JP2009254191A - モータ制御装置、圧縮装置、冷凍装置および空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置センサレス正弦波駆動の起動方式を実行するモータ制御装置において、簡易な構成でモータ起動異常の検出が可能なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】起動異常判定タイミングであるかどうかを判断する（ステップＳ１）。起動異常タイミングとなった場合に、モータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差情報を検出する（ステップＳ２）。そして、位相差情報が正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３）。検出された位相差情報が正常範囲内であると判断された場合には、位相差制御移行タイミング後に位相差制御に移行する（ステップＳ５）。一方、位相差情報が正常範囲内でないと判断された場合には、モータを停止する（ステップＳ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを駆動するためのモータ制御装置、およびこのモータ制御装置を搭載した圧縮装置、冷凍装置および空調装置に関する。

永久磁石同期モータは、保守性、制御性、耐環境性に優れており、高効率、高出力の運転が可能であるため広く利用されている。また、永久磁石を使用しない同期リラクタンスモータも安価でリサイクルが容易なモータとして盛んに研究されている。

永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータを高性能制御するためには、ロータの位置に応じた正弦波電流を流すことが重要となる。

そのため、一般に、モータ制御装置には、ホール素子、エンコーダ、レゾルバ等のロータの位置を検出する位置センサを用いた自制運転（速度フィードバック運転）方法がある。

また、位置センサに代えて、モータの電圧や電流の情報に基づいて、演算によって間接的にロータの位置を求める方法が開示されている。

しかし、位置センサの場合は、機器の小形化を妨げる大きな要因となるだけでなく、位置センサの信号を伝える複数本の配線や受信回路が必要となるため、信頼性、作業性、価格等で問題があった。

また、モータの電圧や電流の情報に基づいて間接的にロータの位置を演算する方法の場合は、複雑かつ高速な演算処理が必要となるため、制御装置が高価になるという問題があった。

特許文献１においては、位置情報に基づかず、速度指令のみに基づく他制運転（速度オープンループ運転）を行ない、モータ駆動電圧とモータ電流信号の位相差を制御することにより高性能な正弦波駆動を実現する方式が開示されている。

図１０は、同期モータの電圧と電流との位相差によって制御する従来の同期モータ駆動装置を説明する図である。

図１０を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ１を駆動させるために、電力を供給するＡＣ電源４と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路２およびコンバータ回路３と、モータ電流を検出する電流センサ５と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部６と、それらを制御する制御部１０００Ｂから構成されている。

なお、この電力を供給するＡＣ電源４と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路２およびコンバータ回路３とによってインバータ部１００Ａが構成される。

上記構成によると、ＡＣ電源４から供給された電力がインバータ回路２およびコンバータ回路３を介して交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ１に供給されて、モータ１が駆動される。

電流センサ５は、モータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のうち、特定相（以下、Ｕ相とする）に流れるモータ電流を検出する。

電流センサ５で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部６に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部１０００Ｂに与えられる。

制御部１０００Ｂは、位相差検出部８と、目標位相差情報格納部９と、加算器１０と、ＰＩ演算部１１と、回転数設定部１２と、正弦波データテーブル１３と、正弦波データ作成部１４と、ＰＷＭ作成部１５とを備える。

位相差検出部８は、モータ電流検出アンプ部６から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでＡ／Ｄ変換して取込み、２個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号の面積を算出する。算出された２箇所のモータ電流信号面積の面積比を位相差情報として出力する。

目標位相差情報格納部９には、目標とする位相差情報（目標位相差情報）が格納される。

目標位相差情報と検出された位相差情報との誤差データは、加算器１０によって算出される。

ＰＩ演算部１１は、算出された誤差データに対して、比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部１０とＰＩ演算部１１とによって位相差制御部が構成される。

回転数設定部１２は、モータ１の回転数指令を設定する。
正弦波データテーブル１３には、モータ１の所定の回転数に対応する正弦波データが格納されている。

正弦波データ作成部１４は、モータ１の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル１３から同期モータのコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、Ｕ相の正弦波データに基づいてＵ相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。

