JP2004274841A

JP2004274841A - モータの制御装置、その制御装置を用いた空気調和機および冷蔵庫

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Publication number: JP2004274841A
Application number: JP2003059992A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kameyama; 浩幸亀山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御する。
【解決手段】駆動装置１００は、ＩＰＭモータ５１を制御する装置である。この制御装置は、電流を検出する電流センサ５５および電流アンプ５６と、機械角を検出する機械角判定部７０と、電圧データを作成する正弦波データ作成部６７と、制御データに基づいて各コイルに通電するインバータ回路５２と、機械角に対応し、第１の補正値を記憶するトルク記憶部７２と、インバータ回路５２を制御するマイクロコンピュータ５７とを含む。マイクロコンピュータ５７は、電流の積算値同士の比率を算出する検出部６０と、検出部６０により算出された比率を目標の比率に制御するように第２の補正値を算出するＰＩ演算部６３と、制御データを算出するＰＷＭ作成部６８とを含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は同期モータの駆動を制御する技術に関し、特に、トルク変動が大きい負荷に接続された同期モータの通電タイミングを制御できる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの駆動方法において１８０°通電駆動方法とは、巻線電流波形に通電休止期間を設けずに同期モータの駆動を制御する方法をいう。この方法においては、モータ駆動電圧と巻線電流との位相差を制御する。
【０００３】
特開２００１−１１２２８７公報（特許文献１）は、１８０°通電駆動方法によりモータを制御および駆動する場合において、巻線電流の変動による位相差の検出精度の低下を抑制する技術を開示する。この公報に開示されたモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータの駆動を制御するモータ制御装置である。
【０００４】
このモータ制御装置は、回転速度の設定のための指令が与えられたことに応じて、同期モータを駆動するための駆動波データを複数相の各相ごとに作成する駆動波データ作成回路と、複数相のうちのいずれかの特定相のモータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出回路と、駆動波データ作成回路によって作成された駆動波データから特定相のモータ駆動電圧の位相を検出し、モータ電流検出回路から出力されたモータ電流信号との位相差を検出して位相差情報を出力する位相差検出回路と、位相差検出回路から出力される位相差情報を目標の値に制御するためのデューティ基準値を算出する位相差制御回路と、駆動波データ作成回路から出力される各相の駆動波データと位相差制御回路から出力されるデューティ基準値とを乗算して、各相ごとの出力デューティを算出するデューティ算出回路と、複数のスイッチング素子を含み、デューティ算出回路によって算出された各相ごとの出力デューティにしたがって駆動信号を生成して各スイッチング素子の導通を制御し、各モータコイルに通電を行なうインバータとを含む。位相差検出回路は、特定相のモータ駆動電圧の位相を基準とした２個所の位相期間中のモータ電流信号面積をそれぞれの位相期間で求め、２個所の位相期間中のモータ電流信号面積の面積比を算出して、これを位相差情報とすることを特徴とする。
【０００５】
このモータ制御装置によると、インバータはモータ駆動電圧の位相とモータ電流との位相差を２個所の位相期間のモータ電流の積算値同士の比として検出し、この位相差情報が目標値となるように制御する。ロータとステータとの相対位置は、モータ駆動電圧の位相とモータ電流との位相差によって決まる。これにより、位相差検出回路がロータ位置センサを用いることなく間接的にロータとステータとの相対位置を検知できるので、インバータは通電タイミングを制御できる。通電タイミングが間接的に制御されるので、インバータは、１８０°通電駆動方法を用いて高い効率が得られる通電タイミングでモータを駆動することができる。その結果、モータ効率の向上、低騒音および低振動を実現できるモータの制御装置を提供することができる。
【０００６】
特開平８−３２２２７５号公報（特許文献２）は、負荷トルク変動の大きい負荷に接続した際の、負荷トルクとモータの出力トルクとの差に起因して生じていた振動を小さくする技術を開示する。負荷トルク変動の大きい負荷の例には、たとえば空気調和機や冷蔵庫などの商品の圧縮機として広く使用されているシングルロータリ型圧縮機やレシプロ型圧縮機など（以下、これらを「シングルロータリ型圧縮機」と呼ぶ）などがある。
【０００７】
この公報に開示されたモータ制御装置は、負荷トルクの大きさが１回転中で時々刻々変動する機器に接続されたモータを制御するモータ制御装置である。このモータ制御装置は、モータのロータの１回転中の回転位置を検出する検出装置と、検出装置から出力された位置情報に基づいてロータの１回転中における機器の負荷トルクの大きさを算出する算出回路と、算出回路の出力に基づいてモータに供給される電流および電圧のうち少なくとも一方を、負荷トルクの大きさが１回転中で時々刻々変動する機器の負荷トルクとモータの出力トルクとが等しくなるように時々刻々制御する制御回路とを含む。
【０００８】
このモータ制御装置によると、制御回路は位置情報に基づいて演算したロータの１回転中における機器の負荷トルクに応じたモータトルクを出力させる。これにより、モータ制御装置はモータの負荷トルク変動の影響を低減させることができる。その結果、低振動化できるモータ制御装置を提供することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１２２８７公報（第５−７頁）
【００１０】
【特許文献２】
特開平８−３２２２７５号公報（第３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の公報に開示された装置には、以下のような問題がある。
【００１２】
特開２００１−１１２２８７公報で開示されたモータ制御装置は、同一回転条件下において、制御が可能となる装置である。特別な制御がない場合、モータを同一の回転速度で駆動するためには、同期モータに接続される負荷が一定（負荷トルク変動小）であることを必要とする。敢えて負荷トルク変動が大きい負荷に接続された同期モータを制御させた場合、負荷トルクの影響によりロータの回転速度は変動する。回転速度が変動するので、位相差情報は想定される値から大きく変動する。位相差情報が変動するので、モータ制御装置は負荷トルク変動に対応して同期モータを制御することができない。同期モータを制御できないので、同期モータの発生トルクは低下する。最終的には位相差情報がモータ駆動可能な範囲から外れ、モータ駆動自体が不可能になり、同期モータが停止する（以下、「モータ脱調」と称する）。
【００１３】
特開平８−３２２２７５号公報で開示されたモータ制御装置は、負荷トルク変動が大きい負荷に接続されたモータであっても駆動できるが、ロータ位置を検知するセンサを必要とする。しかし負荷トルク変動が大きい負荷に接続されたモータは、一般に特別な雰囲気下で駆動されることが多い。そのような雰囲気でセンサを使用するためには、そのセンサに特別な対策を施す必要がある。このため、コストが増加する。
【００１４】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを高い効率で制御するモータの制御装置、その制御装置を用いた空気調和機および冷蔵庫を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るモータの制御装置は、複数相のコイルを備えた、同期モータを制御するための制御装置である。このモータの制御装置は、複数相のうちのいずれかの特定相の電流を検出するための第１の検出手段と、電流の脈動に基づいて同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、各相における、補正前の電圧データを各相ごとに作成するための作成手段と、複数のスイッチング素子を含み、制御データに基づいて、各スイッチング素子の導通を制御し、各コイルに通電するための通電手段と、機械角に対応し、電圧データを補正する第１の補正値を記憶するための第１の記憶手段と、通電手段を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、特定相の電圧において、予め定められた位相を基準とした、同じ長さの期間における、特定相の電流の積算値同士の比率を算出するための第１の算出手段と、第１の算出手段により算出された比率を目標の比率に制御するように、電圧データを補正する第２の補正値を算出するための第２の算出手段と、各相の電圧データと第１の補正値と第２の補正値とに基づいて、各相ごとの制御データを算出するための第３の算出手段とを含む。
【００１６】
第１の発明によると、第１の算出手段は特定相の電圧のたとえば９０°といった予め定められた位相を基準とした、長さが等しい２個所の期間における、特定相の電流の積算値同士の比率すなわち位相差情報を算出する。第３の算出手段は、電圧データ、電流の脈動により検出された機械角に対応する第１の補正値、および位相差情報を目標の値に制御するように算出された第２の補正値に基づいて、各相ごとの制御データを算出する。これにより、第３の算出手段は、電圧データと第１の補正値と第２の補正値とに基づいて、同期モータの回転子の機械角に対応し、かつ位相差情報が目標値となるように各相ごとの制御データを算出することができる。同期モータにかかる負荷の変動が回転子の機械角の変動に対応する場合、第３の算出手段が回転子の機械角に対応するように制御データを算出することは、同期モータにかかる負荷に対応するように制御データを算出することに等しい。同期モータの回転子の機械角に対応するように制御データが作成されると、通電手段は、その制御データにより、同期モータにかかる負荷に対応し、かつ位相差情報が目標値となるように各スイッチング素子を制御できる。位相差情報が変化すると、同期モータの効率は変化する。同期モータの効率が変化するので、位相差情報が目標値となるように各スイッチング素子が制御されると、同期モータは目標値に対応する効率で駆動される。目標値に対応する効率で駆動されるので、同期モータが最高の効率となるように目標値が設定されると、同期モータは最高の効率で駆動される。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００１７】
第２の発明に係るモータの制御装置は、複数相のコイルを備えた、同期モータを制御するための制御装置である。このモータの制御装置は、複数のスイッチング素子を含み、制御データに基づいて、各スイッチング素子の導通を制御し、各コイルに通電するための通電手段と、複数相のうちのいずれかの特定相の電流を検出するための第１の検出手段と、通電手段に供給される直流電流の脈動に基づいて同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、直流電流を検出するための第３の検出手段と、各相における、補正前の電圧データを各相ごとに作成するための作成手段と、機械角に対応し、電圧データを補正する第１の補正値を記憶するための第１の記憶手段と、通電手段を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、特定相の電圧において、予め定められた位相を基準とした、同じ長さの期間における、特定相の電流の積算値同士の比率を算出するための第１の算出手段と、第１の算出手段により算出された比率を目標の比率に制御するように、電圧データを補正する第２の補正値を算出するための第２の算出手段と、各相の電圧データと第１の補正値と第２の補正値とに基づいて、各相ごとの制御データを算出するための第３の算出手段とを含む。
