JP2013198235A - モータ駆動装置、及びこれを備えた空気調和機、並びにモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを安定的に駆動させつつ、モータが有する永久磁石の減磁抑制を適切に行う。
【解決手段】モータＭの加速レートを制限する際の電流閾値である加速レート制限閾値を、モータ巻線温度検出器５０によって検出されるモータ温度に対応して設定する電流閾値設定部４５と、電流検出器２０によって検出される電流値に対応するモータ電流と、電流閾値設定部４５から入力される加速レート制限閾値とを比較し、当該比較結果に応じてモータＭの加速レートを設定する加速レート設定部４６と、加速レート設定部４６によって設定される加速レートに従って、インバータ１１に駆動信号を出力する駆動信号発生部４４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動装置、及びこれを備えた空気調和機、並びにモータ駆動方法に関する。

近年、圧縮機のモータが備える永久磁石として、安価なフェライト磁石が用いられているが、フェライト磁石は低温環境で減磁しやすい特性（低温減磁特性）を有している。
ここで、「減磁」とは、磁石の渦電流損による温度上昇や、電流によって生じる逆磁界などにより、磁石全体の磁気モーメントが減少することを意味している。
このような永久磁石の減磁を防止するための技術として、以下に示すものが知られている。

例えば、特許文献１には、ＤＣ電流検出回路（電流検出器）の出力に基づき相電流演算部（電流再現部）にてモータ相電流を演算し、当該モータ相電流が所定の閾値以上となった場合にブラシレスモータ（モータ）の周波数を下げる電流制限機能を備えた圧縮機用ブラシレスモータ駆動装置について記載されている。
特許文献１に記載の技術では、電圧比較回路によって決定される過電流保護停止閾値を、減磁電流未満である所定値に変更することによって永久磁石の減磁を防止している。

また、特許文献２には、圧縮機温度検知手段によって検知される温度に応じてモータの過電流検知レベルを切り替える空気調和機について記載されている。そして、検出されるモータ電流が過電流検知レベルを超えた場合にはモータの回転速度を制限することで、モータが備える永久磁石の減磁を防止している。

特開２００９−１９８１３９号公報 特開２００５−３０８２３３号公報

ところで、特許文献１，２に記載の技術では、モータ電流が所定の電流制限閾値を超えると、マイコンからモータの周波数を下げる（つまり、モータを減速させる）指令信号がインバータに出力される。また、モータ電流が所定の過電流保護閾値を超えると、マイコンからモータの駆動を停止させる指令信号がインバータに出力される。

そうすると、例えば、空気調和機において暖房運転を行う際にモータを高速回転させようとすると、前記したモータの減速制御又は停止制御が行われることによって、目標回転速度に到達するまでに長時間を要することになる。さらに、このような場合には、モータの減速と加速とを繰り返してしまう可能性が高く、モータの駆動が不安定になるという問題もある。

そこで、本発明の課題は、モータを安定的に駆動させつつ、モータが有する永久磁石の減磁抑制を適切に行うことにある。

前記課題を達成するために、本発明は、モータの加速レートを制限する際の電流閾値である加速レート制限閾値を、モータ温度検出手段によって検出されるモータ温度に対応して設定する電流閾値設定部と、電流検出手段によって検出される電流値に対応するモータ電流と、前記電流閾値設定部から入力される前記加速レート制限閾値とを比較し、当該比較結果に応じて前記モータの加速レートを設定する加速レート設定部と、前記加速レート設定部によって設定される前記加速レートに従ってインバータに駆動信号を出力する駆動信号発生部と、を備えることを特徴とする。
本発明のその他の態様については、後記する実施の形態において説明する。

本発明によれば、モータを安定的に駆動させつつ、モータが有する永久磁石の減磁抑制を適切に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置を用いた空気調和機のシステム構成図である。 圧縮機に設置されたモータを駆動させるモータ駆動装置を含む構成図である。 低温減磁特性を有する永久磁石を用いたモータにおいて、モータ巻線温度に対するモータ減磁電流、及びモータ減磁保護閾値の関係を示すマップである。 素子短絡保護閾値、モータ減磁電流、モータ減磁保護閾値、及び加速レート制限閾値と、モータ温度との関係を示すマップである。 インバータ制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。 モータの回転速度の時間的変化を示す説明図である。 モータの回転速度の時間的変化を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置において、素子短絡保護閾値、モータ減磁電流、モータ減磁保護閾値、及び加速レート制限閾値と、モータ温度との関係を示すマップである。 インバータ制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置を用いた空気調和機において、圧縮機駆動用モータの加速レート制限値を０min^−１／secとしたときの回転速度とモータ相電流との関係を示す特性図である。 空気調和機の制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）はトルク外乱抑制制御を行った場合において、圧縮機の圧力を変化させたときのモータ電流特性を示す説明図であり、（ｂ）はトルク変動抑制制御を実行する領域Ｔと、電流変動抑制制御を実行する領域Ｉとにおける相電流波形を示す説明図である。 トルク外乱抑制制御を行った場合において、圧縮機の圧力を変化させたときのモータ電流特性と、実負荷例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

≪第1実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
図１は、本実施形態に係るモータ制御装置を用いた空気調和機のシステム構成図である。空気調和機Ａは、室内機Ｉｕと室外機Ｏｕとが冷媒配管Ｌで接続され、リモコンＲｅから入力される赤外線信号に従って、所定の空調運転を行うようになっている。
室内機Ｉｕは、膨張弁４と、室内熱交換器５と、室内ファン５ａと、室内制御装置１００ａと、を備えている。また、室外機Ｏｕは、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、室外ファン３ａと、室外制御装置１００ｂと、を備えている。

