JP7484797B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、モータ制御装置に関する。

空気調和機の室外機は、熱交換器と、熱交換器用のファン（以下では「室外機ファン」と呼ぶことがある）と、室外機ファンを回転させるモータ（以下では「ファンモータ」と呼ぶことがある）とを有する。ファンモータは室外機ファンを正転方向に回転させ、室外機ファンは正転方向に回転することで熱交換器に送風する。

また、室外機はファンモータの駆動を制御するモータ制御装置を有し、モータ制御装置は、ファンモータに印加される３相の交流電圧（以下では「３相電圧」と呼ぶことがある）を生成するインバータを有する。インバータは、複数のスイッチング素子から構成される。

室外機のファンモータは、ファンモータの起動前に（つまり、ファンモータが停止している間に）、室外機ファンが風などの外力を受けて空転することにより、室外機ファンと共に回転する。室外機ファンが正転方向に空転するときはファンモータも正転方向に回転し、室外機ファンが正転方向とは逆方向（つまり逆転方向）に空転するときはファンモータも逆転方向に回転する。以下では、ファンモータの起動前にファンモータが室外機ファンと同方向に回転することを「空転」と呼び、ファンモータの空転の回転数を「空転回転数」と呼ぶことがある。

空転回転数が大きい状態でファンモータを起動させてしまうとファンモータの起動に失敗したり、ファンモータが破損してしまうことがある。

そこで、ファンモータを起動する際にインバータの上アーム及び下アームのそれぞれにおいて異なる１相のスイッチング素子に通電した状態の母線電流を検出し、検出した母線電流に含まれる周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分に基づいて空転回転数を検出する技術が提案されている。

特開２０１８－１７０９２８号公報

しかし、母線電流にはノイズが重畳することがあるため、上記の先行技術では、抽出される周波数成分にノイズによって誤った周波数成分が含まれる場合があり、正しい空転回転数を検出できないことがある。

そこで、本開示では、正しい空転回転数を検出できる技術を提案する。

本開示のモータ制御装置は、ファンを回転させるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、インバータと、電流検出部と、回転数検出部を有する。前記インバータは、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を前記モータに印加する。前記電流検出部は、前記モータが起動される際に前記インバータの母線電流を検出する。前記回転数検出部は、前記母線電流から算出される相電流に含まれる周波数成分と、互いに異なる複数の設定回転数のそれぞれに対応する周波数との相関値を算出し、複数の前記相関値の分散を算出し、複数の前記相関値と前記分散とに基づいて、前記モータが起動される際の前記モータの空転回転数を検出する。

開示の技術によれば、正しい空転回転数を検出できる。

図１は、本開示の実施例１のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図２は、本開示の実施例１の回転数検出部の構成例を示す図である。 図３は、本開示の実施例１の回転数検出部における処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、本開示の実施例１の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。 図５は、本開示の実施例１の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。 図６は、本開示の実施例１の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。 図７は、本開示の実施例２の回転数検出部の構成例を示す図である。 図８は、本開示の実施例２の回転数検出部における処理手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、本開示の実施例２の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。 図１０は、本開示の実施例２の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。

以下、本開示の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。

［実施例１］
＜モータ制御装置の構成＞
図１は、本開示の実施例１のモータ制御装置の構成例を示す図である。図１に示すモータ制御装置１００は、位置センサレス方式、１シャント検出方式、及び、ＰＷＭを用いてファンモータＭの駆動を制御する。図１において、モータ制御装置１００は、減算部４６，４７，５２と、ｄ軸電流設定部４８と、速度制御部４９と、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５と、ｄｑ／３φ変換部４３と、ＰＷＭ部４１と、インバータ１０と、直流電源Ｅ_ＤＣと、シャント抵抗Ｒｓとを有する。また、モータ制御装置１００は、電流検出部２１と、３φ電流算出部６１と、３φ／ｄｑ変換部４２と、位置・速度推定部４４と、１／Ｐｎ処理部５１と、回転数検出部８０とを有する。

減算部４６，４７，５２、ｄ軸電流設定部４８、速度制御部４９、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５、ｄｑ／３φ変換部４３、ＰＷＭ部４１、電流検出部２１、３φ電流算出部６１、３φ／ｄｑ変換部４２、位置・速度推定部４４、１／Ｐｎ処理部５１、及び、回転数検出部８０は、ハードウェアとして、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）により実現される。

また、インバータ１０は、上アームのスイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｖｐ，ＳＷｗｐと、下アームのスイッチング素子ＳＷｕｎ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｎとを有するスイッチングモジュールになっている。

モータ制御装置１００において、ｄ軸電流設定部４８は、所定値のｄ軸電流指令値ｉｄ^＊を減算部４６へ出力する。

減算部４６には、ｄ軸電流設定部４８からｄ軸電流指令値ｉｄ^＊が入力され、３φ／ｄｑ変換部４２からｄ軸電流ｉｄが入力される。減算部４６は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊からｄ軸電流ｉｄを減算することによりｄ軸電流偏差Δｉｄを算出し、算出したｄ軸電流偏差Δｉｄをｄ軸ｑ軸電圧設定部４５へ出力する。

