JP2009195042A - 同期モータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期モータとともに機器に組み込まれた状態にあっても、容易にかつ迅速に同期モータとモータ制御装置との未接続を検出することを可能とする。
【解決手段】永久磁石同期モータ２１の起動動作での最初のモードである、この永久磁石同期モータ２１の決まった通流経路に徐々に増加するモータ電流を流す位置決めモード（図３）で、電流検出部３でこのモータ電流が検出されてその３φ／ｄｑ変換器６で制御座標系に変換されたｄ軸検出電流Ｉｄｃが未接続検出器２２に供給され、この徐々に増加するｄ軸検出電流Ｉｄｃが予め設定された閾値を越えたとき、永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１とが正常に接続されていると判定するが、閾値を越えないとき、未接続と判定する。警報／表示器２３は、この判定結果を表示するとともに、判定結果が未接続のときには、警報を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用機械や家庭用電化製品などに用いられる同期モータの制御方法及び制御装置に係り、特に、同期モータとの接続の有無を検出する同期モータの制御方法及び制御装置に関する。

同期モータの制御装置は、商用３相交流電源からの入力交流電圧を整流回路する順変換部と、順変換部の整流出力を直流電圧に平滑する平滑コンデンサと、ＰＷＭ信号を生成する制御手段と、平滑コンデンサからの直流電圧を入力電圧として、制御手段で生成されたＰＷＭ（パルス幅変調）信号でもってオン，オフ制御されるブリッジ接続された６対のスイッチング素子を備え、入力直流電圧を３相交流電流に変換する逆変換部（インバータ回路部）とを有する電力変換回路（インバータ）を備え、インバータ回路部からの３相交流電流（電力変換回路の出力電流）を、駆動電流として、同期モータに供給することにより、この同期モータを駆動するとともに、制御手段によってＰＷＭ信号を制御することにより、この駆動電流を制御して同期モータの回転速度を制御することができるようにしている。

このために、電力変換回路から駆動電流が同期モータに供給されないと、この同期モータは駆動されず、回転速度制御が行なわれないことは勿論のこと、回転することもできない。

ところで、電力変換回路と同期モータとの間の３相配線接続はなされたが、３相交流のうちの１相が、配線の断線や配線接続部の弛み，モータ巻線（電機子巻線）の断線などにより、欠落するいわゆる欠相が生ずる場合があり、このような場合には、３相の同期モータに単相の駆動電流が供給状態となり、この同期モータを制御することができなくなる。

そこで、従来では、このような同期モータの欠相を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載の技術は、永久磁極同期モータについて、磁極位置検出器で磁極（回転子）の位置を検出した後、欠相検出を開始するものであって、磁極位置検出器で得られた位置情報に応じた欠相検出用通電パターンを用いて欠相検出を行なうものである。

電力変換回路の上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とをオン，オフして３相の永久磁極モータへ通電する方式としては、上アームの３個のスイッチング素子を１８０度ずつオンし、これら上アームの３個のスイッチング素子に対し、下アームの３個のスイッチング素子を６０度位相をずらして１８０度ずつオンすることにより、永久磁極同期モータに通電する、いわゆる１２０度通電方式では、通電する上下アームのスイッチング素子の組み合わせが異なる６個（６通り）の通電パターンがあり、そのうちの２個の通電パターンが永久磁極同期モータに回転トルクを発生させるパターンと保持トルクを発生させるパターンであり、永久磁極同期モータを回転駆動する。これらトルクを生じさせる２つの通電パターンは、磁極の位置に応じて異なるものである。

上記特許文献１に記載の技術は、これら４個の通電パターンのうち、２個の通電パターンが永久磁極同期モータに回転トルクと保持トルクとを発生させないパターンであるが、上記の磁極位置に応じたこれらトルクを発生させる２個の通電パターンを除いた４個の通電パターンを上記の欠相検出用通電パターンとし、これら欠相検出用通電パターンを１つずつセットして、セットした欠相検出用通電パターンに応じた電力変換回路の上下アームのスイッチング素子を１つずつオンすることにより、永久磁極同期モータに駆動電流を供給するようにし、逆変換部と順変換部との間の帰路に設けられたシャント抵抗に流れる電流、従って、永久磁極同期モータに流れる電流を検出することにより、永久磁極同期モータを回転させずに、欠相を検出するものである。セットしたいずれかの欠相検出用通電パターンで永久磁極同期モータに電流が流れないことが検出されると、電力変換回路から永久磁極同期モータに至る３相のうちのこのセットされた欠相検出用通電パターンに該当する相に欠落した欠相が生じていることになる。
特願２００７ー１８１３０９号公報

ところで、産業用機械や家庭用電化製品など機器に電力変換回路で速度制御を可能とする永久磁石同期モータを使用する場合、一般に、この電力変換回路を含むモータ制御装置を接続した状態で永久磁石同期モータを機器に搭載され、組み込まれるものであるが、うっかりしてモータ制御装置が永久磁石同期モータに接続されず、未接続の状態で機器内に搭載されてしまう場合もあり、モータ制御装置と永久磁石同期モータとが機器に一旦組み込まれると、全く気が付きにくいものである。

このようなモータ制御装置に未接続状態で機器に組み込まれた永久磁石同期モータは、電源を投入しても、永久磁石同期モータは起動（回転開始）しない。このような場合、その原因を究明するために、永久磁石同期モータとモータ制御装置とを機器から取り外すことにより、これらが未接続の状態にあるか否かの確認もすることができるが、このような確認方法では、非常な手間と時間が掛かる作業が強いられることになる。また、他の原因によって永久磁石同期モータが起動しない場合もあり、このような場合には、永久磁石同期モータとモータ制御装置とを取り外しての手間と時間が掛かる作業が無駄なものとなる。

これに対し、上記特許文献１に記載の技術を利用し、永久磁石同期モータの各相の欠相の有無を検出することにより、永久磁石同期モータとモータ制御装置との間の未接続の有無を検出するようにすることが考えられる。

しかし、この上記特許文献１に記載の技術を利用すると、一旦機器に取り付けた永久磁石同期モータとモータ制御装置をこの機器から取り外すことなく、永久磁石同期モータとモータ制御装置との間の未接続の有無を検出することができるが、このときの設定される全ての欠相検出用通電パターン夫々毎（即ち、各相毎）に、モータ制御装置を動作させて永久磁石同期モータに通電する状態にし、欠相の有無を判定する必要があり、全ての欠相検出用通電パターンの全てについて欠相が検出されたときをもって、永久磁石同期モータとモータ制御装置との間が未接続状態にあると判定できるものである。このため、１つ１つの欠相検出用通電パターン毎に永久磁石同期モータを通電状態にして通電の有無を確認する必要があり、やはり手間が掛かるとともに、時間が掛かる作業を必要として、永久磁石同期モータとモータ制御装置との間が未接続状態を即座に確認することはできない。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、同期モータとともに機器に組み込まれた状態にあっても、容易にかつ迅速に同期モータとモータ制御装置との未接続を検出することができるようにした同期モータの制御方法及び制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、同期モータの起動時、モータ制御装置により、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を電機子巻線に供給する同期運転モードとを設定する同期モータの制御方法であって、位置決めモードにあるとき、同期モータの電機子巻線に流れる電流値を検出し、電流値が予め設定されて閾値以下のとき、同期モータがモータ制御装置と未接続であると判定し、警報を発生することを特徴とするものである。

