JP7166468B2 - 電動機駆動装置および冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

Description

本発明は、電動機駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクル適用機器に関する。

永久磁石同期モータ（以下、ＰＭ（Permanent Magnet）モータとする。）は、誘導モータと比較して高効率な特性を有するため、家電製品、産業機器、電動車分野など、適用範囲が広がっている。ＰＭモータが搭載された機器は、地球温暖化防止および省エネルギー化の動きに伴い、低速回転域、すなわち軽負荷での高効率化が求められるとともに、機器の使用感を向上させるため高速回転域、すなわち高負荷における駆動範囲の拡大も求められている。モータの低速回転域での高効率化の方法として、モータの磁石量および巻線を増加させることによる低速設計化がある。しかしながら、モータを低速設計化すると、高速回転域で発生する誘起電圧が増大する。このような問題に対して、弱め磁束制御を用いて、モータの高速回転域を拡大する方法が知られている。

ＰＭモータは、例えば、冷凍空調機器が備える圧縮機において、冷媒を圧縮する圧縮機構を動作させる用途で使用される。冷凍空調機器は、圧縮機が冷媒を圧縮する動作工程に応じて、負荷トルクが周期的に変動する特性を有している。一般的に、冷凍空調機器は、周期的に変動する圧縮機の負荷トルクにＰＭモータの出力トルクを一致させることでＰＭモータの速度変動を抑制し、圧縮機の振動低減を行う振動抑制制御を行っている。特許文献１には、冷凍空調機器に搭載されるモータ駆動装置が、弱め磁束制御領域での脱調発生を抑制し、弱め磁束制御領域で振動抑制制御を行う場合においても、必要なトルクを確保できるように制御する技術が開示されている。

特開２０１８－１４８５４号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、弱め磁束制御領域での振動抑制制御が適切に行われない場合、冷凍空調機器において、過電流遮断などが発生するとともに、効率の悪い運転をしてしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機の運転領域の全域において、過電流および脱調の発生を抑制しつつ、高効率な運転を実施可能な電動機駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機駆動装置は、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機に、周波数および電圧値が可変の交流電圧を供給するインバータと、インバータを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、γ軸およびδ軸を有する回転座標系におけるγ軸電流指令値を生成するγ軸電流指令値生成部と、回転座標系における第１のδ軸電流指令値を生成する速度制御部と、制限値を用いて第１のδ軸電流指令値を制限し、第２のδ軸電流指令値を生成する制限部と、電動機の出力トルクが負荷トルクの周期的変動に追従するようにδ軸電流補償値を生成する補償値演算部と、第２のδ軸電流指令値、制限値、およびδ軸電流補償値を用いて第３のδ軸電流指令値を生成する振動抑制制御部と、を備え、γ軸電流指令値および第３のδ軸電流指令値を用いてインバータを制御する。

本発明に係る電動機駆動装置は、電動機の運転領域の全域において、過電流および脱調の発生を抑制しつつ、高効率な運転を実施できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電動機駆動装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置が備えるインバータの構成例を示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置において振動抑制制御無しのときの動作の状態を示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置において振動抑制制御有りのときの動作の状態を示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置が備える制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る制御装置が備える電圧指令値演算部の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える補償値演算部の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る電動機駆動装置において電動機が高速領域で回転しているときの電動機にかかる電圧の状態を表す電圧ベクトルを示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置において電動機が高速領域で回転しており、δ軸電流指令のリミッタ値について振動抑制制御を行ったときの電動機にかかる電圧の状態を表す電圧ベクトルを示す図 実施の形態１に係る電動機駆動装置においてδ軸電流指令のリミッタ値の大きさによるγ軸電流の差異を示す図 実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備えるトルク電流指令値生成部の構成例を示す第１のブロック図 実施の形態１に係るトルク電流指令値生成部の動作を示す第１のフローチャート 実施の形態１に係る制限部がリミッタ値を選択する動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る電動機駆動装置の動作状態を示す第１の図 実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備えるトルク電流指令値生成部の構成例を示す第２のブロック図 実施の形態１に係るトルク電流指令値生成部の動作を示す第２のフローチャート 実施の形態１に係る電動機駆動装置の動作状態を示す第２の図 実施の形態１に係る電動機駆動装置が備える制御装置を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置２の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２が備えるインバータ３０の構成例を示す図である。電動機駆動装置２は、交流電源１および電動機７に接続される。電動機駆動装置２は、交流電源１から供給される交流電圧を整流し、再度交流電圧に変換して電動機７に供給して、電動機７を駆動する。電動機駆動装置２は、リアクタ４と、整流回路１０と、平滑コンデンサ２０と、インバータ３０と、母線電圧検出部８２と、母線電流検出部８４と、制御装置１００と、を備える。

整流回路１０は、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を備える。４つのダイオードＤ１～Ｄ４は、ブリッジ接続され、ダイオードブリッジ回路を構成する。整流回路１０は、４つのダイオードＤ１～Ｄ４から構成されるダイオードブリッジ回路によって、交流電源１から供給される交流電圧を整流する。整流回路１０において、入力端子の一端はリアクタ４を介して交流電源１に接続され、入力端子の他端は交流電源１に接続されている。また、整流回路１０において、出力端子は平滑コンデンサ２０に接続されている。

平滑コンデンサ２０は、整流回路１０の出力電圧を平滑する。平滑コンデンサ２０の一方の電極は、整流回路１０の第１の出力端子、および高電位側、すなわち正側の直流母線２２ａに接続されている。平滑コンデンサ２０の他方の電極は、整流回路１０の第２の出力端子、および低電位側、すなわち負側の直流母線２２ｂに接続されている。平滑コンデンサ２０で平滑された電圧を母線電圧Ｖ_ｄｃと称する。

インバータ３０は、平滑コンデンサ２０の両端電圧、すなわち母線電圧Ｖ_ｄｃを受けて、周波数および電圧値が可変の３相交流電圧を発生して、出力線３３１～３３３を介して電動機７に供給する。インバータ３０は、図２に示すように、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０と、を備える。インバータ主回路３１０の入力端子は、直流母線２２ａ，２２ｂに接続されている。インバータ主回路３１０は、スイッチング素子３１１～３１６を備える。スイッチング素子３１１～３１６の各々には、還流用の整流素子３２１～３２６が逆並列接続されている。

