JP5127800B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石モータのロータに配置される低保磁力の永久磁石の磁化状態を、電機子反作用磁界により調整できる手段を備えたモータ制御装置に関する。

近年、洗濯機においては、ダイレクトドライブ方式の永久磁石モータと、ベクトル制御を採用したモータ制御装置との組み合わせにより、モータの制御精度や洗濯性能の向上を図ると共に、消費電力の低減や洗濯運転中の振動低減などの効果が得られている。従来の一般的な制御方式では、脱水運転等でモータを高速回転させる場合はトルクに寄与しないｄ軸電流Ｉｄを通電してモータの誘起電圧を減少させる弱め界磁制御を行っている。この場合、脱水運転ではトルクに寄与しない電流を常時流すことで銅損を増加させており、効率の低下を招いている。

これに対し、特許文献１に開示されている技術では、保磁力が低い永久磁石にｄ軸電流を一瞬流すことで不可逆的に減磁現象を起こさせて、永久磁石の磁束を減少させてモータの巻線に発生する誘起電圧を減少させ、ｄ軸電流を常時通電することなく高速運転を可能としている。

特開２００６−２８０１９５号公報

特許文献１では、ロータの位置を検出するためにレゾルバを備えている。しかしながら、家電機器などのようにコストが重視される製品では、レゾルバのように高価な位置検出器を用いることが困難であり、位置センサレス制御を採用するものが一般的である。位置センサレス制御としては、一般的にモータの誘起電圧とロータ位置との関係を用いて位置推定を行う方式がある。

例えば（１）式のｄ軸電圧方程式を変形した（２）式の左辺，ｄ軸誘起電圧Ｅｄをゼロにするように（３）式でＰＩ補償演算を行い、モータ速度ωを推定し、（４）式によるωの積分からロータ位置θを推定する。

Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ―ωＬｑ・Ｉｑ＋Ｅｄ …（１）
Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ …（２）
ω＝ω０−Ｅｄ・（Ｋｐ＋１／ｓ・Ｋｉ） …（３）
θ＝１／ｓ・ω …（４）
尚、（３）式におけるω０は、演算周期において前回に演算されたモータ速度ωであり、ｓは微分演算子、Ｋｐ，Ｋｉは、ＰＩ制御におけるゲインである。

ここで、（２）式の演算にはｄ軸電流Ｉｄ，ｄ軸電圧Ｖｄが含まれている。そして、永久磁石の磁束を変化させるために増減磁通電を行う場合は、ｄ軸電流をパルス状に通電するのでｄ軸電流Ｉｄ及びｄ軸電圧Ｖｄが急激に変化する。また、磁束を変化させるため通電は、モータの回転制御中に行うのが効率的であるため、この時の電流変化率は、数ｍｓ〜数１０ｍｓの間にモータ定格電流の２〜３倍程度の大きさとなる。

このように、増減磁電流をモータの回転中に通電するには、短い時間内で急激に電流波形の立ち上げと立ち下げとを行う必要がある。一般にモータ電流の制御にもＰＩ制御が用いられることが多い。その場合、ｄ軸電流Ｉｄの制御は、（５）式のようにｄ軸電流指令Ｉｄ＿refと検出したｄ軸電流Ｉｄの偏差であるＩｄ＿devを演算し、（６）式でＰＩ補償することでｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refを算出する。
Ｉｄ＿dev＝Ｉｄ＿ref−Ｉｄ …（５）
Ｖｄ＿ref＝Ｉｄ＿dev・（Ｋｐ＋１／ｓ・Ｋｉ） …（６）

しかし、上記の制御系は、通常のモータ制御を想定したものであるため、短時間内に増減磁通電を行った場合には、ＰＩ制御でその変化に追従させることは難しい。実際にＰＩ制御によってｄ軸電流の制御を行うと、発散しない程度に制御ゲインを上げた状態であっても、図１１に示すように電流指令Ｉｄ＿refに対してｄ軸電流Ｉｄが遅れてしまう。このような遅れが生じると適正な位置で増減磁電流が通電できず、永久磁石の磁束量を所期通りに変化させることができなくなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、位置センサレス方式で永久磁石モータを制御すると共に、永久磁石の磁束を変化させるために通電を行う構成において、増減磁電流を遅れ無しに通電できるモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載のモータ制御装置は、複数の半導体スイッチング素子を複数相接続して構成され、直流電源と、着磁量を変更可能な程度に低保磁力である永久磁石がロータに複数配置される永久磁石モータの巻線との間に接続されるインバータ回路と、
前記永久磁石モータについて成立する電圧方程式に基づいて、前記ロータの回転位置を推定する位置推定手段と、
前記推定された回転位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流を演算し、前記永久磁石モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令と、前記演算結果との差分をＰＩ制御してｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成出力し、前記永久磁石モータをベクトル制御するベクトル制御手段と、
前記インバータ回路を介して前記モータの巻線に通電を行うことで、前記永久磁石を着磁する着磁制御手段と、
この着磁制御手段が前記永久磁石を着磁するために着磁電流を通電する期間において、前記ベクトル制御における電流指令に基づく制御と、前記電流指令に替えて電圧指令を直接出力する制御とを切り替える制御指令切替え手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１記載のモータ制御装置によれば、ベクトル制御にＰＩ制御が組み込まれている制御系において、着磁制御を行う期間に突発的に大きな電流が流れた場合でも、制御指令切替え手段が、ベクトル制御における電流指令に基づく制御を、その電流指令に替えて電圧指令を直接出力する制御に切り替えるので、増減磁電流を遅れ無しに通電することができる。