ＰＷＭ作成部１５は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてＰＷＭ波形を作成し、作成したＰＷＭ波形をインバータ回路２の同期モータ端子Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の駆動素子に出力する。

一般的に、上記の位相差制御を実行するためには、同期モータを正常に起動させる必要がある。

図１１は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流の波形図である。

図１１を参照して、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合、同期モータは所定回転経過後に滑らかに回転し、安定した状態で上記位相差制御に移行することになる。

図１２は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のＵ相のモータ電流の波形図である。

図１２を参照して、起動時に同期モータの負荷トルクが大きすぎる場合、同期モータは所定期間経過後においても、不安定な回転を行い、大きな振動及び騒音を発生し、最終的には過大なモータ電流が生じることになる。そのため、インバータ回路２の過電流の保護装置によりモータ駆動を停止した状態となっている。

特許文献２においては、負荷トルクが大きすぎる場合にモータが正常に起動しない状態を検出する方式が開示されている。
特開２００１―１１２２８７号公報 特表平１０―５０１０５７号公報

しかしながら、特許文献２に開示される方式においては、モータ起動時の異常の検出として、回転数を検知して予め決めた回転数よりも低い場合に、ロック状態と判断する方式が開示されているが、特許文献１に示されるような位置センサレス正弦波駆動の起動方式においては、１８０度正弦波通電でありこの駆動方式では、通電休止期間がないため誘起電圧の検出が不可能であり回転位置が検出できず、起動時の電流異常検出によるモータ起動異常の検出も出来ない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、位置センサレス正弦波駆動の起動方式を実行するモータ制御装置においても、簡易な構成でモータ起動異常の検出が可能なモータ制御装置、およびこのモータ制御装置を搭載した圧縮装置、冷凍装置および空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、複数相のうちの少なくとも１つの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部と、モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。

本発明に係る別のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータからインバータ部に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、直流電流検出部で検出された直流電流に基づいて、モータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。

本発明に係るさらに別のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、複数相のモータ電流のうちの少なくとも１つの相のモータ電流の極性を検出して、検出結果に基づくモータ電流極性信号を出力するモータ電流極性検出部と、モータ電流極性検出部から出力されたモータ電流極性信号と複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、同期モータを強制的に起動する所定期間において、位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。

好ましくは、起動異常判定部の起動異常の検出に基づいて、同期モータへの電力の供給が停止される。

本発明に係る圧縮装置は、上記同期モータについて、冷媒を圧縮する圧縮部に設けられ、同期モータを駆動・制御する上記のモータ制御装置を備える。

本発明に係る冷凍装置は、上記の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える。
本発明に係る空調装置は、上記の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える。

本発明に係るモータ制御装置は、同期モータを強制的に起動する所定期間において、モータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差情報に基づいて同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える。

当該構成により、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電によるモータ駆動において、ロータ位置を検知するセンサを用いずに、同期モータの起動時の起動異常を簡単な構成と制御によって検出できる。また、起動時の負荷トルクが大きすぎる場合でも過大な電流の印加や大きな振動及び騒音の発生を防止することができる。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明においては同一の部品および構成要素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ものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。

図１を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ１を駆動させるインバータ部１００Ａと、モータ電流を検出する電流センサ５と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部６と、制御部１００Ｂとを備える。なお、制御部１００Ｂの機能ブロックは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にソフトウェアプログラムをロードすることにより実現することも可能であるし、あるいはハードウェアで実現する構成とすることも可能である。

インバータ部１００Ａは、電力を供給するＡＣ電源４と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路２およびコンバータ回路３とを含む。

上述したように、ＡＣ電源４から供給された電力がインバータ回路２およびコンバータ回路３を介して交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ１に供給されて、モータ１が駆動される。

電流センサ５は、モータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のうち、特定相（以下、Ｕ相とする）に流れるモータ電流を検出する。なお、本例においては、１つの特定相に流れるモータ電流を検出する場合について説明する。

電流センサ５で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部６に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部１００Ｂに与えられる。

