JP4319377B2 - 永久磁石電動機の駆動装置及び密閉形圧縮機及び冷凍サイクル装置及び永久磁石発電機の駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石電動機を駆動する駆動装置に関するもので、特に電動機の回転軸の推定方法、この推定方法により電動機定数を駆動装置自身で同定する駆動装置に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、例えば特開２０００−３４１９９９号公報に示された従来の同期電動機の逆起電圧定数の定数同定方法に関するものである。同公報では、逆起電圧定数を誘起電圧定数と記述しているが、同一のものである。図２０において、１０１は速度コントローラ、１０２はδ軸電流コントローラ、１０３はγ軸電流コントローラ、１０４はベクトル制御回路、１０５はインバータ回路、１０６は同期電動機、１０８はγδ軸電流、誘起電圧推定器、１１３は電動機定数同定器である。
【０００３】
次に動作について説明する。γδ軸電流、誘起電圧推定器１０８にて、γδ軸上での電流推定値および誘起電圧推定値を出力する。電動機定数同定器１１３では、出力された電流推定値及び誘起電圧推定値に基づいてδ軸電流コントローラ１０２およびγ軸電流コントローラ１０３にて電動機１０６に流れる電流をコントロールし、誘起電圧推定器１０８にて推定される誘起電圧推定値を更に求める。これらの推定値の偏差がゼロになるよう定数同定を電動機定数同定器１１３にて行い、定数の同定を行うものである。
【０００４】
これにより、同定された電動機定数によって高性能な電動機制御ができるとしている。
【０００５】
また、図２１は、例えば特開２００１−６９７８３号公報に示された従来の同期電動機のインダクタンス成分などの電動機定数の定数同定方法に関するものである。同公報では、逆起電圧定数を起電力係数と記述しているが、同一のものである。パルス印加によりインダクタンスを計測する技術が開示されている。図２１において、１５１は永久磁石電動機、１５４はトランジスタインバータ、１５５はスイッチング素子、１５６はダイオードである。
【０００６】
特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術は、スイッチング素子１５５のｕ＋、ｖ−、ｗ−とｕ−、ｖ＋、ｗ−とｕ−、ｖ−、ｗ＋の３種のパルス印加によって得られた電流を静止座標変換することでインダクタンスを計測できるとしている点が特徴である。
【０００７】
また、図２２は特開２０００−２４５１９１号公報に示された従来のブラシレス直流モータの駆動装置に関するものである。これは、電動機が回転中に印加電圧を遮断し、その際の端子電圧と速度を検出することによって、逆起電圧定数を算出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−３４１９９９号公報に示されている技術は、同期電動機の位置を検出しない位置センサレス方式を採用している。そのため、速度の推定や位置の推定を行うことも同時に行うような制御ブロックに図２０はなっている。
【０００９】
しかしながら、速度や位置を推定するために電動機定数は必要なのであるが、その電動機定数を同定する為、γδ軸上の電流の推定値と検出値とから誘起電圧を推定し、電動機定数を同定している。このように制御ブロックを構成すると、電動機定数の同定に誤差を生じると、速度や位置の推定にも誤差を生じる結果となり、位置の推定に誤差が生じると、３相電流をγδ軸上の電流に変換する部分にも誤差が発生し、推定の推定にて成り立つ制御であるため、全ての推定に対し誤差が許容されない高性能な制御が必要とされる技術である。
【００１０】
さらに、γδ軸電流を定数同定のために電流制御するため、同定のために電圧を印加しており、モータの最高効率動作点となるような最適電圧印加となっていない。特開２０００−３４１９９９号公報に示されている技術は、電動機の効率よりも速度応答性や安定性などいった制御性能を追求する技術である。さらに、センサレス制御方法を変更させた場合、逆起電圧定数同定ができなくなり、同公報に示されたセンサレス技術のみに適用できる技術である。
【００１１】
また、特開平９−１９１６９８号公報にも同様な技術が記載されているが、位置推定を行う制御ブロック内部にて電動機定数を同定、推定をする制御ブロックを構成しており、これも制御性能を追求する技術である。
【００１２】
次に特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術についてであるが、微少時間パルスを印加するとしているが、その微少時間は永久磁石電動機１５１の時定数Ｌ／Ｒよりも充分に短い時間と記されている。定数が不明である電動機定数を計測するためのパルス時間が電動機定数の時定数Ｌ／Ｒよりも充分短い時間というのは矛盾がある。
【００１３】
さらに、パルス時間が短すぎる場合、電流が充分に流れずに、パルス印加による残留磁束によって、電流にオフセットが発生し正確なインダクタンス計測ができなくなるといった課題がある。この課題解決のために印加パルスの微少時間を広げる必要があるが、電動機定数の時定数Ｌ／Ｒよりも充分短い時間程度に抑える必要があり、ある程度、インダクタンス成分の値が既知である場合、非常に有効な手段である。
【００１４】
また、特開２００１−６９７８３号公報には逆起電圧定数を算出する技術についても示されている。同公報での方式は、既存のセンサレス駆動中に推定した起電力による速度誤差を調整するように起電力係数を調整するというもので、起電力推定を行うセンサレス制御でのみ適用できる技術である。
【００１５】
特開２０００−２４５１９１号公報に示される技術では、一時的にも印加電圧を遮断してしまうため、電動機の速度が低下し、電動機に接続されている負荷によっては、印加電圧を遮断することは不可能であることもある。また、負荷の慣性力が小さい場合、印加電圧の遮断後に素早く電動機の端子電圧および速度を検出する検出の速度応答も必要であり、そのような状態の速度の検出は、非常に高い精度が要求される。
【００１６】
また、印加電圧の遮断を瞬時に解除しても電動機が停止もしくは停止状態に近い状態にまで速度が低下してしまい、再起動といった状況といった状況に陥る可能性がある。センサレス駆動の場合、１００％起動が確実とは言えず、逆起電圧定数の同定のために電動機が一時的にも停止してしまう恐れがある。
【００１７】
さらに、特開２０００−３１２４９８号公報にも永久磁石同期電動機の電動機定数を同定する同定方法の技術が示されている。これは、永久磁石の磁束φを回転中に検出する方法であるが、位置センサレスではなく、位置センサを用いたセンサ駆動の構成であるため、特開２０００−３１２４９８号公報に示される技術をセンサレス駆動に適用することは非常に難しい。
【００１８】
また、特開平９−１８２４９９号公報、および特開平１０−２２９７００号公報にも電動機定数を同定する技術が示されているが、前述と同様に位置センサによって電動機定数を精度良く検出可能な技術であって、位置センサレスの場合、適用は難しい。
【００１９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、電動機の真の回転座標軸を推定することが可能な推定器を有することで、どのような位置センサレス駆動においても逆起電圧定数検出を実現し、かつ軸推定器を利用した位置センサレス駆動も実現する永久磁石電動機の駆動装置を得ることを目的とする。
さらに、パルス印加の時間に係わらず精度良くインダクタンスを計測する永久磁石電動機の駆動装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、永久磁石電動機の回転子の位置を検出して得られた位置を用いることを特徴とする。
【００２３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、電動機の回転子の位置を検出せず、駆動装置内部の演算にて得られた位置を用いることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器の出力に基づいて、永久磁石電動機の動作判定を行う動作判定部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、起動の判別を行うことを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、脱調による永久磁石電動機停止前に脱調を抑制するために、インバータへの電圧指令値を変化させるように指示することを特徴とする。
【００２７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、警報装置または表示装置を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を位置センサレスでインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備え、このモータ軸推定器の出力に基づいて永久磁石電動機を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器は、インバータの回転座標軸により座標変換された電圧Ｖγ、Ｖδ、電流Ｉγ、Ｉδと、インバータの回転座標軸の回転速度ω１と、永久磁石電動機の相抵抗Ｒと、永久磁石電動機のｑ軸インダクタンスＬｑとを用いて、
【００３０】
【数３】
【００３１】
により軸誤差Δθを演算することを特徴とする。
【００３２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖｑest及び電動機に流れる電流ｉｄest、ｉｑestと、電動機の回転角速度ω１と、電動機の抵抗成分Ｒと、電動機のｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、
【００３５】
【数４】
【００３６】
により、逆起電圧定数φの演算を行うことを特徴とする。
【００３７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、電圧および電流の検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする。
【００３８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機への指令電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算し、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有することを特徴とする。
【００３９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことを特徴とする。
【００４０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有すると共に、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする。
【００４１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器により算出した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を駆動制御することを特徴とする。
【００４２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、外力で永久磁石電動機を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数を初期値として駆動し、この状態より逆起電圧定数を同定して駆動装置に反映させることを特徴とする。
【００４３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することを特徴とする。
【００４４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することを特徴とする。
【００４５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする。
【００４６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータに出力する電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用することを特徴とする。
【００４７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を、ローパスフィルタを介して補正し、補正した逆起電圧定数を用いて前記永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする。
【００４８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、ローパスフィルタの時定数を、永久磁石電動機の駆動の制御周期よりも大きくすることを特徴とする。
【００４９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の駆動中に逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の永久磁石の減磁を検出することを特徴とする。
【００５０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、故障診断部を備え、永久磁石電動機の永久磁石が減磁したことを表示することを特徴とする。
【００５１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の環境温度を推定することを特徴とする。
【００５２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の相抵抗値を同定することを特徴とする。
【００５３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から前記永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加することを特徴とする。
【００５４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加することを特徴とする。
【００５５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけ印加するパルスによる電流ピーク値を永久磁石電動機の回転子の停止位置を推定にも共用することを特徴とする。
【００５６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけパルスを印加する前に、パルス印加時間を決定するためのパルスを永久磁石電動機に印加して微少時間を設定することを特徴とする。
【００５７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、検出したインダクタンス成分を、前記永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることを特徴とする。
【００５８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００５９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加するインダクタンス同定器と、 モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、算出された逆起電圧定数を永久磁石電動機の制御に使用される逆起電圧定数としてチューニングすることを特徴とする。
【００６５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インダクタンス同定器で検出されたインダクタンス成分を永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることを特徴とする。
【００６６】
この発明に係る密閉形圧縮機は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電電機の駆動装置により、圧縮機用電動機を駆動することを特徴とする。
【００６７】
この発明に係る冷凍サイクル装置は、請求項４３に記載の密閉形圧縮機を搭載したことを特徴とする。
【００６８】
この発明に係る永久磁石発電機の駆動装置は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電動機の駆動装置を発電機に適用したことを特徴とする。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜５は実施の形態１を示す図で、図１はモータ駆動装置の回路ブロック図、図２はモータ駆動制御部を示す回路ブロック図、図３はモータの回転軸とインバータの回転軸の説明図、図４は他の形態を示す回路ブロック図、図５は更に他の形態を示す回路ブロック図である。
図１において、１は永久磁石電動機（以下、モータ）、２はモータ１を駆動するインバータ、３はモータ１の回転子位置に応じてモータ１を駆動するよう制御するモータ駆動制御部、４はモータ１に流れる電流を３相交流座標系から直交座標系へ座標変換を行う３軸２軸変換部、５はモータ駆動制御部３にて算出された２軸電圧をインバータ２から出力する為、３相交流座標系へ座標変換を行う２軸３軸変換部、６はモータ１を駆動制御する為にモータ駆動制御部３へ入力される指令値が格納されている指令値格納部、７はモータ１に流れる電流を検出する電流検出器である。
【００７０】
図１において、モータ１から電流検出器７にて構成されていれば、モータ１を駆動制御することは可能であり、モータ駆動制御部３の制御ブロックの一例を図２に示す。図２において、点線内が図１に示されるモータ駆動制御部３であり、モータ駆動制御部３は電圧指令生成器３ａ、速度推定器３ｂ、積分器３ｃにて構成されている。
【００７１】
まずは、図１におけるセンサレス制御について簡単に説明する。インバータ２から電圧が出力されると、モータ１に電流が流れ、モータ１を駆動することができる。モータ１は永久磁石電動機であるため、モータ１の回転子の位置に応じて電圧をモータ１に印加しなければモータ１を駆動し続けることはできない。そこで、モータ１に流れる電流を電流検出器７にて検出し、検出した３相電流Ｉｕｖｗを３軸２軸変換部４にて、直交座標系である２軸電流Ｉγδに変換する。
【００７２】
変換された２軸電流Ｉγδをモータ駆動制御部３へ入力し、モータ駆動制御部３内部の電圧指令生成器３ａに入力される。γ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδ、γ軸電流指令Ｉγ *と推定速度ω１から、出力すべき２軸電圧Ｖγδを得る。
【００７３】
また、速度推定器３ｂでは、速度指令ω*とδ軸電流Ｉδとから速度を推定し推定速度ω１を得る。３軸２軸変換部４および２軸３軸変換部５にて使用する座標変換角度θｍは、推定角速度ω１を積分することによって得る。これらのＶγδとθｍ、ω１を得るために、一般的にはモータの電圧電流方程式を用いて算出するが、その場合でも、モータ１の真の回転座標軸を推定することができるモータ軸推定器１０を使用することができる。
【００７４】
次に、モータ軸推定器１０の構成について述べる。モータ１の真の回転座標軸θｒと、インバータ２において駆動制御している回転座標軸θｍとの間にΔθ＝θｒ−θｍなる軸誤差Δθを定義するとすると、モータ１をインバータ２から見た場合のモータの電圧電流方程式は（１）式のように導くことができる。
【００７５】
【数５】
【００７６】
ここで、ｄｑと表された値のものはモータ１の真の回転座標軸上の値であり、γδと表された値のものは、インバータ２にて駆動されているインバータ上の回転座標軸上の値である。図３におけるｄｑ軸がモータ１の回転座標軸であり、γδ軸がインバータ２の回転座標軸である。この２つの軸の間にはΔθの誤差があり、このΔθを算出するのがモータ軸推定器１０の役割である。
【００７７】
ｄｑ軸はモータ１の回転座標軸であり、モータの回転子に配置される磁石の磁束方向をｄ軸、回転方向に９０度進んだ方向をｑ軸と図３に示されるように一般的に定義される。また、γδ軸はインバータ２の回転軸であるから、モータ駆動制御部３にて生成するものであり、モータ１が回転する範囲内でモータ駆動制御部３で設定されるが、モータ１の回転座標におけるｄ軸に対応する軸をγ軸、ｑ軸に対応する軸をδ軸と定義する。さらに、これらの座標軸がω１の角速度で回転している。
【００７８】
（１）式において、仮にモータ１による永久磁石の誘導電圧分よりもインダクタンスでの電圧降下の方が充分に小さいとして、（１）式のインダクタンスの式の軸誤差Δθについてのみ（２）式のように近似する。
【００７９】
【数６】
【００８０】