【００１８】
第２の発明によると、第１の算出手段は特定相の電圧のたとえば９０°といった予め定められた位相を基準とした、長さが等しい２個所の期間における、特定相の電流の積算値同士の比率すなわち位相差情報を算出する。第２の検出手段は、通電手段に供給される直流電流の脈動を用いて機械角を検出する。第３の算出手段は、電圧データ、電流の脈動により検出された機械角に対応する第１の補正値、および位相差情報を目標の値に制御するように算出された第２の補正値に基づいて、各相ごとの制御データを算出する。これにより、交流電流とは異なり、電流値の規則的な変動がない直流電流の脈動に基づいて機械角が検出されるので、第２の検出手段は脈動を容易に検出できる。脈動が容易に検出されるので、第２の検出手段は精度よく機械角を検出できる。精度よく機械角が検出されるので、第３の算出手段は、電圧データを基に、同期モータの回転子の機械角に精度よく対応し、かつ位相差情報が目標値となるように制御データを算出することができる。同期モータにかかる負荷の変動が回転子の機械角の変動に対応する場合、第３の算出手段が回転子の機械角に対応するように制御データを算出することは、同期モータにかかる負荷に対応するように制御データを算出することに等しい。同期モータの回転子の機械角に精度よく対応するように制御データが作成されると、通電手段は、その制御データにより、同期モータにかかる負荷に精度よく対応し、かつ位相差情報が目標値となるように各スイッチング素子を制御できる。位相差情報が変化すると、同期モータの効率は変化する。同期モータの効率が変化するので、位相差情報が目標値となるように各スイッチング素子が制御されると、同期モータは目標値に対応する効率で駆動される。目標値に対応する効率で駆動されるので、同期モータが最高の効率となるように目標値が設定されると、同期モータは最高の効率で駆動される。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で精度よく制御するモータの制御装置を提供できる。
【００１９】
第３の発明に係るモータの制御装置は、第１または第２の発明の構成に加え、第１の記憶手段は、回転子１回転分の機械角を同期モータの固定子の配置に基づいて特定する範囲ごとに第１の補正値を記憶するための手段を含む。
【００２０】
第３の発明によると、記憶手段は、機械角を同期モータの固定子の配置に基づいて特定する範囲ごとに第１の補正値を記憶する。同期モータのトルクは電力と磁力との相互作用により発生する。電力と磁力との相互作用によりトルクが発生するので、トルクは電力と磁力とが変化する範囲ごとに変動する。電力と磁力とが変化する範囲は同期モータの固定子の配置に基づいて特定できる。これにより、記憶手段が同期モータの固定子の配置に基づいて特定する範囲ごとに第１の補正値を記憶すると、第３の算出手段はより負荷に対応した制御データを算出できる。より負荷に対応した制御データが算出されると、通電手段はより確実に各スイッチング素子を制御できる。より確実に各スイッチング素子が制御されると、同期モータはより確実に目標値に対応する効率で駆動される。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータをより確実に最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００２１】
第４の発明に係るモータの制御装置は、第３の発明の構成に加え、固定子の配置に基づいて特定する範囲の数は、同期モータの相数と極数との積に等しい数である。
【００２２】
第４の発明によると、記憶手段は、同期モータの相数と極数との積に等しい数で分割された、固定値の配置に基づいて特定される範囲ごとに第１の補正値を記憶する。同期モータのトルクは電力と磁力との相互作用により発生する。電力と磁力との相互作用によりトルクが発生するので、トルクは電力と磁力とが変化する範囲ごとに変動する。電力と磁力との変化はモータの相数と極数とから相乗効果を受けるので、電力と磁力とが変化する範囲の数はモータの相数と極数との積に等しくなる。これにより、モータの相数と極数との積に等しい数に分割された、同期モータの固定子の配置に基づいて特定される範囲に対応して補正値が記憶されると、第３の算出手段は一層確実に負荷に対応した制御データを算出できる。一層確実に負荷に対応した制御データが算出されると、通電手段は一層確実に各スイッチング素子を制御できる。一層確実に各スイッチング素子が制御されると、同期モータは一層確実に目標値に対応する効率で駆動される。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを一層確実に最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００２３】
第５の発明に係るモータの制御装置は、第１から第４のいずれかの発明の構成に加え、第３の算出手段は、電圧データと第１の補正値と第２の補正値とを演算して、制御データを算出するための手段を含む。
【００２４】
第５の発明によると、第３の算出手段は、電圧データと、第１の補正値と、第２の補正値とを演算して、制御データを算出する。これにより、たとえばデータテーブルを参照し、補正値同士の関係により係数を特定し、電圧データに加算して制御データが算出されるといった場合に比べ、制御データの算出に必要な構成が簡略化される。その結果、簡略化された構成で、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００２５】
第６の発明に係るモータの制御装置は、第５の発明の構成に加え、第３の算出手段は、電圧データに、第１の補正値と第２の補正値とを乗算して、制御データを算出するための手段を含む。
【００２６】
第６の発明によると、第３の算出手段は、電圧データに、第１の補正値と第２の補正値とを乗算して制御データを算出する。補正値を乗算して電圧データが求められると、補正値の変動幅は補正前の電圧データの値に応じて変化し、たとえば補正前の電圧データの値がゼロの場合、補正後の電圧データの値もゼロになる。これにより、第３の算出手段は、電圧がゼロになるタイミングを変えずに電圧値を変えることができる。電圧値がゼロになるタイミングが変えられないと、通電手段が同期モータの各相に通電するタイミングは変化しない。通電手段が同期モータの各相に通電するタイミングが変化しないので、第３の算出手段は通電手段が同期モータに通電するタイミングに悪影響を与えないように制御データを算出できる。同期モータに通電するタイミングに悪影響を与えないように制御データが算出されると、そのような悪影響が与えられる場合に比べ、第１の記憶手段が記憶すべき補正値の種類は少なくなる。そのような悪影響を打消すために補正値を詳細に使い分ける必要性がなくなるからである。補正値の種類が少なくなると、第１の記憶手段の構成はより簡略化される。その結果、より簡略化された構成で、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００２７】
第７の発明に係るモータの制御装置は、第１から第６の発明の構成に加え、第２の検出手段は、電流の脈動の複数のピークを比較して、ピークに対応する機械角を検出するための手段を含む。
【００２８】
第７の発明によると、第２の検出手段は、電流の脈動のピークを比較する。同期モータには回転子の機械角に対応する負荷がかかるので、特定相の電流は負荷に応じて脈動する。特定相の電流が負荷に応じて脈動すると、第２の検出手段は脈動から機械角を検出できる。これにより、第２の検出手段は第１の検出手段を利用して機械角を検出するので、機械角を検出するための専用の装置を必要としなくなる。機械角を検出するための専用の装置が必要とされないので、制御装置全体の構成は簡略化する。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００２９】
第８の発明に係るモータの制御装置は、第７の発明の構成に加え、第２の検出手段は、ピークの最大値とその他のピークの値とを比較して、機械角を検出するための手段を含む。
【００３０】
第８の発明によると、第２の検出手段は、脈動のピークの最大値とその他の値とを比較して、機械角を検出する。脈動が最大値となるピークは、それ以外のピークに比べて脈動による変動が大きいので、誤検出される可能性が少ない。これにより、最大値を含まないピーク同士を比較した場合に比べ、相対的に特定の機械角を検出できる確率が高まる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で確実に制御するモータの制御装置を提供できる。
【００３１】
第９の発明に係るモータの制御装置は、第８の発明の構成に加え、その他のピークは、値が最小となるピークである。
【００３２】
第９の発明によると、第２の検出手段は、脈動のピークの最大値と最小値とを比較して、機械角を検出する。これにより、第２の検出手段は、最大値と最小値とではないピーク同士を比較する場合に比べ、少ない誤差で機械角を検出できる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率でさらに確実に制御するモータの制御装置を提供できる。
【００３３】
第１０の発明に係るモータの制御装置は、第１から第９のいずれかの発明の構成に加え、第１の記憶手段は、機械角の範囲の１つに対して複数の第１の補正値を記憶するための手段を含む。制御手段は、複数の第１の補正値のうち、同期モータの駆動に関する条件に基づいて第３の算出手段が用いる第１の補正値の１つを選択するための第１の選択手段をさらに含む。
【００３４】
第１０の発明によると、第１の選択手段は、第１の記憶手段に記憶された複数の第１の補正値のうち、たとえば負荷トルクの平均値の大小といった同期モータの駆動に関する条件に基づいて１つを選択する。これにより、第１の選択手段は、同期モータの駆動に関する条件に応じて、的確な第１の補正値を選択することができる。第３の算出手段は、的確な第１の補正値を用いて制御値を算出することができる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを高い効率で的確に制御するモータの制御装置を提供できる。
【００３５】
第１１の発明に係るモータの制御装置は、第１０の発明の構成に加え、制御装置は、回転子の回転速度を特定するための手段をさらに含む。第１の記憶手段は、回転速度に応じて定められた複数の第１の補正値を記憶するための手段を含む。第１の選択手段は、回転速度の大小を駆動に関する条件として、第１の補正値の１つを選択するための手段を含む。
【００３６】
第１１の発明によると、第１の選択手段は、特定された回転速度の大小に基づいて第１の補正値を選択する。同期モータの制御において、位相差情報は同期モータの回転速度の影響を受ける。回転速度に基づいて第１の補正値が選択されると、制御データの算出において回転速度の影響が打消される。これにより、第３の算出手段は、より適切な制御データを算出できる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率でより適切に制御するモータの制御装置を提供できる。
【００３７】
