JP5900283B2 - 同期モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期モータを制御するための同期モータ制御装置に関する。

特許文献１は、同期モータを制御するための同期モータ制御装置を開示する。同期モータ制御装置は、モータ電流を制御するためのスイッチ素子を保護するために、温度に応じてモータ電流を設定している。例えば、起動トルクが大きい低温時にはモータ電流を大きく設定し、起動トルクが小さい高温時にはモータ電流を小さくしている。

特開２００９−２４７０８２号公報

従来の技術では、起動トルクが小さい高温時にはモータ電流を小さくしている。ところが、高温時であっても、起動トルクが大きい場合がある。このような場合、従来の技術では同期モータの起動が困難となる。このような観点から、同期モータ制御装置にはさらなる改良が求められている。

開示された発明の目的のひとつは、モータ電流を抑制しながら同期モータを確実に起動できる同期モータ制御装置を提供することである。

開示された発明の目的の他のひとつは、同期モータの位置決め制御と、同期モータの回転数を増加させる他制制御とを含む起動期間において、モータ電流が長期間にわたって大電流となることを抑制できる同期モータ制御装置を提供することである。

開示された発明のひとつは上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、同期モータの回転位置を所定の目標位置に位置付けるための固定の磁界を形成するようにモータ電流を徐々に増加させる位置決め制御を実行する位置決め制御部（５ａ、１５１−１５６）と、位置決め制御の後に同期モータを回転させる回転磁界を形成し、同期モータの回転数を徐々に増加させるようにモータ電流を調節する他制制御を実行する他制制御部（５ｂ、１５７−１６１）とを備え、位置決め制御部は、他制制御におけるモータ電流のピーク値（ＩＦＦ）より小さい上限値（Ｉｍｘ）までモータ電流を増加させる上限制御部（１５４）と、固定の磁界に応答して同期モータの回転子が回転したことを示すモータ電流の変動を検出し、回転子が回転したときのモータ電流の応答値（Ｉａ）までモータ電流を増加させる応答制御部（１５２）とを備え、他制制御部は、上限値（Ｉｍｘ）または応答値（Ｉａ）に相当する位相角から他制制御を開始することを特徴とする。

この構成によると、位置決め制御は、他制制御におけるピーク値より小さい電流値までモータ電流を増加させる。このため、位置決め制御の後期において、長期間にわたる大電流が抑制される。さらに、他制制御は、ピーク値より小さい電流値に相当する位相角から開始される。このため、電流の変化が緩慢な他制制御の初期においても、長期間にわたる大電流が抑制される。この結果、同期モータの位置決め制御と、同期モータの回転数を増加させる他制制御とを含む起動期間において、モータ電流が長期間にわたって大電流となることを抑制できる。しかも、起動期間におけるモータ電流を抑制しながら同期モータを確実に起動できる。

本発明の第１実施形態に係る同期モータ制御装置を示すブロック図である。 第１実施形態の同期モータのトルク特性を示すグラフである。 第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。 起動時のモータ電流の一例（参考例）を示す波形図である。 起動時のモータ電流の一例（第１実施形態）を示す波形図である。 起動時のモータ電流の一例（第１実施形態）を示す波形図である。

以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１において、同期モータシステム１は、同期モータ２によって動力を得る装置である。同期モータ２は、多極の永久磁石式回転子２ａと、多相の固定子２ｂとを有する。同期モータ２は、２対４極の回転子２ａと、三相の電機子巻線を有する６極の固定子２ｂとを有する。同期モータ２が機械的に１回転、すなわち３６０度回転する間に、電気的な角度は７２０度進む。

同期モータシステム１は、同期モータ２へ供給する三相電流を生成し、制御するためのインバータ回路３を備える。インバータ回路３から同期モータ２へ供給される電流値をモータ電流Ｉｓｔと呼ぶ。インバータ回路３は、三相のフルブリッジ回路である。インバータ回路３は、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ６を備える。スイッチ素子Ｑ１−Ｑ６のそれぞれは、電力用半導体スイッチ素子によって提供される。例えば、電力用ＭＯＳ−ＦＥＴ素子、またはＩＧＢＴ素子を利用することができる。

