JPWO2020175637A1

JPWO2020175637A1 - モータ駆動装置及び空気調和機

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Publication number: JPWO2020175637A1
Application number: JP2021502377A
Authority: JP
Inventors: 裕一清水; 和徳畠山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-30
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Abstract

モータ（４１，４２）を１台のインバータ（４）で駆動するモータ駆動装置は、モータ（４１，４２）のうちの少なくとも１台のモータの運転周波数がインバータ出力周波数と不一致となる、又は少なくとも１台のモータの運転周波数が他の１台のモータの運転周波数と不一致となる脱調を検出し、少なくとも１台のモータが脱調している場合に、インバータ（４）の通電状態を切替えてモータ（４１，４２）を停止させる脱調制御部（３０）を備える。

Description

本発明は、複数台のモータを１台のインバータで駆動するモータ駆動装置、及びモータ駆動装置を備えた空気調和機に関する。

モータ駆動装置によって駆動されるモータが、例えば永久磁石同期モータである場合、永久磁石同期モータの駆動には、回転子の位置情報が必要である。このため、一般に、永久磁石同期モータの駆動には、回転子位置取得のための位置センサが用いられる。しかしながら、位置センサの使用により、システムの大型化、高コスト化、耐環境性の低下といった問題が生じ得る。このため、永久磁石同期モータの駆動には、位置センサを用いずに永久磁石同期モータを駆動するセンサレス制御の適用が求められる。センサレス制御には、種々の方式が存在するが、モータの回転子に組み込まれる永久磁石の磁束による回転時の誘起電圧を利用する方式が広く知られている。

センサレス制御において、モータに対して過大な負荷がかかるなどの要因により、モータ回転子の位置推定値と実際の回転子位置との間の誤差が大きくなって、モータが脱調してしまうことがある。モータが脱調した場合には、モータを一旦停止させてから再度起動させる必要がある。このため、モータ駆動装置には、モータが脱調したかどうかを検出する手段を備えることが一般的である。

また、複数台のモータを１台のインバータで駆動する場合、各モータに対して脱調検出を行う必要がある。下記特許文献１には、複数台のモータを１台のインバータで駆動する場合において、各モータの合成電流に基づいて脱調を検出し、脱調状態であればインバータからの出力電圧を遮断後に再起動する技術が開示されている。

特開２０１０−０２２１８４号公報

１台のインバータで、例えば２台のモータを駆動する場合において、１台のモータが脱調した場合、当該モータの速度は低下する。モータの速度が低下すると、モータの誘起電圧も低下する。特許文献１の手法では、何れかのモータが脱調した場合、インバータからの出力電圧を遮断する制御を行う。しかしながら、インバータからの出力電圧を遮断しても、各モータ間は電気的に接続されている状態であるため、各モータの誘起電圧差に応じて複数台のモータ間に過大な電流が流れるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数台のモータを１台のインバータで駆動する構成において、各モータの誘起電圧差に応じて複数台のモータ間に流れ得る過大な電流を抑制することができるモータ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、本発明に係るモータ駆動装置は、複数台のモータを駆動する１台のインバータを備える。また、モータ駆動装置は、少なくとも１台のモータの運転周波数がインバータ出力周波数と不一致となる、又は少なくとも１台のモータの運転周波数が他の１台のモータの運転周波数と不一致となる脱調を検出し、少なくとも１台のモータが脱調している場合に、インバータの通電状態を切替えて複数台のモータを停止させる脱調制御部を備える。

本発明に係るモータ駆動装置によれば、複数台のモータを１台のインバータで駆動する構成において、各モータの誘起電圧差に応じて複数台のモータ間に流れ得る過大な電流を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータ駆動装置及びその周辺回路の構成例を示す図図１の制御装置の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図図１の制御装置の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図図１の制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図図４に示すパルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下「ＰＷＭ」と表記）信号生成部の動作の説明に供する図図１に示す各モータのうちで第二のモータが脱調したときの各モータの挙動例を示す図実施の形態１における脱調検出部の動作の説明に供するフローチャート実施の形態１における第二のモータ制御部の動作の説明に供するフローチャート実施の形態１における脱調時制御を実施した場合の各モータの挙動例を示す図実施の形態２における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図実施の形態２におけるモータ電流判定部の動作の説明に供するフローチャート実施の形態２におけるモータ速度判定部の動作の説明に供するフローチャート実施の形態２における制御装置に構築される制御系の第一の変形例を示すブロック図実施の形態２における制御装置に構築される制御系の第二の変形例を示すブロック図実施の形態３における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図実施の形態４における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図実施の形態４における脱調検出部及び第二のモータ制御部の動作の説明に供するフローチャート実施の形態５に係るモータ駆動装置の空気調和機への適用例を示す図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置及び空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続と機械的な接続を区別せず、単に「接続」と称して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置及びその周辺回路の構成例を示す図である。実施の形態１に係るモータ駆動装置は、複数台のモータを１台のインバータで駆動するモータ駆動装置である。図１における２台のモータ４１，４２は、複数台のモータの例示である。

実施の形態１に係るモータ駆動装置は、図１に示すように、６つのスイッチング素子４ａにより構成されるインバータ４と、インバータ４に直流電圧を供給するための直流電源として動作する平滑部３と、を備える。平滑部３の一例は、コンデンサである。インバータ４は平滑部３の出力側に並列接続される。インバータ４において、６つのスイッチング素子４ａはブリッジ接続され、インバータ４の主回路を構成する。

スイッチング素子４ａの一例は、図示の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）であるが、他のスイッチング素子を用いてもよい。スイッチング素子４ａの他の例は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）である。平滑部３の入力側には、整流器２が並列接続される。整流器２は、ブリッジ接続される４つのダイオードを有する。整流器２には、交流電源１からの交流電力が供給される。交流電源１からの交流電力は、整流器２で整流された後に平滑部３によって平滑され、平滑された直流電力がインバータ４に供給される。

なお、図１では交流電源１及び整流器２は単相で記載しているが、三相でもよい。また、平滑部３のコンデンサとしては、静電容量の大きなアルミ電解コンデンサを使用することが一般的であるが、長寿命であるフィルムコンデンサを用いてもよい。また、静電容量の小さなコンデンサを用いてもよい。静電容量の小さなコンデンサを用いれば、交流電源１に流れる電流の高調波電流を抑制することができる。更に、交流電源１と平滑部３との間の電気配線に、高調波電流の抑制、又は力率改善の目的で、リアクトルを挿入してもよい。

インバータ４は、上アームのスイッチング素子と、下アームのスイッチング素子とが、この順で直列に接続されてなるレグを３相分、即ち３個備える。３個のレグは、Ｕ相レグ、Ｖ相レグ及びＷ相レグを構成する。Ｕ相レグ、Ｖ相レグ及びＷ相レグは、直流電力が供給される直流母線であるＰ線とＮ線との間に並列に接続される。

上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との接続端からは電力線７が引き出されている。電力線７は、分岐点８によって二手に分かれ、第一のモータであるモータ４１及び第二のモータであるモータ４２のそれぞれに接続されている。モータ４１，４２の例は、三相の永久磁石同期モータである。

