WO2012144276A1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

　起動モードにおいて負荷の変動に追従した回転制御を実行するモータ制御装置を提案する。この提案のモータ制御装置は、相電流Ｉｕ～Ｉｗに基づいて電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉを検出する検出手段４と、相電流Ｉｕ～Ｉｗと印加電圧Ｖｕ～Ｖｗとに基づいて誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出する検出手段５と、θｍ＝θｉ－β－９０°又はθｍ＝θｅ－γ－９０°を使用してロータ位置θｍを検出するロータ位置検出手段６と、そのθｍに基づいて回転速度ωを検出する速度変動検出手段１５と、起動用電圧指示値Ｖｐ及び起動用電圧位相指示値θｖを出力し、同期モータＭの回転速度を所定の加速度で上昇させると共に、速度変動検出手段１５で検出される回転速度ωをθｖに反映させる起動手段１０と、を備える。

Description

モータ制御装置

　同期モータの起動制御に関する技術が以下に開示される。

　同期モータ（永久磁石同期モータ）の駆動方式として適用例が増えている正弦波駆動方式（１８０度通電方式）では、ロータ位置（ロータの回転位置）をセンサレスで検出し、ステータコイルへ適切な通電を行う制御を実行する。このセンサレスでロータ位置を検出する機能を備えたモータ制御装置として、特許文献１に開示のモータ制御装置が提案されている。特許文献１のモータ制御装置は、同期モータの通常運転モード（位置検出運転）においてロータ位置θｍを一定の精度且つ低処理負荷で検出することを可能とするものである。

　同期モータには、通常運転モードへ入る前段階として起動モード（強制転流運転）があるが、この起動モードにおいては、ステータ座標系のα軸に対するロータ座標系のｄ軸の角度（ロータの絶対位置）を表すロータ位置θｍの推定誤差が大きくなるため、ロータ位置θｍに基づいた位置検出運転をしていない。そこで、起動モードでは、特許文献２に開示されるモータ制御装置により同期モータを起動させるものとしている。特許文献２のモータ制御装置は、目標回転速度（目標回転数）を含む運転指令をモータ停止状態で受け取ると、起動電圧設定部及び起動位相設定部により設定される印加電圧及び印加電圧位相で駆動を開始し、一定の加速度で回転速度を漸増させていく。そして、回転速度が目標回転速度よりも低い所定値に達したところで起動完了とみなし、通常運転モードへ移行する制御を実行する。これにより、処理能力の高い演算装置を不要とし、起動完了の簡素且つ確実化を可能としている。

特開２０１１－１０４３８号公報 特開２００５－９４８５３号公報

　上述のように、同期モータの起動モードでは、ロータ位置の検出精度が良くないため、ロータ位置の検出は行わず、加速度一定で回転速度を漸増させる強制駆動を実行している。しかし、このときに、同期モータの出力軸にかかる負荷の変動、特に瞬間的な変動があると、脱調して起動に時間を要する可能性がある。

　起動モードにおける負荷変動は、特に、同期モータを使用したエアコン（エアコンディショナ）のコンプレッサにおいて現れ得る。例えば、コンプレッサのシリンダ内に冷媒液の粒が入り込むと、圧縮行程の負荷が増加する。一方で、吸入行程の負荷は通常通りであるため、この場合の起動モードにおいて同期モータにかかる負荷は、コンプレッサの圧縮・吸入行程に従って変動することになる。

　特許文献２に開示のモータ制御装置は、起動モードにおいて、負荷に関わらず加速度一定の強制的な制御を実行するため、上記のような負荷変動がある場合に対応していない。このような技術背景に鑑みると、起動モードにおいて負荷の変動に追従できるような何らかの工夫が必要である。

　当課題に対して提案するモータ制御装置は、
　同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
　前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
　前記電流検出手段で検出される電流及び前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧に基づいて求められる電流変数及び電圧変数を含む所定のロータ位置計算式を使用して、前記同期モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、
　前記ロータ位置検出手段で検出されるロータ位置に基づいて回転速度を検出する速度・速度変動検出手段と、
　起動モードにおいて起動用電圧指示値及び起動用電圧位相指示値を出力し、これら指示値に基づいて駆動される前記同期モータの回転速度を所定の加速度で上昇させると共に、前記速度・速度変動検出手段で検出される回転速度を前記起動用電圧位相指示値に反映させる起動手段と、
　を含んで構成される。