（２）式のように近似すれば、電圧電流方程式は（３）式のようになり、容易になる。しかし、（３）式において、Δθを求めた場合、負荷トルクが大きな領域において、前記近似による誤差が発生するため、近似せずにΔθを求める方が望ましい。
【００８１】
【数７】
【００８２】
そこで、（１）式を近似せずに解くと、軸誤差Δθは、（４）式のように求められ、真のモータ１の回転座標軸θｒを算出することができる。尚、（４）式は（１）式を解法した結果であり、（３）式とは分母のＬｄとＬｑのみ異なっているがこれが近似の差である。
【００８３】
【数８】
【００８４】
（４）式にて構成されたモータ軸推定器１０は近似を全く行っていないので、如何なる動作条件であっても正確に軸誤差を推定することができる。軸誤差はインバータ２の回転軸とモータ１の回転軸の誤差であり、インバータ２の回転軸は既知であることから、モータ１の回転軸を推定することが可能となる。
【００８５】
また、（１）式では推定速度ω１を使用しているが、モータ軸推定器１０は予め決められた所定の回転速度でモータ１が動作している場合には、電圧電流のみの検出で軸推定を行うよう構成されていてもよい。
【００８６】
さらに、モータ１が可変速駆動される場合は、モータ駆動制御部３にて推定した推定速度ω１でも、検出した検出速度であっても（１）式に速度のデータを用いてモータ軸推定器１０は（４）式より軸誤差Δθを算出する。
【００８７】
従って、モータ軸推定器１０の出力として、推定したモータ１の回転軸を動作判定部１５に入力する。このような構成をとると、位置推定を行わず、また位置検出も行わずに速度の時間積分値でモータを駆動するような図２に示すセンサレス制御器がモータ駆動制御部３であった場合でも、位置推定器を有することになるので、脱調やモータロックを検出できる。また、位置推定を行うセンサレス制御でも異なる演算方法を有する位置推定器を有することで、脱調やモータロックの検出の信頼性をより向上させることが可能となる。
【００８８】
また、位置を検出する場合でも、位置検出に不具合が発生しても、脱調やモータロックを検出できる効果がある。
【００８９】
モータ駆動制御部３とは別構成でモータ軸推定器１０を有するため、位置センサを有しない位置センサレス制御時における起動の判別を動作判定部１５で行うことも可能である。これにより、確実に起動したか否かの判断ができ、起動していない場合、速やかに再起動状態に移行することになり、起動の信頼性を向上できる。
【００９０】
さらに、脱調し始めの状態も検出可能であるため、脱調によるモータ停止前に脱調を抑制するように、電圧指令生成器３ａにおける電圧指令を変更させるよう動作判定部１５より指示をモータ駆動制御部３に信号を伝達することによって、脱調抑制制御を行うことも可能となる。
【００９１】
ここで、動作判定部１５に警報装置、表示装置を内部に含んでいたとしてもなんら動作に影響はなく、使用者により確実に以上を伝達できる効果を創出できる。
【００９２】
またさらに、軸誤差Δθをモータ駆動に使用しない場合には、（１）式および（４）式に使用している電圧、電流、インバータ回転軸、速度データの全てを同一サンプリング値を用いて算出する構成が可能なので、演算処理速度は高速処理を必要としないことは明らかである。また、電圧電流データは同一サンプリングを必要としているので平均値や実行値でないことは自明のことである。
【００９３】
また、図１にて記載のモータ駆動制御部３、３軸２軸変換部４、２軸３軸変換部５、モータ軸推定器１０、動作判定部１５を１個の制御装置、例えば、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）などの１ヶのＣＰＵにて構成したとしても何ら図１の駆動装置の動作に影響はない。
【００９４】
また、位置センサを用いて回転子の位置を検出して駆動するセンサ駆動制御部２０を構成した場合を図４に示す。２１はモータ１の回転子位置を検出するための位置センサ、２２は位置センサの出力から速度を算出するための速度算出器である。
【００９５】
図４のように構成した場合でも、モータ軸推定器１０としては図１と何ら変わりがない。よって、位置センサ２１があっても、モータ軸推定器１０は構成可能であり、上述と同様の効果を有することは言うまでもない。
【００９６】
図４の構成の場合、位置センサからの信号とモータ１の真の回転座標軸との差分がΔθとなるが、位置センサの直読値を座標変換部４及び５に直接入力せず、位相進み角を加算したり、位置センサ２１の取付位置による誤差分を予め補正するように構成したとしても、座標変換部４および５に入力される角度に対する軸誤差をモータ軸推定器１０で演算可能であることはいうまでもない。
【００９７】
また、図５にモータ軸推定器１０の軸誤差を利用したセンサレス駆動制御部２３を構成したブロック図を示す。モータ軸推定器１０の出力である軸誤差Δθを出力し、Δθを利用してセンサレス駆動を実現する。回転数と出力トルクとの関係が既知であれば、回転数に応じたΔθの範囲を予め数式化もしくはデータテーブル化しておき、予め設定された範囲内にΔθが入るようセンサレス駆動制御部２３は作用する。これは、Δθ＝０でなくともモータ１が回転することを利用したもので、ある設定された範囲外となった場合、脱調してしまうため、ある設定された範囲内にΔθを制御することでモータ１を駆動しようとするものである。
【００９８】
図５のような構成でセンサレス駆動制御を実現することにより、従来より安価なＣＰＵにてセンサレス制御が実現できる。
【００９９】
実施の形態２．
図６〜１２は実施の形態２を示す図で、図６はモータ駆動装置の回路ブロック図、図７は動作を示すフローチャート図、図８は逆起電圧定数同定器の一例を示す回路ブロック図、図９はインバータの構成図、図１０は短絡防止時間のタイムチャート図、図１１は他の形態を示す回路ブロック図、図１２は更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【０１００】
図６において、１１はモータ軸推定器１０にて推定したモータ１上の回転座標軸θｒでの電圧と電流に座標変換を行って、モータ１の逆起電圧定数を同定する逆起電圧定数同定器、１２は同定した逆起電圧定数をモータ駆動制御部３の値にフィードバックするためのローパスフィルタであり、他は図１と同一の構成であるため、符号の説明を省略する。
【０１０１】
永久磁石電動機におけるモータ固有の定数として、相抵抗Ｒ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、逆起電圧定数φの４種が上げられることは公知の事実である。本実施の形態では、永久磁石電動機の出力トルクの発生源となる逆起電圧定数の同定について述べる。
【０１０２】
ここで同定という言葉を使用するが、この同定、identify、は固有の値を計測し検出することで特定する、という意味でモータ自身の持っている特性を特定する、すなわちモータ個々にばらつきはあるが１つの個体には１つの特性を持っているのでそれを特定するという意味である
【０１０３】
また、逆起電圧定数φは、回転子に構成された永久磁石が回転したときの固定子側の巻線に対する鎖交磁束Φの時間変化率にて発生する誘導電圧の角速度比例係数である。言い換えると、固定子側に誘導される電圧は速度と共に増加するが、その速度と電圧は１次比例の関係となっており、その比例係数が逆起電圧定数φである。また、角速度が０の場合、ｄΦ／ｄｔ＝０となり、検出不能となる。
【０１０４】
従って、モータ１が微少でも動作する必要があり、モータ１を動作させて同定することとなる。モータ駆動制御部３にて逆起電圧定数φがモータ１の真値と異なる場合、モータ駆動制御部３でのモータ駆動に多少なりとも支障が発生する。
【０１０５】
逆起電圧定数φは、一般的に、モータ１の端子を開放状態にし、モータ１の軸を他からの外力によって回転させて、モータ１の端子間電圧を計測し、その外力の回転速度とから計測する方式が採用されている。この方法の場合、モータ１は開放状態であるため、インバータ２が接続した状態では計測できないだけでなく、モータ１を外力で回転させる必要がある。
【０１０６】
さらに、モータ１の固定子側で通電していないため、回転子の磁束のみで電圧が誘起され、逆起電圧定数として計測される。モータ１の固定子磁束に歪みがなければ問題ないが固定子磁束に歪みがある場合、回転子の磁石磁束も歪まされ、外力で回転させた際の誘起電圧とは異なる電圧が誘起される恐れがある。
【０１０７】
また、モータ１のインダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑは電流依存性があり、固定子に流れる電流によって値が変化する。モータ１のＬｄ、Ｌｑによって固定子側の磁束が変化するため、外力で回転させて計測した逆起電圧定数φは、電流が流れていない場合の値となり、電流が流れた場合の値と異なっている恐れもある。
【０１０８】
本実施の形態は、モータ１の実運転中における逆起電圧定数を同定することによって、固定子側で発生する様々な歪み要素である電機子反作用をも考慮するものである。
【０１０９】
まず、モータ駆動制御部３でモータ１を起動し、安定状態に駆動する。この場合、例えば前述の通り、外力でモータ１を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数φを初期値として駆動する。通常のモータ駆動は、この状態を維持するのであるが、本実施の形態では、この状態より逆起電圧定数を同定し、モータ駆動制御部３へ反映させる。
【０１１０】
また、強制的な回転磁界によってモータ１が磁界に引きずられて回転している状態を作り、この状態で一旦簡易的に逆起電圧定数φを同定し、その値を初期値としてモータ１を駆動する。この場合、強制的な回転磁界でモータ１は回転している状態（これを強制駆動とする）であるため、この強制駆動状態からモータ駆動制御部３での同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定するように構成しても問題はない。
【０１１１】
さらに、強制駆動状態で簡易的に逆起電圧定数を同定した後、一旦停止し、その状態より再起動するよう構成しても上記と同様の効果を有することは言うまでもない。この様子を示すフローチャートを図７に示す。
【０１１２】
ここで、逆起電圧定数同定部１１にて逆起電圧定数φを算出する方法であるが、図８のブロック図に示されるようにモータ１に印加される電圧Ｖｕｖｗと、モータ１に流れる電流Ｉｕｖｗとをモータ軸推定器１０にて推定したモータ１の真の位置にて座標変換を行う。そして、座標変換後の電圧Ｖｑest、電流ｉｄest、ｉｑestおよび回転角速度ω１を用いて、
【０１１３】
【数９】
【０１１４】
により逆起電圧定数φを求めることができる。（５）式に基づいて、同定した逆起電圧定数であるが、モータ駆動制御部３にてモータ１を駆動制御するために使用されている。さらにはモータ駆動制御部３の内部を示す図２においては、電圧指令生成器３ａにて、電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用している。
【０１１５】
図示はしていないが、図６における電流の３軸２軸変換部４の出力であるＩγδ、電圧の２軸３軸変換部５の入力であるＶγδから（５）式に使用される電圧Ｖｑest、電流ｉｄest、ｉｑestは、（４）式の軸誤差Δθを用いれば下式のように算出できる。
【０１１６】
【数１０】
【０１１７】
従って、上式に従えば、図８に示すようなブロックを構成しなくとも、（５）式を算出することが実現でき、図８のブロックと同等効果を有することは言うまでもない。
【０１１８】
この電圧指令生成器３ａに使用されている逆起電圧定数をφｆとすると、（５）式により同定したφに対してφｆを補正するため、ローパスフィルタ１２を介してモータ駆動制御部３へ入力するよう構成する。
【０１１９】
これは、モータ駆動制御部３はモータ１を駆動するため高速に処理されているが、急激にφｆを変化させた場合、電圧指令が瞬間的に非線形となり、ハンチングする危険性があるためであり、モータ駆動制御部３によるモータ駆動の制御周期よりも、同定した結果を反映させ行うローパスフィルタ１２の時定数Ｔｒを大きくすることで、ハンチングを避けることができる。
【０１２０】
時定数Ｔｒとしては、モータ駆動制御部３での制御周期よりも遅い周期であれば良く、例えば１０倍程度の時定数の周期、または０．５秒以上などいった比較的長い時間の時定数で徐々に同定後の定数φをモータ駆動制御部３で使用する値φｆに近づける。また、ローパスフィルタ１２を介して徐々に同定結果を反映させるような構成でなくとも、ハンチングを避けられる方法であれば如何なる方法であっても問題はない。
【０１２１】
以上のようにして、逆起電圧定数φを同定しつつ、モータ１を駆動するので、モータ１の出力トルクの最適動作点で駆動することが可能となる。このように構成することによって、動作点毎に指令値格納部６に格納されていた電流指令値Ｉγ *が一定値にてモータを駆動することが可能になる。よって、ＣＰＵのＲＯＭ容量を低減でき、低コスト化が実現できる。
【０１２２】
また、動作点毎にモータ１の出力トルクの最適動作点となるよう電流指令値Ｉγ *を格納する必要がなくなるので、格納に必要なデータを収集する手間が省け、開発における期間短縮、人件費削減による低コスト化も実現できる。
【０１２３】
また、固定子による電機子反作用の歪みや、電流依存性を有するインダクタンスＬｄ、Ｌｑの電流による変化分、回転子の磁束密度増加による磁路の変化の分も一纏めにして逆起電圧定数に反映させるため、モータ１の理想状態から外れる歪み分による性能悪化分を補正し、モータ１を最適状態にて駆動することができる。
【０１２４】
さらに、モータ１の仕様毎に電流指令値Ｉγ *の値が変化するため、ＣＰＵに固定小数点型のマイクロプロフェッサーを用いていれば、モータ１の仕様に応じて電流指令値Ｉγ *の１ビットあたりの分解能を設定する必要が発生し、プログラムを作り替えることも想定されるため、開発期間短縮における低コスト化は大きい。
【０１２５】
またさらに、モータ１の駆動中に逆起電圧定数を同定するので永久磁石の減磁も検出でき、モータ１の信頼性も向上させることができる。特に、密閉型のモータ１の場合、分解しなければ前述したとおり、外力による逆起電圧定数の計測ができないため、サービス性向上も実現できる。
【０１２６】
さらに、故障診断部などを図６に示すブロック図に付加し、減磁した旨を表示させるように構成しても何ら問題がないことは言うまでもないが、本実施の形態２を示すブロック図では記述していない。
【０１２７】
さらに、φは温度依存性があり、温度によってのみφが変化すると仮定すれば、温度は磁石材料の特性にて決まるため、φを同定することによって、概略温度が推定でき、モータ１の環境温度を推定することができる。これにより、温度データを必要とするもののためにサーミスタ等の温度検出器を使用していれば、それらの温度検出器を低減し、低コスト化に役立つ。
【０１２８】
また、温度依存性のあるモータの相抵抗値も同定することができる。さらには、圧縮機等に使用されている場合、冷媒ガス温度が推定でき、冷媒挙動の解析に大きな発展をもたらす可能性もある。またさらには、エンジン等の高温環境で使用されるモータに対しても温度特性が解明できる。さらには、希土類磁石等の磁石を用いたモータ１の場合、温度で磁石の磁束が変化し、温度に対し不可逆性を有するので、逆起電圧定数を同定することで磁石でのトルク低下を検出できるようになり、モータ１の特性悪化を補償することも可能になる。また、温度に対し不可逆性を有する磁石を用いたモータ１全てに適用できることは言うまでもない。
【０１２９】
また、図８における座標変換部１１ｂに入力されている電圧であるが、図６のブロック図の構成ではモータ駆動制御部３にて生成された電圧指令である。しかしながら、インバータ２に入力された電圧指令と、インバータ２よりモータ１へ印加される印加電圧とには差が生じる。これは、インバータ２の短絡防止時間Ｔｄの影響である。
【０１３０】
インバータ２は図９に示されるようにスイッチング素子を２ヶ直列接続し、これを１つのアームとして構成される。例えば、直列に接続されたスイッチング素子２ａ、２ｂが同時にオンするとアーム短絡となり、短絡電流が流れる。そのため、一般的にインバータ２は短絡防止時間として図１０に示すように上下のスイッチング素子が同時にオンしないよう双方のスイッチング素子がオフする時間Ｔｄが設定されている。
【０１３１】
Ｔｄにより電圧指令と印加電圧とに生じる差は、図９のインバータに構成されているスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードによって引き起こされる。Ｔｄ期間中は、上下のスイッチング素子ともオフしている。仮にＴｄ期間に入る前にスイッチング素子２ａを介してモータ１へ電流が流れていたとすると、言い換えると図８の矢印に示されるような方向の電流とすると、モータ１はＬ負荷なので電流が流れ続けようとする。よって、スイッチング素子２ｂと逆並列のダイオードに電流が流れ、モータ１に流れる電流の連続性が保たれる。
【０１３２】
しかしながら、スイッチング素子２ｂと逆並列のダイオードを介して電流が流れるため、モータ１の端子電圧、いいかえると、スイッチング素子２ａとスイッチング素子２ｂの接続点は、コンデンサ２ｇの負極側よりダイオードのオン電圧分低い電圧となる。
【０１３３】
Ｔｄ期間がなければスイッチング素子２ａがオンによってコンデンサ２ｇの正極側からモータに電流が流れるので、コンデンサ２ｇの正極と同電位となるはずであるのだが、Ｔｄ期間はＴｄによってコンデンサ２ｇの負極とほぼ同電位となってしまう。これがＴｄによる電圧の差が発生する要因であり、一般的に知られていることである。
【０１３４】
そこで、図６の逆起電圧定数同定器１１に入力される電圧指令は２軸３軸変換部５の出力とし、この出力をインバータ２に入力する前にＴｄ補正を行うＴｄ補正器１３を追加したような図１１に示されるブロック図のような構成にすることによって、逆起電圧定数の同定の精度を向上させることができる。
【０１３５】
また、モータ１の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことにより、逆起電圧定数の同定の精度をさらに向上させることができる。
【０１３６】
さらに、図１２に示されるように電圧検出器１４を図６に追加したような構成により、モータ１へ印加される印加電圧を検出し、検出電圧を逆起電圧定数同定器１１へ入力するような構成としても、逆起電圧定数同定器での同定精度向上に果たす効果は上述と同様であることは言うまでもない。また、本実施の形態２には図示しないが、電圧検出器１４を設けた図１２のような構成にＴｄ補正器１３追加したような構成にて実現したとしても何ら問題はなく、更に同定精度が向上することは言うまでもない。
【０１３７】
ここで、図６にて記載のモータ駆動制御部３、３軸２軸変換部４、２軸３軸変換部５、モータ軸推定器１０、逆起電圧定数同定器１１、ローパスフィルタ１２、図示はしていない動作判定部１５を１個の制御装置、例えば、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）などの１ヶのＣＰＵにて構成したとしても何ら図６の駆動装置の動作に影響はない。
【０１３８】
さらに、図１１に記載のＴｄ補正器１３も１ヶのＣＰＵにて構成したとしても同様の効果を有することは言うまでもない。
【０１３９】
実施の形態３．
図１３は実施の形態３を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。図１３において、図１２と同一の部分に対する符号の説明は省略する。図１３において、３０はモータ１に印加するγ軸電圧Ｖγとδ軸電圧Ｖδ、回転数指令ω*を格納している指令値格納部、３１は回転数指令ω*からインバータの座標変換軸を得るための積分器、３２は逆起電圧定数同定器１１にて検出された逆起電圧定数を記憶する記憶部である。また、図１２におけるモータ駆動制御部３が無い構成となっている。
【０１４０】
図１３において、モータ駆動制御部３が無いため、この構成はオープンループの他励強制駆動と言い換えることができる。本実施の形態中では前述の通り、強制駆動と言うこととする。強制駆動の場合、印加する電圧によってはモータ１が起動しなかったり、モータ１の磁石を減磁させるような過電流となる可能性もあるが、ここでは、モータ１が起動し、且つ過電流とならないγδ軸電圧Ｖγδが指令値格納部３０に格納され、インバータ２からモータ１に印加されている。
【０１４１】
強制駆動の場合、印加電圧に対し相電流が非常に大きい値となる。その為、過電流とならないようなγδ軸電圧Ｖγδとすると、極端に小さいγδ軸電圧Ｖγδとなり、前述のＴｄの影響を大きく受ける。しかしながら、極端に小さいγδ軸電圧Ｖγδであるため、Ｔｄ補正器によるＴｄの補正は難しい。従って、電圧検出器１４を用い、モータ１に印加される印加電圧を検出して、逆起電圧定数同定器１１へ入力する。
【０１４２】
また、強制駆動は回転数指令が極低速であることから、回転数指令と同一速度にモータ１が追随して回転しているとして、積分器３１の出力にてγδ軸電流Ｉγδやγδ軸電圧Ｖγδに座標変換する。
