JP4407109B2 - 電動機制御方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するようにインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御する電動機制御方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機には、大別して１シンリンダ圧縮機と２シンリンダ圧縮機とがある。これらのうち、１シンリンダ圧縮機は部品点数が少なく、低コストであるという利点を有している反面、１シリンダ圧縮機は負荷トルク変動が大きいので、振動が大きく、安定に動作させるのは困難であるという不都合がある。
【０００３】
したがって、１シリンダ圧縮機をできるだけ低振動に、できるだけ高効率に、かつ安定に動作させることが望まれているとともに、インバータの性能をフルに発揮できる構成とし、インバータをできるだけ低コストにすることが望まれている。
【０００４】
これらを考慮して、従来から、効率の低下を所定値以下に抑制し、振動が実用上問題にならない範囲内で、可能な限り大きな速度変動値になるようトルク制御を行うこと、具体的には、速度変動値が所定値より小さくなった時にはトルク制御を弱めることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、速度が大きくなるにつれてトルク脈動補正量を低下させ、また、インバータに流れる電流リプルのピーク値に応じてトルク脈動補正量を調整することが提案されている（特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１７４４８８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１１９９８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御する電動機制御方法（以下、トルク制御と称する）を高速時に行い、回転速度変動を十分抑制しようとすると、インバータで出力可能な電圧以上の指令電圧となり、出力電圧が飽和するため、電流制御が不安定となり、またトルク制御が発散し、電流制御が追従しなくなり、電動機が停止するという問題がある。
【０００９】
また、負荷が軽く、かつ低速の時には、電動機駆動に必要な電圧が低いので、インバータのＰＷＭ駆動を行った場合、パルス幅が短くなり、デッドタイムの影響が大きくなる。さらに、この時にトルク制御を行うと、パルス幅がさらに短くなる状態が発生し、電動機の位置センサレス制御、電流制御が不安定となる可能性がある。
【００１０】
さらに、負荷が軽い時には、音、振動が問題とならず、トルク制御を行う必要がない場合もあるが、トルク制御を行い続けるとかえって効率を悪化させてしまう。
【００１１】
さらに、トルク制御を十分に行うと、インバータ直流部に流れるマイナス電流が大きくなる為、インバータ直流部に流れる電流を検出し、そのマイナス電流の検出可能範囲が十分でない場合は、マイナス側の電流検出可能範囲をオーバーし、電流を検出できない状態が発生することで、電流制御が不安定となり、またトルク制御が発散し、モータ停止するという問題があった。
【００１２】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、インバータの出力電圧に応じてトルク制御出力を調整することができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第１の目的とし、電流センサの検出限界を超えないようにトルク制御出力を調整することができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第２の目的とし、負荷が軽いときにはトルク制御をオフすることができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第３の目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電動機制御方法は、周期性負荷を駆動する電動機の前記周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御するに当たって、負荷を検出し、あるいは推定し、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機（５）の回転速度変動を抑制しない方法である。
【００２２】
請求項２の電動機制御方法は、平均電流により負荷を検出し、あるいは推定する方法である。
【００３３】
請求項３の電動機制御装置は、周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御するものにおいて、
負荷を検出し、あるいは推定する負荷検出手段と、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機の回転速度変動を抑制しないインバータ制御手段とを含むものである。
【００３４】
請求項４の電動機制御装置は、前記負荷検出手段として、平均電流により負荷を検出し、あるいは推定するものを採用するものである。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の電動機制御方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００７０】
図１はこの発明の電動機制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００７１】