同期モータシステム１は、直流電源４を備える。直流電源４は、電池、または広域交流電力網から得られる交流電力を直流電力に変換するインバータ回路によって提供される。

同期モータシステム１は、制御装置５を備える。制御装置５は、マイクロコンピュータによって提供される。制御装置５は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置５は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置５をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置５を機能させる。制御装置５が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

同期モータシステム１は、モータ電流Ｉｓｔを検出する電流センサ６を備える。電流センサ６によって検出されたモータ電流Ｉｓｔは、制御装置５に入力される。制御装置５は、電流センサ６によって検出されたモータ電流Ｉｓｔに基づいて所定の制御処理を実行し、インバータ回路３を制御する。

制御装置５を含む機器は同期モータ制御装置を構成している。制御装置５は、同期モータ２を停止状態から起動し、安定的に回転させるようにインバータ回路３を制御する。

制御装置５は、位置決め制御部５ａを備える。位置決め制御部５ａは、同期モータ２の回転子２ａを起動位置に位置づけるための位置決め制御を実行する。位置決め制御においては、図示される所定の目標角度（０°）に固定された磁界を形成するように、モータ電流が供給される。位置決め制御においては、モータ電流Ｉｓｔは徐々に増加される。位置決め制御部５ａは、Ｕ相のモータ電流Ｉｓｔを、所定の上限値Ｉｍｘまで増加させる。この実施形態では、ｄ軸上に回転子２ａを位置づけるように三相のモータ電流が調節される。この実施形態では、Ｕ相に流れるモータ電流が最大となるように三相のモータ電流が調節される。位置決め制御は、Ｕ相電流を最大にすることから、Ｕ相ロック制御とも呼ばれることがある。

制御装置５は、他制制御部５ｂを備える。他制制御部５ｂは、回転子２ａの位置を検出することなくフィードフォワード的にモータ電流を制御するフィードフォワード制御部でもある。他制制御部５ｂは、固定子２ｂにステータ回転磁界を発生させるための多相のモータ電流を同期モータ２に供給するようにインバータ回路３を制御する他制制御を実行する。他制制御は、位置決め制御の後に開始され、実行される。他制制御は、位置決め制御と、後述の自制制御との間に実行される。他制制御は、同期状態を維持しながら、同期モータ２の回転数を徐々に増加させる。

他制制御においては、起動負荷に抗して回転子２ａを同期的に回転させるために、Ｕ相のモータ電流は、所定のピーク値ＩＦＦをもつ余弦波となるように調節される。他制制御の初期においては、同期モータ２によって駆動される機器から同期モータ２に与えられる負荷に起因して、比較的大きい起動トルクが必要となる。このような起動トルクを発生させるために、ピーク値ＩＦＦは比較的大きい値に設定される。この実施形態では、ピーク値ＩＦＦは固定値である。ピーク値ＩＦＦは、温度などの起動トルク変動要因に応じて調節されない。

さらに、他制制御においては、回転数を徐々に増加させるために、モータ電流の周波数が徐々に高められる。他制制御の初期においては、回転数は低く、モータ電流の周波数も低い。このため、同程度の値のモータ電流Ｉｓｔが長期間にわたって流される。他制制御の中期、ないし後期には、所定の高回転に対応した高い周波数の多相交流が同期モータ２に供給される。よって、他制制御の中期ないし後期には、モータ電流Ｉｓｔは迅速に増減される。

制御装置５は、自制制御部５ｃを備える。自制制御は、回転子２ａの位置をフィードバックしながらモータ電流を制御するフィードバック制御部でもある。自制制御は、他制制御の後に開始され、実行される。自制制御部５ｃは、センサにより検出されるか、または推定される磁極位置に応じて多相交流を発生させ、同期モータ２に供給する自制制御を実行する。自制制御部５ｃは、回転子２ａの磁極の位置を検出、または推定することにより、回転子２ａの回転角度に応じた回転磁界を発生させる。自制制御では、例えば、固定子２ｂの電機子巻線に誘導される電圧に基づいて磁極位置が推定され、この推定された磁極位置に応じて多相交流の転流タイミングが設定される。自制制御は、他制制御によって磁極位置を推定可能な回転数に到達した後に開始することができる。自制制御部５ｃは、同期モータ２を所定の目標回転数で回転させる。