平滑部３によって平滑された直流電力はインバータ４に供給された後、インバータ４によって任意の三相交流電力に変換される。変換された三相交流電力は、モータ４１とモータ４２とに供給される。

なお、図１は、インバータ４における各レグがスイッチング素子のみを有する構成であるが、この構成に限定されない。スイッチング素子のスイッチング動作によって生ずるサージ電圧を抑制する目的で、スイッチング素子の両端に還流ダイオードを逆並列に接続した構成としてもよい。また、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを還流ダイオードとして使用してもよい。更に、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合、還流のタイミングでＭＯＳＦＥＴをオン状態とすることにより、スイッチング素子のみで還流の機能を実現することができる。また、スイッチング素子を構成する材料は、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）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、ダイヤモンドなどを用いてもよい。スイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体系の材料で形成すれば、低損失化及び高速スイッチング化を図ることができる。

次に、インバータ４の制御に必要なセンサ類について説明する。図１において、電流検出部５１は、モータ４１に流れる三相のモータ電流を検出する電流センサであり、電流検出部５２は、モータ４２に流れる三相のモータ電流を検出する電流センサである。また、入力電圧検出部６は、直流母線であるＰ線とＮ線との間の電圧である直流母線電圧Ｖ_ｄｃを検出する母線電圧センサである。

制御装置１０は、電流検出部５１によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｍ}，ｉ_{ｖ_ｍ}，ｉ_{ｗ_ｍ}、電流検出部５２によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｓｌ}，ｉ_{ｖ_ｓｌ}，ｉ_{ｗ_ｓｌ}、及び入力電圧検出部６によって検出された直流母線電圧Ｖ_ｄｃに基づいてモータ制御演算を行い、インバータ４の各スイッチング素子への駆動信号を生成する。

なお、電流検出部５１，５２の一例はカレントトランスであるが、これに限定されない。カレントトランスを用いずに、抵抗の両端電圧からモータ電流を検出する手法を採用してもよい。また、電流検出部５１，５２のうちの何れか一方は、インバータ４の下アームのスイッチング素子と、３つの下アームのスイッチング素子の接続点との間に電流検出用の抵抗を設ける構成、或いは、３つの下アームのスイッチング素子の接続点と、コンデンサが接続される負側の直流母線であるＮ線との接続点との間に電流検出用の抵抗を設ける構成を採用してもよい。

また、図１では、２台のモータを有する構成を示しているが、３台以上のモータを有していてもよい。なお、３台以上のモータのそれぞれには、モータ電流を検出する電流センサが設けられることは言うまでもない。

また、図１では、インバータの数を１台としているが、複数台のインバータを備えていてもよい。複数台のインバータのそれぞれは、直流母線であるＰ線とＮ線とを共通母線とし、共通母線であるＰ線とＮ線との間に接続される構成となる。

図２は、図１の制御装置１０の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。また、図３は、図１の制御装置１０の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

下述する制御装置１０によるモータ制御の機能を実現する場合には、図２に示すように、演算を行うプロセッサ３００、プロセッサ３００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ３０２、及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ３０２には、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示することができる。

具体的に、メモリ３０２には、制御装置１０におけるモータ制御の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ３００は、インタフェース３０４を介して必要な情報を授受し、メモリ３０２に格納されたプログラムをプロセッサ３００が実行し、メモリ３０２に格納されたテーブルをプロセッサ３００が参照することにより、下述するモータ制御を実行することができる。プロセッサ３００による演算結果は、メモリ３０２に記憶することができる。

また、図２に示すプロセッサ３００及びメモリ３０２は、図３のように処理回路３０５に置き換えてもよい。処理回路３０５は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路３０５に入力する情報、及び処理回路３０５から出力する情報は、インタフェース３０４を介して行うことができる。

次に、本発明の要点の一つである、制御装置１０にて実行されるモータ制御に関して、図１、図４及び図５を参照して説明する。図４は、図１の制御装置１０に構築される制御系の構成例を示すブロック図である。図５は、図４に示すＰＷＭ信号生成部２０の動作の説明に供する図である。

制御装置１０は、座標変換部（図４では「ｕｖｗ／ｄｑ」と表記）１１，１２と、第一のモータ速度推定部１３と、第二のモータ速度推定部１４と、積分器１５，１６と、第一のモータ制御部１７と、脈動補償制御部１８と、座標変換部（図４では「ｄｑ／ｕｖｗ」と表記）１９と、ＰＷＭ信号生成部２０と、脱調制御部３０とを備える。脱調制御部３０は、脱調検出部２２と、第二のモータ制御部２４とを備える。第一のモータ制御部１７は、電流指令値演算部１７ａを備え、脱調検出部２２は、電流方向判定部２２１を備え、第二のモータ制御部２４は、電流制御器２４１を備える。

脱調検出部２２は、複数台のモータの例示であるモータ４１，４２のうちの少なくとも１台が脱調したか否かを検出する。ここで、「少なくとも１台が脱調した」とは、以下の（１）〜（３）の事象のうちの少なくとも一つが生起した場合を想定する。

（１）インバータ出力周波数とモータ４１の運転周波数とが不一致
（２）インバータ出力周波数とモータ４２の運転周波数とが不一致
（３）モータ４１の運転周波数とモータ４２の運転周波数とが不一致

モータが３台以上の場合は、少なくとも１台のモータの運転周波数がインバータ出力周波数と不一致であるとき、又は少なくとも１台のモータの運転周波数が他の１台のモータの運転周波数と不一致であるときが、上記で言う「少なくとも１台が脱調した」に相当する。

上記で言う「インバータ出力周波数」は、インバータ４がモータ４１，４２に印加する電圧の周波数である。インバータ出力周波数は、後述するモータ速度指令値ω_ｍ ^＊と等価である。モータ速度指令値は、「回転速度指令値」もしくは「回転速度指令」と言い替えてもよい。また、上記で言う「運転周波数」は、モータ回転周波数と等価である。なお、比較対象が不一致であるか否かの検出は、比較対象の各周波数の差分情報又は比較対象同士の比の情報に基づいて行うこともできるが、本実施の形態においては、これらとは異なる手法を用いる。詳細は後述する。

第二のモータ制御部２４は、少なくとも１台のモータが脱調した場合、インバータ４の通電状態を切替えてモータを停止させる制御を実施する。通電状態の切替えについて、実施の形態１では、ＰＷＭ信号生成部２０に入力する電圧指令値を切り替えて制御する手法を一例として説明する。

次に、制御装置１０を構成する各部の動作について説明する。まず、座標変換部１１には、電流検出部５１が検出した静止三相座標系の電流値であるモータ電流ｉ_{ｕ_ｍ}，ｉ_{ｖ_ｍ}，ｉ_{ｗ_ｍ}が入力される。座標変換部１１は、後述するモータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}を用いて、モータ電流ｉ_{ｕ_ｍ}，ｉ_{ｖ_ｍ}，ｉ_{ｗ_ｍ}をモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}に変換する。ここで、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}は、モータ４１における回転二相座標系の電流値である。座標変換部１１によって変換されたモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}は、第一のモータ速度推定部１３及び第一のモータ制御部１７に入力される。