【０１４３】
以上のように、強制駆動にて構成したモータ軸推定器１０と逆起電圧定数同定器１１でも十二分に逆起電圧定数の同定ができる。また、図１３では逆起電圧定数同定器１１の出力がローパスフィルタ１２を介して出力後に、同定する逆起電圧定数として記憶部１２に記憶されているが、ローパスフィルタ１２を介さなくとも構わない。
【０１４４】
ただし、ローパスフィルタ１２を介して出力した方が定数を安定して出力できる。さらに、図１３中のローパスフィルタ１２の時定数がＴｒとなっており、前述のモータ駆動制御部３への反映に用いる時定数と同一値となっているが、別に同一値でなくとも構わず、図１３におけるローパスフィルタ１２の時定数Ｔｒはもっと低い周期でよい。
【０１４５】
図１３のように構成することによって、逆起電圧定数φが起動時に未知であるモータ１に対しても、逆起電圧定数を同定することができ、図１３の構成にて逆起電圧定数を同定後に、図１や図６に示されるようなモータ駆動制御部３を有する構成のブロックを適用できる。
【０１４６】
図７のフローチャートは、本実施の形態の一部である。図７のステップＳ−１にて初期値がない状態と同一なので、ステップＳ−２にて強制駆動により起動し、ステップＳ−３にて逆起電圧定数φの同定を行う。同定した逆起電圧定数を記憶部３２に記憶させ、次は図６に示されるようなモータ駆動制御部３にてモータ１を駆動するように構成しなおすのである。
【０１４７】
よって、図示はしていないが、図６と図１３、図１２と図１３は異なる制御ブロックの構成であるが、これを一つのＣＰＵにて構成した場合、起動前に強制駆動にて逆起電圧定数φの初期値として同定し、モータ駆動制御部３にてモータを同期駆動しつつ、モータ１の動作状態に応じた逆起電圧定数φに同定するような構成としても構わないことは言うまでもなく、図１３のみで構成されるより、モータ１を駆動する回転数範囲、トルク範囲が広がるため実用的である。
【０１４８】
実施の形態４．
図１４〜１８は実施の形態４を示す図で、図１４はモータ駆動装置の回路ブロック図、図１５はモータの等価回路図、図１６はインダクタンスとモータ位置の関係を示す説明図、図１７は印加パルスと電流の波形図、図１８は動作を示すフローチャート図である。
【０１４９】
図１４において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。４０はモータ１へ印加するパルス電圧を生成するパルス電圧生成器、４１は印加したパルス電圧に応答した電流のピーク値をホールドするピークホールド、４２はピークホールドされた３相電流を静止座標変換を行う３軸２軸変換器、４３はインバータ２の直流母線電圧を検出する電圧検出器、４４はモータ１への印加パルス時間、直流母線電圧値、２軸電流値とからモータ１のインダクタンスを同定するインダクタンス同定器である。尚、モータ１は３相モータとする。
【０１５０】
インダクタンス成分の同定方法について述べる。モータ１は永久磁石電動機であり、モータ１が回転した場合、回転子に構成されている永久磁石による誘導電圧がモータ１の固定子側に誘起される。その為、インダクタンス成分はモータ１を回転させずに同定する方が容易である。
【０１５１】
そこで、モータ１に高周波のパルス電圧を印加する。印加されるパルス電圧によりパルス電流が流れるが、パルス電圧の印加によってモータ１が回転しなければ、モータ１はＬＲ負荷と考えることができる。印加されるパルス時間が微少時間でＬＲの時定数（Ｌ／Ｒ）よりも遙かに小さい場合、流れるパルス電流に抵抗成分Ｒの影響がでない。
【０１５２】
これを図１５を用いて考える。図１５中におけるスイッチＳを微少時間オンさせるということとパルス印加とは同義である。ＬＲ直流回路における電流ｉを時間ｔの関数とすれば、ｉのｔにおける関数は、
【０１５３】
【数１１】
【０１５４】
のようにおける。ｔが微少時間であるので、ｔ＝０の極限を求めると、Ｅ／Ｌとなり、抵抗成分Ｒの影響を排除できるのである。従って、パルス印加により抵抗成分Ｒが除去でき、モータ１が回転しないため誘導電圧の影響も無視でき、印加するパルス電圧と検出されるパルス電流からインダクタンス成分が同定できる。
【０１５５】
ここで、モータ１を静止２軸座標系にて考えると、抵抗成分および誘導電圧、角速度を０とおけるので、高周波パルス印加時は、
【０１５６】
【数１２】
【０１５７】
のようにインダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑのみでモータ１を電圧電流方程式にて表すことができる。尚、静止２軸座標系の電圧をＶα、Ｖβ、電流をｉα、ｉβとし、モータ１の回転子の位置をθとする。（７）式より、電圧、電流、回転子位置がわかれば、モータ１のインダクタンス成分であるＬｄ、Ｌｑが算出できる。ここで、電流は電流検出器７にて検出し、電圧は電圧検出器４３より検出するので、電圧電流は既知となるが、図１４の構成ではモータ１に対し位置センサを付加しないブロック構成であるため、回転子位置θは既知でない。
【０１５８】
仮に、図示しないが位置センサをモータ１に付加した構成をとれば、電流、電圧、位置からインダクタンス同定器４４にて（７）式より容易にインダクタンスを同定可能である。これは図１６に示すようにインダクタンス値はロータ位置θに対し、２倍の周期で変動するパラメータ要素であるためである。
【０１５９】
本実施の形態では、位置センサレスの構成で（７）式よりインダクタンス成分のＬｄ、Ｌｑを算出する方法について述べる。そこで、インバータ２が図９に示されるような構成として、Ｕ相を２ａ、２ｂとし、Ｖ相を２ｃ、２ｄとし、Ｗ相を２ｅ、２ｆとおく。そして、ｕ＋の出力を２ａ、２ｄ、２ｆがオン、ｕ−の出力を２ｂ、２ｃ、２ｅがオンとすると、ｖ＋の出力は２ｂ、２ｃ、２ｆがオン、ｗ＋の出力は２ｂ、２ｄ、２ｅがオンとおける。
【０１６０】
ここで、ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋の３種類のパルスを印加し、静止座標の基準軸をｕ＋の出力の場合はＵ相に、ｖ＋の出力の場合はＶ相に、ｗ＋の出力の場合はＷ相にとると、モータ１は３相であり、各巻線は１２０度の間隔を持って配置されるので、三相交流理論を用いて、
【０１６１】
【数１３】
【０１６２】
から回転子位置θが不明でも、回転子が動かないようなパルスを印加しているので、（８）式から算出することから可能であるというのが特開２００１−６９７８３号公報に示されている３相モータのインダクタンスの検出技術である。
【０１６３】
しかしながら、特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術では印加するパルス時間Ｔｐ、特開２００１−６９７８３号での記述は短時間Ｔｓであるが、Ｔｐの設定方法の記述なく、あえて言うならある特定のモータを検証した場合のパルス時間が１９５ｕｓと引用されているにすぎない。
【０１６４】
特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術および特開２００１−６９７８３号公報に引用されている文献では、モータ１のインダクタンスを計測するためには、パルス時間をモータ１のモータ定数から起因する時定数Ｌ／Ｒに応じて設定する必要があると記述されてが、インダクタンスを同定するために必要なパルス時間は、インダクタンス値の概略値が分からなければならないと言った点に課題がある。
【０１６５】
これは、特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術において、ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋のパルス印加であるためである。各相に＋成分のパルス電圧を印加すると、モータ１の固定子に磁束が発生し、その固定子磁束による残留磁束により電流にオフセットが発生するためである。そのため、オフセットの影響が出ない程度に印加パルスのパルス時間を長くする必要があるため、モータ１のモータ定数に応じた時定数Ｌ／Ｒにてパルス時間を設定しなければならない。
【０１６６】
または、モータ１のインダクタンスが小さい場合はパルス印加時間が比較的短くとも電流が流れ、残留磁束によるオフセットの影響は小さい。しかしながら、モータ１のインダクタンスが大きい場合、ほとんど電流が流れなくなるため、電流のオフセットによる影響が大きくなり、特にＬｑの同定時に実際のインダクタンスの１０倍以上の値を計測したり、マイナスのインダクタンス値になることもあるため、インダクタンスの計測ができなくなる。
【０１６７】
本発明では、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定することができる駆動装置を得ることにある。
【０１６８】
まず、パルス印加によってインダクタンスを同定するが、そのパルスの印加方法に特徴がある。特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術では、＋側のパルス印加、言い換えると、インバータのアームを構成している上下のスイッチング素子のうち、上側のスイッチング素子を１ヶ、下側のスイッチング素子を２ヶとの組み合わせだけのパルス印加でインダクタンスを同定していた。
【０１６９】
このような印加方法ではなく、図１７に示すようにパルス電圧生成器４０では、＋側のパルスと−側のパルスを交互に印加することによって、残留している磁束を打ち消しつつパルス印加によるインダクタンス同定が実現できる。例えば、ｕ＋、ｗ−、ｖ＋、ｕ−、ｗ＋、ｖ−といった順序にてパルスを印加した場合、モータ１のモータ定数における時定数Ｌ／Ｒよりも極端に短いパルス印加時間でも残留磁束による電流オフセットは発生せず、精度良くインダクタンスを同定することが可能である。
【０１７０】
また、上述のごとく、＋側のパルスと−側のパルスを交互に印加すればよく、上述では６回のパルス印加がなされているが、例えば、ｕ＋、ｗ−、ｖ＋の順序による３回のパルス印加やｕ＋、ｖ−、ｗ＋といった順序でのパルス印加でも上述と同様に、残留磁束による電流のオフセットが発生せず、精度良くインダクタンスの同定が実現できるが、プラス側とマイナス側が平衡している場合、オフセットが完全に除去できるため、相数が奇数の場合、相数の偶数倍した回数のパルス印加の方がオフセット除去効果が高く、精度よく検出できる。
【０１７１】
本実施の形態では、３相モータとして考慮しているので、３相の偶数倍ということで、６回のパルス印加にてオフセットが完全に除去できることを示している。
【０１７２】
本実施の形態にて示した印加パルス順序に基づいてパルスを印加した場合、電流のオフセットを除去できるので、Ｌｑが２〜４ｍＨ程度の小さなインダクタンスを有するモータ（出力大のモータ）からＬｑが２００ｍＨとなる大きなインダクタンスを有するモータ（出力小のモータ）まで、印加パルス時間を一定（例えば、特開２００１−６９７８３号公報にて引用されていた１９５ｕｓ）で±10%以内の精度にてインダクタンス同定することができる。
【０１７３】
さらに、パルスの印加終了後に電流は減衰してしまうため、ピーク電流値をホールドするピークホールド４１を追加することにより更に、精度良くインダクタンスを同定することができる。
【０１７４】
以上のように構成したことにより、インバータ２に接続されているモータ１のモータ定数が全くの未知の状態であってもインダクタンスを同定することができ、モータ１を駆動制御する際に、モータ１の個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることが可能である。
【０１７５】
また、前述にて説明したが、オフセットの影響が出ない程度に印加パルスのパルス時間を長くする必要があるため、モータ１のモータ定数に応じた時定数Ｌ／Ｒにてパルス時間を設定しなければならないが、パルス時間を設定するためのパルスをまず印加して、そのときの電流波形を観測し、応答する電流ピーク値が小さい場合に、パルス時間を大きくして、インダクタンス成分を同定するよう構成しても上記と同様効果を有することは言うまでもない。
【０１７６】
さらに、パルス時間を設定するためのパルスを印加して、パルス時間を設定後、相数の偶数倍のパルス印加を実施し、その電流ピーク値からインダクタンス成分を算出しても同様の効果を有することは言うまでもない。この動作を図１８のフローチャートに示す。
【０１７７】
また、例えば、６回の印加パルスにて得られた電流ピーク値の情報を元にモータ１が停止している停止位置を推定するように構成してもよい。
【０１７８】
また、本実施の形態では図示していないが、図１２、図１３、図１４の構成のブロックを１つの制御ＣＰＵを用いて実現した場合、前述までの逆起電圧定数同定器１１での逆起電圧定数の同定にインダクタンスを使用しており、モータ１の個々のばらつきを許容できるので、逆起電圧定数の同定精度の向上にも起因し、結果、逆起電圧定数の同定による効果を増大させることに繋がる。
【０１７９】
実施の形態５．
図１９は実施の形態５を示す図で、冷凍サイクルを示すブロック図である。、本実施の形態では、実施の形態１にて説明した構成を空気調和機に適用した場合について説明する。図１９は、一般的な冷凍サイクルであり、５０は冷媒サイクルにおいて圧縮工程を行う圧縮機、５１は圧縮機を駆動するための駆動装置、５２は冷媒を凝縮する凝縮器、５３は冷媒を蒸発させる蒸発器、５４は冷媒の流量を調整する絞り弁である。図１以降に示されているモータ１は、図１９における圧縮機５０に、インバータ２およびその制御手段が駆動装置５１に適用されている。
【０１８０】
図１９に示されるような冷凍サイクルでは、冷房負荷に対して必要となる冷房能力が出力できるよう冷媒の流量を制御している。流量の制御として絞り弁５４が構成されるが、きめ細やかで能力範囲の広い制御には絞り弁５４だけでは不適であるため、圧縮機５０の回転数も制御することで、広範囲できめ細やかな冷媒流量の制御を実現し、空気調和機を制御している。
【０１８１】
空気調和機などに適用されたモータの場合、モータは圧縮機５０内部に配置される。圧縮機５０は冷媒を高温高圧のガスに圧縮するためのものであり、モータの動作環境としては非常に厳しく、冷媒ガスの状況によってモータの動作環境が変化する。また、冷媒をガス化するため、モータ１は取り出すことができないような密閉構造を圧縮機５０は採用している。
【０１８２】
そのため、製品、本実施の形態中では圧縮機５０である、に搭載した場合、永久磁石電動機のモータ定数のうち、相抵抗Ｒは圧縮機５０からの出力端子を抵抗測定器を用いれば計測可能であるが、インダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑおよび逆起電圧定数φは計測できなくなる。
【０１８３】
それは逆起電圧定数は、前述の通り外力による回転をさせる必要があるためであり、インダクタンス成分は、モータの真の回転軸（ｄｑ軸）上で表された位置によって変化するインダクタンス成分であるためである。
【０１８４】
本発明の逆起電圧定数同定器１１およびインダクタンス同定器４４を具備している駆動装置によれば、このように密閉された状態になっているモータにおいて、そのモータのモータ定数が未知であっても、モータ駆動制御部を用いて駆動することが可能になる。これにより、インバータ２の制御のＳ／Ｗの標準化が可能となり、インバータ２が電流容量のハードの違い以外における標準化が可能となり、大量製造による低コスト化が可能となる。
【０１８５】
さらに、インバータ２に接続されるモータ１が既知であれば、既知である値を予めインバータ内部に設定しておき、起動前のモータ定数同定作業によって、電線の接続不良やモータの取り付け間違いを検出できるようになり、製造不良のラインチェックを行うと信頼性向上に繋がる。
【０１８６】
またさらに、製品固有のばらつきも補正でき、更に信頼性が増加するだけでなく、各製品毎の動作状態に応じた逆起電圧定数に同定すれば自動でモータ１の性能を最大限に引き出す最適運転させることが可能になる。
【０１８７】
また、不良や過電流の原因を、モータ定数を同定し外部に引き出して表示などを行うことにより、密閉型の製品を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば磁石の減磁などの不良、過負荷など、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０１８８】
さらに、通常状態で過負荷となり、減磁することが判明すれば、インバータハードの耐量見なおし、モータ仕様の適性化等が可能になり各装置の適合性等が事前に判断できることになる。インバータとモータの組合せ不良以外でも、例えば電源の種類が違うなど大きなトラブルを発生する前に各種不良を事前に検出できる。
【０１８９】
さらに、空気調和機に適用した場合、冷媒の充填量や配管長、設置場所の環境など製品間で発生するばらつきも抑制することができ、各製品毎にモータ１の性能を最大限に引き出して駆動する運転が実現できる。
【０１９０】
また、密閉型の圧縮機を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば上述の他に、冷媒の充填しすぎなど、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０１９１】
実施の形態６．
前述までの実施の形態では、モータ１は永久磁石電動機として説明してきたが、モータ１を永久磁石発電機としてもこの逆起電圧定数同定器１１やインダクタンス同定器４４は使用可能であり、図示はしていないが、前述までのブロック構成と全く同じでモータ駆動制御部３が発電機駆動制御部に変更されるだけでよい。
【０１９２】
例えば、風力発電などに使用される永久磁石発電機は風力エネルギーを電気エネルギーに変換するものであるが、突風などにより磁石の磁力が低下する可能性がある。低下した磁力の発電機では、十分な発電量が得られない可能性があり、メンテナンス時に風車から発電機を外すか、風が吹いて発電機がフリーラン状態になった場合、もしくは、外力で発電機を回すようメンテナンス用モータを発電機に接続させた場合に発電機の端子間の電圧を計測し、そのフリーラン回転数から逆起電圧定数を求める必要が出る。
【０１９３】
風が吹くことを待つ場合、メンテナンスの作業性が非常に悪く、発電機を外したり、メンテナンス用にモータを発電機の高さまで吊り上げ外力で回してメンテナンスする場合、作業にかかるメンテナンス費用が増大する。
【０１９４】
本発明の逆起電圧定数の同定方法を用いれば、発電機の発電動作を停止することなく、減磁を検出することが可能となる。
【０１９５】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことにより、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９６】
また、この発明の請求項２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことにより、全ての回転数において、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９７】
また、この発明の請求項３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、永久磁石電動機の回転子の位置を検出して得られた位置を用いることにより、回転子の位置信号が来ない場合でも、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９８】
また、この発明の請求項４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、電動機の回転子の位置を検出せず、駆動装置内部の演算にて得られた位置を用いるので、位置センサが要らない。
【０１９９】
また、この発明の請求項５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器の出力に基づいて、永久磁石電動機の動作判定を行う動作判定部を備えたことにより、脱調やモータロックの検出ができる。
【０２００】
また、この発明の請求項６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、起動の判別を行うことにより、起動の判別ができる。
【０２０１】
また、この発明の請求項７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、脱調による永久磁石電動機停止前に脱調を抑制するために、インバータへの電圧指令値を変化させるように指示するので、脱調による永久磁石電動機停止を抑制できる。
【０２０２】
また、この発明の請求項８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、警報装置または表示装置を備えたことにより、動作状態を外部に知らせることができる。
【０２０３】
