JP4744505B2

JP4744505B2 - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及び座標変換方法、並びに換気扇、液体用ポンプ、送風機、冷媒圧縮機、空気調和機及び冷蔵庫

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Publication number: JP4744505B2
Application number: JP2007326756A
Authority: JP
Inventors: 卓也下麥; 倫雄山田; 和憲坂廼邊; 啓宇川▲崎▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP2009153247A

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及び座標変換方法、並びに換気扇、液体用ポンプ、送風機、冷媒圧縮機、空気調和機及び冷蔵庫に関し、特に、２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータの制御に関する。

近年、省エネや快適性への関心の高まりから、定風量運転や、低風量長時間連続（２４時間対応）運転機能を備える製品が好まれている。その場合、送風量を可変とする必要がある。従来、送風量を連続的に可変する誘導電動機の電動機駆動装置は、例えば、「単相２巻線式誘導電動機１５０の主巻線１５２および始動巻線１５４は２相電源の第１の相電圧ＶＰ１および第２の相電圧ＶＰ２の両端に接続される。巻線１５２と１５４の間は共通巻線１５６によって接続される。２相電源は好ましい位相角で電動機１５０を駆動する。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、「２相の固定子巻線（主巻線４ａと補助巻線４ｂ）を有するモータ４を、６石のインバータ回路３により、主巻線４ａの電圧波形Ｖｍを基準に、補助巻線４ｂの電圧波形Ｖａの電圧位相と、２相巻線の共通端子５ｃの電圧波形Ｖｃの電圧位相と電圧波高値を各々自由に調整する。」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−５４５８５号公報（要約）特開２００５−１８４８８５号公報（要約）

同期電動機（以下「モータ」ともいう）は、原理上、固定子（以下「ステータ」ともいう）が発生する回転磁界と回転子（以下「ロータ」ともいう）の磁極とが同期しないと連続的にトルクを発生しないため、回転子の状態に合わせて回転磁界を制御する必要がある。このような同期電動機の制御として、回転子の磁極位置を検知する磁極位置センサを設けないセンサレス制御がある。しかし、一般的な同期電動機は、制御性が良い３相モータが用いられており、２相の同期電動機に対し低騒音かつ高効率で磁極位置検知センサレス運転をするための制御技術は開発されていなかった。また、上記特許文献１，２には、２相誘導電動機の駆動装置が示されているが、２相の同期電動機の制御には適用することができない。

また、モータをインバータ回路により駆動する場合、上下アームのスイッチングを同時に切り替えると、スイッチング素子それぞれの特性バラツキやドライブ回路の遅延等によるスイッチングタイミングのズレからアーム短絡が起こる恐れがある。それを防ぐため、上下アームの同時オフ時間（以下「デッドタイム」ともいう）が設けられる。

しかしながら、このデッドタイムにより電圧指令と実際の出力電圧とに誤差が発生し、制御性能を低下させる原因となる。特に、２相モータの場合、制御軸が対称でないため、制御軸が原点対称になっている３相モータの制御においては見られない、デッドタイムによる電圧誤差が引き起こす出力電圧位相差の誤差も発生する。このような出力電圧位相差に誤差が発生した場合、所望の制御軸とは異なる軸で制御を行っていることになるため、電圧利用率が下がり、所望の制御を行った場合より損失が多くなる、という問題点があった。

また、出力電圧位相差に誤差が発生するのに伴い、モータ電流の位相差にも誤差が現れる。このようなモータ電流位相差に誤差がある場合、回転座標変換により求めた回転座標軸上の電流には電気周波数の２倍でリプルが現れ、これがトルクリプルを引き起こし、騒音、振動の原因となる、という問題点があった。

従来、デッドタイムによる電圧誤差分の電圧を印加してその影響を抑える方法がとられているが、デッドタイムによる電圧誤差は、電流と逆位相に同期した矩形波状の電圧であることから、矩形波状の電圧を印加することになるため、騒音発生の原因となる、という問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、デッドタイムの電圧誤差によるモータ電流の位相差誤差を抑制して、２相の同期電動機を動作させることができる、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及び座標変換方法、並びに換気扇、液体用ポンプ、送風機、冷媒圧縮機、空気調和機及び冷蔵庫を得ることを目的とする。

