備することを特徴とするモータ制御装置。
4. 一台のインバータに接続されている複数のモータを、回転子位置検出手段なしに制御するモータ制御装置において、
   前記インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過するまでの間、前記インバータからの出力電圧がゼロを含む所望の範囲の値となるように前記インバータのスイッチング状態を制御する手段と、
   前記インバータのスイッチング状態の制御時に流れるモータ電流ベクトルの回転角度変化から前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値を求める手段と、
   前記インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうちのいずれか一つを初期値としてセンサレス制御を実行する手段と
   を具備するモータ制御装置。
5. 請求項４記載のモータ制御装置において、
   前記複数のモータのうちの少なくとも一つが回転している状態で前記インバータの運転を開始する場合に、前記インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過するまでの間、前記インバータのスイッチング状態を制御し、前記インバータの運転開始からインバータスイッチング実行時間が経過した後、前記センサレス制御を実行する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項４または請求項５記載のモータ制御装置において、
   前記モータ電流ベクトルの回転角度変化を観測し、前記モータ電流ベクトルの回転角度変化の周波数成分として制御の回転座標軸の回転周波数以外の周波数成分が予め設定した値を超えている場合に、制御動作異常信号を出力する手段をさらに具備することを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項３または請求項６記載のモータ制御装置において、
   前記制御動作異常信号が出力された場合に、前記インバータを動作停止する手段をさらに具備することを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のモータ制御装置において、
   前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち、最も小さい回転速度推定値を持つモータに対して前記センサレス制御を実行し、所望の速度まで加速することにより、前記複数のモータの全てを所望の速度以上で運転させる
   ことを特徴とするモータ制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載のモータ制御装置において、
   前記複数のモータのそれぞれの回転子の回転速度推定値のうち、最も大きい回転速度推定値を持つモータに対して前記センサレス制御を実行し、ゼロを含む所望の速度まで減速することにより、前記複数のモータの全ての回転子の回転速度推定値をゼロを含む所望の速度範囲に収める
   ことを特徴とするモータ制御装置。

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