また、本発明は、同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された機器を動作させるための同期モータの制御方法であって、機器を起動させる同期モータの起動時、モータ制御装置により、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を電機子巻線に供給する同期運転モードとを設定し、位置決めモードにあるとき、同期モータの電機子巻線に流れる電流値を検出し、電流値が予め設定されて閾値以下のとき、同期モータがモータ制御装置と未接続であると判定することを特徴とするものである。

また、本発明は、同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された複数の機器を管理制御する監視制御システムでの同期モータの制御方法であって、管理制御システムの起動とともに、複数の機器での同期モータを起動し、管理制御システムの立ち上げ完了とともに、複数の機器毎に、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流し、同期モータの電機子巻線に流れる電流値を検出して、電流値が予め設定されて閾値以下のとき、同期モータがモータ制御装置と未接続であると判定することを特徴とするものである。

また、本発明は、同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された機器を動作させ、機器にエラーが生じたとき、警報手段によって警報を発生させるようにした同期モータの制御方法であって、機器を起動させる同期モータの起動とともに、モータ制御装置により、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードを設定し、位置決めモードにあるとき、同期モータの電機子巻線に流れる電流値を検出し、電流値が予め設定されて閾値以下のとき、同期モータがモータ制御装置と未接続であると判定して、警報手段によって警報を発生させ、同期モータとモータ制御装置との接続を外して同期モータを起動させることにより、同期モータとモータ制御装置とが未接続か否かを検出し、この検出結果に応じて警報手段が警報を発生したか否かに応じて、警報手段が正常か否かを判定することを特徴とするものである。

また、本発明は、上記の機器が、吸込口と吹出口とが形成されたケーシング内に空気を吸い込んで吹き出すファンと、ファンを回転駆動する同期モータと、同期モータを制御するモータ制御装置と、ファンによって吸い込まれた空気を濾過するフィルタ部とを備えたファンフィルタユニットであることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、同期モータのモータ電流を検出する電流検出手段を備え、電流検出手段で検出された電流値をもとに、同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、同期モータは、その起動時、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を電機子巻線に供給する同期運転モードとが設定され、同期モータの位置決めモード時、電流検出手段で検出された電流値が供給され、電流値と予め設定された閾値と比較し、電流値が閾値を越えたとき、同期モータが正常に接続されていると判定し、電流値が閾値以下のとき、同期モータが未接続状態にあると判定する未接続検出手段と、未設族検出手段での同期モータが未接続状態にあるとの判定により、警報を発生する警報手段とを設けたことを特徴とするものである。

また、本発明は、吸込口と吹出口とが形成されたケーシング内に空気を吸い込んで吹き出すファンと、ファンを回転駆動する同期モータと、同期モータを制御するモータ制御装置と、ファンによって吸い込まれた空気を濾過するフィルタ部とを備えたファンフィルタユニットに設けられた同期モータの制御装置であって、同期モータを、その起動時、同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を電機子巻線に供給する同期運転モードとに設定し、同期モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、同期モータの位置決めモード時、電流検出手段で検出された電流値が供給され、電流値と予め設定された閾値と比較し、電流値が閾値を越えたとき、同期モータが正常に接続されていると判定し、電流値が閾値以下のとき、同期モータが未接続状態にあると判定する未接続検出手段と、未設族検出手段での同期モータが未接続状態にあるとの判定により、警報を発生する警報手段とを設けたことを特徴とする

本発明によると、同期モータの起動開始とともに、同期モータのモータ制御装置との未接続を、同期モータのモータ電流の有無を検出することにより、検出するものであるから、特別の回路を用いることなく、同期モータの起動開始とともに、この未接続を迅速にかつ確実に検出することができ、未接続による異常の原因究明のための労力や時間を大幅に削減できる。

以下、本発明による実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第１の実施形態を示す回路構成図であって、１はモータ制御装置、２は制御部、３は電流検出部、４は電力変換部、５Ｕ，５Ｗは電流検出手段、６は３φ／ｄｑ変換器、７は軸誤差演算器、８は減算器、９はＰＬＬ（フェーズ・ロックド・ループ）制御器、１０は切替スイッチ、１１は減算器、１２は速度制御部、１３は切替スイッチ、１４ａ，１４ｂは減算器、１５ａ，１５ｂは電流制御器、１６は電圧指令値作成器、１７はｄｑ／３φ変換器、１８は積分器、１９は負荷推定器、２０は積分項初期値演算部、２１は永久磁石同期モータ、２２は未接続検出器、２３は警報／表示器である。

なお、この第１の実施形態では、永久磁石同期モータを例にして説明するが、他の同期モータであっても、同様である。

同図において、また、この第１の実施形態では、永久磁石同期モータ２１では、起動後の運転中、回転子の位置を検出するセンサを用いずに制御する、いわゆる位置センサレス制御が行なわれる。この位置センサレス制御は、産業機械から家庭用電化製品に至る機器に用いられる永久磁石同期モータの駆動シテムに広く適用されている。

モータ制御装置１は、制御部２と、永久磁石同期モータ２１に供給される駆動電流を検出する電流検出部３と、この電流検出部３の検出出力を演算処理し、永久磁石同期モータ２１の各相の駆動電流を生成して出力する電力変換部４とから構成されている。

電流検出部３は、電力変換部４から永久磁石同期モータ２１に供給されるＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の交流駆動信号のうちの２相、例えば、Ｕ相，Ｗ相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する電流検出手段５Ｕ，５Ｗと、制御部１の積分器１８から供給される推定磁極位置θｄｃに基づいて、電流検出手段５Ｕ，５Ｗの３相座標（３θ）系の検出電流Ｉｕ，Ｉｗを制御座標（ｄｑ）系のｄ軸検出電流Ｉｄｃ，ｑ軸検出電流Ｉｑｃに変換する３φ／ｄｑ変換器６とから構成されている。

制御部２は、電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６からのｄ軸検出電流Ｉｄｃ，ｑ軸検出電流Ｉｑｃと電圧指令作成器１６からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とが供給され、これらを演算処理して永久磁石同期モータ２１の回転子の実回転位置（実回転座標軸系での回転位置）と仮想回転位置（制御軸系での回転位置）との位置誤差（軸誤差）Δθｃを生成する軸誤差演算器７と、この軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊との差（通常はゼロ）を求める減算器８と、減算器８で求める差がゼロとなるように、インバータ周波数指令値ω１＊を調整するＰＬＬ制御器９と、後述する位置決めモードと同期運転モードでは、入力される周波数指令値ω＊が供給されるＡ端子に切り替えられ、これら位置決めモード，同期運転モード後の後述する位置センサレスモードでは、ＰＬＬ制御器９からの周波数値ω１が供給されるＢ端子に切り替えられる切替スイッチ１０とを備えている。

このインバータ周波数指令値ω１＊は、軸誤差演算器７に供給されて軸誤差Δθｃの生成に用いられるが、切替スイッチ１０が位置決めモードと同期運転モードでＡ側に閉じているときには、入力される周波数指令値ω＊が用いられ、切替スイッチ１０が位置センサレスモードでＢ側に閉じているときには、ＰＬＬ制御器９からの周波数値ω１が用いられる。