　上記提案に係るモータ制御装置において検出されるロータ位置は、検出された現在の電流及び印加電圧に基づいており、その算出値は「誘起電圧電気角及び電流電気角の差」を反映している。したがって、このロータ位置に基づいて検出される回転速度は、誘起電圧電気角と電流電気角との差（すなわち誘起電圧と電流との位相差）の変動に応じて変動するものとなる。モータベクトル図において一般に、誘起電圧電気角及び電流電気角の差は、ロータ位置が進むと大きくなり、ロータ位置が遅れると小さくなる。つまり、誘起電圧電気角及び電流電気角の差を反映して変動する回転速度から、ロータ位置（ロータの絶対位置）の検出精度に関わりなく、前後の検出周期でロータ位置が進んだか遅れたかというロータの相対的位置を検出することができる。そして、回転速度の変動＝ロータの相対的位置の変動は、同期モータの出力軸にかかる負荷の変動に応じると考えることができるので、検出される回転速度の変動に応じて加速度を適切に調節すれば、起動モードにおいて負荷の変動に追従した回転制御を実行することが可能である。

モータ制御装置の実施形態を示したブロック図。 正弦波通電における（Ａ）電流、（Ｂ）誘起電圧の各波形図。 同期モータのベクトル図。

　図１は、モータ制御装置の実施形態を示している。
　この実施形態の同期モータＭは、３相のスター結線型で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルを含むステータと、永久磁石を含むロータとを有する。図中にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータコイルのみを示し、その他は図示を省略してある。なお、スター結線型を例として示すがデルタ結線でも同様に適用される。

　この同期モータＭを駆動するパワーモジュール（ＩＰＭ）ＰＭは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに上アーム側のスイッチング素子＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ及び下アーム側のスイッチング素子－Ｕ，－Ｖ，－Ｗを直流電源の高位側と低位側の間に直列接続してある。また、下アーム側スイッチング素子－Ｕ，－Ｖ，－Ｗの低位側には、各相に流れる電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗが設けられる。各スイッチング素子＋Ｕ～－Ｗはインバータ駆動部１によるＰＷＭ信号で駆動され、これに従いＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータコイルが正弦波通電（１８０度通電）で制御される。当該制御によって各相Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流が、シャント抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗを利用して検出される。

　インバータ駆動部１及び以下に説明する各部は、本実施形態の場合、プログラムに従って動作するマイコン等のコンピュータにより実行されるものとして説明する。ただし、これに限らず、ハードウエアによりそれぞれを構成することなども可能である。

　電流検出手段に相当する相電流検出部２は、シャント抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗにかかる電圧を測定することにより、Ｕ相のステータコイルに流れるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相のステータコイルに流れるＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相のステータコイルに流れるＷ相電流Ｉｗをそれぞれ検出する。印加電圧検出手段に相当する印加電圧検出部３は、上アーム側スイッチング素子＋Ｕ～＋ＷからＵ相のステータコイル、Ｖ相のステータコイル、Ｗ相のステータコイルへそれぞれ印加されるＵ相印加電圧Ｖｕ、Ｖ相印加電圧Ｖｖ、Ｗ相印加電圧Ｖｗを検出する。

　電流波高値・電気角検出手段に相当する相電流波高値・電気角検出部４は、相電流検出部２で検出される相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値に基づいて、相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉを検出する。その検出方法は次の通りである。当該検出方法は、前述の特許文献１に詳しく説明されている。

　Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波通電を行っているときの相電流波形図は、図２Ａに示してある通りであり、正弦波形を成すＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗにはそれぞれ１２０°の位相差がある。この相電流波形図からすれば、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、相電流波高値Ｉｐ、そして相電流電気角θｉの間には次の式１が成立する。相電流波高値・電気角検出部４は、相電流検出部２で検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを利用して、式１によって相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉを求める。
[式１]
Ｉｕ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ）
Ｉｖ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ－２／３π）
Ｉｗ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ＋２／３π）