第１２の発明に係るモータの制御装置は、第１から第１１のいずれかの発明の構成に加え、制御装置は、機械角に対応して、回転子の回転速度の変動を抑制するように回転速度を補正する抑制データを記憶するための第２の記憶手段をさらに含む。作成手段は、機械角に対応する抑制データに基づいて、電圧データを作成するための手段を含む。
【００３８】
第１２の発明によると、作成手段は、抑制データに基づいて電圧データを作成する。これにより、位相差情報のみを制御する場合に比べ、通電手段は回転速度の変動をより効果的に抑制することができる。回転速度の変動がより効果的に抑制されるので、回転速度の変動による振動や騒音はより効果的に抑制される。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御することに加え、同期モータの振動や騒音をより効果的に抑制できる制御装置を提供できる。
【００３９】
第１３の発明に係るモータの制御装置は、第１２の発明の構成に加え、第２の記憶手段は、機械角の１つの値に対して複数の抑制データを記憶するための手段を含む。制御手段は、複数の抑制データのうち、同期モータの駆動に関する条件に基づいて作成手段が用いる１つの抑制データを選択するための第２の選択手段をさらに含む。
【００４０】
第１３の発明によると、第２の選択手段は、第２の記憶手段に記憶された複数の抑制データのうち、たとえば負荷トルクの平均値の大小といった同期モータの駆動に関する条件に基づいて１つを選択する。これにより、第２の選択手段は、同期モータの駆動に関する条件に応じて、的確な抑制データを選択することができる。作成手段は、的確な抑制データを用いて電圧データを作成することができる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御することに加え、振動や騒音をさらに効果的に抑制できる制御装置を提供できる。
【００４１】
第１４の発明に係るモータの制御装置は、第１３の発明の構成に加え、制御手段は、回転子の回転速度を特定するための手段をさらに含む。第２の記憶手段は、回転速度に応じて定められた複数の抑制データを記憶するための手段を含む。第２の選択手段は、回転速度の大小を駆動に関する条件として、抑制データの１つを選択するための手段を含む。
【００４２】
第１４の発明によると、第２の選択手段は、特定された回転速度の大小に基づいて抑制データの１つを選択する。同期モータの制御において、最適な抑制データは同期モータの回転速度ごとに異なる。回転速度に基づいて抑制データが選択されると、作成手段による電圧データの作成において回転速度の影響が的確に打消される。これにより、作成手段は、より適切な電圧データを作成できる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御することに加え、振動や騒音を一層効果的に抑制できる制御装置を提供できる。
【００４３】
第１５の発明に係るモータの制御装置は、第１から第１４のいずれかの発明の構成に加え、制御装置は、同期モータの、回転速度に関する条件が満足されたことに応答して、制御手段に制御を開始させるための手段をさらに含む。
【００４４】
第１５の発明によると、同期モータの回転速度に関する条件が満足されたことに応答して、第１の制御手段による位相差情報についての制御が開始される。これにより、制御装置は特に位相差情報についての制御を必要としない時は制御せず、真に必要なときだけ制御することができる。その結果、真に必要なときだけ同期モータにかかる負荷に対応し、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを最高の効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００４５】
第１６の発明に係るモータの制御装置は、第１から第１５のいずれかの発明の構成に加え、同期モータは、埋込み磁石型同期モータである。
【００４６】
第１６の発明によると、同期モータは、埋込み磁石型同期モータである。埋込み磁石型同期モータは、位相差情報を的確に制御することにより、通常の同期モータに比べてより大きなトルクを得ることができる。これにより、通電手段は、他の種類の同期モータを使用する場合に比べより高い効率で同期モータを制御できる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータをより高い効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００４７】
第１７の発明に係るモータの制御装置は、第１から第１６のいずれかの発明の構成に加え、コイルのいずれかへの通電を休止するように通電手段を制御するための手段と、コイルへの通電が休止されている期間に、コイルに生じた誘起電圧を検出するための第４の検出手段とをさらに含む。第２の検出手段は、誘起電圧を用いて特定された、機械角と電流の脈動との関係に基づいて、機械角を検出するための手段を含む。
【００４８】
第１７の発明によると、第２の検出手段は、機械角と電流の脈動との関係に基づいて、機械角を検出する。機械角と電流の脈動との関係は、第４の検出手段によって検出される。これにより、第２の検出手段は、高い精度で機械角を検出できる。機械角の精度が高くなると、第３の算出手段は、モータの効率が高くなるように制御データを算出できる。その結果、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、簡単な構成で負荷トルクの変動が大きい負荷に接続されたモータを高い効率で制御するモータの制御装置を提供できる。
【００４９】
第１８の発明に係る空気調和機は、第１から第１７のいずれかの発明に係るモータの制御装置を含む。
【００５０】
第１８の発明によると、モータの制御装置は、同期モータの電圧や電流を制御する。これにより、同期モータの駆動が最適なタイミングで制御され、モータの効率が向上するので、空気調和機の効率も向上する。その結果、より高い効率で稼動する空気調和機を提供することができる。
【００５１】
第１９の発明に係る冷蔵庫は、第１から第１７のいずれかの発明に係るモータの制御装置を含む。
【００５２】
第１９の発明によると、モータの制御装置は、同期モータの電圧や電流を制御する。これにより、同期モータの駆動がより的確なタイミングで制御されるので、冷蔵庫に内蔵された圧縮機の効率が向上する。圧縮機の効率が向上されると、冷蔵庫の効率が向上する。その結果、より高い効率で稼動する冷蔵庫を提供することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００５４】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係る駆動装置１００は、ＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）モータ５１と、ＩＰＭモータ５１に接続され、ＩＰＭモータ５１を駆動するインバータ回路５２と、インバータ回路５２に接続され、交流電力を直流電力に変換して供給するコンバータ回路５３と、コンバータ回路５３に接続され、交流電力を供給する交流電源５４と、ＩＰＭモータ５１の巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のうち特定の相（図１ではＵ相）に流れる巻線電流を検出し、信号を出力する電流センサ５５と、電流センサ５５に接続され、電流センサ５５が出力した信号に対して所定量の増幅およびオフセット加算を行ない、巻線電流信号を出力する電流アンプ５６と、電流アンプ５６に接続されるマイクロコンピュータ５７とを含む。
【００５５】
ＩＰＭモータ５１は、逆起電圧パルスなどを検出して速度を制御する方式とは異なり、いわゆる強制励磁駆動により制御される。強制励磁駆動とは、モータの回転速度をモータ巻線に通電するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波からなる正弦波電圧の周波数で決定する駆動方式をいう。ＩＰＭモータ５１を駆動する電流の波形は特に特定されないが、ロータの磁束分布に合わせた巻線電流が得られるような波形であれば、より高効率に駆動される。本実施の形態において、ＩＰＭモータ５１は、変化が滑らかなため、電流を供給することにより振動や騒音を少なくできる正弦波を用いて駆動される。
【００５６】
ＩＰＭモータ５１は、同期モータの一種で、ロータ内部に永久磁石を埋め込んで配置した埋込み磁石型ブラシレスモータである。本実施の形態において、ＩＰＭモータ５１は、３相４極ブラシレスモータである。これにより、駆動の際、磁石磁束および巻線電流によって発生するフレミングトルクと、ロータ形状によってモータ巻線のインダクタンスが変化することを利用したリラクタンストルクとが合成される。その結果、ＩＰＭモータは他の同期モータに比べて大きなトルクが得られるため、モータの高効率化が可能である。フレミングトルクとリラクタンストルクとはそれぞれロータとステータとの相対位置の関数となっている。フレミングトルクとリラクタンストルクとの和を最大とするには、ロータとステータとの相対位置が適当な時にモータ巻線へ通電することが必要である。
【００５７】
ＩＰＭモータ５１には、シングルロータリ型圧縮機（図示せず）が負荷として接続される。シングルロータリ型圧縮機は、冷蔵庫（図示せず）の冷媒または空気調和機（図示せず）の空気を圧縮する圧縮機である。図２を参照して、シングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を説明する。シングルロータリ型圧縮機の特徴は、構造が簡単で製造コストが安価である反面、負荷トルク変動が非常に大きいことである。シングルロータリ型圧縮機は、モータ１回転の間に冷媒の吸入、圧縮、吐出というサイクルを順次繰返す。吐出の直前は冷媒が圧縮されているので負荷トルクは大きくなる。吐出の直後は冷媒が抜けているので負荷トルクは小さくなる。その結果、ロータの機械角に対応して負荷トルクが変動する。冷媒の吸入、圧縮、吐出を連続的に行なうスクロール型圧縮機はこのような負荷トルク変動を生じない。
【００５８】
インバータ回路５２は、複数のスイッチング素子を含む。このスイッチング素子の導通を制御することで、ＩＰＭモータ５１の複数のモータ巻線に通電される。
【００５９】
電流センサ５５は、カレントトランスでもよいが、本実施の形態においては巻線とホール素子で構成されたいわゆる電流センサとする。
【００６０】
マイクロコンピュータ５７は、検出部６０と、位相差記憶部６１と、加算器６２と、ＰＩ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｌ）演算部６３と、設定部６５と、正弦波記憶部６６と、正弦波データ作成部６７と、ＰＷＭ作成部６８と、機械角判定部７０と、トルク記憶部７２と、第１乗算器７５と、周波数記憶部８０と、第２乗算器８５とを含む。
【００６１】
検出部６０は、位相差情報を算出する。位相差記憶部６１は、位相差情報の目標値を記憶する。加算器６２は位相差情報の目標値と検出部６０から出力された位相差情報との誤差を表わす誤差データを算出し、ＰＩ演算部６３に出力する。ＰＩ演算部６３は、出力された誤差データに基づいて比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、ＰＷＭ波形信号の基となるＰＩ制御信号を第１乗算器７５に出力する。
【００６２】