駆動回路３５０は、制御装置１００から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６によってスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。これにより、インバータ３０は、周波数可変かつ電圧可変の３相交流電圧を、出力線３３１～３３３を介して電動機７に供給することができる。

ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、論理回路の信号レベル、すなわち０Ｖ～５Ｖの大きさを持つ信号である。ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、制御装置１００の接地電位を基準電位とする信号である。一方、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１～３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、－１５Ｖ～＋１５Ｖの大きさを持つ信号である。駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子の負側の端子、すなわちエミッタ端子の電位を基準電位とする信号である。

電動機７は、例えば、３相永久磁石同期電動機である。本実施の形態では、電動機７は、負荷トルクＴ_ｌが周期的に変動する負荷要素を駆動することを想定している。以降の説明において、電動機のことをモータと称することがある。

母線電圧検出部８２は、直流母線２２ａ，２２ｂ間の電圧を母線電圧Ｖ_ｄｃとして検出する。母線電圧検出部８２は、例えば、直列接続された抵抗で分圧する分圧回路を備える。母線電圧検出部８２は、検出した母線電圧Ｖ_ｄｃを、分圧回路を用いて制御装置１００での処理に適した電圧、例えば、５Ｖ以下の電圧に変換し、アナログ信号である電圧検出信号として制御装置１００に出力する。母線電圧検出部８２から制御装置１００に出力される電圧検出信号は、制御装置１００内の図示しないＡＤ（Analog to Digital）変換部によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、制御装置１００での内部処理に用いられる。

母線電流検出部８４は、直流母線２２ｂに挿入されたシャント抵抗を備える。母線電流検出部８４は、シャント抵抗を用いて、インバータ３０に入力される電流を直流電流Ｉ_ｄｃとして検出する。母線電流検出部８４は、検出した直流電流Ｉ_ｄｃを、アナログ信号である電流検出信号として制御装置１００に出力する。母線電流検出部８４から制御装置１００に出力される電流検出信号は、制御装置１００内の図示しないＡＤ変換部によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、制御装置１００での内部処理に用いられる。

制御装置１００は、インバータ３０を制御するため、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成する。制御装置１００は、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６をインバータ３０に出力して、インバータ３０を制御する。具体的には、制御装置１００は、インバータ３０を制御して、インバータ３０の出力電圧の角周波数ωおよび電圧値を変化させる。

インバータ３０の出力電圧の角周波数ωは、出力電圧の角周波数と同じ符号ωで表されるものであって、電動機７の電気角での回転角速度を定めるものである。電動機７の機械角での回転角速度ω_ｍは、電動機７の電気角での回転角速度ωを極対数Ｐ_ｍで割ったものに等しい。従って、電動機７の機械角での回転角速度ω_ｍと、インバータ３０の出力電圧の角周波数ωとの間には、下記の式（１）で表される関係がある。以降の説明において、回転角速度を単に回転速度と称し、角周波数を単に周波数と称することがある。

制御装置１００は、電動機７に流れる相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗに基づいて励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を生成し、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊に基づいてγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊を生成する。また、制御装置１００は、電動機７の周波数推定値ω_ｅｓｔを周波数指令値ω_ｅ ^＊に一致させるようにトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を算出し、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊に基づいてδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成する。制御装置１００は、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊に基づいてインバータ３０を制御する。このように、本実施の形態において、制御装置１００は、γ軸およびδ軸を有する回転座標系において制御を行う。

制御装置１００は、負荷トルクＴ_ｌが周期的に変動する負荷要素を電動機７が駆動する場合、電動機７の出力トルクＴ_ｍが、負荷トルクＴ_ｌの周期的変動、すなわち脈動に追従するようにインバータ３０を制御することが望ましい。制御装置１００は、出力トルクＴ_ｍを負荷トルクＴ_ｌの周期的変動、すなわち脈動に追従させるため、トルク電流補償値を生成してもよい。制御装置１００において、生成されたトルク電流補償値は、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を補正するために用いられる。

ここで、電動機駆動装置２での振動抑制制御の必要性および動作について、図３および図４を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２において振動抑制制御無しのときの動作の状態を示す図である。図４は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２において振動抑制制御有りのときの動作の状態を示す図である。図３および図４は、電動機７の機械角１回転における、電動機７が駆動する負荷要素として想定したシングルロータリー圧縮機の負荷トルクＴ_ｌ、電動機７の出力トルクＴ_ｍ、シングルロータリー圧縮機内の電動機７の回転速度、およびトルク電流補償値の関係を示す図である。図３は、制御装置１００が、電動機７の出力トルクＴ_ｍを一定に制御した状態を示している。図４は、制御装置１００が、電動機７の出力トルクＴ_ｍを負荷トルクＴ_ｌに一致させるようにトルク電流補償値を制御して回転速度を一定に制御した状態を示している。

図３から分かるように、制御装置１００が電動機７の出力トルクＴ_ｍを一定に制御すると、電動機７の出力トルクＴ_ｍと負荷トルクＴ_ｌとの差で回転速度が変動する。回転速度が変動すると、シングルロータリー圧縮機で振動、騒音などが発生するだけでなく、回転数の変動が大きい場合には、電動機７が脱調し、停止する可能性がある。

そのため、本実施の形態において、制御装置１００は、図４に示す振動抑制制御では、電動機７の出力トルクＴ_ｍを負荷トルクＴ_ｌに一致させるように制御する。制御装置１００は、電動機７の出力トルクＴ_ｍと負荷トルクＴ_ｌとの間でトルクの過不足を無くすことで、回転速度を一定に制御することができる。ただし、制御装置１００は、振動抑制制御を実現するためには、図４に示すように、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を負荷トルクＴ_ｌに応じて変化させる必要がある。

