JP4173724B2 - Motor torque control device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのトルク制御装置に関し、より特定的には、負荷装置の１回転中の負荷変動に起因する振動および騒音に対し、インバータを用いたトルク制御によって負荷装置の低振動および低騒音化を図るモータのトルク制御装置に関する。特に、空気調和機や冷蔵庫などの圧縮機の駆動において、圧縮機の低振動および低騒音化を図ったモータのトルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般的に、空気調和機および冷蔵庫などに用いられている圧縮機は、冷凍サイクルの重要な構成区分であり、冷媒を圧縮して高温・高圧状態にし熱交換を行なっている。通常、この圧縮動作は大きく３つの過程に分けられる。まず、圧縮機内部のシリンダ内に冷媒を満たす吸入過程があり、次にシリンダ内の冷媒を圧縮する圧縮過程があり、最後に圧縮した冷媒を圧縮機外部に放出する吐出過程がある。
【０００３】
また、圧縮機は、その圧縮機構により、ロータリー方式、レシプロ方式、スクロール方式などに分類される。中でも、ロータリー方式は、他の方式と比較して、構造が簡単で部品点数も少なく低コストであるとともに、シリンダ部分の構造により圧縮効率もよく高効率化が容易であるといった利点を有している。
【０００４】
ただし、ロータリー方式の圧縮機は、偏心したロータリーピストンがシリンダ内部で回転することにより、吸入・圧縮・吐出の各工程を実行する。このため、１回転中の吸入・圧縮・吐出による負荷変動と回転軸の偏心とにより、騒音や振動が大きくなるといった問題点があった。
【０００５】
ロータリ方式の圧縮機としては、シリンダ部分を２つ設けて、それぞれのシリンダ部分におけるロータリーピストンを１８０°ずつ回転をずらすことにより、お互いの振動を打消すようにしたツインロータリー方式も実用化されている。しかし、ツインロータリー方式は、シリンダ部が１つのシングルロータリー方式に比べると、構造が複雑になるためコストが上昇し、かつ効率も低下するといった問題点があった。
【０００６】
このため、シングルロータリー方式の圧縮機において、モータトルクを制御して騒音・振動を抑制する技術が提案されている。この技術では、負荷トルクの大きい位置では、モータトルクを大きくし、逆に負荷トルクの小さくなる位置ではモータトルクをカットすることにより、１回転中のロータ速度を一定にして振動の低減が図られる。
【０００７】
たとえば、圧縮機の吸入工程および圧縮工程による負荷トルク変動に対応するように、予め記憶されたトルクパターンを用いて、検出された回転子（ロータ）の機械的位置に応じてインバータの出力電圧を変化させ、１回転中におけるトルク制御を行なう構成が提案されている（たとえば特許文献１）。
【０００８】
また、同様の技術を高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなく実現するための構成が提案されている（たとえば特許文献２）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１８７６９２号公報（第３−第５頁、第１−第３図）
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−４４９８５号公報（第１頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたモータの負荷トルクむら低減装置においては、ロータの機械的位置を決定する際に、ロータの１回転を各々が電気角６０°に相当する複数の測定区間に分割して各測定区間での所要時間を計測する。さらに、１回転中で所要時間が最大および最小となる測定区間を判定することによって決定される、ロータの機械的位置に基づいてトルク制御を実行する。したがって、圧縮機を変更してもソフトウェアの変更なくロータの機械的位置が判定できる反面、各測定期間での所要時間の計測に高い精度が必要とされる。なぜなら、所要時間が最大および最小となる測定区間を正確に決定するためには、所要時間差が小さい隣接測定区間の間で、所要時間の長短を正確に計測する必要があるからである。この結果、高機能なマイクロコンピュータが必要となり、高コスト化を招いてしまう。
【００１２】
さらに、ロータの機械的位置の判定時における、負荷状態、ノイズおよび位置検出回路の精度の問題で、ロータの機械的位置と予め設定したトルクパターンの対応が、たとえば測定区間１つ分だけずれてしまうおそれがあるため、十分な振動抑制能力を発揮できない可能性がある。
【００１３】
また、上記特許文献２に開示されたモータのトルク制御装置においては、高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなくロータの機械的位置を決定できるものの、実使用時の信頼性を高めるためには、ロータの機械的位置の判定精度を高める機構を備えていることが望ましい。
【００１４】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、高機能なマイクロコンピュータを必要とすることなく、負荷変動やノイズに対して頑健なモータのトルク制御装置を提供することである。
【００１５】
また、簡単な構成によって、ロータの機械的位置と、予め記憶したトルクパターンとを正確に対応付けることが可能なモータのトルク制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、組をなす所定の第１および第２の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定条件を満たすまでは、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する判定制限手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しいと判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００１７】
好ましくは、判定制限手段は、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小関係が所定回数以上同一の結果となるまで、判定手段がロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する。
【００１８】
また好ましくは、判定制限手段は、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の差が所定値を超えるまで、判定手段がロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定することを禁止する。
【００１９】
さらに好ましくは、所定値は、ブラシレスモータの回転速度に応じて設定される。
【００２０】
あるいは好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、位置検出間隔Ｔ１およびＴ２の大小に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００２１】
この発明の他の構成に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、所定の第１の区間および第１の区間の前後の区間での位置検出間隔から求められる第１のパラメータと、複数の区間のうちの、所定の第１の区間と組をなす所定の第２の区間および第２の区間の前後の区間での位置検出間隔から求められる第２のパラメータとの差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００２２】
好ましくは、第１および第２の区間は、複数の区間のうちの第ｉ番目および第ｊ番目の区間（ｉ，ｊ：互いに異なる自然数）であり、第１のパラメータは、第（ｉ−１），ｉ，（ｉ＋１）番目の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ_i-1、Ｔ_iおよびＴ_i+1と任意の係数Ｋとを用いて、Ｔ_i＋（Ｔ_i-1＋Ｔ_i+1）／Ｋで算出され、第２のパラメータは、第（ｊ−１），ｊ，（ｊ＋１）番目の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ_j-1、Ｔ_jおよびＴ_j+1とＫとを用いて、Ｔ_j＋（Ｔ_j-1＋Ｔ_j+1）／Ｋで算出される。
【００２３】
また好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、第１および第２のパラメータの大小関係に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００２４】