また、座標変換部１２には、電流検出部５２が検出した静止三相座標系の電流値であるモータ電流ｉ_{ｕ_ｓｌ}，ｉ_{ｖ_ｓｌ}，ｉ_{ｗ_ｓｌ}が入力される。座標変換部１２は、モータ電流ｉ_{ｕ_ｓｌ}，ｉ_{ｖ_ｓｌ}，ｉ_{ｗ_ｓｌ}をモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}に変換する。ここで、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}は、モータ４２における回転二相座標系の電流値である。座標変換部１２によって変換されたモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}は、第二のモータ速度推定部１４及び脈動補償制御部１８に入力される。

第一のモータ速度推定部１３は、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}に基づいて、モータ速度推定値ω_{ｍ_ｅ}を推定する。積分器１５は、モータ速度推定値ω_{ｍ_ｅ}を積分することでモータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}を算出する。算出されたモータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}は、電流値の座標変換、電圧指令値の座標変換、及び後述する脈動補償制御のために座標変換部１１、脈動補償制御部１８及び座標変換部１９に入力される。

また、第二のモータ速度推定部１４は、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}に基づいて、モータ速度推定値ω_{ｓｌ_ｅ}を推定する。積分器１６は、モータ速度推定値ω_{ｓｌ_ｅ}を積分することでモータ位相推定値θ_{ｓｌ_ｅ}を算出する。算出されたモータ位相推定値θ_{ｓｌ_ｅ}は、電流値の座標変換、及び後述する脈動補償制御のために座標変換部１２及び脈動補償制御部１８に入力される。

なお、モータ速度推定値及びモータ位相推定値の算出手法については公知であり、ここでの詳細な説明は割愛する。各推定値の算出手法の詳細は、例えば特許第４６７２２３６号公報に記載されており、当該記載内容を参照されたい。当該記載内容は、本明細書に取り込まれて本明細書の一部を構成する。また、各推定値の算出手法は、当該公報の記載内容に限定されるものでもなく、モータ速度及びモータ位相の推定値が得られる手法であればどのような手法を用いてもよい。また、演算で使用する情報は、モータ速度及びモータ位相の推定値が得られるものであれば、どのようなものでもよく、ここで示した情報を省いてもよいし、当該情報以外の情報を用いてもよい。

脈動補償制御部１８を有さない場合、第一のモータ制御部１７は、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}及びモータ速度推定値ω_{ｍ_ｅ}に基づいて、ｄｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を算出する。そして、座標変換部１９は、モータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}と、ｄｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊とに基づいて得られる電圧位相θ_ｖに基づいて、モータ４１における回転二相座標系におけるｄｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を、静止三相座標系における電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に変換する。電圧位相θ_ｖは、電圧指令値の回転二相座標系における位相角である。図５の上段部には、モータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}と、位相制御による位相差θ_ｆと、電圧位相θ_ｖとの関係が示されている。図５の上段部に示されるように、電圧位相θ_ｖと、モータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}と、位相差θ_ｆとの間には、θ_ｖ＝θ_{ｍ_ｅ}−θ_ｆの関係がある。

ＰＷＭ信号生成部２０は、電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊及び直流母線電圧Ｖ_ｄｃに基づいて、インバータ４のスイッチング素子をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。図５の下段部には、ＰＷＭ信号の例が示されている。ＵＰは、インバータ４のＵ相の上アームのスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号であり、ＵＮは、インバータ４のＵ相の下アームのスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号である。以下同様に、ＶＰ，ＶＮは、それぞれＶ相の上アームのスイッチング素子及びＶ相の下アームのスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号であり、ＷＰ，ＷＮは、それぞれＷ相の上アームのスイッチング素子及びＷ相の下アームのスイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号である。これらのＰＷＭ信号は、図５の中段部に示されるように、三相の電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊と、キャリアとの大小関係に基づいて生成することができる。

ここで、上記の制御内容、即ち脈動補償制御部１８を有さない場合の制御内容だけでは、モータ４２は、モータ４１を基準として算出された電圧指令値に連れられて駆動されるだけである。従って、モータ４１はマスタモータとして動作し、モータ４２はスレーブモータとして動作することになる。このとき、モータ４１のモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}と、モータ４２のモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}との間には、インバータ４による制御状態によって、軸誤差と呼ばれる位相差が生じることがある。軸誤差を知ることで、モータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}とモータ位相推定値θ_{ｓｌ_ｅ}との間の位相の遅れ又は進みを把握することができる。

ここで、モータ４１のモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}と、モータ４２のモータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｓｌ}，ｉ_{ｑ_ｓｌ}との間に軸誤差が生じている制御状態では、特に、モータ速度の低速領域において、スレーブモータであるモータ４２のモータ電流が脈動することがある。電流脈動が発生すると、モータ４２が脱調し、過大電流による発熱によってモータ４２での損失が増加し、或いは、過大電流による回路遮断によって、モータ４２だけでなくモータ４１も停止せざるを得ない状況となるおそれがある。この電流脈動を解消もしくは抑制するため、脈動補償制御部１８が設けられている。

脈動補償制御部１８は、モータ４１におけるモータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}と、モータ４２におけるモータ位相推定値θ_{ｓｌ_ｅ}と、モータ４２のモータｑ軸電流ｉ_{ｑ_ｓｌ}に基づいて、脈動補償電流指令値ｉ_ｓｌ ^＊を生成する。モータ４１のモータ位相推定値θ_{ｍ_ｅ}及びモータ４２のモータ位相推定値θ_{ｓｌ_ｅ}の情報を利用することにより、上述した軸誤差を知ることができる。そして、この軸誤差の情報に基づいて、モータ４２のトルク電流に相当するモータｑ軸電流ｉ_{ｑ_ｓｌ}の脈動を抑制する脈動補償電流指令値ｉ_ｓｌ ^＊が生成される。

脈動補償制御部１８によって生成された脈動補償電流指令値ｉ_ｓｌ ^＊は、第一のモータ制御部１７に付与される。第一のモータ制御部１７において、電流指令値演算部１７ａは、モータ４１へのモータ速度指令値ω_ｍ ^＊と、モータ４１のモータ速度推定値ω_{ｍ_ｅ}との偏差を比例積分制御などで制御することで、モータ４１へのｑ軸電流指令値ｉ_{ｑ_ｍ} ^＊を演算する。また、電流指令値演算部１７ａは、脈動補償電流指令値ｉ_ｓｌ ^＊に基づいてｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ_ｍ} ^＊を演算する。モータ４１への励磁電流成分であるｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ_ｍ} ^＊については、値を変化させることで電流位相を制御することができる。このため、ｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ_ｍ} ^＊を可変することで生成した電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を用いることで、モータ４１を強め磁束又は弱め磁束で駆動させることができる。その特性を利用し、脈動補償電流指令値ｉ_ｓｌ ^＊をｄ軸電流指令値ｉ_{ｄ_ｍ} ^＊に反映させることで、電流脈動を抑制することができる。

第一のモータ制御部１７において、ｄｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊は、モータｄｑ軸電流ｉ_{ｄ_ｍ}，ｉ_{ｑ_ｍ}と、ｄｑ軸電流指令値ｉ_{ｄ_ｍ} ^＊，ｉ_{ｑ_ｍ} ^＊との偏差を比例積分制御することにより演算することができる。なお、同様の機能を実現できるものであれば、どのような手法を用いてもよい。以上の動作により、スレーブモータであるモータ４２に生じ得る電流脈動の抑制を図りつつ、モータ４１及びモータ４２を１台のインバータ４で駆動することができる。

