モータの制御装置、及びモータの制御方法
【課題】モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できるモータの制御装置及びモータの制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、前記モータを駆動する駆動部と、前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部とを備え、前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する。
【解決手段】制御装置は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、前記モータを駆動する駆動部と、前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部とを備え、前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御装置、及びモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサの圧縮機構には、シングルロータリ、ツインロータリ、スクロールなどの方式がある。これらコンプレッサは、その構造上、吸入・圧縮・排出行程での負荷トルクの変動が大きく、その動作時に振動及び騒音が発生しやすい。コンプレッサの振動及び騒音を低減するためには、負荷トルクの変動に電気トルクを追従させるトルク制御を行い、ロータリピストンや旋回スクロールを回転させるためのモータ内におけるロータの加速度を小さくする必要がある。
【０００３】
コンプレッサの負荷トルクは、モータ内におけるロータの位置に応じて変動する。このため、従来のトルク制御では、ロータの位置を検出したうえで、その位置により求められる負荷トルクを算出して、算出された負荷トルクに追従するように電気トルクを制御している。具体的には、トルク制御の方法として、以下の２つの方法が知られている。
【０００４】
１つ目の方法は、１２０°通電方式である。１２０°通電方式では、モータ内の各巻き線に対する通電を切り替え、各巻き線がロータの回転半周期１８０°のうち１２０°の期間に通電状態になり残りの６０°の期間に非通電状態になるように制御する。この非通電状態である６０°の期間に誘起電圧を検出し、誘起電圧からロータの位置を推定する。そして、予め用意しておいたロータの位置と負荷トルクとの関係のテーブルから、ロータの位置に対応する負荷トルクを求めて、その負荷トルクに追従するように電気トルクを制御する。
【０００５】
２つ目の方法は、ロータの軸誤差を推定する方式である。ロータの軸誤差を推定する方式では、モータ電流を検出して、固定座標系におけるモータ電流から回転座標系におけるＩｑ、Ｉｄ電流へ座標変換してロータの位置を推定する。そして、制御装置の内部で仮定しているロータの位置と推定したロータの位置との誤差（軸誤差）を推定し、推定した軸誤差から負荷トルクの変動を演算し、その負荷トルクに追従するように電気トルクを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８０６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１２０°通電方式とロータの軸誤差を推定する方式とは、いずれも、モータ内におけるロータの位置を推定することが前提となっている。
【０００８】
１２０°通電方式では、非通電状態の６０°の期間において、ロータの位置を推定するために誘起電圧を検出するが、各巻き線が非通電状態になり電気トルクを負荷トルクに追従させることができないため、コンプレッサの振動及び騒音を低減することが困難になる。
【０００９】
また、１２０°通電方式では、トルク制御する場合、負荷トルク波形に応じてインバータ電圧の波形を変える（負荷トルクの変動位相に応じて電圧レベルを変える）ためのテーブルを調整する場合に、多数のパラメータを考慮する必要があり、テーブルの調整に時間がかかる傾向にある。
【００１０】
ロータの軸誤差を推定する方式では、ロータの位置を推定するためにベクトル制御が使用され、固定座標系から回転座標系への座標変換、回転座標系におけるロータの位置の推定、軸誤差の推定、モータ定数の変動の対策等を行うため、計算負荷が重くなる。これにより、高性能なマイコンが必要となるので、モータの制御装置の製造コストが増大する傾向にある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できるモータの制御装置及びモータの制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータの制御装置は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、前記モータを駆動する駆動部と、前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部とを備え、前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出部は、前記検出部により検出された相電流に応じた値として電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、前記制御部は、前記抽出部により抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出部は、前記値の変化から回転数成分である第１の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数を有する第２の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記コンプレッサは、ツインロータリコンプレッサであり、前記抽出部は、前記値の変化から回転数を抽出し、前記回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数の２倍の回転数を有する第４の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記指令回転数及び前記値の少なくとも一方に応じて前記推定部により推定された負荷トルクに対するゲインを変更し、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更されたゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求め、前記トルク補償値に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する振幅補償値を求める際の第１のゲインを含み、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第１のゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値を前記トルク補償値として求め、前記振幅補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する位相補償値を求める際の第２のゲインを含み、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第２のゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値を前記トルク補償値として求め、前記位相補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかるモータの制御方法は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御方法であって、前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出し、前記検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出し、前記抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記モータの負荷トルクの変動特性を推定し、前記推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成し、前記生成された制御信号に従って、前記モータを駆動することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出では、前記検出された相電流に応じた電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、前記生成では、前記抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、前記生成では、前記推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記モータを駆動するための制御信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかるモータの制御装置及びモータの制御方法は、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施形態にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態における負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。
【図３】図３は、実施形態における負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。
【図４】図４は、実施形態におけるトルク制御の原理を示す図である。
【図５】図５は、実施形態におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【図６】図６は、実施形態にかかるモータの制御方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施形態の変形例にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【図９】図９は、実施形態の他の変形例にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態の他の変形例におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかるモータの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
実施形態にかかるモータＭの制御装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、モータＭの制御装置１００の構成を示すブロック図である。
【００２７】
制御装置１００は、例えば予め設定された指令回転数で動作するように、コンプレッサのモータＭを制御する。モータＭは、そのロータがコンプレッサのロータリピストンや旋回スクロールにシャフトで連結されており、コンプレッサのロータリピストンや旋回スクロールを回転させる。
【００２８】
制御装置１００は、駆動部６０、検出部７０、抽出部３０、推定部４０、及び制御部５０を備える。
【００２９】
駆動部６０は、例えば３相の交流電力をモータＭへ出力することにより、モータＭを駆動する。具体的には、駆動部６０は、インバータ２を有する。インバータ２は、制御信号を制御部５０から受けて、制御信号に応じて、直流電源Ｅから供給された直流電力を３相の交流電力に変換してモータＭへ出力する。
【００３０】
検出部７０は、駆動部６０によりモータＭを駆動する際にモータ巻線に流す相電流（モータ電流）を検出する。具体的には、検出部７０は、電流検出器３を有する。電流検出器３は、インバータ２から出力された相電流（例えば、３相の電流）を検出して抽出部３０へ出力する。
【００３１】
抽出部３０は、検出部７０により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する。具体的には、抽出部３０は、電力演算器１３、回転数成分演算器１４、ゼロクロス演算器１５、及び記憶装置１６を有する。
【００３２】
電力演算器１３は、検出された相電流の値を電流検出器３から受け、電圧指令を制御部５０から受ける。電力演算器１３は、検出された相電流の値と電圧指令とから電力を演算して回転数成分演算器１４へ出力する。
【００３３】
回転数成分演算器１４は、演算された電力の値を電力演算器１３から受ける。回転数成分演算器１４は、演算された電力の値の変動から、回転数成分（いわゆる基本波）を抽出する。具体的には、バンドパスフィルタ等により、回転数設定器５の回転数と同じ回転数の波（回転数成分）を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数成分である第１の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００３４】
ゼロクロス演算器１５は、電力の変動成分として抽出された波形、すなわち第１の基本波を回転数成分演算器１４から受ける。ゼロクロス演算器１５は、第１の基本波における減少方向（極性が正から負へ向かう方向）のゼロクロス点の位相を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００３５】
記憶装置１６は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【００３６】
推定部４０は、抽出部３０により抽出された電力の変動成分に基づいて、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定する。具体的には、推定部４０は、基本波発生器１７を有する。基本波発生器１７は、第１の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第２の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。基本波発生器１７は、推定された第２の基本波を制御部５０へ出力する。
【００３７】