第１実施例であり、モータ制御装置の構成を示すブロック図 電流制御部のｄ軸側比例積分器の内部構成を示す図 増減磁処理を行う場合の一例を示すタイミングチャート 着磁制御部を中心とする着磁制御の内容を示すフローチャート 着磁制御切替え部を中心とする制御内容を示すフローチャート 位置推定補正部を中心とする制御内容を示すフローチャート 永久磁石モータのロータ構成を示す平面図 ドラム式洗濯乾燥機の内部構成を示す縦断側面図 ヒートポンプの構成を示す図 第２実施例であり、空調機の構成を概略的に示す図 従来技術において、電流の制御指令に対し、実電流が遅れて流れる状態を説明する図

（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図９を参照して説明する。図７は、永久磁石モータ１（アウタロータ型ブラシレスモータ）のロータの構成を示す平面図である。永久磁石モータ１は、ステータ２と、これの外周に設けたロータ３とから構成されている。ステータ２は、ステータコア４とステータ巻線５とから構成されている。ステータコア４は、打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層し、かしめて構成したもので、環状のヨーク部４ａと、当該ヨーク部４ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部４ｂとを有している。ステータコア４の表面は、各ティース部４ｂの先端面を除き、ＰＥＴ樹脂（モールド樹脂）により覆われている。
また、このＰＥＴ樹脂から成る複数の取付部６が、ステータ２の内周部に一体的に成形されている。これら取付部６には複数のねじ穴６ａが設けられており、これら取付部６をねじ止めすることで、ステータ２が、この場合、ドラム式洗濯乾燥機２１の水槽２５（図９参照）の背面に固着される。ステータ巻線５は三相からなり、各ティース部４ｂに巻装されている。

ロータ３は、フレーム７とロータコア８と複数の永久磁石９とを図示しないモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより扁平な有底円筒状に形成したものである。ロータコア８は、ほぼ環状に打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層してかしめて構成したもので、フレーム７の内周部に配置されている。このロータコア８の内周面（ステータ２の外周面（ステータコア４の外周面）と対向し当該ステータ２との間に空隙を形成する面）は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部（磁極チップ）８ａを有した凹凸状に形成されている。

これら複数の凸部８ａの内部には、ロータコア８を軸方向（ケイ素鋼板の積層方向）に貫通する矩形状の挿入穴が形成されており、これら複数の挿入穴がロータコア８において環状に配置された構成となっている。永久磁石９は、挿入穴に挿入された矩形状のネオジム磁石９ａ（高保磁力永久磁石）と、同じく矩形状のアルニコ磁石９ｂ（低保磁力永久磁石）とから構成されている。この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石９ｂの保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。永久磁石９は全数４８であり、それらの内６個がアルニコ磁石９ｂであり、４２個がネオジム磁石９ａとなっている。

図７では、アルニコ磁石９ｂが配置されている位置にＡ〜Ｆを付しており、Ａ−Ｂ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｂ−Ｃ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｃ−Ｄ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｄ−Ｅ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｅ−Ｆ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｆ−Ａ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個となっている。この配置形態は、同じ相について発生する誘起電圧の平均値を何れも同じ値にすることで、コギングトルクの発生を抑制するようにしたものである。そして、永久磁石モータ１は、４８極／３６スロット構成となっており、３スロット当たりでは４極が対応する（４極／３スロット）。
尚、ネオジム磁石９ａが高保磁力であり、アルニコ磁石９ｂが低保磁力であるというのは、後述するようにステータ２を介して着磁電流を通電した場合に、アルニコ磁石９ｂの着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石９ａの着磁量が変化しないという基準において、前者を高保磁力，後者を低保磁力と称している。

次に、上記のように構成された永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の構成について説明する。図８は、ドラム式洗濯乾燥機２１の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。ドラム式洗濯乾燥機２１の外殻を形成する外箱２２は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口２３を有しており、この洗濯物出入口２３は、ドア２４により開閉される。外箱２２の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽２５が配置されており、この水槽２５の背面中央部には上述の永久磁石モータ１（ステータ２）がねじ止めにより固着されている。この永久磁石モータ１の回転軸２６は、後端部（図８では右側の端部）が永久磁石モータ１（ロータ３）の軸取付部１０に固定されており、前端部（図８では左側の端部）が水槽２５内に突出している。

