JP2016001939A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの負荷変動が生じた場合でもモータ効率を高く維持する。
【解決手段】制御装置１００は、モータ５００を駆動するための二相巻線（主巻線５２０および補助巻線５３０）に、制御信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいて電圧（主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助電圧Ｖａｕｘ）を印加するインバータ４００の制御装置（インバータ制御装置）である。入力部は、モータ５００の駆動に関する情報（測定結果Ｓａ〜Ｓｄ）を受けるために用いられる。制御部２０は、入力部１０が受けた情報（測定結果Ｓａ〜Ｓｄ）に基づいて、インバータ４００を制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。出力部は、制御信号Ｓ１〜Ｓ６をインバータに送信するために用いられる。制御部２０は、モータ５００の負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。
【選択図】図１

Description

この発明は、インバータの制御に関し、より特定的には、二相巻線に電圧を印加するモータ駆動用インバータを制御するインバータ制御装置に関する。

モータ制御の一つとして、固定子に二相巻線を用いる技術が知られている。この技術では、二相巻線に位相の異なる電流がそれぞれ流れるように、二相巻線に電圧が印加される。これにより、モータを回転駆動するための回転磁界を発生させることができる。

二相巻線への電圧の印加および電流の供給は、たとえばインバータによって行なわれる（特開２００５−１８４８８５号公報参照）。インバータを制御することによって、二相巻線への印加電圧などを制御することができる。なお、二相巻線によって駆動されるモータは、「二相誘導モータ」と呼ばれることもある。

特開２００５−１８４８８５号公報

松下元士、"永久磁石同期モータのセンサレス電圧／電流位相制御"、[online]、２０１０年７月、大阪府立大学、２０１０、博士論文、[平成２６年６月２日検索]、インターネット〈URL:http://repository.osakafu-u.ac.jp/dspace/bitstream/10466/11152/1/2010900037.pdf〉

モータ制御では、モータ効率を高めることが望まれる。これまでのところ、二相誘導モータの制御においては、モータの回転速度に応じて電圧を制御する方式（「Ｖ／Ｆ制御」と呼ばれることもある）が主に採用されている。この方式では、最適な（最大となる）モータ効率が維持されるように、モータの回転速度に応じて、二相巻線に印加する電圧が制御される。

しかし、最適なモータ効率を得るための電圧は、モータの負荷によって異なる場合がある。その場合、上述のようなモータの回転速度に応じた電圧制御では、負荷変動が生じた場合でも、電圧は一定のままである。その結果、モータ効率が低下してしまう。

この発明の目的は、モータの負荷変動が生じた場合でもモータ効率を高く維持することである。

この発明は、ある局面において、モータを駆動するための二相巻線に制御信号に基づいて電圧を印加するインバータの制御装置（インバータ制御装置）である。インバータ制御装置は、モータの駆動に関する情報を受けるための入力部と、入力部が受けた情報に基づいてインバータを制御するための制御信号を発生する制御部と、制御部が発生した制御信号をインバータに送信するための出力部とを備える。制御部は、モータの負荷に応じた制御信号を発生する。

上記構成のインバータ制御装置では、制御部がモータの負荷に応じた制御信号を発生する。これにより、モータの負荷変動が生じた場合でも最適なモータ効率が得られるようにインバータを制御することができる。

この発明によれば、モータの負荷変動が生じた場合でもモータ効率を高く維持することが可能になる。

実施の形態１に係るインバータ制御装置を説明するための図である。 制御装置１００の制御部２０をさらに詳細に説明するための図である。 位相差φを説明するための図である。 位相差φと、モータ効率ηとの関係を説明するための図である。 モータ相電圧と位相差φとの関係を説明するための図である。 実施の形態１において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係るインバータ制御装置を説明するための図である。 実施の形態２において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、特に記載がある場合を除き、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るインバータ制御装置を説明するための図である。図１を参照して、インバータ制御装置１００（以下、単に「制御装置１００」という）は、電気機器１に搭載されて用いられる。電気機器１は、たとえば空調装置（エアコン）である。ただし、電気機器１の種類は特に限定されるものではない。