制御部１００Ｂは、位相差検出部８と、目標位相差情報格納部９と、加算器１０と、ＰＩ演算部１１と、回転数設定部１２と、正弦波データテーブル１３と、正弦波データ作成部１４と、ＰＷＭ作成部１５と、起動異常判定部１６とを含む。

上述した特開２００１―１１２２８７号公報に記載される方式と同様に、位相差検出部８は、モータ電流検出アンプ部６から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでＡ／Ｄ変換して取込み、２個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号の面積を算出する。算出された２箇所のモータ電流信号の面積の面積比をモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差である位相差情報として出力する。

目標位相差情報格納部９には、目標とする位相差情報（目標位相差情報）が格納される。

目標位相差情報と検出された位相差情報との誤差データは、加算器１０によって算出される。

ＰＩ演算部１１は、算出された誤差データに対して、比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部１０とＰＩ演算部１１とによって位相差制御部が構成される。

回転数設定部１２は、モータ１の回転数指令を設定する。
正弦波データテーブル１３には、モータ１の所定の回転数に対応する正弦波データが格納されている。

正弦波データ作成部１４は、モータ１の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル１３から同期モータのコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、Ｕ相の正弦波データに基づいてＵ相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。なお、モータの駆動波形は、正弦波とする場合についての構成であるが、正弦波形にすることで滑らかなモータ電流の供給が可能となるため振動、騒音を抑制することができる。

ＰＷＭ作成部１５は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてＰＷＭ波形を作成し、作成したＰＷＭ波形をインバータ回路２の同期モータ端子Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の駆動素子にＰＷＭ波形を出力する。

なお、電流センサ５は、コイルとホール素子で構成されたいわゆる電流センサでもよく、カレントトランスでも良い。また、１相だけでなく、各相のモータ電流を検出することによりさらに精度の高い検出が可能である。

位相差検出部８は、２箇所のモータ駆動電圧の位相期間で検出された２つのモータ電流信号の面積比を計算し、この結果がモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差である位相差情報とされる。位相差情報と目標位相差情報との誤差量に対してＰＩ演算部１１でＰＩ演算が行われ、ＰＷＭ作成部１５は、その出力であるデューティ基準値と別途回転指令から求まる正弦波データからその都度の出力デューティ比を計算してＰＷＭ信号を作成し、インバータ回路２を介してモータコイルに印加することで同期モータ１が駆動される。

すなわち、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対するモータ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駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）を決定し、同期モータ１を所望の回転数で回転させるために所望の位相差、所望の回転数でモータを駆動・制御することができる。

次に、同期モータ１を起動する際の起動異常を検出する方式について説明する。
本例においては、制御部１００Ｂには、さらに、起動異常判定部１６が設けられる。

起動異常判定部１６は、位相差検出部８からの位相差情報を受けて、起動異常であるか否かを判定してその結果をＰＷＭ作成部１５に出力する。

ＰＷＭ作成部１５は、起動異常判定部１６からの判定結果に基づいてＰＷＭ波形の生成を制御する。具体的には、起動異常判定部１６からの判定結果に基づいて起動異常であると判定された場合にはＰＷＭ波形の生成を停止する。一方、起動異常でないと判定された場合には通常どおりＰＷＭ波形を生成する。

図２は、本発明の実施の形態１に従う制御部１００Ｂにおける起動異常を判定するフロー図である。

図２を参照して、まず、起動異常判定タイミングであるかどうかを判断する（ステップＳ１）。後述するが、本例においては、起動してから所定期間経過後において起動異常であるか否かを判断する。起動異常タイミングとなるまで待機し、起動異常タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する（ステップＳ２）。具体的には、位相差検出部８から出力される位相差情報を起動異常判定部１６で検出する。

そして、位相差情報が正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
ステップＳ３において、起動異常判定部１６において、検出された位相差情報が正常範囲内であると判断された場合には、次にステップＳ４に進む。

一方、ステップＳ３において、起動異常判定部１６において、位相差情報が正常範囲内でないと判断された場合には、モータを停止する（ステップＳ６）。具体的には、起動異常判定部１６から起動異常を示す判定結果がＰＷＭ作成部１５に出力される。そして、ＰＷＭ作成部１５は、起動異常判定部１６からの起動異常を示す判定結果の信号の入力を受けてＰＷＭ波形の生成を停止する。これにより、インバータ部１００Ａのインバータ回路２の回路素子の動作が停止し、モータが停止することになる。そして、終了する。