　誘起電圧波高値・電気角検出手段に相当する誘起電圧波高値・電気角検出部５は、相電流検出部２で検出される相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、印加電圧検出部３で検出される印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとに基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出する。その検出方法は次の通りである。当該検出方法も、前述の特許文献１に詳しく説明されている。

　Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波通電を行っているときの誘起電圧波形図は、図２Ｂに示してある通りであり、正弦波形を成すＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗにはそれぞれ１２０°の位相差がある。この誘起電圧波形図からすれば、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ、誘起電圧波高値Ｅｐ、そして誘起電圧電気角θｅの間には次の式２が成立する。
[式２]
Ｅｕ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ）
Ｅｖ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ－２／３π）
Ｅｗ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ＋２／３π）

　一方、印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、ステータコイルの抵抗値Ｒｃｕ，Ｒｃｖ，Ｒｃｗ、そして誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの間には次の式３が成立する。
[式３]
Ｖｕ－Ｉｕ×Ｒｃｕ＝Ｅｕ
Ｖｖ－Ｉｖ×Ｒｃｖ＝Ｅｖ
Ｖｗ－Ｉｗ×Ｒｃｗ＝Ｅｗ

　誘起電圧波高値・電気角検出部５は、相電流検出部２で検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗと、印加電圧検出部３で検出されるＵ相印加電圧Ｖｕ、Ｖ相印加電圧Ｖｖ、Ｗ相印加電圧Ｖｗとに基づいて、式３からＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗを求め、そして、求めたＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗに基づいて、式２から誘起電圧波高値Ｅｐと誘起電圧電気角θｅを求める。

　ロータ位置検出手段に相当するロータ位置検出部６は、電流変数及び電圧変数として、相電流波高値・電気角検出部４で検出される相電流波高値Ｉｐ、相電流電気角θｉ、誘起電圧波高値・電気角検出部５で検出される誘起電圧波高値Ｅｐ、誘起電圧電気角θｅに基づいて、ロータ位置θｍ（α軸に対するｄ軸の角度）を検出する。すなわち、電流電気角θｉ又は誘起電圧電気角θｅを変数として含むと共に、電流波高値Ｉｐ又は誘起電圧波高値Ｅｐと誘起電圧電気角θｅ及び電流電気角θｉの差［θｅ－θｉ］とに基づいて求められる電流位相β又は誘起電圧位相γを変数として含むロータ位置計算式を使用して、同期モータＭのロータ位置θｍを検出する（詳しくは特許文献１参照）。
　このうち、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］に基づく電流位相βと、を変数として含むロータ位置計算式を使用した第１の検出方法、さらに、誘起電圧電気角θｅと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］に基づく誘起電圧位相γと、を変数として含むロータ位置計算式を使用した第２の検出方法について、具体的に説明する。

（１）第１の検出方法
　第１の検出方法において、検出された相電流電気角θｉ及び電流位相βを変数として含むロータ位置計算式は、次の式４である。
[式４]
θｍ＝θｉ－β－９０°

　式４における電流位相βは、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をパラメータとして、予め用意したデータテーブルを参照することで選出される。そのデータテーブルは、次のようにして用意し、メモリに記憶しておく。

　データテーブル作成に関し、図３Ａに示すのは、同期モータＭのロータが回転しているときのモータベクトル図であり、印加電圧Ｖ（Ｖｕ～Ｖｗ）、電流Ｉ（Ｉｕ～Ｉｗ）、誘起電圧Ｅ（Ｅｕ～Ｅｗ）の関係をｄ－ｑ座標にベクトルで表してある。誘起電圧Ｅは［ωΨ］で表される。また、図３Ａにおいて、Ｖｄは印加電圧Ｖのｄ軸成分、Ｖｑは印加電圧Ｖのｑ軸成分、Ｉｄは電流Ｉのｄ軸成分、Ｉｑは電流Ｉのｑ軸成分、Ｅｄは誘起電圧Ｅのｄ軸成分、Ｅｑは誘起電圧Ｅのｑ軸成分である。さらに、ｑ軸を基準とした電圧位相がα、ｑ軸を基準とした電流位相がβ、ｑ軸を基準とした誘起電圧位相がγである。図中のΨａはロータの永久磁石の磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒはステータコイルの抵抗値（Ｒｃｕ～Ｒｃｗ）、Ψはロータの総合鎖交磁束である。