制御装置１００の構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２が備える制御装置１００の構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、運転制御部１０２と、インバータ制御部１１０と、を備える。

運転制御部１０２は、外部から指令情報Ｑ_ｅを受け、指令情報Ｑ_ｅに基づいて、周波数指令値ω_ｅ ^＊を生成する。周波数指令値ω_ｅ ^＊は、下記の式（２）に示すように、電動機７の回転速度の指令値である回転角速度指令値ω_ｍ ^＊に極対数Ｐ_ｍを乗算することで求めることができる。

制御装置１００は、冷凍サイクル適用機器として空気調和機を制御する場合、指令情報Ｑ_ｅに基づいて空気調和機の各部の動作を制御する。指令情報Ｑ_ｅは、例えば、図示しない温度センサで検出された温度、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始及び運転終了の指示情報などである。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。なお、運転制御部１０２については、制御装置１００の外部にあってもよい。すなわち、制御装置１００は、外部から周波数指令値ω_ｅ ^＊を取得する構成であってもよい。

インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１と、３相２相変換部１１２と、励磁電流指令値生成部１１３と、電圧指令値演算部１１５と、電気位相演算部１１６と、２相３相変換部１１７と、ＰＷＭ信号生成部１１８と、を備える。

電流復元部１１１は、母線電流検出部８４で検出された直流電流Ｉ_ｄｃに基づいて電動機７に流れる相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元する。電流復元部１１１は、母線電流検出部８４で検出された直流電流Ｉ_ｄｃを、ＰＷＭ信号生成部１１８で生成されたＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることによって、相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元することができる。

３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１で復元された相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを、後述する電気位相演算部１１６で生成された電気位相θ_ｅを用いて、γ軸電流である励磁電流ｉ_γ、およびδ軸電流であるトルク電流ｉ_δ、すなわちγ－δ軸の電流値に変換する。

励磁電流指令値生成部１１３は、前述の回転座標系における励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を生成する。具体的には、励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流ｉ_δに基づいて、電動機７を駆動するために最も効率が良くなる最適な励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求める。励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流ｉ_δに基づいて、出力トルクＴ_ｍが規定された値以上または最大になる、すなわち電流値が規定された値以下または最小になる電流位相β_ｍとなる励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を出力する。なお、ここでは、励磁電流指令値生成部１１３が、トルク電流ｉ_δに基づいて励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求めているが、一例であり、これに限定されない。励磁電流指令値生成部１１３は、励磁電流ｉ_γ、周波数指令値ω_ｅ ^＊などに基づいて励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求めても、同様の効果を得ることができる。また、励磁電流指令値生成部１１３は、後述するような弱め磁束制御によって励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を決定してもよい。以降の説明において、励磁電流指令値をγ軸電流指令値と称し、励磁電流指令値生成部をγ軸電流指令値生成部と称することがある。

電圧指令値演算部１１５は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ω_ｅ ^＊と、３相２相変換部１１２から取得した励磁電流ｉ_γおよびトルク電流ｉ_δと、励磁電流指令値生成部１１３から取得した励磁電流指令値ｉ_γ ^＊とに基づいて、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成する。さらに、電圧指令値演算部１１５は、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊と、δ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊と、励磁電流ｉ_γと、トルク電流ｉ_δとに基づいて、周波数推定値ω_ｅｓｔを推定する。

電気位相演算部１１６は、電圧指令値演算部１１５から取得した周波数推定値ω_ｅｓｔを積分することで、電気位相θ_ｅを演算する。

２相３相変換部１１７は、電圧指令値演算部１１５から取得したγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊、すなわち２相座標系の電圧指令値を、電気位相演算部１１６から取得した電気位相θ_ｅを用いて、３相座標系の出力電圧指令値である３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊に変換する。

ＰＷＭ信号生成部１１８は、２相３相変換部１１７から取得した３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊と、母線電圧検出部８２で検出された母線電圧Ｖ_ｄｃとを比較することによって、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成する。なお、ＰＷＭ信号生成部１１８は、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を出力しないようにすることによって、電動機７を停止することも可能である。

電圧指令値演算部１１５の構成について説明する。図６は、実施の形態１に係る制御装置１００が備える電圧指令値演算部１１５の構成例を示すブロック図である。電圧指令値演算部１１５は、周波数推定部５０１と、減算部５０２と、トルク電流指令値生成部５０３と、補償値演算部５０４と、減算部５０９，５１０と、励磁電流制御部５１１と、トルク電流制御部５１２と、を備える。

周波数推定部５０１は、励磁電流ｉ_γと、トルク電流ｉ_δと、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊と、δ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊とに基づいて、電動機７に供給される電圧の周波数を推定し、周波数推定値ω_ｅｓｔとして出力する。

減算部５０２は、周波数指令値ω_ｅ ^＊に対する、周波数推定部５０１で推定された周波数推定値ω_ｅｓｔの差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）を算出する。

補償値演算部５０４は、電動機７の出力トルクＴ_ｍが負荷トルクＴ_ｌの周期的変動に追従するようにトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を生成する。具体的には、補償値演算部５０４は、周波数推定部５０１から取得した周波数推定値ω_ｅｓｔに基づいて、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を生成する。トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}は、周波数推定値ω_ｅｓｔの脈動成分、特に周波数がω_ｍｎである脈動成分を抑制するためのものである。ここで、「周波数推定値ω_ｅｓｔの脈動成分、特に周波数がω_ｍｎである脈動成分」とは、周波数推定値ω_ｅｓｔを表す値である直流量の脈動成分、特に脈動周波数がω_ｍｎである脈動成分を意味する。なお、ｍは直流量に関係するパラメータであり、ｎは電動機７が駆動する負荷を示すパラメータである。ｎについては、例えば、電動機７が駆動する負荷が、シングルロータリー圧縮機の場合は１とし、ツインロータリー圧縮機の場合は２とする。また、ｎは３以上であってもよい。以降の説明において、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}をδ軸電流補償値と称することがある。