制御部２は、また、入力される周波数指令値ω＊と切替スイッチ１０で選択されたインバータ周波数指令値ω＊１との差を求める減算器１１と、この減算器１１で求める差がゼロとなるように調整するための比例演算部と積分演算部とが設けられたＡＳＲ（速度制御部）１２と、上記の位置決めモードや同期運転モードでは、入力されるｑ軸電流初期指令値Ｉｑ＊０が供給されるＡ端子に切り替えられ、上記の位置センサレスモードでは、この速度制御部１２の出力が供給されるＢ端子に切り替えられて、夫々をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として出力する切替スイッチ１３とを備えている。

ここで、制御部２では、上記の同期運転モードにおいて、電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６からのｄ軸検出電流Ｉｄｃ，ｑ軸検出電流Ｉｑｃと軸誤差演算器７からの軸誤差Δθｃとが負荷推定器１９に供給されてｑ軸電流推定値Ｉｑ＾が生成され、ｑ軸電流推定値Ｉｑ＾が積分項初期値演算部２０に供給されて演算処理され、速度制御器１２の積分演算部の積分項の初期値ＩＯが生成される。この積分項の初期値ＩＯは、速度制御器１２の積分演算部に供給される。

制御部２には、さらに、入力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器からのｄ軸検出電流Ｉｄｃとの差を求める減算器１４ａと、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊としての切替スイッチ１３で選択された入力ｑ軸電流初期指令値Ｉｑ＊０または速度制御部１２の出力と電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器からのｑ軸検出電流Ｉｑｃとの差を求める減算器１４ｂと、減算器１４ａの差電流指令値がゼロとなるように、電流指令値Ｉｄ＊＊を調整する電流制御器１５ａと、減算器１４ｂの差電流指令値がゼロとなるように、電流指令値Ｉｑ＊＊を調整する電流制御器１５ｂと、電流制御器１５ａ，１５ｂからの電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊と切替スイッチ１０で選択されたインバータ周波数指令値ω１＊とを用いてベクトル演算を行ない、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とを作成する電圧指令値作成器１６と、電圧指令値作成器１６からのこれらｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、積分器１８でインバータ周波数指令値ω１＊を積分して得られる推定磁極位置θｄｃを用いて、制御座標軸系のＵ，Ｖ，Ｗ相の３相座標軸系の３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換し、出力するｄｑ／３φ変換器１７が設けられている。これら３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は電力変換部４に供給される。

制御部２の多くは、マイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの半導体集積回路（演算制御手段）によって構成されており、これにより、制御部２においては、永久磁石同期モータ２１の回転子の実回転座標軸系と制御軸系との軸誤差Δθｃを算出し、この算出した軸誤差Δθｃがゼロとなるように、換言すると、制御座標軸系を永久磁石同期モータ２１の回転子の実回転座標軸系と一致させるように、インバータ周波数指令値ω１＊をＰＬＬ法（ＰＬＬ制御器９）を用いて補正し、永久磁石同期モータ２１の磁極位置を推定することとしている。

この第１の実施形態では、モータ制御装置１に、さらに、未接続検出器２２と警報／表示器２３とが設けられている。未接続検出器２２は、電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６から出力されるｄ軸検出電流Ｉｄｃ及びｑ軸検出電流Ｉｑｃが供給され、位置決めモードでこれらｄ軸検出電流Ｉｄｃ及びｑ軸検出電流Ｉｑｃの有無を判定することにより、モータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との間が未接続か否かを検出する。警報／表示器２３は、未接続検出器２２の検出結果が供給されて表示され、また、この検出結果が「未接続」である場合、警報が発せられる。

図２は図１における電力変換部４の回路構成を示すブロック図であって、２４はドライバ回路、２５はインバータ部、２６は直流電源、２７ａ〜２７ｃ，２８ａ〜２８ｃは半導体スイッチである。

同図において、電力変換部４は、ドライバ回路２４とインバータ部２５と直流電源２６とから構成されており、直流電源２６で商用３相交流を整流平滑して得られた直流電圧がインバータ部２５に供給される。

インバータ部２５は、上アームの並列接続された３個の半導体スイッチ２７ａ〜２７ｃと下アームの並列接続された３個の半導体スイッチ２８ａ〜２８ｃとで構成されており、半導体スイッチ２７ａ，２８ａが直列接続されて直流源２０からの直流電圧が印加され、半導体スイッチ２７ｂ，２８ｂが直列接続されて同じ直流電圧が印加され、半導体スイッチ２７ｃ，２８ｃが直列接続されて同じ直流電圧が印加される。また、半導体スイッチ２７ａ，２８ａの接続点が永久磁石同期モータ２１のＵ相の電機子巻線に接続され、半導体スイッチ２７ｂ，２８ｂの接続点が永久磁石同期モータ２１のＶ相の電機子巻線に接続され、半導体スイッチ２７ｃ，２８ｃの接続点が永久磁石同期モータ２１のＷ相の電機子巻線に接続されている。

ドライバ回路２４は、モータ制御装置１（図１）から出力される３相座標軸系の３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を基に、各半導体スイッチ２７ａ〜２７ｃ，２８ａ〜２８ｃを夫々オン，オフ制御する３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じたＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを生成する。かかるＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗにより、上アームの半導体スイッチ２７ａ〜２７ｃは、互いに１２０度ずつ位相がずれて１２０度の期間オンする動作をし、また、下アームの半導体スイッチ２８ａ〜２８ｃも、同様に、互いに１２０度ずつ位相がずれて１２０度の期間オンする動作をするが、直列に接続されている半導体スイッチ２７ａ，２８ａが、直列に接続されている半導体スイッチ２７ｂ，２８ｂが、直列に接続されている半導体スイッチ２７ｃ，２８ｃが夫々同時にオンしないように、これら半導体スイッチ２７ａ〜２７ｃと半導体スイッチ２８ａ〜２８ｃとのオン期間の位相が（１２０度＋６０度）だけずらされている。

これにより、インバータ部２５でＵ，Ｖ，Ｗ相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが永久磁石同期モータ２１の各相の電機子巻線に供給される。

なお、ドライバ回路２５で生成されるＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗは、ｄｑ／３φ変換器１７からの３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた直流電圧や交流電圧を変調信号とし、一定周波数の鋸歯状波信号を搬送波として、これらの比較（即ち、パルス幅変調）によって生成されるものであり、電力変換部４から永久磁石同期モータ２１に供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流駆動電流も、その通電期間パルス幅（ＰＷＭ）変調されている。電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６から出力されるｄ軸検出電流Ｉｄｃとｑ軸検出電流Ｉｑｃとは、即ち、かかるＰＷＭ変調されたＵ相，Ｗ相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｗでの変調信号電流である。

図３は図１における永久磁石同期モータ２１の起動の際の各運転モード（位置決めモード，同期運転モード，位置センサレスモード）の遷移を示すタイミング図であって、同図（ａ）は制御部２（図１）に入力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の各運転モードでの変化を、同図（ｂ）は制御部２の切替スイッチ１３（図１）で選択されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の各運転モードでの変化を、同図（ｃ）は制御部２の切替スイッチ１０（図１）で選択されたインバータ周波数指令値ω１＊
の各運転モードでの変化を、同図（ｄ）は図１における切替スイッチ１０，１３での各運転モードでの状態変化を夫々示すものである。

図３に示すように、永久磁石同期モータ２１を起動する際の運転モードとしては、永久磁石同期モータ２１の各相の電機子巻線によって決められた電流通路に徐々に増加する直流電流を流して、この永久磁石同期モータ２１の回転子を所定の位置に固定する位置決めモードと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と周波数指令値ω＊とに従ってこの永久磁石同期モータ２１に印加する弾圧を決定する同期運転モードと、軸誤差Δθｃがゼロとなるように、インバータ周波数指令値ω１＊を調整する位置センサレスモードとがある。