この電動機制御装置は、交流電源１をコンバータ２に供給して直流電源を得、平滑用コンデンサ３で平滑化し、インバータ４により交流電源化して電動機５に供給している。そして、この電動機（モータ）５により圧縮機６を駆動するようにしている。
【００７２】
また、電動機５に供給される電圧、および電流を電圧検出部１１ａ、電流検出部１１ｂにより検出し、位置検出部１２に供給する。この位置検出部１２から出力される角速度を微分器１３に供給して角加速度を出力し、基本波成分抽出部１４によって角加速度の基本波成分を抽出し、振幅調整部１５に供給する。そして、減算部１６によって、平均電流指令から振幅調整部１５の出力を減算し、この減算結果、電流検出値、および位置検出部１２からのロータ位置を電流制御部１７に供給して電流制御演算を行い、電圧指令をインバータ４に供給する。また、この電圧指令をピーク電圧制御部１８に供給し、ピーク電圧制御部１８からの出力を調整指令として振幅調整部１５に供給する。
【００７３】
前記圧縮機６は、１回転に１回または２回程度の周期負荷変動を有するものである。
【００７４】
前記電動機５としては、種々の構成の電動機を採用することが可能である。
【００７５】
前記位置検出部１２は、電動機５の電圧・電流および磁石磁束やｄ軸及びｑ軸インダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）等の機器定数を用いて、ロータの回転位置、回転角速度を算出するものである。
【００７６】
前記微分器１３は角速度を微分して角加速度を算出するものである。
【００７７】
前記基本波成分抽出部１４は角加速度の基本波成分を抽出するものである。したがって、基本波成分抽出部１４の出力としては、圧縮機６の負荷変動が電動機１回転に１度の場合には電動機回転数と同じ周波数の角加速度変動が、１回転に２度の場合には電動機回転数の倍の周波数の角加速度変動が抽出出力される。
【００７８】
前記振幅調整部１５は、角加速度の基本波成分を増幅し出力するものである。ここで、振幅調整部１５においては、通常基本波成分の振幅を積分するなどにより増幅度（ゲイン）を無限大に設定してある。そして、調整指令が供給されたことに応答して、例えば、積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行ってゲインを下げるようにしている。
【００７９】
前記ピーク電圧制御部１８は、電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧がインバータの最大出力電圧または最大変調率を基準として予め設定された値を超えそうになると（具体的には、例えば、この値よりも僅かに小さい値を超えた場合に）、振幅調整部１５に対して振幅を抑制すべきことを指示する調整指令を出力する。
【００８０】
ただし、ピーク電圧制御部１８に代えて、インバータ４の出力電圧値あるいは電圧指令値を検出し、この検出値に基づいて、インバータ４の出力電圧値あるいは電圧指令値が所定の値を超えないように、調整指令を振幅調整部１５に供給するものを採用することが可能である。
【００８１】
図２に示す各部波形を参照してさらに説明する。なお、図２中（Ａ）は１シリンダ圧縮機の軸トルクを、図２中（Ｂ）は平均トルクで駆動した場合の電動機角速度を、図２中（Ｃ）は電動機角加速度を、図２中（Ｄ）は図１の制御を行った場合の電動機出力トルクを、それぞれ示している。また、これらの図において、横軸は、ロータの回転角度（機械角）である。さらに、振幅調整部１５のゲインが無限大の場合を説明している。
【００８２】
平均トルク｛図２中（Ａ）（Ｄ）の波線参照｝で駆動した場合、平均トルクよりも圧縮機の軸トルクが大きな場合には減速し、逆に圧縮機の軸トルクが小さな場合には加速する。このため角加速度はおおむね圧縮トルクを上下逆にしたような形になり、角加速度の基本波成分は図２中（Ｃ）に示したようになる。そこで、電動機の出力トルクを角加速度の基本波成分と逆相になるように変動させることによって、速度変動の基本波成分を削減できる。ここで、図２中（Ｄ）に破線で示したように電動機出力トルクとして速度変動の基本波成分を打ち消すのに十分な振幅が得られていない場合には、角加速度の基本波成分が依然として残るため振幅調整部において更に大きな振幅が出力されるように調整され、角加速度の基本波成分が０になる振幅で安定化する。
【００８３】
また，何らかの遅れなどによって出力トルクの位相と角加速度の位相が若干ずれている場合においても、圧縮機軸トルクと電動機出力トルクとの残差トルクによる角加速度の基本波成分を検出し、これを打ち消すように制御されるので，最終的には角加速度の基本波成分は０に制御される。
【００８４】
このような制御により、速度変動の基本波成分を削減できることから振動を効果的に削減できる。
【００８５】
図１の実施形態においては電流指令に基本波成分を重畳しているが、前述したように若干の位相ずれなどはフィードバック制御により無視できるため、電流制御を持たない制御などでは電圧指令に直接基本波成分を重畳することも可能である。また、内部的にトルク指令を持つ制御の場合にはトルク指令に基本波成分を重畳することが有効であることは言うまでもない。
【００８６】
この制御によれば基本波成分のみを削減するため制御遅れ等の影響を受けにくく、従来知られている繰り返し制御などに比して安定な制御が実現可能である。また、圧縮機等を駆動する場合には基本波成分の削減のみで十分な制振効果が得られる。
【００８７】