トルク電流指令値生成部５０３は、前述の回転座標系におけるトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を生成する。具体的には、トルク電流指令値生成部５０３は、減算部５０２で算出された差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）に対して、比例積分演算、すなわちＰＩ（Proportional Integral）制御を行って、差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）をゼロに近付けるトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を求める。トルク電流指令値生成部５０３は、このようにしてトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成することで、周波数推定値ω_ｅｓｔを周波数指令値ω_ｅ ^＊に一致させるための制御を行う。さらに、トルク電流指令値生成部５０３は、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を、補償値演算部５０４から取得したトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を用いて補正することによって、負荷トルクＴ_ｌの脈動により発生する速度脈動を抑制することができる。トルク電流指令値生成部５０３は、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を用いて補正したトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を生成して出力する。以降の説明において、トルク電流指令値をδ軸電流指令値と称し、トルク電流指令値生成部をδ軸電流指令値生成部と称することがある。

減算部５０９は、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊に対する励磁電流ｉ_γの差分（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）を算出する。減算部５１０は、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊に対するトルク電流ｉ_δの差分（ｉ_δ ^＊＊＊－ｉ_δ）を算出する。

励磁電流制御部５１１は、減算部５０９で算出された差分（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）に対して比例積分演算を行って、差分（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）をゼロに近付けるγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊を生成する。励磁電流制御部５１１は、このようにしてγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊を生成することで、励磁電流ｉ_γを励磁電流指令値ｉ_γ ^＊に一致させるための制御を行う。

トルク電流制御部５１２は、減算部５１０で算出された差分（ｉ_δ ^＊＊＊－ｉ_δ）に対して比例積分演算を行って、差分（ｉ_δ ^＊＊＊－ｉ_δ）をゼロに近付けるδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成する。トルク電流制御部５１２は、このようにしてδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成することで、トルク電流ｉ_δをトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊に一致させるための制御を行う。

補償値演算部５０４の構成について説明する。図７は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える補償値演算部５０４の構成例を示すブロック図である。補償値演算部５０４は、演算部５５０と、余弦演算部５５１と、正弦演算部５５２と、乗算部５５３，５５４と、ローパスフィルタ５５５，５５６と、減算部５５７，５５８と、周波数制御部５５９，５６０と、乗算部５６１，５６２と、加算部５６３と、を備える。

演算部５５０は、周波数推定値ω_ｅｓｔを積分し、極対数で除算することによって電動機７の回転位置を示す機械角位相θ_ｍｎを算出する。余弦演算部５５１は、機械角位相θ_ｍｎに基づいて、余弦ｃｏｓθ_ｍｎを算出する。正弦演算部５５２は、機械角位相θ_ｍｎに基づいて、正弦ｓｉｎθ_ｍｎを算出する。

乗算部５５３は、周波数推定値ω_ｅｓｔに余弦ｃｏｓθ_ｍｎを乗算し、周波数推定値ω_ｅｓｔの余弦成分ω_ｅｓｔ・ｃｏｓθ_ｍｎを算出する。乗算部５５４は、周波数推定値ω_ｅｓｔに正弦ｓｉｎθ_ｍｎを乗算し、周波数推定値ω_ｅｓｔの正弦成分ω_ｅｓｔ・ｓｉｎθ_ｍｎを算出する。乗算部５５３，５５４で算出される余弦成分ω_ｅｓｔ・ｃｏｓθ_ｍｎおよび正弦成分ω_ｅｓｔ・ｓｉｎθ_ｍｎには、周波数がω_ｍｎである脈動成分の他、周波数がω_ｍｎより高い周波数の脈動成分、すなわち高調波成分が含まれている。

ローパスフィルタ５５５，５５６は、伝達関数が１／（１＋ｓ・Ｔ_ｆ）で表される一次遅れフィルタである。ここで、ｓはラプラス演算子である。Ｔ_ｆは時定数であり、周波数ω_ｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去するように定められる。なお、「除去」には、脈動成分の一部が減衰、すなわち低減される場合が含まれるものとする。時定数Ｔ_ｆについては、速度指令値に基づいて運転制御部１０２で設定され、運転制御部１０２がローパスフィルタ５５５，５５６に通知してもよいし、ローパスフィルタ５５５，５５６が保持していてもよい。ローパスフィルタ５５５，５５６については、一次遅れフィルタは一例であって、移動平均フィルタなどであってもよいし、高周波側の脈動成分を除去できればフィルタの種類は限定されない。

ローパスフィルタ５５５は、余弦成分ω_ｅｓｔ・ｃｏｓθ_ｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ω_ｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}を出力する。低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}は、周波数推定値ω_ｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がω_ｍｎである余弦成分を表す直流量である。

ローパスフィルタ５５６は、正弦成分ω_ｅｓｔ・ｓｉｎθ_ｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ω_ｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}を出力する。低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}は、周波数推定値ω_ｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がω_ｍｎである正弦成分を表す直流量である。

減算部５５７は、ローパスフィルタ５５５から出力された低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}と０との差分（ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}－０）を算出する。減算部５５８は、ローパスフィルタ５５６から出力された低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}と０との差分（ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}－０）を算出する。

周波数制御部５５９は、減算部５５７で算出された差分（ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}－０）に対して比例積分演算を行って、差分（ω_{ｅｓｔ＿ｃｏｓ}－０）をゼロに近付ける電流指令値の余弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}を算出する。周波数制御部５５９は、このようにして余弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}を生成することで、低周波数成分ω_{ｅｓｔ_ｃｏｓ}を０に一致させるための制御を行う。

周波数制御部５６０は、減算部５５８で算出された差分（ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}－０）に対して比例積分演算を行って、差分（ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}－０）をゼロに近付ける電流指令値の正弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}を算出する。周波数制御部５６０は、このようにして正弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}を生成することで、低周波数成分ω_{ｅｓｔ＿ｓｉｎ}を０に一致させるための制御を行う。

乗算部５６１は、周波数制御部５５９から出力された余弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}に余弦ｃｏｓθ_ｍｎを乗算してｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}・ｃｏｓθ_ｍｎを生成する。ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}・ｃｏｓθ_ｍｎは、周波数ｎ・ω_ｅｓｔを持つ交流成分である。