また、この発明の請求項９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を位置センサレスでインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、モータ軸推定器の出力に基づいて永久磁石電動機を制御することにより、センサレス制御ができる。
【０２０４】
また、この発明の請求項１０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器は、インバータの回転座標軸により座標変換された電圧Ｖγ、Ｖδ、電流Ｉγ、Ｉδと、インバータの回転座標軸の回転速度ω１と、永久磁石電動機の相抵抗Ｒと、永久磁石電動機のｑ軸インダクタンスＬｑとを用いて、
【０２０５】
【数１４】
【０２０６】
により軸誤差Δθを演算することにより、如何なる動作条件であっても正確に軸誤差を推定することができる。
【０２０７】
また、この発明の請求項１１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器を備えたことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２０８】
また、この発明の請求項１２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器とを備えたことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２０９】
また、この発明の請求項１３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖｑes t及び電動機に流れる電流ｉｄest、ｉｑestと、電動機の回転角速度ω１と、電動機の抵抗成分Ｒと、電動機のｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、
【０２１０】
【数１５】
【０２１１】
により、逆起電圧定数φの演算を行うことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２１２】
また、この発明の請求項１４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、電圧および電流の検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことにより、逆起電圧定数同定の精度が上がる。
【０２１３】
また、この発明の請求項１５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機への指令電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算し、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有することにより、電動機への指令電圧を用いて逆起電圧定数を演算しても、精度よく同定できる。
【０２１４】
また、この発明の請求項１６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことにより、さらに逆起電圧定数同定の精度が上がる。
【０２１５】
また、この発明の請求項１７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有すると共に、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことにより、逆起電圧定数同定の精度が良くなる。
【０２１６】
また、この発明の請求項１８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器により算出した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を駆動制御することにより、モータの出力トルクの最適動作点で駆動することができる。
【０２１７】
また、この発明の請求項１９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、外力で永久磁石電動機を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数を初期値として駆動し、この状態より逆起電圧定数を同定して駆動装置に反映させることにより、定常までの動作が円滑に行われる。
【０２１８】
また、この発明の請求項２０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することにより、逆起電圧定数が未知の場合でも円滑に起動できる。
【０２１９】
また、この発明の請求項２１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することにより、２回目以降は起動時間を短縮できる。
【０２２０】
また、この発明の請求項２２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を同期駆動運転することにより、同期駆動運転状態での最適動作点で駆動できる。
【０２２１】
また、この発明の請求項２３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータに出力する電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用することにより、最適動作点で駆動できる。
【０２２２】
また、この発明の請求項２４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を、ローパスフィルタを介して補正し、補正した逆起電圧定数を用いて永久磁石電動機を同期駆動運転することにより、ハンチングを抑制できる。
【０２２３】
また、この発明の請求項２５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、ローパスフィルタの時定数を、永久磁石電動機の駆動の制御周期よりも大きくすることにより、ハンチングを抑制できる。
【０２２４】
また、この発明の請求項２６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の駆動中に逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の永久磁石の減磁を検出することができる。
【０２２５】
また、この発明の請求項２７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、故障診断部を備え、永久磁石電動機の永久磁石が減磁したことを表示することにより、外部から永久磁石が減磁したことを認識できる。
【０２２６】
また、この発明の請求項２８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の環境温度を推定することができる。
【０２２７】
また、この発明の請求項２９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の相抵抗値を同定することができる。
【０２２８】
また、この発明の請求項３０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から前記永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２２９】
また、この発明の請求項３１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２３０】
また、この発明の請求項３２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけ印加するパルスによる電流ピーク値を永久磁石電動機の回転子の停止位置を推定にも共用することができる。
【０２３１】
また、この発明の請求項３３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけパルスを印加する前に、パルス印加時間を決定するためのパルスを永久磁石電動機に印加して微少時間を設定することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２３２】
また、この発明の請求項３４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、検出したインダクタンス成分を、永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることにより、モータの個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることができる。
【０２３３】
また、この発明の請求項３５〜４０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数の同定に、インダクタンス同定器にて同定したインダクタンスを使用しており、モータの個々のばらつきを許容できるので、逆起電圧定数の同定精度の向上にも起因し、結果、逆起電圧定数の同定による効果を増大させることに繋がる。
【０２３４】
また、この発明の請求項４１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、算出された逆起電圧定数を永久磁石電動機の制御に使用される逆起電圧定数としてチューニングすることにより、モータの出力トルクの最適動作点で駆動することができる。
【０２３５】
また、この発明の請求項４２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インダクタンス同定器で検出されたインダクタンス成分を永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることにより、モータの個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることができる。
【０２３６】
この発明の請求項４３に係る密閉形圧縮機は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電電機の駆動装置により、圧縮機用電動機を駆動することにより、密閉された状態になっているモータにおいて、そのモータのモータ定数が未知であっても、永久磁石電電機の駆動装置を用いて駆動することが可能になる。これにより、インバータの制御のＳ／Ｗの標準化が可能となり、インバータが電流容量のハードの違い以外における標準化が可能となり、大量製造による低コスト化が可能となる。
さらに、インバータに接続されるモータが既知であれば、既知である値を予めインバータ内部に設定しておき、起動前のモータ定数同定作業によって、電線の接続不良やモータの取り付け間違いを検出できるようになり、製造不良のラインチェックを行うと信頼性向上に繋がる。
またさらに、製品固有のばらつきも補正でき、更に信頼性が増加するだけでなく、各製品毎の動作状態に応じた逆起電圧定数に同定すれば自動でモータの性能を最大限に引き出す最適運転させることが可能になる。
また、不良や過電流の原因を、モータ定数を同定し外部に引き出して表示などを行うことにより、密閉型の製品を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば磁石の減磁などの不良、過負荷など、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０２３７】
この発明の請求項４４に係る冷凍サイクル装置は、請求項４３に記載の密閉形圧縮機を搭載したことにより、冷媒の充填量や配管長、設置場所の環境など製品間で発生するばらつきも抑制することができ、各製品毎にモータの性能を最大限に引き出して駆動する運転が実現できる。
【０２３８】
この発明の請求項４５に係る永久磁石発電機の駆動装置は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電動機の駆動装置を発電機に適用したことにより、メンテナンスが容易になり、また逆起電圧定数の同定方法を用いれば、発電機の発電動作を停止することなく、減磁を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動制御部を示す回路ブロック図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、モータの回転軸とインバータの回転軸の説明図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、他の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図７】 実施の形態２を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図８】 実施の形態２を示す図で、逆起電圧定数同定器の一例を示す回路ブロック図である。
【図９】 実施の形態２を示す図で、インバータの構成図である。
【図１０】 実施の形態２を示す図で、短絡防止時間のタイムチャート図である。
【図１１】 実施の形態２を示す図で、他の形態を示す回路ブロック図である。
【図１２】 実施の形態２を示す図で、更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図１３】 実施の形態３を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図１４】 実施の形態４を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図１５】 実施の形態４を示す図で、モータの等価回路図である。
【図１６】 実施の形態４を示す図で、インダクタンスとモータ位置の関係を示す説明図である。
【図１７】 実施の形態４を示す図で、印加パルスと電流の波形図である。
【図１８】 実施の形態４を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図１９】 実施の形態５を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２０】 従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２１】 他の従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２２】 他の従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１ モータ、２ インバータ、２ａ〜２ｆスイッチング素子、２ｇ コンデンサ、３ モータ駆動制御部、３ａ 電圧指令生成器、３ｂ 速度推定器、３ｃ 積分器、４ ３軸２軸変換部、５ ２軸３軸変換部、６ 指令値格納部、７ 電流検出器、１０ モータ軸推定器、１１ 逆起電圧定数同定器、１２ ローパスフィルタ、１３ Ｔｄ補正器、１４ 電圧検出器、１５ 動作判定部、２０ センサ駆動制御部、２１ 位置センサ、２２ 速度算出器、２３ センサレス駆動制御部、３２ 記憶部、４３ 電圧検出器、４４ インダクタンス同定器、５０圧縮機、５１ 駆動装置、５２ 凝縮器、５３ 蒸発器、５４ 絞り弁。
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石電動機を駆動する駆動装置に関するもので、特に電動機の回転軸の推定方法、この推定方法により電動機定数を駆動装置自身で同定する駆動装置に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、例えば特開２０００−３４１９９９号公報に示された従来の同期電動機の逆起電圧定数の定数同定方法に関するものである。同公報では、逆起電圧定数を誘起電圧定数と記述しているが、同一のものである。図２０において、１０１は速度コントローラ、１０２はδ軸電流コントローラ、１０３はγ軸電流コントローラ、１０４はベクトル制御回路、１０５はインバータ回路、１０６は同期電動機、１０８はγδ軸電流、誘起電圧推定器、１１３は電動機定数同定器である。
【０００３】
次に動作について説明する。γδ軸電流、誘起電圧推定器１０８にて、γδ軸上での電流推定値および誘起電圧推定値を出力する。電動機定数同定器１１３では、出力された電流推定値及び誘起電圧推定値に基づいてδ軸電流コントローラ１０２およびγ軸電流コントローラ１０３にて電動機１０６に流れる電流をコントロールし、誘起電圧推定器１０８にて推定される誘起電圧推定値を更に求める。これらの推定値の偏差がゼロになるよう定数同定を電動機定数同定器１１３にて行い、定数の同定を行うものである。
【０００４】
これにより、同定された電動機定数によって高性能な電動機制御ができるとしている。
【０００５】
また、図２１は、例えば特開２００１−６９７８３号公報に示された従来の同期電動機のインダクタンス成分などの電動機定数の定数同定方法に関するものである。同公報では、逆起電圧定数を起電力係数と記述しているが、同一のものである。パルス印加によりインダクタンスを計測する技術が開示されている。図２１において、１５１は永久磁石電動機、１５４はトランジスタインバータ、１５５はスイッチング素子、１５６はダイオードである。
【０００６】
特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術は、スイッチング素子１５５のｕ＋、ｖ−、ｗ−とｕ−、ｖ＋、ｗ−とｕ−、ｖ−、ｗ＋の３種のパルス印加によって得られた電流を静止座標変換することでインダクタンスを計測できるとしている点が特徴である。
【０００７】
また、図２２は特開２０００−２４５１９１号公報に示された従来のブラシレス直流モータの駆動装置に関するものである。これは、電動機が回転中に印加電圧を遮断し、その際の端子電圧と速度を検出することによって、逆起電圧定数を算出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−３４１９９９号公報に示されている技術は、同期電動機の位置を検出しない位置センサレス方式を採用している。そのため、速度の推定や位置の推定を行うことも同時に行うような制御ブロックに図２０はなっている。
【０００９】
しかしながら、速度や位置を推定するために電動機定数は必要なのであるが、その電動機定数を同定する為、γδ軸上の電流の推定値と検出値とから誘起電圧を推定し、電動機定数を同定している。このように制御ブロックを構成すると、電動機定数の同定に誤差を生じると、速度や位置の推定にも誤差を生じる結果となり、位置の推定に誤差が生じると、３相電流をγδ軸上の電流に変換する部分にも誤差が発生し、推定の推定にて成り立つ制御であるため、全ての推定に対し誤差が許容されない高性能な制御が必要とされる技術である。
【００１０】
さらに、γδ軸電流を定数同定のために電流制御するため、同定のために電圧を印加しており、モータの最高効率動作点となるような最適電圧印加となっていない。特開２０００−３４１９９９号公報に示されている技術は、電動機の効率よりも速度応答性や安定性などいった制御性能を追求する技術である。さらに、センサレス制御方法を変更させた場合、逆起電圧定数同定ができなくなり、同公報に示されたセンサレス技術のみに適用できる技術である。
【００１１】
また、特開平９−１９１６９８号公報にも同様な技術が記載されているが、位置推定を行う制御ブロック内部にて電動機定数を同定、推定をする制御ブロックを構成しており、これも制御性能を追求する技術である。
【００１２】
次に特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術についてであるが、微少時間パルスを印加するとしているが、その微少時間は永久磁石電動機１５１の時定数Ｌ／Ｒよりも充分に短い時間と記されている。定数が不明である電動機定数を計測するためのパルス時間が電動機定数の時定数Ｌ／Ｒよりも充分短い時間というのは矛盾がある。
【００１３】
さらに、パルス時間が短すぎる場合、電流が充分に流れずに、パルス印加による残留磁束によって、電流にオフセットが発生し正確なインダクタンス計測ができなくなるといった課題がある。この課題解決のために印加パルスの微少時間を広げる必要があるが、電動機定数の時定数Ｌ／Ｒよりも充分短い時間程度に抑える必要があり、ある程度、インダクタンス成分の値が既知である場合、非常に有効な手段である。
【００１４】
また、特開２００１−６９７８３号公報には逆起電圧定数を算出する技術についても示されている。同公報での方式は、既存のセンサレス駆動中に推定した起電力による速度誤差を調整するように起電力係数を調整するというもので、起電力推定を行うセンサレス制御でのみ適用できる技術である。
【００１５】
特開２０００−２４５１９１号公報に示される技術では、一時的にも印加電圧を遮断してしまうため、電動機の速度が低下し、電動機に接続されている負荷によっては、印加電圧を遮断することは不可能であることもある。また、負荷の慣性力が小さい場合、印加電圧の遮断後に素早く電動機の端子電圧および速度を検出する検出の速度応答も必要であり、そのような状態の速度の検出は、非常に高い精度が要求される。