ステップＳ３において、位相差情報が正常範囲内であると判断された場合には、位相差制御移行タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ４）。

位相差制御移行タイミングとなるまでステップＳ４で待機し、位相差制御移行タイミングとなった場合に位相差制御に移行する（ステップＳ５）。そして、終了する。

図３は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流信号およびＵ相の電圧位相信号の波形図である。

ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合の波形が示されている。
図３（ａ）を参照して、本例においては、強制回転区間として、Ｕ相電圧の４周期分において、予め設定された変調率と回転数で同期モータを強制的に起動させる。そして、その後、位相差制御区間となる場合が示されている。すなわち、本例においては、位相差制御移行タイミングは、Ｕ相電圧の４周期後に設定されている。

そして、起動異常判定タイミングは、強制回転区間において、Ｕ相電圧の３周期後に設定するものとする。なお、本例においては、一例として、起動異常判定タイミングとして、Ｕ相電圧の３周期後に設定する場合について説明するが、特にこれに限られず、最初の位相差が検出されてから強制回転が終了するまでの間に実行することが可能である。

位相差検出部８は、起動異常判定タイミングにおいて、モータ電流検出アンプ部６により出力されたモータ電流信号と正弦波データ作成部１４から出力されたモータ駆動電圧との位相差を検出する。なお、モータ駆動電圧がモータ電流信号に対して進み位相の場合は負の値とする。また、遅れ位相の場合は正の値とする。同相の場合は０とする。

そして、位相差検出部８において位相差を検出し、起動異常判定部１６において位相差が正常範囲内であるか否かを判定する。本例においては、位相差検出部８における位相差が予め設定された正常範囲内である２０度〜６０度の範囲内に入っているか否かを判定する。

図３（ｂ）を参照して、本例においては、モータ駆動電圧およびモータ電流信号の一部分を拡大した場合を説明する図である。

図２のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流検出アンプ部６から出力されたモータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差（位相差情報）を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差は約４０度であるものとする。

したがって、起動異常判定部１６において、位相差情報は正常範囲内であると判定されるため、上述したように位相差制御移行タイミング（ステップＳ４）となった時に通常の位相差制御に移行する。

図４は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のＵ相のモータ電流の波形図である。

ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが大きい場合の波形が示されている。
図４（ａ）を参照して、本例においては、起動異常判定タイミング後においては、モータが停止した状態となっている場合が示されている。

図４（ｂ）を参照して、ここでは、モータ駆動電圧およびモータ電流信号の一部分を拡大した部分を説明する図である。

図２のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流検出アンプ部６から出力されたモータ電流信号とモータ駆動電圧との位相差（位相差情報）を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差は約１０度であるものとする。

したがって、起動異常判定部１６において、位相差情報は正常範囲内でない、すなわち、起動異常であると判定されるため起動異常判定部１６は、ＰＷＭ作成部にその旨を通知する。そして、ＰＷＭ波形の生成が停止されてモータが停止する。

当該方式により、起動異常であると判定された場合には、ＰＷＭ波形の生成を停止することが可能であるため、起動時に同期モータの負荷トルクが大きすぎる場合に生じる不安定な回転を停止することができるとともに、大きな振動及び騒音を抑制することが可能である。

なお、正常な起動であると判定する位相差情報の範囲は、適宜、各種負荷条件において実験を行い、同期モータ１が安定に起動した時の値を測定して実行されるものとする。

なお、本例においては、位相差制御区間において、２箇所のモータ駆動電圧の位相期間で検出された２つのモータ電流信号の面積比を計算し、この結果が位相差情報とされて、位相差情報と目標位相差情報との誤差量に基づいて、同期モータの制御を実行する構成について説明したが特に当該方式に限られず、別の方式に従って、同期モータを制御することも可能である。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１においては、同期モータ１のコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のモータ電流を検出することにより起動時における異常を検出する方式について説明した。

