JP2013070548A - モータ制御装置、圧縮機およびヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償する。
【解決手段】電流演算手段は、モータの巻線電流に基づいてｄ軸電流およびｑ軸電流を求める。速度制御手段は、回転速度が指令回転速度に一致するように指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を生成する。電流制御手段は、ｄ軸電流およびｑ軸電流が指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流に一致するように制御する。トルクデータ演算手段は、モータの回転角度に応じて記憶手段から基準負荷トルクデータを読み出し、その基準負荷トルクデータからゼロ点設定値を減算するとともにゲインを与えた負荷トルクデータを求める。変化傾向判断手段は、速度変動幅演算手段が求める回転速度の変動幅の変化傾向を判断する。ゲイン調整手段は、回転速度の変動幅が減少傾向であると判断されるようにゲインの値を調整する。補正手段は、負荷トルクデータをモータのトルク定数で除算した電流に基づいて指令ｑ軸電流補正値を演算し、その指令ｑ軸電流補正値により指令ｑ軸電流を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、モータ制御装置、そのモータ制御装置を用いた圧縮機、および、その圧縮機を用いたヒートポンプ装置に関する。

例えば冷蔵庫やエアコン等に使用される冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、減圧器および蒸発器等から構成され、その冷凍サイクルの冷却能力を可変にするために、能力可変式の圧縮機が用いられている。そのような圧縮機に用いられるモータの回転速度の制御は、目標回転速度と、モータの実際の回転速度との差に応じた制御量を出力するようにフィードバック制御を行う。そして、従来のフィードバック制御では、モータの１回転中に印加電圧を複数回制御することにより、目標回転速度と実際の回転速度とを一致させるようにしている。

しかしながら、圧縮機は、１回転中における負荷トルクの変動が大きいため、上記のように単純なフィードバック制御ではトルク変動を除去することが困難であり、圧縮機全体がモータの回転方向に振動し、これを搭載した冷蔵庫やエアコン等の振動および騒音の発生源となり、商品性を損なうという問題がある。上記問題を解決するため、モータをベクトル制御することで得られるｑ軸電流に補正値を加えることで負荷トルクの変動を補償するといった技術が種々考案されている。

特開２００８−２４５５０６号公報

そこで、実際の負荷トルクの変動態様に一致するように、トルク変動を補償することができるモータ制御装置、そのモータ制御装置を用いた圧縮機、および、その圧縮機を用いたヒートポンプ装置を提供する。

本実施形態のモータ制御装置は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御するものであり、電流検出手段、電流演算手段、速度制御手段、電流制御手段、記憶手段、トルクデータ演算手段、速度変動幅演算手段、変化傾向演算手段、ゲイン調整手段および補正手段を備えている。電流検出手段は、モータの巻線に流れる電流を検出する。電流演算手段は、検出した電流に基づいて励磁成分電流であるｄ軸電流とトルク成分電流であるｑ軸電流とを求める。速度制御手段は、モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を生成する。電流制御手段は、ｄ軸電流およびｑ軸電流がそれぞれ指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流に一致するように制御する。記憶手段は、負荷を所定の条件で駆動した場合における各回転角度毎の負荷のトルクを示す基準負荷トルクデータが記憶される。トルクデータ演算手段は、モータの回転角度に応じて記憶手段から基準負荷トルクデータを読み出し、その基準負荷トルクデータから一定のゼロ点設定値を減算するとともに、所定のゲインを与えた負荷トルクデータを求める。速度変動幅演算手段は、モータの回転速度の変動幅を求める。変化傾向判断手段は、回転速度の変動幅の変化傾向を判断する。ゲイン調整手段は、変化傾向判断手段により回転速度の変動幅が減少傾向であると判断されるようにゲインの値を調整する。補正手段は、負荷トルクデータをモータのトルク定数で除算した電流に基づいて指令ｑ軸電流補正値を演算し、その指令ｑ軸電流補正値により指令ｑ軸電流を補正する。

本実施形態を示すもので、モータ制御装置の機能ブロック図 ｑ軸電流補正部の構成を示す機能ブロック図 エアコンディショナの冷凍サイクルを示す図 速度変動幅比較部の制御内容を示すフローチャート 圧縮機を代表的な駆動条件で駆動した場合のトルク変動を示す図 トルク制御部の制御内容を示すフローチャート カウント値の推移を示す図 回転速度の変動幅の推移を示す図

以下、エアコンディショナの圧縮機に組み込まれたモータを制御するモータ制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図３は、エアコンディショナの冷凍サイクルの概略構成を示している。図３に示すように、エアコンディショナＥのヒートポンプ装置１を構成する圧縮機２（負荷に相当）は、圧縮部３とモータ４とを同一の鉄製密閉容器５内に収容して構成され、モータ４のロータシャフトが圧縮部３に連結されている。圧縮機２、四方弁６、室内側熱交換器７（第１熱交換器に相当）、減圧装置８および室外側熱交換器９（第２熱交換器に相当）は、冷媒通路（熱伝達媒体流路に相当）であるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。なお、圧縮機２は、例えばロータリ型のコンプレッサであり、モータ４は、例えば三相ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

暖房時には、四方弁６は実線で示す状態となっている。このため、圧縮機２の圧縮部３で圧縮された高温冷媒（熱伝達媒体に相当）は、四方弁６から室内側熱交換器７に供給されて凝縮し、その後、減圧装置８で減圧され、低温となって室外側熱交換器９に流れ、そこで蒸発して圧縮機２へと戻る。一方、冷房時には、四方弁６は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機２の圧縮部３で圧縮された高温冷媒は、四方弁６から室外側熱交換器９に供給されて凝縮し、その後、減圧装置８で減圧され、低温となって室内側熱交換器７に流れ、そこで蒸発して圧縮機２へと戻る。室内側熱交換器７および室外側熱交換器９には、それぞれファン１０および１１により送風が行われるようになっている。この送風により、室内側熱交換器７および室外側熱交換器９と、室内空気および室外空気との熱交換が効率良く行われるように構成されている。