次に、実施の形態１に係るモータ駆動装置の要部の動作について説明する。ここでは、まず、モータが脱調したときのモータの挙動について説明する。図６は、図１に示す各モータのうちで第二のモータであるモータ４２が脱調したときの各モータの挙動例を示す図である。図６において、横軸は時間であり、上段部の波形の縦軸はモータ速度、下段部の波形の縦軸は電流を表している。また、上段部の各波形において、太実線はモータ４１の速度、太破線はモータ４２の速度をそれぞれ示している。また、下段部の各波形において、太実線はモータ４１のＵ相電流、太破線はモータ４２のＵ相電流、一点鎖線はインバータ４から出力されるＵ相電流をそれぞれ示している。

図６において、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では、モータ４１，４２に対し、適切な制御が実施されている。このため、モータ４１，４２における、各モータ速度、各モータ電流の振幅、及び各モータ電流の周波数は、共に安定している。一方、図６において、モータ４２は、時刻ｔ１において脱調し、モータ速度は低下している。ここで、モータ４２のモータ速度が低下すると、モータ４２の誘起電圧は低下する。モータ電流は、インバータ４の出力電圧とモータ誘起電圧との差分に比例するため、脱調したモータ４２の電流振幅は大きくなる。また、脱調したモータ４２では、モータ速度及びモータ誘起電圧の位相の変化が起こるので、モータ４２におけるモータ電流の方向が変化する。このため、脱調したモータ４２におけるモータ電流の方向の変化を検出すれば、モータ４２の脱調を検出することが可能となる。この機能を担うのが、上述した、脱調検出部２２の電流方向判定部２２１である。

次に、実施の形態１における脱調検出部２２の動作について説明する。図７は、実施の形態１における脱調検出部２２の動作の説明に供するフローチャートである。図７における各ステップの処理は、電流方向判定部２２１によって実施される。また、図７において、モータ電流の判定は、各モータごと、三相の各相電流のそれぞれに対して実施する。図７のフローチャートの処理を実施するため、脱調検出部２２には、電流検出部５１によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｍ}，ｉ_{ｖ_ｍ}，ｉ_{ｗ_ｍ}のそれぞれと、電流検出部５２によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｓｌ}，ｉ_{ｖ_ｓｌ}，ｉ_{ｗ_ｓｌ}のそれぞれとが入力される。なお、判定の際、少なくとも一つの相のモータ電流に対して“Ｙｅｓ”と判定された場合には、“Ｙｅｓ”の側の処理に移行する。また、全てのモータの全ての相のモータ電流に対して“Ｎｏ”と判定された場合には、“Ｎｏ”の側の処理に移行する。なお、以下では、説明の簡単化のために一つの相のモータ電流についての説明とする。

ステップＳ１０１では、モータ電流の前々回値と前回値とが比較され、前々回値が前回値よりも小さければ（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、モータ電流の前回値と今回値とが比較され、前回値が今回値以下であれば（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３では、電流方向に変化がないと判定され、経過時間がカウントアップされて、ステップＳ１０１に戻る。

また、ステップＳ１０１において、モータ電流の前々回値が前回値以上であれば（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、モータ電流の前回値と今回値とが比較され、前回値が今回値以上であれば（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５では、電流方向に変化がないと判定され、経過時間がカウントアップされて、ステップＳ１０１に戻る。

次に、ステップＳ１０２において、モータ電流の前回値が今回値よりも大きければ（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に移行する。また、ステップＳ１０４において、モータ電流の前回値が今回値よりも小さければ（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に移行する。

以上のステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４の処理は、１つのモータ電流において、減少方向から増加方向への変化と、増加方向から減少方向への変化の両方があったか否かを判定する処理である。そして、両方向に変化があった場合に、電流方向に変化があったと判定される。

ステップＳ１０６では、電流方向に変化があると判定される。また、ステップＳ１０６では、経過時間に基づいて、電流方向に変化があると判定されたモータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが算出される。更に、ステップＳ１０６では、経過時間のカウントがクリアされる。

ステップＳ１０７では、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒと、予め設定された閾値ｆ_ｉとが比較される。なお、閾値ｆ_ｉとの大小関係を判定する際には、誤判定を防止するため、或いは判定のばたつきを防止するため、閾値ｆ_ｉにマージンを持たせることが好ましい。また、ノイズ等による誤判定を抑止するため、電流検出部５１，５２の各検出値をローパスフィルタなどによってフィルタ処理してもよい。

ステップＳ１０７において、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが、閾値（ｆ_ｉ＋マージン）よりも大きければ（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。

また、ステップＳ１０７において、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが閾値（ｆ_ｉ＋マージン）以下であれば（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ステップＳ１０９に移行する。そして、ステップＳ１０９において、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが閾値（ｆ_ｉ−マージン）よりも小さければ（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に移行し、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが閾値（ｆ_ｉ−マージン）以上であれば（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１０８では、後述する脱調ありの処理を実施して、図７のフローチャートの処理を終了する。なお、図４に示すように、脱調の有無の判定結果Ｓｏｕｔ１は、ＰＷＭ信号生成部２０に入力される。また、ステップＳ１１０では、脱調なしと判定され、図７のフローチャートの処理を終了する。

上記のステップＳ１０６の処理について補足する。モータが正常に動作している場合、モータ電流は正弦波であるため、電流方向の変化は、正弦波の山と谷とで起こる。このため、モータの正常動作時は、電流方向の変化の周波数は、モータ電流周波数の２倍で変化する。また、図６の下段部の波形に示されるように、正常動作時の電流方向の変化の周期は、一般的に、脱調時の電流方向の変化の周期よりも大きい。従って、モータ電流周波数の２倍の周波数を閾値ｆ_ｉに設定し、且つ、算出したモータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒを閾値ｆ_ｉと比較することで、脱調の有無を判定することができる。

なお、脱調したモータの挙動によっては、電流方向の変化の周波数がモータ電流周波数の２倍の周波数を下回ることも想定される。このため、図７のフローチャートでは、ステップＳ１０９の処理を追加している。

また、上記のステップＳ１０１の判定処理では、モータ電流の前々回値と前回値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ電流の前々回値と前回値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、上記のステップＳ１０２の判定処理では、モータ電流の前回値と今回値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ電流の前回値と今回値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、上記のステップＳ１０４の判定処理では、モータ電流の前回値と今回値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ電流の前回値と今回値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、上記のステップＳ１０７の判定処理では、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが閾値（ｆ_ｉ＋マージン）に等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒと閾値（ｆ_ｉ＋マージン）とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、上記のステップＳ１０９の判定処理では、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒが閾値（ｆ_ｉ−マージン）に等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ電流の周波数ｆ_ｄｉｒと閾値（ｆ_ｉ＋マージン）とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