あるいは好ましくは、判定手段は、複数の区間のうちの複数の組での位置検出間隔の差に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する。
【００２５】
あるいは好ましくは、組をなす第１および第２の区間において、インバータ部の駆動信号パターンは同一である。
【００２６】
また好ましくは、組をなす第１および第２の区間は、機械角が１８０度離れている。
【００２７】
あるいは好ましくは、組をなす第１および第２の区間は、複数の区間のうち位置検出期間の差が最大となる組合せに相当する。
【００２８】
この発明のさらに他の構成に従うモータのトルク制御装置は、周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角がｍ倍（ｍ：２以上の整数）となるロータ極数が（２×ｍ）極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、ブラシレスモータの誘起電圧を検出してロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、インバータ部からブラシレスモータへの印加電圧および印加電流をインバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、ロータ位置検出手段の出力に基づいてロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、複数の区間のうちの、インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１から第ｍのｍ個の区間での位置検出間隔と、第１から第ｍの区間と機械角がそれぞれ１８０度離れた別のｍ個の区間での位置検出間隔とに基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、判定手段によって、ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、許可手段によってトルク制御が許可された後において、ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と記憶手段に記憶されたトルク設定パターンとに応じて各駆動信号パターンにおける印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える。
【００２９】
好ましくは、ｍは３であり、判定手段は、複数の区間のうちの、インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１、第２および第３の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ１、Ｔ２およびＴ３と、第１、第２および第３の区間と機械角がそれぞれ１８０度離れた第４、第５および第６の区間のそれぞれにおける位置検出間隔Ｔ４、Ｔ５およびＴ６とを用いて算出される、位置検出間隔の差（Ｔ１−Ｔ４），（Ｔ２−Ｔ５）および（Ｔ３−Ｔ６）の比較に基づいて、ロータの機械的位置が正しく設定されているかどうかを判定する。
【００３０】
また好ましくは、モータのトルク制御装置は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときに、ｍ個の区間での位置検出間隔と、別のｍ個の区間での位置検出間隔とそれぞれの差であるｍ個の位置検出間隔差に応じて、ロータの機械的位置の設定を修正する修正手段をさらに備え、許可手段は、判定手段によってロータの機械的位置が正しく設定されていないと判定されたときには、修正手段によってロータの機械的位置の設定が修正された後にトルク制御を許可する。
【００３１】
好ましくは、負荷装置は、シングルロータリ型圧縮機およびレシプロ型圧縮機の一方である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図１を参照して、トルク制御装置１０は、商用交流電源１１と、リアクタ１２と、全波整流回路１３と、平滑回路１４と、インバータ部１５と、ベースドライバ部１６と、ロータ位置検出部１７と、マイクロプロセッサ１８とを備える。トルク制御装置１０は、圧縮機２０を駆動する３相ブラシレスモータ（以下、単に「ブラシレスモータ」と称する）１９の駆動を制御する。
【００３５】
リアクタ１２は、インバータ部１５に対する突入電流の防止や力率の改善のために設けられる。全波整流回路１３は、たとえばダイオードブリッジなどによって構成され、商用交流電源１１から供給される交流電圧を全波整流する。平滑回路１４は、電解コンデンサなどによって構成され、全波整流された直流電圧のリップル成分を軽減する。
【００３６】
インバータ部１５は、３相バイポーラ接続されたスイッチング素子およびフライホイール・ダイオードにより構成される。具体的には、Ｕ相上側およびＵ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｕおよび１５ｘがそれぞれ接続され、Ｖ相上側およびＶ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｖおよび１５ｙがそれぞれ接続され、Ｗ相上側およびＷ相下側にそれぞれ対応して、スイッチング素子１５ｗおよび１５ｚがそれぞれ接続される。スイッチング素子としては、たとえば、電力用半導体素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。
【００３７】
ベースドライバ部１６は、電圧レベル変換ＩＣ（Integrated Circuit）などによって構成され、マイクロプロセッサ１８から出力されたスイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚのドライブ信号を、各スイッチング素子の駆動電圧に変換して、各スイッチング素子のベースに出力する。
【００３８】
ロータ位置検出部１７は、コンパレータおよび抵抗などによって構成され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに基づいて、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成する。マイクロプロセッサ１８は、所定の制御演算を実行して、インバータ部１５内のスイッチング素子のオンおよびオフ制御によって、ブラシレスモータ１９を可変速駆動する。
【００３９】
圧縮機２０は、空気調和機（図示せず）等に用いられ、ブラシレスモータ１９によって駆動される。圧縮機２０は、シングルロータリー型圧縮機あるいはレシプロ型圧縮機であるため、ブラシレスモータ１９の回転子（ロータ）の機械的な１回転に同期した周期的な負荷変動を有する。
【００４０】
次に、トルク制御装置１０の動作を簡単に説明する。
空気調和機（図示せず）を運転するための電力は、モータ駆動装置に接続された商用交流電源１１から供給される。その交流入力電圧は、全波整流回路１３および平滑回路１４により直流電圧に変換され、インバータ部１５へ入力される。マイクロプロセッサ１８は、圧縮機駆動用のブラシレスモータ１９を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形を、ロータ位置検出部１７からのロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて演算生成し、ベースドライバ部１６へ出力する。ベースドライバ部１６は、マイクロプロセッサ１８からのＰＷＭ波形を各スイッチング素子の駆動電圧に変換して、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚのスイッチングを制御する。このようにして、インバータ部１５によりブラシレスモータ１９へ電力が供給されることにより、圧縮機２０が駆動されて空気調和機が運転される。
【００４１】
図２は、３相ブラシレスモータの誘起電圧に基づいたロータ位置検出を説明する図である。
【００４２】
図２を参照して、図１に示した３相ブラシレスモータ１９のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線には、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが１２０°ずつ位相がずれた状態でそれぞれ発生する。各誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを基準電圧（図２における０レベル）と比較することにより、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗがロータ位置検出部１７によって得られる。
【００４３】
