JP2018174670A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのトルク補正を適切に行い、モータの回転ムラを低減する。【解決手段】モータ制御装置は、区間ごとのモータの角加速度を算出し、モータ１９の１回転ごとのモータ１９のロータの角加速度偏差を監視し、最小角加速度偏差が負荷トルクと駆動トルクとが釣り合って角加速度の変化がない（もしくは、変化が所定範囲内である）区間を平坦区間とし、平坦区間が存在する場合には、平坦区間（最小区間）の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとしてモータ１９の駆動電圧を補正する駆動電圧補正量を算出し、この駆動電圧補正量でモータ１９の駆動電圧を補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

モータ制御装置は、例えば、交流電源から出力された交流電力を直流電力へ変換する整流回路と、整流回路で交流電力から変換された直流電力を三相交流電力へ変換してモータへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを含み、モータを駆動制御する。

例えば、空気調和機の圧縮機がシングルロータリ圧縮機である場合、モータが駆動するロータの回転にともなって、圧縮機の１回転中に周期的な負荷変動（トルク変動）が生じる。このため、モータの出力トルクが一定であると負荷変動によるロータの回転ムラが生じ、圧縮機において振動や騒音が発生する。そこで、シングルロータリ圧縮機のモータを駆動制御するモータ制御装置は、回転ムラが生じないように、例えば、モータの出力トルクを負荷変動に合わせるトルク補正を行っている。

このトルク補正では、例えば、モータの通電相ごとの区間時間から角加速度を算出し、算出した角加速度からモータの１回転内において、負荷トルクが最小となり、角加速度が最大となる最軽負荷区間を特定し、特定した最軽負荷区間を基準として、モータの仕様として予め与えられているモータのトルクカーブをもとに、モータの駆動電圧を補正電圧で補正することにより、回転ムラを抑制し、振動や騒音を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２０７８９１号公報

しかしながら、例えば、圧縮機にかかる負荷が低負荷時には、モータ１回転中の角加速度の変化が小さくなり、トルクカーブの特性も変化する場合がある。トルク補正を行う前に前述の最軽負荷区間を特定するためにモータの駆動電圧を一定としてモータを回転させた場合、モータの駆動電圧が、モータに対して、圧縮機が必要とする負荷トルク以上の駆動トルクを与えると、負荷トルクと駆動トルクとが釣り合って角加速度の変化がない平坦区間（角加速度カーブが略平坦となる平坦区間）が現れる場合がある。

そして、平坦区間が前述の最軽負荷区間を含まない場合には、最軽負荷区間で、モータの駆動電圧が、モータに対して、圧縮機が必要とする負荷トルク以上の駆動トルクを与えることになり、角加速度を上昇させてしまう。このような場合、従来のように、最軽負荷区間を基準としてモータの駆動電圧を補正電圧で補正すると、最軽負荷区間でトルク補正が過多となって無駄に電力を消費してしまうだけでなく、回転ムラが生じるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータのトルク補正を適切に行い、モータの回転ムラを低減することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の実施形態の一例は、モータのロータ位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出回路と、前記位置検出回路により検出された位置検出信号の間隔を１区間とし、区間ごとの区間時間を算出する区間時間算出部と、前記区間時間算出部により算出された区間時間に基づいて区間ごとの前記モータの角速度を算出する区間角速度算出部と、前記区間角速度算出部により算出された区間角速度に基づいて区間ごとの前記モータの角加速度を算出する区間角加速度算出部と、前記区間角加速度算出部により算出された前記モータのロータの機械角１回転内における前記モータの角加速度の最大値をもとに前記モータの駆動電圧を補正する補正部とからなるモータのトルク補正を行うモータ制御装置であって、前記モータのロータの機械角１回転内において、前記区間角加速度算出部により算出された角加速度の変化が予め定めた所定値の範囲内となる平坦区間を検出し、検出した平坦区間が前記モータの角加速度の最大値となる最軽負荷区間を含むか否かを判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記平坦区間を検出し、且つ検出した前記平坦区間が前記最軽負荷区間を含まないと判定された場合、前記平坦区間における前記モータの角加速度をもとに前記モータの駆動電圧を補正することを特徴とする。