【００１６】
また、印加電圧の遮断を瞬時に解除しても電動機が停止もしくは停止状態に近い状態にまで速度が低下してしまい、再起動といった状況といった状況に陥る可能性がある。センサレス駆動の場合、１００％起動が確実とは言えず、逆起電圧定数の同定のために電動機が一時的にも停止してしまう恐れがある。
【００１７】
さらに、特開２０００−３１２４９８号公報にも永久磁石同期電動機の電動機定数を同定する同定方法の技術が示されている。これは、永久磁石の磁束φを回転中に検出する方法であるが、位置センサレスではなく、位置センサを用いたセンサ駆動の構成であるため、特開２０００−３１２４９８号公報に示される技術をセンサレス駆動に適用することは非常に難しい。
【００１８】
また、特開平９−１８２４９９号公報、および特開平１０−２２９７００号公報にも電動機定数を同定する技術が示されているが、前述と同様に位置センサによって電動機定数を精度良く検出可能な技術であって、位置センサレスの場合、適用は難しい。
【００１９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、電動機の真の回転座標軸を推定することが可能な推定器を有することで、どのような位置センサレス駆動においても逆起電圧定数検出を実現し、かつ軸推定器を利用した位置センサレス駆動も実現する永久磁石電動機の駆動装置を得ることを目的とする。
さらに、パルス印加の時間に係わらず精度良くインダクタンスを計測する永久磁石電動機の駆動装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、永久磁石電動機の回転子の位置を検出して得られた位置を用いることを特徴とする。
【００２３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、電動機の回転子の位置を検出せず、駆動装置内部の演算にて得られた位置を用いることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器の出力に基づいて、永久磁石電動機の動作判定を行う動作判定部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、起動の判別を行うことを特徴とする。
【００２６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、脱調による永久磁石電動機停止前に脱調を抑制するために、インバータへの電圧指令値を変化させるように指示することを特徴とする。
【００２７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、警報装置または表示装置を備えたことを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を位置センサレスでインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備え、このモータ軸推定器の出力に基づいて永久磁石電動機を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器は、インバータの回転座標軸により座標変換された電圧Ｖγ、Ｖδ、電流Ｉγ、Ｉδと、インバータの回転座標軸の回転速度ω１と、永久磁石電動機の相抵抗Ｒと、永久磁石電動機のｑ軸インダクタンスＬｑとを用いて、
【００３０】
【数３】
により軸誤差Δθを演算することを特徴とする。
【００３２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖｑest及び電動機に流れる電流ｉｄest、ｉｑestと、電動機の回転角速度ω１と、電動機の抵抗成分Ｒと、電動機のｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、
【００３５】
【数４】
により、逆起電圧定数φの演算を行うことを特徴とする。
【００３７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、電圧および電流の検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする。
【００３８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機への指令電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算し、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有することを特徴とする。
【００３９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことを特徴とする。
【００４０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有すると共に、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする。
【００４１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器により算出した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を駆動制御することを特徴とする。
【００４２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、外力で永久磁石電動機を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数を初期値として駆動し、この状態より逆起電圧定数を同定して駆動装置に反映させることを特徴とする。
【００４３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することを特徴とする。
【００４４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することを特徴とする。
【００４５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする。
【００４６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータに出力する電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用することを特徴とする。
【００４７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を、ローパスフィルタを介して補正し、補正した逆起電圧定数を用いて前記永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする。
【００４８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、ローパスフィルタの時定数を、永久磁石電動機の駆動の制御周期よりも大きくすることを特徴とする。
【００４９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の駆動中に逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の永久磁石の減磁を検出することを特徴とする。
【００５０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、故障診断部を備え、永久磁石電動機の永久磁石が減磁したことを表示することを特徴とする。
【００５１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の環境温度を推定することを特徴とする。
【００５２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の相抵抗値を同定することを特徴とする。
【００５３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から前記永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加することを特徴とする。
【００５４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加することを特徴とする。
【００５５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけ印加するパルスによる電流ピーク値を永久磁石電動機の回転子の停止位置を推定にも共用することを特徴とする。
【００５６】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけパルスを印加する前に、パルス印加時間を決定するためのパルスを永久磁石電動機に印加して微少時間を設定することを特徴とする。
【００５７】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、検出したインダクタンス成分を、前記永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることを特徴とする。
【００５８】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００５９】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６０】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６１】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６２】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加するインダクタンス同定器と、 モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６３】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出しインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加するインダクタンス同定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、インダクタンス同定器で検出された電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、を備えたことを特徴とする。
【００６４】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、算出された逆起電圧定数を永久磁石電動機の制御に使用される逆起電圧定数としてチューニングすることを特徴とする。
【００６５】
また、この発明に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インダクタンス同定器で検出されたインダクタンス成分を永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることを特徴とする。
【００６６】
この発明に係る密閉形圧縮機は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電電機の駆動装置により、圧縮機用電動機を駆動することを特徴とする。
【００６７】
この発明に係る冷凍サイクル装置は、請求項４３に記載の密閉形圧縮機を搭載したことを特徴とする。
【００６８】
この発明に係る永久磁石発電機の駆動装置は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電動機の駆動装置を発電機に適用したことを特徴とする。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜５は実施の形態１を示す図で、図１はモータ駆動装置の回路ブロック図、図２はモータ駆動制御部を示す回路ブロック図、図３はモータの回転軸とインバータの回転軸の説明図、図４は他の形態を示す回路ブロック図、図５は更に他の形態を示す回路ブロック図である。
図１において、１は永久磁石電動機（以下、モータ）、２はモータ１を駆動するインバータ、３はモータ１の回転子位置に応じてモータ１を駆動するよう制御するモータ駆動制御部、４はモータ１に流れる電流を３相交流座標系から直交座標系へ座標変換を行う３軸２軸変換部、５はモータ駆動制御部３にて算出された２軸電圧をインバータ２から出力する為、３相交流座標系へ座標変換を行う２軸３軸変換部、６はモータ１を駆動制御する為にモータ駆動制御部３へ入力される指令値が格納されている指令値格納部、７はモータ１に流れる電流を検出する電流検出器である。
【００７０】
図１において、モータ１から電流検出器７にて構成されていれば、モータ１を駆動制御することは可能であり、モータ駆動制御部３の制御ブロックの一例を図２に示す。図２において、点線内が図１に示されるモータ駆動制御部３であり、モータ駆動制御部３は電圧指令生成器３ａ、速度推定器３ｂ、積分器３ｃにて構成されている。
【００７１】
まずは、図１におけるセンサレス制御について簡単に説明する。インバータ２から電圧が出力されると、モータ１に電流が流れ、モータ１を駆動することができる。モータ１は永久磁石電動機であるため、モータ１の回転子の位置に応じて電圧をモータ１に印加しなければモータ１を駆動し続けることはできない。そこで、モータ１に流れる電流を電流検出器７にて検出し、検出した３相電流Ｉｕｖｗを３軸２軸変換部４にて、直交座標系である２軸電流Ｉγδに変換する。
【００７２】
変換された２軸電流Ｉγδをモータ駆動制御部３へ入力し、モータ駆動制御部３内部の電圧指令生成器３ａに入力される。γ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδ、γ軸電流指令Ｉγ *と推定速度ω１から、出力すべき２軸電圧Ｖγδを得る。
【００７３】
また、速度推定器３ｂでは、速度指令ω*とδ軸電流Ｉδとから速度を推定し推定速度ω１を得る。３軸２軸変換部４および２軸３軸変換部５にて使用する座標変換角度θｍは、推定角速度ω１を積分することによって得る。これらのＶγδとθｍ、ω１を得るために、一般的にはモータの電圧電流方程式を用いて算出するが、その場合でも、モータ１の真の回転座標軸を推定することができるモータ軸推定器１０を使用することができる。
【００７４】
次に、モータ軸推定器１０の構成について述べる。モータ１の真の回転座標軸θｒと、インバータ２において駆動制御している回転座標軸θｍとの間にΔθ＝θｒ−θｍなる軸誤差Δθを定義するとすると、モータ１をインバータ２から見た場合のモータの電圧電流方程式は（１）式のように導くことができる。
【００７５】
【数５】
ここで、ｄｑと表された値のものはモータ１の真の回転座標軸上の値であり、γδと表された値のものは、インバータ２にて駆動されているインバータ上の回転座標軸上の値である。図３におけるｄｑ軸がモータ１の回転座標軸であり、γδ軸がインバータ２の回転座標軸である。この２つの軸の間にはΔθの誤差があり、このΔθを算出するのがモータ軸推定器１０の役割である。
【００７７】
ｄｑ軸はモータ１の回転座標軸であり、モータの回転子に配置される磁石の磁束方向をｄ軸、回転方向に９０度進んだ方向をｑ軸と図３に示されるように一般的に定義される。また、γδ軸はインバータ２の回転軸であるから、モータ駆動制御部３にて生成するものであり、モータ１が回転する範囲内でモータ駆動制御部３で設定されるが、モータ１の回転座標におけるｄ軸に対応する軸をγ軸、ｑ軸に対応する軸をδ軸と定義する。さらに、これらの座標軸がω１の角速度で回転している。
【００７８】
（１）式において、仮にモータ１による永久磁石の誘導電圧分よりもインダクタンスでの電圧降下の方が充分に小さいとして、（１）式のインダクタンスの式の軸誤差Δθについてのみ（２）式のように近似する。
【００７９】
【数６】
（２）式のように近似すれば、電圧電流方程式は（３）式のようになり、容易になる。しかし、（３）式において、Δθを求めた場合、負荷トルクが大きな領域において、前記近似による誤差が発生するため、近似せずにΔθを求める方が望ましい。
【００８１】
【数７】
そこで、（１）式を近似せずに解くと、軸誤差Δθは、（４）式のように求められ、真のモータ１の回転座標軸θｒを算出することができる。尚、（４）式は（１）式を解法した結果であり、（３）式とは分母のＬｄとＬｑのみ異なっているがこれが近似の差である。
【００８３】
【数８】
（４）式にて構成されたモータ軸推定器１０は近似を全く行っていないので、如何なる動作条件であっても正確に軸誤差を推定することができる。軸誤差はインバータ２の回転軸とモータ１の回転軸の誤差であり、インバータ２の回転軸は既知であることから、モータ１の回転軸を推定することが可能となる。
【００８５】
また、（１）式では推定速度ω１を使用しているが、モータ軸推定器１０は予め決められた所定の回転速度でモータ１が動作している場合には、電圧電流のみの検出で軸推定を行うよう構成されていてもよい。
【００８６】
さらに、モータ１が可変速駆動される場合は、モータ駆動制御部３にて推定した推定速度ω１でも、検出した検出速度であっても（１）式に速度のデータを用いてモータ軸推定器１０は（４）式より軸誤差Δθを算出する。
【００８７】
従って、モータ軸推定器１０の出力として、推定したモータ１の回転軸を動作判定部１５に入力する。このような構成をとると、位置推定を行わず、また位置検出も行わずに速度の時間積分値でモータを駆動するような図２に示すセンサレス制御器がモータ駆動制御部３であった場合でも、位置推定器を有することになるので、脱調やモータロックを検出できる。また、位置推定を行うセンサレス制御でも異なる演算方法を有する位置推定器を有することで、脱調やモータロックの検出の信頼性をより向上させることが可能となる。
【００８８】
また、位置を検出する場合でも、位置検出に不具合が発生しても、脱調やモータロックを検出できる効果がある。
【００８９】
モータ駆動制御部３とは別構成でモータ軸推定器１０を有するため、位置センサを有しない位置センサレス制御時における起動の判別を動作判定部１５で行うことも可能である。これにより、確実に起動したか否かの判断ができ、起動していない場合、速やかに再起動状態に移行することになり、起動の信頼性を向上できる。
【００９０】
さらに、脱調し始めの状態も検出可能であるため、脱調によるモータ停止前に脱調を抑制するように、電圧指令生成器３ａにおける電圧指令を変更させるよう動作判定部１５より指示をモータ駆動制御部３に信号を伝達することによって、脱調抑制制御を行うことも可能となる。
【００９１】
ここで、動作判定部１５に警報装置、表示装置を内部に含んでいたとしてもなんら動作に影響はなく、使用者により確実に以上を伝達できる効果を創出できる。
【００９２】
またさらに、軸誤差Δθをモータ駆動に使用しない場合には、（１）式および（４）式に使用している電圧、電流、インバータ回転軸、速度データの全てを同一サンプリング値を用いて算出する構成が可能なので、演算処理速度は高速処理を必要としないことは明らかである。また、電圧電流データは同一サンプリングを必要としているので平均値や実行値でないことは自明のことである。
【００９３】
また、図１にて記載のモータ駆動制御部３、３軸２軸変換部４、２軸３軸変換部５、モータ軸推定器１０、動作判定部１５を１個の制御装置、例えば、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）などの１ヶのＣＰＵにて構成したとしても何ら図１の駆動装置の動作に影響はない。
【００９４】
また、位置センサを用いて回転子の位置を検出して駆動するセンサ駆動制御部２０を構成した場合を図４に示す。２１はモータ１の回転子位置を検出するための位置センサ、２２は位置センサの出力から速度を算出するための速度算出器である。
【００９５】
図４のように構成した場合でも、モータ軸推定器１０としては図１と何ら変わりがない。よって、位置センサ２１があっても、モータ軸推定器１０は構成可能であり、上述と同様の効果を有することは言うまでもない。
【００９６】
図４の構成の場合、位置センサからの信号とモータ１の真の回転座標軸との差分がΔθとなるが、位置センサの直読値を座標変換部４及び５に直接入力せず、位相進み角を加算したり、位置センサ２１の取付位置による誤差分を予め補正するように構成したとしても、座標変換部４および５に入力される角度に対する軸誤差をモータ軸推定器１０で演算可能であることはいうまでもない。
【００９７】