速度制御部４９は、減算部５２から入力される速度偏差Δωがゼロに近づくようにｑ軸電流指令値ｉｑ^＊を算出し、算出したｑ軸電流指令値ｉｑ^＊を減算部４７へ出力する。

減算部４７には、速度制御部４９からｑ軸電流指令値ｉｑ^＊が入力され、３φ／ｄｑ変換部４２からｑ軸電流ｉｑが入力される。減算部４７は、ｑ軸電流指令値ｉｑ^＊からｑ軸電流ｉｑを減算することによりｑ軸電流偏差Δｉｑを算出し、算出したｑ軸電流偏差Δｉｑをｄ軸ｑ軸電圧設定部４５へ出力する。

ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５には、減算部４６からｄ軸電流偏差Δｉｄが入力され、減算部４７からｑ軸電流偏差Δｉｑが入力され、３φ／ｄｑ変換部４２からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが入力される。ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５は、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑがゼロに近づくようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出し、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を位置・速度推定部４４及びｄｑ／３φ変換部４３へ出力する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊は、３φ電流算出部６１により算出されるモータ電流であるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗに応じても変化する。

位置・速度推定部４４には、３φ／ｄｑ変換部４２からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが入力され、ｄ軸ｑ軸電圧設定部４５からｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊が入力される。位置・速度推定部４４は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊、及び、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊に基づいて、ファンモータＭの電気角推定角速度ωｅと、回転座標（ｄｑ座標）でのファンモータＭの回転位相角θｄｑとを推定する。位置・速度推定部４４は、推定した電気角推定角速度ωｅを１／Ｐｎ処理部５１へ出力し、推定した回転位相角θｄｑを３φ／ｄｑ変換部４２及びｄｑ／３φ変換部４３へ出力する。

１／Ｐｎ処理部５１は、電気角推定角速度ωｅをファンモータＭの極対数で除することにより、電気角推定角速度ωｅをファンモータＭが有するロータの機械角推定角速度ωｍに変換し、変換後の機械角推定角速度ωｍを減算部５２へ出力する。

減算部５２には、１／Ｐｎ処理部５１から機械角推定角速度ωｍが入力され、モータ制御装置１００の外部から（例えば、モータ制御装置１００の上位のコントローラから）機械角速度指令値ωｍ^＊が入力される。減算部５２は、機械角速度指令値ωｍ^＊から機械角推定角速度ωｍを減算することにより速度偏差Δωを算出し、算出した速度偏差Δωを速度制御部４９へ出力する。

ｄｑ／３φ変換部４３は、回転位相角θｄｑを用いて、回転座標の２相のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、固定座標（ＵＶＷ座標）の３相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換する。ｄｑ／３φ変換部４３は、変換後の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊をＰＷＭ部４１へ出力する。

ＰＷＭ部４１には、ｄｑ／３φ変換部４３から電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊が入力される。また、ＰＷＭ部４１には、モータ制御装置１００の外部から（例えば、モータ制御装置１００の上位のコントローラから）、ＰＷＭの搬送波であるキャリア信号が入力される。ＰＷＭ部４１は、電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊と、キャリア信号とに基づいて、３相のＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成し、生成したＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎをインバータ１０及び３φ電流算出部６１へ出力する。

インバータ１０には、直流電源Ｅ_ＤＣから直流電圧が供給され、ＰＷＭ部４１からＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎが入力される。インバータ１０は、直流電源Ｅ_ＤＣから供給される直流電圧をＰＷＭ信号Ｕｐ～Ｗｎに従って３相の交流電圧に変換し、変換後の３相の交流電圧をファンモータＭに印加する。３相の交流電圧がファンモータＭに印加されることによりファンモータＭが駆動される。インバータ１０では、ＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎに従って各スイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｕｎ，ＳＷｖｐ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｐ，ＳＷｗｎがオン／オフされることにより、直流電圧が３相電圧に変換される。各スイッチング素子ＳＷｕｐ，ＳＷｕｎ，ＳＷｖｐ，ＳＷｖｎ，ＳＷｗｐ，ＳＷｗｎの両端には、還流ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが接続されている。

電流検出部２１は、直流電源Ｅ_ＤＣとインバータ１０との間に接続されているシャント抵抗Ｒｓを用いて、インバータ１０の母線電流Ｉｓを検出する。シャント抵抗Ｒｓは、直流電源Ｅ_ＤＣにおけるＮ側端子とインバータ１０との間のＤＣラインであるＮラインＬ_Ｎ上に配置されている。なお、シャント抵抗Ｒｓは、直流電源Ｅ_ＤＣにおけるＰ側端子とインバータ１０との間のＤＣラインであるＰラインＬ_Ｐ上に配置されても良い。シャント抵抗Ｒｓには、モータ電流であるＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流と、ＰＷＭ信号とに応じた母線電流Ｉｓが流れ、シャント抵抗Ｒｓに母線電流Ｉｓが流れるときに、シャント抵抗Ｒｓの両端に電圧降下が生じる。電流検出部２１は、この電圧降下の大きさとシャント抵抗Ｒｓの抵抗値とから、シャント抵抗Ｒｓに流れる母線電流Ｉｓを検出する。母線電流Ｉｓは、シャント抵抗Ｒｓに母線電流Ｉｓが流れるときにシャント抵抗Ｒｓの両端に発生する電圧降下Ｖｓに基づいて式（１）に従って算出できる。
Ｉｓ＝Ｖｓ／Ｒｓ …（１）

３φ電流算出部６１は、母線電流Ｉｓと、ＰＷＭ信号Ｕｐ～Ｗｎとに基づいて、モータ電流であるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗを算出し、算出したモータの３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３φ／ｄｑ変換部４２へ出力する。また、３φ電流算出部６１は、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちの何れか１相の相電流を回転数検出部８０へ出力する。