本発明の実施形態の一例によれば、例えば、モータの回転ムラを低減できるとともに電力消費の削減にもなる。

図１は、実施形態にかかるモータ制御装置を概略的に示す図である。 図２は、制御部の構成を概略的に示すブロック図である。 図３は、実施形態にかかるモータ制御装置によるトルク制御処理を示すフローチャートである。 図４は、実施形態にかかる基準角加速度特定処理を示すフローチャートである。 図５は、負荷状態に応じた角加速度の変化を概略的に示すグラフである。 図６は、モータの回転角度に対するステータ巻線の通電相と負荷トルク特性との関係を示す図である。 図７は、モータが高負荷の時の角加速度の変化を示す図である。 図８は、モータが低負荷の時の角加速度の変化を示す図である。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の実施形態で示すモータ制御装置は、空気調和機などに用いられるシングルロータリ圧縮機において、ロータ極数が６極のブラシレス直流モータを駆動するモータ制御装置として説明するが、これに限られず、モータ一般に広く適用できる。以下に示す実施形態および変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せて実施できる。

［実施形態］
（実施形態にかかるモータ制御装置）
図１は、実施形態にかかるモータ制御装置を概略的に示す図である。図２は、制御部の構成を概略的に示すブロック図である。実施形態にかかるモータ制御装置１は、空気調和機などに用いられる圧縮機のモータ１９を駆動する。

図１に示すように、モータ制御装置１は、交流電源Ｅを直流電源へ変換する整流回路１２、平滑コンデンサ１４、直流電力を三相の交流電力へ変換してモータへ供給するインバータ１５、制御部１７、モータ１９のロータの回転位置を検出する位置検出回路１８を有する。モータ制御装置１は、圧縮機（図示せず）に組み込まれたモータ１９の回転を制御する。

整流回路１２は、交流電源Ｅの交流電圧を整流して、整流回路１２の正極端子Ｐおよび負極端子Ｎに接続されている平滑コンデンサ１４で平滑されることにより直流電圧Ｖｄｃに変換してインバータ１５に供給する。

インバータ１５は、半導体スイッチング素子（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）１５ａ〜１５ｆが３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ブリッジ接続されており、かつ、各々のトランジスタ１５ａ〜１５ｆのコレクタ側にカソード端子を、エミッタ側にアノード端子をそれぞれ接続したダイオード１５ｇ〜１５ｌで構成する。このダイオード１５ｇ〜１５ｌは、モータ１９のステータ巻線の通電相を切り替えた際に発生する還流電流を流すためのフリーホイール（還流）ダイオードである。インバータ１５は、整流回路１２からの直流電力を三相の交流電力に変換してモータ１９へ供給する。

位置検出回路１８は、モータ１９のロータ（図示せず）の回転位置を検出するもので、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相で発生する誘起電圧と基準電圧（Ｖｄｃ／２）とを比較して誘起電圧のゼロクロスを検出して、モータ１９のロータの位置を検出（以下、位置検出という）したときに位置検出信号を出力する。位置検出したタイミングから次の位置検出をするまでを１区間とする。モータ１９が三相モータの場合、そのロータが１回転する間の区間数は、スロット数を３、ロータの極数をｎとすると、３×ｎで求められる。例えばロータの極数が６極の場合は３×６で１８区間となり、この位置検出信号のタイミングに基づいてモータ１９のステータ巻線の通電相を切り替える。ある区間でモータ１９のロータが一定の回転速度で回転すれば各々の区間時間は一定であり、モータ１９の回転速度が低下すると区間時間が１区間前の時間より長くなり、回転速度が上昇すると区間時間が１区間前の時間より短くなる。

制御部１７は、図１に示すように、位置検出回路１８からの位置検出信号に基づいてインバータ制御信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）を生成してインバータ１５へ出力する。インバータ１５のトランジスタ１５ａ、１５ｃ、１５ｅをそれぞれＵ相上アーム、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アームといい、トランジスタ１５ｂ、１５ｄ、１５ｆをそれぞれＵ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームといい、インバータ制御信号Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚによってアームの切り替え制御とＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行いモータ１９の回転速度が制御される。

