JP4412093B2 - 同期モータの位置センサレス駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期モータの駆動制御装置に関し、特に、複数相のモータコイルを備えた同期モータを、ロータ位置センサを用いることなく駆動制御するためのモータ制御装置に関する。

従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示された同期モータの駆動制御装置がある。このモータ駆動制御装置では、モータコイルに印加する印加電圧とモータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータを駆動制御するようになっている。

モータコイルへの印加電圧はインバータ回路から出力されており、高回転数時に電流位相を進め回転数限界を上昇する場合（所謂弱め界磁制御を行なう場合）には、安定化のための電圧制御が常に機能するように、インバータ回路の出力電圧が最大電圧とならないような進み位相を設定している。
特許第３２３９４２６号公報

しかしながら、上記従来技術のモータ駆動制御装置では、モータの安定回転を得るためにインバータ回路の出力電圧を最大電圧とすることができない。すなわち、出力可能電圧の上限に対し、電圧が変動した場合のマージンを確保するために出力電圧限界を抑制しなくてはならない。

本発明者らは、この直流電圧の利用率の制限に着目し、インバータ回路の安定性を向上できるロジックや、インバータ回路への入力電圧制御を適用すれば、印加電圧が出力可能電圧の上限となる飽和状態となってもモータの安定回転を得ることができ、直流電圧の利用率の向上を図ることが可能であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、インバータ回路に入力される直流電圧の利用率向上を図り、更なる効率向上を達成することが可能な同期モータの位置センサレス駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧とモータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、モータ駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
モータ（１２）への回転数指令に基づいて目標電流位相を設定する目標電流位相設定手段（１２２）と、
目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差と、目標電流位相設定手段（１２２）が設定した目標電流位相とに基づいて、印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流位相と目標電流位相との電流位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、
位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を、目標電流位相にフィードバックすることを特徴としている。

これによると、電流位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を目標電流位相にフィードバックすることで、モータ一回転中の速度変動を修正し、モータ回転を安定化することができる。このようなロジックを採用することで、印加電圧が飽和状態であってもモータの安定回転を得ることができる。したがって、インバータ回路に入力される直流電圧の利用率向上を図ることが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、位相差設定手段（１２１）は、前記モータ（１２）への回転数指令、および負荷情報に基づいて目標位相差を設定することを特徴としている。

これによると、目標位相差の設定にモータ回転数指令を反映することで、モータの駆動状態を最適値に制御することが可能である。

また、請求項３に記載の発明のように、印加電圧設定手段（１２５、１２６）は、電流位相偏差をローパス処理した値が所定値となるように印加電圧振幅を制御することで、速やかに効率のよい駆動状態に到達することができる。

また、請求項４に記載の発明では、
位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧とモータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、モータ駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
モータ（１２）への回転数指令に基づいて目標電流位相を設定する目標電流位相設定手段（１２２）と、
目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差と、目標電流位相設定手段（１２２）が設定した目標電流位相とに基づいて、印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流位相と目標電流位相との電流位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、 位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差を、モータ（１２）に給電するためのインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いることを特徴としている。

これによると、電流位相偏差を用いてインバータ回路（１６）に入力する直流電圧の制御することで、印加電圧が飽和状態となった後もモータの安定回転を得ることができる。したがって、インバータ回路に入力される直流電圧の利用率向上を図ることが可能である。

また、電流位相偏差をインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いる場合には、直接直流電圧制御に用いる場合だけでなく、請求項５に記載の発明のように、位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差に基づいて、直流電圧制御に用いられる信号を補正することもできる。

また、請求項６に記載の発明のように、位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差が閾値を超えた場合に、直流電圧を上昇するように制御することで、印加電圧が飽和状態となった後もモータの安定回転を得ることができる。

また、電流位相偏差の閾値は、請求項７に記載の発明のように、回転数指令により変更したり、請求項８に記載の発明のように、負荷情報により変更したり、請求項９に記載の発明のように、目標位相差により変更したりすることができる。

これらのいずれかによると、モータの特性に合わせて最適値を調整することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、
位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧とモータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、モータ駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差に基づいて、印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流と印加電圧との検出位相差と、目標位相差との位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、 位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を、基準位相にフィードバックすることを特徴としている。

