JP3645793B2

JP3645793B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP3645793B2
Application number: JP2000171913A
Authority: JP
Inventors: 英史大塚; 政次中谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2001352777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータ制御装置に関し、特に、永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータを位置センサレスで制御・駆動するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータロータの位置センサを用いずにモータを制御・駆動するセンサレス駆動方式においては、モータコイルへの通電を行なう際に、一定期間の通電休止期間を設け、その間に回転によってモータコイルの発生する逆起電圧をモータコイル端子から検出し、この逆起電圧からモータの通電タイムを決定する間欠波形駆動方式が一般的に採用されている。
【０００３】
また、もう一方の駆動方式としては、駆動波形が連続的で同期モータを通電休止期間を設けずに駆動する正弦波通電をはじめとする連続波形駆動方式がある。
【０００４】
一般的に、間欠波形駆動方式に比べて、正弦波状の連続波形駆動方式の方が効率・振動・騒音の点で優れている。これは、モータコイルへの通電波形が磁石磁束に近いため、コイルへの印加電流のトルク寄与のロスが少ないことや、波形の滑らかさからトルク変動，回転変動が少なく、低振動／低騒音となるためである。この連続波形駆動方式のロータ位置検出方法としては、従来はエンコーダやホール素子などの位置検出センサを用いる方法が一般的であるが、たとえばコンプレッサなどに用いる場合、環境（高温・高圧）を考慮する必要があり、高価なものとなりコストが問題となっていた。
【０００５】
そこで、連続波形駆動方式で位置検出センサを用いない方法として、特開平５−２３６７８９号公報に記載されているように、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて通電タイミングを決定して駆動する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の位置検出センサを用いない方法で駆動する場合、モータ速度を直接検出しないため、外乱トルク変動が発生したときに回転不良が生じてしまう。特に、低速時に大きなトルク変動が生じた場合は回転不良が生じ、回転停止となってしまう場合もある。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、同期モータを低振動／低騒音かつ安定的に駆動できるようなモータ制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備えたモータ制御装置であって、複数の通電駆動手段は、少なくとも通電波形が１８０度未満の間欠波形駆動手段と、１８０度通電駆動する連続波形駆動手段とを含み、さらに同期モータの状態を検出し、所望のモータ状態で間欠波形駆動手段と連続波形駆動手段とを切換える駆動方式切換手段を備え、モータはガスを吐出および吸入する圧縮機を駆動するものであって、さらに、同期モータの回転数を算出する回転数算出手段と、圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段とを含み、駆動方式切換手段は、回転数算出手段によって算出された回転数と圧縮比算出手段によって算出されたガス圧比とに基づいて間欠波形駆動手段と連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする。
【００１３】
このように現行のモータ回転数と圧縮比に応じて所望の通電駆動手段のうちの１つを選択的に動作、切換えることにより、モータのより低振動および低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００１４】
より好ましくは、圧縮機に吸入および吐出するガスの温度を検出する温度検出手段を含み、圧縮比算出手段は温度検出手段によって検出された温度に基づいて圧縮比を算出することを特徴とする。
【００１５】
このように算出した圧縮比に応じて所望の通電駆動手段のうちの１つを選択的に動作、切換えることにより、低コストでありながらモータの低振動および低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００１６】