制御部１７は、図２に示すように、区間時間算出部２３、実回転数算出部２４、基準デューティー比算出部２５、トルク制御部２、インバータ制御信号生成部３４を有する。トルク制御部２は、区間角速度算出部２６、区間角加速度算出部２７、判定部３、補正部４を有し、モータの負荷トルク変動に対応するためのトルク制御を行う。

区間時間算出部２３は、位置検出回路１８から入力される位置検出信号を用いて前述した１区間の時間間隔（区間時間）を算出する。実回転数算出部２４は、区間時間算出部２３で算出された区間ごとの区間時間に基づいてモータ１９の回転数を算出する。この回転数は、モータ１９の実回転数に相当する。

基準デューティー比算出部２５は、モータを制御する際の目標とする回転数である目標回転数に対応した基準デューティー比が記憶されていて、目標回転数に応じて基準デューティー比が読み出されて、後述のトルク補正部４を介してインバータ制御信号生成部３４に出力され、インバータ制御信号生成部３４で生成されたインバータ制御信号に基づいてモータ１９が回転する。この目標回転数と実回転数算出部２４で算出されたモータ１９の実回転数を比較し、実回転数が目標回転数よりも小さければ基準デューティー比算出部２５は現在の基準デューティー比からデューティー比を増加させて出力し、実回転数が目標回転数よりも大きい場合は、基準デューティー比を減少させて出力し実回転数を目標回転数に近づけるようになっている。この基準デューティー比は、目標回転数とデューティー比との関係を試験等で求めて設定されている。

トルク制御部２の区間角速度算出部２６は、区間時間算出部２３で算出された区間時間に基づいて区間ごとのロータの回転速度すなわち角速度ωを算出する。３スロット６極の三相モータの場合、ロータの１回転で１８区間となり、１区間の回転角度θ（機械角）は３６０度／１８＝２０度（π／９［ｒａｄ］）となる。この場合の１区間の角速度ωは、ω＝π／９［ｒａｄ］／ｔ（ｔは対象となる区間時間を表す）である。

トルク制御部２の区間角加速度算出部２７は、区間角速度算出部２６で算出された各区間の角速度ωに基づいて、各区間内での角加速度αを算出する。ここでは、対象となる区間の角加速度αは、対象となる区間の角速度ω１と対象となる区間の１区間前の角速度ω０との差分と対象となる区間時間ｔ１に基づいて算出する。具体的には、角加速度αは、α＝（ω１−ω０）／ｔ１である。

判定部３は、角加速度偏差算出部２８、最小角加速度偏差検出部２９、最大角加速度検出部３０、基準角加速度検出部３１を有し、区間角加速度算出部２７で算出された区間ごとの角加速度からモータ１９のロータの機械角１回転においての負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間の検出と、角加速度の偏差が所定の範囲内となる連続する複数の区間である平坦区間の検出と、平坦区間を検出した場合にはその平坦区間が最軽負荷区間を含むか否かを判定して、後述の基準角加速度α_ｓｔを決定する。

判定部３の角加速度偏差算出部２８は、区間角加速度算出部２７で算出された各区間の角加速度αに基づいて、隣り合う区間ごとの角加速度偏差Δαを算出する。ここでは、対象となる区間の角加速度偏差Δαは、対象となる区間の角加速度α１と１区間前の角加速度α０との差分として算出される。具体的には、角加速度偏差Δαは、Δα＝α１−α０である。

判定部３の最小角加速度偏差検出部２９は、モータ１９のロータ１回転内で、角加速度偏差算出部２８で算出された角加速度偏差Δαの最小値と最小となる区間を検出し、その区間を最小角加速度偏差区間とする。

判定部３の最大角加速度検出部３０は、モータ１９のロータ１回転内で、区間角加速度算出部２７で算出された角加速度が最大となる区間を検出し、この検出された区間がモータ１９の負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間となる。