回転軸２６の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム２７が水槽２５に対して同軸状となるように固定されており、このドラム２７は、永久磁石モータ１の駆動によりロータ３および回転軸２６と一体的に回転する。なお、ドラム２７には、空気および水を流通可能な複数の流通孔２８と、ドラム２７内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル２９が設けられている。水槽２５には給水弁３０が接続されており、当該給水弁３０が開放されると、水槽２５内に給水される。また、水槽２５には排水弁３１を有する排水ホース３２が接続されており、当該排水弁３１が開放されると、水槽２５内の水が排出される。

水槽２５の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト３３が設けられている。この通風ダクト３３の前端部は前部ダクト３４を介して水槽２５内に接続されており、後端部は後部ダクト３５を介して水槽２５内に接続されている。通風ダクト３３の後端部には、送風ファン３６が設けられており、この送風ファン３６の送風作用により、水槽２５内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト３４から通風ダクト３３内に送られ、後部ダクト３５を通して水槽２５内に戻される。

通風ダクト３３内部の前端側には蒸発器３７が配置されており、後端側には凝縮器３８が配置されている。これら蒸発器３７および凝縮器３８は、コンプレッサ３９および絞り弁４０とともにヒートポンプ４１を構成しており（図９参照）、通風ダクト３３内を流れる空気は、蒸発器３７により除湿され凝縮器３８により加熱されて、水槽２５内に循環される。絞り弁４０は膨張弁から成り、開度調整機能を有している。

外箱２２の前面にはドア２４の上方に位置して操作パネル４２が設けられており、この操作パネル４２には運転コースなどを設定するための複数の操作スイッチ（図示せず）が設けられている。操作パネル４２は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機２１の運転全般を制御する制御回路部（図示せず）に接続されており、当該制御回路部は、操作パネル４２を介して設定された内容に従って、永久磁石モータ１、給水弁３０、排水弁３１、コンプレッサ３９、絞り弁４０などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。また、図示しないが、コンプレッサ３９を構成するコンプレッサモータも、永久磁石モータ１と同様の構成を採用している。

図１は、永久磁石モータ１の回転をベクトル制御するモータ制御装置５０の構成をブロック図で示したものである。尚、上記コンプレッサモータも同様の構成によって制御される。ベクトル制御では、電機子巻線に流れる電流を、界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整し、磁束と発生トルクとを制御する。電流制御には、モータ１のロータと共に回転する座標系、いわゆるｄ−ｑ座標系で表わした電流値が用いられるが、ｄ軸はロータに取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向である。巻線に流れる電流のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑは回転トルクを発生させる成分であり（トルク成分電流）、同ｄ軸成分であるｄ軸電流Ｉｄは磁束を作る成分である（励磁または磁化成分電流）。

電流センサ５１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサである。尚、電流センサ５１（電流検出手段）に替えて、インバータ回路５２（駆動手段）を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に３個のシャント抵抗を配置し、それらの端子電圧に基づいて電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する構成としても良い。
電流センサ５１により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、Ａ／Ｄ変換器５３によりＡ／Ｄ変換されるとｕｖｗ／ｄｑ座標変換器５４により２相電流Ｉα，Ｉβに変換された後、更にｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換される。α，βは、モータ１のステータに固定された２軸座標系の座標軸である。ここでの座標変換の計算には、速度・位置推定部５４により推定されるロータの回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θが用いられる。

速度・位置推定部（位置推定手段）５５は、内部にＥｄ演算器５６，比例積分器５７，減算器５８，遅延器５９及び積分器６０を備えている。Ｅｄ演算器５６は、前述した（２）式によりｄ軸誘起電圧Ｅｄを演算し、比例積分器５７は、ｄ軸誘起電圧Ｅｄに対して比例積分演算を施して減算器５８に減算値として出力する。減算器５８の出力は、１演算周期分の遅延を付与する遅延器５９を介して被減算値としてフィードバックされると共に、積分器６０に出力される。そして、減算器５８の出力がモータ１の回転速度（角速度）ωとなり、積分器６０の出力が回転位置θとなる。

着磁制御部６１は、洗濯乾燥機２１の運転を制御する制御回路部（上位システム）より与えられる運転シーケンス信号を参照して、洗い，脱水，すすぎ，乾燥等の運転状態の変化に従い、永久磁石モータ１のロータ３に配置されているアルニコ磁石９ｂを着磁するための着磁指令（増磁指令又は減磁指令）を位置推定補正部（補正手段）６２及び着磁制御切替え部（制御指令切替え手段）６３に出力する。
位置推定補正部６２は、着磁制御部６１より着磁指令が与えられると、速度・位置推定部５５に対してＥｄ保持指令を出力する。速度・位置推定部５５は、Ｅｄ保持指令が与えられると、Ｅｄ演算器５６より出力されるｄ軸誘起電圧Ｅｄの値を、その時点で得ている値に保持する。