これによると、検出位相差と目標位相差の位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を基準位相にフィードバックすることで、モータ一回転中の速度変動を修正し、モータ回転を安定化することができる。このようなロジックを採用することで、印加電圧が飽和状態であってもモータの安定回転を得ることができる。したがって、インバータ回路に入力される直流電圧の利用率向上を図ることが可能である。

また、請求項１１に記載の発明では、目標位相差設定手段（１２１）は、モータ（１２）への回転数指令、および負荷情報に基づいて目標位相差を設定することを特徴としている。

これによると、目標位相差の設定にモータ回転数指令を反映することで、モータの駆動状態を最適値に制御することが可能である。

また、請求項１２に記載の発明のように、印加電圧設定手段（１２５、１２６）は、位相偏差をローパス処理した値が所定値となるように印加電圧振幅を制御することで、速やかに効率のよい駆動状態に到達することができる。

また、請求項１３に記載の発明では、負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報が所定値を超えた場合には、回転数指令、もしくは回転数指令に基づく基準位相の更新を制限することを特徴としている。

これによると、モータへの電圧印加を行なう回路の許容条件を外れそうな場合には、制御の更新を制限することが可能である。

また、請求項１４に記載の発明では、
位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧とモータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、モータ駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差に基づいて、印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流と印加電圧との検出位相差と、目標位相差との位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、 位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差を、モータ（１２）に給電するためのインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いることを特徴としている。

これによると、検出位相差と目標位相差との位相偏差を用いてインバータ回路（１６）に入力する直流電圧の制御することで、印加電圧が飽和状態となった後もモータの安定回転を得ることができる。したがって、インバータ回路に入力される直流電圧の利用率向上を図ることが可能である。

また、位相偏差をインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いる場合には、直接直流電圧制御に用いる場合だけでなく、請求項１５に記載の発明のように、位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差に基づいて、直流電圧制御に用いられる信号を補正することもできる。

また、請求項１６に記載の発明のように、位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差が閾値を超えた場合には、直流電圧を上昇するように制御することで、印加電圧が飽和状態となった後もモータの安定回転を得ることができる。

また、位相偏差の閾値は、請求項１７に記載の発明のように、回転数指令により変更したり、請求項１８に記載の発明のように、負荷情報により変更したり、請求項１９に記載の発明のように、目標位相差により変更したりすることができる。

これらのいずれかによると、モータ（１２）の特性に合わせて最適値を調整することができる。

また、請求項２０に記載の発明では、モータ（１２）が運転する負荷（１１）は、ヒートポンプサイクル（１）中に循環する冷媒を圧縮する圧縮機構（１１）であることを特徴としている。

内部を圧縮機構に吸入される冷媒が流れるモータ（１２）の場合には、モータ（１２）の駆動状態により吸入冷媒温度が変化する。したがって、直流電圧の利用率向上に伴うモータ（１２）の高効率化により冷媒加熱を抑制し、所望の吸入冷媒温度を得ることが可能である効果は大きい。

また、請求項２１に記載の発明では、冷媒は、二酸化炭素であり、圧縮機構（１１）は、冷媒の圧力が臨界圧以上になるように圧縮することを特徴としている。

圧縮機構（１１）において二酸化炭素冷媒を臨界圧以上に圧縮するヒートポンプサイクル（１）では、高圧側の圧力が非常に高いので、冷媒の温度管理が極めて重要である。したがって、本発明によりモータ（１２）を高効率化し所望の冷媒温度が得られる効果は極めて大きい。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態は、本発明に係るモータ駆動制御装置を、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプサイクル１中の電動圧縮機１０の制御装置として適用したものであり、図１は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の概略要部構成を示す模式図である。また、図２は、本実施形態における同期モータの位置センサレス駆動制御装置である電動圧縮機１０の同期モータ１２のモータ駆動制御部１２０概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ヒートポンプサイクル１は、圧縮機１０、給湯用熱交換器（水冷媒熱交換器）２０、エジェクタ（減圧手段）３０、アキュムレータ４０、室外熱交換器（熱源用熱交換器）５０、内部熱交換器６０、およびこれらを環状に接続する冷媒配管７０で構成されている。