同期モータシステム１は、同期モータ２によって駆動される圧縮機構７と、圧縮機構７によって冷媒を圧縮し、冷媒が循環される冷凍サイクル８を備える。よって、同期モータシステム１は、冷凍サイクル８の圧縮機構７を駆動するための同期モータ２のための制御装置を提供する。冷凍サイクル８は、冷房装置、ヒートポンプ暖房装置、冷蔵装置、温蔵装置、ヒートポンプ給湯装置などに利用することができる。同期モータシステム１は、冷凍サイクルシステムでもある。圧縮機構７は、冷媒圧縮機である。冷凍サイクル８は、蒸気圧縮式の冷媒サイクルである。冷凍サイクル８は、圧縮機構７によって圧縮された高温高圧の冷媒から放熱させる放熱器を備えることができる。冷凍サイクル８は、圧縮機構７によって吸入される低温低圧の冷媒に吸熱させ、冷却作用を提供する蒸発器を備えることができる。さらに、冷凍サイクル８は、放熱器において放熱された冷媒を減圧し、蒸発器に供給する減圧器を備えることができる。

圧縮機構７は低圧冷媒を吸入し、圧縮し、高圧冷媒を吐出する。よって、圧縮機構７が作動した後に、停止すると、その吸入部と吐出部との間には所定の圧力差が残留する。この残留圧力差は、圧縮機構７を再起動するときに大きな起動トルクを生じさせる。つまり、圧縮機構７を駆動する同期モータ２には、インバータ回路３、同期モータ２、または負荷である圧縮機構７の温度だけには依存しない起動トルクの増加要因があるといえる。他制制御部５ｂが供給するモータ電流Ｉｓｔのピーク値ＩＦＦは、同期モータ２に想定される最大の起動トルクを発生できるように設定されている。

図２において、ステータ回転磁界とｄ軸との位相差（°）と、回転子２ａにおけるトルク（Ｎ・ｍ）との関係が図示されている。図中には、回転子２ａを固定したまま、回転磁界の位相角を変化させた場合のトルク特性が図示されている。回転磁界を固定したまま、回転子２ａを回転させた場合も同じトルク特性が得られる。図中においては、破線は、モータ電流ＩｓｔがＩ１であるときのトルク特性を示す。実線は、モータ電流ＩｓｔがＩ２であるときのトルク特性を示す。Ｉ１＞Ｉ２である。図中下段には、回転子２ａと固定子２ｂにおけるステータ回転磁界との位置が図示されている。

０°の位置は、位置決め制御における目標位置である。位置決め制御の間中に負荷である圧縮機構７が回転子２ａに与える負荷トルクは、冷凍サイクル８の高低圧圧力差など、運転状態などに依存して変化する。しかし、モータ電流Ｉｓｔを徐々に上昇させることにより、同期モータ２が発生するトルクは、負荷トルクを上回り、回転子２ａが目標位置０°に位置決めされる。回転子２ａは４極であるため、少なくとも−９０°以上＋９０°以下の範囲では、位置決め制御が可能である。

図３において、制御装置５は、制御処理１５０を実行することにより位置決め制御と、他制制御と、自制制御とを実行する。制御処理１５０は、冷凍サイクル８を起動するための指令に応答して開始される。それぞれのステップは、制御装置５によって実行される。

ステップ１５１では、制御装置５は、位置決め制御のためにモータ電流Ｉｓｔを増加させるようにインバータ回路３を制御する。ステップ１５１が繰り返し実行されることにより、モータ電流Ｉｓｔは徐々に増加する。ステップ１５１では、Ｕ相のモータ電流が最大値となる電気的な角度の三相電流が供給される。

ステップ１５２では、制御装置５は、回転子２ａが回転したか否かを判定する。位置決め制御が開始される前は、回転子２ａの停止位置は、不定である。位置決め制御によって固定子２ｂが発生する磁界は、回転子２ａを所定の位置に回転させ、停止させる。位置決め制御においては、モータ電流Ｉｓｔが徐々に増加される。よって、同期モータ２が発生するトルクが、圧縮機構７が回転子２ａに与える負荷トルクを上回った時点で、回転子２ａが回転し、目標位置０°に停止する。このとき、固定子２ｂの巻線には誘導起電力が発生し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に流れるモータ電流Ｉｓｔは振動的に変動する。ステップ１５２では、このような振動的な電流変動を検出することにより回転子２ａが任意の不定位置から目標位置０°へ回転したことを検出する。