圧縮機１には、冷房時と暖房時で冷媒の流れを切り替える四方弁２が接続されている。この四方弁２の一方側には、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器３が冷媒配管Ｌを介して接続されている。また、四方弁２の他方側には、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器５が冷媒配管Ｌを介して接続されている。
さらに、室外熱交換器３と室内熱交換器５との間には減圧装置である膨張弁４が接続されている。ちなみに、圧縮機１から四方弁２へ吐出される冷媒の圧力を検知する圧力センサ（図示せず）が設置されている。
このように、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４と、室内熱交換器５とは冷媒配管Ｌで接続され、ヒートポンプサイクルを構成している。

なお、暖房運転及び冷房運転における各機器の機能については周知であるから、詳細な説明を省略する。
以下の説明において、圧縮機１が備えるモータＭの駆動を制御する制御装置（室外制御装置１００ｂ）を、「モータ駆動装置１００」と記すことがあるものとする。

＜モータ駆動装置を含むシステム構成＞
図２は、圧縮機に設置されたモータを駆動させるモータ駆動装置を含む構成図である。
交流電源２００は、発電所（図示せず）などから送配電される交流電力の電源を示している。
コンバータ３００は、交流電源２００から入力される交流電圧を直流電圧に変換する回路であり、ダイオードＤ１，Ｄ３を順方向に直列接続し、その相互接続点をコンバータ入力端とするダイオードブリッジを備えている。なお、ダイオードＤ２，Ｄ４についても同様である。また、当該直流電圧に含まれる脈動成分を平滑化するための平滑コンデンサＣが、前記したダイオードブリッジと並列に接続されている。
したがって、交流電源２００に接続されるコンバータ３００が「直流電源」を構成している。

モータ駆動装置１００は、前記した直流電源から入力される直流電圧を、インバータ制御によって所定の交流電圧に変換してモータＭに出力するようになっている。なお、モータ駆動装置１００の詳細については、後記する。
モータＭは、例えば、永久磁石型同期モータであり、三相巻線を介してインバータ１１と接続され、当該三相巻線に流入する交流電流によって生じる回転磁界で永久磁石（図示せず）を吸引することにより回転する。なお、モータＭの回転軸は、負荷である圧縮機１（図１参照）の主軸に固定され、モータＭの回転に伴って圧縮機１が駆動するようになっている。
本実施形態では、モータＭが有する永久磁石として、低温で減磁しやすい低温減磁特性をもつフェライト磁石を用いることとする。

＜モータ駆動装置の構成＞
図２に示すように、モータ駆動装置１００は、パワーモジュール１０と、電流検出器２０と、増幅器３０と、インバータ制御手段４０と、を備えている。
パワーモジュール１０は、モータＭに所定の交流電圧を出力するための複数のスイッチング素子（図示せず）を含むインバータ１１と、スイッチング素子を保護するための素子短絡保護手段１２と、スイッチング素子を駆動させるためのインバータ駆動回路１３と、が集約的に一体化された構成となっている。
電流検出器（電流検出手段）２０は、コンバータ３００とインバータ１１との間の母線に直列に接続され、インバータ１１に供給される電流を検出して増幅器３０及び素子短絡保護手段１２に時々刻々と出力する。

増幅器３０は、例えばトランジスタ（図示せず）を有し、電流検出器２０から入力される検出信号を増幅し、インバータ制御手段４０のモータ電流再現部４１に出力する。
インバータ制御手段（制御手段）４０は、増幅器３０から入力される検出信号とモータＭの回転速度指令値ωとに基づいて、モータＭに印加すべき交流電圧を演算し、駆動信号に変換して出力する。
なお、回転速度指令値ωは、リモコンＲｅ（図１参照）から入力される設定温度情報や、室内機Ｉｕのサーミスタ（図示せず）によって検出される室内温度などに基づいて決定される指令値である。例えば、暖房運転時にリモコンＲｅから入力される設定温度が上昇すると、空気調和機の温調用マイコン（図示せず）が、回転速度指令値ωを増加させる。
モータ巻線温度検出器（モータ温度検出手段）５０は、モータＭの巻線温度を検出し、電流閾値設定部４５に時々刻々と出力する。

（１．パワーモジュール）
パワーモジュール１０は、インバータ１１と、素子短絡保護手段１２と、インバータ駆動回路１３と、を備えている。
インバータ１１は、複数のスイッチング素子（図示せず）を有し、インバータ駆動回路１３から入力されるＰＷＭ信号に従って、それぞれのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、所定の三相交流電圧をモータＭに出力する。そして、当該三相交流電圧に応じた三相交流電流がモータＭに流入し、前記した回転磁界を発生させる。
なお、インバータ１１が有する複数のスイッチング素子として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。

素子短絡保護手段１２は、電流検出器２０から入力される電流検出値と、予め設定された素子短絡保護閾値とを比較し、前記した電流検出値が素子短絡保護閾値を超える場合に停止指令信号をインバータ駆動回路１３に出力し、インバータ１１の駆動を停止させる。
なお、素子短絡保護手段１２の処理は、マイコンを介在させずに実行される。これによって、スイッチング素子が短絡した場合などに、極めて短い時間（数μｓｅｃ）でインバータ１１の駆動を停止させることができる。
インバータ駆動回路１３は、駆動信号発生部４４から入力される駆動信号に従って、インバータ１１が有するそれぞれのスイッチング素子（図示せず）にＰＷＭ信号（Pulse Width Modulation：パルス幅変調波信号）を出力する。また、素子短絡保護手段１２から停止指令信号が入力された場合、インバータ駆動回路１３は、前記したＰＷＭ信号の出力を停止する。

（２．インバータ制御手段）
インバータ制御手段（制御手段）４０は、モータ電流再現部４１と、速度指令部４２と、駆動信号発生部４４と、電流閾値設定部４５と、加速レート設定部４６と、を備えている。
なお、インバータ制御手段４０の処理は、マイコン（Microcomputer：図示せず）により実行される。マイコンは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェースなどの電子回路（図示せず）を含んで構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