次に、実施の形態１における第二のモータ制御部２４の動作について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、実施の形態１における第二のモータ制御部２４の動作の説明に供するフローチャートである。図８に示すフローチャートの処理は、図７のステップＳ１０８の処理の詳細を示すものである。また、図９は、実施の形態１における脱調時制御を実施した場合の各モータの挙動例を示す図である。なお、図８では、Ｕ相電流を対象とする電流制御について記載しているが、Ｖ相電流及びＷ相電流に対しても同様に実施される。

図８のフローチャートの処理を実施するため、第二のモータ制御部２４には、電流検出部５１によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｍ}，ｉ_{ｖ_ｍ}，ｉ_{ｗ_ｍ}のそれぞれと、電流検出部５２によって検出されたモータ電流ｉ_{ｕ_ｓｌ}，ｉ_{ｖ_ｓｌ}，ｉ_{ｗ_ｓｌ}のそれぞれとが入力される。

図８において、ステップＳ２０１では、モータ４１，４２の各Ｕ相電流の絶対値が算出される。ステップＳ２０２では、モータ４１のＵ相電流の絶対値と、モータ４２のＵ相電流の絶対値とが比較される。モータ４１のＵ相電流の絶対値がモータ４２のＵ相電流の絶対値よりも大きければ（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３に移行する。一方、モータ４１のＵ相電流の絶対値がモータ４２のＵ相電流の絶対値以下であれば（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、ステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０３では、電流の絶対値が大きいモータ４１のＵ相電流に対して電流制御が実施される。また、ステップＳ２０４では、電流の絶対値が大きいモータ４２のＵ相電流に対して電流制御が実施される。ここでの電流制御は、一般的なＰＩ制御で実施することができる。

脱調が発生すると、脱調したモータにおいて、モータ電流のピーク値が増大する。モータが例えば永久磁石同期モータである場合、ピーク値の大きなモータ電流が流れると、モータの永久磁石を減磁させてしまうおそれがある。このため、脱調時には、モータ電流のピーク値を抑制しながら、モータを停止させることが好ましい制御となる。

また、図８のフローチャートでは、モータが２台の場合について記載しているが、モータの台数が３台以上の場合には各モータの中で最も電流の絶対値が大きいものに対して電流制御を実施すればよい。これにより、複数のモータにおいて、電流が大きい状態のモータに対して優先的に電流制御を行うことができ、簡易な処理で、モータ電流のピーク値を抑制することができる。

なお、上記のステップＳ２０２の判定処理では、モータ４１のＵ相電流の絶対値と、モータ４２のＵ相電流の絶対値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータ４１のＵ相電流の絶対値と、モータ４２のＵ相電流の絶対値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

脱調時の電流制御の一例は、モータ電流に高調波成分を重畳することである。

図８のステップＳ２０３では、電流制御器２４１によって、モータ４１のＵ相電流に高調波成分が重畳されるようにＵ相電圧指令値ｖ_ｕ ^＊が生成される。このとき、図４において、ＰＷＭ信号生成部２０は、脱調検出部２２から出力される判定結果Ｓｏｕｔ１が脱調ありを示す信号の場合、第二のモータ制御部２４から出力されるＵ相電圧指令値ｖ_ｕ ^＊に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。即ち、判定結果Ｓｏｕｔ１が脱調ありを示す信号の場合、座標変換部１９から出力される電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に代えて、第二のモータ制御部２４から出力される電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を用いてＰＷＭ信号が生成される。

なお、図８のフローチャートにおいて、ステップＳ２０２の判定結果が、ＵＶＷの各相において異なる場合でも、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の処理が個別に実施される。例えば、Ｕ相電流に関してはモータ４１の方が大きく、Ｖ相電流及びＷ相電流に関してはモータ４２の方が大きい場合、それぞれの大きい方の電流に対して、ここで言う高調波成分の重畳制御が実施される。

なお、モータ電流への高調波成分の重畳は、電流制御器２４１に付与する電流指令値に高調波成分を重畳すればよいが、他の手法を用いてもよい。

図９には、脱調を模擬してモータ４２の速度を低下させたときに、電流の絶対値が大きいモータ４１のＵ相電流に高調波成分を重畳したときの挙動が示されている。なお、図９において、横軸は時間であり、上段部の波形の縦軸はモータ速度、下段部の波形の縦軸は電流を表している。また、上段部の各波形において、太実線はモータ４１の速度、太破線はモータ４２の速度をそれぞれ示している。また、下段部の各波形において、太実線はモータ４１のＵ相電流、太破線はモータ４２のＵ相電流、一点鎖線はインバータ４から出力されるＵ相電流をそれぞれ示している。

モータ４１のＵ相電流への高調波成分の重畳により、図９に示されるように、モータ４１，４２の各Ｕ相電流のピーク値が約１／２に低減されている。なお、モータの永久磁石の減磁を防止できるレベルまで電流のピーク値が低減できた後は、モータ４１，４２を慣性モーメントに従って徐々に減速させればよく、最終的にモータ４１，４２を停止させることができる。

なお、上記では、脱調時の電流制御の一例として、モータ電流に高調波成分を重畳することについて説明したが、この手法に限定されない。例えば、電流制御器２４１に与える電流指令値を０［Ａ］とする制御、即ちモータ制御で使用する電流指令値をゼロに制御すればよい。この制御によっても、モータ電流のピーク値を抑制することができる。なお、高調波成分を重畳する制御と、電流指令値をゼロにする制御が行われる際、インバータ４の出力電圧が変更される。このため、第一の制御は、脱調制御用の電圧を各モータに印加する制御と言い替えることができる。

また、図４では、第二のモータ制御部２４は、静止三相座標系における電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を生成してＰＷＭ信号生成部２０に与える制御器の構成を示したが、この構成に限定されない。図４の構成に代え、回転二相座標系におけるｄｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を生成して座標変換部１９に与える制御器を構築してもよい。その際、回転二相座標系におけるｄｑ軸の電流値を使用してもよいし、ｄｑ軸への座標変換時に得られる二相固定座標系におけるαβ軸の電流値を使用してもよい。

以上説明したように、実施の形態１に係るモータ駆動装置は、少なくとも１台のモータの運転周波数がインバータ出力周波数と不一致となる、又は少なくとも１台のモータの運転周波数が他の１台のモータの運転周波数と不一致となる脱調を検出し、少なくとも１台のモータが脱調している場合に、インバータの通電状態を切替えて複数台のモータを停止させる。これにより、複数台のモータを１台のインバータで駆動する構成において、各モータの誘起電圧差に応じて複数台のモータ間に流れ得る過大な電流を抑制することができる。

また、実施の形態１に係るモータ駆動装置によれば、モータ間に流れ得る過大な電流、即ち過大な循環電流を抑制することができるので、モータの脱調時にモータの永久磁石を減磁させてしまうリスクを抑制することができる。