より好ましくは、圧縮機に吸入および吐出するガスの圧力を検出する圧力検出手段を含み、圧縮比算出手段は圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて圧縮比を算出することを特徴とする。
【００１７】
このように現行のモータ回転数と直接圧力を検出することにより正確に圧縮比を算出することができ、一層モータの低振動および低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００２０】
さらに、好ましくは、同期モータの回転数を検出する回転数検出手段を含み、駆動方式切換手段は回転数検出手段によって検出された回転数が予め定める範囲を越えない限り、切換動作しないようなヒステリシス領域を有することを特徴とする。
【００２１】
このようにヒステリシス領域を備えることにより、制御部の過負荷を防ぐとともにインバータ回路やモータなどへのストレスを低減し、寿命の増大および信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
さらに、より好ましくは、駆動方式切換手段は回転数検出手段によって検出された回転数が所望の回転数以下では間欠波形駆動に切換え、所望の回転数以上で連続波形駆動に切換えることを特徴とする。
【００２５】
したがって、特別な位置検出器を用いずに現行のモータ回転数に応じて、モータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００２６】
さらに、より好ましくは、モータはガスを吐出および吸入する圧縮機を駆動するものであって、同期モータの回転数を算出する回転数算出手段と、圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段とを含み、駆動方式切換手段は回転数算出手段によって算出された回転数と圧縮比算出手段によって算出されたガス圧比とに基づいて間欠波形駆動と連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする。
【００２７】
したがって、特別な位置検出器を用いずに現行のモータ回転数と圧縮比に応じて駆動方法を切換えることにより、モータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００２８】
さらに、より好ましくは、圧縮機に吸入および吐出するガスの温度を検出する温度検出手段を含み、駆動方式切換手段は温度検出手段によって検出された温度も考慮して切換制御することを特徴とする。
【００２９】
したがって、特別な位置検出器を用いずに現行のモータ回転数と圧縮比を正確に算出することにより、モータの状態に応じてモータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００３０】
さらに、より好ましくは、圧縮機に吸入および吐出するガスの圧力を検出する圧力検出手段を含み、駆動方式切換手段は圧力検出手段によって検出された圧力を考慮して切換制御することを特徴とする。
【００３１】
したがって、特別な位置検出器を用いずに現行のモータ回転数と圧縮比を低コストで算出することにより、モータの状態に応じてモータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００３２】
さらに、より好ましくは、同期モータの振動振幅を検出する振動検出手段を含み、駆動方式切換手段は振動検出手段によって検出された振動を考慮して切換制御することを特徴とする。
【００３３】
したがって、特別な位置検出器を用いずに現行のモータ振動数を簡単かつ正確に算出することにより、モータの状態に応じてモータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００３４】
さらに、より好ましくは、圧縮機は冷媒ガスを１回転中に吸込み、圧縮および吐出を行う圧縮部により構成されるシングルロータリ圧縮機であることを特徴とする。
【００３５】
したがって、シングルロータリ圧縮機を低振動および低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
他の発明は、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備えたモータ制御装置であって、複数の通電駆動手段は、少なくとも通電波形が１８０度未満の間欠波形駆動手段と、１８０度通電駆動する連続波形駆動手段とを含み、さらに同期モータの状態を検出し、所望のモータ状態で間欠波形駆動手段と連続波形駆動手段とを切換える駆動方式切換手段を備え、さらに、同期モータの振動振幅を検出する振動検出手段を含み、駆動方式切換手段は、振動検出手段によって検出された振動振幅に基づいて、間欠波形駆動手段と連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする。