判定部３の基準角加速度検出部３１は、最小角加速度偏差検出部２９で検出された最小角加速度偏差区間での角加速度偏差Δαが、ゼロ、もしくは予め設定された所定の範囲内（例えば±２％）となる連続する複数の区間（後述の平坦区間）があるか否かを判定する。この角加速度偏差がゼロの場合とは、モータ１９の負荷トルクと駆動トルクとが釣り合っている状態であり、図５に示す角加速度カーブでのＨ部の区間でありこの区間を平坦区間とする。

また、図８に示す平坦区間Ｈ１、Ｈ２のように連続しない平坦区間が複数存在する場合、最大角加速度検出部３０で検出された最大角加速度区間（区間７）に最も近い平坦区間Ｈ１を最小角加速度偏差区間とする。

そして、基準角加速度検出部３１は、平坦区間を検出した場合、検出した平坦区間が最大角加速度検出部３０で検出した最軽負荷区間を含むか否かを判定する。検出した平坦区間が最軽負荷区間を含まない場合、その平坦区間を最小角加速度偏差区間としてこの区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。一方、基準角加速度検出部３１は、平坦区間を検出できない、または、平坦区間を検出し、検出した平坦区間が最軽負荷区間を含む場合には、最大角加速度区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。そして、基準角加速度検出部３１は、決定した基準角加速度α_ｓｔを補正デューティー比出力部３２へ出力する。

補正部４は、補正デューティー比出力部３２、加算部３３と、を有し、負荷トルクの変動によって発生する区間ごとの回転速度の変動を補正するための補正デューティー比を算出して、算出した補正デューティー比を基準デューティー比に加算して出力する。

補正部４の補正デューティー比出力部３２は、負荷トルクの変動による回転速度の変動を補正するための補正デューティー比ＶｃｏｒをＶｃｏｒ＝ｇ×（α_ｓｔ−α_ｎｏｗ）により算出する。なお、ｇはゲイン、α_ｓｔは基準角加速度検出部３１で確定された基準角加速度、α_ｎｏｗは現在の区間における角加速度である。ゲインｇは、基準角加速度α_ｓｔから、現在の区間における角加速度α_ｎｏｗを減算した角加速度の差分を、電圧値へ変換する定数である。補正デューティー比出力部３２は、算出した補正デューティー比Ｖｃｏｒを加算部３３へ出力する。前述の基準デューティー比は、実回転数算出部２４で算出されたモータ１９の実回転数を目標回転数に近づけるように目標回転数と実回転数との差に応じて調整されるが、圧縮機のモータ１９のロータ１回転あたりの負荷トルクの変動の補正に対しては対応していない。この負荷トルクの変動によって発生する区間ごとの回転速度の変動分について、補正デューティー比で補うようにしている。

補正部４の加算部３３は、基準デューティー比算出部２５で算出された現在の基準デューティー比Ｖｎｏｗに、補正デューティー比出力部３２で算出された補正デューティー比Ｖｃｏｒを加算して、インバータ制御信号生成部３４に出力する。インバータ制御信号生成部３４は、加算部３３から出力されるＰＷＭ信号と、位置検出信号に基づいて、インバータ１５のスイッチングを制御するインバータ制御信号を生成し、インバータ１５によってモータ１９を駆動する駆動電圧Ｖｄｒを制御することで、モータ１９の負荷トルクに対応してモータ１９が駆動される。

（実施形態にかかるトルク制御処理）
図３は、実施形態にかかるモータ制御装置によるトルク制御処理を示すフローチャートである。実施形態にかかるモータ制御装置１によるトルク制御処理は、モータ制御装置１の制御部１７によって、モータの負荷が変化し目標回転数を変更するタイミングで、繰り返し実行される。

先ず、制御部１７は、圧縮機が運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部１７は、圧縮機が運転中である場合に（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２へ処理を移し、圧縮機が停止中である場合に（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１１を繰り返す。