すなわち、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの各々について、対応する相の誘起電圧が基準電圧より大きいときは論理ハイレベル（以下、単に「Ｈレベル」と表記する）に、逆に誘起電圧が基準電圧よりも小さいときには論理ローレベル（以下、「Ｌレベル」と表記する）となるように設定すると、磁極の変化する誘起電圧波形のゼロクロス点で、立上がりまたは立下がりエッジのパルスが得られる。なお、図２では、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗとロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗとは、同巻線で同位相となるように示しているが、実際には、誘起電圧の検出時に生じる遅れにより、誘起電圧とロータ位置信号との間には位相遅れが発生している。
【００４４】
マイクロプロセッサ１８は、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ駆動信号を生成する。インバータ駆動信号は、たとえば、ロータ位置信号Ｈｕの立上がりエッジが検出されれば、Ｕ相上側のスイッチング素子１５ｕをオンさせる。次に、ロータ位置信号Ｈｖの立上がりエッジが検出されると、Ｕ相上側のスイッチング素子１５ｕをターンオフし、Ｖ相上側のスイッチング素子１５ｖをターンオンする。ロータ位置信号Ｈｗの立下がりが検出されると、Ｖ相下側のスイッチング素子１５ｙからＷ相下側のスイッチング素子１５ｚを転流させる。このように、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの立上りまたは立下りエッジを検出するごとに順次インバータ回路１５のスイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚを転流させることにより、ブラシレスモータ１９が駆動される。
【００４５】
また、モータ回転数（速度）およびモータトルクを制御するため、インバータ駆動信号には、ＰＷＭチョッピングが重畳される。すなわち、ＰＷＭチョッピングのデューティ比設定によって、インバータからブラシレスモータへの印加電圧および印加電流が制御される。図２では、各相の上側スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗの駆動信号のみにＰＷＭチョッピングを重畳させているが、下側スイッチング素子１５ｘ〜１５ｚに対して同様のＰＷＭチョッピングを重畳させることもできる。また、上側スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗおよび下側スイッチング素子１５ｘ〜１５ｚの各々について、インバータ駆動信号にＰＷＭチョッピングを重畳させることもできる。
【００４６】
このように、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの１周期に相当する電気角３６０°は各転流タイミングに対応して、電気角６０°ずつの６個のステートに分割される。各ステートは、インバータの各通電モードに相当し、駆動信号パターンＡ〜Ｆのいずれかに対応する。後程詳細に説明するように、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、ロータの機械的な絶対値とも同期しているため、ロータの機械的位置を検知する情報としても利用することができる。
【００４７】
図１に示したマイクロプロセッサ１８は、ロータ位置信号に応答してステートの遷移を検知して、インバータ駆動信号を切換えるとともに、内部に予め記憶されたトルクパターンに従って各ステートにおけるＰＷＭ出力のデューティ比を制御する。これにより、ブラシレスモータ１９の出力トルクを、予め設定されたトルクパターンに従って１回転中に増減するように制御できる。したがって、トルクパターンを圧縮機の周期的な負荷変動に対応して決定すれば、ロータ位置信号によって検出される電気角とロータの機械角との関係を正確に合致させることにより、ブラシレスモータの１回転中の回転数変動を抑制することができる。
【００４８】
実施の形態１においては、４極ブラシレスモータにおけるトルク制御方式について説明する。
【００４９】
図３には、４極ブラシレスモータにおけるステートの定義と負荷トルク変動に対応したトルクパターン設定とが示される。
【００５０】
図３を参照して、圧縮機の１回転中には大きく３つの過程（吸入・圧縮・排出）の工程があるため、吸入状態から冷媒が圧縮されていくに従って負荷トルクが急激に増加し、吐出弁が開き冷媒が排出されると負荷トルクが減少していく。
【００５１】
圧縮機の製造工程において、ロータ磁石、ステータ巻線、シリンダ、ローラ、シャフトおよびバランサの位置関係が常に同じになるように製造すれば、ロータ機械的位置と負荷トルクとの相関位置関係は、１つのパターンに決定できる。すなわち、図３中の負荷トルク曲線に示される様に、圧縮機の負荷トルクは、機械角に応じて周期的に変動する。
【００５２】
４極ブラシレスモータでは、機械角１８０°が電気角３６０°に相当するので、ロータの１回転（機械角３６０°）は、電気角７２０°に相当する。したがって、４極ブラシレスモータの１回転は、ステート０〜ステート１１までの１２個のステートに分割される
図４には、４極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンが示される。
【００５３】
図４を参照して、ステート０〜ステート１１は、４極ブラシレスモータの１回転（機械角３６０°）を１２分割しているので、各々が、機械角３０°に相当する。一方、各ステートは、電気角６０°に相当するので、図４（ａ）に示される前半のステート０〜ステート５および図４（ｂ）に示される後半のステート６〜ステート１１のそれぞれにおいて、駆動信号パターンＡ〜Ｆが実行される。すなわち、ステートｓとステートｓ＋６（ｓ：０〜５の整数）とでは、インバータの駆動信号パターン（通電モード）は同一である。駆動信号パターンＡ〜Ｆのそれぞれにおいて、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚは、図２に示したインバータ駆動信号によって制御される。
【００５４】
既に説明したように、ステートの遷移は、ロータ位置検出部１７（図１）からのロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗによって検知可能である。したがって、検出された電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうことにより、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置（機械角）を検知できる。
【００５５】
このために、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの出力パターンが等しい、すなわち同一の駆動信号パターンに対応する、機械角１８０°位相のずれた機械的位置の判別を行なう必要がある。すなわち、４極ブラシレスモータでは、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１８０°（電気角３６０°）の範囲内にあるのか、機械角１８０°（電気角３６０°）から機械角３６０°（電気角７２０°）の範囲内にあるのかが正しく判別できていれば、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置を決定できる。
【００５６】
再び図３を参照して、機械的な１回転（機械角０°〜３６０°）に対応して周期的に変動する負荷トルクに対応させて、トルクパターンが予め設計される。トルクパターンは、各ステートにおけるブラシレスモータのトルク設定値を示す。各ステートにおいて、トルク設定値に応じて、ＰＷＭチョッピングのデューティ比が設定される。各ステートでのデューティ比は、概ね負荷トルクが大きい区間において、インバータからブラシレスモータへの印加電流が相対的に大きくなるように設定されるが、圧縮機の振動・騒音が低くかつ、モータ効率が高くなる様に、負荷装置を考慮した実験やシミュレーションを通じて総合的に決定される。この結果、１回転中の負荷トルク変動に合わせて、トルク設定値を修正していくことによって、ブラシレスモータの１回転中の回転数変動が抑制される。
【００５７】
図５には、本発明の実施の形態１に従うトルク制御装置によるトルク制御フローが示される。
【００５８】