図１は、モータ４の回転をベクトル制御するモータ制御装置２１の構成を機能ブロックにより示したものである。ベクトル制御では、電機子巻線に流れる電流を、界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整し、磁束と発生トルクとを制御する。電流制御には、モータ４の回転子とともに回転する座標系、いわゆるｄ−ｑ座標系で表した電流値が用いられるが、ｄ軸は回転子に取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向である。ｑ軸電流Ｉｑは回転トルクを発生させる成分（トルク成分電流）であり、ｄ軸電流Ｉｄは磁束を作る成分（励磁または磁化成分電流）である。

モータ制御装置２１は、電流制御部２２、回転位置推定部２３、速度制御部２４、ＰＷＭ形成部２５、インバータ回路２６、回転角度補正部２７およびｑ軸電流補正部２８を備えている。電流制御部２２は、減算器２９ｄ、２９ｑ、ＰＩＤ制御器３０ｄ、３０ｑ、ｄｑ／αβ座標変換器３１、αβ／ＵＶＷ座標変換器３２、ＵＶＷ／αβ座標変換器３３およびαβ／ｄｑ座標変換器３４を備えている。なお、本実施形態では、減算器２９ｄ、２９ｑおよびＰＩＤ制御器３０ｄ、３０ｑにより電流制御手段３５が構成され、ＵＶＷ／αβ座標変換器３３およびαβ／ｄｑ座標変換器３４により電流演算手段３６が構成される。

インバータ回路２６は、スイッチング素子例えばＩＧＢＴ２６ap、２６an、…を３相ブリッジの回路形態に接続してなる周知の電圧形インバータであって、各下アーム側スイッチング素子と負側の直流電源線との間にはシャント抵抗２６ｒが設けられている。本実施形態では、各シャント抵抗２６ｒの端子電圧に基づいて、モータ４の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが検出されるようになっている。すなわち、本実施形態では、各シャント抵抗２６ｒが電流検出手段に相当する。なお、電流検出手段として、例えばインバータ回路２６の出力端子とモータ４の端子との間にホールＣＴからなる電流検出器を設ける構成としてもよい。

上記した構成により検出される電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ＵＶＷ／αβ座標変換器３３により２相電流Ｉα、Ｉβに変換される。これら２相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ座標変換器３４により、さらにｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換される。α、βは、モータ４の固定子に固定された２軸座標系の座標軸である。このαβ／ｄｑ座標変換器３４における座標変換の計算には、後述する回転子の推定回転角度θｅ（α軸とｄ軸との位相差の推定値）が用いられる。

減算器２９ｄは、速度制御部２４から与えられる指令ｄ軸電流Ｉdrefからｄ軸電流Ｉｄを減算してｄ軸電流偏差ΔＩｄを求める。減算器２９ｑは、速度制御部２４から与えられる指令ｑ軸電流Ｉqrefからｑ軸電流Ｉｑを減算するとともに、さらにｑ軸電流補正部２８から与えられる指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを加算してｑ軸電流偏差ΔＩｑを求める。

ＰＩＤ制御器３０ｄ、３０ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑに対するＰＩＤ演算を実行し、ｄ−ｑ座標系で表された指令ｄ軸電圧Ｖｄおよび指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成する。指令ｄ軸電圧Ｖｄおよび指令ｑ軸電圧Ｖｑは、ｄｑ／αβ座標変換器３１によりα−β座標系で表した値に変換され、さらにαβ／ＵＶＷ座標変換器３２により固定子の各相指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／αβ座標変換器３１における座標変換の計算にも、回転子の推定回転角度θｅが用いられる。

各相指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ形成部２５に入力される。ＰＷＭ形成部２５では、指令電圧に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。ＰＷＭ形成部２５で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路２６を構成する各スイッチング素子２６ap、２６an、…のゲートに与えられ、それにより各相指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに一致するＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されてモータ４の電機子巻線に印加される。

上記構成において、減算器２９ｄ、２９ｑおよびＰＩＤ制御器３０ｄ、３０ｑによるＰＩＤ演算によってフィードバック制御が行われる。これにより、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑは、それぞれ指令ｄ軸電流Ｉdrefおよび指令ｑ軸電流補正値Iqcが加算された指令ｑ軸電流Ｉqrefに一致するように制御される。

回転位置推定部２３は、回転子の回転角度θ（回転位置）の推定値である推定回転角度θｅ（推定回転位置）および回転速度ωの推定値である推定回転速度ωｅを推定するものであり、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑおよび指令ｄ軸電圧Ｖｄが入力されている。回転位置推定部２３には、モータ４の回路定数である電機子巻線のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑおよび巻線抵抗値Ｒの各値が記憶されている。

回転位置推定部２３は、これら入力値および回路定数を用いて、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅｄを下記（１）式に基づいて計算する。
Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−Ｌｄ・ｐ・Ｉｄ＋ωｅ・Ｌｑ・Ｉｑ …（１）
ここで、ｐは微分演算子である。回転位置推定部２３において、この誘起電圧推定値Ｅｄに対するＰＩＤ演算が実行されることにより、その結果が回転子の推定回転速度ωｅとして出力される。この推定方法によれば、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅｄはゼロに収束する。推定回転速度ωｅが積分されることにより、その値が推定回転角度θｅとして出力される。推定回転速度ωｅは、速度制御部２４およびｑ軸電流補正部２８に与えられる。推定回転角度θｅは、回転角度補正部２７、ｄｑ／αβ座標変換器３１およびαβ／ｄｑ座標変換器３４に与えられる。