このようにモータの直接振動振幅を検出することにより簡単かつ正確にモータの低振動および低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
好ましくは、同期モータはモータコイルを含み、さらにモータコイルに流れるモータ電流と同期モータに供給される駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差情報検出手段と、位相差情報を予め格納する位相差格納手段と、モータコイルに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とを含み、連続波形駆動手段は、位相差情報検出手段によって検出された位相差情報と位相差格納手段に格納されている位相差情報との差に応じてその動作が制御され、間欠波形駆動手段は、誘起電圧検出手段の検出出力に応じてその動作が制御されることを特徴とする。
このように誘起電圧の検出により間欠波形駆動を電流／電圧位相差情報により連続波形駆動を制御するため特別な位置検出器を用いずにモータのより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施形態のモータ制御装置のブロック図である。図１において、ＰＭモータ１は磁石をロータに配置したものであり、インバータ回路２によって駆動される。インバータ回路２にはＡＣ−ＤＣコンバータ回路３によりＡＣ電源が直流に変換して供給される。制御部５はたとえばマイクロコンピュータなどによって構成され、間欠波形駆動部６と連続波形駆動部７と速度算出部８と温度−圧力変換部１０とＰＷＭ作成／各相分配回路１２としての処理をソフト的に行なう。間欠波形駆動部６はある１相のコイルに印加する電圧の通電角度を間欠的に、たとえば電気角で１２０度区間通電するための制御信号をＰＷＭ作成／各相分配回路１２に与える。連続波形駆動部７はある１相のコイルに印加する電圧の通電角度が連続的、たとえば電気角で１８０度区間通電させるための制御信号をＰＷＭ作成／各相分配回路１２に供給する。
【００３７】
速度算出部８はＰＭモータ１の回転数を検出あるいは算出して駆動方式切換部１１に与える。圧縮比算出部１０には外部から圧縮機入出部温度情報９が与えられており、圧縮機の吐出部および吸入部の温度により圧縮機の圧縮比を算出し、その出力を駆動方式切換部１１に与える。駆動方式切換部１１はＰＭモータ１の回転数と圧縮比により所望の駆動方式を算出する。ＰＷＭ作成／各相分配回路１２は、インバータ部２の各駆動素子にＰＷＭ波形信号を出力する。
【００３８】
なお、図１に示した制御部５はマイクロコンピュータで構成されるが、これに限らず、同様の処理をするハード構成を用いるようにしてもよい。
【００３９】
次に、図１に示したモータ制御装置の具体的な動作について説明する。まず、ＡＣ電源４から供給されるＡＣ電圧はＡＣ−ＤＣコンバータ３に与えられて直流化され、直流電圧となってインバータ回路２に供給される。インバータ回路２はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの駆動素子で構成されており、各駆動素子は制御部５のＰＷＭ作成／各相分配回路１２で制御され、所望のデューティでスイッチングされてＰＭモータ１の各相に印加されてこのＰＭモータ１が駆動される。
【００４０】
間欠波形駆動部６は、モータコイルへの印加電圧がたとえば電気角で１２０度期間にわたって通電されるものである。図２はその通電波形を示す。図２において、横軸はコイル通電電気角で縦軸は電圧を示している。ここで、駆動対象モータのステータコイルは、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相で構成されているものとし、Ｕ相の通電電圧波形２１と、Ｖ・Ｖ相の通電電圧波形２２，２３を示している。図２に示すように、１２０度通電は１相コイルにおいて１２０度期間は矩形波通電しており、残りの６０度期間は休止期間２４である。他の相もＵ相に対して１２０度あるいは２４０度の位相差を有する矩形波通電であり、同様に６０度期間は休止期間２５，２６を有している。この休止期間に回転しているロータ磁石の誘起電圧をモータコイルで検出し、ロータの位置を検出することによって回転を制御している。したがって、この方法が適用できるのは通電期間が１８０度未満である必要がある。
【００４１】