既に説明したように、図３に示したトルクパターン設定を有効なものとするには、電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうことが必要である。したがって、モータの運転が開始されると（ステップＳ１０）、実際にトルク制御を開始する前に、ロータの機械的位置を判定するための「位置合わせモード」が実行される（ステップＳ２０）。４極ブラシレスモータの位置合わせモードでは、電気角（ステート）とロータの機械角を正確に対応付けるために、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１８０°（電気角３６０°）の範囲（以下、「範囲Ｉ」）内にあるのか、機械角１８０°（電気角３６０°）から機械角３６０°（電気角７２０°）の範囲（以下、「範囲ＩＩ」）内にあるのかが判定される。
【００５９】
位置合わせモードが開始されると（ステップＳ２１）、まず、位置合わせパターンが仮設定され、たとえばロータが範囲Ｉにあるものと仮に決定される（ステップＳ２２）。
【００６０】
さらに、トルク制御を行なわずに各ステートでのトルク設定値、すなわちインバータからブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を一定とした状態下で、各ステートの通過所要時間に相当する位置検出間隔が測定される（ステップＳ２３）。
【００６１】
図６には、４極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化が示される。
【００６２】
図６を参照して、各ステートでインバータ部の駆動信号のＰＷＭデューティ比を一定とすることにより、負荷トルクの変動がステート０〜ステート１１での位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１１に反映される。具体的には、インバータによるモータ駆動トルクが各ステートで同一であるので、負荷トルクの変動分だけ、実際にモータに印加されるトルクは減少し、ロータの角加速度は小さくなっていく。したがって、負荷トルクが大きく変化する区間（角加速度の変化が大きい区間）は、速度つまりロータ位置信号から検出される位置検出間隔も大きく変化する。これにより、１回転中の位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１１からステート単位での負荷トルク変動状況を検出できる。
【００６３】
すなわち、インバータの駆動信号パターンが同一となる１組において、電気角が３６０°離れたステート同士で位置検出間隔を比較すれば、ロータが上述の範囲Ｉおよび範囲ＩＩのいずれに存在しているかを判定できる。
【００６４】
この際に、比較される位置検出間隔の差、すなわち検出すべき時間差が小さいときは、判定間違いの可能性が高まる。そこで、位置検出間隔を比較するステートの組合せは、位置検出間隔差が最大となるように決定される。たとえば、予め実験を行ない、図４に示すようにインバータ駆動パターンが同一となる区間同士の位置検出間隔のうち、ステート３とステート９の位置検出間隔Ｔ３およびＴ９の差が最も大きくなるとわかっている場合は、ステート３およびステート９にのみ着目し、これらのステート間で位置検出間隔Ｔ３およびＴ９の大小比較を行なうようにすればよい。
【００６５】
また、判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる複数組において、位置検出間隔を比較してもよい。
【００６６】
再び、図５を参照して、図６で説明したように、所定ステート間での位置検出間隔差によって、ステップＳ２２で仮設定された位置合わせパターンのＯＫ／ＮＧが判定される（ステップＳ２４）。範囲Ｉに対応して仮設定された場合には、位置検出間隔Ｔ３＜Ｔ９であれば位置合わせパターンはＯＫと判定されるが、位置検出間隔Ｔ３＞Ｔ９であれば位置合わせパターンはＮＧと判定される。
【００６７】
位置合わせパターンがＯＫであるときには、仮設定された位置合わせパターン（たとえば範囲Ｉに対応）がそのまま維持される（ステップＳ２５）。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定されたときには、機械角を１８０°シフトさせるために、仮設定された位置合わせパターン（たとえば範囲Ｉに対応）がもう一方の位置合わせパターン（たとえば範囲ＩＩに対応）へ修正される（ステップＳ２６）。
【００６８】
このようにして、位置合わせモードの終了時（ステップＳ２７）には、４極ブラシレスモータのロータが範囲Ｉおよび範囲ＩＩのいずれにあるかが判定されて、電気角（ステート）とロータの機械的位置とが正確に対応付けられる。すなわち、ロータの機械的位相とトルクパターンの位相との対応が取れた状態となる。
【００６９】
位置合わせモードが終了すると、トルク制御が許可されて（ステップＳ５０）、モータの通常運転が開始される（ステップＳ６０）。通常運転時には、予め設定されたトルクパターンに応じたＰＷＭデューティ比制御によって、図３で説明したトルク制御が実行される（ステップＳ７０）。
【００７０】
以上の説明から理解されるように、本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置では、ステップＳ２４において、ノイズ等の影響を排除してロータの位置合わせパターンを正確に判定することが重要である。
【００７１】
図７には、ロータの位置合わせを正確に判定するための第１の判定フロー例が示される。
【００７２】
たとえば、比較対象となる位置検出間隔の差が小さい間は、検出誤差が大きくなるので、位置合わせの判定間違いの可能性が高まる。したがって、比較対象となる所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの差を求め（ステップＳ３０）、この差の絶対値｜Ｔα−Ｔβ｜が所定値ΔＴを超えない間は位置合わせ判定を禁止して（ステップＳ３１）、｜Ｔα−Ｔβ｜が所定値ΔＴを超えた場合に初めて位置合わせパターンを判定する（ステップＳ３２）。このような判定フローとすることにより、上述の判定間違いを防止できる。
【００７３】
さらに、図８に示す様に、上記の所定値ΔＴをモータ回転数（速度）に応じて設定することにより、より正確な位置合わせ判定を実行できる。図８には、モータ回転数（速度）に応じて（図８中のＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃）、ΔＴが段階的に設定される例を示しているが、ΔＴは連続的に設定することもできる。
【００７４】
図９には、ロータの位置合わせを正確に判定するための第２の判定フロー例が示される。
【００７５】
たとえば、位置合わせモードの初期においては、位置検出間隔の検出が不安定になる可能性がある。したがって、比較対象となる所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小を比較すると（ステップＳ４０）、その比較結果が前回と同一であるかどうかをチェックする（ステップＳ４１）。
【００７６】
比較結果が前回と同一である場合には、カウント値をインクリメントして（ステップＳ４２）、当該カウント値が所定値を超えるまで同様の比較を実行する（ステップＳ４４）。一方、比較結果が前回と異なる場合には、カウント値をクリアして（ステップＳ４３）、同様の比較を実行する。
【００７７】
すなわち、連続して所定回数以上、位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小関係が同一となった場合、すなわち、位置検出間隔がトルク変動を反映して安定的に測定されるように判断された場合に、始めて位置合わせパターンを判定する（ステップＳ４５）。この結果、所定ステートの位置検出間隔ＴαおよびＴβの大小関係が安定するまでの間、位置合わせパターンの判定が制限されるので、判定精度が向上される。
【００７８】
以上説明したように、実施の形態１に従うモータのトルク制御装置では、所定ステート間の比較的大きな位置検出間隔差に基づいて、高機能のマイクロプロセッサを用いることなく、比較的簡単な構成で容易かつ確実にロータ機械的位置を判定することができる。さらに、判定されたロータ機械的位置を用いてトルク制御を行なうことで、負荷トルク変動に起因したブラシレスモータの速度変動を抑制できるので、負荷装置である圧縮機の低騒音化・低振動化を図ることができる。
【００７９】
特に、図７から図９に示したように、位置合わせパターンの判定時に、比較対象となる位置検出間隔の差が所定条件を満足するまで判定を制限することにより、判定精度を向上してトルク制御をより正確に実行することができる。
【００８０】
［実施の形態２］
実施の形態２では、６極ブラシレスモータへの本願発明の適用について説明する。
【００８１】
６極ブラシレスモータでは、機械角１２０°が電気角３６０°に相当するので、ロータの１回転（機械角３６０°）は、電気角１０８０°に相当する。したがって、６極ブラシレスモータの１回転は、ステート０〜ステート１７までの１８個のステートに分割される