さらに、上記の説明では基本波成分のみを対象にしたが、基本波成分に加えて２次など高次の角加速度成分を抽出し、トルク変動を打ち消すように制御してもよいことは明らかである。しかし、この場合には、制御が複雑になること、発散の可能性が高まることというデメリットを有する反面、制振性はさほど高まらないことから、要求仕様とのトレードオフで制御対象とすべき高次成分を選択する必要がある。
【００８８】
しかし、図１の実施形態では、ピーク電圧制御部１８からの調整指令により振幅調整部１５のゲインを下げることができるようにしているので、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、インバータ４が出力可能な電圧の範囲で回転速度変動を抑制でき、従来のように、電圧指令がインバータの最大出力電圧または最大変調率を超え、制御が発散するというような不都合を生じさせることなく、電動機５を駆動することができる。
【００８９】
図３は位置検出部の一例を示すブロック図であり、３相分の検出電圧を入力として２相電圧に変換する第１変換部１２１と、３相分の検出電流を入力として２相電流に変換する第２変換部１２２と、巻線抵抗Ｒによる電圧降下を算出する電圧降下算出部１２３と、２相電圧から算出された電圧降下を減算する第１減算部１２４と、第１減算部１２４による減算結果を積分する積分部１２５と、ｑ軸インダクタンスＬｑによる磁束を算出する磁束算出部１２６と、積分結果から算出された磁束を減算する第２減算部１２７と、第２減算部１２７による減算結果からロータ位置を算出するロータ位置算出部１２８と、ロータ位置を微分して角速度を算出する微分部１２９とを有している。
【００９０】
ただし、他の構成の位置検出部を採用することも可能である。
【００９１】
図４はこの発明の電動機制御装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【００９２】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、電流検出部１１ｂに代えて、インバータ４の入力電流を検出する電流検出部１１ｃを採用した点、ピーク電圧制御部１８に代えて、インバータ４の入力電流を入力として調整指令を生成し、振幅調整部１５に供給するマイナス電流制御部１９を採用した点のみである。
【００９３】
インバータ４の入力電流は殆ど図４中実線矢印の方向に流れる（プラス電流が流れる）が、電動機５の力率が悪い場合や、トルク変動量が大きい場合には破線矢印の方向にも電流が流れる（マイナス電流が流れる）ことがある。したがって、電流検出部１１ｃは、プラス電流のみならず、マイナス電流をも検出可能でなければならない。しかし、プラス電流とマイナス電流との検出範囲を同じように設定してしまうと、マイナス電流の検出範囲が必要以上に広くなり、検出精度が悪化してしまう。そこで、マイナス電流の検出範囲をプラス側より狭くすることで、検出範囲を狭くし、検出精度を向上させることができる。しかし、トルク変動量が大きい場合にはマイナス電流の検出範囲を逸脱し、電流を検出できない状態が発生することで、制御が発散し、電動機５が停止してしまうという不都合が発生する可能性がある。そこで、マイナス電流制御部１９を設け、そのマイナス電流制御部１９において、マイナス電流値またはマイナス電流のピーク値を検出し、マイナス電流値またはマイナス電流のピーク値が電流検出可能範囲に対して予め設定された値を超えそうになると（具体的には、例えば、この値よりも僅かに絶対値が小さい値を超えた場合に）、振幅調整部１５に振幅を抑制する指令を出力する。振幅調整部１５はこの指令を受けると、それまで角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、積分値からある一定の割合の値を除去するなどすることにより、ゲインを下げる処理を行う。
【００９４】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、電流検出が可能な範囲で回転速度変動を抑制でき、従来のように、電流検出範囲を逸脱して制御が発散し、電動機停止に至ることもなく電動機５を駆動でき、電流検出精度も向上させることができる。
【００９５】
図５はこの発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【００９６】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、ピーク電圧制御部１８を省略し、負荷トルク推定部２０を設けた点のみである。
【００９７】
この負荷トルク推定部２０は、例えば、平均電流指令を入力として負荷トルクを推定し、推定した負荷トルクが所定の値より小さくなったことに応答して、振幅を０にすべきことを指示する指令を振幅調整部１５に供給するものである。ただし、平均電流指令以外の値から負荷トルクを推定するようにしてもよいことはもちろんである。
【００９８】
振幅調整部１５はこの指令を受けたことに応答して、それまでは角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、出力が０になるまで積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行うことにより、ゲインを下げる処理を行う。
【００９９】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、負荷が軽い為、振動に関しては問題はなく、効率は向上する。特に低速の場合には、デッドタイムの影響を受けて、トルク変動が大きい場合には電流制御やセンサレスの位置検出などが不安定になるが、振幅調整部１５の出力を０にすることで、電流制御やセンサレスの位置検出などの安定性を向上させることができる。