これらの運転モードは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と周波数指令値ω＊とのいずれかを変更し、もしくは切替スイッチ１０，１３を切り替え制御することにより、順次切り替えられる。なお、これら切替スイッチ１０，１３は、特に断わりがない限り、同時に切り替わる。

図１及び図３において、位置決めモードでは、切替スイッチ１０，１３がＡ端子側に切り替えられており、ＰＬＬ制御器９から出力される周波数値ω１が切替スイッチ１０で遮断され、また、速度モータ制御装置１２の出力信号が切替スイッチ１３で遮断され、入力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が減算器１４ａ，電流制御器１５ａを介して電圧指令値作成器１６に、入力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減算器１４ｂ，電流制御器１５ｂを介して電圧指令値作成器１６に夫々供給される。

ここで、この位置決めモードでは、入力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、図３（ｂ）に示すように、ゼロに設定されており、入力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が、図３（ａ）に示すように、ゼロから直線状に徐々に増加する。このとき、入力された周波数指令値ω＊が、インバータ周波数指令値ω１＊として、切替スイッチ１０を介してこの電圧指令値作成器１６に供給されるが、位置決めモードでは、図３（ｃ）に示すように、この周波数指令値ω＊がゼロに設定されている。

電圧指令値作成器１６では、このｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とが作成され、これらがｄｑ／３φ変換器１７に供給されることにより、３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊が生成されて電力変換部４に供給される。

これにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の増加に伴って、電力変換部４からは永久磁石同期モータ２１のＵ，Ｖ，Ｗ相の電機子巻線によって形成される所定の電流通路に所定の目的値まで徐々に増加する直流のモータ電流が流れる。このときのモータ電流Ｉは、
Ｉ＝√（Ｉｄｃ²＋Ｉｑｃ²）
で表わされる。ここで、Ｉｄｃはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に応じた電流であって、上記のように、永久磁石同期モータのＵ相，Ｗ相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｗから電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６から得られるｄ軸検出電流であり、Ｉｑｃはｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた電流であって、同じく３φ／ｄｑ変換器６から得られるｑ軸検出電流である。図１でのモータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との間が正常に接続されていれば（より具体的には、電力変換部４であるが、以下では、モータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との間の接続，未接続ということにする）、上記のように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊はゼロであるが、周波数指令値ω＊、従って、電圧指令値作成機１６に供給されるインバータ周波数指令値ω１＊がゼロに設定されていることから、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加していくことにより、直流のモータ電流Ｉが、図３（ａ）に示すのと同様に、増加していく。

ここで、位置決めモードでの位置決めの原理について説明する。

図４は永久磁石同期モータ２１の回転子が位置決めモードの動作で位置決めされる状態を示す図であって、２９は回転子、３０ＵはＵ相の電機子巻線（以下、Ｕ相巻線という）、３０ＶはＶ相の電機子巻線（以下、Ｖ相巻線という）、３０ＷはＷ相の電機子巻線（以下、Ｗ相巻線という）であり、図２に対応する部分には同一符号を付けている。

同図において、ここでは、電力変換部４のインバータ部２５での半導体スイッチ２７ａ，２８ｂ，２８ｃがオン状態に設定された状態にあって、半導体スイッチ２７ａからＵ相巻線３０Ｕに電流が流れ込み、Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｖ，３０Ｗからインバータ部２５での半導体スイッチ２８ｂ，２８ｃに電流が流れ出ているものとする。

ここで、制御座標軸系での制御軸は、制御座標軸系でのＵ相巻線３０Ｕの軸（以下、Ｕ相巻線軸３０Ｕという）とは反対側の位置であり、制御軸からの角度をθとすると、回転子２９の所定の磁極の位置（以下、回転子位置という）が制御軸に一致するとき、回転子位置はθ＝０度の位置にある。位置決めモードは回転子位置をこのような状態にするものである。なお、この角度θは、また、回転子位置と制御軸とのなす角度（以下、回転子位置角度ともいう）でもある。

図５は位置決めモードでの回転子位置角度θとモータの出力トルクＴｍとの関係を示す図であって、回転子位置角度θを横軸に示し、モータ出力トルクＴｍを縦軸に示している。ここでは、回転子２９を時計方向に回転させるモータ出力トルクＴｍを正としている。

同図において、回転子位置角度θが０度と±１８０度との間にあるときには、図４に示すように、Ｕ相巻線３０Ｕ，Ｖ相巻線３０Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｗに電流が流れると、正または負のモータ出力トルクＴｍが発生し、回転子２９は時計方向または反時計方向に回転する。また、流れる電流の大きさを変えると、発生するモータ出力トルクＴｍの大きさも変化する。

しかし、回転子位置角度θが０度近傍となると、Ｕ相巻線３０Ｕ，Ｖ相巻線３０Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｗに流れる電流の大きさにかかわらず、モータ出力トルクＴｍは発生しない。このため、回転子２９は回転することができず、停止する。かかる状態が、位置決めモードでの回転子位置が目標とする位置に位置決めされた状態である。

図６は図４での位置決めモードで各相に流れる電流の変化を示す図であって、る。

同図において、Ｕ相巻線３０Ｕに流れる電流を−Ｉとすると、Ｖ相巻線３０Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｗに流れる電流は、ともに、Ｉ／２である。かかる電機子巻線による磁束の方向は、θ＝０度の方向である。そして、Ｕ相巻線３０Ｕに流れる電流（＝−Ｉ）を増加させていくと、Ｖ相巻線３０Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｗに流れる電流（＝Ｉ／２）も同様に増加し、回転子位置が目標位置（θ＝０度）にない場合には、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４での電流とともに、図５でＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４として示すように、モータ出力トルクＴｍが増加していく。これにより、回転子２９がθ＝０度となる方向に回転し、モータ出力トルクＴｍの増加とともに、回転速とが速くなる。

位置決めモードでは、例えば、このように、Ｕ相巻線３０ＵからＶ相巻線３０Ｖ，Ｗ相巻線３０Ｗへの電流の通流経路が形成されて固定され、これにモータ電流Ｉが流れるものである。

そして、回転子位置が目標位置（θ＝０度）近傍になると、各相に流れる電流の大きさにかかわらず、モータ出力トルクＴｍがゼロとなり、回転子２９は停止する。これにより、回転子２９は、その位置が目標位置に位置決めされることになる。

この第１の実施形態では、かかる位置決めモードで永久磁石同期モータのモータ制御装置１との未接続の有無を検出するものであるが、その未接続検出方法について説明する。

図１において、電源が投入されるとともに、上記のように、位置決めモードが設定され、次いで、同期運転モード，位置センサレスモードへと遷移していくが、この電源投入とともに、モータ制御装置１の未接続検出部２２が起動し、電流検出部３の３φ／ｄｑ変換器６からｄ軸検出電流Ｉｄｃが供給され、図３（ａ）に示すｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の増加とともに、増加する。なお、位置決めモードでは、ｑ軸検出電流Ｉｑｃをゼロとしてｄ軸の電流指令のみで起動するｄ軸起動方法と、ｄ軸検出電流Ｉｄｃをゼロとしてｑ軸の電流指令のみで起動するｑ軸起動方法と、ｑ軸及びｄ軸両方の指令値を使用する起動方法とがあるため、ｑ軸検出電流Ｉｑｃ及びｄ軸検出電流Ｉｄｃを未接続検出部２２に供給する必要がある。