次に、連続波形駆動部７は、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわたって通電されるものである。図３はその通電波形を示す。図３において、横軸はコイル通電電気角で縦軸は電圧を示す。ここで、駆動対象モータのステータコイルはＵ・Ｖ・Ｗの３相で構成されているものとし、Ｕ相の通電電圧波形３１とＶ・Ｗ相の通電電圧波形３２，３３を示している。図３に示すように、１８０度通電は、１相コイルにおいては正弦波状通電しており、他の相はＵ相に対して１２０度あるいは２４０度の位相差を有する正弦波状通電である。この連続波形駆動を前述の間欠波形駆動と比較すると、連続波形駆動の方が振動・騒音が小さくなる。これは、各々の波形をＦ．Ｆ．Ｔ（Fast Fourier Transform）変換すると、間欠波形は高調波成分を多く含み、その高調波振動成分が他の構成部品の共振や騒音の発生原因となるためである。
【００４２】
ところで、連続波形通電で問題となるのは、ロータの位置検出方法であるが、高価な位置センサを用いない方法として、モータ電力を高速演算することでモータ位置を検出する方法やモータ駆動電圧とモータ電流を高速演算することでモータ位置を検出する方法がある。
【００４３】
速度算出部８は回転数に関する情報を得るものであり、得られた回転情報は上述のごとくモータ電流を高速演算することでモータ位置を検出し、速度を算出する方法やモータ駆動電圧とモータ電流を高速演算することでモータ位置を検出し、速度を算出する方法などがあるが、いずれの方法でもよい。圧縮機入出力部温度情報９は、圧縮機の吐出部および吸入部付近に設置した温度検出器より得られる圧縮機の吐出部および吸入部温度情報である。このとき、温度検出器は温度変化による電気抵抗変化を利用する抵抗体温度センサや熱伝対を利用した温度センサなどが用いられる。温度−圧力変換部１０は、圧縮機の温度情報より温度と相関のある圧力を算出し、圧縮比（吐出圧力／吸入圧力）を算出する。駆動方式切換部１１は、速度算出部８からの回転数情報と温度−圧力変換部１０からの圧縮比情報とに基づいて、回転数と圧縮比の２次テーブルより所望の駆動方法を切換える。
【００４４】
図４は圧縮機の駆動速度と振動振幅の関係を示すグラフである。次に、図４を参照して、回転数情報と圧縮比情報とで所望の駆動方法を切換える動作について説明する。図４において、横軸９４は回転速度を表わし、縦軸９５は振動振幅を表わしている。曲線９１はある圧縮比での振動振幅曲線であり、曲線９２は別の圧縮比での振動振幅曲線である。ライン９３は駆動方式を切換えるべき振動振幅ラインでその振動振幅以上では間欠駆動方式を、その振動振幅以下では連続波形駆動方式が望ましいことを示している。ただし、図４に示すように、駆動方式を切換えるべく振動振幅に対して、振動振幅曲線が圧縮比により異なるため、切換える速度は異なる。したがって、回転数と圧縮比の２次テーブルより、所望の駆動方法を記録するのが駆動方式切換部１１である。
【００４５】
駆動方式切換部１１により切換えた駆動方式で、ＰＷＭ作成／各相分配部１２に電圧データが与えられ、ＰＷＭ作成／各相分配部１２は、電圧データによりＰＷＭ信号のデューティを決定するとともに、各駆動素子へのＰＷＭ信号の分配を行なって駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００４６】
ここで、回転数情報と圧縮比情報をもとに所望の駆動方式に切換えることについて説明する。外乱発生機構の典型として、ルームエアコンや冷蔵庫に用いられている圧縮機がある。圧縮機は１回転中に吸込み，圧縮，吐出のサイクルを繰返すものであり、圧縮機の出力軸に駆動用のモータが直結され、チャンバ内に密閉された構造となっている。この吸込み，圧縮，吐出の各工程での冷媒ガス圧の変化により負荷トルクが変動する。さらに、このガス圧による負荷トルクは圧縮機の回転に同期して変動し、それに伴って圧縮機の回転速度は周期的に変動し、圧縮機自体の振動の原因となる。特に、上記内容はロータが１つのいわゆるシングルロータリ圧縮機で顕著となる。
【００４７】
図５は吸込み，圧縮，吐出の各工程での冷媒ガス圧の変化により負荷トルクを示した図である。図５において、横軸４４は１回転角を表わし、縦軸４５は振動振幅を表わしている。曲線４１は冷媒ガス圧の変化による負荷トルク変動を示し、曲線４２は該トルク変動による回転速度変動の様子を示している。さらに、該トルク変動は吸込み圧力と吐出圧力の比で表わされる圧縮比により異なり、曲線４３は別の圧縮比での負荷トルク変動を示している。このような負荷トルク変動に対して、連続波形駆動において速度情報を直接検出していないため、急激な速度変動に対応できなくなる場合がある。
【００４８】
図６は負荷変動と振動音との関係を示す図であり、以下に、この図６と圧縮機の運動方程式をもとに説明する。
【００４９】
【数１】

【００５０】
ここで、
Ｔ_L：負荷トルク、
Ｔ_M：モータ出力トルク、
Ｉ₀：回転部慣性モーメント、