速度制御部２４（速度制御手段に相当）には、エアコンディショナの運転を制御する外部の制御装置（図示せず）から出力される指令回転速度ωrefが入力されている。減算器３７ｑは、指令回転速度ωrefから回転位置推定部２３で推定された推定回転速度ωｅを減算して速度偏差Δωを求め、ＰＩＤ制御器３８は、速度偏差Δωに対するＰＩＤ演算を実行して指令ｑ軸電流Ｉqrefを生成する。指令ｄ軸電流Ｉdrefは一定値（本実施形態ではゼロ）としている。指令ｄ軸電流Ｉdrefおよび指令ｑ軸電流Ｉqrefは、電流制御部２２に与えられ、前述したようにモータ４のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑがそれらの指令値に一致するように制御される。以上のような制御の結果、推定回転速度ωｅが指令回転速度ωrefに一致するようになっている。

回転角度補正部２７（回転角度補正手段に相当）は、回転位置推定部２３により推定されたモータ４の推定回転角度θｅを所定角度だけ増減させた補正推定回転角度θｅ’を出力する。上記所定角度の増減は、使用者による変更が可能となっている。ｑ軸電流補正部２８には、上記した指令回転速度ωrefが与えられている。ｑ軸電流補正部２８は、推定回転速度ωｅ、補正推定回転角度θｅ’、指令回転速度ωref、後述する負荷トルクデータなどに基づいて負荷トルクの周期的な変動分に相当する指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを演算し、電流制御部２２の減算器２９ｑに出力する。これにより、モータ４のｑ軸電流Ｉｑは、負荷トルクの周期的な変動に対応して変化する。

図２は、ｑ軸電流補正部２８の構成を示すブロック図である。ｑ軸電流補正部２８は、速度変動幅演算部５１（速度変動幅演算手段に相当）、速度変動幅比較部５２、トルク制御部５３（変化傾向判断手段およびゲイン調整手段に相当）、記憶部５４（記憶手段に相当）、トルクデータ演算部５５（トルクデータ演算手段に相当）、ゼロ点設定値取得部５６および指令ｑ軸電流補正値演算部５７（補正手段に相当）から構成されている。

速度変動幅演算部５１は、補正推定回転角度θｅ’と推定回転速度ωｅとに基づいて、モータ４が機械角で１回転する期間の推定回転速度ωｅの変動幅ωｗを演算する。本実施形態では、モータ４の回転角度（機械角）が所定の起点角度（例えば５度）となる度に、その時点から１回転前までの期間における変動幅ωｗが算出される。なお、変動幅ωｗが算出されるタイミングは回転角度が５度のときに限らず、所定の回転角度に設定すればよい。

速度変動幅演算部５１は、モータ４の補正推定回転角度θｅ’（以下では単に回転角度θｅ’という）の所定の演算周期毎に推定回転速度ωｅの値を取得している。なお、演算周期は、メイン関数の実行周期でもよいし、割り込み関数の実行周期でもよい。速度変動幅演算部５１は、１回転前の変動幅ωｗの演算タイミングから１つ後の演算周期において、推定回転速度ωｅの現在値と後述する初期値にセットされた仮最大値との比較を行い、大きい方の値を仮最大値として保持する。この後は、現在値と仮最大値との比較を繰り返し行い、順次仮最大値を更新していく。その後、当該１回転の変動幅ωｗの演算タイミングにおいて、最終的に保持されている仮最大値を当該１回転中の最大値として取得する。また、このとき、仮最大値を、推定回転速度ωｅの想定される範囲の値より十分に小さい値、例えば‘０’に置き換える（初期値のセット）。これにより、今回の仮最大値の値が、次の１回転中の最大値の算出に影響を及ぼさないので、各１回転中の最大値を正確に算出できる。

この最大値の算出方法と同様の方法で最小値も算出する。つまり、１回転前の変動幅ωｗの演算タイミングから１つ後の演算周期において、推定回転速度ωｅの現在値と後述する初期値にセットされた仮最小値との比較を行い、小さい方の値を仮最小値として保持する。この後は、現在値と仮最小値との比較を繰り返し行い、順次仮最小値を更新していく。その後、当該１回転の変動幅ωｗの演算タイミングにおいて、最終的に保持されている仮最小値を当該１回転中の最小値として取得する。また、このとき、仮最小値を、推定回転速度ωｅの想定される範囲の値より十分に大きい値、例えば‘１０００’に置き換える（初期値のセット）。これにより、今回の仮最小値の値が、次の１回転中の最小値の算出に影響を及ぼさないので、各１回転中の最小値を正確に算出できる。このようにして算出した最大値および最小値との差から１回転中の回転速度の変動幅ωｗが求められる。

速度変動幅演算部５１は、このようにして求められる変動幅ωｗを変動幅比較部５２に対して出力する。速度変動幅比較部５２は、与えられる変動幅ωｗを図示しない記憶部に順次記憶する。速度変動幅比較部５２は、変動幅ωｗが与えられると、記憶部から前回記憶した変動幅ωｗを読み出し、今回与えられた変動幅ωｗ（今回の１回転中の変動幅ωｗ）と、読み出した変動幅ωｗ（前回の１回転中の変動幅ωｗ）とを比較し、その比較結果に従って増減するカウント値cntを出力する。