　このモータベクトル図からすれば、ロータの回転速度をωとして次の式５が成立し、そして、式５の右辺からωに関する値を左辺に移して式６が成立する。
[式５]

[式６]

　このように図３Ａのモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎としてデータテーブルが予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、［誘起電圧位相γ－電流位相β］が所定値のときの電流位相βを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、［誘起電圧位相γ－電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］と、をパラメータとした電流位相βのデータテーブルを作成する。

　詳しくは、例えば前述の特許文献１の図５に示されているように、電流位相βを－１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、同期モータＭに固有のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑを利用して、モータベクトル図を基に電圧位相α、電流位相β、誘起電圧位相γを求める。そして、［誘起電圧位相γ－電流位相β］が１°，２°，３°，…のときの電流位相βを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、且つ、［誘起電圧位相γ－電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をもう１つのパラメータとした、電流位相βのデータテーブルが作成される。

　このデータテーブルから選出される電流位相βと相電流電気角θｉとを、ロータ位置計算式の式４に挿入すれば、ロータ位置θｍが検出される。

（２）第２の検出方法
　第２の検出方法において、検出された誘起電圧電気角θｅ及び誘起電圧位相γを変数として含むロータ位置計算式は、次の式７である。
[式７]
θｍ＝θｅ－γ－９０°

　式７における誘起電圧位相γは、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をパラメータとして、予め用意したデータテーブルを参照することで選出される。そのデータテーブルは、次のように用意し、メモリに記憶しておく。

　この場合のデータテーブルも、図３Ａのモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎として予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、［誘起電圧位相γ－電流位相β］が所定値のときの誘起電圧位相γを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、［誘起電圧位相γ－電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］と、をパラメータとした誘起電圧位相γのデータテーブルを作成する。

　詳しくは、上記同様に、電流位相βを－１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、同期モータＭに固有のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑを利用して、モータベクトル図を基に電圧位相α、電流位相β、誘起電圧位相γを求める。そして、［誘起電圧位相γ－電流位相β］が１°，２°，３°，…のときの誘起電圧位相γを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、且つ、［誘起電圧位相γ－電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をもう１つのパラメータとした、誘起電圧位相γのデータテーブルが作成される。

　このデータテーブルから選出される誘起電圧位相γと誘起電圧電気角θｅとを、ロータ位置計算式の式７に挿入すれば、ロータ位置θｍが検出される。

　以上の第１及び第２の検出方法を実行するロータ位置検出部６によると、上記のロータ位置計算式を用いてロータ位置θｍを直接的に求めているので、通常運転モードにおいてロータ位置θｍを精度良く検出することができる。また、ロータ計算式に含まれる変数の１つである電流位相β又は誘起電圧位相γを、予め用意したデータテーブルから選出する方式が採用されているので、電流位相β又は誘起電圧位相γをその都度計算によって求める場合に比べて処理負荷が低い。ただし、処理負荷を考えなくてもよいのであれば、その都度の計算で算出するように構成することも可能である。

　上記に説明した第１及び第２の検出方法では、データテーブルとして、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をパラメータとして電流位相β又は誘起電圧位相γを選出するテーブルを例示した。これ以外にも、誘起電圧波高値Ｅｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をパラメータとして電流位相β又は誘起電圧位相γを選出するデータテーブル、相電流波高値Ｉｐ、誘起電圧波高値Ｅｐ及び［誘起電圧電気角θｅ－相電流電気角θｉ］をパラメータとして電流位相β又は誘起電圧位相γを選出するデータテーブル、のいずれかを用いることが同様に可能である。