この発明に係るモータ駆動制御装置は、２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータを駆動するモータ駆動制御装置において、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、ＰＷＭ制御により前記直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路と、前記モータの固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流に基づき、前記モータを駆動するための出力電圧指令値を求め、前記インバータ回路のデッドタイムによる電圧誤差の影響を抑制するように、前記出力電圧指令値を前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に座標変換し、該変換された出力電圧指令値に基づき、前記インバータ回路をＰＷＭ制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータの線間電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段が検出した線間電圧の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定手段と、前記出力電圧位相差指令決定手段により決定された位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換部とを備えたものである。

この発明は、インバータ回路のデッドタイムによる電圧誤差の影響を抑制するように、出力電圧指令値を２相の固定子巻線に与える電圧座標に座標変換することにより、デッドタイムの電圧誤差によるモータ電流の位相差誤差を抑制して、２相の同期電動機を動作させることができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータとモータ駆動制御装置の回路図である。図１において、モータ駆動制御装置は、整流回路２と、インバータ回路５と、センサレス制御手段１０と、電流検出手段１１とにより構成され、商用電源１から供給される電力により駆動される２相同期電動機（以下、「モータ７」という）の運転を制御するものである。

商用電源１は、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの単相交流が一般的に使用されている。また、業務用や海外では２００Ｖ以上の単相交流が使用されることがある。

整流回路２は全波整流回路となっており、交流電圧を直流電圧に変換する。例えば、商用電源１がＡＣ１００ＶではＤＣ１４０Ｖへ変換する。この整流回路２は、４個の整流ダイオード３ａ〜３ｄをブリッジ接続してされる。更に、電解コンデンサ４により平滑している。

インバータ回路５には整流回路２で整流された直流電圧出力が入力され、後述するセンサレス制御手段１０の動作によりＰＷＭ制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の３相交流に変換する。インバータ回路５は、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子６ａ〜６ｆを各々ブリッジ接続している。また、各々のスイッチング素子６ａ〜６ｆには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子６ａ〜６ｆがオフしたとき還流電流を流す働きをする。更に、インバータ回路５には、スイッチング素子６ａ〜６ｆの各アームの電流を電圧に変換するシャント抵抗１２が設けられている。また、このインバータ回路５のスイッチング制御の際は、アーム短絡を防止するため、上下アームの同時オフ時間（デッドタイム）が設けられる。

モータ７は、２相同期電動機（ブラシレスＤＣモータ：ＢＬＤＣＭ）である。モータ７は、主巻線８ａと補助巻線８ｂとを有し、主巻線８ａと補助巻線８ｂ（以下、区別しないときは単に「巻線８」という）の、一方の端子が共通端子となる２相巻線を有する固定子（図示せず）と、永久磁石から成る複数の磁極を有する回転子であるマグネットロータ９とからなる。また、主巻線８ａと補助巻線８ｂは位相９０度異なる機械的位置に配置されている。また、モータ７は主巻線端子Ｍと補助巻線端子Ｓと各々の巻線８の共通端子Ｃを有している。モータ７の各端子は、それぞれインバータ回路５の出力端子に接続されている。

電流検出手段１１は、インバータ回路５のシャント抵抗１２により電圧に変換したインバータ回路５の各アームの電流を、増幅・レベルシフトを行いセンサレス制御手段１０に各アーム電流を出力するものである。

センサレス制御手段１０は、電流検出手段１１から得られる各アーム電流から、インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチング時間を決定することでＰＷＭ（パルス幅変調：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、モータ７の巻線８に電圧を印加し、巻線８の巻線電流を制御することで、マグネットロータ９に同期した回転磁界を発生し、モータ７を駆動制御する。

図２は、実施の形態１に係るセンサレス制御手段の構成を示すブロック図である。図２において、センサレス制御手段１０は、電流座標変換部２１と、電流制御部２２と電圧座標変換部２３と、すべり補償部２６と、速度制御器２７とθｅ演算部２８と、ＰＷＭ信号発生手段３５とにより構成されている。