【０１００】
図６はこの発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【０１０１】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、整流回路２と平滑用コンデンサ３との間にコンバータ（昇圧回路）７を設けた点、インバータ４の直流部の電圧を検出する直流電圧検出部１１ｄをさらに設けた点、ピーク電圧制御部１８の出力および直流電圧検出部１１ｄの出力を入力としてコンバータ７に対する制御指令を出力する直流電圧制御部２１をさらに設けた点のみである。
【０１０２】
この実施形態を採用した場合には、図１の実施態様と同様に、ピーク電圧制御部１８により電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧が直流電圧より決まるインバータの最大出力電圧または最大変調率に対して予め設定された値を超えそうになると、振幅調整部１５に振幅を抑制することを指示する指令を供給する。振幅調整部１５はこの指令を受けると、それまで角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行って、ゲインを下げる処理を行う。
【０１０３】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、直流電圧により決まる、インバータが出力可能な電圧の範囲で回転速度変動を抑制することができ、従来のように、電圧指令がインバータの最大出力電圧または最大変調率を超え、制御が発散するという不都合を生じさせることなく、電動機５を駆動することができる。
【０１０４】
さらに、直流電圧制御部２１により制御されている直流電圧が、回転速度変動を十分抑制するのに必要な電圧より低い場合でも、問題なく、電動機５を駆動することができる。さらに、直流電圧をまだ十分上げられる場合について、直流電圧制御の制御応答がゆっくりで、直流電圧が一時的に不足するような状態であっても、問題なく電動機５を駆動することができる。したがって、目標とする振動、効率といった種々の要素から、直流電圧を自由に決めることが可能である。
【０１０５】
さらに、次のような制御を行うことも可能である。ピーク電圧制御部１８で電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧が直流電圧より決まるインバータ４の最大出力電圧または最大変調率に対して予め設定された値を超えそうになると、直流電圧制御部２１に直流電圧を上げる指令を出力し、そうでない場合には、直流電圧を下げる指令を出力し、この指令をうけて、直流電圧制御部２１にて直流電圧を制御することにより、ぎりぎりまで直流電圧を下げて、回転速度変動を十分抑制することができる。この場合、昇圧比を可能な限り落とすことで、コンバータ効率を向上させることができる。そして、直流電圧が低いのでインバータ４、電動機５の効率を向上するさせることができ、インバータのパルス幅を広げることができるので、センサレスの位置検出や電流制御へのデッドタイムの影響を減少させることができる。
【０１０６】
なお、以上の各実施形態はハードウエアにより実施されるものとして説明したが、ソフトウエアにより実施できることはもちろんである。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、負荷が軽い時の安定性を向上させることができるとともに、効率を向上させることができるという特有の効果を奏する。
【０１１６】
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【０１２７】
請求項３の発明は、負荷が軽い時の安定性を向上させることができるとともに、効率を向上させることができるという特有の効果を奏する。
【０１２８】
請求項４の発明は、請求項３と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電動機制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】各部波形を示す図である。
【図３】位置検出部の一例を示すブロック図である。
【図４】この発明の電動機制御装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】この発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】この発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ インバータ ５ 電動機
６ 圧縮機 ７ コンバータ
１１ｃ 電流検出部 １５ 振幅調整部
１８ ピーク電圧制御部 １９ マイナス電流制御部
２０ 負荷トルク推定部 ２１ 直流電圧制御部
【発明の属する技術分野】
この発明は、周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するようにインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御する電動機制御方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機には、大別して１シンリンダ圧縮機と２シンリンダ圧縮機とがある。これらのうち、１シンリンダ圧縮機は部品点数が少なく、低コストであるという利点を有している反面、１シリンダ圧縮機は負荷トルク変動が大きいので、振動が大きく、安定に動作させるのは困難であるという不都合がある。