モータ電流再現部４１は、電流検出器２０で検出し、さらに増幅器３０で増幅された検出信号に基づいて、モータＭに流れる電流（以下、モータ電流と記す）を再現し、加速レート設定部４６に出力する。
速度指令部４２は、モータ電流再現部４１から入力されるモータ電流と、前記した温調用マイコン（図示せず）から入力される回転速度指令値ωとに基づいて、モータＭに印加すべき三相交流指令電圧、及び、ＰＷＭ周波数指令値を算出し、駆動信号発生部４４に出力する。

電流閾値設定部４５は、モータＭの加速レートを制限する際の電流閾値である加速レート制限閾値を、モータ巻線温度検出器５０によって検出されるモータ温度に対応して設定する（図４参照）。また、電流閾値設定部４５は、モータ巻線温度検出器５０から入力されるモータ巻線温度に応じて、永久磁石の減磁を防止するためのモータ減磁保護閾値（減磁保護閾値）を設定する（図４参照）。なお、前記した加速レート制限閾値と、モータ減磁保護閾値とを含めて「電流閾値」と記すことがあるものとする。
電流閾値設定部４５は、設定した複数の電流閾値を加速レート設定部４６に出力する。

加速レート設定部４６は、モータ電流再現部４１から入力されるモータ電流と、電流閾値設定部４５から入力される加速レート制限閾値とを比較し、当該比較結果に応じてモータＭの加速レートを決定して駆動信号発生部４４に出力する。
また、加速レート設定部４６は、モータ電流再現部４１から入力されるモータ電流と、電流閾値設定部４５から入力される加速レート制限閾値とを比較し、その比較結果に応じてモータＭの加速レートを設定する。すなわち、加速レート設定部４６は、モータ電流が、前記した複数の電流閾値間に予め設定される加速レート領域（図４の領域Ａ、領域Ｂ参照）のうちいずれに属するかを特定し、その加速レート領域に対応する加速レートを駆動信号発生部４４に出力する。
なお、モータ電流がモータ減磁保護閾値を超える場合、加速レート設定部４６は、インバータ１１の駆動を停止させる停止指令信号を駆動信号発生部４４に出力する。

駆動信号発生部４４は、速度指令部４２から入力される回転速度指令値ωと、加速レート設定部４６から入力される加速レート情報とに応じて、インバータ駆動回路１３に駆動信号を出力する。また、駆動信号発生部４４は、電流閾値設定部４５からインバータ１１の駆動を停止させる停止指令信号が入力された場合には、速度指令部４２から入力される回転速度指令値ωに関わらず、インバータ駆動回路１３に停止指令信号を出力する。

（１．減磁保護処理）
図３は、低温減磁特性を有する永久磁石を用いたモータにおいて、モータ巻線温度に対するモータ減磁電流、及びモータ減磁保護閾値の関係を示すマップである。図３に示すように、低温減磁特性を有する永久磁石（例えば、フェライト磁石）は、その温度が低くなるにしたがってモータ減磁電流の値が小さくなる（つまり、減磁しやすくなる）。なお、「モータ減磁電流」とは、所定温度においてモータ電流を増加させた場合に減磁が起こり始めるときのモータ電流値である。

また、図４に示すモータ減磁保護閾値は、任意のモータ巻線温度においてモータ減磁電流の値よりも小さくなるように設定されている。ここで、「モータ減磁保護閾値」とは、モータＭが備える永久磁石の減磁を防止するために予め設定されている電流閾値である。ちなみに、モータ減磁保護閾値は、モータ巻線温度検出器５０や電流検出器２０の検出誤差、パワーモジュール１０の構成部品の電気的特性のばらつき、及びインバータ制御手段４０のマイコン処理能力（反応時間）などを考慮し、モータ減磁電流の特性に対して若干低い電流値に設定されている。
そして、これらの情報が、予めマイコンが備える記憶手段（図示せず）に記憶されている。

このように、時定数が比較的大きい減磁特性については、マイコンの制御によって精度の高い判定処理を行い、モータ巻線温度検出器５０から入力されるモータ巻線温度と、モータ電流再現部４１から入力されるモータ巻線温度と、に応じてモータＭの加速レートを適切に設定するようになっている。

（２．素子短絡保護処理）
素子短絡保護手段１２は、インバータ１１のスイッチング素子（図示せず）の短絡を防止するための素子短絡保護閾値を、素子絶対定格よりも低い所定値に設定する（図５参照）。なお、素子絶対定格とは、モータ電流が一瞬たりとも超えてはならない電流値として予め設定されている値である。
素子短絡保護手段１２はマイコンを介在することなく処理を実行し、モータ電流が素子短絡保護閾値を超えると、極めて短時間（例えば、数μｓｅｃ）でインバータ１１の駆動を停止させる。

このように、マイコンによる減磁保護処理と、マイコンを介さない素子短絡保護処理とを独立に実行することで、モータＭが備える永久磁石の減磁を防止すると共に、インバータ１１のスイッチング素子を適切に保護することができる。

（３．加速レート制限処理）
図４は、素子短絡保護閾値、モータ減磁電流、モータ減磁保護閾値、及び加速レート制限閾値と、モータ温度との関係を示すマップである。
なお、以下の説明では、モータＭが、低温減磁特性を有するフェライト磁石（図示せず）を有する場合について述べることにする。

図４に示すように、モータ巻線温度に応じて所定範囲のモータ電流が予め対応付けられると共に、当該範囲のモータ電流に加速レートが対応付けられる加速レート領域（領域Ａ、領域Ｂ）が予め設定されている。なお、加速レート（min^-1／sec（回転／秒））とは、単位時間当たりに増加するモータＭの回転速度である。