図１を参照して、電気機器１は、制御装置１００と、整流部３００と、インバータ４００と、モータ５００とを含む。また、電気機器１においては、電流センサ６１１，６１２および電圧センサ６２１，６２２などの種々のセンサが適宜配置され得る。

制御装置１００は、インバータ４００を制御する。制御装置１００の詳細については、後述する。

電力源２００は、電気機器１に交流電力を供給する。電力源２００は、たとえば商用電力網である。

整流部３００は、ダイオード３１１〜３１４と、コンデンサ３２０とを含む。ダイオード３１１〜３１４は、ブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路は、電力源２００からの交流電力を整流する。コンデンサ３２０は、整流された電力を平滑化する。平滑化された電力は、インバータ４００に出力される。

インバータ４００は、スイッチング素子４１１〜４１６と、出力ノードＮａ〜Ｎｃとを含む。

スイッチング素子４１１〜４１６は、図１に示す例では、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）として表される。ただし、スイッチング素子４１１〜４１６の種類は特に限定されない。スイッチング素子４１１〜４１６として、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてもよい。なお、スイッチング素子４１１〜４１６の各々には、帰還ダイオードが接続されている。

スイッチング素子４１１〜４１６の制御端子（ゲート）には、制御信号Ｓ１〜Ｓ６がそれぞれ入力される。制御信号Ｓ１〜Ｓ６によってスイッチング素子４１１〜４１６のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、整流部３００からの電力をモータ５００を駆動するための電力に変換し、出力ノードＮａ，ＮｂおよびＮｃに出力することができる。すなわち、インバータ４００は、制御装置１００から送信される制御信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいて、モータ５００を駆動するためのインバータである。

スイッチング素子４１１〜４１６の制御方法は特に限定されない。一例として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation Control）制御が用いられてもよい。

モータ５００は、回転子５１０と、主巻線５２０と、補助巻線５３０とを含む。
回転子５１０は、主巻線５２０および補助巻線５３０によって発生した回転磁界によって回転する。図１に示す例では、回転子５１０として、かご型の回転子として表される。ただし、回転子５１０の種類は特に限定されない。

主巻線５２０の一方端はインバータ４００の出力ノードＮａに接続され、他方端はインバータ４００の出力ノードＮｃに接続される。インバータ４００は、出力ノードＮａおよびＮｃを介して、主巻線５２０に電圧の印加および電流の供給を行なう。主巻線５２０に印加される電圧を主電圧「Ｖｍａｉｎ」と称して図示する。主巻線５２０に供給される電流を主電流「Ｉｍａｉｎ」と称して図示する。主電流Ｉｍａｉｎによって、主巻線５２０には磁界が発生する。

補助巻線５３０の一方端はインバータ４００の出力ノードＮｂに接続され、他方端はインバータ４００の出力ノードＮｃに接続される。インバータ４００は、出力ノードＮｂおよびＮｃを介して、補助巻線５３０に電圧の印加および電流の供給を行なう。補助巻線５３０に印加される電圧を補助電圧「Ｖａｕｘ」と称して図示する。補助巻線５３０に供給される電流を補助電流「Ｉａｕｘ」と称して図示する。補助電流Ｉａｕｘによって、補助巻線５３０には磁界が発生する。

補助電圧Ｖａｕｘは、主電圧Ｖｍａｉｎとは位相が異なるように、補助巻線５３０に印加される。好ましくは、両者の位相は９０度異なる。

主電圧Ｖｍａｉｎと補助電圧Ｖａｕｘの位相が異なると、主電流Ｉｍａｉｎと補助電流Ｉａｕｘの位相も異なる。したがって、主電流Ｉｍａｉｎによって主巻線５２０に発生する磁界と、補助電流Ｉａｕｘによって補助巻線５３０に発生する磁界との位相は異なる。位相の異なる２つの磁界が発生することによって、回転磁界が形成される。