制御部５０は、推定部４０により推定された負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行い、駆動部６０の制御信号を生成する。具体的には、制御部５０は、回転数設定器５、積分器６、位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４、変調器７、電圧調節器９、振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０、掛算器８、キャリア発生器１２、及びコンパレータ１１を有する。
【００３８】
回転数設定器５には、予め指令回転数が設定されている。回転数設定器５は、指令回転数を積分器６、位相ゲインテーブル１８、及び振幅ゲインテーブル２０へ出力する。
【００３９】
積分器６は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。積分器６は、指令回転数をモータＭの極数に応じ電気周波数に変換し、その電気周波数に応じた電気位相を発生させ加算器４へ出力する。
【００４０】
位相ゲインテーブル１８は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。位相ゲインテーブル１８は、予め実験的に取得されたテーブル１８０（図５（ａ）参照）を参照して指令回転数に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。すなわち、位相ゲインテーブル１８は、指令回転数に応じて位相ゲインを変更し掛算器１９へ出力する。
【００４１】
掛算器１９は、第２の基本波を基本波発生器１７から受け、位相ゲインを位相ゲインテーブル１８から受ける。掛算器１９は、第２の基本波に位相ゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値をトルク補償値として求める。トルク補償値は、トルク制御における補償値であって、電気トルクを負荷トルクに追従させるための補償値である。掛算器１９は、位相補償値を加算器４へ出力する。
【００４２】
加算器４は、電気位相を積分器６から受け、位相補償値を掛算器１９から受ける。加算器４は、電気位相に位相補償値を加算することにより、負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように位相変調を行う。加算器４は、加算結果、すなわち変調後の位相を変調器７へ出力する。
【００４３】
変調器７は、位相変調後の位相を加算器４から受ける。変調器７は、位相変調された電圧指令（例えば、３相の正弦波）を発生させて掛算器８へ出力する。
【００４４】
電圧調節器９は、Ｖｆ一定制御等により演算された電圧振幅を加算器１０へ出力する。あるいは、電圧調節器９は、電圧−電流位相差を一定に制御するモータ制御方式により演算された電圧振幅を加算器１０へ出力する。
【００４５】
振幅ゲインテーブル２０は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。振幅ゲインテーブル２０は、予め実験的に取得されたテーブル２００（図５（ｂ）参照）を参照して指令回転数に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。すなわち、振幅ゲインテーブル２０は、指令回転数に応じて振幅ゲインを変更し掛算器２１へ出力する。
【００４６】
掛算器２１は、第２の基本波を基本波発生器１７から受け、振幅ゲインを振幅ゲインテーブル２０から受ける。掛算器２１は、第２の基本波に振幅ゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値をトルク補償値として求める。掛算器２１は、振幅補償値を加算器１０へ出力する。
【００４７】
加算器１０は、電圧振幅を電圧調節器９から受け、振幅補償値を掛算器２１から受ける。加算器１０は、電気振幅に振幅補償値を加算することにより、負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように振幅変調を行う。加算器１０は、加算結果、すなわち変調後の振幅を掛算器８へ出力する。
【００４８】
掛算器８は、位相変調された電圧指令を変調器７から受け、変調後の振幅の加算器１０から受ける。掛算器８は、電圧指令に変調後の振幅を乗じて、振幅変調された電圧指令を生成しコンパレータ１１及び電力演算器１３へ出力する。
【００４９】
なお、制御装置１００の制御部５０は、振幅変調及び位相変調の両方を行わずにいずれか一方を行ってもよい。位相変調を行わずに振幅変調を行う場合、制御部５０は、位相変調を行うための構成（位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４）が省略された構成であってもよい。また、振幅変調を行わずに位相変調を行う場合、制御部５０は、振幅変調を行うための構成（振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０）が省略された構成であってもよい。
【００５０】
キャリア発生器１２は、ＰＷＭキャリア（例えば、三角波）を発生してコンパレータ１１へ出力する。
【００５１】
コンパレータ１１は、電圧指令を掛算器８から受け、ＰＷＭキャリアをキャリア発生器１２から受ける。コンパレータ１１は、電圧指令とＰＷＭキャリアとのコンパレート演算を行い、演算結果を、インバータ２を駆動するための制御信号としてインバータ２へ出力する。
【００５２】
次に、抽出部３０及び推定部４０の動作原理について図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３は、周期的に変動する負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。図２では、負荷トルクの変動特性、ロータの回転速度の変動成分、軸の位相（ロータの回転位置）の変動成分、インバータ出力の電力の変動成分が、それぞれ、実線、一点鎖線、二点差線、破線で示されている。
【００５３】
コンプレッサの振動は、ロータ加速度（ロータの回転速度の変動）により生じる。負荷トルクをＴＬ、電気トルクをＴＥ、ロータの回転速度をω（ロータ加速度はｄω／ｄｔ）、慣性モーメントをＪとしたとき、
ＴＥ−ＴＬ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（１）
となる。ＴＥ＝ＴＬの場合、ロータの回転速度ωは、一定（ロータ加速度はゼロ）となり、振動は発生しない。負荷トルクＴＬは吸入・圧縮・排出行程で周期的に変動する。この変動を、回転数ω０の正弦波として仮定するとき、Ｋｓｉｎω０ｔを負荷トルクの変動成分、ＴＬ０を負荷トルクの平均値として、
ＴＬ＝ＴＬ０＋Ｋｓｉｎω０ｔ・・・（２）
と表すことができる。ここで、電気トルクＴＥは負荷トルクＴＬの変動に応じて従属的に発生されるものである。すなわち、負荷トルクＴＬが大きいときは電気トルクＴＥを大きくし、負荷トルクＴＬが小さいときは電気トルクＴＥも小さくする。このように電気トルクＴＥを制御することで、コンプレッサの振動は低減される。
【００５４】
すなわち、電気トルクＴＥを負荷トルクＴＬと同位相で変動させると、
ＴＥ＝ＴＥ０＋ＴＥ’＝ＴＥ０＋Ｋ’ｓｉｎω０ｔ
とすると、上記（１）式は
（ＴＥ０＋Ｋ’ｓｉｎω０ｔ）−（ＴＬ０＋Ｋｓｉｎω０ｔ）
＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（３）
となる。変動分のみを考慮してＴＥ０＝ＴＬ０＝０とすると、
Ｋ’ｓｉｎω０ｔ−Ｋｓｉｎω０ｔ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（４）
（Ｋ’−Ｋ）ｓｉｎω０ｔ ＝Ｊｄω／ｄｔ
Ｋ”ｓｉｎω０ｔ ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（５）
となる。（５）式の微分方程式を解くと
ω＝（Ｋ”／Ｊ）ｃｏｓω０ｔ ＋ ｃ・・・（６）（ｃは、積分定数）
となる。数式（６）、（２）に示されるように、ロータの回転速度ωの変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｃｏｓω０ｔは、負荷トルクＴＬの変動成分Ｋｓｉｎω０ｔに対して９０°位相進みとなる。すなわち、ロータの回転速度ωの変動成分を示す図２の一点鎖線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して９０°位相が進んだものとなっている。
【００５５】
軸の位相（ロータの回転位置）をθとすると、ｄθ／ｄｔ＝ωとなるから、この式を数式（６）のωへ代入して積分すると以下の（７）式が得られる。
θ＝（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔ ＋ｃｔ＋ｃ’・・・（７）（ｃ′は、積分定数）
数式（７）、（２）に示されるように、軸の位相変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔは、負荷トルクＴＬの変動成分Ｋｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔと同位相となっている。すなわち、軸の位相変動成分を示す図２の二点差線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して同位相となっている。
【００５６】
負荷トルクＴＬの変動成分は、軸の位相変動成分と同位相になるので、軸の位相変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔが電気的に測定できれば、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定することができる。そして、得られた負荷トルクＴＬの変動成分の位相と同位相で電気トルクＴＥを変動させれば、ロータ加速度を小さくすることができる。
【００５７】
そこで、インバータ電圧Ｖを一定に制御（すなわち、モータＭへ印加される３相の交流電圧の振幅と回転数とを一定に制御）した場合に、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定するために、軸の位相変動成分の位相ω０ｔを電気的に測定する方法について述べる。
【００５８】
誘起電圧ＥＭＦは、ロータが回転することで発生する。従って、軸の位相θに位相変動成分が発生すると、誘起電圧ＥＭＦの位相も同じ位相変動成分を発生する。誘起電圧ＥＭＦに位相変動成分が発生した時のインバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとをベクトル図に描くと図３のようになる。すなわち、誘起電圧ＥＭＦは軸の位相変動成分とともに変化し、ω０ｔ＝０、ω０ｔ＝９０°、ω０ｔ＝１８０°、ω０ｔ＝２７０°のときのベクトル図は、それぞれ、図３（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）のように変化する。
【００５９】
図３（ｂ）は、ω０ｔ＝０、ω０ｔ＝１８０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分が０となっている場合を示している。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの電圧差（差電圧ΔＶ）のインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨ、平行成分ＶＰによりモータ電流ＩＭが流れる。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、電圧に対して電流は位相が９０°遅れるので、垂直成分の電圧差ＶＨに対して、平行成分の電流ＩＨが流れ、平行成分の電圧差ＶＰに対し、垂直方向の電流ＩＰが流れる。このときの電流を基準電流とする。
【００６０】
図３（ａ）は、ω０ｔ＝９０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分は正となり、位相変動成分が０の場合（図３（ｂ）参照）と比べて進み位相となる。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧ΔＶは小さくなり、その差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨは小さくなる。平行成分ＶＰの変化は少ないので無視する。そうすると、モータ電流ＩＭの変化は、差電圧ΔＶの垂直成分ＶＨにより発生する。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、電圧に対して電流は位相が９０°遅れるので、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが小さくなることになる。
【００６１】
図３（ｃ）は、ω０ｔ＝２７０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分は負となり、位相変動成分が０の場合（図３（ｂ）参照）と比べて遅れ位相となる。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧ΔＶは大きくなり、その差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨは大きくなる。平行成分ＶＰの変化は少ないので無視する。そうすると、モータ電流ＩＭの変化は、差電圧ΔＶの垂直成分ＶＨにより発生する。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが大きくなることになる。
【００６２】
このように、誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分の位相ω０ｔがω０ｔ＝０、ω０ｔ＝９０°、ω０ｔ＝１８０°、ω０ｔ＝２７０°と変化したとき、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが、ω０ｔ＝０で基準電流となり、ω０ｔ＝９０°で基準電流より小さい電流となり、ω０ｔ＝１８０°で基準電流となり、ω０ｔ＝２７０°で基準電流より大きい電流となる。このモータ電流ＩＭの変動は、負荷トルクＴＬの変動成分が正弦波とすると、その正弦波に対して位相が１８０°ずれた正弦波となり逆相になる。すなわち、インバータ電圧Ｖを一定に制御した場合におけるモータ電流ＩＭの変動成分を示す図２の破線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して１８０°位相がずれた逆相となっている。