電流座標変換部２１は、電流検出手段１１から入力された各アーム電流を２相静止座標軸上のαβ軸電流へ変換するαβ軸電流変換部２４と、このαβ軸電流をｄｑ軸電流ｉｄｑに変換するｄｑ軸電流変換部２５とにより構成されており、電流検出手段１１から入力された電流を励磁電流成分であるｄ軸電流（ｉｄ）とトルク電流成分であるｑ軸電流（ｉｑ）とに変換する。

すべり補償部２６は、電流座標変換部２１から入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑのトルク電流成分（ｉｑ）に基づき、速度指令値（後述）の角速度を補償する補償量ωｄを演算して速度制御器２７へ入力する。

速度制御器２７は、すべり補償部２６から入力された補償量ωｄを用いて、外部から与えられる目標の角速度値である速度指令値ωｒｅｆを補償し、補償された後の速度指令値である一次角速度ω１を演算する。

θｅ演算部２８は、一次角速度ω１を積分して位相角θｅを求める。この位相角θｅはｄｑ軸電流変換部２５及びαβ軸電圧指令変換部３２の座標変換に用いられる。

電流制御部２２は、電流誤差演算部２９と、ローパスフィルタ３０と電流制御器３１とで構成される。電流誤差演算部２９は、外部から与えられるｄ軸電流指令値ｉｄ^*と、電流座標変換部２１から入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑの励磁電流成分（ｉｄ）との誤差ｉｅｒｒを演算して電流制御器３１へ入力する。ローパスフィルタ３０は電流座標変換部２１から入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑの高周波成分を除去して、フィルタ通過後のｄｑ軸電流ｉｄｑ＿ｆｉｌを電流制御器３１へ入力する。電流制御器３１は、外部から与えられるｄ軸電流指令ｉｄ^*と、速度制御器２７から得られた一次角速度ω１と、電流誤差演算部２９から得られた電流誤差ｉｅｒｒと、ローパスフィルタ３０から得られたフィルタ通過値ｉｄｑ＿ｆｉｌとから、モータ７を駆動するための出力電圧指令値であるｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑを演算する。

電圧座標変換部２３は、αβ軸電圧指令変換部３２と、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３と、位相差指令演算部３４とで構成される。αβ軸電圧指令変換部３２は、θｅ演算部２８から得られた位相角θｅを用いて、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑをαβ軸電圧指令Ｖαβに変換する。ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３は、位相差指令演算部３４で演算された位相差指令θ^*に基づき、αβ軸電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換する。

ＰＷＭ信号発生手段３５は、電圧座標変換部２３のＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎからインバータ回路５の各スイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチング信号Ｍｐ、Ｃｐ、Ｓｐ、Ｍｎ、Ｃｎ、Ｓｎを発生する。

図３は、実施の形態１に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。図３に示すように、位相差指令演算部３４は、モータ７のモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差を検出する位相差検出手段４１と、位相差検出手段４１で検出したモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差に基づき、モータ７のモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差が所望の位相差となるような位相差指令θ^*を決定する出力電圧位相差指令決定手段４２とで構成される。

このような構成による本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置の動作を図１〜図６を用いて次に説明する。

図４は、実施の形態１に係るセンサレス制御部における座標系を示す図である。図４において、ｄｑ軸７１は、マグネットロータ９の主磁束（φ）方向をｄ軸、回転方向に９０度進んだ位相をｑ軸とし、一次角速度ω１で回転する座標系である。γδ軸７２は、磁極位置検知センサを用いない制御においてｄｑ軸７１に対応する座標系である。つまり、本実施の形態ではマグネットロータ９の位置を検出するセンサを用いないため、センサレス制御手段１０において、制御上のｄｑ軸としてγδ軸７２を定義する。図４に示すように、ｄ軸及びｑ軸は、γ軸及びδ軸に対してそれぞれΔθだけ回転した角度位置に位置している。後述する各演算においてはｄｑ軸７１に対応するγδ軸７２を用いて演算を行う。