θ：回転角
また、図６において、縦軸５５は１回転角を表わし、縦軸５６は振動振幅を表わしている。曲線５１は負荷トルクＴ_Lであり、曲線５２はモータ出力トルクＴ_Mであり、５３は負荷トルクＴ_L＞モータ出力トルクＴ_Mの領域であり、領域５４は負荷トルクＴ_L＜モータ出力トルクＴ_Mの領域である。負荷トルクＴ_Lがモータ出力トルクＴ_Mより大きくなる回転角領域５３では、モータ回転の原則による角加速度が発生し、モータの回転軸系の持つ慣性モーメントＩ₀との式で表わされる回転慣性トルクが生じて負荷トルクと出力トルクとのトルク差と釣り合う。これに対して、負荷トルクＴ_Lが出力トルクＴ_Mより小さくなる回転角領域５４では、回転数の増速による角加速度が発生し、回転慣性トルクが生じて負荷トルクＴ_Lと出力トルクＴ_Mとのトルク差と釣り合い平衡が保たれる。
【００５１】
上述のごとく、吸込み，圧縮，吐出の各工程での冷媒ガス圧の変化により、負荷トルクＴ_Lが変動する圧縮機において、トルク変動および速度変動が生じ、振動・騒音が発生する。特に、低速領域になると同じ負荷変動トルクに対して、周波数の低減で回転脈動による振動振幅が増大する。１回転中に回転脈動が生じる圧縮機で、ロータ位置すなわちロータ速度を間接的に検出する連続波形駆動方式では速度変動が大きくなる低速で回転不良あるいは回転停止状態となる場合があり、そのため圧縮機の回転脈動のパラメータである回転速度情報と圧縮比情報により所望の駆動方式に切換える。
【００５２】
ところで、駆動方式を切換える近傍で回転数の変動に応じて駆動方式を忠実に切換えると、制御部が過負荷になるとともに、インバータ回路２およびＰＭモータ１などへのストレスが増加し、寿命の短命化の原因となる場合がある。したがって、このような現象を避けるために、切換える回転数にヒステリシス領域を持たせる手法を用いてもよい。このヒステリシス領域では、回転数が変化しても駆動方式が変化させないようにする。これにより、制御部の過負荷を防ぐとともに、インバータ回路２およびＰＭモータ１などへのストレスを低減し、寿命の増大・信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００５３】
上述のごとく、この実施形態では、回転数情報と圧縮比情報をもとに所望の駆動方式を切換える制御部で構成することにより、モータを所定回転数で高効率かつ低振動／低騒音かつ安定的な駆動を達成することができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、外乱発生として圧縮機について説明したが、これに限定される必要はない。
【００５５】
図７はこの発明の第２の実施形態を示すブロック図である。この図７に示した実施形態は、図１に示した制御部５の温度−圧力変換部１０に代えて圧力算出部６２を設け、駆動方式切換部１１に代えて駆動方式切換部６３を設けたものであり、それ以外の構成は図１と同一の機能を表わしているものとする。圧力算出部６２には、外部より圧縮機の吐出部および吸入部圧力情報が与えられる。そして、圧力算出部６２は、吐出部および吸入部圧力情報により圧縮機の圧縮比を算出する。算出した圧縮比情報は駆動方式切換部６３に与えられる。駆動方式切換部６３は速度算出部８から与えられるモータ回転数と圧力算出部６２から与えられる圧縮比とにより所望の駆動方式を算出して間欠波形駆動部６と連続波形駆動部７とを切換える。
【００５６】
次に、動作について説明する。圧力算出部６２に与えられる吐出部および吸入部圧力情報は圧縮機の吐出部および吸入部付近に設置した圧力検出器より得られる。この圧力検出器は、ダイヤフラムを用いた力平衡式圧力センサやコイルのインダクタンスが圧力により変化することを利用したインダクタンス式圧力センサや圧力の変化を静電容量の変化に変換した容量式圧力センサなどが用いられる。圧力算出部６２は吐出部および吸入部圧力情報により圧縮機の圧縮比を算出する。駆動方式切換部６３は速度算出部８からの回転数情報と圧力算出部６２からの圧縮比情報とに基づいて、回転数と圧縮比の２次テーブルにより、間欠波形駆動部６と連続波形駆動部７とを切換える。駆動方式切換部６３の切換動作は、前述の図４の説明のとおりであり、繰返しの説明を省略する。
【００５７】
駆動方式切換部６３により切換えられた駆動方法で、ＰＷＭの作成／各相分配部１２に電圧データが送られ、ＰＷＭ作成／各相分配部１２は電圧データによりＰＷＭ信号のデューティを決定するとともに、各駆動素子へのＰＷＭ信号の分配を行ない、駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。インバータ２、ＡＣ−ＤＣコンバータ３の具体的な動作は図１と同じであるため、その説明は省略する。
【００５８】