回転数検出部８０は、３φ電流算出部６１から入力される１相の相電流に基づいてファンモータＭの空転回転数を検出し、検出した空転回転数をモータ制御装置１００の外部へ（例えば、モータ制御装置１００の上位のコントローラへ）出力する。回転数検出部８０の詳細については後述する。

３φ／ｄｑ変換部４２は、位置・速度推定部４４から入力される回転位相角θｄｑを用いて、固定座標の３相の電流ベクトルを示すモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、回転座標の２相の電流ベクトルを示すｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する。

＜回転数検出部の構成＞
図２は、本開示の実施例１の回転数検出部の構成例を示す図である。図２において、回転数検出部８０は、正弦フィルタ８１と、余弦フィルタ８２と、相関値算出部８３と、分散算出部８４と、回転数判定部８５と、制御部８６とを有する。正弦フィルタ８１及び余弦フィルタ８２には、３φ電流算出部６１から３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちの何れか１相の相電流値が入力される。以下では、正弦フィルタ８１及び余弦フィルタ８２にＵ相電流ｉｕが入力される場合を一例に挙げて説明する。制御部８６は、正弦フィルタ８１、余弦フィルタ８２、相関値算出部８３、分散算出部８４及び回転数判定部８５の動作を制御する。

ここで、ファンモータＭが空転している際には、ファンモータＭに誘起電圧が発生する。ファンモータＭに生じる誘起電圧（以下では「モータ誘起電圧」と呼ぶことがある）の振幅及び周波数は、ファンモータＭの空転回転数に応じて変化する。このため、インバータ１０の母線電流Ｉｓは、モータ誘起電圧の振幅及び周波数に応じて変化する。よって、母線電流Ｉｓに基づいて算出されるＵ相電流ｉｕも同様にモータ誘起電圧の振幅及び周波数に応じて変化する。

そこで、正弦フィルタ８１は、式（２）に従って、正弦関数とＵ相電流ｉｕとの相関値（以下では「正弦相関値」と呼ぶことがある）Ｃｓを算出する。
Ｃｓ＝Σｓｉｎ（ω×ｔ）×ｉｕ×（ω×Δｔ）
＝Σｓｉｎ（２π×（α＋ｎβ）／（６０／（Ｐ／２））×ｔ）
×ｉｕ×（ω×Δｔ） …（２）

また、余弦フィルタ８２は、式（３）に従って、余弦関数とＵ相電流ｉｕとの相関値（以下では「余弦相関値」と呼ぶことがある）Ｃｃを算出する。
Ｃｃ＝Σｃｏｓ（ω×ｔ）×ｉｕ×（ω×Δｔ）
＝Σｃｏｓ（２π×（α＋ｎβ）／（６０／（Ｐ／２））×ｔ）
×ｉｕ×（ω×Δｔ） …（３）

式（２）及び式（３）において、ωはファンモータＭの電気角速度［rad/ｓ］であり、時間ｔの範囲は０～Ｔ（相関値の算出のために予め設定された電気角角速度における回転数（以下では「設定回転数」と呼ぶことがある）の１周期）であり、周期Ｔは設定回転数に応じて変化する。例えば設定回転数が“α”の場合、周期Ｔは“１／α”である。Δｔは、相関値の算出間隔を表し、例えば、ＭＣＵの演算サイクルと同一である。ＰはファンモータＭのロータの極数である。また、α［rpm］は設定回転数の最小値であり、β［rpm］は設定回転数の増分量である。Ｎは設定回転数の全個数であり、ｎは設定回転数を決定するための変数（以下では「設定回転数決定変数」と呼ぶことがある）であり、ｎの範囲が整数０～Ｎ－１であるとすると、設定回転数はα＋ｎβで表すことができる。例えば、３０～４００［rpm］の範囲において１０［rpm］毎に設定回転数を設定したい場合には、αが３０［rpm］、βが１０［rpm］、Ｎが３８に設定され、設定回転数は、３０［rpm］から４００［rpm］まで３０，４０，５０，…，４００と１０［rpm］ずつの間隔で設定される。α、β及びＮは、空転回転数の検出範囲に応じて予め設定される。そして、３０～４００［rpm］の範囲において空転回転数を検出する場合には、モータ誘起電圧の振幅が変化する周期（以下では「誘起電圧周期」と呼ぶことがある）がどの設定回転数と相関があるかを探索することで空転回転数の候補値を特定することができる。上記の正弦相関値及び余弦相関値は、誘起電圧周期と設定回転数との相関の大きさを後述するようにして数値化する際に用いることができる。例えば、３０～４００［rpm］の範囲において１０［rpm］毎に空転回転数の相関値の算出を行いたい場合には、αが３０［rpm］、βが１０［rpm］、Ｎが３８に設定され、設定回転数α＋ｎβが３０［rpm］から４００［rpm］まで３０，４０，５０，…，４００と１０［rpm］ずつ変化して、正弦相関値Ｃｓ及び余弦相関値Ｃｃがそれぞれ３８個ずつ算出される。

正弦フィルタ８１は、α～α＋ｎβの設定回転数毎に式（２）に従って正弦相関値Ｃｓを算出し、設定回転数毎の正弦相関値Ｃｓを各設定回転数に対応付けて相関値算出部８３へ出力する。

余弦フィルタ８２は、α～α＋ｎβの設定回転数毎に式（３）に従って余弦相関値Ｃｃを算出し、設定回転数毎の余弦相関値Ｃｃを各設定回転数に対応付けて相関値算出部８３へ出力する。