本発明の実施の形態２においては、インバータ回路２に供給される電流に基づきモータ電流を推定する方式について説明する。

具体的には、コンバータ回路３とインバータ回路２との間に流れる電流を検出する。
図５は、本発明の実施の形態２に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。

図５を参照して、同期モータ駆動装置は、ステータに３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルとロータに永久磁石を備えた同期モータであるモータ１を駆動させるインバータ部１００Ａ＃と、コンバータ回路３とインバータ回路２との間に設けられた電流検出抵抗２１にかかる印加電圧に基づいて電流検出抵抗２１に流れる直流電流を検出する直流電流検出アンプ部２２と、制御部１００Ｂ＃とを備える。

インバータ部１００Ａ＃は、インバータ部１００Ａと異なりコンバータ回路３とインバータ回路２との間に電流検出抵抗２１を設ける。

制御部１００Ｂ＃は、制御部１００Ｂと比較して、さらにモータ電流推定部２３をさらに設けた点が異なる。その他の点については同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。

直流電流検出アンプ部２２は、電流検出抵抗２１の両端に発生する電圧に基づいて、インバータ回路２を流れる直流電流を検出する。

直流電流検出アンプ部２２は、制御部１００Ｂ＃のモータ電流推定部２３に対して、検出した直流電流を増幅して、直流電流信号として出力する。

モータ電流推定部２３は、特開平８−１９２６３号公報に記載されている方式に従って、入力された直流電流信号から電流変化分演算手段により直流電流の変化分を求め、直流電流信号の変化分を分配演算手段によりモータ電流信号を推定演算する。

図６は、モータ電流推定部２３の構成を説明する概略ブロック図である。
図６を参照して、直流電流検出アンプ部２２より電流ｉｄを検出する。一対のサンプルホールド回路１１３，１１４は、ＰＷＭ波形によるスイッチングパターンに応じて交互にサンプリング制御され、直流電流検出アンプ部２２からの検出電流ｉｄのサンプリングと一時記憶とをする。

タイミング制御回路１１５は、インバータ回路２の各相アームのオン／オフを制御するＰＷＭ作成部１５により生成されたＰＷＭ波形の信号から各相アームのスイッチングタイミング信号をえる。そして、この信号に基づいてサンプルホールド回路１１３，１１４のサンプリングタイミング信号を得る。そして、当該サンプリングタイミング信号に基づきサンプリングが実行される。

これにより、サンプルホールド回路１１３，１１４は、一方が各相アームのスイッチング直前の電流ｉｄをサンプリングするときに他方がスイッチング直後の電流ｉｄをサンプリングする。

引き算回路１１６は、サンプルホールド回路１１３，１１４でサンプリングした電流ｉｄ１，ｉｄ２の差Δｉｄを求める。

分配演算回路１１７は、電流差信号Δｉｄを各相別に分配し、各相別の電流検出信号を得る。この信号分配にはタイミング制御回路１１５からの各相別のタイミング信号を使用する。

そして、分配演算回路１１７から各相別の推定されたモータ電流信号を得ることができる。

当該推定されたモータ電流信号を位相差検出部８に入力することにより、実施の形態１で説明したのと同様の方式に従って、起動時における異常を検出することが可能である。

具体的には、位相差検出部８は、起動異常判定タイミングにおいて、モータ電流推定部２３により出力された推定されたモータ電流信号と正弦波データ作成部１４から出力されたモータ駆動電圧との位相差を検出する。そして、起動異常判定部１６は、位相差検出部８からの位相差情報を受けて、起動異常であるか否かを判定してその結果をＰＷＭ作成部１５に出力する。

ＰＷＭ作成部１５は、起動異常判定部１６からの判定結果に基づいてＰＷＭ波形の生成を制御する。具体的には、起動異常判定部１６からの判定結果に基づいて起動異常であると判定された場合にはＰＷＭ波形の生成を停止する。一方、起動異常でないと判定された場合には通常どおりＰＷＭ波形を生成する。

