JP2014187802A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速運転域等でもモータを安定して駆動できるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出し、この検出電流からモータのロータ速度を推定し、この推定ロータ速度と目標速度との偏差の比例・積分制御演算により上記界磁成分電流の目標値および上記トルク成分電流の目標値を求め、この目標値と上記検出電流との偏差の比例・積分制御演算によりモータにおける界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求め、この界磁成分電圧およびトルク成分電圧に基づいてインバータのスイッチングを制御する。推定ロータ速度の上昇に伴い増加し下降に伴い減少する負の界磁成分電流を前記界磁成分電流の目標値に加える弱め界磁制御に伴い、上記前記各比例・積分制御演算のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の制御ゲインを、負の界磁成分電流またはその負の界磁成分電流に対応する進み角に応じて補正する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置に関する。

複数の相巻線を有するステータおよび複数の永久磁石を有するロータからなる永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータともいう）が知られている。この永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置は、各相巻線に対する電力供給用のインバータを備え、起動時、各相巻線を初期位置決めの為の励磁（直流励磁）してロータの位置決めを行う。この位置決めの後、ロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標に換算された界磁成分電流（ｄ軸電流）Ｉｄを各相巻線に印加して強制転流を行う。そして、起動の完了後、各相巻線に流れる電流（相電流）を検出し、その検出電流に基づいてロータ速度（＝角速度）を推定し、この推定ロータ速度と目標速度との偏差に基づく演算により界磁成分電流の目標値およびトルク成分電流の目標値を求め、この目標値と上記検出電流との偏差に基づく演算によりモータにおける界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求め、この界磁成分電圧およびトルク成分電圧に基づいてインバータのスイッチングを制御するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行う。このセンサレス・ベクトル制御では、各演算に例えば比例・積分制御（ＰＩ制御）演算を用いる。

また、センサレス・ベクトル制御では、高速度運転域あるいは中速度運転域から高速度運転域において、ロータの回転に伴って各相巻線に誘起する電圧のレベルが各相巻線に対する駆動電圧のレベルよりも高くなり、そのままではモータの駆動を継続できない。対策として、高速度運転域あるいは中速度運転域から高速度運転域において、負の界磁成分電流−Ｉｄを注入する、いわゆる弱め界磁制御を行う。

特開平０５−１５１９３号公報

弱め界磁制御を行って進み角が大きくなる高速運転域等では、モータの動作が不安定となってモータが脱調に至るリスクが高くなる。

本発明の実施形態の目的は、高速域においてもモータを安定して駆動できるモータ駆動装置を提供することである。

請求項１のモータ駆動装置は、スイッチングにより交流電圧を得てそれをモータへの駆動電力として出力するインバータと、前記モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ速度を推定し、この推定ロータ速度と目標速度との偏差の比例・積分制御演算により前記界磁成分電流の目標値および前記トルク成分電流の目標値を求め、この目標値と前記検出電流との偏差の比例・積分制御演算により前記モータにおける界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求め、この界磁成分電圧およびトルク成分電圧に基づいて前記インバータのスイッチングを制御する駆動制御手段と、前記推定ロータ速度の上昇に伴い増加し下降に伴い減少する負の界磁成分電流を前記界磁成分電流の目標値に加える弱め界磁制御手段と、前記各比例・積分制御演算のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の制御ゲインを、前記負の界磁成分電流またはその負の界磁成分電流に対応する進み角に応じて補正する補正手段と、を備える。

各実施形態に関わる空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルの構成を示す図。 各実施形態の制御回路のブロック図。 第１実施形態における負の界磁成分電流−Ｉｄと制御ゲインＧの関係を示す図。 第２実施形態における進み角βと制御ゲインＧの関係を示す図。 第３実施形態に関わるモータ（逆突極比：小）のトルク特性を示す図。 第３実施形態に関わるモータ（逆突極比：大）のトルク特性を示す図。 第３実施形態の変形例における負の界磁成分電流−Ｉｄと制御ゲインＧの関係を示す図。 第４実施形態における進み角βと制御ゲインＧの関係を示す図。