未接続検出部２２では、予め所定の閾値（例えば、位置決めモードでｄ軸検出電流Ｉｄｃが最大となる電流値の１／２の値）が設定されており、ｄ軸検出電流Ｉｄｃの電流値を検出し、所定時間（例えば、０．２秒）検出したこの電流値とこの閾値とを比較し、検出した電流値がこの閾値を越えたときには、モータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との接続が正常と判定するが、検出した電流値がこの閾値を越えないときには、モータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との接続がなされていない未接続と判定する。

この未接続検出部２２の判定結果は警報／表示器２３に供給され、警報／表示器２３では、この判定結果が表示されるとともに、未接続の場合には、音声やランプなどによる警報も発せられる。

ここで、未接続検出部２２は、モータ制御装置１に電源が投入されるとともに、起動し、電源投入後の位置決めモードの上記所定時間で未接続の判定動作を行ない、その判定結果を警報／表示器２３に供給するが、判定結果を警報／表示器２３に供給し終わると、未接続検出部２２は、次に電源の投入があるまで、判定動作を停止する。

このように、この第１の実施形態では、永久磁石同期モータを位置センサレス制御する際に必要となる位置決めモードという特徴的な起動方法を利用することにより、この永久磁石同期モータとモータ制御装置１との未接続の有無を検出するものであり、起動後直ちに未検出の有無を検出できるものである。起動時に位置決めモードがないような、例えば、誘導電動機の場合には、どのような電流が電機子巻線に流れるかは、電動機の負荷によるものであり、このため、未検出の有無を判断するためのモータ電流に対する閾値を決定することは困難であり、検出精度を高めることができず、誤検出する可能性がある。

なお、未接続の状態にあっても、位置決めモードでノイズが発生して、これを検出してしまうこともあり、このため、検出されるモータ電流がゼロとなるわけではなく、ある程度の電流値を検出してしまい、モータ電流がゼロのときに未接続と判断することはできない。

この第１の実施形態では、このような誤検出を防止するために、位置決めモードという、モータ電流Ｉが徐々に増加する特有の起動方法を利用しているものであり、位置決めモードでは、モータ電流が徐々に増加することから、この位置決めモードで上記のような比較的高い所定の閾値を設定することにより、モータ制御装置１と永久磁石モータ２１とが正常に接続されていれば、モータ電流が必ずこの閾値を越えることから、未接続を精度良く検出できるものである。

そして、起動直後の位置決めモードで未接続の有無を検出するものであるから、永久磁石同期モータ２１が、電源投入しても、駆動されない原因（未接続）を作業者に認識させることができる。そして、従来では、永久磁石同期モータが駆動できない原因がその未接続であることに気が付かず、その原因究明に労力や時間を費やしていたが、この第１の実施形態では、かかる労力や時間を回避することが可能となる。

また、永久磁石同期モータ２１の通常の起動時に、モータ電流Ｉの電流値を検出して閾値と比較するという簡単な構成の未接続検出器２２をに設けるだけで、その未接続の有無を検出するものであるから、特別な検出回路を設ける必要もない。

図１に戻って、位置決めモードが終了すると、同期運転モードに移る。この同期運転モードでは、切替スイッチ１０，１３をＡ端子側に保持したまま、図３（ｂ）に示すように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊０をゼロに保持して、図３（ａ）に示すように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を位置決めモードの終了時の値に保持し（この起動方法をＩｄ起動という）、周波数指令値ω＊を徐々に増加させて電圧指令値作成器１６に供給されるインバータ周波数指令値ω１＊を徐々に増加させるものである。これにより、永久磁石同期モータ６は回転を開始し、インバータ周波数指令値ω１＊に追従して加速されていく。

インバータ周波数指令値ω１＊が位置センサレス制御が可能な周波数値となると、切替スイッチ１０，１３がＢ端子側に切り替わり、位置センサレスモードに移行する。これにより、減算器８で得られる軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（＝通常はゼロ）との差からＰＬＬ制御器９で得られる周波数値ω１が、切替スイッチ１０を通り、インバータ周波数指令値ω１＊として、電圧指令値作成器１６に供給されるとともに、減算器１１で周波数指令値ω＊と減算処理されて、その減算結果が速度モータ制御装置１２に供給されてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が生成され、切替スイッチ１３，減算器１４ｂ及び電流制御器１５ｂを介して電圧指令値作成器１６に供給される。

このような構成となった位置センサレスモードでは、減算器８で得られる軸誤差Δθｃと軸誤差指令値Δθ＊（＝通常はゼロ）との差がゼロとなるように、ＰＬＬ制御器９が周波数値ω１を調整するとともに、減算器１１で検出される周波数指令値ω＊とインバータ周波数指令値ω１＊との差がゼロとなるように、速度モータ制御装置１２がｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を調整する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は加速トルク分と負荷トルク分とに相当する値になり、これの加速トルクによって永久磁石同期モータ２１は加速する。そして、加速トルクがゼロとなる状態に加速されると、永久磁石同期モータ２１は、負荷トルク分に相当する値でｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が一定となり、この状態で回転する。

以上のように、この第１の実施形態では、運転起動時の位置決めモード，同期運転モード，位置センサレスモードのうちの、最初の位置決めモードでモータ制御装置１と永久磁石同期モータ２１との未接続の有無を検出するものであり、迅速かつ確実に、しかも、精度良く未接続を検出することができるものである。

図７は本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第２の実施形態を示す構成図であって、ファンフィルタユニットに用いられる永久磁石同期モータに関するものであり、３３はファンフィルタユニット（以下、ＦＦユニットという）、３１は区画、３２はクリーンルーム、３４は天井、３５は通気孔、３６は空気通路である。

同図において、建屋のある区画３１には、クリーンルーム３２が設けられ、その天井３４に複数のＦＦユニット３３が取り付けられている。ここで、クリーンルーム３２は、空気清浄度が確保された部屋であって、例えば、半導体製造工場などでは、必須のものである。

ＦＦユニット３３は、ファンと高性能なフィルタとを備えたものであって、クリーンルーム３２の天井３４側からその室内に清浄な空気を送り込む。この清浄な空気はクリーンルーム３２の床に向かって送り込まれ、クリーンルーム３２を通った空気は、クリーンルーム３２の床に設けられた多数の通気孔３５から排出され、クリーンルーム３２の外側に設けられた空気通路３６を通ってクリーンルーム３２の天井３４側に戻る。この戻った空気は、ＦＦユニット３３に再び吸い込まれて清浄度が高い空気となり、クリーンルーム３２内に送り込まれる。

図８は図７におけるＦＦユニット３３の一具体例を示す外観斜視図であって、３７はケーシング、３８は空気吸込口、３９は網である。

同図において、ケーシング３７の一面には、空気吸込口３８が設けられ、この空気吸込口３８に金網などの網３９が取り付けられている。ケーシング３７内には、図示しないが、この空気吸込口３８に対向してファンやこれを回転駆動する永久磁石同期モータ２１が取り付けられ、また、図１に示すモータ制御装置１が取り付けられている。さらに、ケーシング３７の裏面には、図示しないが、空気吹出口が設けられ、ケーシング３７内に、この空気吹出口を塞ぐように、フィルタ部が設けられている。