上述のごとく、この第２の実施形態では、回転数情報と圧縮比情報をもとに所望の駆動方式を切換える制御部で構成することにより、モータを所定回転数で高効率かつ低振動／低騒音かつ安定的な駆動を実現できる。
【００５９】
図８はこの発明の第３の実施形態を示すブロック図である。図８において、制御部５には図１に示した速度算出部８および温度−圧力変換部１０に代えて振動算出部７２が設けられ、この振動算出部７２の出力により駆動方式切換部７３が間欠波形駆動部６と連続波形駆動部７とを切換える。振動算出部７２には、外部から圧縮機の振動振幅量情報である圧縮機振動情報７１が与えられる。振動算出部７２はその圧縮機振動情報７１により圧縮機の振動を算出し、その出力により駆動方式切換部７３が間欠波形駆動部６と連続波形駆動部７とを切換える。それ以外の構成は図１と同じである。
【００６０】
圧縮機振動情報７１は圧縮機近傍に設置した振動検出器より得られる。振動検出器としては、圧電現象を利用する加速度ピックアップ型の圧電センサや起電力の発生を利用した導電型センサや静電容量や渦電流を利用した振動検出センサなどが用いられる。駆動方式切換部７３による切換動作は、前述の図４の説明と同じであり、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
上述のごとく、この第３の実施形態では、圧縮機振動情報７１をもとに所望の駆動方式を切換えることにより、モータを所定回転数で高効率かつ低振動／低騒音かつ安定的に駆動することができる。
【００６２】
図９はこの発明の第４の実施形態を示すブロック図である。図９に示した実施形態は、図１に示した実施形態の構成に加えて、モータ１に流れる電流を検出するとともに逆起電圧を検出するようにしたものである。このために、制御部５には図１の構成に加えて、さらに電流検出部８１と電圧／電流位相差検出部８３と位相差格納部８５と逆起電圧検出部８６とが新たに設けられる。電流検出部８１はモータ１に設けられている電流センサに基づいて、モータコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の中で特定の相に流れるモータ電流を検出する。
【００６３】
電流検出部８１の出力の電流位相情報８２は電圧／電流位相差検出部８３に与えられる。電圧／電流位相差検出部８３はモータ電流信号を所定の間隔でＡ／Ｄ変換して取込み、電流位相情報８２と連続波形駆動部７から与えられる電圧位相情報８４とを比較し、位相差情報として比較器８８に与える。位相差格納部８５には目標とする位相差が予め格納されており、比較器８８は電圧／電流位相差検出部８３で検出された位相差情報と位相差格納部８５の目標とする位相差との差を連続波形駆動部７に与える。
【００６４】
逆起電圧検出部８６はモータコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に発生する誘起電圧を検出して速度算出部８に与える。速度算出部８は、間欠波形駆動部６あるいは連続波形駆動部７から回転数に関する情報を得ている。この回転数情報は、間欠駆動方式の場合は逆起電圧検出部８６から与えられる誘起電圧情報から算出し、連続駆動方式の場合は制御部を構成するマイコンの駆動命令内のコイルへの励磁情報から算出する。
【００６５】
次に、図９に示した実施形態の具体的な動作について説明する。電圧／電流位相差検出部８３では、電流検出部８１から得られる電流位相情報８２と連続波形駆動部７から与えられる電圧位相情報８４を基準として電流の位相を検出し、電圧に対する電流の位相差を算出する。算出した位相差を位相差格納部８５に格納されている位相差基準との差を比較器８８が演算し、連続波形駆動部７に与える。連続波形駆動部７は比較器８８から与えられた差に所定の電位を乗じ、電圧データ８７としてＰＷＭ作成／各相分配部１２に与える。ＰＷＭ作成／各相分配部１２はＰＷＭ信号のデューティを決定するとともに、各駆動素子へのＰＷＭ信号の分配を行ない、駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００６６】
一方、速度算出部８は間欠駆動方式の場合、逆起電圧検出部８６から与えられる誘起電圧情報から回転数情報を算出し、連続駆動方式の場合はコイルへの励磁情報から算出する。駆動方式切換部１１による切換動作は図１と同じであるためその説明を省略する。
【００６７】
上述のごとく、この実施形態によれば、誘起電圧を検出することにより間欠波形駆動を、電流／電圧位相差情報により連続波形駆動を制御するために特別に位置検出器を用いることなく、モータをより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【００６８】