着磁制御切替え部６３には、着磁制御部６１より上記着磁指令と共に増減磁電流値が与えられており、また、ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器５４よりｄ軸電流Ｉｄが与えられている。そして、着磁制御切替え部６３は、電流制御器６７の比例積分器６９ｄに対し、制御切替え指令と、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refとを出力する。

上記制御回路部より与えられる回転数指令値ω＿refは、速度制御部６４の減算器６５において回転速度ωとの差が求められると、その差が比例積分器６６で比例積分演算され、ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとして電流制御部６７に出力される。Ｉｄ指令出力部６８は、上記制御回路部より与えられる運転シーケンス信号を参照し、弱め界磁制御を行う必要がある場合は、電流制御部６７に出力するｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを負の値に設定し、それ以外の場合は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを「０」に設定する。

電流制御部６７では、減算器６９ｄ，６９ｑにおいてｄ軸電流指令値Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差がそれぞれ求められ、その差が比例積分器７０ｄ，７０ｑで比例積分演算される。そして、比例積分演算の結果は、ｄ−ｑ座標系で表わされた出力電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとして、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器７１に出力される。

ここで、図２は、比例積分器７０ｄの内部構成を示す。減算器６９ｄの減算結果は、比例器７２及び積分器７３に入力される。そして、比例器７２，積分器７３の出力は、加算器７４により加算されると、切替えスイッチ７５の入力端子の一方に与えられる。切替えスイッチ７５の入力端子の他方には、上述したように、着磁制御切替え部６３からのｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refが与えられている。そして、切替えスイッチ７５は、着磁制御切替え部６３より与えられる制御切替え指令によって、入力端子の何れを選択してｄ軸電流Ｖｄとして出力するかが切り替えられる。通常のモータ制御時には、切替えスイッチ７５は加算器７４側を選択しており、着磁制御部６１がアルニコ磁石９ｂを着磁するため、着磁指令を出力すると、制御切替え指令により、切替えスイッチ７５はｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ref側を選択するようになっている。

ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器７１では、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑは、α−β座標系で表わした値に変換された後、更に各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換される。ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器７１における座標変換の計算にも、回転位置θが用いられる。
各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは電力変換部７６に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路５２は例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成され、図示しない直流電源回路より直流電圧の供給を受けるようになっている。電力変換部７６で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路５２を構成する各スイッチング素子のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに一致するＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されてモータ１の巻線５に印加される。

上記の構成において、電流制御部６７では比例積分（ＰＩ）演算によるフィードバック制御が行なわれ、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑはそれぞれｄ軸電流指令値Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿refに一致するように制御される。その制御結果としての角速度推定値ωが減算器６５にフィードバックされ、比例積分器６５は、比例積分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果、回転速度ωは指令値ωrefに一致するようになる。
以上の構成において、モータ制御装置５０に永久磁石モータ１を加えたものが、モータ制御システム７７を構成している。また、インバータ回路５２，電力変換部７６を除く部分は、モータ制御装置５０を構成するマイクロコンピュータのソフトウエアにより実現されている機能である。

次に、永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の作用について説明する。制御回路部が着磁制御部５８を介してインバータ回路５２によりステータ巻線５に通電すると、電機子反作用による外部磁界（ステータ巻線５を流れる電流により発生する磁界）が、ロータ３の永久磁石９ａ，９ｂに作用する。そして、保磁力が小さいアルニコ磁石９ｂの磁化状態が、上記外部磁界により減磁または増磁され、その結果、ステータ巻線５に鎖交する磁束量（鎖交磁束量）が増減される。

洗濯運転では、制御回路部は、給水弁３０を開放して水槽２５内に給水を行い、続いてドラム２７を回転させて洗濯を行う。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が多く（磁力が強く）なるので、ドラム２７を高トルク低速度で回転させるのに適した特性となる。

脱水運転では、制御回路部は、排水弁３１を開放して水槽２５内の水を排出し、続いてドラム２７を高速回転させて洗濯物に含まれる水分を脱水する。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を減磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が少なく（磁力が弱く）なることから、ドラム２７を低トルク高速度で回転させるのに適した特性となる。最後に、乾燥運転では、制御回路部は、送風ファン３６およびヒートポンプ４１を駆動させると共にドラム２７を回転させて洗濯物の乾燥を行う。この場合、次回の洗濯運転に備えて、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。

次に、本実施例の作用について図３ないし図６も参照して説明する。先ず、処理の概要について、図３のタイミングチャートを参照しながら説明する。上述のようにアルニコ磁石９ｂを増減磁する場合は、ロータ３の位置が、アルニコ磁石９ｂに対して、ｄ軸電流の通電による磁束を効果的に鎖交させることが可能な位置関係になった場合に処理（増減磁シーケンス）を開始する。