尚、図４において、Ｉａはモータ７に流れる電流の大きさであり、ｑ軸電流（ｉｑ）とｄ軸電流（ｉｄ）の合成ベクトルである、φはマグネットロータ９により生じる磁束ベクトルであり、その大きさは誘起電圧定数φｆであり、ｄ軸上に位置する。また、ω・φは磁束（φ）により生じる電圧ベクトル、Ｒ・Ｉａはモータ７の抵抗により生じる電圧降下分を補償する電圧ベクトル、Ｖａはモータ７に印加される電圧であり、ω・φとＲ・Ｉａの合成ベクトルである。

図１において、電流検出手段１１は、インバータ回路５のシャント抵抗１２により検出された各アームのシャント電流を増幅・レベルシフトを行い、シャント電流ｉＭｓ、ｉＣｓ、ｉＳｓとしてセンサレス制御手段１０へ入力する。このシャント電流ｉＭｓ、ｉＣｓ、ｉＳｓを用いて、センサレス制御手段１０は、モータ７を駆動するためにインバータ回路５が出力する電圧を演算により求め、インバータ回路５内のスイッチング素子のオン・オフを制御するためのＰＷＭ信号を出力する。

センサレス制御手段１０は、以下に説明する動作にてＰＷＭ信号を出力する。図２において、電流座標変換部２１は、電流検出手段１１により検出された巻線電流ｉＭ、ｉＳを、αβ軸電流変換部２４により、２相静止座標上のαβ軸電流へ変換する。次に、このαβ軸電流を、ｄｑ軸電流変換部２５により、θｅ演算部２８から得られる位相角θｅを用いてｄｑ軸電流ｉｄｑに変換し、すべり補償部２６、電流誤差演算部２９及びローパスフィルタ３０へ入力する。

すべり補償部２６は、入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑのトルク電流成分（ｉｑ）に基づき、速度指令値の角速度を補償する補償量ωｄを演算して速度制御器２７へ入力する。速度制御器２７では、速度指令値ωｒｅｆと補償量ωｄとの差分を取り、一次周波数ω１を求め、θｅ演算部２８と電流制御器３１へ入力する。
一方、電流誤差演算部２９は、外部から与えられるｄ軸電流指令値ｉｄ^*と、電流座標変換部２１から入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑの励磁電流成分（ｉｄ）との誤差ｉｅｒｒを次式（１）より演算し、電流制御器３１へ入力する。

ここで、ｉｄ^*はｄ軸電流指令値、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、φｆは誘起電圧定数である。

ローパスフィルタ３０は、電流座標変換部２１から入力されたｄｑ軸電流ｉｄｑの高周波成分を除去して、フィルタ通過後のｄｑ軸電流であるフィルタ通過値ｉｄｑ＿ｆｉｌを電流制御器３１へ入力する。

電流制御器３１は、外部から与えられるｄ軸電流指令値ｉｄ^*と、速度制御器２７から得られた一次角速度ω１と、電流誤差演算部２９から得られた電流誤差ｉｅｒｒと、ローパスフィルタ３０から得られたフィルタ通過値ｉｄｑ＿ｆｉｌとから、モータ７を駆動するためのｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑを次式を用いて演算する。

ここで、ｉｄ^*はｄ軸電流指令値、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、ｉｅｒｒは電流誤差、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、φｆは誘起電圧定数、ω１は一次角速度、Ｒは１相あたりの抵抗値、Ｋｑはｑ軸制御ゲイン、Ｋｄはｄ軸制御ゲインである。

電圧座標変換部２３は、αβ軸電圧指令変換部３２により、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑをθｅ演算部２８から得られた位相角θｅを用いて、αβ軸電圧指令Ｖαβに変換する。
一方、位相差指令演算部３４は、図３に示すように、位相差検出手段４１により、例えばモータ線間電圧又は線間電圧のゼロクロス時間の時間差などからモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差を検出し、出力電圧位相差指令決定手段４２により、検出したモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差に基づき、インバータ回路５のデッドタイムによる電圧誤差の影響を抑制する位相差指令値θ^*を決定し、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３に入力する。