　このようなロータ位置検出部６により検出されたロータ位置θｍは、通常運転回転制御部７に入力される。通常運転回転制御部７は、外部から入力される運転指令とロータ位置θｍに基づいて、電圧指示値Ｖｐ及び電圧位相指示値θｖを出力する。これら電圧指示値Ｖｐ及び電圧位相指示値θｖは、通常運転モードにおいて、インバータ駆動部１へ提供され、インバータ駆動部１からこれに応じたＰＷＭ信号がパワーモジュールＰＭへ出力される。

　通常運転モードでは、ロータ位置検出６で検出されるロータ位置θｍを利用し、通常運転回転制御部７により位置検出運転が実行される。しかし、起動モードでは、そのロータ位置θｍの検出精度が落ちるので、次に説明する起動手段が回転制御を実行する。

　本実施形態において起動手段に相当する起動電圧・起動位相設定部１０は、起動モードにおいて起動用電圧指示値Ｖｐ及び起動用電圧位相指示値θｖを出力する。これら指示値Ｖｐ，θｖは、モード切換スイッチ１１を通してインバータ駆動部１へ提供され、該インバータ駆動部１からＰＷＭ信号が出力されてパワーモジュールＰＭにより同期モータＭが駆動される。このように指示値Ｖｐ，θｖに基づいて駆動される同期モータＭの起動回転速度に関し、起動電圧・起動位相設定部１０は、例えば１ｒｐｍ／１ｍｓｅｃといった所定の加速度で上昇させる。モード切換スイッチ１１は、通常運転モードでは通常運転回転制御部７から出力される指示値Ｖｐ，θｖをインバータ駆動部１へ伝達し、起動モードでは起動電圧・起動位相設定部１０から出力される指示値Ｖｐ，θｐをインバータ駆動部１へ伝達する。

　起動電圧・起動位相設定部１０は、起動電流設定部１２から出力される起動電流値Ｉｓに従って、ＰＩ制御やＰ制御等により、起動モードにおける印加電圧波高値を示す起動用電圧指示値Ｖｐを発生する。起動電流設定部１２は、モータ停止状態において目標回転速度を含んだ運転指令が入力されると、起動電流値Ｉｓとして、最大出力トルクに相応する電流値を設定する。同期モータＭを起動させるときには、必要なトルクが不明なので、パワーモジュールＰＭで流せる最大電流値を起動電流値Ｉｓに設定するものである。

　起動電流設定部１２から出力される起動電流値Ｉｓは、加算部１３で補正されてから起動電圧・起動位相設定部１０へ入力される。加算部１３には、相電流波高値・電気角検出部４から相電流波高値Ｉｐが入力されており、起動電流値Ｉｓに対し相電流波高値Ｉｐがフィードバックされて、起動電圧・起動位相設定部１０へ入力される起動電流値Ｉｓが適正に保たれる。

　起動電圧・起動位相設定部１０は、加速度設定部１４から出力される一定の角加速度θａに従って、起動モードにおける印加電圧位相を示す起動用電圧位相指示値θｖを発生する。加速度設定部１４は、モータ停止状態において目標回転速度を含んだ運転指令が入力されると、これに応じて一定の角加速度θａを起動電圧・起動位相設定部１０へ出力する。そして、加速度設定部１４は、θａ×経過時間ｔが運転指令に含まれた目標回転速度になるか、又は、前述の特許文献２にあるように、運転指令に含まれた目標回転速度よりも低い所定値に達したときに、モード切換スイッチ１１を切り換えて、通常運転回転制御部７による通常運転モードとする。

　この角加速度θａに従い起動用電圧位相指示値θｖを発生する際に、起動電圧・起動位相設定部１０は、速度・速度変動検出部１５で検出されるロータの回転速度（角速度）ωを起動用電圧位相指示値θｖに反映させる。速度・速度変動検出手段に相当する速度・速度変動検出部１５は、ロータ位置検出部６で検出されたロータ位置θｍに基づいて、ｄθｍ／ｄｔにより回転速度ωを検出する。起動電圧・起動位相設定部１０は、角加速度θａ及び検出回転速度ω（に相当する角度）を利用し、次式８により起動用電圧位相指示値θｖを設定する。式中、θｖ（－１）は前回の起動用電圧位相指示値θｖを表し、Δｔは制御周期を表す。
[式８]
θｖ＝θｖ（－１）＋［θａΔｔ＋ω］Δｔ