通常のモータ制御を行っている期間（０）から増減磁シーケンスを開始すると、最初はｄ軸電流を増加させる［シーケンス（１），（ｄ）参照］（尚、ｑ軸電流Ｉｑは、図３の全期間に亘って一定である）。このとき、着磁制御部６１は、上位システム（洗濯機の制御回路部）から受けた指令が増磁であれば増磁指令を、減磁であれば減磁指令を位置推定補正部６２及び着磁制御切替え部６３に出力する。着磁制御切替え部６３は、増磁指令（減磁指令）が与えられると、電流制御部６７に増磁（減磁）電圧指令を出力する。すると、（以下、増磁の場合）ｄ軸電流Ｉｄは正の電圧指令Ｖｄ＿refによって制御され［（ｅ）参照］、ｑ軸電流Ｉｑは電流指令Ｉｑ＿refによって制御される。

また、位置推定補正部６２は、増磁指令が与えられると、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを保持させる指令を速度・位置推定部５５に出力する。すると、速度・位置推定部５５は、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを、前回の演算結果のまま保持して一定値とし、その値に基づいて速度ω及び角度θを推定する。
そして、ｄ軸電流Ｉｄが、着磁制御部６１より与えられる増減電流値Ｉ１に達すると、次のシーケンス（２）に移行してｄ軸電流Ｉｄを減少させる。このとき、着磁制御切替え部６３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refを負の値（或いはゼロに固定し［（ｅ）参照］、ｄ軸電流Ｉｄを急激に減少させる［（ｄ）参照］。

ｄ軸電流Ｉｄが減少して所定値Ｉ２（＞０）以下まで減少すると、次のシーケンス（３）に移行する。この時点で、着磁制御切替え部６３は、ｄ軸側を電流指令Ｉｄ＿refによる電流制御に戻すので、ｄ，ｑ軸は何れも電流指令Ｉｄ＿ref，Ｉｑ＿refに基づく制御となる。さらに時間が経過して、ｄ軸電流Ｉｄがゼロになると、着磁制御部６１は増磁指令の出力を停止し、通常のモータ制御に戻る［期間（４）］。増磁指令の出力が停止すると、位置推定補正部６２は、Ｅｄ保持指令の出力を停止して、速度・位置推定部５５のＥｄ演算器５６によるｄ軸誘起電圧Ｅｄの演算を再開させる。

図４は、着磁制御部６１を中心とする着磁制御の内容を示すフローチャートであり、一定周期毎に実行される。着磁制御部６１は、上記制御回路部（洗濯機システム）より増減磁指令を受けていない間は、ステップＳ１からＳ１１に移行して、着磁動作カウンタをゼロクリアする。そして、増減磁指令を受けるとステップＳ２に移行し、その時点での着磁動作カウンタ値が、増減磁終了時間（例えば、１０ｍ秒）に一定時間を加えた時間に相当する値よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ２で、（着磁動作カウンタ）＜（増減磁終了時間）＋（一定時間）
であれば（ＹＥＳ）着磁動作カウンタをインクリメントして（ステップＳ３）、位置推定補正指令を出力する（ステップＳ４）。ここで、（増減磁終了時間）＋（一定時間）は、図３におけるシーケンス（１）〜（３）の期間長に対応する。

次のステップＳ５で（着磁動作カウンタ）＜（増減磁終了時間）であり（ＹＥＳ）、制御回路部より受けた指令が増磁指令の場合は（ステップＳ６：ＹＥＳ）、位置推定補正部６２及び着磁制御切替え部６３に対して増磁指令と共に増磁電流指令値を出力する（ステップＳ７，Ｓ８）。また、制御回路部より受けた指令が減磁指令の場合は（ステップＳ６：ＮＯ）、減磁指令と共に減磁電流指令値を出力する（ステップＳ９，Ｓ１０）。

図６は、位置推定補正部６２を中心とする制御内容を示すフローチャートである。着磁制御部６１より位置推定補正指令が与えられている場合は（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、補正モードが、速度・位置推定部５５において前回値を使用するタイプか否かを判断する（ステップＳ３２）。尚、補正モードについては、予めユーザが設定可能となっており、上記の前回値使用タイプ／前回値不使用タイプに加えて、前回値使用タイプについては、ステップＳ３３で判断されるモード（１〜３）がある。

すなわち、前回値使用タイプであれば（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、モード（１〜３）の設定に応じてステップＳ３３からＳ３４〜３５に移行する。モード（１）は、Ｅｄ演算器５６より出力されるｄ軸誘起電圧Ｅｄ（演算結果）を「０」にするモードであり（ステップＳ３４）、モード（２）は、ｄ軸誘起電圧Ｅｄの前回値を保持して、今回の値に使用するモードである（ステップＳ３５，図３で説明したケース）。また、モード（３）は、比例積分器５７より出力される値を「０」にすることで、加算器５８の出力結果を前回得られたω（演算結果）に保持するモードである（ステップＳ３６）。したがって、各モードに応じた指令をＥｄ演算器５６若しくは比例積分器５７に与える。尚、モード（１）は、厳密には前回値を使用しないが、ここではそれに準ずるものとして分類している。