圧縮機１０は、内蔵する同期モータ１２（図２参照）によって圧縮機構１１（図２参照）が運転されて、気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する電動コンプレッサである。

給湯用熱交換器２０は、圧縮機１０の吐出口より吐出された高温高圧の冷媒によって水を湯に昇温させる水−冷媒熱交換器であり、冷媒が流通する冷媒通路部と水が流通する水通路部とにより構成されている。給湯用熱交換器２０の冷媒通路部は冷媒流路管により構成され、冷媒通路部が水通路部の表面に熱交換可能に密着するように配置された熱交換構造となっている。

給湯用熱交換器２０の水通路部は、給水を流通する給水通路（流水路）８０の一部を構成しており、ポンプ９０の作動により給水通路８０内を流れる水を、給湯用熱交換器２０内で高温高圧冷媒との熱交換によって給湯用の高温の湯とするようになっている。

室外熱交換器（蒸発器）５０は、外気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより外気から吸熱するための熱交換器である。また、エジェクタ３０は給湯用熱交換器２０から流出する冷媒を減圧膨張させて室外熱交換器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。

ここで、エジェクタ３０は、給湯用熱交換器２０から流出した高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を略等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部と、ノズル部から噴射する高い速度の冷媒流により室外熱交換器５０にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル部から噴射する冷媒流と混合する混合部、およびノズル部から噴射する冷媒と室外熱交換器５０から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ等の昇圧部からなるものである。

エジェクタ３０のノズル部は、ノズル開度を調節するための図示しないニードル弁を有しており、ニードル弁は図示しないステッピングモータの作動によりノズル部の軸線方向に駆動するようになっている。

また、アキュムレータ４０は、エジェクタ３０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離器であり、分離された気相冷媒は内部熱交換器６０を介して圧縮機１０に吸引され、分離された液相冷媒は室外熱交換器５０側に吸引されるようになっている。

内部熱交換器６０は、アキュムレータ４０から導出され室外熱交換器５０の一部において外気と熱交換した低圧気相冷媒と、エジェクタ３０にて減圧される前の高圧側の冷媒とを熱交換する熱交換器であり、この内部熱交換器６０により室外熱交換器５０入口側での冷媒のエンタルピを低下させて、超臨界ヒートポンプサイクル１の能力を向上させている。

また、ヒートポンプサイクル１には、圧縮機１０の吐出側と室外熱交換器５０の上流側とを連通する連通配管７８と、この連通配管７８の経路を開閉する電磁弁７９が設けられている。この連通配管７８は除霜用の冷媒配管であって、電磁弁７９が開弁すると、連通配管７８を介して高温冷媒が室外熱交換器５０に導入され、室外熱交換器５０の除霜を行なうことができるようになっている。

図１に示すように、冷媒配管７０には、圧縮機１０の吐出冷媒温度を検出する吐出温サーミスタ７１、給湯用熱交換器２０下流側の冷媒温度を検出する冷媒出口サーミスタ７２、室外熱交換器５０上流側の冷媒温度を検出するエバ入口サーミスタ７３、室外熱交換器５０下流側の冷媒温度を検出するフロストサーミスタ７４、およびエジェクタ３０上流側においてヒートポンプサイクル１の高圧側冷媒圧力を検出する圧力センサ７５が設けられている。

また、室外熱交換器５０の空気流れ上流側面には、電動ファン５１の作動により室外熱交換器５０を通過する前の外気の温度を検出する外気サーミスタ５２が設けられている。

一方、給水通路８０には、給湯用熱交換器２０上流側の水温を検出する給水サーミスタ８１、および給湯用熱交換器２０下流側の水温を検出する給湯サーミスタ８２が設けられている。

上記各サーミスタ５２、７１〜７４、８１、８２から温度情報、および圧力センサ７５からの圧力情報は、制御ユニット１００に入力される。そして、この制御ユニット１００は、上記各情報および図示しない操作手段や検出手段からの入力信号に基づいて、圧縮機１０、エジェクタ３０、電動ファン５１、電磁弁７９、ポンプ９０等を作動制御するようになっている。