ステップ１５２において回転子２ａの回転が検出された場合、ステップ１５３へ進む。ステップ１５３では、制御装置５は、回転子２ａが回転した時点でのモータ電流Ｉｓｔを応答値Ｉａとして記憶する。ステップ１５２において否定的に判定された場合、ステップ１５４へ進む。

ステップ１５２と１５３とは、位置決め制御において、モータ電流Ｉｓｔの増加によって、回転子２ａが応答して回転したときのモータ電流Ｉｓｔを検出する手段を提供する。ステップ１５２は、位置決め制御によって与えられる固定の磁界に応答して同期モータ２の回転子２ａが回転したことを示すモータ電流Ｉｓｔの変動を検出する応答検出部である。ステップ１５２は、位置決め制御によって与えられる固定の磁界に応答して同期モータ２の回転子２ａが回転したことを示すモータ電流Ｉｓｔの変動を検出し、回転子２ａが回転したときの応答値Ｉａまでモータ電流Ｉｓｔを増加させる応答制御部でもある。言い換えると、ステップ１５２と１５３とは、位置決め制御において、モータ電流Ｉｓｔの増加によって、回転子２ａが応答して回転したときに、モータ電流Ｉｓｔの増加を停止する手段を提供する。

ステップ１５４では、制御装置５は、モータ電流Ｉｓｔが上限値Ｉｍｘ以上に到達したか否かを判定する。モータ電流Ｉｓｔが上限値Ｉｍｘ以上に到達していない場合、ステップ１５１へ戻る。モータ電流Ｉｓｔが上限値Ｉｍｘ以上に到達した場合、ステップ１５５へ進む。

ステップ１５４は、位置決め制御において、上限値Ｉｍｘまでモータ電流Ｉｓｔを増加させる手段を提供する。ステップ１５４は、他制制御におけるモータ電流Ｉｓｔのピーク値ＩＦＦより小さい上限値Ｉｍｘまでモータ電流Ｉｓｔを増加させる上限制御部でもある。言い換えると、ステップ１５４は、位置決め制御において、モータ電流Ｉｓｔが上限値Ｉｍｘに到達するとモータ電流Ｉｓｔの増加を停止する手段を提供する。

ステップ１５５では、制御装置５は、モータ電流Ｉｓｔを保持する。ステップ１５６では、制御装置５は、位置決め制御が開始されてからの経過時間が所定時間Ｔｐ以上になったか否かを判定する。経過時間が所定時間Ｔｐ以上になるまで、ステップ１５５を繰り返す。経過時間が所定時間Ｔｐ以上になると、ステップ１５７へ進む。

ステップ１５５は、回転子２ａの位置が目標位置０°において安定するようにモータ電流Ｉｓｔを保持する手段を提供する。ステップ１５６は、位置決め制御の継続時間の上限を設定する期間設定手段を提供する。モータ電流Ｉｓｔは、位置決め制御による固定の磁界に応答して回転子２ａが目標位置０°に向けて回転した応答値Ｉａ、または上限値Ｉｍｘにおいて保持される。

ステップ１５１−１５６により、位置決め制御が実行される。ステップ１５１−１５６は、位置決め制御部５ａを提供する。位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔは、上限値Ｉｍｘ以下に制限される。このため、位置決め制御の後期において長期間にわたって大電流が流れることが回避される。しかも、回転子２ａの回転が検出される場合には、モータ電流Ｉｓｔは、応答値Ｉａ以下に制限される。この場合、位置決め制御におけるモータ電流がより低く抑えられる。上限値Ｉｍｘは、他制制御におけるピーク値ＩＦＦより小さく（Ｉｍｘ＜ＩＦＦ）設定される。

ステップ１５７−１５９では、制御装置５は、他制制御の開始角を設定する。ここでは、位置決め制御が完了したときの電流値、すなわち上限値Ｉｍｘまたは応答値Ｉａから多制制御における三相交流を開始するように開始角が設定される。よって、上限値Ｉｍｘまたは応答値Ｉａに相当する位相角から他制制御が開始される。