【０００３】
したがって、１シリンダ圧縮機をできるだけ低振動に、できるだけ高効率に、かつ安定に動作させることが望まれているとともに、インバータの性能をフルに発揮できる構成とし、インバータをできるだけ低コストにすることが望まれている。
【０００４】
これらを考慮して、従来から、効率の低下を所定値以下に抑制し、振動が実用上問題にならない範囲内で、可能な限り大きな速度変動値になるようトルク制御を行うこと、具体的には、速度変動値が所定値より小さくなった時にはトルク制御を弱めることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、速度が大きくなるにつれてトルク脈動補正量を低下させ、また、インバータに流れる電流リプルのピーク値に応じてトルク脈動補正量を調整することが提案されている（特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１７４４８８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１１９９８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御する電動機制御方法（以下、トルク制御と称する）を高速時に行い、回転速度変動を十分抑制しようとすると、インバータで出力可能な電圧以上の指令電圧となり、出力電圧が飽和するため、電流制御が不安定となり、またトルク制御が発散し、電流制御が追従しなくなり、電動機が停止するという問題がある。
【０００９】
また、負荷が軽く、かつ低速の時には、電動機駆動に必要な電圧が低いので、インバータのＰＷＭ駆動を行った場合、パルス幅が短くなり、デッドタイムの影響が大きくなる。さらに、この時にトルク制御を行うと、パルス幅がさらに短くなる状態が発生し、電動機の位置センサレス制御、電流制御が不安定となる可能性がある。
【００１０】
さらに、負荷が軽い時には、音、振動が問題とならず、トルク制御を行う必要がない場合もあるが、トルク制御を行い続けるとかえって効率を悪化させてしまう。
【００１１】
さらに、トルク制御を十分に行うと、インバータ直流部に流れるマイナス電流が大きくなる為、インバータ直流部に流れる電流を検出し、そのマイナス電流の検出可能範囲が十分でない場合は、マイナス側の電流検出可能範囲をオーバーし、電流を検出できない状態が発生することで、電流制御が不安定となり、またトルク制御が発散し、モータ停止するという問題があった。
【００１２】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、インバータの出力電圧に応じてトルク制御出力を調整することができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第１の目的とし、電流センサの検出限界を超えないようにトルク制御出力を調整することができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第２の目的とし、負荷が軽いときにはトルク制御をオフすることができる電動機制御方法およびその装置を提供することを第３の目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電動機制御方法は、周期性負荷を駆動する電動機の前記周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御するに当たって、負荷を検出し、あるいは推定し、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機（５）の回転速度変動を抑制しない方法である。
【００２２】
請求項２の電動機制御方法は、平均電流により負荷を検出し、あるいは推定する方法である。
【００３３】
請求項３の電動機制御装置は、周期性負荷を駆動する電動機の回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータから電動機に印加する電圧または電流を制御するものにおいて、
負荷を検出し、あるいは推定する負荷検出手段と、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機の回転速度変動を抑制しないインバータ制御手段とを含むものである。
【００３４】
請求項４の電動機制御装置は、前記負荷検出手段として、平均電流により負荷を検出し、あるいは推定するものを採用するものである。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の電動機制御方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００７０】
図１はこの発明の電動機制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００７１】
この電動機制御装置は、交流電源１をコンバータ２に供給して直流電源を得、平滑用コンデンサ３で平滑化し、インバータ４により交流電源化して電動機５に供給している。そして、この電動機（モータ）５により圧縮機６を駆動するようにしている。
【００７２】