　このように、起動電圧・起動位相設定部１０は、速度・速度変動検出部１５で検出されたロータの回転速度ωを反映させて起動用電圧位相指示値θｖを設定する。回転速度ωの変動は、同期モータＭの出力軸にかかる負荷の変動に応じると考えることができるので、検出される回転速度ωの変動に応じて加速度を適切に調節することで、起動モードにおいて負荷の変動に追従した回転制御を実行可能である。

　ロータ位置検出部６において検出されるロータ位置θｍは、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ」を反映した算出値である。したがって、速度・速度変動検出部１５においてロータ位置θｍに基づき検出される回転速度ωは、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の変動に応じて変動するものとなる。これに関し、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して説明する。図３Ｂ及び図３Ｃは、起動モードにおいて一定に制御される電流Ｉの下でのモータベクトル図である。

　図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、実線のベクトルは現在の位相として示し、点線のベクトルは目標の位相として示す。図３Ｂを参照すれば、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］は、ロータ位置θｍが進むと大きくなることが分かる。一方、図３Ｃを参照すれば、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］は、ロータ位置θｍが遅れると小さくなることが分かる。すなわち、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］を反映して変動する回転速度ωから、ロータ位置θｍの検出精度に関わりなく、前後の検出周期でロータ位置θｍが進んだか遅れたかというロータの相対的位置Δθｍを検出することができる。この回転速度ωの変動＝ロータの相対的位置変動Δθｍは、同期モータＭの出力軸にかかる負荷の変動に応じると考えることができるので、検出される回転速度ωの変動に応じて加速度を適切に調節することにより、起動モードにおいて負荷の変動に追従した回転制御を実行することが可能である。

　起動電圧・起動位相設定部１０による起動用電圧位相指示値θｖの設定に、負荷に応じた加速度制限をかけることも可能である。この加速度調節を実行するために設けられているのが、加速度調節手段に相当する加速度調節部１６である。加速度調節部１６は、速度・速度変動検出部１５で検出される回転速度ωの変動量が所定のしきい値ωｔｈを超える場合に、回転速度ωを低下させるように起動用電圧位相指示値θｖを調節する。回転速度ωの変動量は、例えば［ω(0)－ω(-1)］とすることができ、式中のω(0)は最新の検出回転速度、ω(-1)は前回の検出回転速度である。

　起動モードにおける負荷変動は、同期モータＭを使用したエアコンのコンプレッサにおいて顕著に現れる場合がある。例えば、夜間の冷え込みなどで冷たくなったコンプレッサでは、シリンダ内で冷媒が結露し液体として存在していることがあり、この状態でコンプレッサを始動させると、液圧縮行程が発生する。液圧縮行程は、通常の気体の冷媒圧縮行程に比べて負荷が異様に重くなるため、コンプレッサを駆動する同期モータＭの負荷トルクは、低回転であっても高く、回転速度ωが上昇すればそれからさらに急激に高くなる。一方で、吸入行程の負荷は通常通りであるため、この場合の起動モードにおいて同期モータＭにかかる負荷は、コンプレッサの圧縮・吸入行程に従って大きく変動することになる。

　このように負荷が大きく変動するときに、加速度一定で回転速度ωを強制的に上昇させる制御を実行すると、脱調して起動に時間を要する可能性がある。そこで、このような負荷変動を想定したしきい値ωｔｈを決め、回転速度ωの変動量が当該しきい値ωｔｈを超える場合には、加速度調節部１６が負の角加速度θａ’を設定し、起動電圧・起動位相設定部１０は、その負の角加速度θａ’に従って起動用電圧位相指示値θｖを設定する。これより、同期モータＭの回転速度ωを遅くし、液圧縮行程でも運転可能な低回転速度（例えば１２０ｒｐｍ程度）まで回転速度ωを下げ、脱調を防止する。