ステップ１５７では、制御装置５は、応答値Ｉａから換算によって求められる位相角Ｐ（Ｉａ）と、上限値Ｉｍｘから換算によって求められる位相角Ｐ（Ｉｍｘ）とを比較する。位相角Ｐ（Ｉａ）、Ｐ（Ｉｍｘ）は、他制制御において与えられるピーク値ＩＦＦをもつ余弦波に基づいて求められる。ここでは、他制制御において与えられる余弦波において、応答値Ｉａが得られる位相角Ｐ（Ｉａ）が求められる。さらに、他制制御において与えられる余弦波において、上限値Ｉｍｘが得られる位相角Ｐ（Ｉｍｘ）が求められる。

Ｐ（Ｉａ）＜Ｐ（Ｉｍｘ）である場合、ステップ１５８へ進む。すなわち、応答値Ｉａを与える位相角が、上限値Ｉｍｘを与える位相角より進んでいない場合、または応答値Ｉａが得られなかった場合、ステップ１５８へ進む。ステップ１５８では、制御装置５は、上限値Ｉｍｘの換算位相角Ｐ（Ｉｍｘ）から他制制御を開始する。

Ｐ（Ｉａ）≧Ｐ（Ｉｍｘ）である場合、ステップ１５９へ進む。すなわち、応答値Ｉａを与える位相角が、上限値Ｉｍｘを与える位相角より進んでいる場合、ステップ１５９へ進む。ステップ１５８では、制御装置５は、応答値Ｉａの換算位相角Ｐ（Ｉａ）から他制制御を開始する。

ステップ１６０では、制御装置５は、指令回転数を所定の設定加速度に基づいて徐々に増加させる。この結果、他制制御においてインバータ回路３から固定子２ｂに供給される三相交流波形の周期が徐々に短く調節される。ステップ１６０が繰り返し実行されることにより、同期モータ２の回転数は徐々に増加する。

ステップ１６１では、制御装置５は、指令回転数が所定の切替回転数以上になったか否かを判定する。指令回転数は、同期モータ２の回転数に相当する。切替回転数は、他制制御から自制制御への切替が可能な下限回転数に相当する。指令回転数が切替回転数に到達するまでステップ１６０が繰り返され、回転数が増加される。

ステップ１５７−１６１により、他制制御が実行される。ステップ１５７−１６１は、他制制御部５ｂを提供する。

上限値Ｉｍｘは、他制制御におけるピーク値ＩＦＦより小さく設定されている。上限値Ｉｍｘの余弦波における位相角Ｐ（Ｉｍｘ）は、０°＜Ｐ（Ｉｍｘ）≦＋９０°に設定することができる。Ｐ（Ｉｍｘ）から他制制御を開始することにより、他制制御の初期におけるモータ電流が抑制される。他制制御の初期においては、電流変化が緩慢である。しかし、モータ電流が抑制されていることによって、長期間にわたって大電流が流れることが回避される。

他制制御の初期においては電流変化が緩慢であることから、この初期におけるモータ電流Ｉｓｔを低く抑えることが望ましい。このような観点から、上限値Ｉｍｘは、他制制御における余弦波の＋３０°以上の位相角における電流値より小さく設定されることが望ましい。言い換えると、上限値Ｉｍｘの余弦波における位相角Ｐ（Ｉｍｘ）は、＋３０°≦Ｐ（Ｉｍｘ）≦＋９０°に設定することができる。

この実施形態では、上限値Ｉｍｘは、他制制御における余弦波の＋６０°に相当する電流値に設定している。これにより、位置決め制御から他制制御の初期にわたる起動期間におけるモータ電流Ｉｓｔが十分に小さく抑制される。

ステップ１６１において、指令回転数が切替回転数に到達すると、ステップ１６２へ進む。ステップ１６２では、制御装置５は、自制制御を実行する。ステップ１６２は、自制制御部５ｃを提供する。