ここで、位相差指令値θ^*の決定動作について図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態１に係るモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差の誤差を示す図である。この図は、インバータ回路５の出力端子（Ｍ，Ｓ，Ｃ）における出力電圧ベクトルと、モータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差を示している。また、図５（ａ）は、インバータ回路５のデッドタイムの影響が無く、線間電圧ＶＭＣとＶＳＣとが所望の位相差である９０ｄｅｇの場合を示し、図５（ｂ）は、インバータ回路５のデッドタイムの影響を受けて、線間電圧ＶＭＣとＶＳＣとの位相差に誤差が発生した場合を示している。図に示すように、例えば位相差指令値θ^*が９０ｄｅｇのときに、検出された線間電圧ＶＭＣとＶＳＣとの位相差が例えば１００ｄｅｇである場合、位相差誤差は１０ｄｅｇである。このとき出力電圧位相差指令決定手段４２は、位相差指令値θ^*を９０ｄｅｇより小さい値に決定し、モータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差が所望の９０ｄｅｇとなるようにする。

次に、位相差指令演算部３４は、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３により、αβ軸電圧指令Ｖαβを、位相差指令θ^*に基づいて、２相の固定子巻線に与える電圧座標であるＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換してＰＷＭ信号発生手段３５へ入力する。

図６は、実施の形態１に係る電圧座標変換部における座標系を示す図である。この図は、αβ軸８１上のαβ軸電圧指令Ｖαβを、ＭＣＳ軸８２上のＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換するＭＣＳ軸電圧指令変換部３３における座標系である。特に、Ｍ、Ｃ、Ｓ軸電圧指令を最大とし、電圧利用率を最大とする条件で、位相差指令θ^*に基づいて座標変換を行った場合を示している。ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３において、αβ軸８１上の電圧指令Ｖαβを、ＭＣＳ軸８２上の電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換するには次式（３）を用いる。このような座標変換を用いることで、デッドタイムによる電圧誤差の影響で発生するモータ電流位相差誤差を抑制することができる。

次に、ＰＷＭ信号発生手段３５は、電圧座標変換部２３のＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎから、ＰＷＭ信号として、インバータ回路５の各スイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチング信号Ｍｐ、Ｃｐ、Ｓｐ、Ｍｎ、Ｃｎ、Ｓｎを発生する。このＰＷＭ信号を基にインバータ回路５内のスイッチング素子６ａ〜６ｆがオン・オフ動作し、整流回路２の直流電圧が３相交流に変換されモータ７に印加される。尚、ＰＷＭ信号における添え字の「ｐ」は上アームスイッチング素子であることを示し、添え字の「ｎ」は下アームスイッチング素子であることを示す。また、Ｍ、Ｃ、Ｓはモータ７が接続される端子に対応するスイッチング素子であることを示している。即ち、スイッチング信号「Ｍｐ」はスイッチング素子６ａの駆動信号である。

以上のような動作により、インバータ回路５のシャント電流を用いて、モータ２相電流ｉＭ、ｉＳを求め、さらにそれから、トルク電流成分ｉｑ、励磁電流成分ｉｄを求め、インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆをＰＷＭ制御することにより、ロータ磁極位置センサ信号を用いず、モータ７の制御を可能ならしめることができる。

また、出力電圧の位相差指令θ^*に基づき、αβ軸電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに座標変換することにより、デッドタイムによる電圧誤差の影響であるモータ線間電圧位相差の誤差及びモータ電流位相差の誤差を抑制することができる。

また、モータ線間電圧位相差の誤差を抑制することにより、制御軸が対称でない２相モータであっても、所望の制御軸により制御を行うことができ、電圧利用率を向上させて、制御性能劣化の抑制、及び損失増加の抑制を図ることができる。