　低回転速度でしばらく同期モータＭを運転することができれば、コンプレッサのシリンダ内に存在する液体は、その量が少ないので、やがて吐出される。これにより負荷が軽くなれば、速度・速度変動検出部１５で検出される回転速度ωの変動量が小さくなるので、加速度調節部１６が加速度調節を解除し、加速度設定部１４による角加速度θａを使用した正常な起動モードが実行される。

　加速度調節部１６においては、上記所定のしきい値ωｔｈの他に、該しきい値ωｔｈよりも小さい別のしきい値ωｔｈ’を設定してあってもよい。この場合の加速度調節部１６は、速度変動検出部１５で検出される回転速度ωの変動量がしきい値ωｔｈ’を超える場合に、回転速度ωを上昇させないように、例えば角加速度θａ＝０として、起動用電圧位相指示値θｖを調節する。第１のしきい値ωｔｈよりも小さい第２のしきい値ωｔｈ’という中間レベルを設けることで、さらに脱調し難くなる。

　回転速度ωの変動から負荷変動を推定する他に、加速度調節部１６は、トルク変動とみなすことができる［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の変動に基づいて、加速度調節を実行するように構成してもよい。この場合の加速度調節部１６は、ロータ位置検出部６から［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の値を入力し、記憶しておいた前回の値と比較することで変動を検出する。そして、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の変動量が、上記同様に決められる所定のしきい値Ｔｔｈを超える場合に、負の角加速度θａ’を設定し、起動電圧・起動位相設定部１０がその角加速度θａ’に従って起動用電圧位相指示値θｖを設定する。これより、同期モータＭの回転速度ωを遅くすることができる。この後、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の変動量がしきい値Ｔｔｈよりも小さくなれば、加速度調節部１６は加速度調節を解除し、加速度設定部１４による角加速度θａを使用した正常な起動モードが実行される。

　［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］を利用する加速度調節部１６においても、上記第１のしきい値Ｔｔｈの他に、該しきい値Ｔｔｈよりも小さい第２のしきい値Ｔｔｈ’を設定可能である。この場合の加速度調節部１６は、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の変動量が第２のしきい値Ｔｔｈ’を超える場合に、回転速度ωを上昇させないように、例えば角加速度θａ＝０として、起動用電圧位相指示値θｖを調節する。

　［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］を利用する構成の加速度調節部１６は、ロータ位置検出部６から［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の値を入力する代わりに、電流電気角検出手段に相当する相電流波高値・電気角検出部４及び誘起電圧電気角検出手段に相当する誘起電圧波高値・電気角検出部５から誘起電圧電気角θｅ及び電流電気角θｉを入力し、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］を自身で検出して起動用電圧位相指示値θｖを調節することもできる。この場合、加速度調節部１６は、ロータ位置検出部６及び速度・速度変動検出部１５から独立して動作可能である。

　上記の加速度調節部１６に関連する構成は、前述の特許文献２に開示されたモータ制御装置などに組みあわせて使用することも可能である。

　加速度調節部１６の加速度調節制御フローは、エアコンのコンプレッサに同期モータＭが使用される場合、次のようにすることができる。
　まず、速度・速度変動検出部１５による回転速度ωに基づいて現在のコンプレッサ１回転の時間を計算するステップを実行する。次いで、そのコンプレッサ１回転の時間内で、回転速度ωの最大値と最小値、あるいは、［誘起電圧電気角θｅ－電流電気角θｉ］の最大値と最小値を継続検出するステップを実行する。そして、その最大値と最小値との差を、しきい値ωｔｈ，ωｔｈ’又はしきい値Ｔｔｈ，Ｔｔｈ’と比較し、上記のようにして加速度を調節するステップを実行する。

１　インバータ駆動部
２　相電流検出部
３　印加電圧検出部
４　相電流波高値・電気角検出部
５　誘起電圧波高値・電気角検出部
６　ロータ位置検出部
７　通常運転回転制御部
１０　起動電圧・起動位相設定部
１１　モード切換スイッチ
１２　起動電流設定部
１３　加算部
１４　加速度設定部
１５　速度・速度変動検出部
１６　加速度調節部