このように主巻線５２０に発生する磁界と補助巻線５３０に発生する磁界とは位相が異なるので、主巻線５２０および補助巻線５３０は、二相巻線として用いられる。したがって、インバータ４００は、モータ５００を駆動するための二相巻線に制御信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいて電圧を印加するインバータである。また、モータ５００は、二相巻線によって駆動されるため、二相誘導モータである。

なお、電気機器１が空調装置の場合、モータ５００は、たとえば圧縮機（図示しない）を作動させるために用いられる。

電流センサ６１１は、主電流Ｉｍａｉｎを測定することができるように配置される。図１に示す例では、電流センサ６１１は、インバータ４００の出力ノードＮａと、主巻線５２０との間の経路に配置される。電流センサ６１１の測定結果は「Ｓａ」として図示される。

電圧センサ６２１は、主電圧Ｖｍａｉｎを測定することができるように配置される。図１に示す例では、電圧センサ６２１は、インバータの出力ノードＮａおよびＮｃと、主巻線５２０との間に配置される。電圧センサ６２１の測定結果は「Ｓｃ」として図示される。

電流センサ６１２は、補助電流Ｉａｕｘを測定することができるように配置される。図１に示す例では、電流センサ６１２は、インバータ４００の出力ノードＮｂと、補助巻線５３０との間の経路に配置される。電流センサ６１２の測定結果は「Ｓｂ」として図示される。

電圧センサ６２２は、補助電圧Ｖａｕｘを測定することができるように配置される。図１に示す例では、電圧センサ６２２は、インバータ４００の出力ノードＮｂおよびＮｃと、補助巻線５３０との間に配置される。電圧センサ６２２の測定結果は「Ｓｄ」として図示される。

制御装置１００は、入力部１０と、制御部２０と、出力部３０とを含む。
入力部１０には、電流センサ６１１および６１２の測定結果ＳａおよびＳｃと、電圧センサ６２１および６２２の測定結果ＳｃおよびＳｄが入力される。ただし、測定結果Ｓａ〜Ｓｄのすべてが入力部１０に入力される必要はない。

測定結果Ｓａ〜Ｓｄは、モータ５００の二相巻線の電圧および電流の測定結果であるため、モータ５００の駆動に関する情報となる。すなわち、入力部１０は、モータ５００の駆動に関する情報を受けるために設けられる。

制御部２０は、インバータ４００を制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。制御部２０の構成の詳細については、後に図２を参照してさらに説明する。

出力部３０は、制御部２０が発生した制御信号Ｓ１〜Ｓ６を出力する。出力された制御信号Ｓ１〜Ｓ６は、インバータ４００のスイッチング素子４１１〜４１６の制御端子にそれぞれ入力される。

以上の構成により、電気機器１においては、制御装置１００によってインバータ４００を制御して、モータ５００を駆動することができる。制御装置１００によって、たとえば主巻線５２０に印加される主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助巻線５３０に印加される補助電圧Ｖａｕｘを制御することもできる。

電気機器１のエネルギ効率などの観点から、モータ５００のモータ効率ηを高めることが望ましい。モータ効率ηは、モータ５００の入力（ここではインバータ４００から供給される電力）と、モータ５００の出力（動力）との比率である。

モータ効率ηは、「モータ相電圧」によって変化することが知られている。モータ相電圧は、図１に示される例では、主電圧Ｖｍａｉｎ（および補助電圧Ｖａｕｘ）のことである。モータ効率ηが最大となるように主電圧Ｖｍａｉｎを制御することができれば、最適なモータ効率ηを得ることができる。

ここで、最適なモータ効率ηを得るための主電圧Ｖｍａｉｎは、モータ５００の負荷によって異なる場合がある。その場合、モータ５００の負荷の変動（負荷変動）によって、モータ効率ηが低下する可能性がある。これに対して、負荷変動を考慮しつつモータ相電圧を制御することで、負荷変動が生じたとしても、モータ効率ηを高く維持することが可能になる。