また、モータ電流位相差の誤差を抑制することにより、トルクリプルを低減させることができ、騒音、振動の低減を図ることができる。

また、従来のデッドタイム補正のような矩形波状の電圧を印加する必要がないので、電圧印加に伴う騒音増加を抑制することができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。図７に示すように、電圧座標変換部２３は、αβ軸電圧指令変換部３２と、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３と位相差指令演算部３４とで構成される。
本実施の形態における位相差指令演算部３４は、モータ７のモータ電流の位相差として、例えばαβ軸電流変換部２４で求めたαβ軸電流のゼロクロスの時間差などからαβ軸電流ｉαβの位相差を検出する位相差検出手段５１と、位相差検出手段５１で検出したαβ軸電流ｉαβの位相差に基づき、モータ７の線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値θ^*を決定し、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３に入力する出力電圧位相差指令決定手段５２とで構成される。
尚、その他の構成及び動作は上述した実施の形態１と同様である。

αβ軸電圧指令変換部３２は、θｅ演算部２８から得られた位相角θｅを用いて、γδ軸電圧指令Ｖγδをαβ軸電圧指令Ｖαβに変換する。ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３は、上記実施の形態１と同様に変換式（３）を用いて、αβ電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換する。このとき、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３で用いられる座標変換式の成分は、位相差指令演算部３４で決定された位相差指令θ^*に基づき変化することになる。

このような構成により、αβ軸電流ｉαβの位相差に基づき出力電圧の位相差指令θ^*を決定し、αβ電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換しても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。図８に示すように、電圧座標変換部２３は、αβ軸電圧指令変換部３２と、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３と位相差指令演算部３４とで構成される。
本実施の形態における位相差指令演算部３４は、回転速度ωに応じて位相差指令θ^*を決定する出力電圧位相差指令決定手段６１で構成される。
尚、その他の構成及び動作は上述した実施の形態１と同様である。

図８に示すように、出力電圧位相差指令決定手段６１には、マグネットロータ９の回転速度ωの値が入力される。この回転速度ωは、速度制御器２７が算出した一次角速度ω１から、例えばマグネットロータ９の極数などから定まる所定の算出式を用いて演算により求めることができる。そして、出力電圧位相差指令決定手段６１は、例えば予め保持しておいたテーブルを参照して、入力された回転速度ωに対応する位相差指令θ^*を決定する。

αβ軸電圧指令変換部３２は、θｅ演算部２８から得られた位相角θｅを用いて、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄｑをαβ軸電圧指令Ｖαβに変換する。ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３は、上記実施の形態１と同様に変換式（３）を用いて、αβ電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換する。このとき、ＭＣＳ軸電圧指令変換部３３で用いられる座標変換式の成分は、位相差指令演算部３４で決定された位相差指令θ^*に基づき変化することになる。

このような構成により、回転速度ωに基づき出力電圧の位相差指令θ^*を決定し、αβ電圧指令ＶαβをＭＣＳ軸電圧指令ＶＭＣＳ−Ｎに変換しても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係る換気扇の断面を模式的に示した図である。図に示すように、換気扇は、上述した実施の形態１〜３の何れかのモータ駆動制御装置により制御されるモータ７と、金属筐体９５、シロッコファン９６、換気扇グリル９７と、金属製の電気品ＢＯＸ９８とにより構成される。この換気扇は、天井壁９９に取り付けられる。また、シロッコファン９６には、モータ７のロータシャフトが接続され、モータ７により回転駆動される。尚、電気品ＢＯＸ９８はウレタン等の樹脂で防湿加工され、モータ駆動制御装置の電子回路が内蔵される。これにより、換気扇が浴室等の湿度の高い環境に設置することが可能である。このような構成によりモータ７を運転させても、上記実施の形態１と同様の効果が得られることはいうまでもない。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。図１０において、本実施の形態における空気調和機は、室外機１０１、室内機１０４を備え、室外機１０１には図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機１０２、図示しない熱交換器に送風する室外機用の送風機１０３を備えている。そして、この冷媒圧縮機１０２、送風機１０３は、上述した実施の形態１〜３の何れかのモータ駆動制御装置により制御されるモータ７により回転駆動される。このような構成によりモータ７を運転させても、上記実施の形態１と同様の効果が得られることはいうまでもない。