また、図４に示すように、加速レート制限閾値Ｉ１から加速レート制限閾値Ｉ２までの領域を領域Ａとし、加速レート制限閾値Ｉ２からモータ減磁保護閾値までの領域を領域Ｂとしている。したがって、領域Ａでは、例えば加速レートを３２min^−１／sec、領域Ｂでは、例えば、加速レートを１４min^−１／secというように、電流レベルの高い領域（Ｂ領域）は電流レベルの低い領域（Ａ領域）よりも１／３〜１／１０の加速レートに低減させ、電流レベルが高い領域Ｂは電流レベルが小さい領域Ａよりも低い加速レートに設定している。ちなみに、定常領域における加速レートは、例えば、９６min^-1／secである。
つまり、定常領域→領域Ａ→領域Ｂのように、減磁保護閾値に近づくにつれて加速度レートの値が小さくなるように予め設定されている。なお、これらの情報は、マイコンの記憶手段（図示せず）に予め記憶されている。

そして、加速レート設定部４６は、モータ電流再現部４１から入力されるモータ電流（のピーク値）が属する加速レート領域を特定し、当該加速レート領域に対応する加速レートを駆動信号発生部４４に出力する。
これによって、加速レートが低い時の負荷電流の脈動幅（モータ電流のピーク値）が、加速レートが高い時の脈動幅よりも小さいという特性を利用して運転可能なモータ電流の範囲を広げることができる。その結果、偶発的に発生するモータＭの減磁保護停止を避けてると共に、スムーズかつ速やかに目標回転速度に到達させることができる。

図５は、インバータ制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１０１においてインバータ制御手段４０は、モータＭの駆動開始時刻から所定時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。なお、所定時間Δｔ１は、予め設定された値（例えば、マイコンのサイクルタイム）であり、記憶手段（図示せず）に記憶させている。
モータＭの駆動開始時刻から所定時間Δｔ１が経過している場合（Ｓ１０１→Ｙｅｓ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、モータＭの駆動開始時刻から所定時間Δｔ１が経過していない場合（Ｓ１０１→Ｎｏ）、インバータ制御手段４０はステップＳ１０１の処理を繰り返す。

ステップＳ１０２においてインバータ制御手段４０は、モータ巻線温度検出器５０から入力される巻線温度Ｔに対応して、電流閾値（つまり、減磁電流保護閾値、及び２つの加速レート制限閾値Ｉ１，Ｉ２）の値を更新（設定）する。なお、加速レート制限閾値Ｉ１は、図４に示す領域Ａの下限値であり、加速レート制限閾値Ｉ２は、図４に示す領域Ｂの下限値である。例えば、モータＭの巻線温度が６０℃であった場合、インバータ制御手段４０は図４に示すマップを参照して当該温度に対応する加速レート制限閾値Ｉ１（約１５Ａ）及びＩ２（約１７Ａ）を更新（設定）する。

ステップＳ１０３においてインバータ制御手段４０は、モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ２以上であるか否かを判定する。モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ２以上である場合（Ｓ１０３→Ｙｅｓ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ１０４に進む。一方、モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ２未満である場合（Ｓ１０３→Ｎｏ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０４においてインバータ制御手段４０は、モータＭの加速度指令値を所定値α（例えば、１４min^−１／sec）に設定し、駆動信号としてインバータ駆動回路１３に出力する。なお、所定値αはゼロ以上の予め設定された加速度である。
ステップＳ１０５においてインバータ制御手段４０は、モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ１以上であるか否かを判定する。モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ１以上である場合（Ｓ１０５→Ｙｅｓ）、インバータ制御装置の処理はステップＳ１０６に進む。一方、モータ電流Ｉｍが第１加速レート制限閾値Ｉ１未満である場合（Ｓ１０５→Ｎｏ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６においてインバータ制御手段４０は、モータＭの加速度指令値を所定値β（例えば、３２min^−１／sec）に設定し、駆動信号としてインバータ駆動回路１３に出力する。なお、所定値βは前記した所定値α以上の予め設定された加速度である。このようにインバータ制御手段４０は、モータ電流のピーク値がモータ減磁保護閾値から遠ざかるにつれて、大きな加速レートを設定する。
つまり、モータ電流のピーク値が、モータ減磁保護閾値に近い領域Ａ又は領域Ｂ内にある場合でも、インバータ制御手段４０は、モータＭの回転速度を維持するか、又は、モータ回転速度は上昇させつつも、モータＭの加速レートを下げるように制御する。
これによって、モータＭが有する永久磁石の減磁を回避しつつ、速やかにモータＭを目標回転速度まで到達させるように駆動できる。

ステップＳ１０７においてインバータ制御手段４０は、通常の加速度指令値γ（例えば、９６min^-1／sec）を維持する。なお、所定値γは前記した所定値β以上の予め設定された加速度である。この場合、インバータ制御手段４０は、通常運転を行ってモータＭを駆動させる。

図６は、モータの回転速度の時間的変化を示す説明図である。図６の横軸はモータＭの駆動開始からのモータの運転時間、縦軸はモータの回転速度を示している。また、図６に示す実線は本実施形態に係るモータ駆動装置１００を用いた場合であり、破線は比較例である。

図６の破線で示す比較例の場合（加速レート制限を設けない場合）には、時刻０でモータＭを起動させたとき、モータＭの回転速度が上昇すると、時刻ｔ２においてモータ電流が減磁電流閾値（図４参照）に到達し、モータＭが停止して再始動する。このように運転と再始動を繰り返す場合には、モータＭの駆動が不安定になると共に、目標回転速度に到達するまでに長時間を要してしまう。

これに対して、図６の実線で示す本実施形態の場合には、定常領域において比較的高い加速度γでモータＭの回転速度を上昇させた後、モータ電流がＩ１（図４参照）以上になる時刻ｔ１において領域Ａ（図４参照）に移行し、モータＭの回転速度を加速度γより低い加速度βで上昇させる。
さらに、モータ電流がＩ２（≧Ｉ１：図４参照）以上になる時刻ｔ３において領域Ｂ（図４参照）に移行し、モータＭの回転速度を加速度βより低い加速度αで上昇させる。
そして、モータＭの回転速度は、時刻ｔ４で目標回転速度に到達する。
このようにして、モータ減磁保護閾値に近づくにしたがってモータＭの加速度を段階的に低減させながら回転速度を上昇させることにより、モータＭを停止させることなく速やかに目標回転速度に到達することができる。つまり、加速レート制限処理を実行することにより、モータＭは、運転停止及び再始動を繰り返すことなく安定して駆動し、早く目標回転速度に到達することができる。