実施の形態１において、制御部２０は、モータ５００の負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。これにより、最適なモータ効率ηが得られるようにインバータ４００が制御される。その結果、負荷変動が生じた場合でもモータ効率ηを高く維持することが可能になる。

図２は、制御装置１００の制御部２０をさらに詳細に説明するための図である。以下で説明する制御部２０に含まれる各要素は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサおよびメモリなどの記憶素子によって構成される。制御部２０の機能は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。

図２を参照して、制御装置１００の制御部２０は、演算部２１と、記憶部２２と、比較部２３と、信号発生部２４とを含む。

演算部２１は、入力部１０が受けた情報に基づいて、所定の演算を行なう。たとえば、所定の演算は、主電圧Ｖｍａｉｎと主電流Ｉｍａｉｎとの位相差φの算出を含む。主電圧Ｖｍａｉｎと主電流Ｉｍａｉｎとの位相差に代えて、補助電圧Ｖａｕｘと補助電流Ｉａｕｘとの位相差が算出されてもよい。すなわち、演算部２１は、モータ相電圧（主電圧Ｖｍａｉｎおよび／または補助電圧Ｖａｕｘ）とモータ相電流（主電流Ｉｍａｉｎおよび／または補助電流Ｉａｕｘ）との位相差を算出する。

記憶部２２には、位相差に関する情報が記憶されている。たとえば、記憶部２２には、目標位相差φｔが記憶されている。目標位相差φｔは、最適なモータ効率ηを得るための位相差である。目標位相差φｔは、たとえば、モータ５００（図１）の設計データや、実験データなどに基づいて予め定めることができる。目標位相差φｔについては、後に図４を参照してさらに説明する。

比較部２３は、演算部２１が算出した位相差φと、記憶部２２に記憶されている目標位相差φｔとを比較する。比較部２３の比較結果は、たとえば位相差φと目標位相差φｔとの差（ギャップ）であるΔφを含む。

なお、比較結果は、たとえば位相差φと目標位相差φｔとの大小関係であってもよい。これについては、後に実施の形態２で説明する。

信号発生部２４は、比較部２３の比較結果に基づいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。一例として、信号発生部２４は、上述のΔφが小さくなるようなモータ相電圧をインバータ４００がモータ５００に印加するように、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

つまり、図１および図２を参照して、制御部２０は、位相差φに基づいてインバータ４００を制御する。後に図５を参照して説明するが、モータ５００の負荷が変動すると、位相差φは変化する。そのため、位相差φに基づくインバータ４００の制御は、モータ５００の負荷に応じたインバータ４００の制御であるといえる。したがって、制御部２０は、モータの負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生することとなる。

図３は、位相差φを説明するための図である。図３（ａ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図３（ａ）には、主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助電圧Ｖａｕｘの時間変化がそれぞれ示されている。

図３（ｂ）のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図３（ｂ）には、主電流Ｉｍａｉｎおよび補助電流Ｉａｕｘの時間変化がそれぞれ示されている。図３においては、主電圧Ｖｍａｉｎと主電流Ｉｍａｉｎとの位相差「φ」が記載されている。ここでは、主電圧Ｖｍａｉｎがゼロとなる位相と、主電流Ｉｍａｉｎがゼロとなる位相との差が、位相差φとして示されている。

なお、上述のように、位相差φは、補助電圧Ｖａｕｘと補助電流Ｉａｕｘとの位相差とすることもできる。その場合、図３には図示しないが、たとえば、補助電圧Ｖａｕｘがゼロとなる位相と、補助電流Ｉａｕｘがゼロとなる位相との差が、位相差φとして表されることとなる。