相関値算出部８３は、設定回転数毎に、式（４）に従って、正弦相関値Ｃｓと余弦相関値Ｃｃとの二乗和平方根（以下では「二乗和相関値」と呼ぶことがある）Ｃｓｃを算出する。
Ｃｓｃ＝√（Ｃｓ^２＋Ｃｃ^２） …（４）

二乗和相関値Ｃｓｃは、空転回転で生じるＵ相電流値ｉｕの電気角周波数ω２（つまり、Ｕ相電流値ｉｕに含まれる周波数成分）と、α～α＋ｎβの設定回転数毎の電気角周波数ω１（つまり、α～α＋ｎβの複数の設定回転数のそれぞれに対応する周波数）との相関値を表す。探索範囲において相関値が最大となる設定回転数が空転回転数と判定される。しかし、Ｕ相電流にノイズ等が重畳してＵ相電流値ｉｕの電気角周波数にズレが生じた場合、最大の相関値に対応する設定回転数が実際の空転回転数と異なることがある。以下、最大の相関値の誤差要因について説明する。

設定回転数の電気角周波数をω１、Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数をω２、Ｕ相電流ｉｕの振幅をＩ、正弦関数または余弦関数とＵ相電流ｉｕとの位相差をθとすると、式（２）に基づいて、正弦フィルタ８１は式（５）によって表すことができる。余弦フィルタ８２についても同様であるため、余弦フィルタ８２についての説明は省略する。
Ｃｓ＝Σｓｉｎ（ω１×ｔ）×Ｉ×ｓｉｎ（ω２×ｔ＋θ）×（ω１×Δｔ）
＝ΣＩ×（ｓｉｎ（ω１×ｔ）×ｓｉｎ（ω２×ｔ）×ｃｏｓ（θ）
＋（ｓｉｎ（ω１×ｔ＋ω２×ｔ）＋ｓｉｎ（ω１×ｔ－ω２×ｔ））／２
×ｓｉｎ（θ））×（ω１×Δｔ） …（５）

ここで、相電流の周波数が設定回転数の周波数の整数倍になっている場合（つまりω２＝ω１×ｋ（ｋ：整数１，２，３，…）の場合）と、相電流の周波数が設定回転数の周波数の整数倍になっていない場合（つまり、ω２≠ω１×ｋの場合）とについて整理する。

式（５）のｓｉｎ（ω１×ｔ＋ω２×ｔ）＋ｓｉｎ（ω１×ｔ－ω２×ｔ））／２に、ω２≠ω１×ｋを代入すると式（６）となり、ω２＝ω１×ｋを代入すると式（７）となる。
ω２≠ω１×ｋのとき
ｓｉｎ（ω１×ｔ＋ω２×ｔ）＋ｓｉｎ（ω１×ｔ－ω２×ｔ））／２ …（６）
ω２＝ω１×ｋのとき
ｓｉｎ（（１＋ｋ）ω１×ｔ）＋ｓｉｎ（（１－ｋ）ω１×ｔ））／２ …（７）

ω２≠ω１×ｋのときの式（６）場合には、ω２＝ω１×ｋのときの式（７）のように、位相内を設定回転数ω１で括ることができない。よって、設定回転数ω１の周期時間ｔの範囲（０～Ｔ（Ｔ＝１／（ω１／２π））での積分値は０にならない。

また、ω２＝ω１×ｋのときに、設定回転数の周期時間ｔの範囲（０～Ｔ（Ｔ＝１／（ω１／２π））でＣｓ及びＣｃを求めると、ｓｉｎ（ω１×ｔ）×ｃｏｓ（ω１×ｔ）の項が０となる。これは、正弦波または余弦波を０～２πの範囲で積分したときの積分値が０となるためである。一方で、式（６）での０にならない積分値がノイズとなって相関値に加算されることで、Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数ω２と設定回転数の電気角周波数ω１とが一致していないときの相関値が最大になることがある。

これに対し、相関値を複数回算出し、複数の相関値の間での変動の大きさを例えば分散を用いて算出することで、誤差の無い空転回転数を検出することができる。Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数と設定回転数の電気角周波数とが一致しているとき、または、Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数が、設定回転数の電気角周波数の整数倍の値に同期しているときには、相関値の変動は理論上０になり、Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数が、設定回転数の電気角周波数の整数倍の値に同期していないときには、相関値の変動が大きくなる。これは、時間ｔの範囲０～Ｔ（設定回転数の周期）で相関値が算出されるため、Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数が非同期の場合には、Ｕ相電流ｉｕの相関値算出区間が毎回変わるためである。Ｕ相電流ｉｕの電気角周波数と設定回転数の電気角周波数との同期の度合いを分散を用いて定量的に算出することで、誤差のない空転回転数を検出することができる。

正弦フィルタ８１、余弦フィルタ８２及び相関値算出部８３は、設定回転数毎に相関値算出処理をＭ回（但し、Ｍは２以上の整数）実行する。例えば、正弦フィルタ８１、余弦フィルタ８２及び相関値算出部８３は、時間０～Ｔの１周期を１回として、設定回転数毎にＭ回の相関値算出処理を実行する。相関値算出部８３は、各設定回転数のそれぞれにおいて、設定回転数毎にＭ個の二乗和相関値Ｃｓｃを算出する。そして、相関値算出部８３は、設定回転数毎に、Ｍ個の二乗和相関値Ｃｓｃを各設定回転数に対応付けて分散算出部８４へ出力する。また、相関値算出部８３は、設定回転数毎に、Ｍ個の二乗和相関値Ｃｓｃに対する平均値（以下では「相関平均値」と呼ぶことがある）Ｃを算出し、設定回転数毎に算出した相関平均値Ｃを各設定回転数に対応付けて分散算出部８４及び回転数判定部８５へ出力する。