永久磁石同期モータによって駆動されてファンが回転しているときには、空気吸込口３８から空気通路３６（図７）を通って戻ってきた空気が吸い込まれ、フィルタ部で塵，埃などが除かれて濾過された清浄な空気となり、空気吹出口からクリーンルーム３２（図７）内に吹き出される。

このＦＦユニット３３に設けられている永久磁石同期モータは、図１に示した永久磁石同期モータ２１であって、同じくモータ制御装置１によって制御されるものであり、モータ電流Ｉが流れ込む電機子巻線やモータ電流Ｉが流れ出す電機子巻線が決められてモータ電流Ｉの通流経路が固定されて直流のモータ電流Ｉが徐々に増加する位置決めモードと、この位置決めモードに続く、電流を一定として周波数を徐々に高めていく同期運転モードと、さらに、これに続く位置センサレスモードとによって起動されるものである。

ＦＦユニット３３に設けられている永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との未接続の有無を検出するときには、この永久磁石同期モータ２１を起動する際に、また、位置決めモードで起動開始し、このとき、さきに説明したように、永久磁石同期モータ２１に設定される上記の通流通路の電流値をモータ制御装置１の電流検出部３（図１）で検出し、未接続検出部２２（図１）でこの検出された電流値と予め設定された上記の閾値と所定期間比較され、電流値がこの閾値を越えたときには、正常に接続されたと判定し、越えない場合には、未接続と判定して、その判定結果を警報／表示器２３（図１）に供給する。永久磁石同期モータ２１がモータ制御装置１に未接続のＦＦユニット３３に対しては、電源をオフにし、未接続を解消するための所定の処置を行なうことができる。

かかる永久磁石同期モータ２１のモータ制御装置１との未接続の有無の判定は、ＦＦユニット３３毎に行なわれ、また、警報／表示器２３も、ＦＦユニット３３毎に設けられている。

図８から明らかなように、ＦＦユニット３３に内蔵されている永久磁石同期モータ２１が未接続か否かを外観から判断できるものではない。また、かかる永久磁石同期モータ２１を内蔵したＦＦユニット３３は、天井や屋根裏などに設置される場合が多いため、図７に示すように、複数のＦＦユニット３３を用いるような場合には、永久磁石同期モータ２１がモータ制御装置１に接続されているものとしてＦＦユニット３３が設置されると、永久磁石同期モータ２１がモータ制御装置１に未接続であることに気付きにくい。このような状態でＦＦユニット３３を動作させようとしても、永久磁石同期モータ２１がモータ制御装置１に未接続であるため、このＦＦユニット３３は動作しないことになるが、複数のＦＦユニット３３の中で１つだけ動作できなくても、気が付かない場合もあるし、また、気が付いても、その原因究明が困難となる場合もある。

この第２の実施形態においても、先の第１の実施形態と同様、永久磁石同期モータ２１のモータ制御装置１との未接続を検出することができるので、ほとんど電源投入とともに確実に未接続であることを認識することができ、駆動できないときの原因究明に手間や時間を要することなく、永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との接続を行なって再起動するといった対応が即座にできるものである。

図９は本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第３の実施形態を示す構成図であって、ＦＦユニット監視制御システムでのＦＦユニットに用いられる永久磁石同期モータに関するものであり、４０−１−１〜４０−１−ｎ₁，４０−２−１〜４０−２−ｎ₂，……，４０−ｍ−１〜４０−ｍ−ｎ_kはＦＦユニット、４１はファン本体、４２はＦＦユニットコントローラ、４３−１〜４３−ｍはゾーンコントローラ、４４は中央監視制御部、４５はキーボード、４６はモニタ、４７は総括コントローラ、４８はネットワークである。

同図において、このＦＦユニット監視制御システムは、キーボード４５やモニタ４６を備えた中央監視制御部４４で各ゾーン１〜ｍのＦＦユニットを監視制御するものであって、これらゾーン１〜ｍは、例えば、図７で示したクリーンルーム３２や工場内などであって、ここでは、夫々のクリーンルームなどを個々のゾーンとしている。このゾーン１〜ｍの個数ｍとしては、１から数十までの間の所定の個数である。

ゾーン１には、ＦＦユニット４０−１−１〜４０−１−ｎ₁のｎ₁個のＦＦユニット４０（ＦＦユニットの総称。以下同様）が、例えば、クリーンルームの天井などに設置されており、ゾーン２には、ＦＦユニット４０−２−１〜４０−２−ｎ₂のｎ₂個のＦＦユニット４０が、……、ゾーンｍには、ＦＦユニット４０−ｍ−１〜４０−ｍ−ｎ_kのｎ_k個のＦＦユニット４０が夫々、例えば、クリーンルームの天井などに夫々設置されているものとする（なお、これらＦＦユニットを総称したとき、ＦＦユニット４０という）。各ゾーン１〜ｍの各ＦＦユニット４０は、ファン本体４１にＦＦユニット４０を制御して運転を継続させるプログラムを備えたＦＦコントローラ４２が設けられたものである。ここでのファン本体４１は、図１で示す構成のモータ制御装置１を備えた図８に示す構成のＦＦユニット３３であり、ＦＦユニットコントローラ４２はそのケーシング３７内に収納されている。１つのゾーンでのＦＦユニット４０の個数ｎ₁，ｎ₂，……，ｎ_k、即ち、１ゾーン当たりのＦＦユニットの台数は、例えば、１００から千数百までの間の所定の個数である。

各ゾーン１〜ｍには夫々、ゾーンコントローラ４３（ゾーンコントローラ４３−１，４３−２，……，４３−ｍの総称）が設けられ、各ＦＦユニット４０のＦＦユニットコントローラ４２は該当するゾーンでのゾーンコントローラ４３に接続されている。即ち、ゾーン１では、夫々のＦＦユニット４０−１−１〜４０−１−ｎ₁のＦＦユニットコントローラ４２がゾーンコントローラ４３−１に接続されてそれら間の通信を可能とし、ゾーン２では、夫々のＦＦユニット４０−２−１〜４０−２−ｎ₂のＦＦユニットコントローラ４２がゾーンコントローラ４３−２に接続されてそれら間の通信を可能とし、……、ゾーンｍでは、夫々のＦＦユニット４０−ｍ−１〜４０−ｍ−ｎ_kのＦＦユニットコントローラ４２がゾーンコントローラ４３−ｍに接続されてそれら間の通信を可能としている。

各ゾーン１〜ｍのゾーンコントローラ４３−１，４３−２，……，４３−ｍは、ミットワーク４８を介して総括コントローラ４７に通信可能に接続されており、また、この総括コントローラ４７は中央監視制御部４４と通信可能に接続されている。

このＦＦユニット監視制御システムでは、キーボード４５の所定操作により、中央監視制御部４４が総括コントローラ４７，ネットワーク４８，ゾーンコントローラ４３−１〜４３−ｍを介して通信を行なうことにより、夫々のゾーン１〜ｍでのＦＦユニット４０の起動や停止制御を行なうことができるし、また、夫々のＦＦユニット４０からその運転状態や故障状態を示す情報を取り込み、これをモニタ４６で表示して監視することができる。