また、図５にモータ軸推定器１０の軸誤差を利用したセンサレス駆動制御部２３を構成したブロック図を示す。モータ軸推定器１０の出力である軸誤差Δθを出力し、Δθを利用してセンサレス駆動を実現する。回転数と出力トルクとの関係が既知であれば、回転数に応じたΔθの範囲を予め数式化もしくはデータテーブル化しておき、予め設定された範囲内にΔθが入るようセンサレス駆動制御部２３は作用する。これは、Δθ＝０でなくともモータ１が回転することを利用したもので、ある設定された範囲外となった場合、脱調してしまうため、ある設定された範囲内にΔθを制御することでモータ１を駆動しようとするものである。
【００９８】
図５のような構成でセンサレス駆動制御を実現することにより、従来より安価なＣＰＵにてセンサレス制御が実現できる。
【００９９】
実施の形態２．
図６〜１２は実施の形態２を示す図で、図６はモータ駆動装置の回路ブロック図、図７は動作を示すフローチャート図、図８は逆起電圧定数同定器の一例を示す回路ブロック図、図９はインバータの構成図、図１０は短絡防止時間のタイムチャート図、図１１は他の形態を示す回路ブロック図、図１２は更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【０１００】
図６において、１１はモータ軸推定器１０にて推定したモータ１上の回転座標軸θｒでの電圧と電流に座標変換を行って、モータ１の逆起電圧定数を同定する逆起電圧定数同定器、１２は同定した逆起電圧定数をモータ駆動制御部３の値にフィードバックするためのローパスフィルタであり、他は図１と同一の構成であるため、符号の説明を省略する。
【０１０１】
永久磁石電動機におけるモータ固有の定数として、相抵抗Ｒ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、逆起電圧定数φの４種が上げられることは公知の事実である。本実施の形態では、永久磁石電動機の出力トルクの発生源となる逆起電圧定数の同定について述べる。
【０１０２】
ここで同定という言葉を使用するが、この同定、identify、は固有の値を計測し検出することで特定する、という意味でモータ自身の持っている特性を特定する、すなわちモータ個々にばらつきはあるが１つの個体には１つの特性を持っているのでそれを特定するという意味である
【０１０３】
また、逆起電圧定数φは、回転子に構成された永久磁石が回転したときの固定子側の巻線に対する鎖交磁束Φの時間変化率にて発生する誘導電圧の角速度比例係数である。言い換えると、固定子側に誘導される電圧は速度と共に増加するが、その速度と電圧は１次比例の関係となっており、その比例係数が逆起電圧定数φである。また、角速度が０の場合、ｄΦ／ｄｔ＝０となり、検出不能となる。
【０１０４】
従って、モータ１が微少でも動作する必要があり、モータ１を動作させて同定することとなる。モータ駆動制御部３にて逆起電圧定数φがモータ１の真値と異なる場合、モータ駆動制御部３でのモータ駆動に多少なりとも支障が発生する。
【０１０５】
逆起電圧定数φは、一般的に、モータ１の端子を開放状態にし、モータ１の軸を他からの外力によって回転させて、モータ１の端子間電圧を計測し、その外力の回転速度とから計測する方式が採用されている。この方法の場合、モータ１は開放状態であるため、インバータ２が接続した状態では計測できないだけでなく、モータ１を外力で回転させる必要がある。
【０１０６】
さらに、モータ１の固定子側で通電していないため、回転子の磁束のみで電圧が誘起され、逆起電圧定数として計測される。モータ１の固定子磁束に歪みがなければ問題ないが固定子磁束に歪みがある場合、回転子の磁石磁束も歪まされ、外力で回転させた際の誘起電圧とは異なる電圧が誘起される恐れがある。
【０１０７】
また、モータ１のインダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑは電流依存性があり、固定子に流れる電流によって値が変化する。モータ１のＬｄ、Ｌｑによって固定子側の磁束が変化するため、外力で回転させて計測した逆起電圧定数φは、電流が流れていない場合の値となり、電流が流れた場合の値と異なっている恐れもある。
【０１０８】
本実施の形態は、モータ１の実運転中における逆起電圧定数を同定することによって、固定子側で発生する様々な歪み要素である電機子反作用をも考慮するものである。
【０１０９】
まず、モータ駆動制御部３でモータ１を起動し、安定状態に駆動する。この場合、例えば前述の通り、外力でモータ１を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数φを初期値として駆動する。通常のモータ駆動は、この状態を維持するのであるが、本実施の形態では、この状態より逆起電圧定数を同定し、モータ駆動制御部３へ反映させる。
【０１１０】
また、強制的な回転磁界によってモータ１が磁界に引きずられて回転している状態を作り、この状態で一旦簡易的に逆起電圧定数φを同定し、その値を初期値としてモータ１を駆動する。この場合、強制的な回転磁界でモータ１は回転している状態（これを強制駆動とする）であるため、この強制駆動状態からモータ駆動制御部３での同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定するように構成しても問題はない。
【０１１１】
さらに、強制駆動状態で簡易的に逆起電圧定数を同定した後、一旦停止し、その状態より再起動するよう構成しても上記と同様の効果を有することは言うまでもない。この様子を示すフローチャートを図７に示す。
【０１１２】
ここで、逆起電圧定数同定部１１にて逆起電圧定数φを算出する方法であるが、図８のブロック図に示されるようにモータ１に印加される電圧Ｖｕｖｗと、モータ１に流れる電流Ｉｕｖｗとをモータ軸推定器１０にて推定したモータ１の真の位置にて座標変換を行う。そして、座標変換後の電圧Ｖｑest、電流ｉｄest、ｉｑestおよび回転角速度ω１を用いて、
【０１１３】
【数９】
により逆起電圧定数φを求めることができる。（５）式に基づいて、同定した逆起電圧定数であるが、モータ駆動制御部３にてモータ１を駆動制御するために使用されている。さらにはモータ駆動制御部３の内部を示す図２においては、電圧指令生成器３ａにて、電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用している。
【０１１５】
図示はしていないが、図６における電流の３軸２軸変換部４の出力であるＩγδ、電圧の２軸３軸変換部５の入力であるＶγδから（５）式に使用される電圧Ｖｑest、電流ｉｄest、ｉｑestは、（４）式の軸誤差Δθを用いれば下式のように算出できる。
【０１１６】
【数１０】
従って、上式に従えば、図８に示すようなブロックを構成しなくとも、（５）式を算出することが実現でき、図８のブロックと同等効果を有することは言うまでもない。
【０１１８】
この電圧指令生成器３ａに使用されている逆起電圧定数をφｆとすると、（５）式により同定したφに対してφｆを補正するため、ローパスフィルタ１２を介してモータ駆動制御部３へ入力するよう構成する。
【０１１９】
これは、モータ駆動制御部３はモータ１を駆動するため高速に処理されているが、急激にφｆを変化させた場合、電圧指令が瞬間的に非線形となり、ハンチングする危険性があるためであり、モータ駆動制御部３によるモータ駆動の制御周期よりも、同定した結果を反映させ行うローパスフィルタ１２の時定数Ｔｒを大きくすることで、ハンチングを避けることができる。
【０１２０】
時定数Ｔｒとしては、モータ駆動制御部３での制御周期よりも遅い周期であれば良く、例えば１０倍程度の時定数の周期、または０．５秒以上などいった比較的長い時間の時定数で徐々に同定後の定数φをモータ駆動制御部３で使用する値φｆに近づける。また、ローパスフィルタ１２を介して徐々に同定結果を反映させるような構成でなくとも、ハンチングを避けられる方法であれば如何なる方法であっても問題はない。
【０１２１】
以上のようにして、逆起電圧定数φを同定しつつ、モータ１を駆動するので、モータ１の出力トルクの最適動作点で駆動することが可能となる。このように構成することによって、動作点毎に指令値格納部６に格納されていた電流指令値Ｉγ *が一定値にてモータを駆動することが可能になる。よって、ＣＰＵのＲＯＭ容量を低減でき、低コスト化が実現できる。
【０１２２】
また、動作点毎にモータ１の出力トルクの最適動作点となるよう電流指令値Ｉγ *を格納する必要がなくなるので、格納に必要なデータを収集する手間が省け、開発における期間短縮、人件費削減による低コスト化も実現できる。
【０１２３】
また、固定子による電機子反作用の歪みや、電流依存性を有するインダクタンスＬｄ、Ｌｑの電流による変化分、回転子の磁束密度増加による磁路の変化の分も一纏めにして逆起電圧定数に反映させるため、モータ１の理想状態から外れる歪み分による性能悪化分を補正し、モータ１を最適状態にて駆動することができる。
【０１２４】
さらに、モータ１の仕様毎に電流指令値Ｉγ *の値が変化するため、ＣＰＵに固定小数点型のマイクロプロフェッサーを用いていれば、モータ１の仕様に応じて電流指令値Ｉγ *の１ビットあたりの分解能を設定する必要が発生し、プログラムを作り替えることも想定されるため、開発期間短縮における低コスト化は大きい。
【０１２５】
またさらに、モータ１の駆動中に逆起電圧定数を同定するので永久磁石の減磁も検出でき、モータ１の信頼性も向上させることができる。特に、密閉型のモータ１の場合、分解しなければ前述したとおり、外力による逆起電圧定数の計測ができないため、サービス性向上も実現できる。
【０１２６】
さらに、故障診断部などを図６に示すブロック図に付加し、減磁した旨を表示させるように構成しても何ら問題がないことは言うまでもないが、本実施の形態２を示すブロック図では記述していない。
【０１２７】
さらに、φは温度依存性があり、温度によってのみφが変化すると仮定すれば、温度は磁石材料の特性にて決まるため、φを同定することによって、概略温度が推定でき、モータ１の環境温度を推定することができる。これにより、温度データを必要とするもののためにサーミスタ等の温度検出器を使用していれば、それらの温度検出器を低減し、低コスト化に役立つ。
【０１２８】
また、温度依存性のあるモータの相抵抗値も同定することができる。さらには、圧縮機等に使用されている場合、冷媒ガス温度が推定でき、冷媒挙動の解析に大きな発展をもたらす可能性もある。またさらには、エンジン等の高温環境で使用されるモータに対しても温度特性が解明できる。さらには、希土類磁石等の磁石を用いたモータ１の場合、温度で磁石の磁束が変化し、温度に対し不可逆性を有するので、逆起電圧定数を同定することで磁石でのトルク低下を検出できるようになり、モータ１の特性悪化を補償することも可能になる。また、温度に対し不可逆性を有する磁石を用いたモータ１全てに適用できることは言うまでもない。
【０１２９】
また、図８における座標変換部１１ｂに入力されている電圧であるが、図６のブロック図の構成ではモータ駆動制御部３にて生成された電圧指令である。しかしながら、インバータ２に入力された電圧指令と、インバータ２よりモータ１へ印加される印加電圧とには差が生じる。これは、インバータ２の短絡防止時間Ｔｄの影響である。
【０１３０】
インバータ２は図９に示されるようにスイッチング素子を２ヶ直列接続し、これを１つのアームとして構成される。例えば、直列に接続されたスイッチング素子２ａ、２ｂが同時にオンするとアーム短絡となり、短絡電流が流れる。そのため、一般的にインバータ２は短絡防止時間として図１０に示すように上下のスイッチング素子が同時にオンしないよう双方のスイッチング素子がオフする時間Ｔｄが設定されている。
【０１３１】
Ｔｄにより電圧指令と印加電圧とに生じる差は、図９のインバータに構成されているスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードによって引き起こされる。Ｔｄ期間中は、上下のスイッチング素子ともオフしている。仮にＴｄ期間に入る前にスイッチング素子２ａを介してモータ１へ電流が流れていたとすると、言い換えると図８の矢印に示されるような方向の電流とすると、モータ１はＬ負荷なので電流が流れ続けようとする。よって、スイッチング素子２ｂと逆並列のダイオードに電流が流れ、モータ１に流れる電流の連続性が保たれる。
【０１３２】
しかしながら、スイッチング素子２ｂと逆並列のダイオードを介して電流が流れるため、モータ１の端子電圧、いいかえると、スイッチング素子２ａとスイッチング素子２ｂの接続点は、コンデンサ２ｇの負極側よりダイオードのオン電圧分低い電圧となる。
【０１３３】
Ｔｄ期間がなければスイッチング素子２ａがオンによってコンデンサ２ｇの正極側からモータに電流が流れるので、コンデンサ２ｇの正極と同電位となるはずであるのだが、Ｔｄ期間はＴｄによってコンデンサ２ｇの負極とほぼ同電位となってしまう。これがＴｄによる電圧の差が発生する要因であり、一般的に知られていることである。
【０１３４】
そこで、図６の逆起電圧定数同定器１１に入力される電圧指令は２軸３軸変換部５の出力とし、この出力をインバータ２に入力する前にＴｄ補正を行うＴｄ補正器１３を追加したような図１１に示されるブロック図のような構成にすることによって、逆起電圧定数の同定の精度を向上させることができる。
【０１３５】
また、モータ１の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことにより、逆起電圧定数の同定の精度をさらに向上させることができる。
【０１３６】
さらに、図１２に示されるように電圧検出器１４を図６に追加したような構成により、モータ１へ印加される印加電圧を検出し、検出電圧を逆起電圧定数同定器１１へ入力するような構成としても、逆起電圧定数同定器での同定精度向上に果たす効果は上述と同様であることは言うまでもない。また、本実施の形態２には図示しないが、電圧検出器１４を設けた図１２のような構成にＴｄ補正器１３追加したような構成にて実現したとしても何ら問題はなく、更に同定精度が向上することは言うまでもない。
【０１３７】
ここで、図６にて記載のモータ駆動制御部３、３軸２軸変換部４、２軸３軸変換部５、モータ軸推定器１０、逆起電圧定数同定器１１、ローパスフィルタ１２、図示はしていない動作判定部１５を１個の制御装置、例えば、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）などの１ヶのＣＰＵにて構成したとしても何ら図６の駆動装置の動作に影響はない。
【０１３８】
さらに、図１１に記載のＴｄ補正器１３も１ヶのＣＰＵにて構成したとしても同様の効果を有することは言うまでもない。
【０１３９】
実施の形態３．
図１３は実施の形態３を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。図１３において、図１２と同一の部分に対する符号の説明は省略する。図１３において、３０はモータ１に印加するγ軸電圧Ｖγとδ軸電圧Ｖδ、回転数指令ω*を格納している指令値格納部、３１は回転数指令ω*からインバータの座標変換軸を得るための積分器、３２は逆起電圧定数同定器１１にて検出された逆起電圧定数を記憶する記憶部である。また、図１２におけるモータ駆動制御部３が無い構成となっている。
【０１４０】
図１３において、モータ駆動制御部３が無いため、この構成はオープンループの他励強制駆動と言い換えることができる。本実施の形態中では前述の通り、強制駆動と言うこととする。強制駆動の場合、印加する電圧によってはモータ１が起動しなかったり、モータ１の磁石を減磁させるような過電流となる可能性もあるが、ここでは、モータ１が起動し、且つ過電流とならないγδ軸電圧Ｖγδが指令値格納部３０に格納され、インバータ２からモータ１に印加されている。
【０１４１】
強制駆動の場合、印加電圧に対し相電流が非常に大きい値となる。その為、過電流とならないようなγδ軸電圧Ｖγδとすると、極端に小さいγδ軸電圧Ｖγδとなり、前述のＴｄの影響を大きく受ける。しかしながら、極端に小さいγδ軸電圧Ｖγδであるため、Ｔｄ補正器によるＴｄの補正は難しい。従って、電圧検出器１４を用い、モータ１に印加される印加電圧を検出して、逆起電圧定数同定器１１へ入力する。
【０１４２】
また、強制駆動は回転数指令が極低速であることから、回転数指令と同一速度にモータ１が追随して回転しているとして、積分器３１の出力にてγδ軸電流Ｉγδやγδ軸電圧Ｖγδに座標変換する。
【０１４３】
以上のように、強制駆動にて構成したモータ軸推定器１０と逆起電圧定数同定器１１でも十二分に逆起電圧定数の同定ができる。また、図１３では逆起電圧定数同定器１１の出力がローパスフィルタ１２を介して出力後に、同定する逆起電圧定数として記憶部１２に記憶されているが、ローパスフィルタ１２を介さなくとも構わない。
【０１４４】
ただし、ローパスフィルタ１２を介して出力した方が定数を安定して出力できる。さらに、図１３中のローパスフィルタ１２の時定数がＴｒとなっており、前述のモータ駆動制御部３への反映に用いる時定数と同一値となっているが、別に同一値でなくとも構わず、図１３におけるローパスフィルタ１２の時定数Ｔｒはもっと低い周期でよい。
【０１４５】
図１３のように構成することによって、逆起電圧定数φが起動時に未知であるモータ１に対しても、逆起電圧定数を同定することができ、図１３の構成にて逆起電圧定数を同定後に、図１や図６に示されるようなモータ駆動制御部３を有する構成のブロックを適用できる。
【０１４６】
図７のフローチャートは、本実施の形態の一部である。図７のステップＳ−１にて初期値がない状態と同一なので、ステップＳ−２にて強制駆動により起動し、ステップＳ−３にて逆起電圧定数φの同定を行う。同定した逆起電圧定数を記憶部３２に記憶させ、次は図６に示されるようなモータ駆動制御部３にてモータ１を駆動するように構成しなおすのである。
【０１４７】
よって、図示はしていないが、図６と図１３、図１２と図１３は異なる制御ブロックの構成であるが、これを一つのＣＰＵにて構成した場合、起動前に強制駆動にて逆起電圧定数φの初期値として同定し、モータ駆動制御部３にてモータを同期駆動しつつ、モータ１の動作状態に応じた逆起電圧定数φに同定するような構成としても構わないことは言うまでもなく、図１３のみで構成されるより、モータ１を駆動する回転数範囲、トルク範囲が広がるため実用的である。
【０１４８】
実施の形態４．
図１４〜１８は実施の形態４を示す図で、図１４はモータ駆動装置の回路ブロック図、図１５はモータの等価回路図、図１６はインダクタンスとモータ位置の関係を示す説明図、図１７は印加パルスと電流の波形図、図１８は動作を示すフローチャート図である。
【０１４９】
図１４において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。４０はモータ１へ印加するパルス電圧を生成するパルス電圧生成器、４１は印加したパルス電圧に応答した電流のピーク値をホールドするピークホールド、４２はピークホールドされた３相電流を静止座標変換を行う３軸２軸変換器、４３はインバータ２の直流母線電圧を検出する電圧検出器、４４はモータ１への印加パルス時間、直流母線電圧値、２軸電流値とからモータ１のインダクタンスを同定するインダクタンス同定器である。尚、モータ１は３相モータとする。
【０１５０】
インダクタンス成分の同定方法について述べる。モータ１は永久磁石電動機であり、モータ１が回転した場合、回転子に構成されている永久磁石による誘導電圧がモータ１の固定子側に誘起される。その為、インダクタンス成分はモータ１を回転させずに同定する方が容易である。
【０１５１】
そこで、モータ１に高周波のパルス電圧を印加する。印加されるパルス電圧によりパルス電流が流れるが、パルス電圧の印加によってモータ１が回転しなければ、モータ１はＬＲ負荷と考えることができる。印加されるパルス時間が微少時間でＬＲの時定数（Ｌ／Ｒ）よりも遙かに小さい場合、流れるパルス電流に抵抗成分Ｒの影響がでない。
【０１５２】
これを図１５を用いて考える。図１５中におけるスイッチＳを微少時間オンさせるということとパルス印加とは同義である。ＬＲ直流回路における電流ｉを時間ｔの関数とすれば、ｉのｔにおける関数は、
【０１５３】
【数１１】
のようにおける。ｔが微少時間であるので、ｔ＝０の極限を求めると、Ｅ／Ｌとなり、抵抗成分Ｒの影響を排除できるのである。従って、パルス印加により抵抗成分Ｒが除去でき、モータ１が回転しないため誘導電圧の影響も無視でき、印加するパルス電圧と検出されるパルス電流からインダクタンス成分が同定できる。
【０１５５】
ここで、モータ１を静止２軸座標系にて考えると、抵抗成分および誘導電圧、角速度を０とおけるので、高周波パルス印加時は、
【０１５６】
【数１２】
のようにインダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑのみでモータ１を電圧電流方程式にて表すことができる。尚、静止２軸座標系の電圧をＶα、Ｖβ、電流をｉα、ｉβとし、モータ１の回転子の位置をθとする。（７）式より、電圧、電流、回転子位置がわかれば、モータ１のインダクタンス成分であるＬｄ、Ｌｑが算出できる。ここで、電流は電流検出器７にて検出し、電圧は電圧検出器４３より検出するので、電圧電流は既知となるが、図１４の構成ではモータ１に対し位置センサを付加しないブロック構成であるため、回転子位置θは既知でない。