図２に示すように、圧縮機１０は、同期モータ１２により負荷としての圧縮機構１１を回転運動させ、冷媒を圧縮して吐出するものであり、本実施形態の同期モータ１２は、磁石を埋設したロータを回転駆動する４極３相コイルを有する同期モータである。

外部電源１９からの交流電圧が入力線１３を介してＡＣ／ＤＣコンバータ回路１４に入力され、直流電圧に変換されて母線１５を介してインバータ回路１６に入力される。インバータ回路１６は、後述する制御ユニット１００のモータ制御部１２０からの信号に基づいて同期モータ１２のステータコイルの各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）に電圧を印加し、ロータが回転駆動される。

制御ユニット１００は、共通のマイコン内に、ヒートポンプサイクル１を含むヒートポンプ式給湯装置本体部を制御するための給湯器制御部１１０と、本実施形態における同期モータの位置センサレス駆動制御装置としてのモータ制御部１２０とを備えている。

モータ制御部１２０は、本実施形態における目標位相差設定手段としての目標位相差制御部１２１、目標電流位相設定手段としての目標位相制御部１２２、位相偏差検出手段としての位相偏差検出部１２３、負荷情報検出手段としての電流振幅情報検出部１２４、印加電圧設定手段としての電圧振幅制御部１２５およびモータ印加電圧波形生成部１２６を備えている。

電流振幅情報検出部１２４では、配線１７の１相もしくは複数相（本例では１相）における検出電流から電流振幅情報をＲＯＭに格納した演算式もしくはマップ（本例では演算式）に基づいて負荷情報として検出する。

目標位相差制御部１２１では、上位制御部である給湯器制御部１１０からの回転数指令と電流振幅情報検出部１２４からの負荷情報に基づいて、ＲＯＭに格納したマップもしくは演算式（本例ではマップ）により、同期モータ１２の駆動制御におけるコイルへの印加電圧とモータコイル電流との目標位相差が設定される。

また、目標位相制御部１２２では、給湯器制御部１１０からの回転数指令に応じて目標電流位相が更新される。そして、位相偏差検出部１２３では、目標位相制御部１２２で更新された目標電流位相と、配線１７において検出した検出電流位相とから位相偏差を検出する。

電圧振幅制御部１２５では、給湯器制御部１１０からの回転数指令に基づいて基底電圧振幅を設定するとともに、位相偏差検出部１２３で検出された位相偏差に基づいて印加電圧振幅を制御する。

位相偏差検出部１２３と電圧振幅制御部１２５との間には、ローパスフィルタ１２８が設けられている。そして、電圧振幅制御部１２５には、位相偏差検出部１２３で検出された電流位相偏差をローパス処理した値が入力され、電圧振幅制御部１２５では、電流位相偏差をローパス処理した値が所定値になるように印加電圧振幅を制御する。

また、ローパスフィルタ１２８前後の値の差に適切なゲインを乗じて、目標電流位相にフィードバックするようになっている。

モータ印加電圧波形生成部１２６では、目標位相差制御部１２１において設定された目標位相差、目標位相制御部１２２において更新された目標電流位相、および電圧振幅制御部１２５において設定された印加電圧振幅から、モータ１２への印加電圧波形情報を生成し、前述のインバータ回路１６に出力する。

図２に示すように、位相偏差検出部１２３と電圧振幅制御部１２５の間に、ローパスフィルタ１２８を設けるとともに、ローパスフィルタ１２８前後の値の差に、適切なゲインを掛けて目標電流位相にフィードバックすることで、一回転中の位相変動（速度変動）を修正し、安定化をはかっている。

これは、簡易的な微分制御に相当するものであり、ローパス処理前後の値の差を位相偏差の微分値に置き換えることも可能である。

これにより、例えば図３（ａ）に示すように、回転数５０００ｒｐｍ、負荷トルク４Ｎ・ｍ以上のように直流電圧が不足したときには、図３（ｂ）に示すように、ローパス後の位相偏差が所定値（ここでは０）に収束することができなくなり、目標の位相に対して誤差が生じる。