本実施の形態２の構成においては、モータ電流推定部２３を設けることにより、電流センサ５を設けることなくモータ電流を推定演算により検出することができるため、コストを削減することが可能である。

なお、モータ電流を推定する方式は、上記方式に限られず他の方式を採用することも可能である。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。

図７を参照して、本発明の実施の形態３に従う同期モータ駆動装置は、実施の形態１の同期モータ駆動装置と比較して、電流センサ５の代わりに電流極性検知手段３７を設けた点と、モータ電流検出アンプ部６の代わりにモータ電流極性検出部３１とを備える点とが異なる。その他の点については実施の形態１と同様の構成である。

電流極性検知手段３７は、モータ１のＵ相に流れるモータ電流の極性を検出する。
モータ電流極性検出部３１は、電流極性検知手段３７において検知されるインバータ回路２において流れるモータ巻線端子のＵ相の交流電流の極性に基づいて交流電流極性信号を生成して、位相差検出部８に出力する。

位相差検出部８は、モータ電流極性検出部３１から出力された交流電流極性信号に基づいて、交流電流極性が反転した時点の交流電圧と交流電流極性信号との位相差を検出する。これにより、電流極性情報のみからモータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差情報を検出することができる。

図８は、予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流信号、Ｕ相の電圧位相信号およびＵ相の交流電流極性信号の波形図である。

図８（ａ）を参照して、ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが小さい場合の波形が示されている。ここで、Ｕ相の交流電流極性信号は、Ｕ相電流の極性に応じた波形が示されている。

図２のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流極性検出部３１から出力されたＵ相の交流電流極性信号とモータ駆動電圧との位相差（位相差情報）を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とＵ相の交流電流極性信号との位相差は約４０度であるものとする。

したがって、起動異常判定部１６において、位相差情報は正常範囲内であると判定されるため、上述したように位相差制御移行タイミング（ステップＳ４）となった時に通常の位相差制御に移行する。

図８（ｂ）を参照して、ここでは、起動時に同期モータの負荷トルクが大きい場合の波形が示されている。

ここで、Ｕ相の交流電流極性信号は、Ｕ相電流の極性に応じた波形が示されている。
図２のフロー図に従って、起動異常判定タイミングとなった場合に、位相差情報を検出する。具体的には、上述したようにモータ電流極性検出部３１から出力されたＵ相の交流電流極性信号とモータ駆動電圧との位相差（位相差情報）を検出する。本例においては、モータ駆動電圧とＵ相の交流電流極性信号との位相差は約１０度であるものとする。

したがって、起動異常判定部１６において、位相差情報は正常範囲内でない、すなわち、起動異常であると判定されるため起動異常判定部１６は、ＰＷＭ作成部にその旨を通知する。そして、ＰＷＭ波形の生成が停止されてモータが停止する。

図９は、本発明の実施の形態に従う同期モータを冷凍サイクル装置１２５に適用した場合を説明する図である。

図９を参照して、冷凍サイクル装置１２５は、凝縮器１２３と、圧縮装置１２６と、冷却器１２４とから構成されている。圧縮装置１２６は、同期モータ１により駆動される圧縮ユニット１２７を含む。なお、圧縮装置として、いわゆるレシプロ式圧縮装置あるいはロータリ式圧縮装置のいずれにも適用可能である。

同期モータ１により圧縮ユニット１２７を駆動して冷媒を高温高圧に圧縮して、凝縮器１２３に供給する。凝縮器１２３において、放熱しながら冷媒を液化する。液化した冷媒は、冷却器１２４で気化し、周囲から熱を奪う。そして、冷媒は、再び、圧縮装置１２６に戻り圧縮される。

本例においては、同期モータ１を圧縮装置に適用し、さらに冷凍装置に組み込む構成について説明したが、同様に空調装置に適用することも可能である。

なお、上記においては、起動異常であると判定された場合には、ＰＷＭ波形の生成を停止する構成について説明したが、これに限られず同期モータへの電力の供給を停止することが可能な手段であればよい。例えば、起動異常であると判定された場合にＡＣ電源４からの供給を停止する手段を設ける構成であってもよい。