分散算出部８４は、設定回転数毎に、式（８）に従って、Ｍ個の二乗和相関値Ｃｓｃにおける分散Ｖａｒを算出する。式（８）において、ｍは１～Ｍの整数であり、相関値の算出回数を表す。分散算出部８４は、設定回転数毎に算出した分散Ｖａｒを各設定回転数に対応付けて回転数判定部８５へ出力する。
Ｖ＝（Σ（Ｃｓｃ（ｍ）－Ｃ）^２）／Ｍ …（８）

回転数判定部８５は、設定回転数毎の相関平均値Ｃと、設定回転数毎の分散Ｖａｒとに基づいて、ファンモータＭの空転回転数を判定する。例えば、回転数判定部８５は、設定回転数毎の相関平均値Ｃの中で所定の閾値以上の相関平均値Ｃに対応する設定回転数を複数の設定回転数の中から抽出し、抽出した設定回転数の情報を分散算出部８４へ出力し、分散算出部８４で算出される設定回転数毎の分散Ｖａｒの中で最小の分散Ｖａｒに対応する設定回転数をファンモータＭの空転回転数として判定する。回転数判定部８５によって判定された空転回転数は空転回転数の検出結果としてモータ制御装置１００の上位のコントローラ（図示省略）へ出力される。モータ制御装置１００の上位のコントローラは、空転回転数の検出結果に基づいてファンモータＭを起動させたり、また、空転回転数が所定の回転数以上の場合にはファンモータＭを起動させないようにする。

＜回転数検出部における処理手順＞
図３は、本開示の実施例１の回転数検出部における処理手順の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、ファンモータＭが起動される際に実行される。図３に示すフローチャートにおいて、Ｎは設定回転数の全個数、Ｍは設定回転数毎の相関値の全算出回数である。

図３において、ステップＳ１０５では、制御部８６は、相関値算出回数ｍを１に初期化する。

次いで、ステップＳ１１０では、制御部８６は、設定回転数決定変数ｎを０に初期化する。

次いで、ステップＳ１１５では、制御部８６は、設定回転数α＋ｎβにおけるｎを正弦フィルタ８１及び余弦フィルタ８２に設定した後、式（２）に従って正弦フィルタ８１に正弦相関値Ｃｓを算出させ、式（３）に従って余弦フィルタ８２に余弦相関値Ｃｃを算出させ、式（４）に従って相関値算出部８３に二乗和相関値Ｃｓｃを算出させる。

次いでステップＳ１２０では、制御部８６は、ｎがＮ－１に達したか否かを判定する。ｎがＮ－１に達していないときは（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、処理はステップＳ１２５へ進み、ｎがＮ－１に達しているときは（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１２５では、制御部８６は、ｎをインクリメントする。ステップＳ１２５の処理後、処理はステップＳ１１５に戻る。よって、ステップＳ１２０でｎがＮ－１に達していると判定されるときには、α～α＋ｎβのＮ個の各設定回転数にそれぞれ対応するＮ個の二乗和相関値Ｃｓｃが算出されている。

α～α＋ｎβのＮ個の各設定回転数にそれぞれ対応するＮ個の二乗和相関値Ｃｓｃが算出された後、ステップＳ１３０では、制御部８６は、ｍがＭに達したか否かを判定する。ｍがＭに達していないときは（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、処理はステップＳ１３５へ進み、ｍがＭに達しているときは（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４０へ進む。

ステップＳ１３５では、制御部８６は、ｍをインクリメントする。ステップＳ１３５の処理後、処理はステップＳ１１０に戻る。よって、ステップＳ１３０でｍがＭに達していると判定されるときには、α～α＋ｎβのＮ個の各設定回転数のそれぞれにおいて、設定回転数毎にＭ個の二乗和相関値Ｃｓｃが算出されている。

ステップＳ１４０では、相関値算出部８３は、制御部８６からの指示に従って、設定回転数毎に相関平均値Ｃを算出する。よって、ステップＳ１４０では、Ｎ個の複数の設定回転数のそれぞれに対応するＮ個の相関平均値Ｃが算出される。

次いで、ステップＳ１４５では、回転数判定部８５は、制御部８６からの指示に従って、Ｎ個の複数の設定回転数のそれぞれに対応するＮ個の相関平均値Ｃの中から、所定の閾値ＴＨ１以上の大きさを有する相関平均値を、候補となる相関平均値（以下では「候補相関値」と呼ぶことがある）として抽出する。回転数判定部８５は、候補相関値の抽出後、候補相関値に対応する設定回転数を候補の空転回転数（以下では「候補回転数」と呼ぶことがある）として分散算出部８４に通知する。

次いで、ステップＳ１５０では、分散算出部８４は、制御部８６からの指示に従って、α～α＋ｎβのＮ個の設定回転数のうち候補回転数のみについて、式（８）に従って、候補回転数毎に分散Ｖａｒを算出する。

次いで、ステップＳ１５５では、回転数判定部８５は、制御部からの指示に従って、候補回転数のうち最小の分散Ｖａｒに対応する設定回転数をファンモータＭの空転回転数として判定する。