キーボード４５の操作による指示により、中央監視制御部４４は各ゾーン１〜ｍの各ＦＦユニット４０に対し、順番に問い合わせるポーリングを行なうが、総括コントローラ４７は、所定のポーリング速度（例えば、３０〜１００ｍｓｅｃ）のデータ送受信により、データ整理を行なう。総括コントローラ４７から送信される問い合わせ情報は、ネットワーク４８で送信された後、この問い合わせ情報によって指定されたゾーンのゾーンコントローラ４３で受信され、指定されたＦＦユニット４０に送られる。これにより、このＦＦユニット４０のＦＦユニットコントローラ４２が起動し、ファン本体４１の状態を示す情報の送信や起動，停止の要求情報などを応答情報として、上記の通信径路を介して、中央監視制御部４５に送信する。これに対して、中央監視制御部４５は、このＦＦユニット４０からの要求を許可する情報を同様にして送信すると、要求したＦＦユニット４０のＦＦユニットコントローラ４２が許可されたファン本体４１の状態を示す情報の送信や起動，停止を実行する。

以上のポーリングは、各ゾーン１〜ｍ毎に順番に、そして、各ゾーン１〜ｍでは、各ＦＦユニット４０毎に順番に行なわれる。

このようにして、ＦＦユニット４０の台数は、システム全体として、（ｎ₁＋ｎ₂＋……＋ｎ_k）台×ｍゾーン、上記の例では、（１００〜千数百）台×（１〜数十）ゾーン≒（１００〜十数万）台であり、かかる台数のＦＦユニット４０に対し、ＦＦユニット４０毎に上記のポーリング速度で送受信を行なうものである。

ＦＦユニット監視制御システムでは、このような膨大な台数のＦＦユニット４１に対し、監視及び制御を行なうものであり、従来では、かかる監視により、ＦＦユニット４０が正常に動作するか、異常であるかの判定をすることができるものであった。

しかし、異常の要因についてまでは特定することができず、中央監視制御部４４がＦＦユニット４０が設置されているゾーンから遠く離れている場合が多く、場合によっては、ＦＦユニット４０が設置されている建屋とは別の建屋に設置されていることもある。このため、異常の原因が永久磁石モータ２１とモータ制御装置１とが未接続であるという簡単な原因である場合でも、場所が遠く離れているため、その原因を特定することは困難であり、異常状態にあるＦＦユニット４０の設置現場に出向いても、先の第の実施形態でも述べたように、ＦＦユニット２１の外見からその原因を判断することはできないから、原因究明に多くの労力を要することになる。

これに対し、この第３の実施形態では、ＦＦユニット４０は、先の第１の実施形態で示した構成のモータ制御装置１を用いた先の第２の実施形態（図８）の構成を有するものであるから、永久磁石同期モータ２１（図１）の起動時の位置決めモードで、この永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との未接続を検出できるものであり、この検出結果が中央監視制御部４４に送られてモニタ４６に表示され、また、警報が発せられる。このため、この中央監視制御部４４の設置場所に居ながらにして、オペレータはＦＦユニット４０毎の未接続の有無を認識できる。従って、異常が未接続による場合の異常の原因を労力を費やすことなく究明することができ、従って、その復旧も速やかに行なうことができる。

半導体工場でＦＦユニット４０が停止すると、生産工程の停止に至る場合もあり、原因究明に要する時間は短いほどよい。このことから、この第３の実施形態では、永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との未接続が発生すれば、これを速やかに特定できるものであるから、生産が停止する時間を極めて短縮することが可能となる。

次に、各ＦＦユニット４０での永久磁石モータ２１とモータ制御装置１との未接続の検出のタイミングについて、説明する。

ＦＦユニット監視制御システムは、電源の投入により、立ち上げが開始し、立ち上げが完了すると、ＦＦユニット４０毎にポーリングを行なってその永久磁石同期モータを起動させる。この起動のときに、先の第１の実施形態のように、運転モードが設定されて、その位置決めモードでが設定されて永久磁石モータ２１とモータ制御装置１との未接続の有無の検出が行なわれる。そして、次のポーリングがあったとき、この検出結果が中央監視制御部４４に送信され、モニタ４６に表示される。未接続がある場合には、警報が発せられる。

また、ＦＦユニット監視制御システムが電源の投入があってから立ち上げが完了するまで長時間を要するものであるが、より迅速にＦＦユニット４０の運転開始とこの未接続の有無を検出することができるようにすることができる。

即ち、電源の投入とともに、ＦＦユニットコントローラ４２がモータ制御装置１に指令を送り、永久磁石同期モータ２１を起動させて運転を開始させる。この場合、ＦＦユニット監視制御システムは立ち上がっておらず、制御を行なうことはできないが、とりあえず永久磁石同期モータ２１が起動するように設定されるものである。

そして、ＦＦユニット監視制御システムが立ち上がり完了したときには、各ＦＦユニット４０では、永久磁石同期モータ２１は既に起動が完了して回転状態にあるが、ＦＦユニット監視制御システムは、立上りを完了すると、各ＦＦユニット４０に対してポーリングを行ない、これを受けたＦＦユニット４０では、ＦＦユニットコントローラ４２の指令により、モータ制御装置１が永久磁石同期モータ２１に上記の位置決めモードと同様の、通常運転の場合には必要のない徐々に増加する直流のモータ電流Ｉを流すモードに所定時間設定し、このモード中に、モータ制御装置１により、上記のようにして、永久磁石同期モータ１とモータ制御装置との未接続の有無を検出するものである。

これにより、ＦＦユニット監視制御システムでは、その立ち上げ後のポーリングを持つことなく、永久磁石同期モータ１が運転状態にあって、ＦＦユニット４０は稼働状態にあり、最初のポーリングで永久磁石同期モータ１とモータ制御装置との未接続の有無を検出を行なうことができることになる。

次に、本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第４の実施形態について説明する。

この第４の実施形態は、ＦＦユニットのエラー警報動作が正常に行なわれるものであるか否かを、容易に確認できるようにするものである。ここで、エラー警報動作とは、エラーが生じた際に、それを検出して間違いなく警報を発する動作である。

ＦＦユニットをクリーンルームなどに設置する場合、規模の大きいクリーンルームなどの場合、１万台以上のＦＦユニットが設置されることもある。このようにＦＦユニットを設置する際には、夫々毎にエラー警報動作が正常に行なわれるか、確認する場合がある。ＦＦユニットでは、例えば、永久磁石同期モータで過電流が検出されたときなどで、エラー信号を発生して警報を発生させるようにしたエラー警報手段が備わっているが、このエラー警報手段が正常に動作するかどうかを確認するために、永久磁石同期モータに過電流を発生させて警報が発生するか否かを試すようにしている。しかし、クリーンルームなどのエリアでかかるＦＦユニットを数多く使用する場合には、ＦＦユニット１台１台について、このように過電流を発生されてかかるエラー警報手段の動作の確認作業を行なうのは、非常な手間と時間がかかるものである。

この第４の実施形態では、ＦＦユニットに図１に示す構成が用いられているものとして、かかるエラー警報手段の確認作業を容易に行なうことができるようにするために、ＦＦユニットでの図１での警報／表示器２３を通常設けられているエラー警報手段とするものである。即ち、この警報／表示器２３は、永久磁石同期モータ２１に過電流が発生するなどのエラーが発生した場合、これを検出することによって得られるエラー信号によって警報を発するものであって、第４の実施形態では、この警報／表示器２３に未接続検出器２２を接続し、この未接続検出器２２が、上記のようにして、永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との未接続を検出した場合も、このことを表示し、警報を発するものである。