一方、ステップＳ３２において、前回値不使用タイプである場合は（ＮＯ）、Ｅｄ演算器５６が実行する演算式：（２）式を、一時的に（７）式のように変更する（ステップＳ３７）。
Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−ｓ・Ｌｄ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ …（７）
すなわち、右辺第３項の微分項［−ｓ・Ｌｄ・Ｉｄ］を付加して、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを求めるようにする。この場合、ｄ軸電流Ｉｄを例えば正側に急激に変化させる場合、右辺第１項のＶｄが非常に大きくなるが、右辺第３項の微分項［−ｓ・Ｌｄ・Ｉｄ］が負側に大きくなるため、左辺のｄ軸誘起電圧Ｅｄが急変することはなくなる。

図５は、着磁制御切替え部６３を中心とする制御内容を示すフローチャートであり、この処理は、図４の処理に引き続き実行される。先ず、ステップＳ１２でステップＳ５と同じ判断，又は着磁動作カウンタ＝０か否かを判断する。ここで「ＮＯ」と判断する場合は、永久磁石モータ１を通常通りに駆動制御しているケースであるから、上述したように、比例積分器７０ｄ内部の切替えスイッチ７５が加算器７４側を選択するように、すなわち、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿refに基づき制御を行うようにする（ステップＳ１７）。

ステップＳ１２で「ＹＥＳ」と判断する場合は、増減磁処理が行われているケースであるから、ｄ軸電流の上昇が開始された後、そのｄ軸電流又はＵ，Ｖ，Ｗ何れかの相電流が、増減磁電流指令値（図３のＩ１）に達していないか否かを判断する（ステップＳ１３）。前記指令値に達していない場合（ＹＥＳ）、増磁指令であれば（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、切替えスイッチ７５にｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ref側を選択させて、アルニコ磁石９ｂを増磁させるｄ軸電圧指令を出力する（ステップＳ１５）。また、減磁指令であれば（ステップＳ１４：ＮＯ）、アルニコ磁石９ｂを減磁させるｄ軸電圧指令を出力する（ステップＳ１６）。すなわち、ステップＳ１５，Ｓ１６は、図３のシーケンス（１）に対応する処理である。

一方、ステップＳ１３で「ＮＯ」と判断する場合は、図３のシーケンス（２）に移行したケースであり、ｄ軸電流Ｉｄ又はＵ，Ｖ，Ｗ何れかの相電流が、制御切替え電流値（図３のＩ２）に達していないか否かを判断する（ステップＳ１８）。前記電流値に達していなければ（ＹＥＳ）、増磁指令であれば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ｄ軸電流Ｉｄを減少させるようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refを出力する（ステップＳ２０）。また、減磁指令であれば（ステップＳ１９：ＮＯ）、減磁方向のｄ軸電流Ｉｄを減少させるようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＿refを出力する（ステップＳ２１）。

ステップＳ１８で「ＮＯ」と判断する場合は、ｄ軸電流Ｉｄ等が制御切替え電流値に達して図３のシーケンス（３）に移行したケースである。したがって、着磁制御切替え部６３は、比例積分器７０ｄ内部の切替えスイッチ７５が加算器７４側を選択するように、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿refに基づき制御を行うように切替えさせる（ステップＳ２２）。

以上のように本実施例によれば、モータ制御装置５０は、速度・位置推定部５５が永久磁石モータ１について成立する電圧方程式に基づいて、ロータ３の回転位置θを推定し、その推定された回転位置θに基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流を演算することで、永久磁石モータ１をベクトル制御する。そして、位置推定補正部６２は、着磁制御部６１が、インバータ回路５２を介してモータ１の巻線５に通電を行いアルニコ磁石９ｂを着磁する期間に、電圧方程式により得られる演算結果を一時的に固定値に置換することで、推定されるロータ位置θを補正するようにした。具体的には、位置推定補正部６２は、ユーザの選択に応じて、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを着磁制御が開始される直前に演算された値に保持したり、又はゼロに保持したり、或いは、電圧方程式の演算結果より得られる回転速度ωを、着磁制御が開始される直前に演算された値に保持するようにして、演算結果を一時的に固定値に置換する。

すなわち、電流制御においては、ｑ軸側は電流指令に基づく制御を継続し、ｄ軸側の制御を電流指令に基づく制御と電圧指令直値による制御を切り替えることで、増減磁電流が急激に上昇，下降する場合でも、脱調等することなくモータ１の運転を継続することができ、高速な電流の制御が可能になる。そして、このように位置センサレス方式で増減磁を行うことで、洗濯乾燥機２１のように低コストが要求される家電用途においても永久磁石モータ１のような可変磁束モータを適用し、モータ１に要求される回転数・トルクの特性に応じて行う増減磁の効果を大きくすることができ、運転領域の全域にわたって高効率な運転が可能となる。したがって、位置センサレス方式で制御する場合でも、モータ１が脱調すること無しに増減磁通電を行うことができる。