【０１５８】
仮に、図示しないが位置センサをモータ１に付加した構成をとれば、電流、電圧、位置からインダクタンス同定器４４にて（７）式より容易にインダクタンスを同定可能である。これは図１６に示すようにインダクタンス値はロータ位置θに対し、２倍の周期で変動するパラメータ要素であるためである。
【０１５９】
本実施の形態では、位置センサレスの構成で（７）式よりインダクタンス成分のＬｄ、Ｌｑを算出する方法について述べる。そこで、インバータ２が図９に示されるような構成として、Ｕ相を２ａ、２ｂとし、Ｖ相を２ｃ、２ｄとし、Ｗ相を２ｅ、２ｆとおく。そして、ｕ＋の出力を２ａ、２ｄ、２ｆがオン、ｕ−の出力を２ｂ、２ｃ、２ｅがオンとすると、ｖ＋の出力は２ｂ、２ｃ、２ｆがオン、ｗ＋の出力は２ｂ、２ｄ、２ｅがオンとおける。
【０１６０】
ここで、ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋の３種類のパルスを印加し、静止座標の基準軸をｕ＋の出力の場合はＵ相に、ｖ＋の出力の場合はＶ相に、ｗ＋の出力の場合はＷ相にとると、モータ１は３相であり、各巻線は１２０度の間隔を持って配置されるので、三相交流理論を用いて、
【０１６１】
【数１３】
から回転子位置θが不明でも、回転子が動かないようなパルスを印加しているので、（８）式から算出することから可能であるというのが特開２００１−６９７８３号公報に示されている３相モータのインダクタンスの検出技術である。
【０１６３】
しかしながら、特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術では印加するパルス時間Ｔｐ、特開２００１−６９７８３号での記述は短時間Ｔｓであるが、Ｔｐの設定方法の記述なく、あえて言うならある特定のモータを検証した場合のパルス時間が１９５ｕｓと引用されているにすぎない。
【０１６４】
特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術および特開２００１−６９７８３号公報に引用されている文献では、モータ１のインダクタンスを計測するためには、パルス時間をモータ１のモータ定数から起因する時定数Ｌ／Ｒに応じて設定する必要があると記述されてが、インダクタンスを同定するために必要なパルス時間は、インダクタンス値の概略値が分からなければならないと言った点に課題がある。
【０１６５】
これは、特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術において、ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋のパルス印加であるためである。各相に＋成分のパルス電圧を印加すると、モータ１の固定子に磁束が発生し、その固定子磁束による残留磁束により電流にオフセットが発生するためである。そのため、オフセットの影響が出ない程度に印加パルスのパルス時間を長くする必要があるため、モータ１のモータ定数に応じた時定数Ｌ／Ｒにてパルス時間を設定しなければならない。
【０１６６】
または、モータ１のインダクタンスが小さい場合はパルス印加時間が比較的短くとも電流が流れ、残留磁束によるオフセットの影響は小さい。しかしながら、モータ１のインダクタンスが大きい場合、ほとんど電流が流れなくなるため、電流のオフセットによる影響が大きくなり、特にＬｑの同定時に実際のインダクタンスの１０倍以上の値を計測したり、マイナスのインダクタンス値になることもあるため、インダクタンスの計測ができなくなる。
【０１６７】
本発明では、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定することができる駆動装置を得ることにある。
【０１６８】
まず、パルス印加によってインダクタンスを同定するが、そのパルスの印加方法に特徴がある。特開２００１−６９７８３号公報に示されている技術では、＋側のパルス印加、言い換えると、インバータのアームを構成している上下のスイッチング素子のうち、上側のスイッチング素子を１ヶ、下側のスイッチング素子を２ヶとの組み合わせだけのパルス印加でインダクタンスを同定していた。
【０１６９】
このような印加方法ではなく、図１７に示すようにパルス電圧生成器４０では、＋側のパルスと−側のパルスを交互に印加することによって、残留している磁束を打ち消しつつパルス印加によるインダクタンス同定が実現できる。例えば、ｕ＋、ｗ−、ｖ＋、ｕ−、ｗ＋、ｖ−といった順序にてパルスを印加した場合、モータ１のモータ定数における時定数Ｌ／Ｒよりも極端に短いパルス印加時間でも残留磁束による電流オフセットは発生せず、精度良くインダクタンスを同定することが可能である。
【０１７０】
また、上述のごとく、＋側のパルスと−側のパルスを交互に印加すればよく、上述では６回のパルス印加がなされているが、例えば、ｕ＋、ｗ−、ｖ＋の順序による３回のパルス印加やｕ＋、ｖ−、ｗ＋といった順序でのパルス印加でも上述と同様に、残留磁束による電流のオフセットが発生せず、精度良くインダクタンスの同定が実現できるが、プラス側とマイナス側が平衡している場合、オフセットが完全に除去できるため、相数が奇数の場合、相数の偶数倍した回数のパルス印加の方がオフセット除去効果が高く、精度よく検出できる。
【０１７１】
本実施の形態では、３相モータとして考慮しているので、３相の偶数倍ということで、６回のパルス印加にてオフセットが完全に除去できることを示している。
【０１７２】
本実施の形態にて示した印加パルス順序に基づいてパルスを印加した場合、電流のオフセットを除去できるので、Ｌｑが２〜４ｍＨ程度の小さなインダクタンスを有するモータ（出力大のモータ）からＬｑが２００ｍＨとなる大きなインダクタンスを有するモータ（出力小のモータ）まで、印加パルス時間を一定（例えば、特開２００１−６９７８３号公報にて引用されていた１９５ｕｓ）で±10%以内の精度にてインダクタンス同定することができる。
【０１７３】
さらに、パルスの印加終了後に電流は減衰してしまうため、ピーク電流値をホールドするピークホールド４１を追加することにより更に、精度良くインダクタンスを同定することができる。
【０１７４】
以上のように構成したことにより、インバータ２に接続されているモータ１のモータ定数が全くの未知の状態であってもインダクタンスを同定することができ、モータ１を駆動制御する際に、モータ１の個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることが可能である。
【０１７５】
また、前述にて説明したが、オフセットの影響が出ない程度に印加パルスのパルス時間を長くする必要があるため、モータ１のモータ定数に応じた時定数Ｌ／Ｒにてパルス時間を設定しなければならないが、パルス時間を設定するためのパルスをまず印加して、そのときの電流波形を観測し、応答する電流ピーク値が小さい場合に、パルス時間を大きくして、インダクタンス成分を同定するよう構成しても上記と同様効果を有することは言うまでもない。
【０１７６】
さらに、パルス時間を設定するためのパルスを印加して、パルス時間を設定後、相数の偶数倍のパルス印加を実施し、その電流ピーク値からインダクタンス成分を算出しても同様の効果を有することは言うまでもない。この動作を図１８のフローチャートに示す。
【０１７７】
また、例えば、６回の印加パルスにて得られた電流ピーク値の情報を元にモータ１が停止している停止位置を推定するように構成してもよい。
【０１７８】
また、本実施の形態では図示していないが、図１２、図１３、図１４の構成のブロックを１つの制御ＣＰＵを用いて実現した場合、前述までの逆起電圧定数同定器１１での逆起電圧定数の同定にインダクタンスを使用しており、モータ１の個々のばらつきを許容できるので、逆起電圧定数の同定精度の向上にも起因し、結果、逆起電圧定数の同定による効果を増大させることに繋がる。
【０１７９】
実施の形態５．
図１９は実施の形態５を示す図で、冷凍サイクルを示すブロック図である。、本実施の形態では、実施の形態１にて説明した構成を空気調和機に適用した場合について説明する。図１９は、一般的な冷凍サイクルであり、５０は冷媒サイクルにおいて圧縮工程を行う圧縮機、５１は圧縮機を駆動するための駆動装置、５２は冷媒を凝縮する凝縮器、５３は冷媒を蒸発させる蒸発器、５４は冷媒の流量を調整する絞り弁である。図１以降に示されているモータ１は、図１９における圧縮機５０に、インバータ２およびその制御手段が駆動装置５１に適用されている。
【０１８０】
図１９に示されるような冷凍サイクルでは、冷房負荷に対して必要となる冷房能力が出力できるよう冷媒の流量を制御している。流量の制御として絞り弁５４が構成されるが、きめ細やかで能力範囲の広い制御には絞り弁５４だけでは不適であるため、圧縮機５０の回転数も制御することで、広範囲できめ細やかな冷媒流量の制御を実現し、空気調和機を制御している。
【０１８１】
空気調和機などに適用されたモータの場合、モータは圧縮機５０内部に配置される。圧縮機５０は冷媒を高温高圧のガスに圧縮するためのものであり、モータの動作環境としては非常に厳しく、冷媒ガスの状況によってモータの動作環境が変化する。また、冷媒をガス化するため、モータ１は取り出すことができないような密閉構造を圧縮機５０は採用している。
【０１８２】
そのため、製品、本実施の形態中では圧縮機５０である、に搭載した場合、永久磁石電動機のモータ定数のうち、相抵抗Ｒは圧縮機５０からの出力端子を抵抗測定器を用いれば計測可能であるが、インダクタンス成分Ｌｄ、Ｌｑおよび逆起電圧定数φは計測できなくなる。
【０１８３】
それは逆起電圧定数は、前述の通り外力による回転をさせる必要があるためであり、インダクタンス成分は、モータの真の回転軸（ｄｑ軸）上で表された位置によって変化するインダクタンス成分であるためである。
【０１８４】
本発明の逆起電圧定数同定器１１およびインダクタンス同定器４４を具備している駆動装置によれば、このように密閉された状態になっているモータにおいて、そのモータのモータ定数が未知であっても、モータ駆動制御部を用いて駆動することが可能になる。これにより、インバータ２の制御のＳ／Ｗの標準化が可能となり、インバータ２が電流容量のハードの違い以外における標準化が可能となり、大量製造による低コスト化が可能となる。
【０１８５】
さらに、インバータ２に接続されるモータ１が既知であれば、既知である値を予めインバータ内部に設定しておき、起動前のモータ定数同定作業によって、電線の接続不良やモータの取り付け間違いを検出できるようになり、製造不良のラインチェックを行うと信頼性向上に繋がる。
【０１８６】
またさらに、製品固有のばらつきも補正でき、更に信頼性が増加するだけでなく、各製品毎の動作状態に応じた逆起電圧定数に同定すれば自動でモータ１の性能を最大限に引き出す最適運転させることが可能になる。
【０１８７】
また、不良や過電流の原因を、モータ定数を同定し外部に引き出して表示などを行うことにより、密閉型の製品を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば磁石の減磁などの不良、過負荷など、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０１８８】
さらに、通常状態で過負荷となり、減磁することが判明すれば、インバータハードの耐量見なおし、モータ仕様の適性化等が可能になり各装置の適合性等が事前に判断できることになる。インバータとモータの組合せ不良以外でも、例えば電源の種類が違うなど大きなトラブルを発生する前に各種不良を事前に検出できる。
【０１８９】
さらに、空気調和機に適用した場合、冷媒の充填量や配管長、設置場所の環境など製品間で発生するばらつきも抑制することができ、各製品毎にモータ１の性能を最大限に引き出して駆動する運転が実現できる。
【０１９０】
また、密閉型の圧縮機を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば上述の他に、冷媒の充填しすぎなど、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０１９１】
実施の形態６．
前述までの実施の形態では、モータ１は永久磁石電動機として説明してきたが、モータ１を永久磁石発電機としてもこの逆起電圧定数同定器１１やインダクタンス同定器４４は使用可能であり、図示はしていないが、前述までのブロック構成と全く同じでモータ駆動制御部３が発電機駆動制御部に変更されるだけでよい。
【０１９２】
例えば、風力発電などに使用される永久磁石発電機は風力エネルギーを電気エネルギーに変換するものであるが、突風などにより磁石の磁力が低下する可能性がある。低下した磁力の発電機では、十分な発電量が得られない可能性があり、メンテナンス時に風車から発電機を外すか、風が吹いて発電機がフリーラン状態になった場合、もしくは、外力で発電機を回すようメンテナンス用モータを発電機に接続させた場合に発電機の端子間の電圧を計測し、そのフリーラン回転数から逆起電圧定数を求める必要が出る。
【０１９３】
風が吹くことを待つ場合、メンテナンスの作業性が非常に悪く、発電機を外したり、メンテナンス用にモータを発電機の高さまで吊り上げ外力で回してメンテナンスする場合、作業にかかるメンテナンス費用が増大する。
【０１９４】
本発明の逆起電圧定数の同定方法を用いれば、発電機の発電動作を停止することなく、減磁を検出することが可能となる。
【０１９５】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、予め設定された所定の回転数での永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことにより、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９６】
また、この発明の請求項２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の軸誤差分を、永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と、永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と、検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器を備えたことにより、全ての回転数において、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９７】
また、この発明の請求項３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、永久磁石電動機の回転子の位置を検出して得られた位置を用いることにより、回転子の位置信号が来ない場合でも、脱調やモータロックの検出ができる。
【０１９８】
また、この発明の請求項４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸は、電動機の回転子の位置を検出せず、駆動装置内部の演算にて得られた位置を用いるので、位置センサが要らない。
【０１９９】
また、この発明の請求項５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器の出力に基づいて、永久磁石電動機の動作判定を行う動作判定部を備えたことにより、脱調やモータロックの検出ができる。
【０２００】
また、この発明の請求項６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、起動の判別を行うことにより、起動の判別ができる。
【０２０１】
また、この発明の請求項７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、脱調による永久磁石電動機停止前に脱調を抑制するために、インバータへの電圧指令値を変化させるように指示するので、脱調による永久磁石電動機停止を抑制できる。
【０２０２】
また、この発明の請求項８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、動作判定部は、警報装置または表示装置を備えたことにより、動作状態を外部に知らせることができる。
【０２０３】
また、この発明の請求項９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータにより永久磁石電動機を駆動し、永久磁石電動機の回転子の位置を位置センサレスでインバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、モータ軸推定器の出力に基づいて永久磁石電動機を制御することにより、センサレス制御ができる。
【０２０４】
また、この発明の請求項１０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器は、インバータの回転座標軸により座標変換された電圧Ｖγ、Ｖδ、電流Ｉγ、Ｉδと、インバータの回転座標軸の回転速度ω１と、永久磁石電動機の相抵抗Ｒと、永久磁石電動機のｑ軸インダクタンスＬｑとを用いて、
【０２０５】
【数１４】
により軸誤差Δθを演算することにより、如何なる動作条件であっても正確に軸誤差を推定することができる。
【０２０７】
また、この発明の請求項１１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器を備えたことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２０８】
また、この発明の請求項１２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータの回転座標軸と、永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器とを備えたことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２０９】
また、この発明の請求項１３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖｑes t及び電動機に流れる電流ｉｄest、ｉｑestと、電動機の回転角速度ω１と、電動機の抵抗成分Ｒと、電動機のｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、
【０２１０】
【数１５】
により、逆起電圧定数φの演算を行うことにより、インバータが接続された状態で逆起電圧定数を同定できる。
【０２１２】
また、この発明の請求項１４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、電圧および電流の検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことにより、逆起電圧定数同定の精度が上がる。
【０２１３】
また、この発明の請求項１５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器は、モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機への指令電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算し、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有することにより、電動機への指令電圧を用いて逆起電圧定数を演算しても、精度よく同定できる。
【０２１４】
また、この発明の請求項１６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことにより、さらに逆起電圧定数同定の精度が上がる。
【０２１５】
また、この発明の請求項１７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有すると共に、インバータから電動機に印加される電圧および電流を検出し、検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことにより、逆起電圧定数同定の精度が良くなる。
【０２１６】
また、この発明の請求項１８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器により算出した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を駆動制御することにより、モータの出力トルクの最適動作点で駆動することができる。
【０２１７】
また、この発明の請求項１９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、外力で永久磁石電動機を回転させて予め計測しておいた逆起電圧定数を初期値として駆動し、この状態より逆起電圧定数を同定して駆動装置に反映させることにより、定常までの動作が円滑に行われる。
【０２１８】