実施の形態１において、位相差φは、たとえば次のようにして求められる。すなわち、図１および図２を再び参照して、電圧センサ６２１による主電圧Ｖｍａｉｎの測定結果Ｓｃと、電流センサ６１１による主電流Ｉｍａｉｎの測定結果Ｓａとに基づいて、制御部２０（の演算部２１）が、位相差φを求めることができる。もしくは、電圧センサ６２２による補助電圧Ｖａｕｘの測定結果Ｓｄと、電流センサ６１２による補助電流Ｉａｕｘの測定結果Ｓｂとに基づいて、制御部２０が、位相差φを求めることもできる。

ここで、制御部２０は、インバータ４００を制御するために、たとえばリファレンス電圧を有し得る。その場合、制御部２０は、リファレンス電圧に基づいて、主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助電圧Ｖａｕｘの状態（たとえばゼロクロスのタイミング）を知ることができる。したがって、たとえば、電圧センサ６２１による主電圧Ｖｍａｉｎの測定結果Ｓｃに代えてリファレンス電圧を用いることによって、主電流Ｉｍａｉｎの測定結果Ｓａのみから、制御部２０は、位相差φを求めることもできる。

なお、位相差φを、モータ相電流の積算比から求める（算出する）ことも可能である。詳細については、たとえば非特許文献１のｐ．２４−２５に記載されている。

図４は、位相差φと、モータ効率ηとの関係を説明するための図である。図４には、異なる負荷に対応した３通りの曲線が示され、各曲線には「Ｌ」、「Ｍ」および「Ｈ」の符号がそれぞれ付される。曲線Ｌ，ＭおよびＨにおいては、曲線Ｌが負荷が最も小さい場合の曲線であり、曲線Ｈが負荷が最も大きい場合の曲線である。曲線Ｍは負荷が中間の大きさの場合の曲線である。

図４に示すように、位相差φが変化すると、モータ効率ηは変化する。そして、モータ効率ηが最大となる位相差φが存在する。ここで、曲線Ｌ、ＭおよびＨのいずれの場合も、モータ効率ηが最大となる位相差はほぼ等しい。したがって、負荷に依存することなく、モータ効率ηがほぼ最大となる位相差を、目標位相差φｔとして定めることができる。

このことから、位相差φが目標位相差φｔに近づくような制御を行なうことで、モータ効率ηを最大効率に維持できることがわかる。そして、位相差φは、次に説明するように、モータ相電圧によって制御することができる。

図５は、モータ相電圧と位相差φとの関係を説明するための図である。図４と同様に、図５には、異なる負荷に対応した３通りの曲線が示され、各曲線には「Ｌ」、「Ｍ」および「Ｈ」の符号がそれぞれ付される。

図５に示すように、モータ相電圧が変化すると、位相差φは変化する。ここで、曲線Ｌ、ＭおよびＨのいずれの場合も、モータ相電圧が増加すると、位相差φも単調に増加する。したがって、負荷の大きさに関わらず、モータ相電圧を増加させれば、位相差φを増加させることができる。また、負荷の大きさに関わらず、モータ相電圧を減少させれば、位相差φを減少させることができる。

たとえば、曲線Ｌにおいて位相差φが目標位相差φｔと等しくなるモータ相電圧ＶＬに設定されているとき（図５中の点Ｐ０）に、負荷が変動して、曲線Ｌから曲線Ｍに移行したとする。モータ相電圧がＶＬのままの場合、位相差φは変化して、目標位相差φｔから外れてしまう（図５中の点Ｐ１）。具体的には、位相差φは、目標位相差φｔよりも小さくなる。この場合、モータ相電圧を増加させることによって、位相差φを、目標位相差φｔに近づけることができる（図５中の矢印ＡＲ１）。最終的には、モータ相電圧をＶＭまで増加させることで、位相差φを目標位相差φｔと等しくすることができる（図５中の点Ｐ２）。

一方で、たとえば、曲線Ｈにおいて位相差φが目標位相差φｔと等しくなるモータ相電圧がＶＨに設定されているとき（図５中の点Ｐ３）に、負荷が変動して、曲線Ｈから曲線Ｍに移行したとする。モータ相電圧がＶＨのままの場合、位相差φは変化して、目標位相差φｔよりも大きくなる。この場合、モータ相電圧を減少させることによって、位相差φを、目標位相差φｔに近づけることができる（図５中の矢印ＡＲ２）。最終的には、モータ相電圧をＶＭまで減少させることで、位相差φを目標位相差φｔと等しくすることができる（図５中の点Ｐ４）。