図４は、速度変動幅比較部５２の制御内容を示すフローチャートである。図４に示すように、最初に実行されるステップＳ１において、カウント値cntがゼロに初期化される（cnt=0）。その後、変動幅ωｗの演算タイミング（回転角度θｅ’＝５度）に達すると（ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、現在（今回）の変動幅ωｗおよび前回の変動幅ωｗが比較される。

上記比較の結果、現在の変動幅ωｗが前回の変動幅ωｗより小さいと判断される場合、つまり変動幅ωｗが減少傾向であると判断される場合（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）にはステップＳ４に進む。ステップＳ４では、カウント値cntが「１」だけインクリメントされる（cnt=cnt+1）。続くステップＳ５では、カウント値cntが上限値を上回っているか否かが判断される。本実施形態では、カウント値cntの上限値は、例えば「１０」としている。カウント値cntが上限値以下である場合（ステップＳ５で「ＮＯ」）、ステップＳ６を実行することなく、ステップＳ７に進む。カウント値cntが上限値を上回っている場合（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、カウント値cntが上限値に置き換えられる（cnt＝上限値）。すなわち、カウント値cntは上限値でクリップされる。ステップＳ６の実行後はステップＳ７に進む。

一方、ステップＳ３において、現在の変動幅ωｗが前回の変動幅ωｗより大きいと判断される場合、つまり変動幅ωｗが増加傾向であると判断される場合（ステップＳ３で「ＮＯ」）にはステップＳ８に進む。ステップＳ８では、カウント値cntが「１」だけデクリメントされる（cnt=cnt-1）。続くステップＳ９では、カウント値cntが下限値を下回っているか否かが判断される。本実施形態では、カウント値cntの下限値は、例えば「−１０」としている。カウント値cntが下限値以上である場合（ステップＳ９で「ＮＯ」）、ステップＳ１０を実行することなく、ステップＳ７に進む。カウント値cntが下限値を下回っている場合（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、カウント値cntが下限値に置き換えられる（cnt=下限値）。すなわち、カウント値cntは下限値でクリップされる。ステップＳ１０の実行後はステップＳ７に進む。

このように、速度変動幅比較部部５２は、変動幅ωｗの変化傾向に応じてカウント値cntを増減し、そのカウント値cntをトルク制御部５３に対して出力する（ステップＳ７）。なお、カウント値cntの上限値および下限値は、上記した値に限らずともよく、モータ制御装置２１の仕様（負荷トルクの変動に対する振動抑制の追従性など）に応じて適宜変更すればよい。

トルク制御部５３は、モータ４が機械角で１回転する度にカウント値cntを参照し、その参照結果に基づいて回転速度の変動幅ωｗの変化傾向を判断する機能（変化傾向判断手段）を有する。また、トルク制御部５３は、変動幅ωｗが減少傾向であると判断されるように、後述するトルク制御ゲインの値を調整する機能（ゲイン調整手段）を有する。

詳細は後述するが、トルク制御部５３は、指令回転速度ωrefおよびカウント値cntに基づいてトルク制御ゲインＧを設定する。トルク制御ゲインＧは、ｑ軸電流Ｉｑの変動態様つまり発生トルクの変動態様が負荷トルクの変動態様に一致するように指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを調整するためのものである。発生トルクおよび負荷トルクの変動態様が一致するほど、回転速度の変動幅ωｗは小さくなる。従って、トルク制御部５３は、前述したように、回転速度の変動幅ωｗが減少傾向であると判断されるようにトルク制御ゲインＧの値を設定する。

なお、本実施形態では、トルク制御ゲインＧの設定を行うタイミングは、前述した回転速度の変動幅ωｗを演算するタイミングと同じにしている。すなわち、トルク制御ゲインＧの設定を行うタイミングはモータ４の機械角での１回転毎であり、例えば回転角度が５度のときである。なお、このトルク制御ゲインＧを設定するタイミングについても、回転角度が５度のときに限らず、所定の回転角度に設定すればよい。トルク制御ゲインＧは、負荷トルクデータにおける負荷トルクの大きさを調整することで間接的に指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを調整するためのものであり、トルクデータ演算部５５に与えられる。

記憶部５４には、モータ４の回転角度と、各回転角度（例えば１度毎）に対応した負荷トルクを示すデータとが対応付けられた基準負荷トルクデータが記憶されている。図５は、このような基準負荷トルクデータの一例を示している。本実施形態における基準負荷トルクデータは、例えば、エアコンディショナＥの冷房運転時において圧縮機２を低速で駆動する場合の負荷トルクの変動分に対応している。なお、基準負荷トルクデータは、所定の駆動条件で圧縮機２を駆動する場合における負荷トルクの変動分に対応するものであればよい。

トルクデータ演算部５５は、記憶部５４から補正推定回転角度θｅ’に応じた基準負荷トルクデータを読み出す。その読み出された基準負荷トルクデータは、ゼロ点設定値取得部５６にも与えられる。ゼロ点設定値取得部５６は、モータ４の１回転分に対応する基準負荷トルクデータの平均値を算出し、その平均値をゼロ点設定値として取得する。そのゼロ点設定値は、トルクデータ演算部５５に与えられる。トルクデータ演算部５５は、読み出した基準負荷トルクデータからゼロ点設定値を減算するとともに、トルク制御ゲインＧを与えることにより、負荷トルクデータを求める。

トルクデータ演算部５５は、求めた負荷トルクデータを指令ｑ軸電流補正値演算部５７に与える。指令ｑ軸電流補正値演算部５７は、負荷トルクデータをモータ４のトルク定数で除算することにより電流に変換し、指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを演算する。なお、本実施形態では、指令ｑ軸電流補正値演算部５７が補正手段に相当する。