図４には、同期モータを起動する時のモータ電流の一例が示されている。図中において、実線波形はＵ相の電流値を示し、破線はＶ相の電流値を示し、一点鎖線はＷ相の電流値を示す。図中下段には、制御を開始した後の所定の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４における回転子２ａとステータ回転磁界との位置関係が図示されている。図中には、位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔがピーク値ＩＦＦまで増加させられる参考例が図示されている。

図示されるように、時刻ｔ０において位置決め制御が開始されると、モータ電流Ｉｓｔは、ピーク値ＩＦＦまで徐々に増加され、ピーク値ＩＦＦにおいて所定時間にわたって保持される。

時刻ｔ１において他制制御が開始されている。他制制御は、位置決め制御におけるモータ電流から開始されている。他制制御は、他制制御において与えられる余弦波の０°から開始されている。他制制御の初期においては、ピーク値ＩＦＦの近傍の大きいモータ電流Ｉｓｔが流れる。しかも、他制制御の初期においては電流の変化が緩慢であるため、大電流が長期間にわたって流れる。この結果、位置決め制御の後期と、他制制御の初期とを含む長い期間にわたってピーク値ＩＦＦに近い大電流が流れる。この期間においては、インバータ回路３は直流を流している状態となっている。このため、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ６には大きい熱的な負荷が発生する。

他制制御においては三相交流の周波数が徐々に高められる。よって、同期モータ２は、時刻ｔ２には１２０°の位相角に到達し、時刻ｔ３には２４０°の位相角に到達し、時刻ｔ４には３６０°の位相角に到達する。図中には図示されないが、回転数が十分に高まると、自制制御へ移行する。

図５には、第１実施形態による起動時のモータ電流の一例が図示されている。図中において、実線波形はＵ相の電流値を示し、破線はＶ相の電流値を示し、一点鎖線はＷ相の電流値を示す。図中下段には、制御を開始した後の所定の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４における回転子２ａとステータ回転磁界との位置関係が図示されている。図中には、位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔが上限値Ｉｍｘまで増加させられた場合の波形が図示されている。上限値Ｉｍｘは、余弦波の＋３０°の位相角における電流値Ｉ３０より小さく設定されている。

図示されるように、時刻ｔ０において位置決め制御が開始されると、モータ電流Ｉｓｔは、上限値Ｉｍｘまで徐々に増加され、上限値Ｉｍｘにおいて所定時間にわたって保持される。

時刻ｔ１において他制制御が開始されている。他制制御は、位置決め制御における上限値Ｉｍｘに相当する位相角から開始されている。上限値Ｉｍｘは、余弦波の＋６０°に相当する電流値である。よって、他制制御によって与えられる三相交流は、＋６０°から開始されている。図示されるように、他制制御の初期においては電流の変化が緩慢である。しかし、他制制御がピーク値ＩＦＦより低い上限値Ｉｍｘから開始されることにより、長期間にわたって大電流が流れることが回避されている。その一方で、他制制御においても高いピーク値ＩＦＦが供給される。このため、同期モータ２の確実な起動が可能である。

他制制御においては三相交流の周波数が徐々に高められる。よって、同期モータ２は、時刻ｔ２には１８０°の位相角に到達し、時刻ｔ３には３００°の位相角に到達し、時刻ｔ４には４２０°の位相角に到達する。図中には図示されないが、回転数が十分に高まると、自制制御へ移行する。

図６には、第１実施形態による起動時のモータ電流の一例が図示されている。図中において、実線波形はＵ相の電流値を示し、破線はＶ相の電流値を示し、一点鎖線はＷ相の電流値を示す。図中下段には、制御を開始した後の所定の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４における回転子２ａとステータ回転磁界との位置関係が図示されている。図中には、位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔが回転子２ａの回転検出に応答して応答値Ｉａまで増加させられた場合の波形が図示されている。

図示されるように、時刻ｔ０において位置決め制御が開始されると、モータ電流Ｉｓｔは、上限値Ｉｍｘに向けて徐々に増加される。時刻ｔｓにおいて回転子２ａが目標位置０°に向けて回転する。Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のモータ電流Ｉｓｔには、図示されるような振動的な波形があらわれる。制御装置５は、モータ電流Ｉｓｔの振動的な変動を検出することにより回転子２ａの回転を検出し、応答値Ｉａを記憶するとともに、モータ電流Ｉｓｔを応答値Ｉａにおいて保持する。モータ電流Ｉｓｔは、応答値Ｉａにおいて所定時間にわたって保持される。