［１］以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。
当該モータ駆動装置を空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルに組み込まれた圧縮機モータの駆動に適用した例で説明する。適用例である空気調和機のヒートポンプ式冷凍サイクルの構成を図１に示す。圧縮機１が吐出する冷媒は、暖房運転時、実線矢印で示すように、四方弁２を通って室内熱交換器３に流れ、その室内熱交換器３を経た冷媒が膨張弁４を介して室外熱交換器５に流れる。室外熱交換器５を経た冷媒は、四方弁２を通って圧縮機１に吸い込まれる。つまり、室内熱交換器３が凝縮器、室外熱交換器５が蒸発器として機能し、これにより室内が暖房される。なお、室内熱交換器３の近傍に室内ファン６を配置し、室外熱交換器５の近傍に室外ファン７を配置している。

空調制御部１０は、四方弁２、室内ファン６、および室外ファン７など、空気調和機全体を制御する。なお、空調制御部１０は、暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器５の着霜状態を温度センサを用いて監視し、室外熱交換器５の着霜量が所定以上となったときに四方弁２を切換えて冷媒の流れを逆方向に切換え、除霜運転を実行する。この除霜運転では、圧縮機１の吐出冷媒が図1中波線矢印の方向に流れ、室外熱交換器５に高温の冷媒が流れ込む運転を所定時間（例えば、８分間）にわたり実行する。なお、除霜運転の終了は、一般的に室外熱交換器５の温度センサの検出温度の上昇によって判断される。

この空調制御部１０に、モータ駆動装置１１を接続する。モータ駆動装置１１は、圧縮機１の駆動モータ（圧縮機モータ）である永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータともいう）を駆動するもので、図２の構成を有する。

図２に示すように、商用交流電源１２の交流電圧をダイオードブリッジ１３および平滑コンデンサ１４からなる整流回路１５で直流電圧に変換する。この直流電圧をスイッチング回路１６のスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧を永久磁石同期モータ２０に駆動電力として供給する。整流回路１５およびスイッチング回路１６により、インバータを構成している。

永久磁石同期モータ２０は、上記インバータの出力端に接続される入力端子２１、複数の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有するステータ（電機子）２２、複数たとえば４つの永久磁石を４極として埋設したロータ（回転子）２３を有する。

スイッチング回路１６は、各々に還流用のダイオードが逆並列接続された２つのスイッチング素子を直列に接続した回路を１相分とし、その直列回路を三相分設けたもので、各相における正側スイッチング素子と負側スイッチング素子との接続点を永久磁石同期モータ２０の各相巻線にそれぞれ接続する。このスイッチング回路１６の出力端と永久磁石同期モータ２０の入力端子２１との間のＵ相通電路、Ｖ相通電路、Ｗ相通電路に、永久磁石同期モータ２０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流（相電流）を検知する電流センサである電流トランス３１，３２，３３を配置する。この電流トランス３１，３２，３３の出力をコントロールユニット４０に供給する。モータ駆動装置１１は、コントロールユニット４０と、整流回路１５及びスイッチング回路１６からなるインバータによって構成されている。

コントロールユニット４０は、主制御部４１、記憶部４２、およびセンサレス・ベクトル制御部（駆動制御手段）５０を有する。

センサレス・ベクトル制御部５０は、電流検出部５１、速度推定演算部５２、積分部５３、減算部５４、速度制御部５５、演算部５６、減算部５７，５８、電流制御部（第１電流制御部）６１、電流制御部（第２電流制御部）６２、ＰＷＭ信号生成部６３を含む。

電流検出部５１は、電流トランス３１，３２，３３の検知電流を３相２相変換して、永久磁石同期モータ２０におけるロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標およびトルク軸（ｑ軸）座標にそれぞれ換算された界磁成分電流（ｄ軸電流ともいう）Ｉｄおよびトルク成分電流（ｑ軸電流ともいう）Ｉｑを検出する。