設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を設定する。正弦波記憶部６６は、連続してグラフ上にプロットすると正弦波が表れるデータ列を記憶する。正弦波データ作成部６７は、モータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応する、正弦波記憶部６６に記憶された正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力するとともに、Ｕ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する。正弦波データは、正弦波記憶部６６に記憶されたデータ列から、ＩＰＭモータ５１の回転速度に応じて定められる間隔ごとに読出される。正弦波データは、モータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の電圧と位相との標準的な設定を特定するデータである。ＩＰＭモータ５１の回転速度を高くする場合はこの間隔を大きくする。ＩＰＭモータ５１の回転速度を低くする場合はこの間隔を小さくする。すなわち、モータ回転速度は、ＩＰＭモータ５１の構造的なものを除外すると、ＰＷＭキャリア周波数とこの間隔とで決まる。正弦波記憶部６６から巻線の各相ごとにデータを読出す際、読出されるデータの順番の差は、各相間の位相差に相当する。たとえば３相であれば、それぞれの相のデータの順番の差は、電気角で１２０°のずれに相当する。Ｕ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報は、Ｕ相の正弦波データに基づいて作成される。
【００６３】
ＰＷＭ作成部６８はいわゆるＰＷＭ波形発生器を含む。本実施の形態においてＰＷＭ作成部６８は、各相ごとの正弦波データおよび後述するデューティ基準値を乗算した結果に基づいてＰＷＭ波形信号を出力する。
【００６４】
機械角判定部７０は、巻線電流におけるＩＰＭモータ５１の１回転中の脈動を表わす脈動データからロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する。
【００６５】
トルク記憶部７２は、メモリ（図示せず）とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路（図示せず）とを含む。トルク記憶部７２は、予めロータの機械角に対応したステート毎のトルク補正量を記憶し、ロータの回転速度やロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する。ステートとは、ロータ１回転をたとえば電気角６０°（＝機械角３０°）といった一定の範囲毎に分割したものをいう。ステートの範囲は、ＩＰＭモータ５１のステータの配置に基づいて特定できる。図３を参照して、本実施の形態におけるトルク補正量のデータを説明する。本実施の形態の場合、モータトルクをＰＷＭデューティにより制御するので、トルク記憶部７２に記憶するトルク補正量とは、ＰＷＭデューティの補正量を表わす。振動の低減に適したトルクパターンは回転速度や負荷トルクにより変化するため、トルク記憶部７２は複数の区分に分けられた回転速度や負荷トルク（本実施の形態では回転速度のみ）に応じて、複数のトルクパターンを記憶する。トルク記憶部７２が回転速度に応じたトルクパターンを出力すると、制御性能は向上する。トルクパターンは相数と極数との積である１２に分割された第０ステート〜第１１ステートまでの１２ステートを有する。ただし、第Ｓステートと第（Ｓ＋６）ステート（Ｓ：０〜５の整数）のインバータ駆動電圧位相は同一である。図４に３相４極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す。トルク記憶部７２がロータの回転速度を検知する方法は特に限定されないが、本実施の形態においては、機械角判定部７０が検出するＩＰＭモータ５１のロータの機械角の時間的な変化に基づいて回転速度を検知するものとする。
【００６６】
第１乗算器７５は、ＰＩ演算部６３から出力されたＰＩ制御信号と、トルク記憶部７２から出力された、ロータの機械角に対応するステートのトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する。最終的にＰＷＭ作成部６８に出力されるデューティ基準値は、図３のトルク補正量を用いて式（１）にしたがって算出される。
【００６７】
デューティ基準値＝トルク補正量×ＰＩ制御信号・・・・・（１）
図５および図６を参照して、ＰＩ制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由について説明する。図５はモータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。図５（Ａ）はシングルロータリーコンプレッサの負荷トルクが小さい場合を示し、図５（Ｂ）は負荷トルクが大きい場合を示す。モータに脱調を起こさせず、かつ高効率でモータを駆動させるためには、ロータへの通電タイミングが、ロータとステータとの相対位置に基づき、適切な値に制御される必要がある。通電タイミングが適切な値に制御されるためには、マイクロコンピュータ５７は位相差情報を適切な値に制御する必要がある。本実施の形態でいう適切な値とは、図５に示す位相差範囲に含まれる値をいう。位相差情報が過小であると、ＩＰＭモータ５１は負荷トルクを駆動するモータ発生トルクを出力できない。その結果モータ脱調が発生する。たとえば、図５（Ａ）の位相差情報と図５（Ｂ）の位相差情報とが同じ値とすると、負荷トルクが小さい場合、ＩＰＭモータ５１は高い効率で駆動するが、負荷トルクが大きい場合、モータ脱調を起こす。これは位相差情報の値が位相差範囲に含まれなくなるためである。
【００６８】
図６は本実施の形態における位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。駆動電圧と位相差情報とには線形な関係があることが知られているので、位相差情報は、位相差情報＝Ｋ（１）×駆動電圧＋Ｋ（２）（Ｋ（１）、Ｋ（２）は相関係数）という式によって表わすことができる。相関係数Ｋ（１）、Ｋ（２）は負荷トルクなどの条件によって異なる。図６によると、位相差情報の値が一定の場合、負荷トルクが大きいと駆動電圧Ｖ（２）はＶ（１）より大きくなる。これに基づき、駆動電圧として適切な値が出力されると、マイクロコンピュータ５７は位相差情報を適切な値に制御することができる。駆動電圧として適切な値が出力されるためには、マイクロコンピュータ５７は駆動電圧の値を負荷トルクに基づいて定める必要がある。駆動電圧の値は、デューティ基準値によって定められる。これが、ＰＩ制御信号にトルク補正量を乗じてデューティ基準値を算出する理由である。
【００６９】
周波数記憶部８０は、メモリ（図示せず）とメモリに記憶された情報から適切なものを選択して出力する回路（図示せず）とを含む。周波数記憶部８０は、予め記憶した駆動電圧の周波数を補正する補正量のうち、機械角判定部７０から出力されたロータ情報およびロータ情報の単位時間あたりの変化率（回転速度）に対応する補正量を第２乗算器８５に出力する。図７を参照して、周波数記憶部８０が記憶する補正量について説明する。補正量の平均値は「１」となるように設定されている。これは、モータの回転速度の目標値から決定される、所定周期当たりの駆動電圧の周波数の平均値を一定とするためである。複数の領域に区分された回転速度に対応する複数の補正量パターンが記憶されているのは、高効率運転などに適した補正量パターンが回転速度や負荷トルクにより変化するためである。周波数記憶部８０が回転速度に応じた補正量を出力することにより、制御性能は向上する。ただしモータの起動直後の場合、周波数記憶部８０は補正量を出力しない。圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力の差圧が小さいため、シングルロータリ型圧縮機に接続されたＩＰＭモータ５１の回転中の負荷変動も小さくなる結果、ＩＰＭモータ５１は駆動周波数の補正を必要としないからである。第２乗算器８５は、設定部６５からの出力値と周波数記憶部８０から出力された補正量とを乗算し、正弦波データ作成部６７に電圧の位相を表わす情報を出力する。
【００７０】
このマイクロコンピュータ５７は、コンピュータハードウェアと図示しない制御部により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、ＦＤ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＤｉｓｋ）またはＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ−ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）などの記録媒体に格納されて流通し、記録媒体として入力部（図示せず）により読込まれる。制御部は入力部に読込まれたソフトウェアを実行する。図１に示したハードウェア自体は一般的なものである。したがって、本発明の最も本質的な部分はＦＤやＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録されたソフトウェアである。
【００７１】
図８および図９を参照して、マイクロコンピュータ５７で実行されるプログラムは、ＩＰＭモータ５１の制御に関し、以下のような制御構造を有する。
【００７２】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、検出部６０は、設定部６５が設定したＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を検出する。この回転速度の指令値は、正弦波データ作成部６７を介して検出される。Ｓ１０２にて、検出部６０は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力の差圧が大きくなっているとして設計時に定められた回転速度まで上昇したか否かを判断する。ＩＰＭモータ５１は、設定部６５が設定した回転速度で回転する。設定部６５が当初設定する回転速度は、最終的な回転速度より小さい。これは、ＩＰＭモータ５１を安定して回転させるためである。ＩＰＭモータ５１が回転を開始した後、設定部６５は次第に回転速度の指令値を増加させる。設計時に定められた回転速度まで上昇したと判断した場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１００へと移される。Ｓ１０４にて、検出部６０は、ステートをいったん任意の方法で仮設定し、仮設定した第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）とを測定する。
【００７３】
Ｓ１０６にて、検出部６０は、巻線電流値ＩＰ（４）とＩＰ（１０）との差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値以上か否かを判断する。これは、比較する巻線電流値の差が小さい場合、巻線電流値の検出誤差が大きくなるので、ロータの機械角の判定が間違われる可能性が高いからである。しきい値以上と判断した場合には（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０４へと移される。
【００７４】
Ｓ１０８にて、検出部６０は、巻線電流値を測定し、巻線電流値ＩＰ（４）がＩＰ（１０）より大きいか否かを判断する。巻線電流値ＩＰ（４）がＩＰ（１０）より大きいと判断した場合には（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２へと移される。
【００７５】
Ｓ１１０にて、検出部６０は、内部の第１レジスタ（図示せず）の値に「１」を加算するとともに、内部の第２レジスタ（図示せず）の値を「０」とする。Ｓ１１２にて、ＰＷＭ作成部６８は、内部の第２レジスタの値に「１」を加算するとともに、内部の第１レジスタの値を「０」とする。