また、実施の形態１に係るモータ駆動装置によれば、例えば後述する空気調和機のファンモータに適用した場合において、慣性モーメントの大きいファンモータを速やかに停止することができる。これにより、再起動までの時間を短縮することができ、空気調和機の性能を改善することができる。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図である。図１０において、実施の形態２における制御系では、図４に示す実施の形態１における制御系の構成において、脱調制御部３０が脱調制御部３０Ａに置き替えられている。脱調制御部３０Ａでは、脱調検出部２２が脱調検出部２２Ａに置き替えられ、第二のモータ制御部２４が第二のモータ制御部２４Ａに置き替えられている。脱調検出部２２Ａは、モータ電流判定部２２２と、モータ速度判定部２２３とを備えている。なお、その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第二のモータ制御部２４Ａの機能は、第二のモータ制御部２４の機能とは異なる。第二のモータ制御部２４Ａの機能の詳細については、後述する。なお、第二のモータ制御部２４による制御と、第二のモータ制御部２４Ａによる制御とを区別するため、前者を「第一の制御」と呼び、後者を「第二の制御」と呼ぶ場合がある。

次に、実施の形態２における要部の動作について説明する。まず、図１１は、実施の形態２におけるモータ電流判定部２２２の動作の説明に供するフローチャートである。図１１において、ステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理は、モータ電流判定部２２２によって実施され、ステップＳ３０３の処理は、ＰＷＭ信号生成部２０及び第二のモータ制御部２４Ａによって実施される。

図１１において、ステップＳ３０１では、モータ４１，４２の各相電流の絶対値が算出される。ステップＳ３０２では、各相電流の絶対値と脱調判定のための判定閾値とが比較される。少なくとも一つの相電流の絶対値が判定閾値よりも大きければ（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、脱調ありと判定される（ステップＳ３０３）。脱調ありと判定された場合、脱調ありを示す判定結果Ｓｏｕｔ２がＰＷＭ信号生成部２０に入力される。ステップＳ３０３では、脱調ありの場合の制御が実施される。

具体的に、実施の形態２では、インバータ４の上アームのスイッチング素子、又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上が導通状態とされるＰＷＭ信号が生成される。この制御は、第二のモータ制御部２４Ａによって生成された電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に基づいて実施される。インバータ４の上アームのスイッチング素子、又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上が導通状態とされると、導通状態とされたスイッチング素子を介して各モータの図示しない巻線間が短絡される。これにより、各モータの誘起電圧に比例した電流がインバータ４へ流れ、各モータの回生エネルギーが消費される。これにより、各モータを慣性モーメントに従って減速させる場合に比べて、より短時間でモータを停止させることができる。

ステップＳ３０３の処理を終えると、図１１のフローチャートの処理を終了する。また、ステップＳ３０２において、全ての相電流の絶対値が判定閾値以下であれば（ステップＳ３０２，Ｎｏ）、脱調なしと判定され（ステップＳ３０４）、脱調なしを示す判定結果Ｓｏｕｔ２がＰＷＭ信号生成部２０に入力される。この場合、第二のモータ制御部２４Ａによる制御を実施せずに、図１１のフローチャートの処理を終了する。

なお、上記のステップＳ３０２の判定処理では、相電流の絶対値と判定閾値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、相電流の絶対値と判定閾値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、図１２は、実施の形態２におけるモータ速度判定部２２３の動作の説明に供するフローチャートである。図１２において、ステップＳ４０１，Ｓ４０３の処理は、モータ速度判定部２２３によって実施され、ステップＳ４０２，Ｓ４０４の処理は、ＰＷＭ信号生成部２０及び第二のモータ制御部２４Ａによって実施される。

図１２のフローチャートの処理を実施するため、モータ速度判定部２２３には、第一のモータ速度推定部１３によって推定されたモータ速度推定値ω_{ｍ_ｅ}と、第二のモータ速度推定部１４によって推定されたモータ速度推定値ω_{ｓｌ_ｅ}とが入力される。

図１２において、ステップＳ４０１では、モータ４１，４２のそれぞれにおいて、モータ速度推定値とモータ速度指令値とが比較される。なお、モータ速度推定値とモータ速度指令値との大小関係を判定する際には、誤判定を防止するため、或いは判定のばたつきを防止するため、モータ速度指令値にマージンを持たせることが好ましい。

ステップＳ４０１において、少なくとも一つのモータのモータ速度推定値が「モータ速度指令値＋マージン」よりも大きければ（ステップＳ４０１，Ｙｅｓ）、脱調ありと判定される（ステップＳ４０２）。脱調ありと判定された場合、脱調ありを示す判定結果Ｓｏｕｔ３がＰＷＭ信号生成部２０に入力される。ステップＳ４０２では、脱調ありの場合の制御が実施される。

また、ステップＳ４０１において、全てのモータのモータ速度推定値が「モータ速度指令値＋マージン」以下であれば（ステップＳ４０１，Ｎｏ）、ステップＳ４０３に移行する。ステップＳ４０３では、何れかのモータのモータ速度推定値が「モータ速度指令値−マージン」よりも小さければ（ステップＳ４０３，Ｙｅｓ）、脱調ありと判定される（ステップＳ４０４）。脱調ありと判定された場合、脱調ありを示す判定結果Ｓｏｕｔ３がＰＷＭ信号生成部２０に入力される。ステップＳ４０４では、脱調ありの場合の制御が実施される。

また、ステップＳ４０３において、全てのモータのモータ速度推定値が「モータ速度指令値−マージン」以上であれば（ステップＳ４０３，Ｎｏ）、脱調なしと判定され（ステップＳ４０５）、脱調なしを示す判定結果Ｓｏｕｔ３がＰＷＭ信号生成部２０に入力される。この場合、第二のモータ制御部２４Ａによる制御を実施せずに、図１２のフローチャートの処理を終了する。

一方、脱調ありの場合、上述した第二のモータ制御部２４Ａによる制御が実施される。具体的な処理内容は前述した通りであり、ここでの説明は省略する。

なお、実施の形態２において、第二のモータ制御部２４Ａによる制御は、判定結果Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３のうちの少なくとも１つが脱調ありの場合に実施され、判定結果Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３の両方が脱調なしの場合には実施されない。

なお、上記のステップＳ４０１の判定処理では、モータのモータ速度推定値と「モータ速度指令値＋マージン」とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータのモータ速度推定値と「モータ速度指令値＋マージン」とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

また、上記のステップＳ４０３の判定処理では、モータのモータ速度推定値と「モータ速度指令値−マージン」とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、モータのモータ速度推定値と「モータ速度指令値−マージン」とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

以上説明したように、実施の形態２に係るモータ駆動装置によれば、モータ電流による脱調の判定結果、及びモータ速度による脱調の判定結果のうちの少なくとも一つが脱調ありの場合に、第二のモータ制御部２４Ａによる第二の制御を実施する。これにより、各モータの誘起電圧に比例した電流がインバータ４へ流れ、各モータの回生エネルギーが消費される。これにより、各モータを慣性モーメントに従って減速させる場合に比べて、より短時間でモータを停止させることができる。

なお、図１０では、脱調検出部２２Ａの内部に、モータ電流判定部２２２と、モータ速度判定部２２３とを構成し、これらの判定部による判定結果Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３を個別にＰＷＭ信号生成部２０に入力しているが、この構成に限定されない。具体的に、図１０の構成に代えて、図１３のように構成してもよい。図１３は、実施の形態２における制御装置に構築される制御系の第一の変形例を示すブロック図である。