実施の形態６．
図１１は、実施の形態６に係る冷蔵庫の構成を示す図である。図１１において、本実施の形態における冷蔵庫１１１は、図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機１１２、冷却室１１３内に設けられた冷却器１１４で生成された冷気を冷蔵室、冷凍室等に送るための冷気循環用の送風機１１５を備えている。そして、この冷媒圧縮機１１２、送風機１１５は、上述した実施の形態１〜３の何れかのモータ駆動制御装置により制御されるモータ７により回転駆動される。このような構成によりモータ７を運転させても、上記実施の形態１と同様の効果が得られることはいうまでもない。

尚、モータ７により駆動される対象負荷として、液体循環用ポンプや井戸ポンプについて適用し、上述した実施の形態１〜３の何れかのモータ駆動制御装置により運転させても、上記実施の形態１と同様の効果が得られることはいうまでもない。

実施の形態１に係るモータとモータ駆動制御装置の回路図である。実施の形態１に係るセンサレス制御手段の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るセンサレス制御部における座標系を示す図である。実施の形態１に係るモータ線間電圧ＶＭＳ−Ｃの位相差の誤差を示す図である。実施の形態１に係る電圧座標変換部における座標系を示す図である。実施の形態２に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係るセンサレス制御手段の電圧座標変換部の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る換気扇の断面を模式的に示した図である。実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。実施の形態６に係る冷蔵庫の構成を示す図である。

符号の説明

１商用電源、２整流回路、３ａ整流ダイオード、３ｂ整流ダイオード、３ｃ整流ダイオード、３ｄ整流ダイオード、４電解コンデンサ、５インバータ回路、６ａスイッチング素子、６ｂスイッチング素子、６ｃスイッチング素子、６ｄスイッチング素子、６ｅスイッチング素子、６ｆスイッチング素子、７モータ、８巻線、８ａ主巻線、８ｂ補助巻線、９マグネットロータ、１０センサレス制御手段、１１電流検出手段、１２ａシャント抵抗、１２ｂシャント抵抗、１２ｃシャント抵抗、２１電流座標変換部、２２電流制御部、２３電圧座標変換部、２４ αβ軸電流変換部、２５ｄｑ軸電流変換部、２６すべり補償部、２７速度制御器、２８ θｅ演算部、２９電流誤差演算部、３０ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３１電流制御器、３２ αβ軸電圧指令変換部、３３ＭＣＳ軸電圧指令変換部、３４位相差指令演算部、３５ＰＷＭ信号発生手段、４１位相差検出手段、４２出力電圧位相差指令決定手段、５１位相差検出手段、５２出力電圧位相差指令決定手段、６１出力電圧位相差指令決定手段、７１ｄｑ軸、７２ γδ軸、８１ αβ軸、８２ＭＣＳ軸、８３ａモータ線間電圧（主巻線電圧）、８３ｂモータ線間電圧（補助巻線電圧）、８４位相差指令θ^*、９１モータフレーム、９２ベアリング、９３ステータ、９４換気扇、９５金属筐体、９６シロッコファン、９７換気扇グリル、９８電気品ＢＯＸ、９９天井壁、１０１室外機、１０２冷媒圧縮機、１０３送風機、１０４室内機、１１１冷蔵庫、１１２冷媒圧縮機、１１３冷却室、１１４冷却器、１１５送風機、Ｍ主巻線端子、Ｓ補助巻線端子、Ｃ共通端子。