続いて、トルク制御部５３でのトルク制御ゲインＧの設定方法について図６および図７を参照して説明する。図６は、トルク制御部５３におけるトルク制御ゲインＧに関する制御内容を示すフローチャートである。まず、ステップＴ１では、本制御で使用する変数Ｇadj、ｘを初期値に設定する（Ｇadj＝１、ｘ＝０）。その後、モータ４の機械角での１回転の起点（回転角度θｅ’＝５度）に達する度（ステップＴ２で［ＹＥＳ］）、ステップＴ３以降の処理が実行される。ステップＴ３では、指令回転速度ωrefの値に変化が無いか否かが判断される。指令回転速度ωrefの値に変化がある場合（ＮＯ）、ステップＴ４に進む。

さて、指令回転速度ωrefが変化すると、実際の負荷トルクも変化する。具体的には、指令回転速度ωrefが増加すると負荷トルクが大きくなり、指令回転速度ωrefが減少すると負荷トルクが小さくなる。そこで、本実施形態では、次のように、指令回転速度ωrefの変化に応じてトルク制御ゲインＧを増減する。すなわち、ステップＴ４では、指令回転速度ωrefが増加したか否かが判断される。指令回転速度ωrefが増加した場合（ステップＴ４で「ＹＥＳ」）、ステップＴ５に進む。ステップＴ５では、変数Ｇadjが１に設定される。一方、指令回転速度ωrefが減少した場合（ステップＴ４で「ＮＯ」）、ステップＴ６に進む。ステップＴ６では、変数Ｇadjが０に設定される。

ステップＴ５またはＴ６の実行後は、ステップＴ７に進む。ステップＴ７では、変数Ｇadjの値が確認される。変数Ｇadjが１である場合（ステップＴ７で「ＹＥＳ」）、ステップＴ８に進む。ステップＴ８では、現在のトルク制御ゲインＧの値に対し、所定値ΔＧだけ加算されたものが、新たなトルク制御ゲインＧの値として設定される（Ｇ＝Ｇ＋ΔＧ）。一方、変数Ｇadjが０である場合（ステップＴ７で「ＮＯ」）、ステップＴ９に進む。ステップＴ９では、現在のトルク制御ゲインＧの値に対し、所定値ΔＧだけ減算されたものが、新たなトルク制御ゲインＧの値として設定される（Ｇ＝Ｇ−ΔＧ）。ステップＴ８またはＴ９の実行後は、ステップＴ２に戻る。

このように、本実施形態では、指令回転速度ωrefの値に変化がある場合、カウント値cnt（回転速度の変動幅ωｗ）に基づいたトルク制御ゲインＧの設定（後述する）を行うことなく、トルク制御ゲインＧを強制的に増減する。具体的には、指令回転速度ωrefが増加した場合にはトルク制御ゲインＧの値を増加させ、指令回転速度ωrefが減少した場合にはトルク制御ゲインＧの値を減少させる。つまり、トルク制御部５３は、指令回転速度ωrefが増加する方向に変化すると、その変化量に応じてトルク制御ゲインＧを増加し、指令回転速度ωrefが減少する方向に変化すると、その変化量に応じてトルク制御ゲインＧを減少する。

一方、指令回転速度ωrefの値に変化が無い場合（ステップＴ３で「ＹＥＳ」）、ステップＴ１０に進む。さて、前述したように、カウント値cntの初期値はゼロであり、回転速度の変動幅ωｗが減少傾向のときにインクリメントされるとともに、増加傾向のときにデクリメントされるようになっている。そのため、カウント値cntは、変動幅ωｗが強い減少傾向のときには必ず正の値であり、強い増加傾向のときには必ず負の値であると考えられる。

図７は、このようなカウント値cntの推移の一例を示している。図７に示すように、カウント値cntが上限値にクリップされている期間Ｔａにおいては、変動幅ωｗは強い減少傾向であると考えられる。そのため、この期間Ｔａでは、トルク制御ゲインＧの増減方向を維持することが望ましい。カウント値cntが下限値にクリップされる期間Ｔｃにおいては、変動幅ωｗは強い増加傾向であると考えられる。そのため、この期間Ｔｃでは、トルク制御ゲインＧの増減方向を反転することが望ましい。上記各期間Ｔａ、Ｔｃの間の期間Ｔｂにおいては、変動幅ωｗは緩やかな減少傾向または増加傾向であると考えられる。そのため、この期間Ｔｂでは、カウント値cntの極性に応じてトルク制御ゲインＧを増減すればよい。

このようなことを踏まえ、本実施形態では、次のように、カウント値cntに応じてトルク制御ゲインＧを増減する。すなわち、ステップＴ１０では、カウント値cntの極性が判断される。カウント値cntが正の値である場合（ステップＴ１０で「ＮＯ」）、ステップＴ１１に進む。ステップＴ１１では、変数Ｇadjが１に設定される。ステップＴ１１の実行後はステップＴ７を経由してステップＴ８に進み、トルク制御ゲインＧがΔＧだけ増加される。

一方、カウント値cntが負の値である場合（ステップＴ１０で「ＹＥＳ」）、ステップＴ１２に進む。ステップＴ１２では、カウント値cntが下限値であるか否かが判断される。なお、以下では、カウント値cntが下限値である状態を下べた状態とも称す。カウント値cntが下限値を上回っている場合（ステップＴ１２で「ＮＯ」）、ステップＴ１３に進む。ステップＴ１３では、変数ｘがゼロに初期化される（ｘ＝０）。続くステップＴ１４では、変数Ｇadjが０に設定される。ステップＴ１４の実行後はステップＴ７を経由してステップＴ９に進み、トルク制御ゲインＧがΔＧだけ減少される。