なお、上記の実施の形態においては、位相差情報として１つの特定相に流れるモータ電流を検出して、モータ駆動電圧とモータ電流信号との位相差情報に基づく起動異常の判定について説明した。具体的には、Ｕ相電圧とＵ相電流の位相差を検出した場合について説明したが、特にこの限りではなく、Ｖ相、Ｗ相を用いて判定を実行することも可能である。また、複数相に流れるモータ電流をそれぞれ検出して、それぞれの対応する相であるモータ駆動電圧との位相差情報を用いて起動異常の判定を実行することも可能である。また、１回の起動異常の判定に限られず、複数回の起動異常の判定を実行して起動異常の判定の精度を上げることも可能である。また、複数相の位相差情報の平均値を算出して、起動異常の判定を実行することも可能である。交流電流極性信号を用いる場合についても同様である。

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。

本発明の実施の形態１に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態１に従う制御部１００Ｂにおける起動異常を判定するフロー図である。 予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流信号およびＵ相の電圧位相信号の波形図である。 予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のＵ相のモータ電流の波形図である。 本発明の実施の形態２に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。 モータ電流推定部２３の構成を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態３に従う同期モータ駆動装置を説明する概略ブロック図である。 予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流信号、Ｕ相の電圧位相信号およびＵ相の交流電流極性信号の波形図である。 本発明の実施の形態に従う同期モータを冷凍サイクル装置１２５に適用した場合を説明する図である。 同期モータの電圧と電流との位相差によって制御する従来の同期モータ駆動装置を説明する図である。 予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合のＵ相のモータ電流の波形図である。 予め設定された変調率と回転数とで同期モータを強制的に起動させた場合の別のＵ相のモータ電流の波形図である。

符号の説明

１ 同期モータ、２ インバータ回路、３ コンバータ回路、４ ＡＣ電源、５ 電流センサ、６ モータ電流検出アンプ部、８ 位相差検出部、９ 目標位相差情報格納部、１０ 加算部、１１ ＰＩ演算部、１２ 回転数設定部、１３ 正弦波データテーブル、１４ 正弦波データ作成部、１５ ＰＷＭ作成部、１６ 起動異常判定部、２１ 電流検出抵抗、２２ 直流検出アンプ部、２３ モータ電流推定部、３１ モータ電流極性検出部、３７ 電流極性検知手段、１００Ａ，１００Ａ＃ インバータ部、１００Ｂ，１００Ｂ＃ 制御部、１２３ 凝縮器、１２４ 冷却器、１２５ 冷凍サイクル装置、１２６ 圧縮装置、１２７ 圧縮ユニット。

Claims (7)

1. 複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、
   前記複数相のうちの少なくとも１つの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部と、
   前記モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、
   各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
   前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。
2. 複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、
   各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
   前記同期モータから前記インバータ部に流れる直流電流を検出する直流電流検出部と、
   前記直流電流検出部で検出された直流電流に基づいて、モータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、
   前記モータ電流検出部から出力されたモータ電流信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、
   前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。
3. 複数相のモータコイルを備えた同期モータを駆動・制御するモータ制御装置であって、
   前記複数相のモータ電流のうちの少なくとも１つの相のモータ電流の極性を検出して、検出結果に基づくモータ電流極性信号を出力するモータ電流極性検出部と、
   前記モータ電流極性検出部から出力されたモータ電流極性信号と前記複数相のうちの対応するモータ駆動電圧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部と、
   各相のモータコイルに通電を行なうインバータ部と、
   前記同期モータを強制的に起動する所定期間において、前記位相差情報に基づいて前記同期モータの起動異常の発生を検出する起動異常判定部とを備える、モータ制御装置。
4. 前記起動異常判定部の起動異常の検出に基づいて、前記同期モータへの電力の供給が停止される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記同期モータは、冷媒を圧縮する圧縮装置に設けられ、
   前記同期モータを駆動・制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えた、圧縮装置。
6. 請求項５に記載の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える、冷凍装置。
7. 請求項５に記載の圧縮装置と、凝縮器と、冷却器とを備える、空調装置。

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