＜回転数検出部の動作＞
図４、図５及び図６は、本開示の実施例１の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。以下では、式（２）及び式（３）においてαが３０［rpm］、βが１０［rpm］、Ｎが１８に設定され、１８個の設定回転数α＋ｎβ（ｎ＝０～Ｎ－１）が３０［rpm］から２００［rpm］まで３０，４０，５０，…，２００と１０［rpm］ずつ変化する場合を一例に挙げて説明する。

図４に示すように、まず、３０～２００［rpm］の１８個の設定回転数のそれぞれに対応する１８個の相関平均値Ｃ３０～Ｃ２００が算出される（ステップＳ１０５～Ｓ１４０）。

次いで、図４に示すように、空転回転数と判定される可能性のある設定回転数を抽出するために、相関平均値Ｃ３０～Ｃ２００の中から閾値ＴＨ１（例えば、０.２７）以上の大きさを有する相関平均値Ｃ５０，Ｃ６０，Ｃ７０，Ｃ８０，Ｃ９０が候補相関値として抽出される（ステップＳ１４５）。よって、候補回転数は、５０［rpm］，６０［rpm］，７０［rpm］，８０［rpm］，９０［rpm］となる。複数の設定回転数の中からこれらの候補回転数を抽出することで、分散の算出処理量を低減できる。

次いで、図５に示すように、３０～２００［rpm］の１８個の設定回転数のうち５０［rpm］，６０［rpm］，７０［rpm］，８０［rpm］，９０［rpm］の候補回転数のみについて分散が算出される（ステップＳ１５０）。図５において、分散Ｖａｒ５０は５０［rpm］の候補回転数及び候補相関値Ｃ５０に対応し、分散Ｖａｒ６０は６０［rpm］の候補回転数及び候補相関値Ｃ６０に対応し、分散Ｖａｒ７０は７０［rpm］の候補回転数及び候補相関値Ｃ７０に対応し、分散Ｖａｒ８０は８０［rpm］の候補回転数及び候補相関値Ｃ８０に対応し、分散Ｖａｒ９０は９０［rpm］の候補回転数及び候補相関値Ｃ９０に対応する。分散Ｖａｒ５０，Ｖａｒ６０，Ｖａｒ７０，Ｖａｒ８０，Ｖａｒ９０のうち、分散Ｖａｒ８０が最小である。

よって、候補回転数５０［rpm］，６０［rpm］，７０［rpm］，８０［rpm］，９０［rpm］のうち、図６に示すように、分散Ｖａｒ８０に対応する設定回転数である８０［rpm］がファンモータＭの空転回転数として検出される（ステップＳ１５５）。

以上のように、実施例１では、設定回転数毎の相関平均値Ｃを算出し、算出した相関平均値Ｃの中から候補相関値を抽出し、候補相関値に対応する設定回転数を、空転回転数として判定される可能性のある設定回転数として複数の設定回転数の中から抽出し、抽出した設定回転数毎に分散Ｖａｒを算出し、算出した分散Ｖａｒのうちで最も小さい分散を示した設定回転数を空転回転数として判定する。

以上、実施例１について説明した。

［実施例２］
＜回転数検出部の構成＞
図７は、本開示の実施例２の回転数検出部の構成例を示す図である。図７に示すように、回転数検出部８０ａは、実施例１（図２）同様に、正弦フィルタ８１ａと、余弦フィルタ８２ａと、相関値算出部８３ａと、分散算出部８４ａと、回転数判定部８５ａと、制御部８６ａとを有する。正弦フィルタ８１及び余弦フィルタ８２には、３φ電流算出部６１から３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちの何れか１相の相電流が入力される。制御部８６ａは、正弦フィルタ８１ａ、余弦フィルタ８２ａ、相関値算出部８３ａ、分散算出部８４ａ及び回転数判定部８５ａの動作を制御する。

正弦フィルタ８１ａ、余弦フィルタ８２ａ及び相関値算出部８３ａでの相関平均値Ｃの算出と、分散算出部８４ａでの分散Ｖａｒの算出とについては、実施例１の正弦フィルタ８１、余弦フィルタ８２、相関値算出部８３及び分散算出部８４での相関平均値Ｃ及び分散Ｖａｒの算出と同様であるため、説明を省略する。

回転数判定部８５ａは、設定回転数毎の相関平均値Ｃと、設定回転数毎の分散Ｖａｒとに基づいて、ファンモータＭの空転回転数を判定する。例えば、回転数判定部８５ａは、分散算出部８４ａが設定回転数毎の分散Ｖａｒを算出する最中で所定の閾値以下の最初の分散Ｖａｒが出現した以降は、所定の閾値以下の最初の分散Ｖａｒに対応する設定回転数の整数倍の設定回転数毎に相関平均値Ｃ求めるように正弦フィルタ８１ａ、余弦フィルタ８２ａ及び相関値算出部８３ａへ通知する。そして、回転数判定部８５ａは、相関値算出部８３ａによって算出された相関平均値Ｃの中で最も大きい相関平均値Ｃに対応する設定回転数をファンモータＭの空転回転数として判定する。回転数判定部８５ａによって判定された空転回転数は空転回転数の検出結果としてモータ制御装置１００の上位のコントローラ（図示省略）へ出力される。

＜回転数検出部における処理手順＞
図８は、本開示の実施例２の回転数検出部における処理手順の一例を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、ファンモータＭが起動される際に実行される。図８に示すフローチャートにおいて、Ｎは設定回転数の全個数、Ｍは設定回転数毎の相関値の全算出回数である。