かかる構成において、警報／表示器２３の動作が正常か否かを検出確認する場合には、永久磁石同期モータ２１の電力変換部４との接続を外し、かかる状態で電源を投入して永久磁石同期モータ２１を起動させる。この場合、永久磁石同期モータ２１はモータ制御装置１と未接続の状態にあるから、これが、上記のように、未接続検出器２２によって検出され、警報／表示器２３が正常に動作するものであれば、警報が発せられるものであり、警報／表示器２３が異常であれば、警報は発せられないことになる。

このように、この第４の実施形態では、永久磁石同期モータ２１とモータ制御装置１との接続を外し、永久磁石同期モータ２１を起動させるだけという簡単な作業でもって、エラー警報手段が正常に動作するものでするか否かを迅速に確認することができるものであり、例えば、１万台という多数のＦＦユニットについて、エラー警報動作が正常であるか否かの確認も、手間が掛からず、迅速に行なうことができる。

なお、上記第２〜第４の実施形態では、ＦＦユニットを例に説明したが、本発明は、これに限らず、空気圧縮器やポンプなどの永久磁石同期モータが搭載された機器に同様に適用可能である。

本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第１の実施形態を示す回路構成図である。 図１における電力変換部の回路構成を示すブロック図である。 図１における永久磁石同期モータの起動の際の各運転モード（位置決めモード，同期運転モード，位置センサレスモード）の遷移を示すタイミング図である。 永久磁石同期モータの回転子が位置決めモードの動作で位置決めされる状態を示す図である。 位置決めモードでの永久磁石同期モータの回転子角度θとモータの出力トルクＴｍとの関係を示す図である。 図３での位置決めモードで図４での各相に流れる電流の変化を示す図である。 本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。 図７におけるファンフィルタユニットの一具体例を示す外観斜視図である。 本発明による同期モータの制御方法及び制御装置の第３の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１ モータ制御装置
２ 制御部
３ 電流検出部
４ 電力変換部
２１ 永久磁石同期モータ
２２ 未接続検出器
２３ 警報／表示器
２４ ドライバ回路
２５ インバータ部
２６ 直流電源
２７ａ〜２７ｃ，２８ａ〜２８ｃ 半導体スイッチ
２９ 回転子
３０Ｕ Ｕ相巻線
３０Ｖ Ｖ相巻線
３０Ｗ Ｗ相巻線
３１ 区画
３２ クリーンルーム
３３ ＦＦユニット
３４ 天井
３５ 通気孔
３６ 空気通路
３７ ケーシング
３８ 空気吸込口
３９ 網
４０−１−１〜４０−１−ｎ₁，４０−２−１〜４０−２−ｎ₂，……，４０−ｍ−１〜４０−ｍ−ｎ_k ＦＦユニット
４１ ファン本体
４２ ＦＦユニットコントローラ
４３−１〜４３−ｍ ゾーンコントローラ
４４ 中央監視制御部
４５ キーボード
４６ モニタ
４７ 総括コントローラ
４８ ネットワーク

Claims (7)

1. 同期モータの起動時、モータ制御装置により、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、該位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を該電機子巻線に供給する同期運転モードとを設定する同期モータの制御方法において、
   該位置決めモードにあるとき、該同期モータの該電機子巻線に流れる電流値を検出し、該電流値が予め設定されて閾値以下のとき、該同期モータが該モータ制御装置と未接続であると判定し、警報を発生することを特徴とする同期モータの制御方法。
2. 同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された機器を動作させるための同期モータの制御方法であって、
   該機器を起動させる該同期モータの起動時、モータ制御装置により、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、該位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を該電機子巻線に供給する同期運転モードとを設定し、
   該位置決めモードにあるとき、該同期モータの該電機子巻線に流れる電流値を検出し、該電流値が予め設定されて閾値以下のとき、該同期モータが該モータ制御装置と未接続であると判定することを特徴とする同期モータの制御方法。
3. 同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された複数の機器を管理制御する監視制御システムでの同期モータの制御方法であって、
   該管理制御システムの起動とともに、該複数の機器での該同期モータを起動し、
   該管理制御システムの立ち上げ完了とともに、該複数の機器毎に、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流し、該同期モータの該電機子巻線に流れる電流値を検出して、該電流値が予め設定されて閾値以下のとき、該同期モータが該モータ制御装置と未接続であると判定することを特徴とする同期モータの制御方法。
4. 同期モータとこれを制御するモータ制御装置が搭載された機器を動作させ、該機器にエラーが生じたとき、警報手段によって警報を発生させるようにした同期モータの制御方法であって、
   該機器を起動させる該同期モータの起動とともに、該モータ制御装置により、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードを設定し、該位置決めモードにあるとき、該同期モータの該電機子巻線に流れる電流値を検出し、該電流値が予め設定されて閾値以下のとき、該同期モータが該モータ制御装置と未接続であると判定して、該警報手段によって警報を発生させ、
   該同期モータと該モータ制御装置との接続を外して該同期モータを起動させることにより、該同期モータと該モータ制御装置とが未接続か否かを検出し、この検出結果に応じて該警報手段が警報を発生したか否かに応じて、該警報手段が正常か否かを判定することを特徴とする同期モータの制御方法。
5. 請求項２，３または４において、
   前記機器は、吸込口と吹出口とが形成されたケーシング内に空気を吸い込んで吹き出すファンと、該ファンを回転駆動する同期モータと、該同期モータを制御するモータ制御装置と、該ファンによって吸い込まれた空気を濾過するフィルタ部とを備えたファンフィルタユニットであることを特徴とする同期モータの制御方法。
6. 同期モータのモータ電流を検出する電流検出手段を備え、該電流検出手段で検出された電流値をもとに、該同期モータを制御する同期モータの制御装置において、
   該同期モータは、その起動時、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、該位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を該電機子巻線に供給する同期運転モードとが設定され、
   該同期モータの該位置決めモード時、該電流検出手段で検出された電流値が供給され、該電流値と予め設定された閾値と比較し、該電流値が該閾値を越えたとき、該同期モータが正常に接続されていると判定し、該電流値が該閾値以下のとき、該同期モータが未接続状態にあると判定する未接続検出手段と、
   該未設族検出手段での該同期モータが未接続状態にあるとの判定により、警報を発生する警報手段と
   を設けたことを特徴とする同期モータの制御装置。
7. 吸込口と吹出口とが形成されたケーシング内に空気を吸い込んで吹き出すファンと、該ファンを回転駆動する同期モータと、該同期モータを制御するモータ制御装置と、該ファンによって吸い込まれた空気を濾過するフィルタ部とを備えたファンフィルタユニットに設けられた同期モータの制御装置であって、
   該同期モータを、その起動時、該同期モータの電機子巻線による所定の通流経路に徐々に増加する直流電流を流す位置決めモードと、該位置決めモードに続いて、可変電圧，可変周波数の交流電流を該電機子巻線に供給する同期運転モードとに設定し、
   同期モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、
   該同期モータの該位置決めモード時、該電流検出手段で検出された電流値が供給され、該電流値と予め設定された閾値と比較し、該電流値が該閾値を越えたとき、該同期モータが正常に接続されていると判定し、該電流値が該閾値以下のとき、該同期モータが未接続状態にあると判定する未接続検出手段と、
   該未設族検出手段での該同期モータが未接続状態にあるとの判定により、警報を発生する警報手段と
   を設けたことを特徴とする同期モータの制御装置。

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