また、電動機５に供給される電圧、および電流を電圧検出部１１ａ、電流検出部１１ｂにより検出し、位置検出部１２に供給する。この位置検出部１２から出力される角速度を微分器１３に供給して角加速度を出力し、基本波成分抽出部１４によって角加速度の基本波成分を抽出し、振幅調整部１５に供給する。そして、減算部１６によって、平均電流指令から振幅調整部１５の出力を減算し、この減算結果、電流検出値、および位置検出部１２からのロータ位置を電流制御部１７に供給して電流制御演算を行い、電圧指令をインバータ４に供給する。また、この電圧指令をピーク電圧制御部１８に供給し、ピーク電圧制御部１８からの出力を調整指令として振幅調整部１５に供給する。
【００７３】
前記圧縮機６は、１回転に１回または２回程度の周期負荷変動を有するものである。
【００７４】
前記電動機５としては、種々の構成の電動機を採用することが可能である。
【００７５】
前記位置検出部１２は、電動機５の電圧・電流および磁石磁束やｄ軸及びｑ軸インダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）等の機器定数を用いて、ロータの回転位置、回転角速度を算出するものである。
【００７６】
前記微分器１３は角速度を微分して角加速度を算出するものである。
【００７７】
前記基本波成分抽出部１４は角加速度の基本波成分を抽出するものである。したがって、基本波成分抽出部１４の出力としては、圧縮機６の負荷変動が電動機１回転に１度の場合には電動機回転数と同じ周波数の角加速度変動が、１回転に２度の場合には電動機回転数の倍の周波数の角加速度変動が抽出出力される。
【００７８】
前記振幅調整部１５は、角加速度の基本波成分を増幅し出力するものである。ここで、振幅調整部１５においては、通常基本波成分の振幅を積分するなどにより増幅度（ゲイン）を無限大に設定してある。そして、調整指令が供給されたことに応答して、例えば、積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行ってゲインを下げるようにしている。
【００７９】
前記ピーク電圧制御部１８は、電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧がインバータの最大出力電圧または最大変調率を基準として予め設定された値を超えそうになると（具体的には、例えば、この値よりも僅かに小さい値を超えた場合に）、振幅調整部１５に対して振幅を抑制すべきことを指示する調整指令を出力する。
【００８０】
ただし、ピーク電圧制御部１８に代えて、インバータ４の出力電圧値あるいは電圧指令値を検出し、この検出値に基づいて、インバータ４の出力電圧値あるいは電圧指令値が所定の値を超えないように、調整指令を振幅調整部１５に供給するものを採用することが可能である。
【００８１】
図２に示す各部波形を参照してさらに説明する。なお、図２中（Ａ）は１シリンダ圧縮機の軸トルクを、図２中（Ｂ）は平均トルクで駆動した場合の電動機角速度を、図２中（Ｃ）は電動機角加速度を、図２中（Ｄ）は図１の制御を行った場合の電動機出力トルクを、それぞれ示している。また、これらの図において、横軸は、ロータの回転角度（機械角）である。さらに、振幅調整部１５のゲインが無限大の場合を説明している。
【００８２】
平均トルク｛図２中（Ａ）（Ｄ）の波線参照｝で駆動した場合、平均トルクよりも圧縮機の軸トルクが大きな場合には減速し、逆に圧縮機の軸トルクが小さな場合には加速する。このため角加速度はおおむね圧縮トルクを上下逆にしたような形になり、角加速度の基本波成分は図２中（Ｃ）に示したようになる。そこで、電動機の出力トルクを角加速度の基本波成分と逆相になるように変動させることによって、速度変動の基本波成分を削減できる。ここで、図２中（Ｄ）に破線で示したように電動機出力トルクとして速度変動の基本波成分を打ち消すのに十分な振幅が得られていない場合には、角加速度の基本波成分が依然として残るため振幅調整部において更に大きな振幅が出力されるように調整され、角加速度の基本波成分が０になる振幅で安定化する。
【００８３】
また，何らかの遅れなどによって出力トルクの位相と角加速度の位相が若干ずれている場合においても、圧縮機軸トルクと電動機出力トルクとの残差トルクによる角加速度の基本波成分を検出し、これを打ち消すように制御されるので，最終的には角加速度の基本波成分は０に制御される。
【００８４】
このような制御により、速度変動の基本波成分を削減できることから振動を効果的に削減できる。
【００８５】
図１の実施形態においては電流指令に基本波成分を重畳しているが、前述したように若干の位相ずれなどはフィードバック制御により無視できるため、電流制御を持たない制御などでは電圧指令に直接基本波成分を重畳することも可能である。また、内部的にトルク指令を持つ制御の場合にはトルク指令に基本波成分を重畳することが有効であることは言うまでもない。
【００８６】
この制御によれば基本波成分のみを削減するため制御遅れ等の影響を受けにくく、従来知られている繰り返し制御などに比して安定な制御が実現可能である。また、圧縮機等を駆動する場合には基本波成分の削減のみで十分な制振効果が得られる。
【００８７】
さらに、上記の説明では基本波成分のみを対象にしたが、基本波成分に加えて２次など高次の角加速度成分を抽出し、トルク変動を打ち消すように制御してもよいことは明らかである。しかし、この場合には、制御が複雑になること、発散の可能性が高まることというデメリットを有する反面、制振性はさほど高まらないことから、要求仕様とのトレードオフで制御対象とすべき高次成分を選択する必要がある。
【００８８】
しかし、図１の実施形態では、ピーク電圧制御部１８からの調整指令により振幅調整部１５のゲインを下げることができるようにしているので、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、インバータ４が出力可能な電圧の範囲で回転速度変動を抑制でき、従来のように、電圧指令がインバータの最大出力電圧または最大変調率を超え、制御が発散するというような不都合を生じさせることなく、電動機５を駆動することができる。