図１０には、６極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンが示される。
【００８２】
図１０を参照して、ステート０〜ステート１７は、６極ブラシレスモータの１回転（機械角３６０°）を１８分割しているので、各々が、機械角２０°に相当する。一方、各ステートは、電気角６０°に相当するので、図１０（ａ）に示されるステート０〜ステート５、図１０（ｂ）に示されるステート６〜ステート１１および図１０（ｃ）に示されるステート１２〜ステート１７のそれぞれにおいて、駆動信号パターンＡ〜Ｆが実行される。
【００８３】
すなわち、ステートｓと、ステートｓ＋６と、ステートｓ＋１２（ｓ：０〜５の整数）とでは、インバータの駆動信号パターン（通電モード）は同一である。駆動信号パターンＡ〜Ｆのそれぞれにおいて、スイッチング素子１５ｕ〜１５ｗ，１５ｘ〜１５ｚは、図２に示したインバータ駆動信号によって制御される。
【００８４】
６極ブラシレスモータでは、検出された電気角（ステート）とロータの機械的位置との対応付けを正確に行なうためには、同一の駆動信号パターンに対応する、機械角１２０°位相のずれた機械的位置の判別を行なう必要がある。
【００８５】
すなわち、６極ブラシレスモータでは、ロータが機械角０°（電気角０°）から機械角１２０°（電気角３６０°）の範囲（「範囲ａ」）、機械角１２０°（電気角３６０°）から機械角２４０°（電気角７２０°）の範囲（「範囲ｂ」）、および機械角２４０°（電気角７２０°）から機械角３６０°（電気角１０８０°）の範囲（「範囲ｃ」）のいずれの内にあるのかが正しく判別できていれば、先に説明した４極ブラシレスモータと同様に、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗからロータの機械的位置を決定できる。
【００８６】
したがって、６極ブラシレスモータについても、図４と同様の制御フローに従ってトルク制御が実行される。以下においては、特に、６極ブラシレスモータの位置合わせモードについて説明する。
【００８７】
図１１には、６極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化が示される。
【００８８】
図１１を参照して、各ステートでインバータ部の駆動信号のＰＷＭデューティ比を一定とすることにより、４極ブラシレスモータと同様に、負荷トルクの変動がステート０〜ステート１７での位置検出間隔Ｔ０〜Ｔ１７に反映される。
【００８９】
したがって、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組において、電気角が３６０°離れたステート同士で位置検出間隔を比較すれば、ロータが上述の範囲ａ、範囲ｂおよび範囲ｃのいずれに存在しているかを判定できる。
【００９０】
位置検出間隔を比較するステートの組は、４極ブラシレスモータの場合と同様に、予め実験を行なって位置検出間隔差が顕著に現われるように決定すればよい。たとえば、インバータの駆動信号パターンが同一となる組合せから、ステート５、ステート１１およびステート１７の組を選択した場合には、これらのステート間でのみ位置検出間隔の大小比較を行なうようにすればよい。
【００９１】
具体的には、図５に示したフローに従って、ステップＳ２４において、ステート５、ステート１１およびステート１７のそれぞれの位置検出間隔Ｔ５、Ｔ１１およびＴ１７を比較する。たとえば、図５のステップＳ２２において位置合わせパターンを範囲ａに対応して仮設定した場合には、図５のステップＳ２４において、位置検出間隔Ｔ５が最小であるときには仮設定された位置合わせパターンをＯＫと判定する一方で、位置検出間隔Ｔ１１またはＴ１７が最小であるときには仮設定された位置合わせパターンをＮＧと判定する。
【００９２】
位置合わせパターンがＯＫと判定された場合には、仮設定された位置合わせパターンが維持される。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定された場合には、図５のステップＳ２６において、位置検出間隔Ｔ１１が最小であるときは、範囲ｂに対応させて機械角を１２０°シフトするように位置合わせパターンを修正し、位置検出間隔Ｔ１７が最小であるときは、範囲ｃに対応させて機械角を２４０°シフトするように位置合わせパターンを修正する。
【００９３】
この結果、６極ブラシレスモータにおいても、位置合わせモードの終了時（図５のステップＳ２７）において、ロータの機械的位相と、トルクパターンの位相との対応を取ることができる。したがって、トルク制御を許可して（図５のステップＳ５０）、トルク制御を伴ったモータの通常運転が開始される（図５のステップＳ６０，Ｓ７０）。このように、６極ブラシレスモータについても、実施の形態１で説明した４極ブラシレスモータと同様のトルク制御を行なうことができる。
【００９４】
なお、６極ブラシレスモータにおいても、位置合わせ判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組を複数個選択して、各組での位置検出間隔の比較から、位置合わせを判定してもよい。
【００９５】
あるいは、図５のステップＳ２４における判定に対するノイズ等の影響を排除するために、図７から図９で説明した判定フローを適用することも可能である。この場合には、同一の組を構成する３個のステートに対応する３個の位置検出間隔について、３個の位置検出間隔差が求められるので、それぞれの位置検出間隔差について、図７または図９の判定フローを適用すればよい。
【００９６】
［実施の形態３］
図６および図１１に示した様に、位置検出間隔が最大のステートと、最小のステートとは機械角で１８０°離れている。４極ブラシレスモータの場合は、電気角３６０°が機械角１８０°に相当するため、インバータの駆動信号パターン（通電モード）が同一となるステートと、ロータ機械角が１８０°離れたステートとは同じであるが、６極ブラシレスモータの場合は、電気角３６０°が機械角１２０°に相当するため、インバータの駆動信号パターンが同一となるステートと、ロータ機械角が１８０°離れたステートとは異なってくる。
【００９７】
実施の形態２では、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組で位置検出間隔を比較したが、実施の形態３では、ロータ機械角で１８０°離れたステート間での位置検出間隔の比較に基づいて、ロータの機械的位置を判定する方式を説明する。
【００９８】
図１２を参照して、実施の形態３に従うロータの機械的位置判定では、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２４およびＳ２６に代えて、ステップＳ２４♯およびＳ２６♯がそれぞれ実行される。
【００９９】
以下の説明では、予め行なった実験から、図１１に示したようにインバータ駆動信号パターンが同一であるステート５、ステート１１およびステート１７にそれぞれ対応する位置検出間隔Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ１７のうちのいずれかで位置検出間隔が最小になることが判明しているものとする。
【０１００】
この場合には、ステップＳ２４♯において、インバータ駆動信号パターンが同一であるステート５、ステート１１およびステート１７から機械角１８０°ずつ離れたステート１４、ステート２およびステート８について、ステート５、ステート１２およびステート１７との間で位置検出間隔の差を求める。すなわち、位置検出間隔差ΔＴα＝｜Ｔ５−Ｔ１４｜、ΔＴβ＝｜Ｔ１１−Ｔ２｜およびΔＴγ＝｜Ｔ１７−Ｔ８｜が算出される。さらに、位置検出間隔差ΔＴα、ΔＴβおよびΔＴγのいずれが最大となるかに応じて、仮設定された位置合わせパターンのＯＫ／ＮＧを判定する。
【０１０１】
たとえば、範囲ａに対応させて位置合わせパターンを仮設定した場合には、位置検出間隔差ΔＴαが最大であるときには仮設定された位置合わせパターンをＯＫと判定する一方で、位置検出間隔差ΔＴβまたはΔＴγが最大であるときには仮設定された位置合わせパターンをＮＧと判定する。
【０１０２】
位置合わせパターンがＯＫと判定された場合には、仮設定された位置合わせパターンが維持される。一方、位置合わせパターンがＮＧと判定された場合には、ステップＳ２６♯において、位置検出間隔差ΔＴβが最大であるときは、範囲ｂに対応させて機械角を１２０°シフトするように位置合わせパターンを修正し、位置検出間隔差ΔＴγが最大であるときは、範囲ｃに対応させて機械角を２４０°シフトするように位置合わせパターンを修正する。
【０１０３】