また、位置推定補正部６２は、ユーザの選択により、着磁制御部６１が着磁制御を行う期間は、ｄ軸電圧方程式に一時的に微分項ｓ・Ｌｄ・Ｉｄを加えてｄ軸誘起電圧Ｅｄを算出するので、着磁制御を行う期間に突発的に大きな電流が流れた場合でも、位置推定演算に用いられるｄ軸電圧方程式に、瞬時的な変化に対する追従性が良好な微分項ｓ・Ｌｄ・Ｉｄを一時的に加えてｄ軸誘起電圧Ｅｄを算出するので、誘起電圧Ｅｄの急変を抑制することができる。

そして、着磁制御切替え部６３は、モータ制御装置５０が、ベクトル制御のフィードバックループ内にＰＩ制御を組み込んでいる場合、着磁制御部６１が着磁制御を行う期間は、ベクトル制御における電流指令Ｉｄ＿refを電流制御部６７のｄ軸側に与える制御と、電流指令Ｉｄ＿refに替えて電圧指令Ｖｄ＿refをｄｑ／ｕｖｗ座標変換器７１に直接出力する制御とを切り替えるようにした。したがって、着磁制御を行う期間に突発的に大きな電流が流れた場合でも、増減磁電流を遅れ無しに通電することができる。

また、着磁制御切替え部６３は、着磁制御部６１がｄ軸電流を増加させる指令を出力する期間は、ｄ軸については前記ｄ軸電流を増加させる極性の電圧指令Ｖｄ＿refを直接与え、ｑ軸については電流制御指令Ｉｑ＿refを与えるので、ｄ軸電流の通電量を迅速に上昇させることができる。

そして、着磁制御切替え部６３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ何れかの相電流値，又はｄ軸電流Ｉｄの値が、着磁制御部６１により与えられる着磁電流指令値Ｉ１に達すると、ｄ軸電流Ｉｄを減少させるように電圧指令Ｖｄ＿refを与え、着磁制御部６１がｄ軸電流Ｉｄを減少させる指令を出力する期間は、ｄ軸についてはｄ軸電流Ｉｄを減少させる極性の電圧指令Ｖｄ＿refを直接与え、ｑ軸については電流制御指令Ｉｑ＿refを与えるので、ｄ軸電流Ｉｄの通電量を迅速に下降させることができる。
また、着磁制御切替え部６３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ何れかの相電流値（絶対値），又はｄ軸電流Ｉｄ（絶対値）が一定の閾値Ｉ２未満に減少すると、ｄｑ軸共に電流制御指令を与えるように切り替えるので、ｄ軸電流Ｉｄがゼロに到達するよりも早いタイミングで電流制御指令に基づく制御に切り替えることにより、ｄ軸電流Ｉｄが逆極性側にアンダーシュートすることを防止できる。

また、モータ電流を、電流センサ（例えば、カレントトランス）５１を用いて検出する場合は問題ないが、上述のようにインバータ回路５１の下アーム側にシャント抵抗を挿入して電流を検出する場合は、以下のような問題が生じる。この場合、電流検出は、下アーム側のスイッチング素子がオンしている期間中にシャント抵抗の端子電圧を検出することで行う。すると、着磁制御部６１が着磁制御を行う場合は、ｄ軸電流Ｉｄを通電する期間が非常に短くなるため、それに伴い、下アーム側スイッチング素子がオンしている時間もＰＷＭデューティが０％に近い状態になることから、電流検出が困難になる。
そして、本実施例によれば、位置推定補正部６２の作用により、上記のようなケースにおいても、速度・位置推定部５５はモータ電流が検出されない期間に位置推定を行うことが可能となる。したがって、電流センサ５１に替えてシャント抵抗を用いることで、製品のコストダウンに寄与することができる。

（第２実施例）
図１０は第２実施例であり、第１実施例のモータ制御装置５０を空調機（エアコンディショナ）に適用した場合を示す。ヒートポンプ１０１を構成するコンプレッサ（負荷）１０２は、圧縮部１０３とモータ１０４を同一の鉄製密閉容器１０５内に収容して構成され、モータ１０４のロータシャフトが圧縮部１０３に連結されている。そして、コンプレッサ１０２、四方弁１０６、室内側熱交換器１０７、減圧装置１０８、室外側熱交換器１０９は、冷媒通路たるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。尚、コンプレッサ１０２は、例えばロータリ型のコンプレッサであり、モータ１０４は、第１実施例のモータ１と同様に構成される永久磁石モータである。