【００８９】
図３は位置検出部の一例を示すブロック図であり、３相分の検出電圧を入力として２相電圧に変換する第１変換部１２１と、３相分の検出電流を入力として２相電流に変換する第２変換部１２２と、巻線抵抗Ｒによる電圧降下を算出する電圧降下算出部１２３と、２相電圧から算出された電圧降下を減算する第１減算部１２４と、第１減算部１２４による減算結果を積分する積分部１２５と、ｑ軸インダクタンスＬｑによる磁束を算出する磁束算出部１２６と、積分結果から算出された磁束を減算する第２減算部１２７と、第２減算部１２７による減算結果からロータ位置を算出するロータ位置算出部１２８と、ロータ位置を微分して角速度を算出する微分部１２９とを有している。
【００９０】
ただし、他の構成の位置検出部を採用することも可能である。
【００９１】
図４はこの発明の電動機制御装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【００９２】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、電流検出部１１ｂに代えて、インバータ４の入力電流を検出する電流検出部１１ｃを採用した点、ピーク電圧制御部１８に代えて、インバータ４の入力電流を入力として調整指令を生成し、振幅調整部１５に供給するマイナス電流制御部１９を採用した点のみである。
【００９３】
インバータ４の入力電流は殆ど図４中実線矢印の方向に流れる（プラス電流が流れる）が、電動機５の力率が悪い場合や、トルク変動量が大きい場合には破線矢印の方向にも電流が流れる（マイナス電流が流れる）ことがある。したがって、電流検出部１１ｃは、プラス電流のみならず、マイナス電流をも検出可能でなければならない。しかし、プラス電流とマイナス電流との検出範囲を同じように設定してしまうと、マイナス電流の検出範囲が必要以上に広くなり、検出精度が悪化してしまう。そこで、マイナス電流の検出範囲をプラス側より狭くすることで、検出範囲を狭くし、検出精度を向上させることができる。しかし、トルク変動量が大きい場合にはマイナス電流の検出範囲を逸脱し、電流を検出できない状態が発生することで、制御が発散し、電動機５が停止してしまうという不都合が発生する可能性がある。そこで、マイナス電流制御部１９を設け、そのマイナス電流制御部１９において、マイナス電流値またはマイナス電流のピーク値を検出し、マイナス電流値またはマイナス電流のピーク値が電流検出可能範囲に対して予め設定された値を超えそうになると（具体的には、例えば、この値よりも僅かに絶対値が小さい値を超えた場合に）、振幅調整部１５に振幅を抑制する指令を出力する。振幅調整部１５はこの指令を受けると、それまで角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、積分値からある一定の割合の値を除去するなどすることにより、ゲインを下げる処理を行う。
【００９４】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、電流検出が可能な範囲で回転速度変動を抑制でき、従来のように、電流検出範囲を逸脱して制御が発散し、電動機停止に至ることもなく電動機５を駆動でき、電流検出精度も向上させることができる。
【００９５】
図５はこの発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【００９６】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、ピーク電圧制御部１８を省略し、負荷トルク推定部２０を設けた点のみである。
【００９７】
この負荷トルク推定部２０は、例えば、平均電流指令を入力として負荷トルクを推定し、推定した負荷トルクが所定の値より小さくなったことに応答して、振幅を０にすべきことを指示する指令を振幅調整部１５に供給するものである。ただし、平均電流指令以外の値から負荷トルクを推定するようにしてもよいことはもちろんである。
【００９８】
振幅調整部１５はこの指令を受けたことに応答して、それまでは角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、出力が０になるまで積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行うことにより、ゲインを下げる処理を行う。
【００９９】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、負荷が軽い為、振動に関しては問題はなく、効率は向上する。特に低速の場合には、デッドタイムの影響を受けて、トルク変動が大きい場合には電流制御やセンサレスの位置検出などが不安定になるが、振幅調整部１５の出力を０にすることで、電流制御やセンサレスの位置検出などの安定性を向上させることができる。
【０１００】
図６はこの発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【０１０１】
この電動機制御装置が図１の電動機制御装置と異なる点は、整流回路２と平滑用コンデンサ３との間にコンバータ（昇圧回路）７を設けた点、インバータ４の直流部の電圧を検出する直流電圧検出部１１ｄをさらに設けた点、ピーク電圧制御部１８の出力および直流電圧検出部１１ｄの出力を入力としてコンバータ７に対する制御指令を出力する直流電圧制御部２１をさらに設けた点のみである。