乗算部５６２は、周波数制御部５６０から出力された正弦成分ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}に正弦ｓｉｎθ_ｍｎを乗算してｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}・ｓｉｎθ_ｍｎを生成する。ｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}・ｓｉｎθ_ｍｎは、周波数ｎ・ω_ｅｓｔを持つ交流成分である。

加算部５６３は、乗算部５６１から出力されたｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ}・ｃｏｓθ_ｍｎと、乗算部５６２から出力されたｉ_{δ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ}・ｓｉｎθ_ｍｎとの和を求める。補償値演算部５０４は、加算部５６３で求められたものを、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}として出力する。

トルク電流指令値生成部５０３は、補償値演算部５０４において上記のようにして求められたトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を演算途中のトルク電流指令値に加算し、加算結果を、補正されたトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊として用いることで、脈動成分を抑制することができる。

トルク電流指令値生成部５０３の動作について詳細に説明する。一般的に、冷凍サイクル適用機器を制御する電動機駆動装置では、振動抑制制御などを目的として、δ軸電流指令に対してリミッタ値を設定している。本実施の形態において、トルク電流指令値生成部５０３は、δ軸電流指令に対するリミッタ値として、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２，ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍを用いる。リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２，ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍは、それぞれ下記の式（３）～（５）で表される。

リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１は、電動機７の回転速度が低速領域の場合において、電動機７の電流値に基づいて制限をかけることを想定したものである。式（３）において、Ｉ_ｅは電動機７の減磁限界などによって定まる相電流の過電流遮断値の実効値である。トルク電流ｉ_δは、励磁電流ｉ_γを優先する構成としたいため、相電流の過電流遮断値から励磁電流ｉ_γを引いた構成としている。すなわち、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１は、電動機７の相電流に対する電流制限値、および励磁電流ｉ_γから規定される。

リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２は、電動機７の回転速度が中高速領域の場合において、電動機７の電圧値に基づいて制限をかけることを想定したものである。式（４）において、Ｌ_γは前述の回転座標系のγ軸インダクタンスであり、Ｌ_δは前述の回転座標系のδ軸インダクタンスである。一般的に、インバータ３０が電動機７に出力できる交流電圧の最大電圧には制限があるので、γδ軸電圧の制限値をＶ_ｏｍとした場合、励磁電流ｉ_γとトルク電流ｉ_δとの関係は、式（６）のように表される。なお、制限値Ｖ_ｏｍについては、例えば、電動機７の巻線抵抗、インバータ３０のスイッチング素子３１１～３１６などの電圧降下分を差し引いた値にしてもよい。インバータ３０の出力限界範囲は、厳密には六角形状であるが、ここでは円で近似して考えている。本実施の形態では、円で近似することを前提として議論するが、厳密に六角形を考えて議論してもよいことは言うまでも無い。

式（６）をトルク電流ｉ_δについて解くと、式（４）を導出することができる。式（４）のδ軸電流指令は、電圧限界および弱め磁束制御の効き具合を考慮できているため、例えば、特許文献１に記載されている数６と比較して、より最適なδ軸電流指令のリミッタ値であると言える。すなわち、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２は、インバータ３０が電動機７に出力可能な電圧に基づく制限値Ｖ_ｏｍである電圧制限値、電動機７の回転速度、電動機７のγδ軸磁束鎖交数Φ_ａ、前述の回転座標系のγ軸インダクタンス、および前述の回転座標系のδ軸インダクタンスから規定される。

本実施の形態では、原点を中心とする半径が制限値Ｖ_ｏｍの円のことを電圧制限円２１と称する。なお、制限値Ｖ_ｏｍは、インバータ３０がＰＷＭインバータであった場合、母線電圧Ｖ_ｄｃの値によって変動することは公知である。

高速領域では速度起電力ω_ｅΦ_ａが非常に大きくなるから、トルク電流ｉ_δを大きくするためには励磁電流ｉ_γをマイナス方向に流し、電圧指令ベクトルｖ^＊の振幅を電圧制限円２１の範囲内に収める必要がある。このように、γδ軸磁束鎖交数Φ_ａと逆方向にγ軸固定子磁束L_γｉ_γを発生させて電圧振幅を減少させる制御手法は、一般に弱め磁束制御と呼ばれている。

図８は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２において電動機７が高速領域で回転しているときの電動機７にかかる電圧の状態を表す電圧ベクトルを示す図である。図８において、弧状の点線が前述の制限値Ｖ_ｏｍ、すなわち電圧制限円２１である。図８は、δ軸電流指令のリミッタ値について、本実施の形態と特許文献１との差異を示している。本実施の形態のように、δ軸電流指令のリミッタ値としてｉδ＿ｌｉｍ２を用いた場合、ω_ｅΦ_ａに対してのω_ｅＬ_γｉ_γによる弱め磁束制御の効きに応じたδ軸電流指令のリミッタ値を一意に決めることができる。一方、特許文献１によるδ軸電流指令のリミッタ値としてｉδ＿ｌｉｍ４を用いた場合、δ軸電流指令のリミッタ値を一意に決めることができず、過不足が発生してしまう。

図９は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２において電動機７が高速領域で回転しており、δ軸電流指令のリミッタ値について振動抑制制御を行ったときの電動機７にかかる電圧の状態を表す電圧ベクトルを示す図である。トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}によって電圧指令はγ軸方向に揺れる。また、電圧指令ベクトルｖ^＊が図９に示すように電圧制限円２１ぎりぎりの大きさであって、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}が正方向に大きくなりγ軸電圧が負方向に大きくなる場合、電動機駆動装置２は、電圧制限円２１内に入るように弱め磁束制御を行う。