また、この発明の請求項２０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することにより、逆起電圧定数が未知の場合でも円滑に起動できる。
【０２１９】
また、この発明の請求項２１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、強制的な回転磁界によって永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することにより、２回目以降は起動時間を短縮できる。
【０２２０】
また、この発明の請求項２２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を用いて、永久磁石電動機を同期駆動運転することにより、同期駆動運転状態での最適動作点で駆動できる。
【０２２１】
また、この発明の請求項２３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インバータに出力する電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用することにより、最適動作点で駆動できる。
【０２２２】
また、この発明の請求項２４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を、ローパスフィルタを介して補正し、補正した逆起電圧定数を用いて永久磁石電動機を同期駆動運転することにより、ハンチングを抑制できる。
【０２２３】
また、この発明の請求項２５に係る永久磁石電動機の駆動装置は、ローパスフィルタの時定数を、永久磁石電動機の駆動の制御周期よりも大きくすることにより、ハンチングを抑制できる。
【０２２４】
また、この発明の請求項２６に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機の駆動中に逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の永久磁石の減磁を検出することができる。
【０２２５】
また、この発明の請求項２７に係る永久磁石電動機の駆動装置は、故障診断部を備え、永久磁石電動機の永久磁石が減磁したことを表示することにより、外部から永久磁石が減磁したことを認識できる。
【０２２６】
また、この発明の請求項２８に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の環境温度を推定することができる。
【０２２７】
また、この発明の請求項２９に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数を同定することで、永久磁石電動機の相抵抗値を同定することができる。
【０２２８】
また、この発明の請求項３０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から前記永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、永久磁石電動機の相数が２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の場合は、微少時間だけ印加するパルスのために動作させるインバータのスイッチは上下毎の総数を交互に入れ替えてパルスを印加することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２２９】
また、この発明の請求項３１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間印加されるパルスは、永久磁石電動機の相数の偶数倍の回数を印加することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２３０】
また、この発明の請求項３２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけ印加するパルスによる電流ピーク値を永久磁石電動機の回転子の停止位置を推定にも共用することができる。
【０２３１】
また、この発明の請求項３３に係る永久磁石電動機の駆動装置は、永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、微少時間だけパルスを印加する前に、パルス印加時間を決定するためのパルスを永久磁石電動機に印加して微少時間を設定することにより、如何なるモータ定数であっても同一の印加パルス時間で精度良くインダクタンスを同定できる。
【０２３２】
また、この発明の請求項３４に係る永久磁石電動機の駆動装置は、検出したインダクタンス成分を、永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることにより、モータの個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることができる。
【０２３３】
また、この発明の請求項３５〜４０に係る永久磁石電動機の駆動装置は、逆起電圧定数の同定に、インダクタンス同定器にて同定したインダクタンスを使用しており、モータの個々のばらつきを許容できるので、逆起電圧定数の同定精度の向上にも起因し、結果、逆起電圧定数の同定による効果を増大させることに繋がる。
【０２３４】
また、この発明の請求項４１に係る永久磁石電動機の駆動装置は、算出された逆起電圧定数を永久磁石電動機の制御に使用される逆起電圧定数としてチューニングすることにより、モータの出力トルクの最適動作点で駆動することができる。
【０２３５】
また、この発明の請求項４２に係る永久磁石電動機の駆動装置は、インダクタンス同定器で検出されたインダクタンス成分を永久磁石電動機の駆動制御もしくはモータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることにより、モータの個々のばらつきによる制御性の悪化に対しても制御性能を向上させることができる。
【０２３６】
この発明の請求項４３に係る密閉形圧縮機は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電電機の駆動装置により、圧縮機用電動機を駆動することにより、密閉された状態になっているモータにおいて、そのモータのモータ定数が未知であっても、永久磁石電電機の駆動装置を用いて駆動することが可能になる。これにより、インバータの制御のＳ／Ｗの標準化が可能となり、インバータが電流容量のハードの違い以外における標準化が可能となり、大量製造による低コスト化が可能となる。
さらに、インバータに接続されるモータが既知であれば、既知である値を予めインバータ内部に設定しておき、起動前のモータ定数同定作業によって、電線の接続不良やモータの取り付け間違いを検出できるようになり、製造不良のラインチェックを行うと信頼性向上に繋がる。
またさらに、製品固有のばらつきも補正でき、更に信頼性が増加するだけでなく、各製品毎の動作状態に応じた逆起電圧定数に同定すれば自動でモータの性能を最大限に引き出す最適運転させることが可能になる。
また、不良や過電流の原因を、モータ定数を同定し外部に引き出して表示などを行うことにより、密閉型の製品を分解することなく特定あるいは推定したり、範囲を絞ることが、例えば磁石の減磁などの不良、過負荷など、出来るので運転停止や継続の判断、速やかな必要最小限の修理により短期間の停止や補修費用の低減が可能になる。
【０２３７】
この発明の請求項４４に係る冷凍サイクル装置は、請求項４３に記載の密閉形圧縮機を搭載したことにより、冷媒の充填量や配管長、設置場所の環境など製品間で発生するばらつきも抑制することができ、各製品毎にモータの性能を最大限に引き出して駆動する運転が実現できる。
【０２３８】
この発明の請求項４５に係る永久磁石発電機の駆動装置は、請求項１〜４２の何れかに記載の永久磁石電動機の駆動装置を発電機に適用したことにより、メンテナンスが容易になり、また逆起電圧定数の同定方法を用いれば、発電機の発電動作を停止することなく、減磁を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動制御部を示す回路ブロック図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、モータの回転軸とインバータの回転軸の説明図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、他の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図７】 実施の形態２を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図８】 実施の形態２を示す図で、逆起電圧定数同定器の一例を示す回路ブロック図である。
【図９】 実施の形態２を示す図で、インバータの構成図である。
【図１０】 実施の形態２を示す図で、短絡防止時間のタイムチャート図である。
【図１１】 実施の形態２を示す図で、他の形態を示す回路ブロック図である。
【図１２】 実施の形態２を示す図で、更に他の形態を示す回路ブロック図である。
【図１３】 実施の形態３を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図１４】 実施の形態４を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図１５】 実施の形態４を示す図で、モータの等価回路図である。
【図１６】 実施の形態４を示す図で、インダクタンスとモータ位置の関係を示す説明図である。
【図１７】 実施の形態４を示す図で、印加パルスと電流の波形図である。
【図１８】 実施の形態４を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図１９】 実施の形態５を示す図で、モータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２０】 従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２１】 他の従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【図２２】 他の従来のモータ駆動装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１ モータ、２ インバータ、２ａ〜２ｆスイッチング素子、２ｇ コンデンサ、３ モータ駆動制御部、３ａ 電圧指令生成器、３ｂ 速度推定器、３ｃ 積分器、４ ３軸２軸変換部、５ ２軸３軸変換部、６ 指令値格納部、７ 電流検出器、１０ モータ軸推定器、１１ 逆起電圧定数同定器、１２ ローパスフィルタ、１３ Ｔｄ補正器、１４ 電圧検出器、１５ 動作判定部、２０ センサ駆動制御部、２１ 位置センサ、２２ 速度算出器、２３ センサレス駆動制御部、３２ 記憶部、４３ 電圧検出器、４４ インダクタンス同定器、５０圧縮機、５１ 駆動装置、５２ 凝縮器、５３ 蒸発器、５４ 絞り弁。
Claims (23)
- インバータにより永久磁石電動機を駆動し、前記永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出し前記インバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、
前記インバータの回転座標軸と、前記永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と前記永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、前記インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、
前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、
を備え、強制的な回転磁界によって前記永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として前記永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することを特徴とする永久磁石電動機の駆動装置。 - インバータにより永久磁石電動機を駆動し、前記永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出し前記インバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、
前記インバータの回転座標軸と、前記永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と前記永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、前記インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、
前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、
を備え、強制的な回転磁界によって前記永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として前記永久磁石電動機を駆動し、その後同期駆動運転に切り替えて加速し、加速後に逆起電圧定数を同定することを特徴とする永久磁石電動機の駆動装置。 - インバータにより永久磁石電動機を駆動し、前記永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出し前記インバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、
前記インバータの回転座標軸と、前記永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と前記永久磁石電動機に流れる瞬時電流値と検出されたあるいは演算にて算出された回転数とから算出し、前記インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、
前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、
を備え、強制的な回転磁界によって前記永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として前記永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、前記停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することを特徴とする永久磁石電動機の駆動装置。 - インバータにより永久磁石電動機を駆動し、前記永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出し前記インバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、
前記インバータの回転座標軸と、前記永久磁石電動機の回転子磁石による磁束方向と磁束方向より回転方向に９０度進んだ方向の座標にて構成されるモータの回転座標軸との間の誤差分を、予め設定された所定の回転数での前記永久磁石電動機に印加される瞬時電圧と前記永久磁石電動機に流れる瞬時電流値から算出し、前記インバータの回転座標軸とモータの回転座標軸との軸誤差分からモータの回転座標軸を推定するモータ軸推定器と、
前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算する逆起電圧定数同定器と、
を備え、強制的な回転磁界によって前記永久磁石電動機が引きずられて回転している状態を作り、この状態で逆起電圧定数を同定し、その値を初期値として前記永久磁石電動機を駆動し、その後停止した場合には、前記停止前に同定した値を初期値として同期運転にて起動することを特徴とする永久磁石電動機の駆動装置。 - 前記逆起電圧定数同定器は、前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機入力電圧Ｖｑest及び電動機に流れる電流ｉｄest、ｉｑestと、電動機の回転角速度ω１と、電動機の抵抗成分Ｒと、電動機のｄ軸インダクタンス成分Ｌｄとを用いて、
- 前記インバータから前記電動機に印加される電圧および電流を検出し、前記電圧および電流の検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記逆起電圧定数同定器は、前記モータ軸推定器にて得られた軸誤差とインバータの回転座標軸とから求められるモータの回転座標軸にて座標変換された電動機への指令電圧及び電動機に流れる電流と、電動機の回転数と、電動機の抵抗成分と、電動機のインダクタンス成分とから、前記永久磁石電動機における逆起電圧定数を演算し、前記永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記永久磁石電動機の各相の電流のゼロ付近中の電圧、電流、回転数を逆起電圧定数の演算に使用しないことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記永久磁石電動機を駆動するインバータにおいて設定される短絡防止時間による電圧歪みを補正する短絡防止時間補正機能を有すると共に、前記インバータから前記電動機に印加される電圧および電流を検出し、検出値を用いて逆起電圧定数の演算を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記逆起電圧定数同定器により算出した逆起電圧定数を用いて、前記永久磁石電動機を駆動制御することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を用いて、前記永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記インバータに出力する電圧指令を生成するために逆起電圧定数の値を使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記逆起電圧定数同定器にて同定した逆起電圧定数を、ローパスフィルタを介して補正し、補正した逆起電圧定数を用いて前記永久磁石電動機を同期駆動運転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記ローパスフィルタの時定数を、前記永久磁石電動機の駆動の制御周期よりも大きくすることを特徴とする請求項１３に記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 前記永久磁石電動機の駆動中に逆起電圧定数を同定することで、前記永久磁石電動機の永久磁石の減磁を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 故障診断部を備え、前記永久磁石電動機の永久磁石が減磁したことを表示することを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 逆起電圧定数を同定することで、前記永久磁石電動機の環境温度を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 逆起電圧定数を同定することで、前記永久磁石電動機の相抵抗値を同定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- インバータにより永久磁石電動機を駆動し、前記永久磁石電動機の回転子の位置を検出しあるいは位置を演算にて算出し前記インバータを制御する永久磁石電動機の駆動装置において、
前記永久磁石電動機に微少時間だけパルスを印加し、前記永久磁石電動機に印加されるパルス電圧と前記永久磁石電動機に流れる電流のピーク値、およびパルス時間から前記永久磁石電動機のインダクタンス成分を検出し、
微少時間だけパルスを印加する前に、パルス印加時間を決定するためのパルスを前記永久磁石電動機に印加して前記微少時間を設定することを特徴とする永久磁石電動機の駆動装置。 - 検出したインダクタンス成分を、前記永久磁石電動機の駆動制御もしくは前記モータ軸推定器の演算の少なくとも一方に用いることを特徴とする請求項１９記載の永久磁石電動機の駆動装置。
- 請求項１乃至２０のいずれかに記載の永久磁石電電機の駆動装置により、圧縮機用電動機を駆動することを特徴とする密閉形圧縮機。
- 請求項２１に記載の密閉形圧縮機を搭載したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 請求項１乃至２０のいずれかに記載の永久磁石電動機の駆動装置を発電機に適用したことを特徴とする永久磁石発電機の駆動装置。
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