ステップＳ１２では、制御部１７のトルク制御部２（図２参照）は、基準角加速度特定処理を行う。基準角加速度特定処理の詳細は、図４を参照して後述する。次に、トルク制御部２は、基準角加速度α_ｓｔが確定しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。トルク制御部２は、基準角加速度α_ｓｔが確定している場合に（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４へ処理を移し、基準角加速度α_ｓｔが確定していない場合に（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１へ処理を戻す。すなわち、ステップＳ１３では、トルク制御部２は、ステップＳ１２で何らかの理由により基準角加速度α_ｓｔが確定していない場合には、ステップＳ１１から再度処理を実行し、基準角加速度α_ｓｔを確定させる。

ステップＳ１４では、トルク制御部２は、補正デューティー比出力部３２で算出されるモータ１９の補正デューティー比Ｖｃｏｒは、Ｖｃｏｒ＝ｇ×（α_ｓｔ−α_ｎｏｗ）により算出される。なお、ｇはゲイン、α_ｓｔは基準角加速度検出部３１で確定した基準角加速度、α_ｎｏｗは現在の区間における角加速度である。なお、補正デューティー比Ｖｃｏｒは、モータ１９の駆動電圧補正量に相当するものである。

次に、補正部４の加算部３３は、基準デューティー比算出部２５で算出された基準デューティー比Ｖｎｏｗに、補正デューティー比出力部３２で算出された補正デューティー比Ｖｃｏｒを加算して、モータ１９の駆動電圧Ｖｄｒの補正処理を行う（ステップＳ１５）。次に、制御部１７は、圧縮機が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。制御部１７は、圧縮機が停止中である場合に（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１へ処理を移し、圧縮機が停止中でなく運転中である場合に（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ処理を移す。

なお、図３のステップＳ１５は、ステップＳ１２で特定した最新（直近）の基準角加速度に基づいて駆動電圧Ｖｄｒの補正処理を行うことになる。

（実施形態にかかる基準角加速度特定処理）
図４は、実施形態にかかる基準角加速度特定処理を示すフローチャートである。図４に示す基準角加速度特定処理のフローチャートは、図３に示すステップＳ１２のサブルーチンである。

先ず、制御部１７のトルク制御部２の区間角速度算出部２６は、区間時間算出部２３で算出された区間ごとの区間時間を所定のメモリ領域（図示なし）に記憶し、モータ１９のロータ１回転分の区間時間の記憶が完了したか否かを判定する（ステップＳ１２−１）。区間角速度算出部２６は、制御部１７内にあるメモリ（図示なし）にロータ１回転分の区間時間の記憶が完了した場合（ステップＳ１２−１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２−２へ処理を移し、所定のメモリ領域にロータ１回転分の区間時間の記憶が完了していない場合（ステップＳ１２−１：Ｎｏ）、ステップＳ１２−１を繰り返す。

次に、ステップＳ１２−２では、区間角速度算出部２６は、ステップＳ１２−１で記憶したモータ１９のロータ１回転分の区間ごとの区間時間に基づいて、区間ごとのロータの回転速度（角速度）を算出する（ステップＳ１２−２）。次に、トルク制御部２の区間角加速度算出部２７は、ステップＳ１２−２の区間角速度算出部２６で算出された区間ごとのロータの角速度から区間ごとのロータの角加速度αを算出する（ステップＳ１２−３）。

トルク制御部２の最大角加速度検出部３０は、ステップＳ１２−３の区間角加速度算出部２７で算出された区間ごとの角加速度αの中で角加速度が最大となる最大角加速度区間を特定する（ステップＳ１２−４）。この特定された最大角加速度区間は、モータ１９の負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間にもなる。

次に、トルク制御部２の区間角加速度偏差算出部２８は、ステップＳ１２−３の区間角加速度算出部２７で算出された区間ごとの角加速度αにより、ロータ１回転分の区間ごとの角加速度偏差Δαを算出する（ステップＳ１２−５）。

次に、トルク制御部２の最小角加速度偏差検出部２９は、ステップＳ１２−５で算出された角加速度偏差Δαが最小となる最小角加速度偏差区間を特定する（ステップＳ１２−６）。