図９において、例えば、ｉδ＿ｌｉｍ４が過剰に大きい場合、電圧指令ベクトルはｖ^＊＊となり大きく電圧制限円２１から外れる。この場合、電動機７において脱調の可能性が大きくなり、電動機７に対する電動機駆動装置２の制御が不安定になりやすい。電動機駆動装置２は、電圧指令ベクトルがｖ^＊＊の場合、安定して電動機７を駆動させるには弱め磁束制御を行う必要がある。しかしながら、電動機駆動装置２は、必要以上に励磁電流ｉ_γを流してしまうと、電動機７を制御する際、効率の悪い運転となってしまう。弱め磁束制御の結果、電圧指令はｖ＿ｌｉｍ４^＊となる。図９において、電圧指令ベクトルｖ^＊＊に対する弱め磁束制御によるω_ｅＬ_γｉ_γが、電圧指令ベクトルｖ^＊に対する弱め磁束制御によるω_ｅＬ_γｉ_γよりも大きくなっていることが分かる。また、図９において、電圧指令ベクトルｖ^＊＊に対するγ軸方向の振幅が、電圧指令ベクトルｖ^＊に対するγ軸方向の振幅よりも大きくなっていることが分かる。

図１０は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２においてδ軸電流指令のリミッタ値の大きさによるγ軸電流の差異を示す図である。図１０（ａ）はδ軸電流指令のリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ４の場合に弱め磁束制御を行った状態を示し、図１０（ｂ）はδ軸電流指令のリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２の場合に弱め磁束制御を行った状態を示す。図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを比較すると、δ軸電流指令のリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ４が過剰に大きい場合、δ軸電流指令のリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２のときよりもγ軸電流が余計に流れて効率が悪くなっていることが分かる。図１０（ａ）では電流ピークが－１０Ａであるのに対して、図１０（ｂ）では電流ピークが－５Ａに減少している、すなわち銅損の増加を抑制していることが分かる。また、δ軸電流指令のリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ４が過剰に大きい場合、電動機駆動装置２において、過電流保護にかかる可能性も考えられる。

弱め磁束制御について説明する。弱め磁束制御として最も単純な方法は、電圧方程式に基づいてγ軸電流指令を決定する方法である。式（６）を励磁電流ｉ_γについて解くと式（７）が得られる。

しかしながら、式（７）で示される励磁電流ｉ_γが得られる弱め磁束制御は、モータ定数の変化、バラツキなどに弱いという欠点があり、産業界ではあまり利用されていない。

式（７）で示される励磁電流ｉ_γが得られる弱め磁束制御の代わりに利用されているのは、積分型の弱め磁束制御である。例えば、電圧指令ベクトルの振幅｜ｖ^＊｜と制限値Ｖ_ｏｍとの差分を積分制御することで励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を決定する手法が公知である。この手法では、電圧指令ベクトルの振幅｜ｖ^＊｜が制限値Ｖ_ｏｍよりも大きい場合は励磁電流指令値ｉ_γ ^＊をマイナス方向に増やし、逆に、電圧指令ベクトルの振幅｜ｖ^＊｜が制限値Ｖ_ｏｍよりも小さい場合は励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を減らす。一般論として、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊には適宜、リミッタがかけられる。これは、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊が過大になって、電動機７が減磁するのを防ぐためである。また、電動機７の回転速度が低中速領域で正の励磁電流ｉ_γが流れるのを防ぐため、プラス方向のリミッタをかけてもよい。プラス方向のリミッタ値は、ゼロまたは「最大トルク／電流制御の電流指令値」とするのが一般的である。

トルク電流指令値生成部５０３の具体的な構成および動作について説明する。図１１は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備えるトルク電流指令値生成部５０３の構成例を示す第１のブロック図である。なお、図１１には、前段の減算部５０２も含めている。トルク電流指令値生成部５０３は、速度制御部６１０と、振動抑制制御部６２０と、制限部６３０と、を備える。

速度制御部６１０は、前述の回転座標系におけるトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する。具体的には、速度制御部６１０は、比例制御部６１１と、積分制御部６１２と、加算部６１３と、を備える。比例制御部６１１は、減算部５０２から取得した、周波数指令値ω_ｅ ^＊と周波数推定値ω_ｅｓｔとの差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）に対して比例制御を行い、比例項ｉ_δ＿ｐ ^＊を出力する。積分制御部６１２は、減算部５０２から取得した、周波数指令値ω_ｅ ^＊と周波数推定値ω_ｅｓｔとの差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）に対して積分制御を行い、積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊を出力する。加算部６１３は、比例制御部６１１から取得した比例項ｉ_δ＿ｐ ^＊と、積分制御部６１２から取得した積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊とを加算して、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する。以降の説明において、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を第１のδ軸電流指令値と称することがある。

振動抑制制御部６２０は、加算部６２１を備える。加算部６２１は、速度制御部６１０で生成されたトルク電流指令値ｉ_δ ^＊と、補償値演算部５０４から取得したトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}とを加算して、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊を生成する。

制限部６３０は、記憶部６３１と、選択部６３２と、リミッタ６３３と、を備える。記憶部６３１は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２を記憶している。すなわち、制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２を有している。選択部６３２は、記憶部６３１に記憶されているリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２のいずれかを選択し、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍとする。リミッタ６３３は、振動抑制制御部６２０で生成されたトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊に対してリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍで制限したものをトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊として出力する。なお、制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１，ｉδ＿ｌｉｍ２について、自身で演算して求めたものを記憶部６３１に記憶させてもよいし、外部、例えば、運転制御部１０２から取得して記憶部６３１に記憶させてもよい。以降の説明において、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍを制限値と称し、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１を第１の制限値と称し、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２を第２の制限値と称することがある。

図１２は、実施の形態１に係るトルク電流指令値生成部５０３の動作を示す第１のフローチャートである。トルク電流指令値生成部５０３において、速度制御部６１０は、周波数指令値ω_ｅ ^＊と周波数推定値ω_ｅｓｔとの差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）からトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する（ステップＳ１）。振動抑制制御部６２０は、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊とトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}とを加算して、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊を生成する（ステップＳ２）。制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍがトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊より小さい場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、速度制御部６１０の積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊を低減させる（ステップＳ４）。具体的には、制限部６３０は、「ｉ_δ＿ｉ ^＊＝ｉδ＿ｌｉｍ－ｉ_δ＿ｐ ^＊」にすることを速度制御部６１０に指示する。制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍがトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊以上の場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊として、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊を出力する（ステップＳ５）。