【００６３】
従って、軸の位相変動成分の位相ω０ｔ、すなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔは、インバータ電圧Ｖに対するモータ電流ＩＭの平行成分ＩＨの電流変動を検出することで検出することができる。すなわち、インバータ電圧Ｖに対するモータ電流ＩＭの平行成分ＩＨの電流変動を検出し、電流変動に対応した電力（有効電力）の変動の逆相の波形を求めることで、軸の位相変動成分の位相ω０ｔ、すなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定できる。
【００６４】
なお、本実施形態では、差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する平行成分ＶＰの変化が無視できるため、インバータ出力の電力をＶＲ・ＩＲ＋ＶＳ・ＩＳ＋ＶＴ・ＩＴとして求めている。ＶＲはＲ相の相電圧、ＩＲはＲ相の相電流、ＶＳはＳ相の相電圧、ＩＳはＳ相の相電流、ＶＴはＴ相の相電圧、ＩＴはＴ相の相電流である。
【００６５】
モータＭは、同期モータであれば、一度運転した後に電気位相（インバータ電圧Ｖの位相）と機械位相（軸の位相）とが変化しない。軸の位相変動成分の位相は、上記の電流変動又は電力変動の逆位相であるので、波形の減少方向のゼロクロス点の電気位相を記憶し、この位相を０にして正弦波を生成することによって、軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相の正弦波を生成することができる。負荷トルクＴＬの変動の位相と軸の位相変動成分の位相とは、同位相であるので、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定することができる。
【００６６】
なお、負荷トルクＴＬの変動成分の振幅はコンプレッサの構造により決まるため、事前に実験的に求めておけばよい。
次に、制御部５０におけるトルク制御の原理について図４及び図５を用いて説明する。図４（ａ）は、インバータ電圧Ｖの振幅を変化させる振幅変調を行った場合のベクトル図である。図５（ｂ）は、振幅変調を行うためのテーブル２００のデータ構造を示す図である。図４（ｂ）は、インバータ電圧Ｖの位相を変化させる位相変調を行った場合のベクトル図である。図５（ａ）は、位相変調を行うためのテーブル１８０のデータ構造を示す図である。
【００６７】
モータＭ内におけるロータの速度変動は、数式（１）より、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差を小さくすることにより少なくすることができる。この電気トルクＴＥにロータの回転速度ωをかけたω・ＴＥは、ロータの回転エネルギーに相当し、この回転エネルギーは電力としてモータに供給される。ここで、ロータの回転速度ωの変動（ロータ加速度ｄω／ｄｔ）が十分少なければ、モータに供給される電力の変動は、電気トルクＴＥの変動に相当することとなる。
【００６８】
すなわち、負荷トルク変動成分の位相ω０ｔと同位相で電力を変動させることにより、電気トルクＴＥを負荷トルクＴＬと同位相で変動させることができる。従って、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなり、ロータの回転速度ωの変動を少なくすることができる。
【００６９】
例えば、図４（ａ）に示すように、インバータ電圧Ｖの振幅をＶからＶ’へ増加させる場合、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧（ΔＶ→ΔＶ’）は、垂直成分が不変（ＶＨ≒ＶＨ’）で、平行成分が増加する（ＶＰ＜ＶＰ’）。モータ電流ＩＭは、垂直成分が増加し（ＩＰ＜ＩＰ’）、平行成分が不変となる（ＩＨ≒ＩＨ’）。電力の変化は、電圧の平行成分ＶＰと電流の平行成分ＩＨとにより生成される。すなわち、
電力の変化＝電圧の平行成分（増加）×電流の平行成分（不変）
となり、電力を変化させることができる。
【００７０】
従って、電圧振幅を、上記のように推定した軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように変化させることによって、トルク制御が実現できる。なお、軸の位相変動成分の位相ω０ｔすなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインは、コンプレッサの構造により決まるため、図５（ｂ）に示すように、事前に実験的に求めておけばよい。
【００７１】
図５（ｂ）に示すテーブル２００は、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００は、回転数欄２０１及び振幅ゲイン欄２０２を含む。回転数欄２０１には、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ２、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２には、指令回転数に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１、ＡＧ２、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００を参照することにより、指令回転数に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【００７２】
例えば、図４（ｂ）に示すように、インバータ電圧Ｖの位相をＶからＶ’へ進めた場合、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧（ΔＶ→ΔＶ’）は、垂直成分が増加し（ＶＨ＜ＶＨ’）、平行成分が不変である（ＶＰ≒ＶＰ’）。モータ電流ＩＭは、垂直成分が不変（ＩＰ≒ＩＰ’）で、平行成分が増加する（ＩＨ＜ＩＨ’）。電力の変化は、電圧の平行成分ＶＰと電流の平行成分ＩＨとにより生成される。すなわち、
電力の変化＝電圧の平行成分（不変）×電流の平行成分（増加）
となり、電力を変化させることができる。
【００７３】
従って、電圧位相を、上記のように推定した軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相になるように変化させることによっても、トルク制御が実現できる。なお、軸の位相変動成分の位相ω０ｔすなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように電圧位相を変化させるための位相ゲインは、コンプレッサの構造により決まるため、図５（ａ）に示すように、事前に実験的に求めておけばよい。
【００７４】
図５（ａ）に示すテーブル１８０は、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０は、回転数欄１８１及び位相ゲイン欄１８２を含む。回転数欄１８１には、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ２、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２には、指令回転数に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１、ＰＨＧ２、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０を参照することにより、指令回転数に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【００７５】
次に、モータＭの制御の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、モータＭの制御方法を示すフローチャートである。
【００７６】
ステップＳ１では、検出部７０が、駆動部６０によりモータＭを駆動する際にモータ巻線に流す相電流（モータ電流）を検出する。具体的には、検出部７０は、電流検出器３を有する。電流検出器３は、インバータ２から出力された相電流（例えば、３相の電流）を検出して抽出部３０へ出力する。
【００７７】
ステップＳ２では、抽出部３０が、検出部７０により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する。
【００７８】
具体的には、電力演算器１３は、検出された相電流の値を電流検出器３から受け、電圧指令を制御部５０から受ける。電力演算器１３は、検出された相電流の値と電圧指令とから電力を演算して回転数成分演算器１４へ出力する。
【００７９】
回転数成分演算器１４は、演算された電力の値を電力演算器１３から受ける。回転数成分演算器１４は、演算された電力の値の変動から、回転数成分を抽出する。具体的には、バンドパスフィルタ等により、回転数設定器５の回転数と同じ回転数の波（回転数成分）を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数を有する第１の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００８０】
ゼロクロス演算器１５は、電力の変動成分として抽出された波形、すなわち第１の基本波を回転数成分演算器１４から受ける。ゼロクロス演算器１５は、第１の基本波における減少方向（極性が正から負へ向かう方向）のゼロクロス点の位相を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００８１】
記憶装置１６は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【００８２】
ステップＳ３では、推定部４０が、抽出部３０により抽出された電力の変動成分に基づいて、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定する。具体的には、推定部４０は、基本波発生器１７を有する。基本波発生器１７は、第１の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第２の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。基本波発生器１７は、推定された第２の基本波を制御部５０へ出力する。
【００８３】
ステップＳ４では、制御部５０が、推定部４０により推定された負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行い、駆動部６０の制御信号を生成する。
【００８４】
ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、制御装置１００の起動後に１回行われてもよいし、制御装置１００の起動後に定期的に繰り返し行われてもよい。ステップＳ３及びステップＳ４の処理を繰り返し行うことにより、電気トルクがモータＭの負荷トルクＴＬに追従するように電気トルクを制御する。
【００８５】
以上のように、実施形態によれば、負荷トルクＴＬの変動特性の位相ω０ｔをモータ電流に応じた電力により直接推定し、推定した負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行う。これにより、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できる。
【００８６】
この結果、１２０°通電方式に比べて、ロータの位置を推定するためにモータＭが非通電状態になる期間を設ける必要がないため、電気トルクを負荷トルクに追従させることが容易であるので、コンプレッサの振動及び騒音を低減することが容易である。
【００８７】
また、ロータの軸誤差を推定する方式に比べて、ロータの位置を推定するための座標変換、回転座標系におけるロータの位置の推定、軸誤差の推定などの複雑な計算が不要となるため、演算量を大幅に省略することができ、マイコンの負荷を大幅に減らすことができる。
【００８８】
さらに、モータの内部定数を使用しなくても済むため、運転中のパラメータの変化にもロバストなトルク制御を実現することができる。
【００８９】
また、実施形態によれば、電力の変化から回転数を抽出し、その回転数を有する第１の基本波を電力の変動成分として求め、第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定した後、そのゼロクロス点を始点とし第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波を、モータの負荷トルクの変動特性として推定する。これにより、複雑な計算を行わずにモータの負荷トルクの変動特性を推定することができる。
【００９０】
また、実施形態によれば、指令回転数に応じてゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後のゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求めてトルク制御を行う。これにより、動的に変化する動作条件に対しても対応しながらトルク制御を行うことができる。
【００９１】
例えば、予め実験的に取得されたテーブルを参照し、指令回転数に応じて振幅ゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後の振幅ゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値をトルク補償値として求めてトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御を行うことができる。
【００９２】
また、振幅ゲインを変更するための予め実験的に取得されたテーブルは、正弦波に対するゲインのテーブルであるため、１２０°通電方式に比べて少ないパラメータを考慮すれば十分であり、テーブルの調整にかかる時間を低減できる。
【００９３】
あるいは、例えば、予め実験的に取得されたテーブルを参照し、指令回転数に応じて位相ゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後の位相ゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値をトルク補償値として求めてトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御を行うことができる。