速度推定演算部５２は、電流検出部５１で検出した界磁成分電流Ｉｄおよびトルク成分電流Ｉｑに基づく演算により永久磁石同期モータ２０のロータ速度ωestを推定する。具体的には、界磁成分電流Ｉｄ、トルク成分電流Ｉｑ、後述の電流制御部６１，６２で求める界磁成分電圧Ｖｄ，トルク成分電圧Ｖｑを用いる演算により永久磁石同期モータ２０における界磁成分速度起電力（ｄ軸速度起電力という）Ｅｄを推定し、このｄ軸速度起電力Ｅｄの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算に基づいて推定ロータ速度ωestを求める。

積分部５３は、速度推定演算部５２で求めた推定ロータ速度ωestを積分することにより、推定ロータ位置θestを得る。この推定ロータ位置θestを電流検出部５１およびＰＷＭ信号生成部６３に供給する。減算部５４は、空調制御部１０から指令される目標速度ωrefから推定ロータ速度ωestを減算することにより、目標速度ωrefと推定ロータ速度ωestの速度偏差を得る。

速度制御部５５は、減算部５４で得た速度偏差を比例・積分制御（ＰＩ制御）演算することにより、トルク成分電流Ｉｑの目標値Ｉｑrefを求める。演算部５６は、トルク成分電流Ｉｑの目標値Ｉｑrefから界磁成分電流Ｉｄの目標値Ｉｄrefを求める。減算部５７は、目標値Ｉｄrefから界磁成分電流Ｉｄを減算することにより、目標値Ｉｄrefと界磁成分電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを得る。減算部５８は、目標値Ｉｑrefからトルク成分電流Ｉｑを減算することにより、目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを得る。

電流制御部６１は、偏差ΔＩｄの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、永久磁石同期モータ２０におけるロータ軸上のｄ軸座標に換算した界磁成分電圧Ｖｄを求める。電流制御部６２は、偏差ΔＩｑの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、永久磁石同期モータ２０におけるロータ軸上のｑ軸座標に換算したトルク成分電圧Ｖｑを求める。

ＰＷＭ信号生成部６３は、界磁成分電圧Ｖｄ、トルク成分電圧Ｖｑ、および推定ロータ位置θestに応じて、スイッチング回路１６に対するスイッチング用のパルス幅変調信号(ＰＷＭ信号という)を生成する。このＰＷＭ信号により、スイッチング回路１６の各スイッチング素子がオン，オフ動作し、永久磁石同期モータ２０の各相巻線に対する駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗがスイッチング回路１６から出力される。

このセンサレス・ベクトル制御部５０において、界磁成分電圧Ｖｄおよびトルク成分電圧Ｖｑは次の式で表わされる。
Ｖｄ＝（Ｒ＋ＰＬｄ）・Ｉｄ−ω・Ｌｑ・Ｉｑ＋Ｅｄ
Ｖｑ＝ω・Ｌｄ・Ｉｄ＋（Ｒ＋ＰＬｑ）・Ｉｑ＋Ｅｑ
Ｒは電機子抵抗、Ｐは微分（＝ｄ／ｄｔ）、ωはモータ軸の電気角速度（電気的回転速度）、Ｌｑはステータ２２のｑ軸インダクタンス、Ｅｄはｄ軸速度起電力（界磁成分速度起電力）、Ｌｄはステータ２２のｄ軸インダクタンス、Ｅｑはｑ軸速度起電力（トルク成分速度起電力；＝ω・φ）である。なお、電機子抵抗Ｒは、インバータの出力が３相変調の場合、１つの相巻線の抵抗の２倍の値が用いられ、また２相変調で１相（下相）１００％通電方式の場合には、巻線への通電パターンとして下側が並列となることから１つの相巻線の抵抗の１．５倍の値が用いられる。