Claims

２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータを駆動するモータ駆動制御装置において、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
ＰＷＭ制御により前記直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路と、
前記モータの固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した電流に基づき、前記モータを駆動するための出力電圧指令値を求め、前記インバータ回路のデッドタイムによる電圧誤差の影響を抑制するように、前記出力電圧指令値を前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に座標変換し、該変換された出力電圧指令値に基づき、前記インバータ回路をＰＷＭ制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記モータの線間電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段が検出した線間電圧の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定手段と、
前記出力電圧位相差指令決定手段により決定された位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換部と
を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
前記制御手段は、
前記モータのモータ電流の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段が検出したモータ電流の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定手段と、
前記出力電圧位相差指令決定手段により決定された位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。
前記制御手段は、
速度指令値から求められた前記回転子の回転速度に応じて位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定手段と、
前記出力電圧位相差指令決定手段により決定された位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。
前記制御手段は、
前記出力電圧指令値を２相静止座標系の電圧指令値に変換するαβ軸電圧指令変換部を更に備え、
前記座標変換部は、前記２相静止座標系の電圧指令値を、前記出力電圧位相差指令決定手段で決定された位相差指令に基づいて、前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に変換することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータ駆動制御装置。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータを駆動するモータ駆動制御方法において、
交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流ステップと、
ＰＷＭ制御により前記直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加する印加ステップと、
前記モータの固定子巻線に流れる電流を検出する検出ステップと、
検出された電流に基づき、前記モータを駆動するための出力電圧指令値を求め、前記印加ステップにおけるデッドタイムによる電圧誤差の影響を抑制するように、前記出力電圧指令値を前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に座標変換し、該変換された出力電圧指令値に基づき、前記ＰＷＭ制御を行う制御ステップと
を有し、
前記制御ステップは、
前記モータの線間電圧の位相差を検出する位相差検出ステップと、
検出された前記線間電圧の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと、
決定された前記位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換ステップと
を有することを特徴とするモータ駆動制御方法。
前記制御ステップは、
前記モータのモータ電流の位相差を検出する位相差検出ステップと、
検出された前記モータ電流の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと、
決定された前記位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換ステップと
を有することを特徴とする請求項５記載のモータ駆動制御方法。
前記制御ステップは、
速度指令値から求められた前記回転子の回転速度に応じて位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと、
決定された前記位相差指令に基づき、前記出力電圧指令値を座標変換する座標変換ステップと
を有することを特徴とする請求項５記載のモータ駆動制御方法。
前記座標変換ステップは、
前記出力電圧指令値を２相静止座標系の電圧指令値に変換するステップと、
前記２相静止座標系の電圧指令値を、前記出力電圧位相差指令決定ステップで決定された位相差指令に基づいて、前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に変換するステップと
を有することを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載のモータ駆動制御方法。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータを、インバータ回路を用いてＰＷＭ制御により駆動するモータ駆動制御において、出力電圧指令値を前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に変換する座標変換方法であって、
前記モータの線間電圧の位相差指令値を取得する位相差指令値取得ステップと、
前記出力電圧指令値を２相静止座標系の電圧指令値に変換するαβ軸電圧指令変換ステップと、
前記位相差指令値に基づき、前記モータの各相電圧指令を最大とし、電圧利用率を最大とする条件で、前記２相静止座標系の電圧指令値を前記２相の固定子巻線に与える電圧座標に座標変換する電圧座標変換ステップと
を有することを特徴とする座標変換方法。
前記位相差指令値取得ステップは、
前記モータの線間電圧の位相差を検出する位相差検出ステップと、
検出された前記線間電圧の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと
を有することを特徴とする請求項９記載の座標変換方法。
前記位相差指令値取得ステップは、
前記モータのモータ電流の位相差を検出する位相差検出ステップと、
検出された前記モータ電流の位相差に基づき、前記モータの線間電圧の位相差が所望の位相差となるような位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと
を有することを特徴とする請求項９記載の座標変換方法。
前記位相差指令値取得ステップは、
速度指令値から求められた前記回転子の回転速度に応じて位相差指令値を決定する出力電圧位相差指令決定ステップと
を有することを特徴とする請求項９記載の座標変換方法。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする換気扇。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする液体用ポンプ。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする送風機。
２相の固定子巻線と、磁極を有する回転子とを備えたモータと、
請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする冷媒圧縮機。
請求項１５に記載の送風機を備えたことを特徴とする空気調和機。
請求項１５に記載の送風機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１６に記載の冷媒圧縮機を備えたことを特徴とする空気調和機。
請求項１６に記載の冷媒圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。