応答値Ｉａは、上限値Ｉｍｘよりさらに進んだ余弦波上の角度に相当する電流値である。図示の例では、応答値Ｉａは、上限値Ｉｍｘより角度ＡＲ°だけ進んだ角度における電流値である。よって、応答値Ｉａは、他制制御における余弦波の＋６０＋ＡＲ°における電流値である。

時刻ｔ１において他制制御が開始されている。他制制御は、位置決め制御において検出された応答値Ｉａに相当する位相角から開始されている。よって、他制制御によって与えられる三相交流は、＋６０＋ＡＲ°から開始されている。図示されるように、他制制御の初期においては電流の変化が緩慢である。しかし、他制制御がピーク値ＩＦＦより低く、しかも上限値Ｉｍｘより低い応答値Ｉａから開始されることにより、長期間にわたって大電流が流れることが回避されている。その一方で、他制制御においても高いピーク値ＩＦＦが供給される。このため、同期モータ２の確実な起動が可能である。

他制制御においては三相交流の周波数が徐々に高められる。よって、同期モータ２は、時刻ｔ２には１８０＋ＡＲ°の位相角に到達し、時刻ｔ３には３００＋ＡＲ°の位相角に到達し、時刻ｔ４には４２０＋ＡＲ°の位相角に到達する。図中には図示されないが、回転数が十分に高まると、自制制御へ移行する。

この実施形態では、位置決め制御部５ａは、Ｕ相のモータ電流Ｉｓｔを、所定の上限値Ｉｍｘまで増加させる。この上限値Ｉｍｘは、他制制御におけるピーク値ＩＦＦより小さく設定されている。この結果、位置決め制御において長期間にわたって大電流がスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６に流れることが回避される。

他制制御部５ｂは、上限値Ｉｍｘに相当する電気的な角度から他制制御、すなわち三相交流電流の供給を開始する。よって、他制制御は、ピーク値ＩＦＦより低い電流値から開始される。他制制御の初期は、比較的大きい起動トルクに抗して回転子を回転させるために、三相交流の周期が長い。言い換えると、各相の電流変化が少なく、回転数が低い。このような他制制御の初期において、モータ電流Ｉｓｔは、ピーク値ＩＦＦより小さい。この結果、他制制御の初期において、長期間にわたって大電流がスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６に流れることが回避される。

この実施形態では、位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔを他制制御におけるピーク値ＩＦＦより低い上限値Ｉｍｘに設定している。よって、位置決め制御においてスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６にかかる負荷を軽減できる。

この実施形態では、位置決め制御における回転子２ａの応答的挙動が検出されるまで位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔが増加される。このため、位置決め制御のために過大なモータ電流が流されることが回避される。

しかも、他制制御は、ピーク値ＩＦＦより低い電流値に相当する電気的な角度から開始される。望ましい形態では、位置決め制御からのスムーズな移行のために、上限値Ｉｍｘに相当する電気的な角度から他制制御が開始される。このため、他制制御の初期において、モータ電流Ｉｓｔを抑制することができる。よって、他制制御の初期においてスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６にかかる負担を軽減できる。

さらに、他制制御においては、同期モータ２にかかる負荷に抗して同期モータ２を起動するために、必要な起動トルクを生成しうるピーク値ＩＦＦが供給される。よって、同期モータ２の起動を確実に実現できる。

このように、この実施形態によると、同期モータ２の位置決め制御におけるモータ電流Ｉｓｔを抑制できる同期モータ制御装置を提供することができる。しかも、モータ電流Ｉｓｔを抑制しながら同期モータ２を確実に起動できる同期モータ制御装置を提供することができる。さらに、位置決め制御と他制制御とを含む起動期間、とくにその起動期間の初期において、モータ電流が長期間にわたって大電流となることを抑制できる同期モータ制御装置を提供することができる。よって、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の熱的な負担を軽減し、その機能を長期間にわたって維持することができる。

（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された複数の発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された複数の発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された複数の発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。開示された複数の発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