ＰＬｄとＰＬｑは、微分項なので、定常状態では零となる。センサレス・ベクトル制御では、界磁軸（ｄ軸）を基準にして各相巻線電流（電機子電流）が制御されるので、界磁成分速度起電力Ｅｄは基本的に零となるように制御される。
Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ−ω・Ｌｑ・Ｉｑ
ω＝（Ｒ・Ｉｄ−Ｖｄ）／（Ｌｑ・Ｉｑ）
Ｖｑ＝ω・Ｌｄ・Ｉｄ＋Ｒ・Ｉｑ＋ω・φ
Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ＝ω・Ｌｄ・Ｉｄ＋ω・φ
ω・（Ｌｄ・Ｉｄ＋φ）＝Ｖｑ−Ｒ／Ｉｑ
ω＝（Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ）／（Ｌｄ・Ｉｄ＋φ）
なお、上記式中φは、モータ定数の１つである誘起電圧係数（Ｖ・ｓ／ｒａｄ）である。上記ｄ軸の回路方程式が成り立つように、速度推定演算部５２において推定ロータ速度ωestの演算を行う。一方、ｄ軸速度起電力Ｅｄは基本的に零となるように制御するのであるが、推定ロータ速度ωestの演算のパラメータであるステータ２２のｑ軸インダクタンスＬｑやｄ軸インダクタンスＬｄが実際の値と異なっていると、ｄ軸速度起電力Ｅｄが零とならない。このｄ軸速度起電力Ｅｄは、推定値として、次のように求めることができる。
Ｅｄ＝Ｖｄ−（Ｉｄ・Ｒ−ωest・Ｉｑ・Ｌｑ）
このｄ軸速度起電力Ｅｄの比例・積分制御（ＰＩ制御）演算により、速度ずれ量ωerrを推定することができる。この速度ずれ量ωerrを目標速度ωrefから減算することで、推定ロータ速度ωestを得ることができる。
ωerr＝ＰＩ（Ｅｄ）、 ωest＝ωref−ωerr
なお、比例・積分制御演算とは、制御量＝比例制御ゲイン×誤差＋積分制御ゲイン×∫誤差で表わされる。

主制御部４１は、主要な機能として次の（１）（２）の手段を有する。
（１）推定ロータ速度ωestが設定値以上の高速度運転域あるいは中速度運転域から高速度運転域において、推定ロータ速度ωestの上昇に伴い増加し下降に伴い減少する負の界磁成分電流−Ｉｄを界磁成分電流Ｉｄの目標値Ｉｄrefに加える弱め界磁制御手段。

（２）速度推定部５２、速度制御部５５、電流制御部６１、電流制御部６２のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の比例制御ゲイン・積分制御ゲインを、負の界磁成分電流−Ｉｄに応じて補正する補正手段。具体的には、少なくとも１つの比例・積分制御演算の比例制御ゲイン・積分制御ゲインを、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に補正する。

なお、本実施形態において、補正手段は、比例制御ゲイン及び積分制御ゲインの両方を同じように補正しているが、比例制御ゲインと積分制御ゲインのすくなくともいずれか一方を補正しても良い。

つぎに、主制御部４１が実行する制御について説明する。
推定ロータ速度ωestが設定値以上の高速度運転域あるいは中速度運転域から高速度運転域にあるとき、永久磁石同期モータ２０に対する安定した駆動を続けるべく、推定ロータ速度ωestの上昇に伴い増加し下降に伴い減少する負の界磁成分電流−Ｉｄを界磁成分電流Ｉｄの目標値Ｉｄrefに加える弱め界磁制御を実行する。

この弱め界磁制御の実行に伴い、速度推定部５２、速度制御部５５、電流制御部６１、電流制御部６２のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の比例制御ゲイン・積分制御ゲインを、図３に示すように、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に補正する。

負の界磁成分電流−Ｉｄの注入を開始して進み角βが大きくなる高速度運転域あるいは中速度運転域から高速度運転域では、永久磁石同期モータ２０の動作が不安定となって永久磁石同期モータ２０が脱調に至るリスクが高くなるが、制御ゲインを負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に補正することにより、高速度運転域における永久磁石同期モータ２０の不安定動作や脱調を防ぐことができる。

補正により変化する比例制御ゲイン及び積分制御ゲインＧは、負の界磁成分電流−Ｉｄの絶対値の２次関数として次式で表わされる。主制御部４１は、この式の演算により、制御ゲインＧの補正値を逐次に求めて設定する。

Ｇ＝ｋ２・｜Ｉｄ｜²＋ｋ１・｜Ｉｄ｜＋ｋ０ なお、ｋ０，ｋ１，ｋ２は、それぞれ定数であり、ｋ０，ｋ１，ｋ２は、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に制御ゲインＧが補正される値に設定する必要がある。例えば、ｋ２は非常に小さい正の値とし、ｋ１は大きな負の値とする等の設定を行っておく。また、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に制御ゲインＧが補正されるのであれば、比例制御ゲインと積分制御ゲインのそれぞれで、定数ｋ０，ｋ１，ｋ２の値を異ならせても良い。