【００９４】
また、位相ゲインを変更するための予め実験的に取得されたテーブルは、正弦波に対するゲインのテーブルであるため、１２０°通電方式に比べて少ないパラメータを考慮すれば十分であり、テーブルの調整にかかる時間を低減できる。
【００９５】
あるいは、例えば、上記の振幅補償値と位相補償値との両方をそれぞれ求めて両者を用いたトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御の精度を向上することができる。
【００９６】
なお、モータＭは、ツインロータリコンプレッサのモータであっても良い。この場合、モータＭは、そのロータがツインロータリコンプレッサの２つのロータリピストンにシャフトで連結されている。ツインロータリコンプレッサでは、２つのロータリピストンがシャフトに対して異なる方向に偏心しており、モータＭのロータの１回点に対して吸入・圧縮・排出を含むサイクルが２回行われる。
【００９７】
これに応じて、抽出部３０の回転数成分演算器１４は、電力演算器１３により演算された電力の値から、回転数成分を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００９８】
ゼロクロス演算器１５は、第３の基本波を回転数成分演算器１４から受け、第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００９９】
記憶装置１６は、第３の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【０１００】
推定部４０の基本波発生器１７は、第３の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第４の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第３の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第３の基本波と同じ回転数を有する第４の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。
【０１０１】
これにより、ツインロータリコンプレッサのような、ロータの１回転中に２回トルク変動がある場合にも、トルク制御を行うことができる。
【０１０２】
あるいは、制御装置１００は、電力演算器１３が省略された構成であってもよい。すなわち、電圧指令による電圧の値がほぼ一定に安定した状態であれば、回転数成分演算器１４は、電流検出器３により検出された相電流の値の変動波形から、回転数成分を抽出してもよい。この場合、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定するための処理をさらに簡略化することができる。
【０１０３】
あるいは、制御装置１００の制御部５０は、電圧振幅変調、電圧位相変調のいずれか一方を用いてトルク制御を行ってもよい。電圧振幅変調を用いてトルク制御を行う場合、制御部５０は、電圧位相変調を行うための構成（位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４）が省略された構成であってもよい。また、電圧位相変調を用いてトルク制御を行う場合、制御部５０は、電圧振幅変調を行うための構成（振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０）が省略された構成であってもよい。
【０１０４】
あるいは、制御装置１００ｉの制御部５０ｉは、指令回転数に応じてトルク制御のゲインを変更する代わりに、負荷トルクＴＬに対応した値として演算された電力（又は検出された相電流）に応じてトルク制御のゲインを変更してもよい。具体的には、制御部５０ｉは、図７に示すように、位相ゲインテーブル１８ｉ及び振幅ゲインテーブル２０ｉを有する。
【０１０５】
位相ゲインテーブル１８ｉは、例えば電力を電力演算器１３から受ける。位相ゲインテーブル１８ｉは、予め実験的に取得されたテーブル１８０ｉ（図８（ａ）参照）を参照して電力に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。図８（ａ）に示すテーブル１８０ｉは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０ｉは、電力欄１８３ｉ及び位相ゲイン欄１８２ｉを含む。電力欄１８３ｉには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２ｉには、電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１’、ＰＨＧ２’、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０ｉを参照することにより、電力に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【０１０６】
振幅ゲインテーブル２０ｉは、例えば電力を電力演算器１３から受ける。振幅ゲインテーブル２０ｉは、予め実験的に取得されたテーブル２００ｉ（図８（ｂ）参照）を参照して電力に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。図８（ｂ）に示すテーブル２００ｉは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００ｉは、電力欄２０３ｉ及び振幅ゲイン欄２０２ｉを含む。電力欄２０３ｉには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２ｉには、電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１’、ＡＧ２’、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００ｉを参照することにより、電力に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【０１０７】
あるいは、制御装置１００ｊの制御部５０ｊは、指令回転数と電力（又は相電流）との両方に応じてトルク制御のゲインを変更してもよい。具体的には、制御部５０ｊは、図９に示すように、位相ゲインテーブル１８ｊ及び振幅ゲインテーブル２０ｊを有する。
【０１０８】
位相ゲインテーブル１８ｊは、指令回転数を回転数設定器５から受け、例えば電力を電力演算器１３から受ける。位相ゲインテーブル１８ｊは、予め実験的に取得されたテーブル１８０ｊ（図１０（ａ）参照）を参照して指令回転数及び電力の両方に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。図１０（ａ）に示すテーブル１８０ｊは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０ｊは、回転数欄１８１ｊ、電力欄１８３ｊ及び位相ゲイン欄１８２ｊを含む。回転数欄１８１ｊには、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ１、・・・、Ｎ２、・・・が記録されている。電力欄１８３ｊには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・、ＰＷ１、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２ｊには、指令回転数及び電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１１、ＰＨＧ１２、・・・、ＰＨＧ２１、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０ｊを参照することにより、指令回転数及び電力の両方に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【０１０９】
振幅ゲインテーブル２０ｊは、指令回転数を回転数設定器５から受け、例えば電力を電力演算器１３から受ける。振幅ゲインテーブル２０ｊは、予め実験的に取得されたテーブル２００ｊ（図１０（ｂ）参照）を参照して指令回転数及び電力の両方に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。図１０（ｂ）に示すテーブル２００ｊは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００ｊは、回転数欄２０１ｊ、電力欄２０３ｊ及び振幅ゲイン欄２０２ｊを含む。回転数欄２０１ｊには、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ１、・・・、Ｎ２、・・・が記録されている。電力欄２０３ｊには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・、ＰＷ１、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２ｊには、指令回転数及び電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１１、ＡＧ１２、・・・、ＡＧ２１、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００ｉを参照することにより、指令回転数及び電力の両方に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、本発明にかかるモータの制御装置は、コンプレッサのモータを制御することに有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００、１００ｉ、１００ｊ 制御装置
３０ 抽出部
４０ 推定部
５０、５０ｉ、５０ｊ 制御部
６０ 駆動部
７０ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御装置、及びモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサの圧縮機構には、シングルロータリ、ツインロータリ、スクロールなどの方式がある。これらコンプレッサは、その構造上、吸入・圧縮・排出行程での負荷トルクの変動が大きく、その動作時に振動及び騒音が発生しやすい。コンプレッサの振動及び騒音を低減するためには、負荷トルクの変動に電気トルクを追従させるトルク制御を行い、ロータリピストンや旋回スクロールを回転させるためのモータ内におけるロータの加速度を小さくする必要がある。
【０００３】
コンプレッサの負荷トルクは、モータ内におけるロータの位置に応じて変動する。このため、従来のトルク制御では、ロータの位置を検出したうえで、その位置により求められる負荷トルクを算出して、算出された負荷トルクに追従するように電気トルクを制御している。具体的には、トルク制御の方法として、以下の２つの方法が知られている。
【０００４】
１つ目の方法は、１２０°通電方式である。１２０°通電方式では、モータ内の各巻き線に対する通電を切り替え、各巻き線がロータの回転半周期１８０°のうち１２０°の期間に通電状態になり残りの６０°の期間に非通電状態になるように制御する。この非通電状態である６０°の期間に誘起電圧を検出し、誘起電圧からロータの位置を推定する。そして、予め用意しておいたロータの位置と負荷トルクとの関係のテーブルから、ロータの位置に対応する負荷トルクを求めて、その負荷トルクに追従するように電気トルクを制御する。
【０００５】
２つ目の方法は、ロータの軸誤差を推定する方式である。ロータの軸誤差を推定する方式では、モータ電流を検出して、固定座標系におけるモータ電流から回転座標系におけるＩｑ、Ｉｄ電流へ座標変換してロータの位置を推定する。そして、制御装置の内部で仮定しているロータの位置と推定したロータの位置との誤差（軸誤差）を推定し、推定した軸誤差から負荷トルクの変動を演算し、その負荷トルクに追従するように電気トルクを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８０６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１２０°通電方式とロータの軸誤差を推定する方式とは、いずれも、モータ内におけるロータの位置を推定することが前提となっている。
【０００８】
１２０°通電方式では、非通電状態の６０°の期間において、ロータの位置を推定するために誘起電圧を検出するが、各巻き線が非通電状態になり電気トルクを負荷トルクに追従させることができないため、コンプレッサの振動及び騒音を低減することが困難になる。
【０００９】
また、１２０°通電方式では、トルク制御する場合、負荷トルク波形に応じてインバータ電圧の波形を変える（負荷トルクの変動位相に応じて電圧レベルを変える）ためのテーブルを調整する場合に、多数のパラメータを考慮する必要があり、テーブルの調整に時間がかかる傾向にある。
【００１０】