この結果、実施の形態３においても、位置合わせモードの終了時において、ロータの機械的位相と、トルクパターンの位相との対応を取ることができる。したがって、トルク制御を許可した後に、トルク制御を伴ったモータの通常運転が開始され、実施の形態２と同様に、６極ブラシレスモータのトルク制御を行なうことができる。特に、実施の形態３においては、位置検出間隔差ΔＴα，ΔＴβ，ΔＴγの各々は機械角が１８０°離れたステート間で算出されるので、検出すべき時間差は、実施の形態２よりも大きくなる。したがって、位置検出間隔の検出に要求される精度も低くできるので、マイクロプロセッサの負荷が軽減される。
【０１０４】
なお、実施の形態３においても、位置合わせ判定精度を向上させるために、インバータの駆動信号パターンが同一となる３つのステートの組を複数個選択して、上述した判定処理を実行してもよい。
【０１０５】
また、図１２のステップＳ２４♯での判定精度を向上するために、図７から図９で説明した判定フローを適用することも可能である。この場合には、ステップＳ２４♯で算出された３個の位置検出間隔差ΔＴα，ΔＴβ，ΔＴγについて、３個の差分（ΔＴα−ΔＴβ，ΔＴβ−ΔＴγ，ΔＴγ−ΔＴα）が求められるので、それぞれの差分について、図７または図９の判定フローを適用すればよい。
【０１０６】
［実施の形態４］
また、各ステートでの位置検出間隔について、前後のステートでの位置検出間隔を反映したパラメータ化を行なって、ロータの機械的位置判定に用いることも可能である。
【０１０７】
たとえば、図６および図１１に示された複数のステートのうち、ステートｉおよびのステートｊ（ｉ，ｊは、互いに異なる０以上の整数）を用いて、ロータの機械的位置を判定する場合には、対応する位置検出間隔Ｔ_iおよびＴ_jに代えて、任意の係数Ｋを用いて、下記（１）および（２）式で示されるパラメータＰ_iおよびＰ_jを用いて、判定フローを実行しても良い。
【０１０８】
Ｐ_i＝Ｔ_i＋（Ｔ_i-1＋Ｔ_i+1）／Ｋ …（１）
Ｐ_j＝Ｔ_j＋（Ｔ_j-1＋Ｔ_j+1）／Ｋ …（２）
位置検出間隔Ｔ_j-1およびＴ_j+1は、ステートｉの前後ステートのそれぞれにおける位置検出間隔であり、位置検出間隔Ｔ_j-1およびＴ_j+1は、ステートｊの前後ステートのそれぞれにおける位置検出間隔であり、Ｋは前後の区間の重み付けを決める係数である。たとえば、各ステートの位置検出間隔に対する、前後のステートにおける位置検出間隔の重み付けを１／２にする場合には、Ｋ＝２に設定すればよい。
【０１０９】
このように算出されたパラメータＰ_i，Ｐ_jは、実施の形態１から実施の形態３で説明したロータの機械的位置判定において、位置検出間隔に代えて適用される。これにより、図２に示した、ロータ位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成するゼロクロス点を検知するための基準電圧が微小変動した場合に、位置検出間隔の測定誤差がロータの機械的位置判定に与える悪影響を抑制できる。また、前後のステートでの位置検出間隔を反映したパラメータ化については、上記（１），（２）以外の数式によって行なうことも可能である。
【０１１０】
なお、一部の組合せについては既に言及したが、以上説明した実施の形態１から実施の形態４については、任意に複数の実施の形態を組合せて制御性能を向上することができる。また、以上の実施の形態では、ロータ極数が４極および６極のブラシレスモータについて説明したが、さらに異なる極数を有するブラシレスモータについても、本願発明を同様に適用することが可能である。
【０１１１】
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。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、直結されたモータにより、周期的な負荷変動を有する負荷装置を可変速駆動するモータのトルク制御装置において、電気角に対応してロータの機械的な１回転を分割した複数区間（ステート）のうちの所定区間の間の比較的大きな位置検出間隔差に基づいてロータの位置合わせを判定する。したがって、高機能のマイクロプロセッサを用いることなく、比較的簡単な構成で容易かつ確実にロータ機械的位置を判定することができる。判定されたロータ機械的位置を用いてトルク制御を行なうことで、常に圧縮機の低振動化を図ることができ、ひいては空気調和機等の製品の低振動化・低騒音・長寿命化を実現できる。
【０１１３】
特に、位置合わせ判定時に、比較対象となる位置検出間隔の差が所定条件を満足するまで判定を禁止することにより、位置合わせの判定精度を向上して、トルク制御をより正確に実行することができる。
【０１１４】
また、この発明によれば、モータ制御にマイクロコンピュータを用いており、この位置検出間隔の長短比較もマイクロコンピュータのソフトウェアで実現していることから、大きなコストアップが生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に従うモータのトルク制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】 ３相ブラシレスモータの誘起電圧に基づいたロータ位置検出を説明する動作波形図である。
【図３】 ４極ブラシレスモータにおけるステートの定義と負荷トルク変動に対応したトルクパターン設定とを示す概念図である。
【図４】 ４極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンを示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に従うトルク制御装置によるトルク制御を説明するフローチャートである。
【図６】 ４極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化を説明する概念図である。
【図７】 ロータの位置合わせを正確に判定するための第１の判定フロー例を示すフローチャートである。
【図８】 図７に示された所定値ΔＴの設定を説明する概念図である。
【図９】 ロータの位置合わせを正確に判定するための第２の判定フロー例を示すフローチャートである。
【図１０】 ６極ブラシレスモータの各ステートにおけるインバータの駆動信号パターンを示す図である。
【図１１】 ６極ブラシレスモータの位置合わせモードにおける各ステートの位置検出間隔の変化を説明する概念図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３に従うトルク制御装置によるトルク制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ トルク制御装置、１１ 商用交流電源、１３ 全波整流回路、１５ インバータ部、１５ｕ〜１５ｖ，１５ｘ〜１５ｚ スイッチング素子、１６ ベースドライバ部、１７ ロータ位置検出部、１８ マイクロプロセッサ、１９ ３相ブラシレスモータ、２０ 圧縮機（負荷装置）、Ｈｕ，Ｈｙ，Ｈｗ ロータ位置信号、Ｔ０〜Ｔ１７ 位置検出間隔。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque control device for a motor, and more particularly to low vibration and low noise of a load device by torque control using an inverter against vibration and noise caused by load fluctuation during one rotation of the load device. The present invention relates to a torque control device for a motor that achieves the above. In particular, the present invention relates to a torque control device for a motor that reduces the vibration and noise of the compressor when driving a compressor such as an air conditioner or a refrigerator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a compressor generally used in an air conditioner, a refrigerator, or the like is an important constituent section of a refrigeration cycle, and heat is exchanged by compressing a refrigerant to a high temperature / high pressure state. Usually, this compression operation is roughly divided into three processes. First, there is a suction process for filling the refrigerant in the cylinder inside the compressor, then there is a compression process for compressing the refrigerant in the cylinder, and finally there is a discharge process for releasing the compressed refrigerant to the outside of the compressor.