上記実施形態では、ピーク値ＩＦＦは固定値である。これに代えて、ピーク値ＩＦＦを可変値としてもよい。例えば、ピーク値ＩＦＦは、温度などの起動トルク変動要因に応じて、必要な起動トルクを発生できるように可変的に設定することができる。
ピーク値ＩＦＦは、固定的な値、または起動負荷に応じて可変の値とすることができる。

上記実施形態では、位置決め制御における目標位置０°より進んだ位相角における電流値から他制制御を開始した。これに代えて、目標位置０°より遅れた位相角における電流値から他制制御を開始してもよい。他制制御部５ｂは、ピーク値ＩＦＦに相当する位相角（０°）より進んだ位相角、または遅れた位相角から他制制御を開始することができる。他制制御部５ｂは、ピーク値ＩＦＦに相当する位相角より＋９０°までの進んだ位相角（例えば＋６０°）、または−９０°までの遅れた位相角（例えば−６０°）から他制制御を開始することができる。他制制御部５ｂは、ピーク値ＩＦＦに相当する位相角より＋３０°を越える進んだ位相角（例えば＋６０°）、または−３０°を越える遅れた位相角（例えば−６０°）から他制制御を開始することができる。上限値Ｉｍｘの余弦波における位相角Ｐ（Ｉｍｘ）は、−９０°≧Ｐ（Ｉｍｘ）＞０°に設定することができる。望ましくは、上限値Ｉｍｘの余弦波における位相角Ｐ（Ｉｍｘ）は、−９０°≧Ｐ（Ｉｍｘ）≧−３０°に設定することができる。上限値Ｉｍｘは、ピーク値ＩＦＦをもつ余弦波の＋６０°または−６０°に相当する電流値とすることができる。

１ 同期モータシステム、
２ 同期モータ、 ３ インバータ回路、 ４ 直流電源、
５ 制御装置、 ６ 電流センサ、
５ａ 位置決め制御部、 ５ｂ 他制制御部、 ５ｃ 自制制御部、
７ 圧縮機構、 ８ 冷凍サイクル。

Claims (6)

1. 同期モータの回転位置を所定の目標位置に位置付けるための固定の磁界を形成するようにモータ電流を徐々に増加させる位置決め制御を実行する位置決め制御部（５ａ、１５１−１５６）と、
   前記位置決め制御の後に前記同期モータを回転させる回転磁界を形成し、前記同期モータの回転数を徐々に増加させるように前記モータ電流を調節する他制制御を実行する他制制御部（５ｂ、１５７−１６１）とを備え、
   前記位置決め制御部は、
   前記他制制御における前記モータ電流のピーク値（ＩＦＦ）より小さい上限値（Ｉｍｘ）まで前記モータ電流を増加させる上限制御部（１５４）と、
   前記固定の磁界に応答して前記同期モータの回転子が回転したことを示す前記モータ電流の変動を検出し、前記回転子が回転したときの前記モータ電流の応答値（Ｉａ）まで前記モータ電流を増加させる応答制御部（１５２）とを備え、
   前記他制制御部は、前記上限値（Ｉｍｘ）または前記応答値（Ｉａ）に相当する位相角から前記他制制御を開始することを特徴とする同期モータ制御装置。
2. 前記ピーク値（ＩＦＦ）は固定値であることを特徴とする請求項１に記載の同期モータ制御装置。
3. 前記他制制御部は、前記ピーク値（ＩＦＦ）に相当する位相角より進んだ位相角、または遅れた位相角から前記他制制御を開始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制御装置。
4. 前記他制制御部は、前記ピーク値（ＩＦＦ）に相当する位相角より＋９０°までの進んだ位相角、または−９０°までの遅れた位相角から前記他制制御を開始することを特徴とする請求項３に記載の同期モータ制御装置。
5. 前記他制制御部は、前記ピーク値（ＩＦＦ）に相当する位相角より＋３０°を越える進んだ位相角、または−３０°を越える遅れた位相角から前記他制制御を開始することを特徴とする請求項４に記載の同期モータ制御装置。
6. 前記上限値（Ｉｍｘ）は、前記ピーク値をもつ余弦波の＋６０°または−６０°に相当する電流値であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の同期モータ制御装置。

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