図７は、モータの回転速度の時間的変化を示す説明図である。図６の横軸は駆動開始からのモータの運転時間、縦軸はモータの回転速度を示している。また、図６に示す実線は本実施形態に係るモータ駆動装置１００を用いた場合であり、破線は比較例である。
図７に示す比較例（破線）は、モータ回転速度が所定閾値を超えた場合にモータＭを強制減速させる場合である。この場合には、図７に示す時刻ｔ５においてモータ電流が所定の電流閾値に到達するとモータＭを減速させ、前記した電流閾値未満となるとモータを加速させる。したがって、強制減速制御を行うと、目標回転速度に到達するのに時間がかかるだけでなく、モータＭ自身の加減速による負荷変動で電流脈動を引き起こすため、モータＭの運転／停止を繰り返すリスクがさらに高くなる。また、モータＭの加減速に伴って騒音が発生したりする可能性がある。

これに対して、図７の実線で示す本実施形態の場合には、時刻ｔ５〜ｔ６の間は領域Ａ（図４参照）で加速レート制限をかけて加速度βとし、時刻ｔ６〜ｔ７の間は領域Ｂ（図４参照）で加速レート制限をかけて加速度α（≦β）とする。
したがって、目標回転速度に速やかに到達できると共に、モータＭの運転／停止を繰り返すことがない。これによってモータＭを安定的に駆動させて騒音を抑制することができる。

＜効果＞
本実施形態に係るモータ駆動装置１００によれば、モータ減磁保護閾値に近づくにしたがって、モータＭの加速度を段階的に低減させながら回転速度を上昇させる制御を行う。これによって、モータＭを停止させることなく、モータ電流を最大限に高くしてモータＭの回転速度を上昇させることができる。その結果、運転開始から速やかに目標回転速度に到達させることができる。
また、本実施形態に係るモータ駆動装置１００を備えた圧縮機１を用いた空気調和機Ａを運転すると、例えば、低温環境で暖房運転を行ってモータＭを高速回転させる場合でも、安定して速やかに目標回転速度に到達させることができる。したがって、快適性に優れた空気調和機Ａを提供することができる。

また、加速レート制限閾値を設けて、モータ電流とモータ温度に応じて加速度レートを変化させつつモータＭの回転速度を継続的に上昇させることによって、運転停止及び再始動を繰り返す事態を回避できる。したがって、モータＭが備える永久磁石の減磁を防止しつつ、モータＭを安定的に駆動することが可能となる。

また、従来のフェライト磁石を備えるモータ制御では、モータＭの減磁電流閾値と定格負荷電流値との差が小さくなり、モータＭが運転停止する可能性が高くなりがちであった。つまり、周囲環境負荷の急変におけるモータ電流の脈動（つまり、モータ電流のピーク値）によって、偶発的な運転停止が頻発することがあった。
これに対して本実施形態に係るモータ駆動装置１００では、減磁開始電流値より若干低い電流レベルで加速レート制限閾値を設けることによって、モータＭの回転速度を上げつつ加速レートを段階的に低減させる。これによって、モータＭの減磁保護を行い、さらに、目標回転速度にスムーズかつ速やかに到達することができる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態について説明する。前記した第１実施形態では、複数の領域（領域Ａ、領域Ｂ）を設け、モータＭの状態（モータ温度及びモータ電流）に応じて加速レートを制限したのに対し、本実施形態では、定常領域を利用して加速度を変化させ、モータＭの状態が前記領域の境界線に沿って変化するように制御する点が異なる。
なお、モータ駆動装置１００の構成については第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。

図８は、本実施形態に係るモータ駆動装置において、素子短絡保護閾値、モータ減磁電流、モータ減磁保護閾値、及び加速レート制限閾値と、モータ温度との関係を示すマップである。なお、図８の横軸はモータ温度を示し、縦軸はモータ電流及びインバータ１１の回路電流を示している。
本実施形態では、モータ減磁保護閾値と、任意のモータ電流において前記モータ減磁保護閾値よりも小さい値となるように設定される加速レート制限閾値Ｉ３（図９参照）と、が記憶手段（図示せず）に予め記憶されている。
そして、モータ電流が加速レート制限閾値Ｉ３を超えて、図８に示す領域Ｃに入った場合に、モータＭの加速度指令値を所定値δ（≧０）とする。ちなみに、以下では、所定値δ＝０とする場合について説明するが、これに限定されない。

本実施形態では、モータ巻線温度検出器５０から入力されるモータ巻線温度と、モータ電流再現部４１から入力されるモータ電流とに対応するモータＭの状態が領域Ｃに入った場合に、加速レート設定部４６がモータＭの加速度をゼロとする指令信号を駆動信号発生部４４に出力する。つまり、加速レート設定部４６は、モータＭの温度上昇に伴って加速レート制限閾値が増加する際に、モータ電流より大きい加速レート制限閾値が存在する場合にはモータＭの加速レートを増加させる。
そうすると、モータＭは略一定の定格速度で駆動するため、モータ電流のピーク値も略一定となる（図８のＫ部拡大部を参照）。さらに、モータ電流が流れることによってモータ巻線温度が上昇するため、そのモータ巻線温度に対応する加速レート制限閾値との間に余裕ができる。