[0003]
Further, the compressor is classified into a rotary system, a reciprocating system, a scroll system, and the like according to the compression mechanism. Above all, the rotary system has the advantages that the structure is simple, the number of parts is low, and the cost is low, and the compression efficiency is high and the efficiency is easy due to the structure of the cylinder part. Yes.
[0004]
However, the rotary type compressor performs the steps of suction, compression, and discharge by rotating the eccentric rotary piston inside the cylinder. For this reason, there has been a problem that noise and vibration increase due to load fluctuations due to suction / compression / discharge during one rotation and eccentricity of the rotating shaft.
[0005]
As a rotary type compressor, a twin rotary type in which two cylinder parts are provided and the rotary pistons in each cylinder part are shifted by 180 ° to cancel each other's vibration has been put into practical use. Yes. However, the twin rotary system has a problem in that the structure is complicated and the cost is increased and the efficiency is reduced as compared with the single rotary system having one cylinder.
[0006]
For this reason, in a single rotary type compressor, a technique for controlling noise and vibration by controlling motor torque has been proposed. In this technique, the motor torque is increased at a position where the load torque is large, and conversely, the motor torque is cut at a position where the load torque is small, thereby reducing the vibration by keeping the rotor speed during one rotation constant. .
[0007]
For example, the output voltage of the inverter is set according to the detected mechanical position of the rotor (rotor) using a torque pattern stored in advance so as to correspond to the load torque fluctuation caused by the suction process and the compression process of the compressor. A configuration has been proposed in which torque control is performed during one rotation (for example, Patent Document 1).
[0008]
In addition, a configuration for realizing the same technology without requiring a high-performance microcomputer has been proposed (for example, Patent Document 2).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-187692 (pages 3 to 5 and FIGS. 1 to 3)
[0010]
[Patent Document 2]
JP 2002-44985 A (first page, FIG. 1)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the motor load torque unevenness reducing device disclosed in Patent Document 1 described above, when determining the mechanical position of the rotor, one rotation of the rotor is divided into a plurality of measurement sections each corresponding to an electrical angle of 60 °. Divide and measure the required time in each measurement section. Further, torque control is executed based on the mechanical position of the rotor, which is determined by determining the measurement section in which the required time is maximum and minimum during one rotation. Therefore, even if the compressor is changed, the mechanical position of the rotor can be determined without changing the software, but high accuracy is required for measuring the required time in each measurement period. This is because it is necessary to accurately measure the length of the required time between adjacent measurement intervals where the required time difference is small in order to accurately determine the measurement interval where the required time is maximum and minimum. As a result, a high-performance microcomputer is required, resulting in an increase in cost.