この誤差をそのまま目標電流位相にフィードバックすると、急激な位相変動が生じて制御が不安定になるが、ローパスフィルタ１２８前後の値の差に適切なゲインを掛けて目標電流位相にフィードバックすることで、一回転中の位相変動分だけを修正するため、位相変動は穏やかで、安定性は損なわれない。さらに、過変調（直流電圧以上の印加電圧振幅）により、電圧波形、電流波形が歪んでも、電圧振幅制御部において設定される印加電圧振幅の変動は穏やかで、安定性は損なわれない。

また、結果として位相偏差のローパス分が残った状態となるが、これは位相進みの状態を作り出すことになり、パッシブな弱め界磁制御を実現することができる。

このように、弱め界磁をパッシブな制御とすることで、モータ印加電圧の変動が抑制されて、直流電圧が不足する前に位相を進める弱め界磁制御（アクティブな制御）で必要となるマージンはなくなり、直流電圧を１００％利用することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図４ないし図６に基づいて説明する。

本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、位相偏差のローパス処理後の値に基づいてインバータ回路に入力される直流電圧を制御する点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態のモータ制御部１２０は昇圧パルス制御部１２９を備え、ローパスフィルタ１２８を通過した位相偏差のローパス分として残った値を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の昇圧チョッパ回路に昇圧パルスを出力する昇圧パルス制御部１２９に入力して利用するようになっている。

弱め界磁は、ある程度までは、急激な電流増加や効率低下を伴わないため、積極的に利用することは有効であるが、度を越すと、電流増加により、効率が低下する。

そこで、本実施形態の昇圧パルス制御部１２９では、図５に示すフローにしたがって、目標電圧（インバータ回路１６に入力する直流電圧の目標値）を制御するようになっている。

図５に示すように、まず、入力された位相偏差Δξが所定値ｂより大きいか否か判断する（ステップＳ１００）。なお、このとき、位相偏差Δξがｂより小さい値であるａより大きいか否かも判断する。ａは制御時のハンチング防止を目的としたヒステリシス形成のために設定された値である。所定値ｂが本実施形態における位相偏差の閾値である。

ステップＳ１００において、位相偏差Δξがａ以上ｂ未満の場合には、目標電圧を前回値のままとする（ステップＳ１２０）。また、位相偏差Δξがｂ以上の場合には、目標電圧を前回値に対し１レベル（ここではα）上昇させる（ステップＳ１３０）。また、位相偏差Δξがａ未満の場合には、目標電圧を前回値に対し１レベル（ここではα）下降させる（ステップＳ１１０）。

そして、次に、設定した目標電圧が基底電圧値と最大電圧制御値との間の範囲内にあるか否か判断する（ステップＳ２００）。

ステップＳ２００において、目標電圧が基底電圧値より低いと判断した場合には、目標電圧を基底電圧値とし（ステップＳ２１０）、目標電圧が最大電圧制御値より高いと判断した場合には、目標電圧を最大電圧制御値とし（ステップＳ２３０）、ステップＳ１００へリターンする。また、目標電圧が基底電圧以上かつ最大電圧制御値以下の範囲にあると判断した場合には、目標電圧は変更せずステップＳ１００へリターンする。

これにより、弱め界磁が所定値以上となったら、直流電圧の目標電圧を高くすることができ、効率低下が最小限になるように、例えば図６に示すように、弱め界磁と直流電圧の昇圧のバランス（割合）をコントロールすることが可能となる。

図６（ａ）、（ｂ）は、回転数を上げていった場合の、モータ電圧と、位相偏差すなわち弱め界磁の状態を示したものである。ここで、所定値ｂは、モータの特性に合わせて最適値を調整する。ただし、最適値が回転数、負荷、目標位相差等によって大きく変化する場合は、これらのいずれかの関数にするものであってもよい。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、電流位相偏差が所定値ｂとなるまで（効率を悪化させない範囲で）パッシブな弱め界磁制御を行ない、位相偏差が所定値を超えたら直流電圧を昇圧し、昇圧後も位相偏差に応じてパッシブな弱め界磁制御が行なわれる。このように、常に直流電圧の有効利用が可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、ローパス処理をローパスフィルタ１２８におけるフィルタ計算によって行なっていたが、これに限定されるものではない。例えば、平均計算や積分計算を採用してもかまわない。