図８において、ステップＳ２０５では、制御部８６ａは、設定回転数決定変数ｎを０に初期化する。

次いで、ステップＳ２１０では、制御部８６ａは、相関値算出回数ｍを１に初期化する。

次いで、ステップＳ２１５では、制御部８６ａは、設定回転数α＋ｎβにおけるｎを正弦フィルタ８１及び余弦フィルタ８２に設定した後、式（２）に従って正弦フィルタ８１に正弦相関値Ｃｓを算出させ、式（３）に従って余弦フィルタ８２に余弦相関値Ｃｃを算出させ、式（４）に従って相関値算出部８３に二乗和相関値Ｃｓｃを算出させる。

次いで、ステップＳ２２０では、制御部８６ａは、ｍがＭに達したか否かを判定する。ｍがＭに達していないときは（ステップＳ２２０：Ｎｏ）、処理はステップＳ２２５へ進み、ｍがＭに達しているときは（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２３０へ進む。

ステップＳ２２５では、制御部８６ａは、ｍをインクリメントする。ステップＳ２２５の処理後、処理はステップＳ２１５に戻る。よって、ステップＳ２２０でｍがＭに達していると判定されるときには、α＋ｎβの設定回転数においてＭ個の二乗和相関値Ｃｓｃが算出されている。

α＋ｎβの設定回転数においてＭ個の二乗和相関値Ｃｓｃが算出された後、ステップＳ２３０では、相関値算出部８３ａは、制御部８６ａからの指示に従って、α＋ｎβの設定回転数に対応する相関平均値Ｃを算出する。

次いで、ステップＳ２３５では、分散算出部８４ａは、制御部８６ａからの指示に従って、ステップＳ２１５～Ｓ２２５で算出されたＭ個の二乗和相関値ＣｓｃとステップＳ２３０で算出された相関平均値Ｃとに基づいて、式（８）に従って、α＋ｎβの設定回転数に対応する分散Ｖａｒを算出する。

次いで、ステップＳ２４０では、回転数判定部８５ａは、制御部８６ａからの指示に従って、ステップＳ２３５で算出された分散Ｖａｒの大きさが所定の閾値ＴＨ２未満であるか否かを判定する。閾値ＴＨ２は、複数の設定回転数の中から空転回転数と判定される可能性のある設定回転数を分散Ｖａｒに基づいて抽出するために設けられており、例えば０.０５である。分散Ｖａｒの大きさが閾値ＴＨ２以上であるときは（ステップＳ２４０：Ｎｏ）、処理はステップＳ２４５へ進み、分散Ｖａｒの大きさが閾値ＴＨ２未満であるときは（ステップＳ２４０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２５０へ進む。

ステップＳ２４５では、制御部８６ａは、ｎをインクリメントする。ステップＳ２４５の処理後、処理はステップＳ２１０に戻る。ステップＳ２４５でｎがインクリメントされることにより、ステップＳ２４０で分散Ｖａｒの大きさが閾値ＴＨ２未満と判定されるまで、ｎの昇順、つまり、設定回転数α＋ｎβの昇順に、順次、ステップＳ２３０で相関平均値Ｃが算出され、ステップＳ２３５で分散Ｖａｒが算出される。

ステップＳ２５０では、回転数判定部８５ａは、制御部８６ａからの指示に従って、候補回転数を決定する。回転数判定部８５ａは、ステップＳ２４０で閾値ＴＨ２未満の大きさを有すると判定された分散Ｖａｒに対応する設定回転数（以下では「小分散回転数」と呼ぶことがある）と、小分散回転数の正の整数倍の設定回転数を候補回転数として決定する。回転数判定部８５ａは、候補回転数の決定後、候補回転数に対応するｎの値を正弦フィルタ８１ａ、余弦フィルタ８２ａ及び相関値算出部８３ａに通知する。

次いで、ステップＳ２５５では、候補回転数のみについて、ステップＳ２１０～Ｓ２３０と同様にして、候補回転数のそれぞれに対応する相関平均値Ｃが算出される。

次いで、ステップＳ２６０では、回転数判定部８５ａは、制御部８６ａからの指示に従って、候補回転数のうち最大の相関平均値Ｃに対応する設定回転数をファンモータＭの空転回転数として判定する。

＜回転数検出部の動作＞
図９及び図１０は、本開示の実施例２の回転数検出部の動作例の説明に供する図である。以下では、式（２）及び式（３）においてαが３０［rpm］、βが１０［rpm］、Ｎが１８に設定され、１８個の設定回転数α＋ｎβ（ｎ＝０～Ｎ－１）が３０［rpm］から２００［rpm］まで３０，４０，５０，…，２００と１０［rpm］ずつ変化する場合を一例に挙げて説明する。

図９に示すように、まず、設定回転数３０［rpm］に対応する相関平均値Ｃ３０と、設定回転数３０［rpm］に対応する分散Ｖａｒ３０とが算出される（ステップＳ２３０，Ｓ２３５）。分散Ｖａｒ３０の大きさは閾値ＴＨ２以上であるため（ステップＳ２４０：Ｎｏ）、設定回転数の昇順に、次いで、設定回転数４０［rpm］に対応する相関平均値Ｃ４０と、設定回転数４０［rpm］に対応する分散Ｖａｒ４０とが算出される（ステップＳ２３０，Ｓ２３５）。