以上図５を参照して説明したように、位相差φを増加させたければモータ相電圧を増加させ、位相差φを減少させたければモータ相電圧を減少させればよい。このようにしてモータ相電圧を制御することによって位相差φを制御し、それによってモータ効率η（図４）を高く維持することができる。

図６は、実施の形態１において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１の制御部２０によって実行される。なお、このフローチャートの処理は、モータ５００の制御において、たとえば所定の間隔で呼び出されて実行される。

図１、図２および図６を参照して、はじめに、ステップＳ１１（以後、「ステップＳ」を単に「Ｓ」という）において、制御部２０は、位相差φを求める。具体的には、演算部２１によって、モータ相電圧およびモータ相電流に基づいて位相差φが算出される。

Ｓ１２において、制御部２０は、目標位相差φｔと位相差φとの差であるΔφ（Δφ＝φｔ−φ）を求める。具体的には、図４のようなＭＡＰから定まるφｔとＳ１１で算出したφに基づいて比較部２３によって、Δφが算出される。

Ｓ１３において、制御部２０は、Δφの絶対値（│Δφ│）が所定値εよりも大きいか否かを判断する。具体的には、この判断は、比較部２３によって行なわれる。│Δφ│がεよりも大きい場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部２０はフローチャートの処理を終了する。そうでない場合（Ｓ１３でＮＯ）、制御部２０は、Ｓ１４に処理を進める。

Ｓ１４において、制御部２０は、Δφが０よりも大きいか否かを判断する。Δφが０よりも大きい場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御部２０は、Ｓ１５に処理を進める。そうでない場合（Ｓ１４でＮＯ）、制御部２０は、Ｓ１６に処理を進める。

Ｓ１５において、制御部２０は、モータ相電圧を増加させる。具体的には、信号発生部２４が、主電圧Ｖｍａｉｎ（あるいは補助電圧Ｖａｕｘ）が増加するように制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。たとえば、制御信号Ｓ１〜Ｓ６がＰＷＭ制御を行なうための制御信号である場合には、パルス幅が長くなるように制御信号を変化させることで、モータ相電圧を増加させることができる。なお、変化量を細かくすることで、主電圧Ｖｍａｉｎの増加量を細かく調節することができる。

Ｓ１６において、制御部２０は、モータ相電圧を減少させる。制御信号Ｓ１〜Ｓ６がＰＷＭ制御を行なうための制御信号である場合には、パルス幅が短くなるように制御信号を変化させることで、モータ相電圧を低下させることができる。

Ｓ１５またはＳ１６の処理が完了した後は、制御部２０は、Ｓ１に再び処理を戻す。
図６のフローチャートによれば、目標位相差φｔと位相差φとの差（Δφ）が小さくなるようにモータ相電圧が制御される。これにより、位相差φが目標位相差φｔに近づけて、モータ効率η（図４など）を高く維持することが可能になる。

ここで、実施の形態１について総括する。図１を参照して、制御装置１００は、モータ５００を駆動するための二相巻線（主巻線５２０および補助巻線５３０）に、制御信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいて電圧（主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助電圧Ｖａｕｘ）を印加するインバータ４００の制御装置（インバータ制御装置）である。入力部は、モータ５００の駆動に関する情報（測定結果Ｓａ〜Ｓｄ）を受けるために用いられる。制御部２０は、入力部１０が受けた情報（測定結果Ｓａ〜Ｓｄ）に基づいて、インバータ４００を制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。出力部は、制御信号Ｓ１〜Ｓ６をインバータに送信するために用いられる。制御部２０は、モータ５００の負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