また、ローパス処理後の値の昇圧パルス制御部１２９への入力は、直接入力に限らず、昇圧パルス制御部１２９への他の入力信号の補正を行なうことで反映されるものであってもよい。

また、昇圧パルス制御部１２９への入力は、位相偏差のローパス前の値であってもよい。この場合、入力値は昇圧パルス制御部１２９で平均化すればよい。

また、上記各実施形態では、電流位相を基準として位相差制御を行っていたが、位相の基準を電流位相から電圧位相に置き換えることも可能である。この場合、モータ印加電圧波形生成部１２６への入力は、目標電圧位相、目標位相差、印加電圧振幅となり、位相偏差検出部１２３への入力は、目標電圧位相、目標位相差、検出電流位相となる。また、位相偏差検出部１２３では位相偏差を検出していたが、位相差の偏差を検出するものであってもよい。

また、モータコイル電流の検出は、１相のみであったが、複数相について行なうものであってもよい。検出相が多いほど、制御精度を向上することができる。

また、上記各実施形態では、負荷情報を電流振幅情報としていたが、他の検出情報を採用してもかまわない。また、上位制御装置からのトルク指令を用いてもよい。

また、目標位相差制御部１２１への回転数指令入力は必ずしも必要ではない。ただし、回転数指令を入力した方が最適値への制御が容易である。

また、電圧振幅制御部１２１への回転数入力は必ずしも必要ではない。ただし、回転数指令を入力した方が応答性が良好となる。

また、制御パラメータはＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能プログラマブルＲＯＭ）に適宜格納し、モータに合わせて変更することも可能である。

また、上記各実施形態では、同期モータ１２は、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプサイクル１の圧縮機構１１を運転するモータであったが、これに限定されるものではない。冷媒が二酸化炭素以外のヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の圧縮機モータであってもよいし、負荷は圧縮機構ではなくポンプ機構等であってもよい。位置センサを用いることなく同期モータを駆動制御する場合に、本発明は広く適用して有効である。

本発明を適用した第１、第２の実施形態におけるヒートポンプ給湯装置の概略要部構成を示す模式図である。 第１の実施形態におけるモータ駆動制御部１２０概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は第１の実施形態における回転数とモータ電圧の関係を示すグラフであり、（ｂ）は第１の実施形態における回転数と位相偏差の関係を示すグラフある。 第２の実施形態におけるモータ駆動制御部１２０概略構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における昇圧パルス制御部１２９の制御動作を示すフローチャートである。 （ａ）は第２の実施形態における回転数とモータ電圧の関係を示すグラフであり、（ｂ）は第２の実施形態における回転数と位相偏差の関係を示すグラフある。

符号の説明

１ ヒートポンプサイクル
１０ 圧縮機
１１ 圧縮機構（負荷）
１２ 同期モータ
１４ ＡＣ／ＤＣコンバータ回路
１６ インバータ回路
１２０ モータ制御部（モータ駆動制御部、同期モータの位置センサレス駆動制御装置）
１２１ 目標位相差制御部（目標位相差設定手段）
１２２ 目標位相制御部（目標電流位相設定手段）
１２３ 位相偏差検出部（位相偏差検出手段）
１２４ 電流振幅情報検出部（負荷情報検出手段）
１２５ 電圧振幅制御部（印加電圧設定手段の一部）
１２６ モータ印加電圧波形生成部（印加電圧設定手段の一部）
１２８ ローパスフィルタ
１２９ 昇圧パルス制御部

Claims (21)