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説明では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。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、各駆動手段は少なくとも通電波形が１８０度未満の間欠波形駆動手段と１８０度通電駆動する連続波形駆動手段とを含み、同期モータを所望のモータ回転数に応じて複数の駆動手段のうちの少なくとも１つを選択することにより、モータを低振動／低騒音かつ安定的に駆動することが可能となる。
【００７０】
また、同期モータの回転数を検出し、所望のモータ回転数以下では間欠波形駆動に切換え、所望のモータ回転数以上では連続波形駆動に切換えることにより、現行のモータ回転数に対して所望の駆動方式を選択／切換え、モータを低振動／低騒音かつ安定的に駆動することが可能となる。
【００７１】
さらに、同期モータの回転数算出手段と圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段と同期モータの回転数と圧縮比と所望の駆動方式とを記憶した駆動方式切換手段とを備えることにより、現行のモータ回転数と圧縮比に応じて所望の駆動方式を選択／切換え、モータの一相の低振動／低騒音かつ安定駆動が可能となる。
【００７２】
さらに、同期モータの回転数算出手段と圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段と同期モータの回転数と圧縮比と所望の駆動方式とを記憶した駆動方式切換手段とを備えることにより、現行のモータ回転数と圧縮比に応じて所望の駆動方式を選択／切換え、モータの一相の低振動／低騒音かつ安定駆動が可能となる。
【００７３】
さらに、同期モータの状態を検出する状態検出手段と、振動振幅に応じて所望の駆動方式を記憶した駆動方式切換手段と駆動方式の切換ヒステリシス領域を備えることにより、制御部の過負荷を防ぐとともにインバータ回路や同期モータなどへのストレスを低減し、寿命の増大，信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００７４】
さらに、同期モータのモータコイル端子に流れるモータ電流と同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を格納しておき、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出し、連続波形駆動手段は検出された位相差情報と所望の位相差情報との差に応じて動作を制御し、間欠波形駆動手段は誘起電圧に応じて動作を制御することにより、有機電圧の検出により間欠波形駆動を制御し、電流／電圧位相差情報により連続波形駆動を制御するために特別な位置検出器を用いる必要がなく、モータをより低振動／低騒音かつ安定的な駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す制御ブロックを示す図である。
【図２】間欠波形駆動における駆動波形の一例を示す波形図である。
【図３】連続波形駆動における駆動波形の一例を示す波形図である。
【図４】圧縮機の圧縮比による速度と振動振幅の関係を示すグラフである。
【図５】圧縮機のトルク変動および速度変動を示す図である。
【図６】圧縮機のトルク変動およびモータ発生トルクを示す図である。
【図７】この発明の第２の実施形態を示す制御ブロックを示す図である。
【図８】この発明の第３の実施形態を示す制御ブロックを示す図である。
【図９】この発明の第４の実施形態を示す制御ブロックを示す図である。
【符号の説明】
１同期モータ、２インバータ回路、３ＡＣ−ＤＣコンバータ、４ＡＣ電源、５制御部、６間欠波形駆動部、７連続波形駆動部、８速度算出部、９圧縮機入出力部温度情報、１０温度−圧力変換部、１１駆動方式切換部、１２ＰＷＭ作成部／各相分配部、６１圧縮機入出力部圧力情報、６２圧力算出部、７１圧縮機振動情報、７２振動算出部、８１電流検出部、８２電流位相情報、８３電圧／電流位相差検出部、８４電圧位相情報、８５位相差格納部、８６逆起電圧検出部、８８比較器。

Claims

同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備えたモータ制御装置であって、
前記複数の通電駆動手段は、少なくとも
通電波形が１８０度未満の間欠波形駆動手段と、
１８０度通電駆動する連続波形駆動手段とを含み、さらに
前記同期モータの状態を検出し、所望のモータ状態で前記間欠波形駆動手段と前記連続波形駆動手段とを切換える駆動方式切換手段を備え、
前記モータはガスを吐出および吸入する圧縮機を駆動するものであって、さらに、
前記同期モータの回転数を算出する回転数算出手段と、