制限部６３０が、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍとして、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１またはリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２の一方を選択する動作について説明する。図１３は、実施の形態１に係る制限部６３０がリミッタ値を選択する動作を示すフローチャートである。制限部６３０において、選択部６３２は、例えば、電動機７の変調率に基づいて、リミッタ値を選択する。変調率は、電動機７の各相の線間電圧を母線電圧Ｖ_ｄｃのピーク電圧で除算した値とする。選択部６３２は、変調率が１を超える場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２を選択する（ステップＳ１２）。選択部６３２は、変調率が１以下の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１を選択する（ステップＳ１３）。なお、図１３に示す動作は一例であって、選択部６３２は、他の手法によってリミッタ値を選択してもよい。選択部６３２は、例えば、電動機７の回転数、負荷などが大きく弱め磁束制御が必要な場合、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２を選択してもよい。また、制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１とリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２とを比較して、小さい方を選択してもよい。

ここで、図１２に示すフローチャートにおいてステップＳ３：Ｎｏの場合、トルク電流指令値生成部５０３では、速度制御部６１０の積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊を低減させる、アンチワインドアップ制御と呼ばれる制御が働く。この場合の電動機駆動装置２の動作状態を図１４に示す。図１４は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２の動作状態を示す第１の図である。図１４は、電動機駆動装置２のトルク電流指令値生成部５０３の構成が図１１の場合の動作状態を示すものである。図１４から、速度制御部６１０の積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊が小さくなってしまうので、実速度が速度指令値に追従できていないことが分かる。図１１に示すトルク電流指令値生成部５０３の構成では、制限部６３０が振動抑制制御部６２０の後段にあるため、振動抑制制御を優先し、速度制御が適切に行えていない。速度制御が適切に行えない場合、電動機駆動装置２は、出したい能力が出せず、制御破綻する可能性が高くなる。

速度制御を優先した場合のトルク電流指令値生成部５０３の具体的な構成および動作について説明する。図１５は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備えるトルク電流指令値生成部５０３の構成例を示す第２のブロック図である。なお、図１５には、前段の減算部５０２も含めている。トルク電流指令値生成部５０３は、速度制御部６１０と、制限部６３０と、振動抑制制御部６４０と、を備える。

制限部６３０は、速度制御部６１０で生成されたトルク電流指令値ｉ_δ ^＊に対してリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍで制限したものをトルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊として出力する。すなわち、制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍを用いてトルク電流指令値ｉδ^＊を制限し、トルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊を生成する。以降の説明において、トルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊を第２のδ軸電流指令値と称することがある。なお、制限部６３０は、図１５の例では、図１１の例と比較して制限の対象が異なるが、動作の内容は図１１の例の場合の動作の内容と同様である。

振動抑制制御部６４０は、トルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ、およびトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}を用いてトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を生成する。具体的には、振動抑制制御部６４０は、減算部６４１と、リミッタ６４２と、加算部６４３と、を備える。減算部６４１は、制限部６３０から取得したリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍとトルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊との差分を算出し、トルク電流補償値に対するリミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍを算出する。リミッタ６４２は、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}に対してリミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍで制限したものをリミッタ後のトルク電流補償値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍ^＊として出力する。加算部６４３は、トルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊と、リミッタ後のトルク電流補償値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍ^＊とを加算して、トルク電流指令値Ｉ_δ ^＊＊＊を生成する。以降の説明において、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を第３のδ軸電流指令値と称することがある。

図１５に示す例では、トルク電流指令値生成部５０３は、速度制御部６１０の後段に制限部６３０を設け、トルク電流補償値に対するリミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍをｉδ＿ｌｉｍ－ｉδ＿ｌｉｍ^＊とする。これにより、トルク電流指令値生成部５０３は、速度指令に追従できる分のδ軸電流指令を確保しつつ、余っている分を振動抑制制御のδ軸電流指令に使うことができる。

図１６は、実施の形態１に係るトルク電流指令値生成部５０３の動作を示す第２のフローチャートである。トルク電流指令値生成部５０３において、速度制御部６１０は、周波数指令値ω_ｅ ^＊と周波数推定値ω_ｅｓｔとの差分（ω_ｅ ^＊－ω_ｅｓｔ）からトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する（ステップＳ２１）。制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍがトルク電流指令値ｉ_δ ^＊より小さい場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、速度制御部６１０の積分項ｉ_δ＿ｉ ^＊を低減させる（ステップＳ２３）。具体的には、制限部６３０は、「ｉ_δ＿ｉ ^＊＝ｉδ＿ｌｉｍ－ｉ_δ＿ｐ ^＊」にすることを速度制御部６１０に指示する。制限部６３０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍがトルク電流指令値ｉ_δ ^＊以上の場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、リミッタ後のトルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊として、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を出力する（ステップＳ２４）。

振動抑制制御部６４０は、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍからトルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊を減算したものを、トルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}に対するリミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍとして算出する（ステップＳ２５）。振動抑制制御部６４０は、リミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍがトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}以上の場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、リミッタ後のトルク電流補償値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍ^＊をトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}とする（ステップＳ２７）。振動抑制制御部６４０は、リミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍがトルク電流補償値ｉ_{δ＿ｔｒｑ}未満の場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、リミッタ後のトルク電流補償値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍ^＊をリミッタ値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍとする（ステップＳ２８）。振動抑制制御部６４０は、トルク電流指令値ｉδ＿ｌｉｍ^＊とリミッタ後のトルク電流補償値ｉδ＿ｔｒｑ＿ｌｉｍ^＊とを加算して、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を生成する（ステップＳ２９）。

なお、制限部６３０において選択部６３２が、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍとして、リミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ１またはリミッタ値ｉδ＿ｌｉｍ２の一方を選択する動作については、前述と同様とする。

図１７は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２の動作状態を示す第２の図である。図１７は、電動機駆動装置２のトルク電流指令値生成部５０３の構成が図１５の場合の動作状態を示すものである。図１４の場合と異なり、図１７から、実速度が速度指令値に追従できていることが分かる。