カウント値cntが下限値である場合、つまり下べた状態である場合（ステップＴ１２で「ＹＥＳ」）、ステップＴ１５に進む。ステップＴ１５では、変数ｘが１だけインクリメントされる（ｘ＝ｘ＋１）。つまり、変数ｘは、下べた状態であると判断される度にインクリメントされる。ただし、変数ｘは、下べた状態が解消された場合（ステップＴ１２で「ＮＯ」）、初期値に戻される（ｘ＝０）。続くステップＴ１６では、変数ｘが所定の判定値（本実施形態では「３」）より大きいか否かが判断される。つまり、４回連続して下べた状態であると判断されたか否かが判断される。なお、上記判定値は、３に限らずともよく、２でもよいし、４以上でもよい。下べた状態の連続回数が３回未満の場合（ステップＴ１６で「ＮＯ」）、ステップＴ７に進む。そして、そのときの変数Ｇadjの値に応じてトルク制御ゲインＧの値が増減される。

これに対し、下べた状態の連続回数が４回に達した場合（ステップＴ１６で「ＹＥＳ」）、ステップＴ１７に進む。ステップＴ１７では、変数ｘがゼロに初期化される（ｘ＝０）。続くステップＴ１８では、変数Ｇadjの値が確認される。変数Ｇadjが０である場合（ステップＴ１８で「ＹＥＳ」）、ステップＴ１９に進む。ステップＴ１９では、変数Ｇadjが１に設定される。一方、変数Ｇadjが１である場合（ステップＴ１８で「ＮＯ」）、ステップＴ２０に進む。ステップＴ２０では、変数Ｇadjが０に設定される。つまり、下べた状態の連続回数が４回に達すると、変数Ｇadjの値が反転される。ステップＴ１９の実行後はステップＴ８に進み、トルク制御ゲインＧがΔＧだけ増加される。また、ステップＴ２０の実行後はステップＴ９に進み、トルク制御ゲインＧがΔＧだけ減少される。

トルク制御部５３は、上記制御により、モータ４が機械角で１回転する度にトルク制御ゲインＧの値を増減（変化）させる。トルクデータ演算部５５では、このように増減されるトルク制御ゲインＧに応じて負荷トルクデータ（における負荷トルクの大きさ）が調整されることになる。

次に、上記構成のモータ制御装置２１を用いてモータ４の制御を行う場合の動作について図８も参照して説明する。まず、モータ制御装置２１は、モータ４を例えば強制転流により始動させる。その後、エアコンディショナＥの運転を制御する外部の制御装置から与えられる指令回転速度ωrefに基づいてモータ４の回転速度をフィードバック制御する（定常運転状態）。ｑ軸電流補正部２８では、モータ４の始動時から指令ｑ軸電流補正値Ｉqcの演算が継続して実施される。つまり、モータ制御装置２１では、モータ４の運転中、トルク変動に対する補償が継続して実施される。

図８は、回転速度の変動幅ωｗの推移の一例を示している。モータ４の始動が開始される以前においては、指令ｑ軸電流補正値Ｉqcの演算、ひいてはトルク制御ゲインＧの演算は行われていない。そのため、トルク制御ゲインＧの演算が開始された時点では、発生トルクおよび負荷トルクの差が大きく、回転速度の変動幅ωｗが高い値を示す（例えば、図８の時点ｔａ付近の期間）。この場合、トルク制御ゲインＧを増加させれば必ず変動幅ωｗが減少するため、トルク制御ゲインＧの増加を続けることにより、変動幅ωｗが次第に小さくなる。そして、変動幅ωｗが最小となるトルク制御ゲインＧの値を境に、変動幅ωｗが増加に転じる（図８の時点ｔｃ）。

変動幅ωｗが増加傾向に転じることにより、カウント値cntも減少に転じる。ただし、トルク制御ゲインＧの増加はカウント値cntが負の値になるまで継続される。そして、カウント値cntが負の値に転じると、トルク制御ゲインＧが減少に転じて変動幅ωｗも減少する。トルク制御ゲインＧの減少を続けることにより、変動幅ωｗが次第に小さくなる。その後、変動幅ωｗが最小となるトルク制御ゲインＧの値を境に、変動幅ωｗが増加に転じる（図８の時点ｔｃ）。ただし、トルク制御ゲインＧの減少はカウント値cntが正の値になるまで継続される。そして、カウント値cntが正の値に転じると、トルク制御ゲインＧが増加に転じて変動幅ωｗも減少する。

以降は、このような動作が繰り返されることになる。従って、トルク制御ゲインＧは、その最適値（変動幅ωｗが最小となる値）を中心に振動する波形（三角波状の波形）となる。つまり、トルク制御ゲインＧは、若干の変動はあるものの、概ね変動幅ωｗが最小となる値に収束することになる。なお、カウント値cntについても、上記トルク制御ゲインＧと同様に、ゼロを中心に振動する波形となる。

ｑ軸電流補正部２８では、上記したように最適値に収束するトルク制御ゲインＧを用いた演算により、指令ｑ軸電流補正値Ｉqcが求められる。そして、この指令ｑ軸電流補正値Ｉqcは、減算器２９ｑに出力され、指令ｑ軸電流Ｉqrefに指令ｑ軸電流補正値Ｉqcが加算される。モータ４の運転中、このような動作が繰り返し実行されることにより、圧縮機２の負荷トルクの周期的な変動によるモータ４の回転速度の変動が抑制される。