一方、推定ロータ速度ωestが設定値未満の低速・中速度運転域では、負の界磁成分電流−Ｉｄを注入する弱め界磁制御の実行がないので、負の界磁成分電流−Ｉｄに応じた補正は行わず、比例制御ゲイン・積分制御ゲインをもともと定められている感度の高い大きめの値に維持する。

したがって、低速・中速度運転域において、暖房運転から除霜運転への移行に伴う急激な負荷変動が生じても、その急激な負荷変動に応答性よく追従した適切なモータ駆動を行うことができる。これにより、永久磁石同期モータ２０の不要な運転停止を回避できるとともに、圧縮機１の効率の良い運転が可能となる。

［２］第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、図４に示すように、負の界磁成分電流−Ｉｄに対応する進み角βに応じて制御ゲインを補正する。進み角β(rad)は、トルク成分電流Ｉｑ、負の界磁成分電流−Ｉｄを用いて次式のように表わすことができる。
β＝arctan(−Ｉｄ／Ｉｑ) arctan：逆正接関数
したがって、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きくなれば進み角βも大きくなる関係にある。補正により変化する制御ゲインＧは、進み角βの２次関数として次式で表わされる。主制御部４１は、この演算により、制御ゲインＧの補正値を逐次に求めて設定する。
Ｇ＝ｋ２・β²＋ｋ１・β＋ｋ０
ここで、定数ｋ０．ｋ１．ｋ２は、進み角βが大きいほど小さくなる方向に制御ゲインＧが補正される値に設定される。

なお、進み角βは、上記算出式に示すように負の界磁成分電流−Ｉｄだけでなく、トルク成分電流Ｉｑの大きさの影響も受けている。モータの回転数が高いほど進み角βが大きくなり、モータの安定性が低下することから、モータを高速域で運転した場合の不安定の度合いを表すパラメータとしては、一般的に負の界磁成分電流−Ｉｄよりも進み角βの方が感度が高い。そこで、この第２実施形態のように負の界磁成分電流−Ｉｄではなく進み角βに応じて制御ゲインを補正することは有効である。

［３］第３実施形態について説明する。
永久磁石同期モータ２０が逆突極性（Ｌｑ＞Ｌｄ）の小さいモータである場合（逆突極比が小さい場合）、そのモータは図５に示すトルク特性を有する。永久磁石同期モータ２０が逆突極性の大きいモータである場合（逆突極比が大きい場合）、そのモータは図６に示すトルク特性を有する。

総合トルクＴは、マグネットトルク（磁石トルク）ＴｍとリラクタンストルクＴｒの合計となり、次式で表わすことができる。Ｐｎは、極対数であり、２極モータの場合１、４極モータの場合２となる。Ｉａはモータ電流、Ψａは電機子鎖交磁束である。
Ｔ＝Ｐｎ・｛Ψａ・Ｉｑ＋（Ｌｄ−ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑ｝
＝Ｐｎ・｛Ψａ・Ｉａ・cosβ＋1/2・（Ｌｑ−ｌｄ）・Ｉａ^２・sin2β｝
＝Ｔｍ＋Ｔｒ
総合トルクＴが最大（ピーク）になるときの進み角βを最大トルク制御点という。この最大トルク制御点は、逆突極比（＝Ｌｑ／Ｌｄ）が大きいほど進み側（大きい側）に配置され、逆突極比が小さい場合には零付近に配置されるもので、モータ定数およびモータ電流Ｉａ等によって定まる。

この第３実施形態では、永久磁石同期モータ２０が逆突極比の大きいモータであれば、図７に実線で示すように、負の界磁成分電流−Ｉｄが所定値−Ｉｄｓ２未満の場合に制御ゲインＧをもともとの感度の高い大きめの設定値一定に保ち、負の界磁成分電流−Ｉｄが所定値−Ｉｄｓ２以上の場合は制御ゲインＧを負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に補正する。補正の仕方は第１実施形態と同じである。所定値−Ｉｄｓ２は、逆突極比が大きい場合の最大トルク制御点である。