次に、トルク制御部２の基準角加速度検出部３１は、ステップＳ１２−６で特定した最小角加速度偏差が平坦区間であるか否か判定する。その判定方法は、最小角加速度偏差が前述した予め設定された所定の範囲内（例えば±２％）であれば平坦区間とし、予め設定された所定値の範囲内になければ平坦区間でないとする。（ステップＳ１２−７）。平坦区間がある場合（ステップＳ１２−７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２−８へ移行し、平坦区間がない場合（ステップＳ１２−７：Ｎｏ）、ステップＳ１２−９へ移行する。

ステップＳ１２−８では、基準角加速度検出部３１はステップＳ１２−７で検出された平坦区間が、ステップＳ１２−４で特定された最大角加速度区間となる最軽負荷区間を含むか否か判定し、検出された平坦区間が最軽負荷区間を含まない場合（ステップＳ１２−８：Ｎｏ）、ステップＳ１２−１０へ移行し、平坦区間が最軽負荷区間を含む場合（ステップＳ１２−８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２−９へ移行する。

ステップＳ１２−１０では、基準角加速度検出部３１は、ステップＳ１２−６で特定された最小角加速度偏差区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。一方、ステップＳ１２−９では、基準角加速度検出部３１は、ステップＳ１２−４で特定された最大角加速度区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。

（実施形態のトルク制御の原理）
以下、図５〜図８を参照して、実施形態のトルク制御の原理を説明する。

図５は、負荷状態に応じた角加速度の変化（モータ１９のトルクカーブ）を概略的に示すグラフである。図５では、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図の順序で、モータ１９の負荷トルクが大きい状態を表し、負荷状態に応じて、モータ１９のトルクカーブの振幅および形状が変化することが分かる。

図５の（ａ）では、モータ１９の１回転中のタイミングｔ１〜ｔ２およびｔ４〜ｔ５の区間は、基準Ｉの角加速度であって、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合って角加速度が変化しない平坦区間（Ｈ）となっている。また、図５の（ａ）のタイミングｔ２〜ｔ４の区間は、モータ１９の１回転において、タイミングｔ３で角加速度が最大となり、このタイミングｔ３を含む区間が最小の負荷トルクとなる最軽負荷区間（区間７）である。図５の（ａ）において、最軽負荷区間では、駆動トルクが負荷トルクに対して大きくなり、タイミングｔ３をピークとして、角加速度が急激に変化して基準Ｉの角加速度を超過することを表している。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）と比較して、モータ１９の負荷トルクが大きい状態であり、モータ１９の１回転中のタイミングｔ１’〜ｔ２’およびタイミングｔ４’〜ｔ５’の区間は、基準IIの角加速度であって、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合って各加速度が変化しない平坦区間（Ｈ）となっている。また、図５の（ｂ）のタイミングｔ２’〜ｔ４’の区間は、モータ１９の１回転において、タイミングｔ３で角加速度が最大となり、このタイミングｔ３を含む区間が最小の負荷トルクとなる最軽負荷区間（区間７）である。図５の（ｂ）においては、最軽負荷区間では、駆動トルクが負荷トルクに対して大きくなり、タイミングｔ３をピークとして、角加速度が急激に変化して基準IIの角加速度を超過する。なお、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）と比較してモータ１９の負荷トルクが大きい状態であるために、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合うための角加速度が、図５の（ａ）より大きくなり、角加速度の基準Ｉ＜基準IIとなる。

他方、図５の（ｃ）は、図５の（ｂ）と比較して、モータ１９の負荷トルクが大きい状態であり、モータ１９の１回転中において駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現しない。すなわち、図５の（ｃ）では、モータ１９の１回転中において、常に負荷トルクが駆動トルクに対して大きいために平坦区間が生じない。図５の（Ｃ）のように角加速度が最大角加速度である基準IIIに到達するピークとなるモータ１９の１回転中のタイミングｔ３においても、角加速度が急激に変化するものではない。なお、角加速度の基準II＜基準IIIである。