加速度をゼロに変更した後、モータ電流が加速レート制限閾値Ｉ３以上になると、加速レート設定部４６は加速度δ（＝０）でモータＭを回転させるように、所定の指令信号を駆動信号発生部４４に出力する。インバータ制御手段４０は、このような処理をマイコンのサイクルタイムごとに実行する。
したがて、図８のＫ部拡大図に示すように、モータＭの状態は領域Ｃの境界線となる加速度レート制限閾値の直線（又は曲線）に沿って、図の右側に徐々に移動することとなる。

図９は、インバータ制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すステップＳ２０１，Ｓ２０２の処理はそれぞれ、第１実施形態で図５を用いて示したステップＳ１０１，１０２の処理と同様であるから、説明を省略する。
ステップＳ２０３においてインバータ制御手段４０は、モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ３以上であるか否かを判定する。モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ３以上である場合（Ｓ２０３→Ｙｅｓ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ２０４に進む。一方、モータ電流Ｉｍが加速レート制限閾値Ｉ３未満である場合（Ｓ２０３→Ｎｏ）、インバータ制御手段４０の処理は、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０４においてインバータ制御手段４０は、モータＭの加速度指令値を所定値δに設定し、駆動信号を駆動信号発生部４４に出力する。前記したように、所定値δはゼロ以上の予め設定された値である。ステップＳ２０５においてインバータ制御手段４０は、通常の加速度指令値γを維持する。なお、所定値γは前記した所定値δ以上の予め設定された値である。この場合、インバータ制御手段４０は通常運転を行ってモータＭを駆動させる。

図１０は、本実施形態に係るモータ駆動装置を用いた空気調和機において、圧縮機駆動用モータの加速レート制限値を０min^−１／secとしたときの回転速度とモータ相電流との関係を示す特性図である。なお、図１０の横軸はモータＭの回転速度を示し、縦軸はモータ電流のピーク値を示している。
図１０に示すように、モータ電流のピーク値は、モータＭの回転速度に比例して大きくなるとともに、圧縮機１の吐出圧力（圧縮機圧力）の変化により同じ回転速度の条件であっても変化する。すなわち、所定の回転速度でモータＭを駆動した場合でも、モータ電流の値が大きいほど圧縮機１（図１参照）の吐出圧力も上昇する。

例えば、モータＭの回転速度及びモータ電流の状態が、図１０に示す点Ｐであった場合に、モータＭの回転速度が上昇するにしたがってモータ電流も大きくなる。また、モータ電流によってモータＭの温度が上昇するため、モータ減磁保護閾値も上昇する。つまり、点Ｐの状態が図１０の右上に向かって移動すると共に、モータ減磁保護閾値も上昇する。
ここで、前記したようにモータＭの加速レートを制限（例えば、δ＝０）することによって、モータ減磁保護閾値が、点Ｐに対応するモータ電流よりも常に上に位置する状態が継続する。加速レートを調整しながらモータＭの回転速度を増加させつつ、確実にモータＭの減磁を回避することができる。

＜効果＞
本実施形態に係るモータ駆動装置１００では、モータ減磁保護閾値と加速レート制限閾値Ｉ３との間の領域における加速レートδ（≧０）を設定することによって、モータＭの状態を領域Ｃの境界線となる加速レート制限閾値Ｉ３に沿うように変化させることができる。
したがって、図８に示すように、モータ電流がモータ減磁保護閾値に達することを確実に防止しつつ、モータＭの回転速度を上昇させることができる。つまり、モータＭが有する永久磁石の減磁を回避しつつ、速やかにモータＭを目標回転速度まで移動させることができる。

また、図１０に示す領域Ｂの加速レート制限値を０min^−１／sec（すなわち、加速しない）としても、モータ巻線温度の上昇（例えば、−２０℃から＋８０℃への上昇）と共にモータ減磁電流が上昇する。したがって、モータ減磁保護閾値も上昇するため、モータＭの永久磁石の減磁を回避しつつ、モータＭを目標回転速度にスムーズに到達させることができる。

≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態について説明する。前記した各実施形態では、モータＭの巻線温度とモータ電流値とに対応して加速レートを変化させたのに対して、第３実施形態では膨張弁４の開度を調整することによってモータ電流の値を変化させる場合について説明する。なお、圧縮機１（図１参照）は、圧縮機１が備えるモータＭの回転速度を制御することによって圧力が変化するようになっている。

例えば、暖房運転を行う際に、圧縮機１（図１参照）から吐出された高温高圧ガス冷媒は、四方弁２を介して室内熱交換器５で放熱し凝縮して高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は減圧装置である膨張弁４で減圧され、室外熱交換器３で蒸発吸熱しガス化した状態となる。そして、当該冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に戻って圧縮される。
本実施形態では、このようなヒートポンプサイクルを用いて適正な空調能力を得ると共に、圧縮機１の回転速度に応じて膨張弁４の開度を調整する。

また、本実施形態に係る空気調和機Ａは、電流閾値設定部４５（図示せず）と、膨張弁開度変更部（図示せず）と、を備えている。
電流閾値設定部４５は、膨張弁４の開度を変更する際の電流閾値を、モータ温度検出手段によって検出されるモータ温度に対応して設定する。また、膨張弁開度変更部は、電流検出器２０によって検出される電流値に対応するモータ電流と、電流閾値設定部４５から入力される前記電流閾値とを比較し、当該比較結果に応じて膨張弁４の開度を変更する。ちなみに、電流閾値設定部４５が行う処理、及び、膨張弁開度変更部が行う処理は、インバータ制御手段４０と連携してマイコンにより実行される。