【００７６】
Ｓ１１４にて、検出部６０は、Ｓ１０８〜Ｓ１１２の処理が数回繰返された結果、第１レジスタおよび第２レジスタのいずれかの値が、たとえば「３」といった予め定められた値以上となったか否かを判断する。予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１１８へと移される。
【００７７】
Ｓ１１６にて、検出部６０は、現在のステートの設定を正規の設定と決定する。Ｓ１１８にて、検出部６０は、現在第１０ステートに該当するロータの機械角が第４ステートとなるように、ステートの設定を機械角１８０°分シフトさせ、正規のステートの設定とする。
【００７８】
Ｓ１２０にて、検出部６０は、サンプリングタイミングＴＳを、正弦波データ作成部６７から出力された情報に基づいて設定する。あわせて、サンプリング回数Ｎなどの各変数を初期化する。本実施の形態においては、サンプリングタイミングＴＳは、モータ駆動電圧の位相が９０°を中心とする一定かつ対称なタイミングとなるように設定される。目標位相差の設定などの制御設計を容易にするためである。図１０を参照して、位相期間について説明する。モータ駆動電圧がピークとなる位相を９０°とする。この場合、第１の位相期間θ（０）はモータ駆動電圧の位相が０°〜９０°となる期間である。第２の位相期間θ（１）はモータ駆動電圧の位相が９０°〜１８０°となる期間である。本実施の形態においては位相期間の幅を９０°としたが、その他の値であってもよく、特に限定されない。
【００７９】
Ｓ１２２にて、検出部６０は、内蔵するタイマのカウント周期に基づき、サンプリングするタイミングを待つ。Ｓ１２４にて、検出部６０は、電流アンプ５６を介し、電流センサ５５を用いてＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定する。
【００８０】
Ｓ１２６にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎの値に「１」を加算する。Ｓ１２８にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎの値に基づき、現在の位相期間がθ（０）か否かを判断する。現在の位相期間がθ（０）と判断した場合には（Ｓ１２８にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１２８にてＮＯ）、処理はＳ１３４へと移される。
【００８１】
Ｓ１３０にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎが予め定められた値（本実施の形態の場合３回）以上か否かを判断する。サンプリング回数Ｎが予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３２へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００８２】
Ｓ１３２にて、検出部６０は、位相期間θ（０）でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積Ｓ（０）（＝Ｉ（０）＋Ｉ（１）＋Ｉ（２））を計算する。
【００８３】
Ｓ１３４にて、検出部６０は、サンプリング回数Ｎが予め定められた値（本実施の形態の場合６回）以上か否かを判断する。サンプリング回数Ｎが予め定められた値以上と判断した場合には（Ｓ１３４にてＹＥＳ）、処理はＳ１３６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３４にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００８４】
Ｓ１３６にて、検出部６０は、位相期間θ（１）でのサンプリングが終了したものとして、電流サンプリングデータの積算を行ない、モータ電流信号面積Ｓ（１）（＝Ｉ（３）＋Ｉ（４）＋Ｉ（５））を計算する。
【００８５】
Ｓ１３８にて、検出部６０は、モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）の計算が終了したか否かを判断する。計算が終了したと判断した場合には（Ｓ１３８にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３８にてＮＯ）、処理はＳ１２４へと移される。
【００８６】
Ｓ１４０にて、検出部６０は、モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）の比（Ｓ（０）／Ｓ（１））を計算して位相差情報とし、加算器６２に出力する。Ｓ１４２にて、機械角判定部７０は、電流アンプ５６を介し、電流センサ５５を用いてＩＰＭモータ５１のＵ相におけるＩＰＭモータ５１回転中の脈動を表わす脈動データを読込む。
【００８７】
Ｓ１４４にて、機械角判定部７０は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する。Ｓ１４６にて、トルク記憶部７２は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する。ロータの機械角を検出するのは、たとえば４極ブラシレスモータの場合、機械角１８０°および３６０°の場合に電気角が３６０°となるなど、ロータの電気角ではロータの位置を明確に検出できないからである。
【００８８】
図１１を参照して、３相４極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判別する方法を説明する。図１１は、１回転中のステートと負荷トルクと巻線電流（１相分）との関係を示す図である。１回転中に大きく３つの過程（吸入、圧縮、吐出）の行程があるため、負荷トルクが大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図１１のＩＰ（１）、ＩＰ（４）、ＩＰ（７）、ＩＰ（１０）のように変動する。この現象から、機械角判定部７０は、予め実験するなどして定められたステートの巻線電流値の大小とロータの機械角との関係を基に、ロータの機械角を判定する。比較対象とする巻線電流値の差が小さいと、その判定に誤りが生じる可能性が高まるので、機械角判定部７０は、比較する巻線電流値の組合せを、インバータ駆動電圧位相が同一となる区間において最も差が大きくなる組合せとする。本実施の形態においては、第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）との差が最も大きくなるので、機械角判定部７０は第４ステートと第１０ステートとを比較する。
【００８９】
図１２および図１３を参照して、３相６極ブラシレスモータにおいてロータの機械角を判定する方法を参考として説明する。図１２は、３相６極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと巻線電流（１相分）との関係を示す図である。図１３は３相６極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。図１３に示すように３相６極ブラシレスモータの場合、トルクパターンは相数と極数との積である１８に分割された第０ステート〜第１７ステートまでの１８ステートを有する。ただし、第Ｓステートと第（Ｓ＋６）ステートと第（Ｓ＋１２）ステート（Ｓ：０〜５の整数）のインバータ駆動電圧位相は同一である。
【００９０】
４極ブラシレスモータの場合と同様、６極ブラシレスモータにおいても負荷トルクは大きく変動する。吸入状態から冷媒が圧縮されていくにしたがい負荷トルクは急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が吐出されると、負荷トルクは減少する。この負荷トルク変動の影響で、巻線電流値も図１２のＩＰ（１）、ＩＰ（４）、ＩＰ（７）、ＩＰ（１０）、ＩＰ（１３）、ＩＰ（１６）のように変動する。この現象を用いて、機械角判定部７０は、これらの巻線電流値の大小を比較し、ロータの機械角を判定する。この場合、機械角判定部７０は、第１ステート、第７ステートおよび第１３ステートの大小を比較する。たとえば、機械角判定部７０は、ステートを一旦仮設定し、第１ステート、第７ステートおよび第１３ステートの巻線の電流値を測定する。巻線の電流値が測定されると、機械角判定部７０は、測定された巻線の電流値の比較により最小のステートを判定する。第７ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在のステートの定義を維持する。第１ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在の第１ステートが第７ステートとなるようにステートの設定を機械角１２０°分シフトさせる。第１３ステートが最小の場合、機械角判定部７０は、現在の第１３ステート１３が第７ステートとなるように機械角２４０°分シフトさせる。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができるので、トルク制御を許可しトルク制御を行なうとともに、駆動周波数の補正を許可し、駆動周波数を制御する。
【００９１】
Ｓ１４８にて、加算器６２は検出部６０が求めた位相差情報と位相差記憶部６１が出力した位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、ＰＩ演算部６３に出力する。
【００９２】
Ｓ１５０にて、ＰＩ演算部６３は、加算器６２が出力した誤差データに基づき比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、これらのデータを含むＰＩ制御値を第１乗算器７５に出力する。Ｓ１５２にて、第１乗算器７５は、ＰＩ制御値とトルク記憶部７２が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する。
【００９３】
Ｓ１５４にて、設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の設定値を第２乗算器８５に出力する。Ｓ１５６にて、周波数記憶部８０は、ロータのステートと回転速度とに対応する補正量を、第２乗算器８５に出力する。
【００９４】
Ｓ１５８にて、第２乗算器８５は、周波数記憶部８０が出力した補正量に基づいて、各ステートごとの駆動電圧の周波数を補正し、かつ電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部６７に出力する。本実施の形態において第２乗算器８５は、図７の補正量を用いて位相データを式（２）のように計算する。
【００９５】
位相データ＝補正量×ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値・・・・・（２）
Ｓ１６０にて、正弦波データ作成部６７は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する。正弦波データは、演算によって作成しても構わないが、本実施の形態においては、正弦波記憶部６６からモータ巻線端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応した正弦波データを読み出す。
【００９６】
Ｓ１６２にて、ＰＷＭ作成部６８は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路５２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号をインバータ回路５２に出力する。