逆突極比が大きいモータでは、マグネットトルクＴｍに対するリラクタンストルクＴｒの比率が高まることから、そのリラクタンストルクＴｒを積極的に活用するべく、最大トルク制御点（＝所定値−Ｉｄｓ２）に至るまではできるだけ一定の負の界磁成分電流−Ｉｄを注入してより積極的な進み角制御を行う。これにより、モータ効率を向上させることができる。

永久磁石同期モータ２０が逆突極比の小さいモータであれば、図７に一点鎖線で示すように、負の界磁成分電流−Ｉｄが所定値−Ｉｄｓ１（＜−Ｉｄｓ２）未満の場合に制御ゲインＧを感度の高い大きめの設定値一定に保ち、負の界磁成分電流−Ｉｄが所定値−Ｉｄｓ１以上の場合は制御ゲインＧを負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向に補正する。補正の仕方は第１実施形態と同じである。所定値−Ｉｄｓ１は、逆突極比が小さい場合の最大トルク制御点である。

逆突極比が小さいモータの場合も、最大トルク制御点（＝所定値−Ｉｄｓ１）に至るまでは一定の負の界磁成分電流−Ｉｄを注入することにより、モータ効率が向上する。

制御ゲインＧの補正を開始するかどうかの閾値−Ｉｄｓ１，−Ｉｄｓ２となる最大トルク制御点については、モータ定数やモータ電流Ｉａ等から演算によって認識することができるので、モータの逆突極比に応じて予め設定しておくといった手間のかかる処置が不要である。

［４］第４実施形態について説明する。
図８に示すように、進み角βに応じて制御ゲインを補正する。すなわち、永久磁石同期モータ２０が逆突極比の大きいモータであれば、図８に実線で示すように、進み角βが所定値βｓ２未満の場合に制御ゲインＧをもともとの感度の高い大きめの設定値一定に保ち、進み角βが所定値βｓ２以上の場合は制御ゲインＧを進み角βが大きいほど小さくなる方向に補正する。補正の仕方は第２実施形態と同じである。所定値βｓ２は、逆突極比が大きい場合の最大トルク制御点である。永久磁石同期モータ２０が逆突極比の小さいモータであれば、図８に一点鎖線で示すように、進み角βが所定値βｓ１（＜βｓ２）未満の場合に制御ゲインＧを感度の高い大きめの設定値一定に保ち、進み角βが所定値βｓ１以上の場合は制御ゲインＧを進み角βが大きいほど小さくなる方向に補正する。補正の仕方は第２実施形態と同じである。所定値βｓ１は、逆突極比が小さい場合の最大トルク制御点である。

なお、最大トルク制御点の進み角βは、以下の式で表わされる。

以上、説明したように、上記各実施形態においては、ベクトル制御における各種の比例・積分制御演算における制御ゲインＧを、負の界磁成分電流−Ｉｄが大きいほど小さくなる方向へ、または進み角βが大きいほど小さくなる方向に補正することにより、モータ駆動の安定性が低くなる高回転領域等において、比例・積分制御演算の制御ゲインを小さくすることで、変動に対して過度の制御量を出力することをなくす、すなわち、応答感度を低下させる、ことでモータ駆動の安定性を高めることができる。

このような負の界磁成分電流−Ｉｄまたは進み角βに基づく制御ゲインＧを補正する比例・積分制御演算としては、ロータ速度の推定における比例・積分制御演算、及び界磁成分電流の目標値およびトルク成分電流の目標値を求める比例・積分制御演算及びモータに出力すべき界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求める比例・積分制御演算のすべて、またはその内のいずれか１つでも良い。

［５］変形例
上記各実施形態では、制御ゲインＧの補正値を主制御部４１が逐次に求めながら設定する構成としたが、負の界磁成分電流−Ｉｄ（または進み角β）と制御ゲインＧの補正値との対応を予め定めたデータベースを記憶部４２に記憶しておき、負の界磁成分電流−Ｉｄ（または進み角β）に基づく上記データベースの参照によって制御ゲインＧの補正値を求める構成としてもよい。