1. 位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧と前記モータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
   前記モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
   前記負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、前記駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
   前記モータ（１２）への回転数指令に基づいて目標電流位相を設定する目標電流位相設定手段（１２２）と、
   前記目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差と、前記目標電流位相設定手段（１２２）が設定した目標電流位相とに基づいて、前記印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
   前記モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流位相と前記目標電流位相との電流位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、
   前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を、前記目標電流位相にフィードバックすることを特徴とする同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
2. 前記目標位相差設定手段（１２１）は、前記モータ（１２）への回転数指令、および前記負荷情報に基づいて前記目標位相差を設定することを特徴とする請求項１に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
3. 前記印加電圧設定手段（１２５、１２６）は、前記電流位相偏差をローパス処理した値が所定値となるように印加電圧振幅を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
4. 位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧と前記モータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
   前記モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
   前記負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、前記駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
   前記モータ（１２）への回転数指令に基づいて目標電流位相を設定する目標電流位相設定手段（１２２）と、
   前記目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差と、前記目標電流位相設定手段（１２２）が設定した目標電流位相とに基づいて、前記印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
   前記モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流位相と前記目標電流位相との電流位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、
   前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差を、前記モータ（１２）に給電するためのインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いることを特徴とする同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
5. 前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差に基づいて、前記直流電圧制御に用いられる信号を補正することを特徴とする請求項４に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
6. 前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した電流位相偏差が閾値を超えた場合には、前記直流電圧を上昇することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
7. 前記電流位相偏差の閾値は、前記回転数指令により変更することを特徴とする請求項６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
8. 前記電流位相偏差の閾値は、前記負荷情報により変更することを特徴とする請求項６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
9. 前記電流位相偏差の閾値は、前記目標位相差により変更することを特徴とする請求項６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
10. 位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧と前記モータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
    前記モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
    前記負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、前記駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
    前記目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差に基づいて、前記印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
    前記モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流と前記印加電圧との検出位相差と、前記目標位相差との位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、
    前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差をローパス処理した値とローパス処理前の値との差を、基準位相にフィードバックすることを特徴とする同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
11. 前記目標位相差設定手段（１２１）は、前記モータ（１２）への回転数指令、および前記負荷情報に基づいて前記目標位相差を設定することを特徴とする請求項１０に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
12. 前記印加電圧設定手段（１２５、１２６）は、前記位相偏差をローパス処理した値が所定値となるように印加電圧振幅を制御することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
13. 前記負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報が所定値を超えた場合には、前記回転数指令、もしくは前記回転数指令に基づく前記基準位相の更新を制限することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１つに記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
14. 位置センサを用いることなく、モータコイルに印加する印加電圧と前記モータコイルに流れるモータコイル電流との位相差に基づいて同期モータ（１２）を駆動制御するための制御装置（１２０）であって、
    前記モータ（１２）が運転する負荷（１１）の負荷情報を検出する負荷情報検出手段（１２４）と、
    前記負荷情報検出手段（１２４）が検出した負荷情報に基づいて、前記駆動制御の目標値である目標位相差を設定する目標位相差設定手段（１２１）と、
    前記目標位相差設定手段（１２１）が設定した目標位相差に基づいて、前記印加電圧を設定する印加電圧設定手段（１２５、１２６）と、
    前記モータコイル電流の位相を検出し、検出した検出電流と前記印加電圧との検出位相差と、前記目標位相差との位相偏差を検出する位相偏差検出手段（１２３）とを備え、
    前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差を、前記モータ（１２）に給電するためのインバータ回路（１６）に印加する直流電圧制御に用いることを特徴とする同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
15. 前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差に基づいて、前記直流電圧制御に用いられる信号を補正することを特徴とする請求項１４に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
16. 前記位相偏差検出手段（１２３）が検出した位相偏差が閾値を超えた場合には、前記直流電圧を上昇することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
17. 前記位相偏差の閾値は、前記回転数指令により変更することを特徴とする請求項１６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
18. 前記位相偏差の閾値は、前記負荷情報により変更することを特徴とする請求項１６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
19. 前記位相偏差の閾値は、前記目標位相差により変更することを特徴とする請求項１６に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
20. 前記モータ（１２）が運転する負荷（１１）は、ヒートポンプサイクル（１）中に循環する冷媒を圧縮する圧縮機構（１１）であることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。
21. 前記冷媒は、二酸化炭素であり、 前記圧縮機構（１１）は、前記冷媒の圧力が臨界圧以上になるように圧縮することを特徴とする請求項２０に記載の同期モータの位置センサレス駆動制御装置。

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