前記圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段とを含み、
前記駆動方式切換手段は、前記回転数算出手段によって算出された回転数と前記圧縮比算出手段によって算出されたガス圧比とに基づいて前記間欠波形駆動手段と前記連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする、モータ制御装置。
さらに、前記圧縮機に吸入および吐出するガスの温度を検出する温度検出手段を含み、
前記圧縮比算出手段は、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて圧縮比を算出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。
さらに、前記圧縮機に吸入および吐出するガスの圧力を検出する圧力検出手段を含み、
前記圧縮比算出手段は、前記圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて圧縮比を算出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。
前記駆動方式切換手段は、前記回転数算出手段によって算出された回転数が予め定める範囲を越えない限り、切換動作しないようなヒステリシス領域を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
前記駆動方式切換手段は、前記回転数検出手段によって検出された回転数が所望の回転数以下では間欠波形駆動に切換え、所望の回転数以上で連続波形駆動に切換えることを特徴とする、請求項４に記載のモータ制御装置。
前記モータはガスを吐出および吸入する圧縮機を駆動するものであって、さらに、
前記同期モータの回転数を算出する回転数算出手段と、
前記圧縮機の吐出と吸入のガス圧比を検出する圧縮比算出手段とを含み、
前記駆動方式切換手段は、前記回転数算出手段によって算出された回転数と前記圧縮比算出手段によって算出されたガス圧比とに基づいて、前記間欠波形駆動手段と前記連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする、請求項４に記載のモータ制御装置。
さらに、前記圧縮機に吸入および吐出するガスの温度を検出する温度検出手段を含み、
前記駆動方式切換手段は、前記温度検出手段によって検出された温度も考慮して切換制御することを特徴とする、請求項４に記載のモータ制御装置。
さらに、前記圧縮機に吸入および吐出するガスの圧力を検出する圧力検出手段を含み、
前記駆動方式切換手段は、前記圧力検出手段によって検出された圧力を考慮して切換制御することを特徴とする、請求項４に記載のモータ制御装置。
さらに、前記同期モータの振動振幅を検出する振動検出手段を含み、
前記駆動方式切換手段は、前記振動検出手段によって検出された振動を考慮して切換制御することを特徴とする、請求項４に記載のモータ制御装置。
前記圧縮機は、冷媒ガスを１回転中に吸込み、圧縮および吐出を行う圧縮部により構成されるシングルロータリ圧縮機であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備えたモータ制御装置であって、
前記複数の通電駆動手段は、少なくとも
通電波形が１８０度未満の間欠波形駆動手段と、
１８０度通電駆動する連続波形駆動手段とを含み、さらに
前記同期モータの状態を検出し、所望のモータ状態で前記間欠波形駆動手段と前記連続波形駆動手段とを切換える駆動方式切換手段を備え、
さらに、前記同期モータの振動振幅を検出する振動検出手段を含み、
前記駆動方式切換手段は、前記振動検出手段によって検出された振動振幅に基づいて、前記間欠波形駆動手段と前記連続波形駆動手段とを切換えることを特徴とする、モータ制御装置。
前記同期モータはモータコイルを含み、さらに
前記モータコイルに流れるモータ電流と前記同期モータに供給される駆動電圧との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差情報検出手段と、
位相差情報を予め格納する位相差格納手段と、
前記モータコイルに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とを含み、
前記連続波形駆動手段は、前記位相差情報検出手段によって検出された位相差情報と前記位相差格納手段に格納されている位相差情報との差に応じてその動作が制御され、
前記間欠波形駆動手段は、前記誘起電圧検出手段の検出出力に応じてその動作が制御されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。