【００９７】
Ｓ１６４にて、ＰＷＭ作成部６８は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったか否かを判断する。トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があったと判断した場合には（Ｓ１６４にてＹＥＳ）、処理はＳ１６６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１６４にてＮＯ）、処理はＳ１２０へと移される。
【００９８】
Ｓ１６６にて、ＰＷＭ作成部６８は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（１）とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（２）とする。
【００９９】
Ｓ１６８にて、ＰＷＭ作成部６８は、正弦波データに基づき、ＩＰＭモータ５１の回転速度を推定する。Ｓ１７０にて、ＰＷＭ作成部６８は、回転速度の推定値が駆動周波数を補正する必要がないとして予め定められた所定の回転速度以上となったか否かを判断する。所定の回転速度以上となったと判断した場合には（Ｓ１６８にてＹＥＳ）、処理を終了する。もしそうでないと（Ｓ１６８にてＮＯ）、処理はＳ１２２へと移される。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、ＩＰＭモータ５１の回転速度が高くなると、ＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。
【０１００】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置１００の動作について説明する。
【０１０１】
検出部６０は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の指令値を検出し（Ｓ１００）、ＩＰＭモータ５１の回転速度が圧縮機の凝縮圧力と蒸発圧力の差圧が大きくなったとして予め定められた回転速度に上昇するまで待つ（Ｓ１０２）。
【０１０２】
予め定められた回転速度まで上昇したと判断されると、検出部６０は、ステートをいったん任意に設定し、仮設定した第４ステートの巻線電流値ＩＰ（４）と第１０ステートの巻線電流値ＩＰ（１０）とを測定する（Ｓ１０４）。巻線電流値が測定されると検出部６０は、測定された巻線電流値の差が、モータ回転速度に応じて予め定められるしきい値を上回るまで待つ（Ｓ１０６）。しきい値を上回ったと判断されると、検出部６０は、巻線電流値を測定し、巻線電流値ＩＰ（４）とＩＰ（１０）との大小を比較する（Ｓ１０８）。巻線電流値の測定と比較とが数回繰返されると（Ｓ１０８〜Ｓ１１４）、検出部６０は、ステートの設定を正式に決定する（Ｓ１１６、Ｓ１１８）。これにより、ロータの機械角とトルクパターンの位相との対応をとることができたので、トルクを制御するとともに、駆動周波数を制御する。
【０１０３】
検出部６０は、サンプリングタイミングＴＳを、正弦波データ作成部６７から出力された情報に基づいて設定する。あわせて検出部６０は、サンプリング回数Ｎなどの各変数を初期化する（Ｓ１２０）。サンプリングタイミングＴＳの設定と各変数の初期化とがなされると、検出部６０は、位相差情報を算出する。
【０１０４】
図１０を参照して、位相差情報の算出方法について説明する。検出部６０は、モータ駆動電圧を基準とする２箇所の位相期間において、両位相期間におけるサンプリングタイミングが対称となるような所定のサンプリングタイミングＳＰ（０）〜ＳＰ（５）を待つ（Ｓ１２２）。タイミングが到来すると検出部６０は、ＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定する（Ｓ１２４）。電流値が測定されると、検出部６０は、各位相期間での巻線電流値Ｉ（０）〜Ｉ（２）を積算しモータ電流信号面積Ｓ（０）（＝Ｉ（０）＋Ｉ（１）＋Ｉ（２））を計算する（Ｓ１２６〜Ｓ１３２）。モータ電流信号面積Ｓ（０）が計算されると、検出部６０は、ふたたびＩＰＭモータ５１のＵ相の電流値を測定して、位相期間θ（１）についてモータ電流信号面積Ｓ（１）（＝Ｉ（３）＋Ｉ（４）＋Ｉ（５））を計算する（Ｓ１２２〜Ｓ１３６）。モータ電流信号面積Ｓ（０）およびＳ（１）が計算されると（Ｓ１３８にてＹＥＳ）、検出部６０はそれぞれの値の比（Ｓ（０）／Ｓ（１））を計算し、加算器６２に出力する（Ｓ１４０）。この計算結果が位相差情報である。本実施の形態においては、この位相差情報が所定の値になるように制御する。図１０の場合、検出部６０は２箇所の位相期間で対称となるタイミングでＡ／Ｄサンプリングするので、図１０に示すように電圧と電流の位相差が０°のときには、Ｓ（０）＝Ｓ（１）となる。その結果、位相差情報は「１」となる。このことは、位相差０°で制御するには位相差情報を「１」になるように制御すればよいことを表わす。
【０１０５】
位相差情報が出力されると、機械角判定部７０は、ＩＰＭモータ５１のＵ相におけるＩＰＭモータ５１回転中の脈動を表わす脈動データを読込む（Ｓ１４２）。脈動データが読込まれると、機械角判定部７０は、脈動データに基づいてロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する（Ｓ１４４）。ロータ情報が出力されると、トルク記憶部７２は、ロータの回転速度およびロータ情報に応じたトルク補正量を第１乗算器７５に出力する（Ｓ１４６）。
【０１０６】
トルク補正量が出力されると、加算器６２は位相差情報と位相差記憶部６１から出力された位相差情報の目標値との差を求め誤差データとし、ＰＩ演算部６３に出力する。加算器６２は位相差情報の目標値と検出部６０から出力された位相差情報とをＰＩ演算部６３に出力する（Ｓ１４８）。位相差情報などが出力されると、ＰＩ演算部６３は、加算器６２が出力した誤差データに基づき比例データ（Ｐ）および積分データ（Ｉ）を算出し、ＰＩ制御値を第１乗算器７５に出力する（Ｓ１５０）。ＰＩ制御値が出力されると、第１乗算器７５は、ＰＩ制御値とトルク記憶部７２が出力したトルク補正量とを乗算し、デューティ基準値をＰＷＭ作成部６８に出力する（Ｓ１５２）。
【０１０７】
シングルロータリ型圧縮機の振動は以上のようにしてトルクを制御しても完全には消滅せず、ある程度の振動が残存する。モータの角速度の変動もトルクを制御しない場合よりは小さくなるが、ある程度残るので、ステータへの通電タイミングを適切な値に制御するため、強制励磁を行なっている駆動周波数をモータの角速度の変動に応じて補正する。これにより、ＩＰＭモータ５１の駆動電力の周波数が補正量パターンにしたがって増減され、回転速度の変動に応じた通電が行われる。回転速度の変動に応じた通電が行われるので、マイクロコンピュータ５７は、ＩＰＭモータ５１の脱調を防止し、さらには高効率で運転することができる。
【０１０８】
デューティ基準値が出力されると、設定部６５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度の設定値を第２乗算器８５に出力する（Ｓ１５４）。設定値が出力されると、周波数記憶部８０は、ロータのステートと回転速度とに対応する補正量を、第２乗算器８５に出力する（Ｓ１５６）。補正量が出力されると、第２乗算器８５は、周波数記憶部８０が出力した補正量に基づいて、各ステートの駆動電圧の周波数を補正し、かつ電圧位相を表わす位相データを作成して正弦波データ作成部６７に出力する（Ｓ１５８）。
【０１０９】
図１４を参照して位相データに補正量を乗算する理由を説明する。図１４は、シングルロータリ型圧縮機の負荷トルク変動を負荷トルクの大きいときと小さいときとに分けてパラメータ化した位相差情報−効率特性である。ここで、注意すべき事実は、モータ駆動電圧が同一であっても、負荷トルクが変化すると位相差情報も変化することである。たとえば図１４においてモータ駆動電圧ＶＪでモータが駆動されている場合、負荷トルクの大きいときと小さいときとでは異なる位相差情報でモータが駆動される。これは負荷トルクが大きいときには大きなモータ駆動電圧が必要なためである。このことを前述したシングルロータリ型圧縮機にあてはめると、モータ１回転に同期した急激で大きな負荷トルク変動に位相差を制御して追従することは困難なことを意味する。位相差を制御して追従することが困難になると、モータ駆動電圧の制御や変更はできない。
【０１１０】
位相データが出力されると、正弦波データ作成部６７は、位相データと正弦波データとに基づいて正弦波データをＰＷＭ作成部６８に出力する。正弦波データ作成部６７は、正弦波データを出力するとともに、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータの駆動電圧の位相を表わす情報を検出部６０に出力する（Ｓ１６０）。
【０１１１】
正弦波データなどが出力されると、ＰＷＭ作成部６８は正弦波データとデューティ基準値とを乗算して、各相ごとにインバータ回路５２の各駆動素子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号をインバータ回路５２に出力する（Ｓ１６２）。これにより、インバータ回路５２を介してモータ巻線に電流が印加されるのでＩＰＭモータ５１が駆動される。その結果、ＩＰＭモータ５１の出力トルクがトルクパターンにしたがって増減され、負荷トルクに応じたトルク制御が行われるため、マイクロコンピュータ５７は、モータ脱調を防止し、かつＩＰＭモータ５１の回転速度の変動を抑制できる。
【０１１２】
ＰＷＭ波形信号が出力されると、ＰＷＭ作成部６８は、トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があるまで（Ｓ１６４にてＮＯ）、駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）を決定する。駆動電圧の大きさは、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対する巻線電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって決定される（Ｓ１２０〜Ｓ１６２）。駆動電圧の大きさを決定する際、所望の周波数で出力される正弦波データによってＩＰＭモータ５１の回転速度が決定される。これによって所望の位相差、所望の回転速度でＩＰＭモータ５１が駆動・制御される。
【０１１３】
トルクパターンまたは周波数補正パターンの切換があると（Ｓ１６４にてＹＥＳ）、ＰＷＭ作成部６８は、モータの回転が安定するために必要として予め定めた時間が経過するまで待つ（Ｓ１６６）。予め定めた時間は、トルクパターンなどの切換後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（１）とし、モータの目標回転速度の変更後にモータの回転が安定するために必要として予め定めた時間をＴ（２）とする。予め定めた時間が経過すると、ＰＷＭ作成部６８は、正弦波データに基づき、ＩＰＭモータ５１の回転速度を推定し（Ｓ１６８）、所定の回転速度以上になると（Ｓ１６８にてＹＥＳ）処理を終了する。このように判断するのは、シングルロータリ型圧縮機の場合、ＩＰＭモータ５１の回転速度が高くなると、ＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動が小さくなり、それにともない回転速度変動も小さくなるためである。
【０１１４】