暖房時には、四方弁１０６は実線で示す状態にあり、コンプレッサ１０２の圧縮部１０３で圧縮された高温冷媒は、四方弁１０６から室内側熱交換器１０７に供給されて凝縮し、その後、減圧装置１０８で減圧され、低温となって室外側熱交換器１０９に流れ、ここで蒸発してコンプレッサ１０２へと戻る。一方、冷房時には、四方弁１０６は破線で示す状態に切り替えられる。このため、コンプレッサ１０２の圧縮部１０３で圧縮された高温冷媒は、四方弁１０６から室外側熱交換器１０９に供給されて凝縮し、その後、減圧装置１０８で減圧され、低温となって室内側熱交換器１０７に流れ、ここで蒸発してコンプレッサ１０２へと戻る。そして、室内側、室外側の各熱交換器１０７，１０９には、それぞれファン１１０，１１１により送風が行われ、その送風によって各熱交換器１０７，１０９と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われるように構成されている。

以上のように構成される第２実施例によれば、永久磁石モータ１０４とインバータ装置５０とで構成されるモータ制御システムを空調機に適用して、コンプレッサ１０２を駆動するようにしたので、空調機の運転を安定して行うことができると共に、消費電力を低減することができる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
着磁電流指令値（Ｉ１）は、低保持力永久磁石を十分に着磁できる電流値であれば良く、適宜設定が可能である。
また、閾値（Ｉ２）は、着磁を行う際に通電するｄ軸電流Ｉｄを減少させる過程において、逆極性側にアンダーシュートが発生することを防止できる値とすれば良く、適宜設定が可能である。
補正モードについては、予め設定した何れか１つのモードだけを実行しても良い。
位置推定を行う際にｑ軸電圧方程式も用いる場合は、増減磁通電の間、ｄ軸誘起電圧Ｅｄだけでなくｑ軸誘起電圧Ｅｑも同時に保持してもよい。

ネオジム磁石９ａ，アルニコ磁石９ｂの配置個数比は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
低保磁力の永久磁石は、アルニコ磁石に限ることなく、その他例えばサマリウム・コバルト磁石を用いても良い。また、高保磁力の永久磁石もネオジム磁石に限ることはない。
補正については、回転速度を補正せずに、ロータ位置だけを補正しても良い。
洗濯機や空調機に限ることなく、ロータに低保磁力永久磁石が配置される永久磁石モータを制御対象とするものであれば適用が可能である。

図面中、１は永久磁石モータ、３はロータ、９ａはネオジム磁石、９ｂはアルニコ磁石（低保磁力永久磁石）、２１はドラム式洗濯乾燥機、５０はモータ制御装置（ベクトル制御手段）、５２はインバータ回路、５５は速度・位置推定部（位置推定手段）、６１は着磁制御部（着磁制御手段）、６２は位置推定補正部（補正手段）、６３は着磁制御切替え部（制御指令切替え手段）、７７はモータ制御システムを示す。

Claims (5)

1. 複数の半導体スイッチング素子を複数相接続して構成され、直流電源と、着磁量を変更可能な程度に低保磁力である永久磁石がロータに複数配置される永久磁石モータの巻線との間に接続されるインバータ回路と、
   前記永久磁石モータについて成立する電圧方程式に基づいて、前記ロータの回転位置を推定する位置推定手段と、
   前記推定された回転位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流を演算し、前記永久磁石モータを制御するために与えられるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令と、前記演算結果との差分をＰＩ制御してｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成出力し、前記永久磁石モータをベクトル制御するベクトル制御手段と、
   前記インバータ回路を介して前記モータの巻線に通電を行うことで、前記永久磁石を着磁する着磁制御手段と、
   この着磁制御手段が前記永久磁石を着磁するために着磁電流を通電する期間において、前記ベクトル制御における電流指令に基づく制御と、前記電流指令に替えて電圧指令を直接出力する制御とを切り替える制御指令切替え手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御指令切替え手段は、前記着磁制御手段がｄ軸電流を増加させる指令を出力する期間は、ｄ軸については前記ｄ軸電流を増加させる極性の電圧指令を直接与え、ｑ軸については電流制御指令を与えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記制御指令切替え手段は、何れかの相のモータ電流値，又は前記ｄ軸電流値が、前記前記着磁制御手段により与えられる着磁電流指令値に達すると、ｄ軸電流を減少させるように、前記電圧指令を与えることを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御指令切替え手段は、前記着磁制御手段がｄ軸電流を減少させる指令を出力する期間は、ｄ軸については前記ｄ軸電流を減少させる極性の電圧指令を直接与え、ｑ軸については電流制御指令を与えることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のモータ制御装置。
5. 前記制御指令切替え手段は、何れかの相のモータ電流値の絶対値，又は前記ｄ軸電流値の絶対値が、一定の閾値未満に減少すると、ｄｑ軸共に電流制御指令を与えるように切り替えることを特徴とする請求項３又は４記載のモータ制御装置。

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