ロータの軸誤差を推定する方式では、ロータの位置を推定するためにベクトル制御が使用され、固定座標系から回転座標系への座標変換、回転座標系におけるロータの位置の推定、軸誤差の推定、モータ定数の変動の対策等を行うため、計算負荷が重くなる。これにより、高性能なマイコンが必要となるので、モータの制御装置の製造コストが増大する傾向にある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できるモータの制御装置及びモータの制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータの制御装置は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、前記モータを駆動する駆動部と、前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部とを備え、前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出部は、前記検出部により検出された相電流に応じた値として電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、前記制御部は、前記抽出部により抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出部は、前記値の変化から回転数成分である第１の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数を有する第２の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記コンプレッサは、ツインロータリコンプレッサであり、前記抽出部は、前記値の変化から回転数を抽出し、前記回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数の２倍の回転数を有する第４の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記指令回転数及び前記値の少なくとも一方に応じて前記推定部により推定された負荷トルクに対するゲインを変更し、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更されたゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求め、前記トルク補償値に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する振幅補償値を求める際の第１のゲインを含み、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第１のゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値を前記トルク補償値として求め、前記振幅補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する位相補償値を求める際の第２のゲインを含み、前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第２のゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値を前記トルク補償値として求め、前記位相補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかるモータの制御方法は、周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御方法であって、前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出し、前記検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出し、前記抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記モータの負荷トルクの変動特性を推定し、前記推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成し、前記生成された制御信号に従って、前記モータを駆動することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、上記の発明において、前記抽出では、前記検出された相電流に応じた電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、前記生成では、前記抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかるモータの制御装置は、前記生成では、前記推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記モータを駆動するための制御信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかるモータの制御装置及びモータの制御方法は、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施形態にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態における負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。
【図３】図３は、実施形態における負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。
【図４】図４は、実施形態におけるトルク制御の原理を示す図である。
【図５】図５は、実施形態におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【図６】図６は、実施形態にかかるモータの制御方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施形態の変形例にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【図９】図９は、実施形態の他の変形例にかかるモータの制御装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態の他の変形例におけるゲインテーブルの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかるモータの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
実施形態にかかるモータＭの制御装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、モータＭの制御装置１００の構成を示すブロック図である。
【００２７】
制御装置１００は、例えば予め設定された指令回転数で動作するように、コンプレッサのモータＭを制御する。モータＭは、そのロータがコンプレッサのロータリピストンや旋回スクロールにシャフトで連結されており、コンプレッサのロータリピストンや旋回スクロールを回転させる。
【００２８】
制御装置１００は、駆動部６０、検出部７０、抽出部３０、推定部４０、及び制御部５０を備える。
【００２９】
駆動部６０は、例えば３相の交流電力をモータＭへ出力することにより、モータＭを駆動する。具体的には、駆動部６０は、インバータ２を有する。インバータ２は、制御信号を制御部５０から受けて、制御信号に応じて、直流電源Ｅから供給された直流電力を３相の交流電力に変換してモータＭへ出力する。
【００３０】
検出部７０は、駆動部６０によりモータＭを駆動する際にモータ巻線に流す相電流（モータ電流）を検出する。具体的には、検出部７０は、電流検出器３を有する。電流検出器３は、インバータ２から出力された相電流（例えば、３相の電流）を検出して抽出部３０へ出力する。
【００３１】
抽出部３０は、検出部７０により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する。具体的には、抽出部３０は、電力演算器１３、回転数成分演算器１４、ゼロクロス演算器１５、及び記憶装置１６を有する。
【００３２】
電力演算器１３は、検出された相電流の値を電流検出器３から受け、電圧指令を制御部５０から受ける。電力演算器１３は、検出された相電流の値と電圧指令とから電力を演算して回転数成分演算器１４へ出力する。
【００３３】
回転数成分演算器１４は、演算された電力の値を電力演算器１３から受ける。回転数成分演算器１４は、演算された電力の値の変動から、回転数成分（いわゆる基本波）を抽出する。具体的には、バンドパスフィルタ等により、回転数設定器５の回転数と同じ回転数の波（回転数成分）を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数成分である第１の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００３４】
ゼロクロス演算器１５は、電力の変動成分として抽出された波形、すなわち第１の基本波を回転数成分演算器１４から受ける。ゼロクロス演算器１５は、第１の基本波における減少方向（極性が正から負へ向かう方向）のゼロクロス点の位相を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００３５】
記憶装置１６は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【００３６】
推定部４０は、抽出部３０により抽出された電力の変動成分に基づいて、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定する。具体的には、推定部４０は、基本波発生器１７を有する。基本波発生器１７は、第１の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第２の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。基本波発生器１７は、推定された第２の基本波を制御部５０へ出力する。
【００３７】
制御部５０は、推定部４０により推定された負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行い、駆動部６０の制御信号を生成する。具体的には、制御部５０は、回転数設定器５、積分器６、位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４、変調器７、電圧調節器９、振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０、掛算器８、キャリア発生器１２、及びコンパレータ１１を有する。
【００３８】
回転数設定器５には、予め指令回転数が設定されている。回転数設定器５は、指令回転数を積分器６、位相ゲインテーブル１８、及び振幅ゲインテーブル２０へ出力する。
【００３９】
積分器６は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。積分器６は、指令回転数をモータＭの極数に応じ電気周波数に変換し、その電気周波数に応じた電気位相を発生させ加算器４へ出力する。
【００４０】
位相ゲインテーブル１８は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。位相ゲインテーブル１８は、予め実験的に取得されたテーブル１８０（図５（ａ）参照）を参照して指令回転数に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。すなわち、位相ゲインテーブル１８は、指令回転数に応じて位相ゲインを変更し掛算器１９へ出力する。
【００４１】
掛算器１９は、第２の基本波を基本波発生器１７から受け、位相ゲインを位相ゲインテーブル１８から受ける。掛算器１９は、第２の基本波に位相ゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値をトルク補償値として求める。トルク補償値は、トルク制御における補償値であって、電気トルクを負荷トルクに追従させるための補償値である。掛算器１９は、位相補償値を加算器４へ出力する。
【００４２】
加算器４は、電気位相を積分器６から受け、位相補償値を掛算器１９から受ける。加算器４は、電気位相に位相補償値を加算することにより、負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように位相変調を行う。加算器４は、加算結果、すなわち変調後の位相を変調器７へ出力する。
【００４３】
変調器７は、位相変調後の位相を加算器４から受ける。変調器７は、位相変調された電圧指令（例えば、３相の正弦波）を発生させて掛算器８へ出力する。
【００４４】
電圧調節器９は、Ｖｆ一定制御等により演算された電圧振幅を加算器１０へ出力する。あるいは、電圧調節器９は、電圧−電流位相差を一定に制御するモータ制御方式により演算された電圧振幅を加算器１０へ出力する。
【００４５】
振幅ゲインテーブル２０は、指令回転数を回転数設定器５から受ける。振幅ゲインテーブル２０は、予め実験的に取得されたテーブル２００（図５（ｂ）参照）を参照して指令回転数に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。すなわち、振幅ゲインテーブル２０は、指令回転数に応じて振幅ゲインを変更し掛算器２１へ出力する。
【００４６】
掛算器２１は、第２の基本波を基本波発生器１７から受け、振幅ゲインを振幅ゲインテーブル２０から受ける。掛算器２１は、第２の基本波に振幅ゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値をトルク補償値として求める。掛算器２１は、振幅補償値を加算器１０へ出力する。
【００４７】
加算器１０は、電圧振幅を電圧調節器９から受け、振幅補償値を掛算器２１から受ける。加算器１０は、電気振幅に振幅補償値を加算することにより、負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように振幅変調を行う。加算器１０は、加算結果、すなわち変調後の振幅を掛算器８へ出力する。
【００４８】
掛算器８は、位相変調された電圧指令を変調器７から受け、変調後の振幅の加算器１０から受ける。掛算器８は、電圧指令に変調後の振幅を乗じて、振幅変調された電圧指令を生成しコンパレータ１１及び電力演算器１３へ出力する。
【００４９】
なお、制御装置１００の制御部５０は、振幅変調及び位相変調の両方を行わずにいずれか一方を行ってもよい。位相変調を行わずに振幅変調を行う場合、制御部５０は、位相変調を行うための構成（位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４）が省略された構成であってもよい。また、振幅変調を行わずに位相変調を行う場合、制御部５０は、振幅変調を行うための構成（振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０）が省略された構成であってもよい。
【００５０】
キャリア発生器１２は、ＰＷＭキャリア（例えば、三角波）を発生してコンパレータ１１へ出力する。
【００５１】
コンパレータ１１は、電圧指令を掛算器８から受け、ＰＷＭキャリアをキャリア発生器１２から受ける。コンパレータ１１は、電圧指令とＰＷＭキャリアとのコンパレート演算を行い、演算結果を、インバータ２を駆動するための制御信号としてインバータ２へ出力する。
【００５２】