図１５および図１６を参照して、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧（１相分）と角速度との関係を示す。図１５が従来例の場合であり、図１６が本実施の形態のトルク制御を行なった場合である。従来例では、角速度の変動が大きく、ひいては圧縮機の振動も大きくなる。本実施の形態の場合、トルクパターンによりデューティ基準値が補正され、モータ駆動電圧が補正されることにより、巻線電流が負荷トルクと一致するモータトルクを発生すべく補正される。これにより、角速度変動が小さくなり、圧縮機の振動も小さくなる。
【０１１５】
図１７および図１８を参照して、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータを駆動した場合の負荷トルクとモータ駆動電圧（１相分）と位相差情報との関係を説明する。図１７が従来例の場合である。図１８が本実施の形態において駆動電力の周波数を補正した場合である。図１７に示す従来例の場合、位相差情報の変動が大きく、ひいては位相差情報が高効率点から離れてしまい、効率の悪い運転となる。最悪の場合は前述した位相差範囲以上に位相差情報が変動し、脱調が発生する。図１８に示す本実施の形態の場合、補正量パターンによりＩＰＭモータ５１回転中の負荷変動に応じて位相データを補正することにより、マイクロコンピュータ５７は、位相差情報を常に高効率点に制御することが可能となる。
【０１１６】
以上のようにして、本実施の形態に係る駆動装置は、予め記憶部に記憶されたトルクパターンに応じて駆動電圧を制御する。トルクパターンに応じて駆動電圧が制御されるので、電流の位相は制御可能な範囲にとどまる。電流の位相が制御可能な範囲にとどめられるので、シングルロータリ型圧縮機をはじめとする急激で大きな負荷トルク変動を持つ負荷に対してもモータ脱調などを生じずに駆動させることができる。さらにロータの機械角をコイルの誘起電流から検出するのではなく、巻線電流のピークに基づいて検出するので、１８０°通電による制御が可能である。あわせて、回転速度の補正も行なうので、回転速度の変動により位相差情報が影響を受けることを防ぐことができる。その結果、低騒音、低振動、高効率である１８０°通電による制御をより幅広い分野に適用できる制御装置を提供できる。
【０１１７】
なお、Ｓ１５４にて設定部６５は、位相差情報の変動量が任意に定められた第１の変動量以上となった後、駆動周波数補正を開始してもよい。
【０１１８】
また、Ｓ１５４にて設定部６５は、位相差情報の変動量が任意に定められた第２の変動量以下となった場合は、駆動周波数の補正を停止して直ちにＳ１５８の処理を行なってもよい。
【０１１９】
さらに、比較する巻線電流値は、４極ブラシレスモータの場合でロータの機械角が１８０度離れたステート同士であってよい。
【０１２０】
その他、比較する巻線電流値は、３相６極ブラシレスモータの場合にはモータ駆動電圧の位相が等しくなるステート同士であってもよい。
【０１２１】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置２００について説明する。
【０１２２】
図１９を参照して、本実施の形態に係る駆動装置２００は、ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）電流を検出するためにインバータ回路５２に直列に接続された抵抗９０と、抵抗９０と並列に接続され、ＤＣ電流を検出するＤＣ電流アンプ９１とをさらに含む。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【０１２３】
図２０を参照して、マイクロコンピュータ５７で実行されるプログラムは、ＩＰＭモータ５１の制御に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図２０に示すフローチャートの中で、前述の図８に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。また、Ｓ１４６以降の処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【０１２４】
Ｓ１８０にて、機械角判定部７０は、抵抗９０とＤＣ電流アンプ９１とを用いてＤＣ電流の脈動を検出する。Ｓ１８２にて、機械角判定部７０は、検出されたＤＣ電流の脈動とロータの機械角との関係からロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する。ロータの機械角の検出は、巻線電流に基づいて機械角を検出する場合と同様の方法により行なう。
【０１２５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置２００の動作について説明する。
【０１２６】
Ｓ１００〜Ｓ１４０の動作を経て位相差情報が出力されると、機械角判定部７０は、ＤＣ電流の脈動を検出する（Ｓ１８０）。ＤＣ電流の脈動が検出されると、機械角判定部７０は、ロータの機械角を検出し、ロータの機械角を表わすロータ情報をトルク記憶部７２に出力する（Ｓ１８２）。ロータ情報が出力されると、Ｓ１４６〜Ｓ１７０の動作を経て、ＩＰＭモータ５１が制御される。
【０１２７】
以上のようにして、本実施の形態に係る駆動装置は、インバータに供給される電力の脈動に基づいてロータの機械角を検出する。インバータに供給される電力は直流のため、インバータによって変調された後の電力に比べてトルク変動による脈動の影響が現れやすい。トルク変動による脈動の影響が現れやすいので、より高い精度でロータの機械角を検出できる。その結果、より高い精度で１８０°通電駆動により制御できる制御装置を提供できる。
【０１２８】
なお、本実施の形態において、インバータ回路５２に入力されるＤＣ電流を用いてＩＰＭモータ５１の巻線電流値を推定してもよい。電流センサ５５および電流アンプ５６はこの場合不要である。この場合、検出部６０はＰＷＭ作成部６８およびＤＣ電流アンプ９１に接続されている。検出部６０はインバータ回路５２に入力されるＤＣ電流の値を測定する。そのＤＣ電流がＩＰＭモータ５１のどのコイルに流れるかは、どのコイルに通電するかを表わすデータに基づいて特定される。そのデータは、ＰＷＭ作成部６８が検出部６０に出力する。これにより、検出部６８はＩＰＭモータ５１の特定のコイルに流れる電流を推定できる。
【０１２９】
もしくは、本実施の形態において、検出部６０は、インバータ回路５２の入力部に取付けられた電流センサ（図示せず）が検知したＤＣ電流値を用いて巻線電流値を推定してもよい。
【０１３０】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置３００について説明する。
【０１３１】
図２１を参照して、本実施の形態に係る駆動装置３００は、第１の実施の形態のマイクロコンピュータ５７に代えて、マイクロコンピュータ９３を含む。マイクロコンピュータ９３は、１８０°駆動部９５と、間欠駆動部９６と、選択部９７と、検出部９８とを含む。
【０１３２】
１８０°駆動部９５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度がモータ巻線に通電するモータの駆動電圧の周波数によって決定される強制励磁駆動をする。１８０°駆動部９５は、検出部と、位相差記憶部と、加算器と、ＰＩ演算部と、設定部と、正弦波記憶部と、正弦波データ作成部と、機械角判定部と、トルク記憶部と、第１乗算器と、周波数記憶部と、第２乗算器とを含む。これらの関係および役割は機械角判定部を除き第１の実施の形態と同様である。機械角判定部は、間欠駆動部９６の出力と、電流センサ５５および電流アンプ５６の出力とを用いてＩＰＭモータ５１の機械角を判定する。間欠駆動部９６は、検出されたロータ位置に応じて通電の切換を行なうことにより、ＩＰＭモータ５１に、通電休止期間が設けられた通電角１８０°未満の間欠通電駆動をさせる。選択部９７は、ＩＰＭモータ５１の駆動方式を選択する。検出部９８は、ＩＰＭモータ５１の巻線のモータ端子に発生する誘起電圧を検出することでロータ位置すなわちロータの機械角を検出する。検出部９８によって判定されたロータの機械角を表わす情報は、間欠通電駆動から１８０°通電駆動に切換わった後も保持される。この情報は、間欠駆動部９６および選択部９７を通じて１８０°駆動部９５に出力される。マイクロコンピュータ９３は、この情報に応じて１８０°通電駆動時に本実施の形態に係るトルク制御と駆動電圧の周波数補正とを行なう。なお、その他のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【０１３３】
図２２を参照して、マイクロコンピュータ５７で実行されるプログラムは、ＩＰＭモータ５１の制御に関し、以下のような制御構造を有する。
【０１３４】
Ｓ２００にて、間欠駆動部９６は、ＰＷＭ作成部６８に、ＩＰＭモータ５１の各相の電圧と位相との指令値を表わすデータを出力する。ＰＷＭ作成部６８は、間欠駆動部９６から出力されたデータに基づき、ＰＷＭ波形信号をインバータ回路５２に出力する。
【０１３５】
Ｓ２０２にて、間欠駆動部９６は、ロータの回転が定常状態になるまで待つ。Ｓ２０４にて、検出部９８は、ロータの機械角を検出する。本実施の形態において、検出部９８が誘起電圧を検出する巻線は、間欠駆動部９６が通電を休止させている巻線である。検出部９８は、ロータの機械角が変化する速度から、ロータが回転する速度も算出する。検出部９８は、ロータの機械角と時間とに基づいてロータがその機械角に到達したタイミングも検出する。検出部９８は、ＩＰＭモータ５１のロータの機械角とロータがその機械角に到達したタイミングとを１８０°駆動部９５の機械角判定部に出力する。
【０１３６】
Ｓ２０６にて、選択部９７は、ＩＰＭモータ５１の制御を１８０°駆動部９５による１８０°通電駆動に切替える。
【０１３７】
Ｓ２０８にて、１８０°駆動部９５は、ＩＰＭモータ５１を強制励磁駆動するように制御する。その制御の方法は、ロータの機械角の算出方法を除いて第１の実施の形態と同様である。本実施の形態におけるロータの機械角の算出方法は以下の通りである。１８０°駆動部９５の機械角判定部は、ロータの機械角の変動量を算出する。変動量は、ロータの電気角をＩＰＭモータ５１の極数の半分で除算した値である。たとえば３相４極モータの場合、電気角が２度変化するたびに機械角は１度変化する。変動量は、検出部９８がロータの機械角を特定したタイミング以降について算出される。変動量が算出されると、機械角判定部は、間欠駆動部９６が機械角判定部に出力したロータの機械角に、その変動量を加減して、ロータの機械角を判定する。
【０１３８】
Ｓ２１０にて、選択部９７は、ＩＰＭモータ５１の回転速度を切替える指示を受けたか否かを判断する。回転速度を切替える指示を受けたと判断した場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２へと移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０８へと移される。Ｓ２１２にて、１８０°駆動部９５は、ＩＰＭモータ５１の回転速度を切替える。
【０１３９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、駆動装置３００の動作について説明する。
【０１４０】
間欠駆動部９６は、ＰＷＭ作成部６８に、ＩＰＭモータ５１の各相の電圧と位相との指令値を表わすデータを出力する（Ｓ２００）。データが出力されると、間欠駆動部９６は、ロータの回転が定常状態になるまで待つ（Ｓ２０２）。
【０１４１】
ロータの回転が定常状態になると、検出部９８は、ＩＰＭモータ５１のロータの機械角とロータがその機械角に到達したタイミングとを１８０°駆動部９５の機械角判定部に出力する。（Ｓ２０４）。機械角とタイミングとが出力されると、選択部９７は、ＩＰＭモータ５１の制御を１８０°駆動部９５による１８０°通電駆動に切替える（Ｓ２０６）。切替えられると、１８０°駆動部９５は、ＩＰＭモータ５１を制御する（Ｓ２０８）。