以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置２１は、圧縮機２を所定の駆動条件で駆動する場合の負荷トルクの変動分に対応した基準負荷トルクデータからその基準負荷トルクデータの平均値を減算するとともにトルク制御ゲインＧを与えた負荷トルクデータなどに基づいて指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを演算し、その指令ｑ軸電流補正値Ｉqcを電流制御部２２の減算器２９ｑに出力するｑ軸電流補正部２８を備えた構成とした。

このような構成によれば、減算器２９ｑにおいて、そのときの圧縮機２の駆動条件に対応した負荷トルクの変動分に相当する指令ｑ軸電流補正値Ｉqcが指令ｑ軸電流Ｉqrefに加算される。これにより、エアコンディショナＥの運転条件、つまり圧縮機２の駆動条件を考慮した上で圧縮機２の周期的な負荷トルク変動に伴う回転速度変動を抑制できる。つまり、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動を補償することができる。また、トルク変動を補償してモータ４を制御することにより、圧縮機２を駆動する際の騒音および振動を抑制するとともに駆動効率（省エネ効果）を向上させることが可能となる。

ｑ軸電流補正部２８は、モータ４の１回転毎の回転速度の変動幅ωｗを求める速度変動演算部５２と、変動幅ωｗの変化傾向に応じて増減するカウント値cntを出力する速度変動幅比較部５３と、変動幅ωｗが減少傾向となるようにトルク制御ゲインＧの値を調整するトルク制御部５３とを備えた構成とした。このような構成によれば、モータ４の回転速度の変動幅ωｗが小さくなるように指令ｑ軸電流補正値Ｉqcが調整されるため、記憶部５４に記憶された基準負荷トルクデータが、実際の圧縮機２の駆動条件に完全に対応する最適なものでない場合であっても、トルク変動補償の精度低下を防止できる。

モータ４の推定回転角度θｅを所定角度だけ進めた補正推定回転角度θｅ’をｑ軸電流補正部２８に出力する回転角度補正部２７を設けた。これにより、ｑ軸電流補正部２８の演算処理による遅れ、回転位置推定部２３による速度推定の遅れなどを補償することができる。また、上記所定角度の増減は、使用者による変更が可能となっている。上記所定角度を増減することにより、トルクデータ演算部５５により演算される負荷トルクデータ、ひいては指令ｑ軸電流補正値演算部５７により演算される指令ｑ軸電流補正値Ｉqcの態様が変化する。従って、ユーザは、量産試験などの段階において、上記所定角度を調整することで、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動の補償具合を微調整することが可能となる。

ｑ軸電流補正部２８は、モータ４の始動時からトルク制御ゲインＧの演算、ひいては指令ｑ軸電流補正値Ｉqcの演算を継続して実施する。つまり、モータ制御装置２１では、モータ４の運転中、トルク変動に対する補償が継続して実施される。そのため、例えば、運転中に圧縮機２の駆動条件が変更されるなどして負荷トルクの変動態様が変化した場合、トルク制御ゲインＧが最適値に収束するまでに所定の時間を要するものの、その後は、変更された駆動条件における負荷トルクの変動態様に一致するようにトルク変動が補償される。つまり、本実施形態によれば、負荷が変化した場合でも、その変化した負荷トルクに追従して発生トルクを変化させることが可能となる。

また、トルク制御部５３は、指令回転速度ωrefの値に変化がある場合、カウント値cnt（回転速度の変動幅ωｗ）に基づいたトルク制御ゲインＧの設定を行うことなく、トルク制御ゲインＧを強制的に増減する。例えば、エアコンディショナＥにおける風量や運転が切り替えられたことにより、指令回転速度ωrefが変化すると、実際の負荷トルクも変化する。本実施形態によれば、このように負荷トルクが変化した場合であっても、その変化に追従したトルク変動補償を行うことができる。

トルク制御部５３は、カウント値cntが負の値である場合、トルク制御ゲインＧの値を減少させる。通常は、これにより、回転速度の変動幅ωｗが減少傾向に転じるが、負荷トルクの変動態様によっては、逆に回転速度の変動幅ωｗが増加傾向のままとなる場合がある。このような場合、トルク制御ゲインＧの値の減少を続けたとしても、変動幅ωｗは一向に減少せず、カウント値cntは下限値にクリップされた状態（下べた状態）になる。このような状態のままでは、トルク変動補償が行われないことになる。

そこで、トルク制御部５３は、下べた状態であるとの判断が４回連続して行われると、トルク制御ゲインＧの増減方向を反転する。このようにすることで、トルク制御ゲインＧの値が増加に転じ、回転速度の変動幅ωｗが減少傾向に転じる可能性が高まる。なお、稀に、トルク制御ゲインＧの増減方向を反転しても、変動幅ωｗが減少に転じない場合がある。本実施形態では、下べた状態であるとの判断が４回連続して行われる度にトルク制御ゲインＧの増減方向が反転されるので、上記した稀なケースであっても、変動幅ωｗを減少させるようにトルク制御ゲインＧの値を調整することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
複数の駆動条件（冷房運転−低速駆動、冷房運転−高速駆動、暖房運転−低速駆動、暖房運転−高速駆動など）における圧縮機２の負荷トルクの変動分にそれぞれ対応する複数の基準負荷トルクデータを記憶部５４に記憶させておき、このうち圧縮機２の駆動状態に最も近い種類のものをトルクデータ演算部５５が読み出すようにしてもよい。このようにすれば、実運転時における負荷の様々な駆動条件を一層考慮したトルク変動補償を行うことが可能となる。
回転角度補正部２７は、トルク変動補償の精度に問題がない場合には設けなくてもよい。その場合、補正推定回転角度θｅ’の代わりに回転位置推定部２３から出力される推定回転角度θｅをｑ軸電流補正部２８に直接入力する構成とすればよい。