すなわち、低負荷状態で出現する角加速度の変化がない平坦区間は、モータ１９にかかる負荷が高くなるにつれてその範囲が狭くなり、さらに負荷が高くなると平坦区間が出現しなくなる。低負荷状態において平坦区間が出現しているときは、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合っていて、最軽負荷区間では駆動トルクが負荷トルクより大きくなることにより、平坦区間から急激に角加速度が上昇し、角加速度偏差が大きくなる。

具体的には、図５の（ａ）および（ｂ）から、モータ１９の負荷トルクが低負荷の場合、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現するが、平坦区間において駆動トルクが一時的に負荷トルクより大きくなると、図５の（ａ）および（ｂ）の最軽負荷区間（区間７）内のタイミングｔ３近傍のように急激な角加速度の変化（角加速度偏差）が生じ、モータ１９の回転ムラの原因となる。一方、図５の（ｃ）から分かるとおり、モータ１９の負荷トルクが常に駆動トルクより大きいと、駆動トルクと負荷トルクとが釣り合う平坦区間が出現しなくなり、急激な角加速度の変化（角加速度偏差）が発生することもなく、モータ１９の回転ムラは発生しない。

そこで、実施形態では、従来の最軽負荷区間を基準としたトルク補正による最軽負荷区間でのトルク補正が過多となって無駄に電力を消費と、回転ムラが生じるのを防止するために、負荷トルクに応じたトルク補正を行うために、角加速度の変化（角加速度偏差）を監視し、前述の平坦区間が存在すると判定した場合には、平坦区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとし、前述の平坦区間が存在しないと判定した場合には、角加速度が最大となる最軽負荷区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。例えば、負荷トルクが低負荷で平坦区間が存在する図５の（ａ）の場合、基準角加速度α_ｓｔは基準Iとして、トルク補正が行われる。この角加速度の値が小さい基準Iを基準角加速度α_ｓｔにすることで、トルク補正量が小さくなり、角加速度が基準Iより高い区間（図５の（ａ）のタイミングｔ２〜ｔ４）でのモータの駆動電圧が過多となることを抑えることになる。また、平坦区間が存在しない場合には、従来のように最軽負荷区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとする。

図６は、モータの回転角度に対するステータ巻線の通電相と負荷トルク特性との関係を示す図である。図７は、モータが高負荷時の角加速度の変化を示す図である。図８は、モータが低負荷時の角加速度の変化を示す図である。

図６に示すように、シングルロータリ圧縮機では、モータ１９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の通電に対し、高負荷時において、圧縮機が１回転（１８区間）する間に負荷トルクの低い回転角度（区間７の１３０度付近）と負荷トルクの高い回転角度（区間１４の２７０度付近）とがある負荷トルク特性を有している。そして、通電に関しては、例えば区間１の場合、図１のインバータ１５のＵ−Ｙ間の通電を表している。図６で示す負荷トルクが最小になる区間７での角加速度は、図７に示すように、モータ１９のロータ１回転あたりの最大値となる。また、図６で示す負荷トルクが最大になる区間１４での角加速度は、図７に示すように、モータ１９のロータ１回転あたりの最小値となる。そして、区間７が、モータ１９のロータ１回転中において負荷トルクが最も小さい最軽負荷区間であり、区間１４の負荷トルクが最も大きい最重負荷区間であると特定することができる。なお、区間７は図５に示すタイミングｔ３を含み、区間１４は図５に示すタイミングｔ６を含む。

しかし、例えば低負荷時において、図８に示すように、モータ１９の負荷トルクと駆動トルクとが均衡する、角加速度の変化（角加速度偏差）がない平坦区間が出現する（図８の一点鎖線Ａと概ね一致する区間４〜区間６参照）。その平坦区間における角加速度を基準角加速度α_ｓｔとし、現在の角加速度α_ｎｏｗが基準角加速度α_ｓｔよりも上回っているときには、駆動トルクが過剰であるとして、駆動電圧を下げる補正を行う（図８の下向き矢印Ｂ参照）。一方、現在の角加速度α_ｎｏｗが基準角加速度α_ｓｔよりも下回っているときには、駆動トルクが不足しているとして、駆動電圧を上げる補正を行う（図８の上向き矢印Ｃ参照）。