これにより、制御部２０は、モータ５００の負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。したがって、最適なモータ効率（η）が得られるようにインバータ４００を制御することができる。その結果、モータ５００の負荷が変動した場合（負荷変動が生じた場合）でも、モータ効率（η）を高く維持することが可能になる。

好ましくは、モータ駆動に関する情報（測定結果Ｓａ〜Ｓｄ）は、二相巻線（主巻線５２０および補助巻線５３０）に供給される電流を含む。制御部２０は、二相巻線（主巻線５２０および補助巻線５３０）に印加される電圧（主電圧Ｖｍａｉｎおよび補助電圧Ｖａｕｘ）と二相巻線（主巻線５２０および補助巻線５３０）に供給される電流（主電流Ｉｍａｉｎおよび補助電流Ｉａｕｘ）との位相差（φ）に基づいて制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

これにより、制御部２０は、二相巻線に供給される電流と印加される電圧とに関する情報に基づいて、モータ５００の負荷に応じた制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生することができる。すなわち、モータ５００の負荷を直接測定しなくとも、負荷に応じたモータ駆動の制御が可能になる。

好ましくは、図２に示すように、制御部２０は、演算部２１と、記憶部２２と、比較部２３と、信号発生部２４とを含む。演算部２１は、位相差φを算出する。記憶部２２には、目標位相差φｔが記憶されている。比較部２３は、位相差φを、目標位相差φｔと比較する。信号発生部２４は、比較部２３の比較結果に基づいて制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

これにより、制御部２０は、目標位相差φｔと位相差φとの比較結果に基づいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生することができる。図４に示すように、目標位相差φｔは、最適な（最大となる）モータ効率ηを得るための位相差である。そのような目標位相差φｔと位相差φとの比較結果に基づく制御によって、最適なモータ効率ηが得られるようにインバータ４００を制御することができる。

好ましくは、比較結果は目標位相差φｔと位相差との差（Δφ）である。信号発生部２４は、Δφが小さくなるように制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

これにより、制御部２０は、位相差φが目標位相差φｔに近づくように、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生することができる。位相差φが目標位相差φｔに近づくことで、最適なモータ効率ηが得られるようにインバータ４００を制御することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、比較部２３（図２）の比較結果が、位相差φと目標位相差φｔとの差（Δφ）である場合について説明した。実施の形態２では、比較結果が位相差φと目標位相差φｔの大小関係である場合について説明する。

図７は、実施の形態２に係るインバータ制御装置を説明するための図である。図７を参照して、インバータ制御装置１００Ａ（以下、単に「制御装置１００Ａ」という）は、制御部２０Ａを有する点において、制御装置１００（図２）とは異なる。制御装置１００Ａの他の部分の構成は、図２に示す制御装置１００の対応する部分と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。すなわち、制御装置１００Ａも、制御装置１００と同様に、図１に示すインバータ４００を制御することによって、モータ５００を駆動することができる。

制御部２０Ａは、比較部２３Ａおよび信号発生部２４Ａを有する点において、制御部２０（図２）とは異なる。制御部２０Ａの他の部分の構成は、図２に示す制御部２０の対応する部分と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

比較部２３Ａは、演算部２１が算出した位相差φと、記憶部２２に記憶されている目標位相差φｔとの大小関係を比較する。

信号発生部２４Ａは、比較部２３Ａの比較結果に基づいて、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。

図８は、実施の形態２において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図７の制御部２０Ａによって実行される。このフローチャートの処理は、たとえば所定の間隔で呼び出されて実行される。

図１、図７および図８を参照して、はじめに、Ｓ２１において、制御部２０Ａは、位相差φを求める。

Ｓ２２において、制御部２０Ａは、位相差φと目標位相差φｔとの大小関係を比較する。図８に示す例では、制御部２０Ａは、位相差φが目標位相差φｔよりも大きいか否かを判断する。位相差φが目標位相差φｔよりも大きい場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、制御部２０ＡはＳ２３に処理を進める。そうでない場合（Ｓ２２でＮＯ）、制御部２０ＡはＳ２４に処理を進める。なお、位相差φと目標位相差φｔが等しい場合には、制御部２０Ａは、Ｓ２３およびＳ２４のいずれにも処理を進めることなく、チャートの処理を終了してもよい。