比例・積分（ＰＩ）制御演算によるモータ駆動制御を例に説明したが、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御演算によるモータ駆動制御を行う場合についても、同様に実施可能である。

また、第１の実施形態において説明したが、補正手段は、比例制御ゲインと積分制御ゲインのいずれか一方のみを補正しても良い。

その他、上記各実施形態および変形例は、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。この新規な実施形態および変形例は、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、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は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。

１…圧縮機、２…四方弁、３…室内熱交換器、５…室外熱交換器、１０…空調制御部、１１…モータ駆動装置、１２…商用交流電源、１５…整流回路、１６…スイッチング回路、２０…永久磁石同期モータ、２２…ステータ、２３…ロータ、３１，３２，３３…電流センサ、４０…コントロールユニット、４１…主制御部、４２…記憶部、５０…センサレス・ベクトル制御部（駆動制御手段）、５１…電流検出部、５２…速度推定演算部、５３…積分部、５４…減算部、５５…速度制御部、５６…演算部、５７，５８…、減算部、６１…電流制御部、６２…電流制御部、６３…ＰＷＭ信号生成部

Claims (6)

1. スイッチングにより交流電圧を得てそれをモータへの駆動電力として出力するインバータと、
   前記モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出し、この検出電流から前記モータのロータ速度を推定し、この推定ロータ速度と目標速度との偏差の比例・積分制御演算により前記界磁成分電流の目標値および前記トルク成分電流の目標値を求め、この目標値と前記検出電流との偏差の比例・積分制御演算により前記モータにおける界磁成分電圧およびトルク成分電圧を求め、この界磁成分電圧およびトルク成分電圧に基づいて前記インバータのスイッチングを制御する駆動制御手段と、
   前記推定ロータ速度の上昇に伴い増加し下降に伴い減少する負の界磁成分電流を前記界磁成分電流の目標値に加える弱め界磁制御手段と、
   前記各比例・積分制御演算のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の比例制御ゲインまたは積分制御ゲインの少なくとも一方の制御ゲインを、前記負の界磁成分電流またはその負の界磁成分電流に対応する進み角に応じて補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記駆動制御手段は、センサレス・ベクトル制御部であり、
   前記モータにおける界磁成分電流およびトルク成分電流を検出する電流検出部と、
   前記検出電流に基づく演算により前記モータのロータ速度を推定する速度推定演算部と、
   前記推定したロータ速度と目標速度との偏差の比例・積分制御演算により、前記トルク成分電流の目標値を求める速度制御部と、
   前記求めたトルク成分電流の目標値から前記界磁成分電流の目標値を求める演算部と、
   前記検出した界磁成分電流と前記演算部で求めた目標値との偏差の比例・積分制御演算により、前記モータにおける界磁成分電圧を求める第１電流制御部と、
   前記検出したトルク成分電流と前記速度制御部で求めた目標値との偏差の比例・積分制御演算により、前記モータにおけるトルク成分電圧を求める第２電流制御部と、
   前記求めた界磁成分電圧およびトルク成分電圧に応じて、前記インバータに対するスイッチング用のパルス幅変調信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記速度推定演算部は、前記電流検出部の検出電流を用いる演算により前記モータにおける界磁成分速度起電力を推定し、この界磁成分速度起電力の比例・積分制御演算により推定ロータ速度を求める、
   ことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 前記補正手段は、前記各比例・積分制御演算のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の制御ゲインを、前記負の界磁成分電流が大きいほど小さくなる方向に、または前記進み角が大きいほど小さくなる方向に、補正する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記補正手段は、前記各比例・積分制御演算のうち少なくとも１つの比例・積分制御演算の制御ゲインを、前記負の界磁成分電流が所定値未満の場合は設定値一定に保ち所定値以上の場合はその負の界磁成分電流が大きいほど小さくなる方向に、または前記進み角が所定値未満の場合は設定値一定に保ち所定値以上の場合はその進み角が大きいほど小さくなる方向に、補正する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
6. 前記所定値は、前記モータの総合トルクが最大となる最大トルク制御点である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。

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