図１３において、実施の形態２の第一の変形例に係る制御装置の制御系では、図１０に示す制御装置の制御系の構成において、脱調制御部３０Ａが脱調制御部３０Ｂに置き替えられている。脱調制御部３０Ｂでは、脱調検出部２２Ａが脱調検出部２２Ｂに置き替えられている。なお、図１３では、モータ電流判定部２２２及びモータ速度判定部２２３の図示は省略している。また、脱調検出部２２Ｂは論理和回路２２４を備え、論理和回路２２４には、図１０の例で説明した判定結果Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３が入力される。論理和回路２２４は、判定結果Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３の論理和を脱調検出部２２Ｂによる判定結果Ｓｏｕｔ４として、ＰＷＭ信号生成部２０に出力する。ＰＷＭ信号生成部２０は、判定結果Ｓｏｕｔ４に基づいて、インバータ４の上アームのスイッチング素子又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上を導通状態にする上述した第二の制御を実施する。

また、図１０の構成に代えて、図１４のように構成してもよい。図１４は、実施の形態２における制御装置に構築される制御系の第二の変形例を示すブロック図である。

図１４において、実施の形態２の第二の変形例に係る制御装置の制御系では、図１３に示す制御装置の制御系の構成において、脱調制御部３０Ｂが脱調制御部３０Ｃに置き替えられている。脱調制御部３０Ｃでは、第二のモータ制御部２４Ａが第二のモータ制御部２４に置き替えられている。第二のモータ制御部２４は、図４に示したものと同じである。その他の構成については、図１３の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

実施の形態２の第二の変形例に係る制御装置の場合、第二のモータ制御部２４は、実施の形態１で説明した通り、モータ電流のピーク値を抑制しながら、モータを停止させる第一の制御を実施する。この第一の制御では、前述の通り、モータ電流に高調波成分を重畳する電流制御を実施してもよいし、電流指令値を例えば０［Ａ］とする電流制御を実施してもよい。

実施の形態３．
図１５は、実施の形態３における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図である。図１５において、実施の形態３における制御系の構成では、図１３に示す実施の形態２の第一の変形例の構成において、脱調制御部３０Ｂが脱調制御部３０Ｄに置き替えられている。脱調制御部３０Ｄでは、脱調検出部２２Ｂが脱調検出部２２Ｃに置き替えられ、論理和回路２２４が論理和回路２２５に置き替えられている。脱調検出部２２Ｃは、図１３に示す脱調検出部２２Ｂの機能に、図４に示す電流方向判定部２２１の機能を付加したものである。なお、図１５では、電流方向判定部２２１、モータ電流判定部２２２及びモータ速度判定部２２３の図示は省略している。なお、その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

論理和回路２２５には、電流方向判定部２２１、モータ電流判定部２２２及びモータ速度判定部２２３におけるそれぞれの判定結果Ｓｏｕｔ１，Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３が入力される。論理和回路２２５は、判定結果Ｓｏｕｔ１，Ｓｏｕｔ２，Ｓｏｕｔ３の論理和を脱調検出部２２Ｃによる判定結果Ｓｏｕｔ５として、ＰＷＭ信号生成部２０に出力する。ＰＷＭ信号生成部２０は、判定結果Ｓｏｕｔ５に基づいて、インバータ４の上アームのスイッチング素子又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上を導通状態にする上述した第二の制御を実施する。

実施の形態３の制御装置の場合、３つの判定条件を備え、少なくとも一つが脱調ありの場合には、脱調時制御を実施する。これにより、脱調の予兆を的確に捉えた脱調時制御を実施できるという効果が得られる。

なお、図１５に示す実施の形態３では、少なくとも一つのモータが脱調した場合、第二の制御を実施するように構成されているが、これに限定されない。図１４と同様に、少なくとも一つのモータが脱調した場合、第一の制御を実施するように構成されていてもよい。また、第一の制御及び第二の制御の両方の機能を備え、両者を時系列的に切り替えて実施してもよい。即ち、最初に第一の制御を実施し、その後、第一の制御から第二の制御に切り替えて実施してもよい。また、最初に第二の制御を実施し、その後、第二の制御から第一の制御に切り替えて実施してもよい。これにより、脱調発生の初期の段階における各モータ電流のピーク値を低減しつつ、モータの停止時間の短縮を図ることができる。

実施の形態４．
図１６は、実施の形態４における制御装置に構築される制御系の構成例を示すブロック図である。図１６において、実施の形態４における制御系の構成では、図１５に示す実施の形態３における制御装置の構成において、脱調制御部３０Ｄが脱調制御部３０Ｅに置き替えられている。脱調制御部３０Ｅでは、脱調検出部２２Ｃが脱調検出部２２Ｄに置き替えられ、第二のモータ制御部２４Ａが第二のモータ制御部２４Ｂに置き替えられている。第二のモータ制御部２４Ｂは、第二のモータ制御部２４及び第二のモータ制御部２４Ａの両方の機能を備えたものである。また、図１６では、脱調検出部２２Ｄから第二のモータ制御部２４Ｂに判定情報ＣＳが入力されるように構成されている。なお、その他の構成については、実施の形態３の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

次に、実施の形態４における要部の動作について説明する。図１７は、実施の形態４における脱調検出部２２Ｄ及び第二のモータ制御部２４Ｂの動作の説明に供するフローチャートである。図１７において、ステップＳ５０１，Ｓ５０２，Ｓ５０５の処理は、脱調検出部２２Ｄによって実施され、ステップＳ５０３，Ｓ５０４，Ｓ５０６の処理は、ＰＷＭ信号生成部２０及び第二のモータ制御部２４Ｂによって実施される。

図１７において、ステップＳ５０１では、脱調の有無が判定される。脱調の有無は、電流方向判定部２２１、モータ電流判定部２２２及びモータ速度判定部２２３のうちの何れか、或いは、これらの判定部のうちの少なくとも一つを用いる。脱調が検出されない場合（ステップＳ５０１，Ｎｏ）、ステップＳ５０１の判定処理を継続する。一方、脱調が検出された場合（ステップＳ５０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ５０２に移行する。

ステップＳ５０２では、脱調したモータ台数と、運転していたモータ台数とが同じであるか否かが判定される。脱調したモータ台数と、運転していたモータ台数とが同じである場合（ステップＳ５０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ５０３に移行する。ステップＳ５０３では、この状況に適した第二の制御が選択されて実施される。第二の制御は、前述の通り、インバータ４の上アーム又は下アームのスイッチング素子の何れか１素子以上を導通状態にする制御である。なお、脱調の有無は、判定情報ＣＳにより、脱調検出部２２Ｄから第二のモータ制御部２４Ｂへ伝達される。以降の処理も同様である。

また、脱調したモータ台数と、運転していたモータ台数とが異なる場合（ステップＳ５０２，Ｎｏ）、ステップＳ５０４に移行する。ステップＳ５０４では、この状況に適した第一の制御が選択されて実施される。第一の制御は、前述の通り、図４の第二のモータ制御部２４に具備される電流制御器２４１によって実施される電流制御である。