電動機駆動装置２において、制御装置１００は、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊およびトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を用いてγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成し、さらに、３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊に変換してからＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成することで、インバータ３０を制御する。このように、電動機駆動装置２は、トルク電流指令値生成部５０３の構成を図１５に示す構成にして、δ軸電流のリミッタ値を設けることで、速度指令値に追従し、脱調を抑制しつつ、効率の良い振動抑制制御を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では、電動機駆動装置２は、インバータ３０の入力側の直流電流Ｉ_ｄｃから相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元する構成としているが、これに限定されない。電動機駆動装置２は、インバータ３０の出力線３３１，３３２，３３３に電流検知器を設けて相電流を検出してもよい。この場合、電動機駆動装置２は、電流検知器で検出された電流値を、電流復元部１１１で復元された電流の代わりに用いればよい。

電動機駆動装置２において、インバータ主回路３１０のスイッチング素子３１１～３１６としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などを想定しているが、スイッチングを行うことが可能な素子であれば、どのようなものを用いてもよい。なお、電動機駆動装置２では、スイッチング素子３１１～３１６がＭＯＳＦＥＴの場合、ＭＯＳＦＥＴは構造上寄生ダイオードを有するため、環流用の整流素子３２１～３２６を逆並列接続しなくても同様の効果を得ることができる。

スイッチング素子３１１～３１６を構成する材料については、ケイ素（Ｓｉ）だけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド等を用いたもので構成することにより、損失をより少なくすることが可能となる。

つづいて、電動機駆動装置２が備える制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図１８は、実施の形態１に係る電動機駆動装置２が備える制御装置１００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御装置１００は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２により実現される。

プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。またメモリ２０２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）でもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電動機駆動装置２において、制御装置１００は、負荷トルクＴ_ｌが周期的に変動する負荷要素を電動機７が駆動する場合、電動機７の出力トルクＴ_ｍが、負荷トルクＴ_ｌの周期的変動、すなわち脈動に追従するようにインバータ３０を制御する。制御装置１００は、適切にリミッタ値を設定して弱め磁束制御の効きに応じたトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊＊を生成することで、電動機７の運転領域の全域において、低振動化を実現し、過電流および脱調の発生を抑制しつつ、高効率な運転を実施できる。

実施の形態２．
図１９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電動機駆動装置２を備える。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１９において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。

冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１における電動機７を内蔵した圧縮機９０１と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。

圧縮機９０１の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させる電動機７とが設けられている。

冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構９０４は、可変速制御される電動機７によって駆動される。

暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。

冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。

暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 交流電源、２ 電動機駆動装置、４ リアクタ、７ 電動機、１０ 整流回路、２０ 平滑コンデンサ、２２ａ，２２ｂ 直流母線、３０ インバータ、８２ 母線電圧検出部、８４ 母線電流検出部、１００ 制御装置、１０２ 運転制御部、１１０ インバータ制御部、１１１ 電流復元部、１１２ ３相２相変換部、１１３ 励磁電流指令値生成部、１１５ 電圧指令値演算部、１１６ 電気位相演算部、１１７ ２相３相変換部、１１８ ＰＷＭ信号生成部、３１０ インバータ主回路、３１１～３１６ スイッチング素子、３２１～３２６ 整流素子、３３１～３３３ 出力線、３５０ 駆動回路、５０１ 周波数推定部、５０２，５０９，５１０，５５７，５５８，６４１ 減算部、５０３ トルク電流指令値生成部、５０４ 補償値演算部、５１１ 励磁電流制御部、５１２ トルク電流制御部、５５０ 演算部、５５１ 余弦演算部、５５２ 正弦演算部、５５３，５５４，５６１，５６２ 乗算部、５５５，５５６ ローパスフィルタ、５５９，５６０ 周波数制御部、５６３，６１３，６２１，６４３ 加算部、６１０ 速度制御部、６１１ 比例制御部、６１２ 積分制御部、６２０，６４０ 振動抑制制御部、６３０ 制限部、６３１ 記憶部、６３２ 選択部、６３３，６４２ リミッタ、９００ 冷凍サイクル適用機器、９０１ 圧縮機、９０２ 四方弁、９０４ 圧縮機構、９０６ 室内熱交換器、９０８ 膨張弁、９１０ 室外熱交換器、９１２ 冷媒配管、Ｄ１～Ｄ４ ダイオード。

Claims (3)

1. 負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機に、周波数および電圧値が可変の交流電圧を供給するインバータと、
   前記インバータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   γ軸およびδ軸を有する回転座標系におけるγ軸電流指令値を生成するγ軸電流指令値生成部と、
   前記回転座標系における第１のδ軸電流指令値を生成する速度制御部と、
   制限値を用いて前記第１のδ軸電流指令値を制限し、第２のδ軸電流指令値を生成する制限部と、
   前記電動機の出力トルクが前記負荷トルクの周期的変動に追従するようにδ軸電流補償値を生成する補償値演算部と、
   前記第２のδ軸電流指令値、前記制限値、および前記δ軸電流補償値を用いて第３のδ軸電流指令値を生成する振動抑制制御部と、
   を備え、前記γ軸電流指令値および前記第３のδ軸電流指令値を用いて前記インバータを制御する電動機駆動装置。
2. 前記制限部は、
   前記電動機の相電流に対する電流制限値、およびγ軸電流から規定される第１の制限値と、
   前記インバータが前記電動機に出力可能な電圧に基づく電圧制限値、前記電動機の回転速度、前記電動機の磁束鎖交数、前記回転座標系のγ軸インダクタンス、および前記回転座標系のδ軸インダクタンスから規定される第２の制限値と、
   を有し、
   前記電動機の線間電圧を母線電圧のピーク電圧で除算した値を変調率とした場合、前記制限値として、前記変調率が１より小さい場合は前記第１の制限値を選択し、前記変調率が１以上の場合は前記第２の制限値を選択する請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル適用機器。

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