次に、抽出部３０及び推定部４０の動作原理について図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３は、周期的に変動する負荷トルクの変動特性を推定する原理を示す図である。図２では、負荷トルクの変動特性、ロータの回転速度の変動成分、軸の位相（ロータの回転位置）の変動成分、インバータ出力の電力の変動成分が、それぞれ、実線、一点鎖線、二点差線、破線で示されている。
【００５３】
コンプレッサの振動は、ロータ加速度（ロータの回転速度の変動）により生じる。負荷トルクをＴＬ、電気トルクをＴＥ、ロータの回転速度をω（ロータ加速度はｄω／ｄｔ）、慣性モーメントをＪとしたとき、
ＴＥ−ＴＬ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（１）
となる。ＴＥ＝ＴＬの場合、ロータの回転速度ωは、一定（ロータ加速度はゼロ）となり、振動は発生しない。負荷トルクＴＬは吸入・圧縮・排出行程で周期的に変動する。この変動を、回転数ω０の正弦波として仮定するとき、Ｋｓｉｎω０ｔを負荷トルクの変動成分、ＴＬ０を負荷トルクの平均値として、
ＴＬ＝ＴＬ０＋Ｋｓｉｎω０ｔ・・・（２）
と表すことができる。ここで、電気トルクＴＥは負荷トルクＴＬの変動に応じて従属的に発生されるものである。すなわち、負荷トルクＴＬが大きいときは電気トルクＴＥを大きくし、負荷トルクＴＬが小さいときは電気トルクＴＥも小さくする。このように電気トルクＴＥを制御することで、コンプレッサの振動は低減される。
【００５４】
すなわち、電気トルクＴＥを負荷トルクＴＬと同位相で変動させると、
ＴＥ＝ＴＥ０＋ＴＥ’＝ＴＥ０＋Ｋ’ｓｉｎω０ｔ
とすると、上記（１）式は
（ＴＥ０＋Ｋ’ｓｉｎω０ｔ）−（ＴＬ０＋Ｋｓｉｎω０ｔ）
＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（３）
となる。変動分のみを考慮してＴＥ０＝ＴＬ０＝０とすると、
Ｋ’ｓｉｎω０ｔ−Ｋｓｉｎω０ｔ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（４）
（Ｋ’−Ｋ）ｓｉｎω０ｔ ＝Ｊｄω／ｄｔ
Ｋ”ｓｉｎω０ｔ ＝Ｊｄω／ｄｔ・・・（５）
となる。（５）式の微分方程式を解くと
ω＝（Ｋ”／Ｊ）ｃｏｓω０ｔ ＋ ｃ・・・（６）（ｃは、積分定数）
となる。数式（６）、（２）に示されるように、ロータの回転速度ωの変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｃｏｓω０ｔは、負荷トルクＴＬの変動成分Ｋｓｉｎω０ｔに対して９０°位相進みとなる。すなわち、ロータの回転速度ωの変動成分を示す図２の一点鎖線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して９０°位相が進んだものとなっている。
【００５５】
軸の位相（ロータの回転位置）をθとすると、ｄθ／ｄｔ＝ωとなるから、この式を数式（６）のωへ代入して積分すると以下の（７）式が得られる。
θ＝（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔ ＋ｃｔ＋ｃ’・・・（７）（ｃ′は、積分定数）
数式（７）、（２）に示されるように、軸の位相変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔは、負荷トルクＴＬの変動成分Ｋｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔと同位相となっている。すなわち、軸の位相変動成分を示す図２の二点差線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して同位相となっている。
【００５６】
負荷トルクＴＬの変動成分は、軸の位相変動成分と同位相になるので、軸の位相変動成分（Ｋ”／Ｊ）ｓｉｎω０ｔの位相ω０ｔが電気的に測定できれば、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定することができる。そして、得られた負荷トルクＴＬの変動成分の位相と同位相で電気トルクＴＥを変動させれば、ロータ加速度を小さくすることができる。
【００５７】
そこで、インバータ電圧Ｖを一定に制御（すなわち、モータＭへ印加される３相の交流電圧の振幅と回転数とを一定に制御）した場合に、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定するために、軸の位相変動成分の位相ω０ｔを電気的に測定する方法について述べる。
【００５８】
誘起電圧ＥＭＦは、ロータが回転することで発生する。従って、軸の位相θに位相変動成分が発生すると、誘起電圧ＥＭＦの位相も同じ位相変動成分を発生する。誘起電圧ＥＭＦに位相変動成分が発生した時のインバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとをベクトル図に描くと図３のようになる。すなわち、誘起電圧ＥＭＦは軸の位相変動成分とともに変化し、ω０ｔ＝０、ω０ｔ＝９０°、ω０ｔ＝１８０°、ω０ｔ＝２７０°のときのベクトル図は、それぞれ、図３（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）のように変化する。
【００５９】
図３（ｂ）は、ω０ｔ＝０、ω０ｔ＝１８０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分が０となっている場合を示している。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの電圧差（差電圧ΔＶ）のインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨ、平行成分ＶＰによりモータ電流ＩＭが流れる。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、電圧に対して電流は位相が９０°遅れるので、垂直成分の電圧差ＶＨに対して、平行成分の電流ＩＨが流れ、平行成分の電圧差ＶＰに対し、垂直方向の電流ＩＰが流れる。このときの電流を基準電流とする。
【００６０】
図３（ａ）は、ω０ｔ＝９０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分は正となり、位相変動成分が０の場合（図３（ｂ）参照）と比べて進み位相となる。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧ΔＶは小さくなり、その差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨは小さくなる。平行成分ＶＰの変化は少ないので無視する。そうすると、モータ電流ＩＭの変化は、差電圧ΔＶの垂直成分ＶＨにより発生する。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、電圧に対して電流は位相が９０°遅れるので、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが小さくなることになる。
【００６１】
図３（ｃ）は、ω０ｔ＝２７０°で軸の位相変動成分と同様に誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分は負となり、位相変動成分が０の場合（図３（ｂ）参照）と比べて遅れ位相となる。このとき、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧ΔＶは大きくなり、その差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する垂直成分ＶＨは大きくなる。平行成分ＶＰの変化は少ないので無視する。そうすると、モータ電流ＩＭの変化は、差電圧ΔＶの垂直成分ＶＨにより発生する。モータＭのインピーダンスをリアクタンス成分と考えると、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが大きくなることになる。
【００６２】
このように、誘起電圧ＥＭＦの位相変動成分の位相ω０ｔがω０ｔ＝０、ω０ｔ＝９０°、ω０ｔ＝１８０°、ω０ｔ＝２７０°と変化したとき、モータ電流ＩＭは、平行成分の電流ＩＨが、ω０ｔ＝０で基準電流となり、ω０ｔ＝９０°で基準電流より小さい電流となり、ω０ｔ＝１８０°で基準電流となり、ω０ｔ＝２７０°で基準電流より大きい電流となる。このモータ電流ＩＭの変動は、負荷トルクＴＬの変動成分が正弦波とすると、その正弦波に対して位相が１８０°ずれた正弦波となり逆相になる。すなわち、インバータ電圧Ｖを一定に制御した場合におけるモータ電流ＩＭの変動成分を示す図２の破線の波形は、負荷トルクＴＬの変動成分を示す図２の実線の波形に対して１８０°位相がずれた逆相となっている。
【００６３】
従って、軸の位相変動成分の位相ω０ｔ、すなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔは、インバータ電圧Ｖに対するモータ電流ＩＭの平行成分ＩＨの電流変動を検出することで検出することができる。すなわち、インバータ電圧Ｖに対するモータ電流ＩＭの平行成分ＩＨの電流変動を検出し、電流変動に対応した電力（有効電力）の変動の逆相の波形を求めることで、軸の位相変動成分の位相ω０ｔ、すなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定できる。
【００６４】
なお、本実施形態では、差電圧ΔＶのインバータ電圧Ｖに対する平行成分ＶＰの変化が無視できるため、インバータ出力の電力をＶＲ・ＩＲ＋ＶＳ・ＩＳ＋ＶＴ・ＩＴとして求めている。ＶＲはＲ相の相電圧、ＩＲはＲ相の相電流、ＶＳはＳ相の相電圧、ＩＳはＳ相の相電流、ＶＴはＴ相の相電圧、ＩＴはＴ相の相電流である。
【００６５】
モータＭは、同期モータであれば、一度運転した後に電気位相（インバータ電圧Ｖの位相）と機械位相（軸の位相）とが変化しない。軸の位相変動成分の位相は、上記の電流変動又は電力変動の逆位相であるので、波形の減少方向のゼロクロス点の電気位相を記憶し、この位相を０にして正弦波を生成することによって、軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相の正弦波を生成することができる。負荷トルクＴＬの変動の位相と軸の位相変動成分の位相とは、同位相であるので、負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔを推定することができる。
【００６６】
なお、負荷トルクＴＬの変動成分の振幅はコンプレッサの構造により決まるため、事前に実験的に求めておけばよい。
次に、制御部５０におけるトルク制御の原理について図４及び図５を用いて説明する。図４（ａ）は、インバータ電圧Ｖの振幅を変化させる振幅変調を行った場合のベクトル図である。図５（ｂ）は、振幅変調を行うためのテーブル２００のデータ構造を示す図である。図４（ｂ）は、インバータ電圧Ｖの位相を変化させる位相変調を行った場合のベクトル図である。図５（ａ）は、位相変調を行うためのテーブル１８０のデータ構造を示す図である。
【００６７】
モータＭ内におけるロータの速度変動は、数式（１）より、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差を小さくすることにより少なくすることができる。この電気トルクＴＥにロータの回転速度ωをかけたω・ＴＥは、ロータの回転エネルギーに相当し、この回転エネルギーは電力としてモータに供給される。ここで、ロータの回転速度ωの変動（ロータ加速度ｄω／ｄｔ）が十分少なければ、モータに供給される電力の変動は、電気トルクＴＥの変動に相当することとなる。
【００６８】
すなわち、負荷トルク変動成分の位相ω０ｔと同位相で電力を変動させることにより、電気トルクＴＥを負荷トルクＴＬと同位相で変動させることができる。従って、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなり、ロータの回転速度ωの変動を少なくすることができる。
【００６９】
例えば、図４（ａ）に示すように、インバータ電圧Ｖの振幅をＶからＶ’へ増加させる場合、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧（ΔＶ→ΔＶ’）は、垂直成分が不変（ＶＨ≒ＶＨ’）で、平行成分が増加する（ＶＰ＜ＶＰ’）。モータ電流ＩＭは、垂直成分が増加し（ＩＰ＜ＩＰ’）、平行成分が不変となる（ＩＨ≒ＩＨ’）。電力の変化は、電圧の平行成分ＶＰと電流の平行成分ＩＨとにより生成される。すなわち、
電力の変化＝電圧の平行成分（増加）×電流の平行成分（不変）
となり、電力を変化させることができる。
【００７０】
従って、電圧振幅を、上記のように推定した軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように変化させることによって、トルク制御が実現できる。なお、軸の位相変動成分の位相ω０ｔすなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインは、コンプレッサの構造により決まるため、図５（ｂ）に示すように、事前に実験的に求めておけばよい。
【００７１】
図５（ｂ）に示すテーブル２００は、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００は、回転数欄２０１及び振幅ゲイン欄２０２を含む。回転数欄２０１には、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ２、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２には、指令回転数に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１、ＡＧ２、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００を参照することにより、指令回転数に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【００７２】