図１１は、空気調和機の制御手段が行う処理の流れを示すフローチャートである。
図１１に示すステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理はそれぞれ、第１実施形態で図５のステップＳ１０１，１０２の処理と同様であるから、説明を省略する。
ステップＳ３０３においてインバータ制御手段４０は、モータ電流Ｉｍが電流閾値Ｉ４以上であるか否かを判定する。モータ電流Ｉｍが電流閾値Ｉ４以上である場合（Ｓ３０３→Ｙｅｓ）、インバータ制御手段４０の処理はステップＳ３０４に進む。一方、モータ電流Ｉｍが電流閾値Ｉ４未満である場合（Ｓ３０３→Ｎｏ）、インバータ制御手段４０の処理は、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０４においてインバータ制御手段４０は、膨張弁４の開度を所定値Δεだけ開く。また、ステップＳ３０５においてインバータ制御手段４０は、目標開度にしたがって膨張弁４を動作させる（ステップＳ３０５）。

例えば、モータＭが所定の回転速度で駆動する際に、モータ電流が所定の電流閾値以上となった場合には、膨張弁４の開度を大きくすることによって圧縮機１の吐出圧力を小さくする。これによって、モータＭの回転速度を増加させつつ加速度を抑えて、モータ電流がモータ減磁保護閾値を超えることを防止できる。したがって、モータＭの駆動（つまり、圧縮機１の駆動）を停止させることなく、空気調和機Ａの立ち上がり運転時においても所望の暖房を実現することができる。

図１２（ａ）はトルク外乱抑制制御を行った場合において、圧縮機の圧力を変化させたときのモータ電流特性の変化を示す説明図であり、図１２（ｂ）はトルク変動抑制制御を実行する領域１と、電流変動抑制制御を実行する領域２とにおける相電流波形を示す説明図である。
なお、図１２（ａ）は、空気調和機Ａに使用される圧縮機１の圧縮方式が、ロータリ方式やレシプロ方式などのように、冷媒圧縮の一過程において大きなトルク脈動を伴う圧縮機１を使用した場合のモータ電流特性を示している。このような場合には、トルク外乱抑制制御（トルク変動抑制制御、及び電流変動抑制制御）を行って、トルク外乱を抑制する。

図１２（ｂ）に示す領域Ｔは低速回転領域であるため、圧縮機１で大きなトルク変動が起きやすく、さらに圧縮機圧力が大きいほど振動も大きくなる。このような低速回転領域では、トルク変動抑制制御を実行する。ちなみに、トルク変動抑制制御とは、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御して、圧縮過程の回転角速度に合わせて必要トルクを得る制御である。
一方、図１２（ｂ）に示す領域Ｉは高速回転領域であるため、比較的トルク変動は小さいものの、モータ電流の変動を抑制して正弦波に近づけるための電流変動抑制制御を実行する。

すなわち、図１２中の圧縮機圧力の特性に示すように、同じ圧縮機圧力の条件（例えば、圧縮機負荷標準（実線））であっても、回転速度が低い条件の方が、モータＭのピーク電流が大きくなる。そうすると、従来の減磁保護制御による減速保護では、特にＴ領域からＩ領域に移行する直前にモータ電流がモータ減磁保護閾値に到達して、モータＭが運転／停止を繰り返す現象が発生してしまう。回転速度が上昇する過程において、回転速度が３５００ｍｉｎ^-１の付近で運転／停止の現象が現われてしまう。

図１３は、トルク外乱抑制制御を行った場合において、圧縮機１の圧力を変化させたときのモータ電流特性の変化を示す説明図であり、太線は実負荷例を示している。なお、図１３の横軸はモータＭの回転速度を示し、縦軸はモータ電流を示している。
本実施形態では、図１３の実線で示す実負荷例に示すように、回転速度が加速レート制限閾値に到達したら、膨張弁４の開度を所定値だけ大きくすることによってモータ電流を抑制する。これによって、モータ電流のピーク値を小さくしつつ、モータＭの回転速度を徐々に大きくして、トルク変動抑制制御から電流変動抑制制御にスムーズに移行させることができる。したがって、圧縮機１を駆動するモータＭの停止リスクは少なくなり、空気調和機Ａの低温暖房時の立ち上がり運転時においても安定して圧縮機１を駆動させることができる。

＜効果＞
また、発明の実施形態に係る空気調和機Ａによれば、膨張弁４の開度を制御することによって、ヒートポンプサイクルでの圧縮機１の圧力を調整する。これによって、モータ電流のピーク値を小さくしつつ、モータＭの回転速度を徐々に大きくして、空気調和機Ａを安定的かつ継続的に運転することができる。
また、トルク変動抑制制御から電流変動抑制制御に移行する際にはモータＭのピーク電流が小さくなることから、高い加速レートを保ちながらモータＭを加速することができる。
さらに、モータＭの回転速度を維持又は増加させながら、膨張弁４の開度を大きくすることによってピーク電流を小さくすることができる。これによって、モータＭが有する永久磁石の減磁を抑制しながら、モータＭの目標回転速度に速やかに到達させることができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係るモータ駆動装置１００について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記した第１実施形態では２つの加速レート領域（領域Ａ、領域Ｂ）が設定される場合について説明し、第２実施形態では１つの加速レート領域（領域Ｃ）が設定される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、加速レートが設定される領域は３つ以上であってもよい。この場合において、各領域の加速レートの値は、モータ電流の値が前記したモータ減磁保護閾値に近づくにつれて小さくすることが好ましい。
これによって、モータ電流がモータ減磁保護閾値に近づくにしたがって、モータＭの回転速度を大きくしながら、段階的に加速レートを小さくすることができる。

また、第１実施形態では、前記した２つの領域に対応して設定される加速度レートがいずれも正の値である場合について説明したが、これに限らない。例えば、定格電流とモータ減磁電流の余裕度がさらに無い場合などには、モータ減磁保護閾値に最も近い領域の加速度レートをゼロ（つまり、加速せずに一定の回転速度を維持すること）としてもよい。この場合、モータＭを一定速度で回転させることによりモータ電流を略一定の値に維持し、かつ、モータ巻線温度を上昇させる。したがって、モータ電流がモータ減磁保護閾値を超えることを確実に防止できる。