Claims (9)

1. 　同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   　前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流及び前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧に基づいて求められる電流変数及び電圧変数を含む所定のロータ位置計算式を使用して、前記同期モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、
   　前記ロータ位置検出手段で検出されるロータ位置に基づいて回転速度を検出する速度・速度変動検出手段と、
   　起動モードにおいて起動用電圧指示値及び起動用電圧位相指示値を出力し、これら指示値に基づいて駆動される前記同期モータの回転速度を所定の加速度で上昇させると共に、前記速度・速度変動検出手段で検出される回転速度を前記起動用電圧位相指示値に反映させる起動手段と、
   　を含んで構成されるモータ制御装置。
2. 　前記速度・速度変動検出手段で検出される回転速度の変動量が第１のしきい値を超える場合に、前記同期モータの回転速度を低下させるように前記起動用電圧位相指示値を調節する加速度調節手段を含む、
   　請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 　前記加速度調節手段は、
   　前記速度・速度変動検出手段で検出される回転速度の変動量が、前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を超える場合に、前記同期モータの回転速度を上昇させないように前記起動用電圧位相指示値を調節する、
   　請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 　前記誘起電圧電気角及び前記電流電気角の差の変動量が第１のしきい値を超える場合に、前記同期モータの回転速度を低下させるように前記起動用電圧位相指示値を調節する加速度調節手段を含む、
   　請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 　前記加速度調節手段は、
   　前記誘起電圧電気角及び前記電流電気角の差の変動量が、前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を超える場合に、前記同期モータの回転速度を上昇させないように前記起動用電圧位相指示値を調節する、
   　請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 　前記電流検出手段で検出される電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流と前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出手段と、
   　をさらに含み、
   　前記ロータ位置検出手段は、
   　前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角を変数として含むと共に、前記電流波高値又は前記誘起電圧波高値と前記誘起電圧電気角及び前記電流電気角の差とに基づいて求められる電流位相又は誘起電圧位相を変数として含む前記ロータ位置計算式を使用して、前記同期モータのロータ位置を検出する、
   　請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 　同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   　前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流及び前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧に基づいて求められる電流変数及び電圧変数を含む所定のロータ位置計算式を使用して、前記同期モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、
   　前記ロータ位置検出手段で検出されるロータ位置に基づいて回転速度を検出する速度・速度変動検出手段と、
   　起動モードにおいて起動用電圧指示値及び起動用電圧位相指示値を出力し、これら指示値に基づいて駆動される前記同期モータの回転速度を所定の加速度で上昇させる起動手段と、
   　前記速度・速度変動検出手段で検出される回転速度の変動量に基づいて前記起動用電圧位相指示値を調節する加速度調節手段と、
   　を含んで構成されるモータ制御装置。
8. 　前記電流検出手段で検出される電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流と前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出手段と、
   　をさらに含み、
   　前記ロータ位置検出手段は、
   　前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角を変数として含むと共に、前記電流波高値又は前記誘起電圧波高値と前記誘起電圧電気角及び前記電流電気角の差とに基づいて求められる電流位相又は誘起電圧位相を変数として含む前記ロータ位置計算式を使用して、前記同期モータのロータ位置を検出する、
   　請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 　同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   　前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流に基づいて電流電気角を検出する電流電気角検出手段と、
   　前記電流検出手段で検出される電流と前記印加電圧検出手段で検出される印加電圧とに基づいて誘起電圧電気角を検出する誘起電圧電気角検出手段と、
   　起動モードにおいて起動用電圧指示値及び起動用電圧位相指示値を出力し、これら指示値に基づいて駆動される前記同期モータの回転速度を所定の加速度で上昇させる起動手段と、
   　前記誘起電圧電気角及び前記電流電気角の差に基づいて前記起動用電圧位相指示値を調節する加速度調節手段と、
   　を含んで構成されるモータ制御装置。

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