例えば、図４（ｂ）に示すように、インバータ電圧Ｖの位相をＶからＶ’へ進めた場合、インバータ電圧Ｖと誘起電圧ＥＭＦとの差電圧（ΔＶ→ΔＶ’）は、垂直成分が増加し（ＶＨ＜ＶＨ’）、平行成分が不変である（ＶＰ≒ＶＰ’）。モータ電流ＩＭは、垂直成分が不変（ＩＰ≒ＩＰ’）で、平行成分が増加する（ＩＨ＜ＩＨ’）。電力の変化は、電圧の平行成分ＶＰと電流の平行成分ＩＨとにより生成される。すなわち、
電力の変化＝電圧の平行成分（不変）×電流の平行成分（増加）
となり、電力を変化させることができる。
【００７３】
従って、電圧位相を、上記のように推定した軸の位相変動成分の位相ω０ｔと同位相になるように変化させることによっても、トルク制御が実現できる。なお、軸の位相変動成分の位相ω０ｔすなわち負荷トルクＴＬの変動成分の位相ω０ｔと同位相となるように電圧位相を変化させるための位相ゲインは、コンプレッサの構造により決まるため、図５（ａ）に示すように、事前に実験的に求めておけばよい。
【００７４】
図５（ａ）に示すテーブル１８０は、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０は、回転数欄１８１及び位相ゲイン欄１８２を含む。回転数欄１８１には、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ２、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２には、指令回転数に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１、ＰＨＧ２、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０を参照することにより、指令回転数に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【００７５】
次に、モータＭの制御の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、モータＭの制御方法を示すフローチャートである。
【００７６】
ステップＳ１では、検出部７０が、駆動部６０によりモータＭを駆動する際にモータ巻線に流す相電流（モータ電流）を検出する。具体的には、検出部７０は、電流検出器３を有する。電流検出器３は、インバータ２から出力された相電流（例えば、３相の電流）を検出して抽出部３０へ出力する。
【００７７】
ステップＳ２では、抽出部３０が、検出部７０により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する。
【００７８】
具体的には、電力演算器１３は、検出された相電流の値を電流検出器３から受け、電圧指令を制御部５０から受ける。電力演算器１３は、検出された相電流の値と電圧指令とから電力を演算して回転数成分演算器１４へ出力する。
【００７９】
回転数成分演算器１４は、演算された電力の値を電力演算器１３から受ける。回転数成分演算器１４は、演算された電力の値の変動から、回転数成分を抽出する。具体的には、バンドパスフィルタ等により、回転数設定器５の回転数と同じ回転数の波（回転数成分）を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数を有する第１の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００８０】
ゼロクロス演算器１５は、電力の変動成分として抽出された波形、すなわち第１の基本波を回転数成分演算器１４から受ける。ゼロクロス演算器１５は、第１の基本波における減少方向（極性が正から負へ向かう方向）のゼロクロス点の位相を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００８１】
記憶装置１６は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【００８２】
ステップＳ３では、推定部４０が、抽出部３０により抽出された電力の変動成分に基づいて、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定する。具体的には、推定部４０は、基本波発生器１７を有する。基本波発生器１７は、第１の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第２の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第１の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。基本波発生器１７は、推定された第２の基本波を制御部５０へ出力する。
【００８３】
ステップＳ４では、制御部５０が、推定部４０により推定された負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行い、駆動部６０の制御信号を生成する。
【００８４】
ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、制御装置１００の起動後に１回行われてもよいし、制御装置１００の起動後に定期的に繰り返し行われてもよい。ステップＳ３及びステップＳ４の処理を繰り返し行うことにより、電気トルクがモータＭの負荷トルクＴＬに追従するように電気トルクを制御する。
【００８５】
以上のように、実施形態によれば、負荷トルクＴＬの変動特性の位相ω０ｔをモータ電流に応じた電力により直接推定し、推定した負荷トルクＴＬの変動特性を用いてトルク制御を行う。これにより、モータ内におけるロータの位置を推定せずに、コンプレッサの振動及び騒音を低減できる。
【００８６】
この結果、１２０°通電方式に比べて、ロータの位置を推定するためにモータＭが非通電状態になる期間を設ける必要がないため、電気トルクを負荷トルクに追従させることが容易であるので、コンプレッサの振動及び騒音を低減することが容易である。
【００８７】
また、ロータの軸誤差を推定する方式に比べて、ロータの位置を推定するための座標変換、回転座標系におけるロータの位置の推定、軸誤差の推定などの複雑な計算が不要となるため、演算量を大幅に省略することができ、マイコンの負荷を大幅に減らすことができる。
【００８８】
さらに、モータの内部定数を使用しなくても済むため、運転中のパラメータの変化にもロバストなトルク制御を実現することができる。
【００８９】
また、実施形態によれば、電力の変化から回転数を抽出し、その回転数を有する第１の基本波を電力の変動成分として求め、第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定した後、そのゼロクロス点を始点とし第１の基本波と同じ回転数を有する第２の基本波を、モータの負荷トルクの変動特性として推定する。これにより、複雑な計算を行わずにモータの負荷トルクの変動特性を推定することができる。
【００９０】
また、実施形態によれば、指令回転数に応じてゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後のゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求めてトルク制御を行う。これにより、動的に変化する動作条件に対しても対応しながらトルク制御を行うことができる。
【００９１】
例えば、予め実験的に取得されたテーブルを参照し、指令回転数に応じて振幅ゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後の振幅ゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値をトルク補償値として求めてトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御を行うことができる。
【００９２】
また、振幅ゲインを変更するための予め実験的に取得されたテーブルは、正弦波に対するゲインのテーブルであるため、１２０°通電方式に比べて少ないパラメータを考慮すれば十分であり、テーブルの調整にかかる時間を低減できる。
【００９３】
あるいは、例えば、予め実験的に取得されたテーブルを参照し、指令回転数に応じて位相ゲインを変更し、上記のように推定された負荷トルクに変更後の位相ゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値をトルク補償値として求めてトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御を行うことができる。
【００９４】
また、位相ゲインを変更するための予め実験的に取得されたテーブルは、正弦波に対するゲインのテーブルであるため、１２０°通電方式に比べて少ないパラメータを考慮すれば十分であり、テーブルの調整にかかる時間を低減できる。
【００９５】
あるいは、例えば、上記の振幅補償値と位相補償値との両方をそれぞれ求めて両者を用いたトルク制御を行う。これにより、複雑な計算を行わずに、トルク制御の精度を向上することができる。
【００９６】
なお、モータＭは、ツインロータリコンプレッサのモータであっても良い。この場合、モータＭは、そのロータがツインロータリコンプレッサの２つのロータリピストンにシャフトで連結されている。ツインロータリコンプレッサでは、２つのロータリピストンがシャフトに対して異なる方向に偏心しており、モータＭのロータの１回点に対して吸入・圧縮・排出を含むサイクルが２回行われる。
【００９７】
これに応じて、抽出部３０の回転数成分演算器１４は、電力演算器１３により演算された電力の値から、回転数成分を抽出する。そして、回転数成分演算器１４は、その回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波（例えば、正弦波）を電力の変動成分として求めてゼロクロス演算器１５へ出力する。
【００９８】
ゼロクロス演算器１５は、第３の基本波を回転数成分演算器１４から受け、第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定して記憶装置１６へ出力する。
【００９９】
記憶装置１６は、第３の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相をゼロクロス演算器１５から受けて（例えば、起動時に１回）記憶する。
【０１００】
推定部４０の基本波発生器１７は、第３の基本波と位相が１８０°ずれた逆相となる第４の基本波を求める。すなわち、基本波発生器１７は、第３の基本波における減少方向のゼロクロス点の位相を記憶装置１６から読み出して、ゼロクロス点の位相を始点とするとともに第３の基本波と同じ回転数を有する第４の基本波（例えば、正弦波）を、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性として推定する。
【０１０１】
これにより、ツインロータリコンプレッサのような、ロータの１回転中に２回トルク変動がある場合にも、トルク制御を行うことができる。
【０１０２】
あるいは、制御装置１００は、電力演算器１３が省略された構成であってもよい。すなわち、電圧指令による電圧の値がほぼ一定に安定した状態であれば、回転数成分演算器１４は、電流検出器３により検出された相電流の値の変動波形から、回転数成分を抽出してもよい。この場合、モータＭの負荷トルクＴＬの変動特性を推定するための処理をさらに簡略化することができる。
【０１０３】
あるいは、制御装置１００の制御部５０は、電圧振幅変調、電圧位相変調のいずれか一方を用いてトルク制御を行ってもよい。電圧振幅変調を用いてトルク制御を行う場合、制御部５０は、電圧位相変調を行うための構成（位相ゲインテーブル１８、掛算器１９、加算器４）が省略された構成であってもよい。また、電圧位相変調を用いてトルク制御を行う場合、制御部５０は、電圧振幅変調を行うための構成（振幅ゲインテーブル２０、掛算器２１、加算器１０）が省略された構成であってもよい。
【０１０４】
あるいは、制御装置１００ｉの制御部５０ｉは、指令回転数に応じてトルク制御のゲインを変更する代わりに、負荷トルクＴＬに対応した値として演算された電力（又は検出された相電流）に応じてトルク制御のゲインを変更してもよい。具体的には、制御部５０ｉは、図７に示すように、位相ゲインテーブル１８ｉ及び振幅ゲインテーブル２０ｉを有する。
【０１０５】
位相ゲインテーブル１８ｉは、例えば電力を電力演算器１３から受ける。位相ゲインテーブル１８ｉは、予め実験的に取得されたテーブル１８０ｉ（図８（ａ）参照）を参照して電力に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。図８（ａ）に示すテーブル１８０ｉは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０ｉは、電力欄１８３ｉ及び位相ゲイン欄１８２ｉを含む。電力欄１８３ｉには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２ｉには、電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１’、ＰＨＧ２’、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０ｉを参照することにより、電力に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【０１０６】
振幅ゲインテーブル２０ｉは、例えば電力を電力演算器１３から受ける。振幅ゲインテーブル２０ｉは、予め実験的に取得されたテーブル２００ｉ（図８（ｂ）参照）を参照して電力に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。図８（ｂ）に示すテーブル２００ｉは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００ｉは、電力欄２０３ｉ及び振幅ゲイン欄２０２ｉを含む。電力欄２０３ｉには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２ｉには、電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１’、ＡＧ２’、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００ｉを参照することにより、電力に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【０１０７】