このようにして、負荷トルクに応じて駆動トルクを加減することにより、角加速度が一定になるようにするため、回転ムラを低減してモータ１９の回転を安定させ、電力消費の抑制を図ることができる。

なお、図８において、一点鎖線Ａで角加速度の大きさを示す平坦区間は、最軽負荷区間である区間７の付近の区間４〜区間６にのみ１つだけ出現しているが、複数出現する場合がある。この場合には、最軽負荷区間に最も近い平坦区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔと決定する。

上述の実施形態によれば、モータ制御装置１は、低負荷時（例えば、圧縮機の起動時など）において、モータ１９の１回転ごとに、モータ１９のロータの角加速度偏差を監視し、最小角加速度偏差が負荷トルクと駆動トルクとが釣り合って角加速度の変化がない（もしくは、変化率が所定の範囲内）区間を平坦区間とし、平坦区間が存在する場合には、平坦区間（最小区間）の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとしてモータ１９の駆動電圧を補正する駆動電圧補正量Ｖｃｏｒを算出し、この駆動電圧補正量でモータ１９の駆動電圧を補正する。また、平坦区間が存在しないと判定し、最大区間の角加速度を基準角加速度α_ｓｔとしてモータ１９の駆動電圧を補正する駆動電圧補正量Ｖｃｏｒを算出し、この駆動電圧補正量Ｖｃｏｒでモータ１９の駆動電圧を補正する。よって、低負荷時において、トルク補正の過多による、モータ１９の回転ムラを改善するとともに、消費電力を削減することができる。

上述の実施形態および図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータやパラメータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。また、上述の実施形態における各部もしくは各装置の構成は、処理負荷や実装効率等から適宜分散または統合されてもよい。また、上述の実施形態における各処理は、処理負荷や実装効率等から、処理順序を適宜入れ替えて実行されてもよい。

上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ モータ制御装置
２ トルク制御部
３ 判定部
４ 補正部
１２ 整流回路
１４ 平滑コンデンサ
１５ インバータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ 半導体スイッチング素子（トランジスタ）
１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋ，１５ｌ ダイオード
１７ 制御部
１８ 位置検出回路
１９ モータ
２２ 入力ポート
２３ 区間時間算出部
２４ 実回転数算出部
２５ 基準デューティー比算出部
２６ 区間角速度算出部
２７ 区間角加速度算出部
２８ 角加速度偏差算出部
２９ 最小角加速度偏差検出部
３０ 最大角加速度検出部
３１ 基準角加速度検出部
３２ 補正デューティー比出力部
３３ 加算部
３４ インバータ制御信号生成部

Claims (2)

1. モータのロータ位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出回路と、
   前記位置検出回路により検出された位置検出信号の間隔を１区間とし、区間ごとの区間時間を算出する区間時間算出部と、
   前記区間時間算出部により算出された区間時間に基づいて区間ごとの前記モータの角速度を算出する区間角速度算出部と、
   前記区間角速度算出部により算出された区間角速度に基づいて区間ごとの前記モータの角加速度を算出する区間角加速度算出部と、
   前記区間角加速度算出部により算出された前記モータのロータの機械角１回転内における前記モータの角加速度の最大値をもとに前記モータの駆動電圧を補正する補正部とからなるモータのトルク補正を行うモータ制御装置であって、
   前記モータのロータの機械角１回転内において、前記区間角加速度算出部により算出された角加速度の変化が予め定めた所定値の範囲内とする平坦区間を検出し、検出した平坦区間が前記モータの角加速度の最大値となる最軽負荷区間を含むか否かを判定する判定部とを備え、
   前記判定部は、前記平坦区間を検出し、且つ検出した前記平坦区間が前記最軽負荷区間を含まないと判定された場合、前記平坦区間における前記モータの角加速度をもとに前記モータの駆動電圧を補正することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記判定部は、複数の前記平坦区間を検出し、且つ検出した前記平坦区間が前記最軽負荷区間を含まない場合、前記最軽負荷区間に最も近い前記平坦区間における前記モータの角加速度をもとに前記モータの駆動電圧を補正することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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