速度変動幅演算部５２は、モータ４の複数回転毎、例えば１０回転毎の回転速度の変動幅の平均値を演算する構成としてもよい。その場合、速度変動幅比較部５３は、モータ４の複数回転毎にカウント値cntの演算を行い、トルク制御部５３は、モータ４の複数回転毎にトルク制御ゲインＧの演算を行うように変更すればよい。また、速度変動幅演算部５２は、推定回転速度ωｅおよび補正推定回転角度θｅ’に基づいてモータ４の回転速度の変動幅ωｗを演算する構成でなくてもよい。例えば、モータ４の実際の回転速度および回転角度に基づいて回転速度の変動幅を演算する構成でもよい。

回転速度および回転角度の推定方法は、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅｄをゼロに収束させる回転位置推定部２３による推定方法に限られない。圧縮機２は、ロータリ型のものに限らず、例えばレシプロ型のコンプレッサであってもよい。モータ制御装置２１は、エアコンディショナＥのヒートポンプ装置１を構成する圧縮機２のモータ４を制御する構成に限ることなく、例えば冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯器などのヒートポンプ装置１を構成する圧縮機のモータを制御する構成に適用してもよい。つまり、モータ制御装置２１は、トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御する構成全般に適用可能である。

ゼロ点設定値取得部５６が取得するゼロ点設定値は、基準負荷トルクデータの平均値に限らずともよく、一定の値であればよい。ちなみに、ここで言う「一定」とは、モータ４の回転角度に応じて変化しないという意味である。また、一定のゼロ点設定値を、ユーザにより設定可能にしてもよい。ゼロ点設定値を変化させることにより、トルクデータ演算部５５により演算される負荷トルクデータ、ひいては指令ｑ軸電流補正値演算部５７により演算される指令ｑ軸電流補正値Ｉqcの態様が変化する。このようにすれば、ユーザは、量産試験などの段階において、ゼロ点設定値を調整することで、実際の負荷トルクの変動態様に一層一致するようにトルク変動の補償具合を微調整することが可能となる。

基準負荷トルクデータから、その基準負荷トルクデータの平均値（または一定のゼロ点設定値）を減算した負荷トルクデータを記憶手段５４に記憶しておいてもよい。その場合、トルクデータ演算部５５は、記憶手段５４から読み出した負荷トルクデータをそのまま指令ｑ軸電流補正値演算部５７に出力すればよい。そのため、ゼロ点設定値取得部５６は不要となる。
回転角度補正部２７を設ける構成に替えて、記憶部５４に記憶される基準負荷トルクデータ中の回転角度を所定角度だけ進める構成としてもよい。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はヒートポンプ装置、２は圧縮機（負荷）、３は圧縮部、４はモータ、７は室内側熱交換器（第１熱交換器）、８は減圧装置、９は室外側熱交換器（第２熱交換器）、２１はモータ制御装置、２４は速度制御部（速度制御手段）、２６ｒはシャント抵抗（電流検出手段）、２７は回転角度補正部（回転角度補正手段）、３５は電流制御手段、３６は電流演算手段、５１は速度変動幅演算部（速度変動幅演算手段）、５３はトルク制御部（変化傾向判断手段、ゲイン調整手段）、５４は記憶部（記憶手段）、５５はトルクデータ演算部（トルクデータ演算手段）、５７は指令ｑ軸電流補正値演算部（補正手段）を示す。

Claims (5)

1. トルクが周期的に変動する負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記検出した電流に基づいて励磁成分電流であるｄ軸電流とトルク成分電流であるｑ軸電流とを求める電流演算手段と、
   前記モータの回転速度が外部より与えられる指令回転速度に一致するように指令ｄ軸電流および指令ｑ軸電流を生成する速度制御手段と、
   前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流がそれぞれ前記指令ｄ軸電流および前記指令ｑ軸電流に一致するように制御する電流制御手段と、
   前記負荷を所定の条件で駆動した場合における各回転角度毎の前記負荷のトルクを示す基準負荷トルクデータが記憶された記憶手段と、
   前記モータの回転角度に応じて前記記憶手段から前記基準負荷トルクデータを読み出し、その基準負荷トルクデータから一定のゼロ点設定値を減算するとともに、所定のゲインを与えた負荷トルクデータを求めるトルクデータ演算手段と、
   前記モータの回転速度の変動幅を求める速度変動幅演算手段と、
   前記回転速度の変動幅の変化傾向を判断する変化傾向判断手段と、
   前記変化傾向判断手段により前記回転速度の変動幅が減少傾向であると判断されるように前記ゲインの値を調整するゲイン調整手段と、
   前記負荷トルクデータを前記モータのトルク定数で除算した電流に基づいて指令ｑ軸電流補正値を演算し、その指令ｑ軸電流補正値により前記指令ｑ軸電流を補正する補正手段と、
   を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータの回転角度を入力し補正した回転角度を出力する回転角度補正手段を備え、
   前記トルクデータ演算手段は、前記補正された回転角度に応じて前記記憶手段から前記基準負荷トルクデータを読み出すことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記記憶手段には、複数種類の前記基準負荷トルクデータが記憶されており、
   前記トルクデータ演算手段は、前記記憶手段から前記負荷の駆動条件に最も近い種類の前記基準負荷トルクデータを読み出すことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のモータ制御装置により制御されるモータと、
   前記モータに接続され、そのモータの回転駆動により熱伝達媒体を圧縮する圧縮部と、
   を備えていることを特徴とする圧縮機。
5. 請求項４に記載の圧縮機、第１熱交換器、減圧装置および第２熱交換器が熱伝達媒体流路により接続されていることを特徴とするヒートポンプ装置。

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