図９に示す分散Ｖａｒ４０の大きさは閾値ＴＨ２未満であるため（ステップＳ２４０：Ｙｅｓ）、図１０に示すように、分散Ｖａｒ４０に対応する設定回転数４０［rpm］が小分散回転数として特定され、設定回転数４０［rpm］と、４０［rpm］の正の整数倍の設定回転数である８０［rpm］，１２０［rpm］，１６０［rpm］，２００［rpm］が候補回転数として決定される（ステップＳ２５０）。ここで、式（７）に示すように相電流の周波数が設定回転数の周波数の整数倍であるとき、設定回転数の周期で相関値の算出が行われる。このため、相関値の算出に使用される相電流値は候補回転数毎に周期的になるので、設定回転数の整数倍の周波数を持つ相電流については、相関値の変動要素が理論上０になるという特徴がある。この特徴を利用することで、候補回転数を特定することができる。

次いで、図１０に示すように、４０［rpm］，８０［rpm］，１２０［rpm］，１６０［rpm］，２００［rpm］の候補回転数のみについて相関平均値Ｃが算出される（ステップＳ２５５）。図１０において、相関平均値Ｃ４０は４０［rpm］の候補回転数に対応し、相関平均値Ｃ８０は８０［rpm］の候補回転数に対応し、相関平均値Ｃ１２０は１２０［rpm］の候補回転数に対応し、相関平均値Ｃ１６０は１６０［rpm］の候補回転数に対応し、相関平均値Ｃ２００は２００［rpm］の候補回転数に対応する。相関平均値Ｃ４０，Ｃ８０，Ｃ１２０，Ｃ１６０，Ｃ２００のうち、相関平均値Ｃ８０が最大である。

よって、候補回転数４０［rpm］，８０［rpm］，１２０［rpm］，１６０［rpm］，２００［rpm］のうち、実施例１と同様に、図６に示すように、相関平均値Ｃ８０に対応する設定回転数である８０［rpm］がファンモータＭの空転回転数として検出される（ステップＳ２６０）。

以上のように、実施例２では、設定回転数毎に相関平均値Ｃと分散Ｖａｒとを算出し、分散Ｖａｒが閾値より小さい値を示した場合、閾値より小さい分散Ｖａｒに対応する設定回転数の整数倍の設定回転数毎に相関平均値Ｃを算出し、算出した相関平均値Ｃのうちで最も大きい相関平均値Ｃを示した設定回転数を空転回転数として判定する。

以上、実施例２について説明した。

以上のように、本開示のモータ制御装置（実施例のモータ制御装置１００）は、ファンを回転させるモータ（実施例のファンモータＭ）の駆動を制御するモータ制御装置であって、インバータ（実施例のインバータ１０）と、電流検出部（実施例の電流検出部２１）と、回転数検出部（実施例の回転数検出部８０，８０ａ）とを有する。インバータは、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をモータに印加する。電流検出部は、モータが起動される際にインバータの母線電流を検出する。回転数検出部は、母線電流から算出される相電流（実施例のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、または、Ｗ相電流ｉｗ）に含まれる周波数成分と、互いに異なる複数の設定回転数のそれぞれに対応する周波数との相関値を算出し、複数の相関値の分散（実施例の分散Ｖａｒ）を算出する。そして、回転数検出部は、複数の相関値と分散とに基づいて、モータが起動される際のモータの空転回転数を検出する。

例えば、回転数検出部（実施例の回転数検出部８０）は、複数の相関値の中から閾値以上の相関値を候補相関値として抽出し、候補相関値のうち分散が最小の相関値に対応する設定回転数を空転回転数として判定する。

また例えば、回転数検出部（実施例の回転数検出部８０ａ）は、複数の設定回転数において設定回転数の昇順に相関値を算出する過程で閾値未満の分散に対応する設定回転数である小分散回転数を特定し、小分散回転数と、小分散回転数の正の整数倍の設定回転数とを候補回転数として決定し、候補回転数のうち最大の相関値に対応する設定回転数を空転回転数として判定する。

このように、相関値だけでなく、相関値の分散にも基づいて空転回転数を検出することで、母線電流にはノイズが重畳した場合でも、正しい空転回転数を検出できる。

１０ インバータ
２１ 電流検出部
８０，８０ａ 回転数検出部
８１，８１ａ 正弦フィルタ
８２，８２ａ 余弦フィルタ
８３，８３ａ 相関値算出部
８４，８４ａ 分散算出部
８５，８５ａ 回転数判定部

Claims (3)

1. ファンを回転させるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を前記モータに印加するインバータと、
   前記モータが起動される際に前記インバータの母線電流を検出する電流検出部と、
   前記母線電流から算出される相電流に含まれる周波数成分と、互いに異なる複数の設定回転数のそれぞれに対応する周波数との相関値を算出し、
   複数の前記相関値の分散を算出し、
   複数の前記相関値と前記分散とに基づいて、前記モータが起動される際の前記モータの空転回転数を検出する回転数検出部と、
   を具備するモータ制御装置。
2. 前記回転数検出部は、複数の前記相関値の中から閾値以上の相関値を候補相関値として抽出し、前記候補相関値のうち前記分散が最小の相関値に対応する前記設定回転数を前記空転回転数として判定する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記回転数検出部は、前記複数の設定回転数において前記設定回転数の昇順に前記相関値を算出する過程で閾値未満の分散に対応する前記設定回転数である小分散回転数を特定し、前記小分散回転数と、前記小分散回転数の正の整数倍の前記設定回転数とを候補回転数として決定し、前記候補回転数のうち最大の前記相関値に対応する前記設定回転数を前記空転回転数として判定する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。

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