ステップＳ５０３，Ｓ５０４の処理後は、ステップＳ５０５に移行する。ステップＳ５０５では、各モータ電流のピーク値が電流閾値と比較され、各モータ速度推定値が速度閾値と比較され、脱調検出後の経過時間が時間閾値と比較される。また、このステップＳ５０５において、各モータ電流のピーク値が電流閾値よりも小さく、又は、各モータ速度推定値が速度閾値よりも小さく、又は、脱調検出後の経過時間が時間閾値よりも大きい場合（ステップＳ５０５，Ｙｅｓ）、ステップＳ５０６に移行する。即ち、ステップＳ５０６に移行する条件は、各モータ電流のピーク値、各モータ速度推定値及び脱調検出後の経過時間のうちの少なくとも一つが、それぞれの閾値による判定条件をクリアしたときである。

一方、各モータ電流のピーク値が電流閾値以上であり、且つ、各モータ速度推定値が速度閾値以上であり、且つ、脱調検出後の経過時間が時間閾値以下である場合（ステップＳ５０５，Ｎｏ）、ステップＳ５０１に戻り、ステップＳ５０１からステップＳ５０４の処理を繰り返す。即ち、ステップＳ５０１に戻る条件は、各モータ電流のピーク値、各モータ速度推定値及び脱調検出後の経過時間のうちの全てが、それぞれの閾値による判定条件をクリアしていないときである。

ステップＳ５０６では、インバータ４のスイッチング素子を全て非導通状態とする制御が実施される。以下、この制御を前述した第一の制御及び第二の制御と区別するため、適宜「第三の制御」と呼ぶ。この第三の制御により、インバータ４から出力される各モータへの出力電圧は遮断される。また、インバータ４と各モータとの間の電気的な接続がなくなるので、各モータの誘起電圧に比例して流れる電流は、各モータ間に循環電流として流れる。この循環電流によって、各モータの回生エネルギーを消費することができ、慣性モーメントに従って停止させる場合に比べて、より短時間で各モータを停止させることができる。

以上説明したように、実施の形態４に係るモータ駆動装置によれば、脱調したモータ台数と、運転していたモータ台数との差異の情報に基づき、その差異の状況に適した制御が選択される。これにより、脱調発生の初期の段階における各モータ電流のピーク値を低減しつつ、モータの停止時間の短縮するための制御を、安全且つ確実に実施することができる。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１から実施の形態４で説明したモータ駆動装置の応用例について説明する。図１８は、実施の形態５に係るモータ駆動装置の空気調和機への適用例を示す図である。

図１８において、空気調和機１００の室外機７０には、インバータ４と、複数台のファン４１ａ，４２ａと、ファン４１ａ，４２ａを駆動するためのモータ４１，４２とが搭載されている。空気調和機１００において、２台のファン４１ａ，４２ａを駆動する場合、１台のインバータ４で２台のモータ４１，４２を運転することで、インバータ４の数を削減できる。これにより、空気調和機１００のコストを低減することができる。

なお、実施の形態５では、実施の形態１から実施の形態４に係るモータ駆動装置を空気調和機に適用した場合について説明したが、この例に限定されない。実施の形態１から実施の形態４に係るモータ駆動装置をヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、冷凍機といった冷凍サイクル機器に適用してもよい。何れの場合も、それぞれの実施の形態で得られる効果を享受することができる。

また、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。

例えば、上記の記載において、脱調制御部は、複数台のモータの各相に流れるモータ電流の方向の変化、モータ電流の検出値、又は複数台のモータの速度推定値に基づいてモータの脱調を検出しているが、これに限定されない。脱調制御部は、複数台のモータの各相に流れるモータ電流の方向の変化、モータ電流の検出値、及び複数台のモータの速度推定値のうちから少なくとも２つの判定要素を用いてモータの脱調を検出するようにしてもよい。

また、実施の形態３では、少なくとも一つのモータが脱調した場合、第一の制御及び第二の制御を時系列的に切り替えることについて説明したが、これに限定されない。実施の形態４で説明した第三の制御を加え、第一の制御、第二の制御及び第三の制御を時系列的に切り替えて実施してもよい。

１交流電源、２整流器、３平滑部、４インバータ、４ａスイッチング素子、６入力電圧検出部、７電力線、８分岐点、１０制御装置、１１，１２，１９座標変換部、１３第一のモータ速度推定部、１４第二のモータ速度推定部、１５，１６積分器、１７第一のモータ制御部、１７ａ電流指令値演算部、１８脈動補償制御部、２０ＰＷＭ信号生成部、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ脱調検出部、２４，２４Ａ，２４Ｂ第二のモータ制御部、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ脱調制御部、４１，４２モータ、４１ａ，４２ａファン、５１，５２電流検出部、７０室外機、１００空気調和機、２２１電流方向判定部、２２２モータ電流判定部、２２３モータ速度判定部、２２４，２２５論理和回路、２４１電流制御器、３００プロセッサ、３０２メモリ、３０４インタフェース、３０５処理回路。

Claims

複数台のモータを駆動する１台のインバータと、
少なくとも１台の前記モータの運転周波数がインバータ出力周波数と不一致となる、又は少なくとも１台の前記モータの運転周波数が他の１台のモータの運転周波数と不一致となる脱調を検出し、少なくとも１台の前記モータが脱調している場合に、前記インバータの通電状態を切替えて複数台の前記モータを停止させる脱調制御部と、
を備えるモータ駆動装置。
前記脱調制御部は、複数台の前記モータの各相に流れるモータ電流の方向の変化、前記モータ電流の検出値、又は複数台の前記モータの速度推定値に基づいて前記モータの脱調を検出する
請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記脱調制御部は、複数台の前記モータの各相に流れるモータ電流の方向の変化、前記モータ電流の検出値、及び複数台の前記モータの速度推定値のうちから少なくとも２つを用いて前記モータの脱調を検出する
請求項１に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合、前記モータに脱調制御用の電圧を印加する第一の制御を実施する
請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
前記第一の制御では、前記モータの各相に流れるモータ電流に高調波成分が重畳される
請求項４に記載のモータ駆動装置。
前記第一の制御では、モータ制御で使用する電流指令値がゼロに制御される
請求項４に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、脱調した前記モータの台数と運転していた前記モータの台数が異なる場合、前記第一の制御を実施する
請求項４から６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合、前記インバータの上アームのスイッチング素子、又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上を導通状態とする第二の制御を実施する
請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、脱調した前記モータの台数と運転していた前記モータの台数が同じである場合、前記第二の制御を実施する
請求項８に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第一の制御の実施後に前記モータの各相に流れる電流のピーク値が電流閾値よりも小さくなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項７に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第二の制御の実施後に前記モータの各相に流れる電流のピーク値が電流閾値よりも小さくなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項９に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第一の制御の実施後に前記モータの速度推定値が速度閾値よりも小さくなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項７に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第二の制御の実施後に前記モータの速度推定値が速度閾値よりも小さくなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項９に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第一の制御の実施後に脱調検出後の経過時間が時間閾値よりも長くなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項７に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合において、前記第二の制御の実施後に脱調検出後の経過時間が時間閾値よりも長くなった場合には、前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を実施する
請求項９に記載のモータ駆動装置。
少なくとも１台の前記モータが脱調している場合、前記モータに脱調制御用の電圧を印加する第一の制御、前記インバータの上アームのスイッチング素子又は下アームのスイッチング素子の何れか１つ以上を導通状態とする第二の制御、及び前記インバータからの出力電圧を遮断する第三の制御を時系列的に切り替えて実施する
請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
請求項１から１６の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備える空気調和機。