あるいは、制御装置１００ｊの制御部５０ｊは、指令回転数と電力（又は相電流）との両方に応じてトルク制御のゲインを変更してもよい。具体的には、制御部５０ｊは、図９に示すように、位相ゲインテーブル１８ｊ及び振幅ゲインテーブル２０ｊを有する。
【０１０８】
位相ゲインテーブル１８ｊは、指令回転数を回転数設定器５から受け、例えば電力を電力演算器１３から受ける。位相ゲインテーブル１８ｊは、予め実験的に取得されたテーブル１８０ｊ（図１０（ａ）参照）を参照して指令回転数及び電力の両方に応じた位相ゲインを決定し掛算器１９へ出力する。図１０（ａ）に示すテーブル１８０ｊは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル１８０ｊは、回転数欄１８１ｊ、電力欄１８３ｊ及び位相ゲイン欄１８２ｊを含む。回転数欄１８１ｊには、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ１、・・・、Ｎ２、・・・が記録されている。電力欄１８３ｊには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・、ＰＷ１、・・・が記録されている。位相ゲイン欄１８２ｊには、指令回転数及び電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧位相を変化させるための位相ゲインＰＨＧ１１、ＰＨＧ１２、・・・、ＰＨＧ２１、・・・が記録されている。すなわち、テーブル１８０ｊを参照することにより、指令回転数及び電力の両方に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての位相ゲインを特定することができる。
【０１０９】
振幅ゲインテーブル２０ｊは、指令回転数を回転数設定器５から受け、例えば電力を電力演算器１３から受ける。振幅ゲインテーブル２０ｊは、予め実験的に取得されたテーブル２００ｊ（図１０（ｂ）参照）を参照して指令回転数及び電力の両方に応じた振幅ゲインを決定し掛算器２１へ出力する。図１０（ｂ）に示すテーブル２００ｊは、予め実験的に取得されたテーブルである。テーブル２００ｊは、回転数欄２０１ｊ、電力欄２０３ｊ及び振幅ゲイン欄２０２ｊを含む。回転数欄２０１ｊには、指令される可能性のある指令回転数の候補Ｎ１、Ｎ１、・・・、Ｎ２、・・・が記録されている。電力欄２０３ｊには、電力の候補ＰＷ１、ＰＷ２、・・・、ＰＷ１、・・・が記録されている。振幅ゲイン欄２０２ｊには、指令回転数及び電力に対する、負荷トルクＴＬと電気トルクＴＥとの差が小さくなるように電圧振幅を変化させるための振幅ゲインＡＧ１１、ＡＧ１２、・・・、ＡＧ２１、・・・が記録されている。すなわち、テーブル２００ｉを参照することにより、指令回転数及び電力の両方に応じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値としての振幅ゲインを特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、本発明にかかるモータの制御装置は、コンプレッサのモータを制御することに有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００、１００ｉ、１００ｊ 制御装置
３０ 抽出部
４０ 推定部
５０、５０ｉ、５０ｊ 制御部
６０ 駆動部
７０ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、
前記モータを駆動する駆動部と、
前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、
前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、
前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する
ことを特徴とするモータの制御装置。
【請求項２】
前記抽出部は、前記検出部により検出された相電流に応じた値として電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、
前記制御部は、前記抽出部により抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの制御装置。
【請求項４】
前記抽出部は、前記値の変化から回転数成分である第１の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、
前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数を有する第２の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項５】
前記コンプレッサは、ツインロータリコンプレッサであり、
前記抽出部は、前記値の変化から回転数を抽出し、前記回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、
前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数の２倍の回転数を有する第４の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記指令回転数及び前記値の少なくとも一方に応じて前記推定部により推定された負荷トルクに対するゲインを変更し、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更されたゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求め、前記トルク補償値に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項３に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する振幅補償値を求める際の第１のゲインを含み、
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第１のゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値を前記トルク補償値として求め、前記振幅補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する位相補償値を求める際の第２のゲインを含み、
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第２のゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値を前記トルク補償値として求め、前記位相補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項９】
周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御方法であって、
前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出し、
前記検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出し、
前記抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記モータの負荷トルクの変動特性を推定し、
前記推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成し、
前記生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する
ことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項１０】
前記抽出では、前記検出された相電流に応じた電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、
前記生成では、前記抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項９に記載のモータの制御方法。
【請求項１１】
前記生成では、前記推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記モータを駆動するための制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のモータの制御方法。
【請求項１】
周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御装置であって、
前記モータを駆動する駆動部と、
前記駆動部により前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出する検出部と、
前記検出部により検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記負荷トルクの変動特性を推定する推定部と、
前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、前記制御部により生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する
ことを特徴とするモータの制御装置。
【請求項２】
前記抽出部は、前記検出部により検出された相電流に応じた値として電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、
前記制御部は、前記抽出部により抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの制御装置。
【請求項４】
前記抽出部は、前記値の変化から回転数成分である第１の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第１の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、
前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数を有する第２の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項５】
前記コンプレッサは、ツインロータリコンプレッサであり、
前記抽出部は、前記値の変化から回転数を抽出し、前記回転数の２倍の回転数を有する第３の基本波を前記値の変動成分として求め、前記第３の基本波の減少方向のゼロクロス点を特定し、
前記推定部は、前記ゼロクロス点を始点とするとともに前記回転数の２倍の回転数を有する第４の基本波を、前記モータの負荷トルクの変動特性として推定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記指令回転数及び前記値の少なくとも一方に応じて前記推定部により推定された負荷トルクに対するゲインを変更し、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更されたゲインを乗じて、電気トルクを負荷トルクに追従させるためのトルク補償値を求め、前記トルク補償値に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項３に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する振幅補償値を求める際の第１のゲインを含み、
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第１のゲインを乗じて、電圧指令に対する振幅補償値を前記トルク補償値として求め、前記振幅補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記ゲインは、前記推定部により推定された負荷トルクから電圧指令に対する位相補償値を求める際の第２のゲインを含み、
前記制御部は、前記推定部により推定された負荷トルクに前記変更された前記第２のゲインを乗じて、電圧指令に対する位相補償値を前記トルク補償値として求め、前記位相補償値により補償された電圧指令に応じて前記駆動部の制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項９】
周期的に変動する負荷トルクを有する負荷を駆動するモータを指令回転数で動作させるように制御するモータの制御方法であって、
前記モータを駆動する際にモータ巻線に流す相電流を検出し、
前記検出された相電流に応じた値の変動成分を抽出し、
前記抽出された前記値の変動成分に基づいて、前記モータの負荷トルクの変動特性を推定し、
前記推定された負荷トルクの変動特性を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成し、
前記生成された制御信号に従って、前記モータを駆動する
ことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項１０】
前記抽出では、前記検出された相電流に応じた電力を演算し、前記電力の変動成分を抽出し、
前記生成では、前記抽出された前記電力の変動成分を用いて、前記モータを駆動するための制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項９に記載のモータの制御方法。
【請求項１１】
前記生成では、前記推定された負荷トルクの変動特性に電気トルクが追従するように、前記モータを駆動するための制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のモータの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１００６１（Ｐ２０１２−２１００６１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３６８８（Ｐ２０１１−７３６８８）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６６１１）株式会社富士通ゼネラル (1,266)
【Ｆターム（参考）】
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