【０１０２】
この実施形態を採用した場合には、図１の実施態様と同様に、ピーク電圧制御部１８により電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧が直流電圧より決まるインバータの最大出力電圧または最大変調率に対して予め設定された値を超えそうになると、振幅調整部１５に振幅を抑制することを指示する指令を供給する。振幅調整部１５はこの指令を受けると、それまで角加速度の基本波成分が０になるように積分などで無限大のゲインを実現していたところを、積分値からある一定の割合の値を除去するなどの処理を行って、ゲインを下げる処理を行う。
【０１０３】
したがって、角加速度の基本波成分は０にはならなくなるが、直流電圧により決まる、インバータが出力可能な電圧の範囲で回転速度変動を抑制することができ、従来のように、電圧指令がインバータの最大出力電圧または最大変調率を超え、制御が発散するという不都合を生じさせることなく、電動機５を駆動することができる。
【０１０４】
さらに、直流電圧制御部２１により制御されている直流電圧が、回転速度変動を十分抑制するのに必要な電圧より低い場合でも、問題なく、電動機５を駆動することができる。さらに、直流電圧をまだ十分上げられる場合について、直流電圧制御の制御応答がゆっくりで、直流電圧が一時的に不足するような状態であっても、問題なく電動機５を駆動することができる。したがって、目標とする振動、効率といった種々の要素から、直流電圧を自由に決めることが可能である。
【０１０５】
さらに、次のような制御を行うことも可能である。ピーク電圧制御部１８で電圧指令のピーク電圧を検出し、ピーク電圧が直流電圧より決まるインバータ４の最大出力電圧または最大変調率に対して予め設定された値を超えそうになると、直流電圧制御部２１に直流電圧を上げる指令を出力し、そうでない場合には、直流電圧を下げる指令を出力し、この指令をうけて、直流電圧制御部２１にて直流電圧を制御することにより、ぎりぎりまで直流電圧を下げて、回転速度変動を十分抑制することができる。この場合、昇圧比を可能な限り落とすことで、コンバータ効率を向上させることができる。そして、直流電圧が低いのでインバータ４、電動機５の効率を向上するさせることができ、インバータのパルス幅を広げることができるので、センサレスの位置検出や電流制御へのデッドタイムの影響を減少させることができる。
【０１０６】
なお、以上の各実施形態はハードウエアにより実施されるものとして説明したが、ソフトウエアにより実施できることはもちろんである。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、負荷が軽い時の安定性を向上させることができるとともに、効率を向上させることができるという特有の効果を奏する。
【０１１６】
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【０１２７】
請求項３の発明は、負荷が軽い時の安定性を向上させることができるとともに、効率を向上させることができるという特有の効果を奏する。
【０１２８】
請求項４の発明は、請求項３と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電動機制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】各部波形を示す図である。
【図３】位置検出部の一例を示すブロック図である。
【図４】この発明の電動機制御装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図５】この発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】この発明の電動機制御装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ インバータ ５ 電動機
６ 圧縮機 ７ コンバータ
１１ｃ 電流検出部 １５ 振幅調整部
１８ ピーク電圧制御部 １９ マイナス電流制御部
２０ 負荷トルク推定部 ２１ 直流電圧制御部
Claims (4)
- 周期性負荷（６）を駆動する電動機（５）の前記周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータ（４）から電動機（５）に印加する電圧または電流を制御する電動機制御方法において、
負荷を検出し、あるいは推定し、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機（５）の回転速度変動を抑制しないことを特徴とする電動機制御方法。 - 平均電流により負荷を検出し、あるいは推定する請求項１に記載の電動機制御方法。
- 周期性負荷（６）を駆動する電動機（５）の前記周期性負荷による周期的な回転速度変動を抑制するように電動機出力トルクを変動させるべくインバータ（４）から電動機（５）に印加する電圧または電流を制御する電動機制御装置において、
負荷を検出し、あるいは推定する負荷検出手段（２０）と、負荷が所定の値より小さいことに応答して、電動機（５）の回転速度変動を抑制しないインバータ制御手段（１５）とを含むことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記負荷検出手段（２０）は、平均電流により負荷を検出し、あるいは推定するものである請求項３に記載の電動機制御装置。
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