Ｓ２３において、制御部２０Ａは、モータ相電圧を減少させる。
Ｓ２４において、制御部２０Ａは、モータ相電圧を増加させる。

Ｓ２３またはＳ２４の処理が完了した後は、制御部２０Ａはフローチャートの処理を終了する。

図８のフローチャートによれば、位相差φが目標位相差φｔよりも大きい場合には、モータ相電圧が減少する（Ｓ２３）。モータ相電圧が減少すると、位相差φが小さくなるので（図５参照）、位相差φは目標位相差φｔに近づく。一方、位相差φが目標位相差φｔよりも小さい場合には、モータ相電圧が増加する（Ｓ２４）。モータ相電圧が増加すると、位相差φが大きくなるので（図５参照）、位相差φは目標位相差φｔに近づく。このようなフローチャートの処理が所定間隔で呼び出されて繰り返し実行されることによって、位相差φを目標位相差φｔに近づけることができる。これにより、モータ効率η（図４など）を高く維持することが可能になる。

[実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２では、電気機器１（図１）がたとえば空調装置（エアコン）の場合に、インバータ制御装置が用いられることについて説明した。実施の形態３では、空調装置以外の電気機器の場合にも、インバータ制御装置を用いることができることについて説明する。

再び図１を参照して、電気機器１として、たとえば、エアコン以外の除湿器などの空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等の製品を採用することができる。これらの製品は、たとえばインバータ回路４００のような電力変換回路を搭載し、モータ５００のような二相誘導モータを駆動することによって実現され得る。したがって、これらの製品にインバータ制御装置１００を用いれば、モータ負荷トルクが変動した場合でも二相誘導モータを高効率に駆動することで、電力消費量を削減することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電気機器、１０ 入力部、２０，２０Ａ 制御部、２１ 演算部、２２ 記憶部、２３，２３Ａ 比較部、２４，２４Ａ 信号発生部、３０ 出力部、１００ 制御装置（インバータ制御装置）、２００ 電力源、３００ 整流部、３１１〜３１４ ダイオード、３２０ コンデンサ、４００ インバータ、４１１，４１６ スイッチング素子、５００ モータ、５１０ 回転子、５２０ 主巻線、５３０ 補助巻線、６１１，６１２ 電流センサ、６２１，６２２ 電圧センサ、Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ 出力ノード。

Claims (5)

1. モータを駆動するための二相巻線に、制御信号に基づいて電圧を印加するインバータの制御装置であって、
   前記モータの駆動に関する情報を受けるための入力部と、
   前記入力部が受けた前記情報に基づいて前記インバータを制御するための制御信号を発生する制御部と、
   前記制御部が発生した前記制御信号を前記インバータに送信するための出力部とを備え、
   前記制御部は、前記モータの負荷に応じた前記制御信号を発生する、インバータ制御装置。
2. 前記情報は、前記二相巻線に供給される電流を含み、
   前記制御部は、前記二相巻線に印加される電圧と前記二相巻線に供給される電流との位相差に基づいて前記制御信号を発生する、請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記位相差を算出するための演算部と、
   目標位相差が記憶されている記憶部と、
   前記演算部が算出した前記位相差を、前記記憶部に記憶されている前記目標位相差と比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づいて前記制御信号を発生する信号発生部とを含む、請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記比較結果は、前記目標位相差と前記位相差との差であって、
   前記信号発生部は、前記差が小さくなるように前記制御信号を発生する、請求項３に記載のインバータ制御装置。
5. 前記比較結果は、前記位相差と前記目標位相差との大小関係であって、
   前記信号発生部は、前記位相差が前記目標位相差に近づくように前記制御信号を発生する、請求項３に記載のインバータ制御装置。

Images