【０１４２】
ＩＰＭモータ５１が制御されると、選択部９７は、ＩＰＭモータ５１の回転速度を切替える指示を受けたか否かを判断し（Ｓ２１０）、回転速度を切替える指示を受けると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、ＩＰＭモータ５１の回転速度を切替える（Ｓ２１２）。
【０１４３】
以上のようにして、本実施の形態に係る駆動装置３００は、間欠通電駆動によって得られたロータの機械角に基づいてＩＰＭモータ５１を制御することができる。間欠通電駆動によって得られたデータを用いるので、ＩＰＭモータの巻線電流の位相などに基づいてロータの機械角を検出する場合よりもノイズの影響が小さい。ノイズの影響が小さいので精度が高くなる。その結果、高精度でＩＰＭモータの駆動を制御できる制御装置を提供できる。
【０１４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機とスクロール型圧縮機との負荷トルク特性を表わす図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るトルク補正量のデータの例を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における、３相４極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る、モータ効率と位相差情報およびモータ駆動電圧との特性を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る位相差情報とモータの駆動電圧との関係を表わす図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る周波数記憶部が記憶する補正量について説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示す第１のフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示す第２のフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る位相期間を表わす概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る３相４極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと１相分の巻線電流との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る３相６極ブラシレスモータのロータ１回転中のステートと負荷トルクと１相分の巻線電流との関係を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における、３相６極ブラシレスモータの場合の各ステートの機械角と電気角との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係るシングルロータリ型圧縮機の位相差情報−効率特性を表わす図である。
【図１５】従来例に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と角速度との関係を示す図である。
【図１７】従来例に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係るトルク制御を行なった場合の、１回転中の負荷変動の大きいシングルロータリ型圧縮機モータの負荷トルクと１相分のモータ駆動電圧と位相差情報との関係を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置の全体構成図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係るＩＰＭモータ５１の駆動処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
５１ＩＰＭモータ、５２インバータ回路、５３コンバータ回路、５４交流電源、５５電流センサ、５６電流アンプ、５７，９３マイクロコンピュータ、６０，９８検出部、６１位相差記憶部、６２加算器、６３ＰＩ演算部、６５設定部、６６正弦波記憶部、６７正弦波データ作成部、６８ＰＷＭ作成部、７０機械角判定部、７２トルク記憶部、７５第１乗算器、８０周波数記憶部、８５第２乗算器、９０抵抗、９１ＤＣ電流アンプ、９５１８０°駆動部、９６間欠駆動部、９７選択部、１００，２００，３００駆動装置。

Claims

複数相のコイルを備えた、同期モータを制御するための制御装置であって、
前記複数相のうちのいずれかの特定相の電流を検出するための第１の検出手段と、
前記電流の脈動に基づいて前記同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、
各相における、補正前の電圧データを前記各相ごとに作成するための作成手段と、
複数のスイッチング素子を含み、制御データに基づいて、各前記スイッチング素子の導通を制御し、各前記コイルに通電するための通電手段と、
前記機械角に対応し、前記電圧データを補正する第１の補正値を記憶するための第１の記憶手段と、
前記通電手段を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記特定相の電圧において、予め定められた位相を基準とした、同じ長さの期間における、前記特定相の電流の積算値同士の比率を算出するための第１の算出手段と、
前記第１の算出手段により算出された前記比率を目標の比率に制御するように、前記電圧データを補正する第２の補正値を算出するための第２の算出手段と、
前記各相の電圧データと前記第１の補正値と前記第２の補正値とに基づいて、各相ごとの前記制御データを算出するための第３の算出手段とを含む、モータの制御装置。
複数相のコイルを備えた、同期モータを制御するための制御装置であって、
複数のスイッチング素子を含み、制御データに基づいて、各前記スイッチング素子の導通を制御し、各前記コイルに通電するための通電手段と、
前記複数相のうちのいずれかの特定相の電流を検出するための第１の検出手段と、
前記通電手段に供給される直流電流の脈動に基づいて前記同期モータの回転子の機械角を検出するための第２の検出手段と、
前記直流電流を検出するための第３の検出手段と、
各相における、補正前の電圧データを前記各相ごとに作成するための作成手段と、
前記機械角に対応し、前記電圧データを補正する第１の補正値を記憶するための第１の記憶手段と、
前記通電手段を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記特定相の電圧において、予め定められた位相を基準とした、同じ長さの期間における、前記特定相の電流の積算値同士の比率を算出するための第１の算出手段と、
前記第１の算出手段により算出された前記比率を目標の比率に制御するように、前記電圧データを補正する第２の補正値を算出するための第２の算出手段と、
前記各相の電圧データと前記第１の補正値と前記第２の補正値とに基づいて、各相ごとの前記制御データを算出するための第３の算出手段とを含む、モータの制御装置。
前記第１の記憶手段は、前記回転子１回転分の機械角を前記同期モータの固定子の配置に基づいて特定する範囲ごとに前記第１の補正値を記憶するための手段を含む、請求項１または２に記載のモータの制御装置。
前記固定子の配置に基づいて特定する範囲の数は、前記同期モータの相数と極数との積に等しい数である、請求項３に記載のモータの制御装置。
前記第３の算出手段は、前記電圧データと前記第１の補正値と前記第２の補正値とを演算して、前記制御データを算出するための手段を含む、請求項１から４のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記第３の算出手段は、前記電圧データに、前記第１の補正値と第２の補正値とを乗算して、前記制御データを算出するための手段を含む、請求項５に記載のモータの制御装置。
前記第２の検出手段は、前記電流の脈動の複数のピークを比較して、前記ピークに対応する前記機械角を検出するための手段を含む、請求項１から６のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記第２の検出手段は、前記ピークの最大値とその他のピークの値とを比較して、前記機械角を検出するための手段を含む、請求項７に記載のモータの制御装置。
前記その他のピークは、値が最小となるピークである、請求項８に記載のモータの制御装置。
前記第１の記憶手段は、前記機械角の範囲の１つに対して複数の前記第１の補正値を記憶するための手段を含み、
前記制御手段は、前記複数の第１の補正値のうち、前記同期モータの駆動に関する条件に基づいて前記第３の算出手段が用いる第１の補正値の１つを選択するための第１の選択手段をさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記制御装置は、前記回転子の回転速度を特定するための手段をさらに含み、
前記第１の記憶手段は、前記回転速度に応じて定められた前記複数の第１の補正値を記憶するための手段を含み、
前記第１の選択手段は、前記回転速度の大小を前記駆動に関する条件として、前記第１の補正値の１つを選択するための手段を含む、請求項１０に記載のモータの制御装置。
前記制御装置は、前記機械角に対応して、前記回転子の回転速度の変動を抑制するように前記回転速度を補正する抑制データを記憶するための第２の記憶手段をさらに含み、
前記作成手段は、前記機械角に対応する前記抑制データに基づいて、前記電圧データを作成するための手段を含む、請求項１から１１のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記第２の記憶手段は、前記機械角の１つの値に対して複数の前記抑制データを記憶するための手段を含み、
前記制御手段は、前記複数の抑制データのうち、前記同期モータの駆動に関する条件に基づいて前記作成手段が用いる１つの抑制データを選択するための第２の選択手段をさらに含む、請求項１２に記載のモータの制御装置。
前記制御手段は、前記回転子の回転速度を特定するための手段をさらに含み、
前記第２の記憶手段は、前記回転速度に応じて定められた前記複数の抑制データを記憶するための手段を含み、
前記第２の選択手段は、前記回転速度の大小を前記駆動に関する条件として、前記抑制データの１つを選択するための手段を含む、請求項１３に記載のモータの制御装置。
前記制御装置は、前記同期モータの、回転速度に関する条件が満足されたことに応答して、前記制御手段に制御を開始させるための手段をさらに含む、請求項１から１４のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記同期モータは、埋込み磁石型同期モータである、請求項１から１５のいずれかに記載のモータの制御装置。
前記モータの制御装置は、
前記コイルのいずれかへの通電を休止するように前記通電手段を制御するための手段と、
前記コイルへの通電が休止されている期間に、前記コイルに生じた誘起電圧を検出するための第４の検出手段とをさらに含み、
前記第２の検出手段は、前記誘起電圧を用いて特定された、前記機械角と前記電流の脈動との関係に基づいて、前記機械角を検出するための手段を含む、請求項１から１６のいずれかに記載のモータの制御装置。
請求項１から１７のいずれかに記載のモータの制御装置を含む、空気調和機。
請求項１から１７のいずれかに記載のモータの制御装置を含む、冷蔵庫。