また、前記した各実施形態では、モータ巻線温度検出器５０によってモータ巻線温度を検出する場合について説明したが、これに限らない。例えば、圧縮機１の外郭（図示せず）の温度を検出する外郭温度検出手段（図示せず）によってモータＭの巻線温度を間接的に検出することとしてもよい。
これによって、圧縮機１の外郭温度とモータ減磁保護閾値との相関に基づいてモータ減磁保護を行うので、モータＭの減磁保護を適切に行うことができる。また、高圧となる圧縮機１の内部に温度検出器を設置する場合と比べて、温度検出器（外郭温度検出手段）の取付構造や信号線の引出構造が簡単になり、製造コストを低減できる。
また、圧縮機１の吐出配管温度を検出する吐出配管温度検出手段（図示せず）によって、モータＭの巻線温度を間接的に取得してもよい。

また、前記した各実施形態では、モータＭとして、永久磁石型同期モータを用いる場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、巻線型同期モータ、リラクタンスモータなど、他の同期モータにも前記各実施形態を同様に適用できる。

また、前記した各実施形態では、交流電源２００から入力される交流電圧をコンバータ３００によって直流電圧に変換し、さらにインバータ１１のスイッチング素子を駆動されることによって所定の交流電圧に変換する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、蓄電池（直流電源：図示せず）からインバータ１１に直流電圧を入力することとしてもよい。
また、前記した各実施形態では、低温減磁特性の永久磁石を有するモータＭを用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、高温環境で減磁しやすい高温減磁特性（例えば、ネオジム磁石を含む希土類磁石）の永久磁石を用いる場合でも、前記した各実施形態と同様の方法でモータＭの駆動を制御することができる。

Ａ 空気調和機
Ｉｕ 室内機
Ｏｕ 室外機
１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
Ｌ 冷媒配管
１００ モータ駆動装置
１１ インバータ
１２ 素子短絡保護手段
１３ インバータ駆動回路
２０ 電流検出器（電流検出手段）
３０ 増幅器
４０ インバータ制御手段（制御手段）
４４ 駆動信号発生部
４５ 電流閾値設定部
４６ 加速レート設定部
５０ モータ巻線温度検出器（モータ温度検出手段）
Ｍ モータ

Claims (11)

1. 直流電源から入力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの直流側に設けられる電流検出手段と、前記インバータに接続されるモータの温度を検出するモータ温度検出手段と、前記インバータの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記インバータからの交流電力によって前記モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記制御手段は、
   前記モータの加速レートを制限する際の電流閾値である加速レート制限閾値を、前記モータ温度検出手段によって検出されるモータ温度に対応して設定する電流閾値設定部と、
   前記電流検出手段によって検出される電流値に対応するモータ電流と、前記電流閾値設定部から入力される前記加速レート制限閾値とを比較し、当該比較結果に応じて前記モータの加速レートを設定する加速レート設定部と、
   前記加速レート設定部によって設定される前記加速レートに従って、前記インバータに駆動信号を出力する駆動信号発生部と、を備えること
   を特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記モータ温度に応じて所定範囲の前記モータ電流が予め対応付けられると共に、当該範囲のモータ電流に前記加速レートが対応付けられる加速レート領域に関する情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記加速レート領域の境界は、前記モータを減磁保護するための電流閾値である減磁保護閾値、及び、当該減磁保護閾値より小さい電流閾値として設定される前記加速レート制限閾値を含み、
   前記加速レート領域は一つ又は複数設けられると共に、前記減磁保護閾値に近づくにつれて、前記加速レートが小さくなるように予め設定され、
   前記加速レート設定部は、前記モータ電流が属する前記加速レート領域を特定し、当該加速レート領域に対応する加速レートを前記駆動信号発生部に出力すること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. それぞれの前記加速レート領域に対応付けられる加速レートは、ゼロ以上であること
   を特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記加速レート設定部は、前記モータの温度上昇に伴って前記加速レート制限閾値が増加する際に、前記モータ電流より大きい前記加速レート制限閾値が存在する場合、前記モータの加速レートを増加させること
   を特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記加速レート設定部は、前記モータ電流がそれぞれの前記加速レート制限閾値より低い場合、予め設定された定格の加速レートを前記駆動信号発生部に出力すること
   を特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記加速レート設定部は、前記モータ電流が前記減磁保護閾値に達した場合、前記インバータの駆動を停止させるための指令信号を前記駆動信号発生部に出力すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータは、低温で減磁しやすい低温減磁特性を有する永久磁石を有すること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記永久磁石は、フェライト磁石であること
   を特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を備え、当該モータ駆動装置によって駆動されるモータが設置される圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、四方弁と、が冷媒配管で接続されてヒートポンプサイクルを構成すること
   を特徴とする空気調和機。
10. 前記制御手段は、
    前記膨張弁の開度を変更する際の電流閾値を、前記モータ温度検出手段によって検出されるモータ温度に対応して設定する電流閾値設定部と、
    前記電流検出手段によって検出される電流値に対応するモータ電流と、前記電流閾値設定部から入力される前記電流閾値とを比較し、当該比較結果に応じて前記膨張弁の開度を変更する膨張弁開度変更部と、を備えること
    を特徴とする請求項９に記載の空気調和機。
11. 直流電源からインバータに入力される直流電圧を交流電圧に変換し、前記インバータに接続されるモータを駆動させるモータ駆動方法であって、
    前記モータの加速レートを制限するための電流閾値である加速レート制限閾値を、モータ温度検出手段によって検出されるモータ温度に対応して設定する電流閾値設定処理と、
    電流検出手段によって検出される電流値に対応して再現されるモータ電流と、電流閾値設定処理によって設定される前記加速レート制限閾値とを比較し、当該比較結果に応じて前記モータの加速レートを設定する加速レート設定処理と、
    前記加速レート設定処理によって設定される前記加速レートに従って、前記インバータに駆動信号を出力する駆動信号発生処理と、を含むこと
    を特徴とするモータ駆動方法。

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