[0012]
Furthermore, due to problems with load conditions, noise and accuracy of the position detection circuit when determining the mechanical position of the rotor, the correspondence between the mechanical position of the rotor and the preset torque pattern is shifted by, for example, one measurement section. Therefore, there is a possibility that sufficient vibration suppression capability cannot be exhibited.
[0013]
In addition, in the motor torque control device disclosed in Patent Document 2, although the mechanical position of the rotor can be determined without the need for a high-performance microcomputer, in order to increase the reliability during actual use. It is desirable that a mechanism for improving the determination accuracy of the mechanical position of the rotor is provided.
[0014]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a motor torque that is robust against load fluctuations and noise without requiring a high-performance microcomputer. It is to provide a control device.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a motor torque control device capable of accurately associating a mechanical position of a rotor with a previously stored torque pattern with a simple configuration.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The torque control apparatus for a motor according to the present invention has a number of rotor poles whose electrical angle is m times (m: an integer of 2 or more) with respect to the mechanical angle of the rotor for driving a load apparatus having periodic load fluctuations. Is a torque control device for a motor that drives a brushless motor with (2 × m) poles at a variable speed, and includes an inverter unit for driving the brushless motor and a torque set in advance corresponding to the load torque fluctuation of the brushless motor. Storage means for storing the setting pattern, rotor position detection means for detecting the induced voltage of the brushless motor and detecting the electrical angle of the rotor at predetermined intervals, and the applied voltage and applied current from the inverter unit to the brushless motor A plurality of parts obtained by dividing one mechanical rotation of the rotor on the basis of the output of the rotor position detection means under the condition that the drive signal pattern is constant In each of the sections, detection means for detecting a position detection interval corresponding to the time required for passing through the corresponding section, and positions in each of the predetermined first and second sections forming a set of the plurality of sections Based on the difference between the detection intervals T1 and T2, determination means for determining whether the mechanical position of the rotor is set correctly and until the difference between the position detection intervals T1 and T2 satisfies a predetermined condition, the determination means Determination limiting means for prohibiting determining whether the mechanical position of the rotor is correctly set, and permission means for permitting torque control when the determination means determines that the mechanical position of the rotor is correct, After the torque control is permitted by the permission means, the target speed and the torque setting pattern stored in the storage means are determined based on the output of the rotor position detection means. Torque control means for controlling the applied voltage and applied current in each drive signal pattern in accordance with the control signal.
[0017]
Preferably, the determination limiting unit prohibits the determination unit from determining whether or not the mechanical position of the rotor is set correctly until the magnitude relationship between the position detection intervals T1 and T2 is the same as a predetermined number of times. .
[0018]
Preferably, the determination limiting unit prohibits the determination unit from determining whether the mechanical position of the rotor is correctly set until the difference between the position detection intervals T1 and T2 exceeds a predetermined value.
[0019]
More preferably, the predetermined value is set according to the rotational speed of the brushless motor.
[0020]
Alternatively, preferably, when the determination unit determines that the mechanical position of the rotor is not set correctly, the motor torque control device determines the mechanical position of the rotor according to the size of the position detection intervals T1 and T2. Correction means for correcting the setting is further provided, and when the determination means determines that the mechanical position of the rotor is not correctly set, the permission means performs torque after the setting of the mechanical position of the rotor is corrected by the correction means. Allow control.
[0021]
A motor torque control device according to another configuration of the present invention has an electrical angle of m times (m: an integer of 2 or more) with respect to the mechanical angle of the rotor for driving a load device having periodic load fluctuations. A torque control device for a motor that drives a brushless motor having a rotor pole number of (2 × m) at a variable speed, and includes an inverter unit for driving the brushless motor, and a load torque fluctuation of the brushless motor in advance. Storage means for storing the set torque setting pattern, rotor position detection means for detecting the induced voltage of the brushless motor and detecting the electrical angle of the rotor at predetermined intervals, and applied voltage and applied current from the inverter unit to the brushless motor Is constant in each drive signal pattern of the inverter, and the mechanical rotation of the rotor is divided based on the output of the rotor position detecting means. In each of the plurality of sections, detection means for detecting a position detection interval corresponding to the time required for passing through the corresponding section, and the predetermined first section and the first section before and after the plurality of sections The first parameter obtained from the position detection interval in the section, and the predetermined second section and a section before and after the second section of the plurality of sections. Based on a difference from the second parameter obtained from the position detection interval, a determination unit that determines whether the mechanical position of the rotor is set correctly, and the determination unit sets the mechanical position of the rotor correctly. When it is determined that the torque control is permitted, and after the torque control is permitted by the permission means, the target speed and the storage means are stored based on the output of the rotor position detection means. Torque control means for controlling the applied voltage and applied current in each drive signal pattern according to the torque setting pattern.
[0022]
Preferably, the first and second intervals are i-th and j-th intervals (i, j: natural numbers different from each other) of the plurality of intervals, and the first parameter is (i−1). ), I, (i + 1) th position detection interval T _i-1 , T _i And T _{i + 1} And an arbitrary coefficient K, T _i + (T _i-1 + T _{i + 1} ) / K, and the second parameter is the position detection interval T in each of the (j−1), j, and (j + 1) th sections. _j-1 , T _j And T _{j + 1} And K, T _j + (T _j-1 + T _{j + 1} ) / K.
[0023]
Preferably, the motor torque control device determines whether the mechanical position of the rotor is mechanically set according to the magnitude relationship between the first and second parameters when the determination unit determines that the mechanical position of the rotor is not set correctly. Correction means for correcting the setting of the position is further provided, and the permission means corrects the setting of the mechanical position of the rotor by the correction means when the determination means determines that the mechanical position of the rotor is not set correctly. Allow torque control later.
[0024]
Alternatively, preferably, the determination unit determines whether or not the mechanical position of the rotor is correctly set based on differences in position detection intervals in a plurality of sets of the plurality of sections.
[0025]
Alternatively, preferably, the drive signal patterns of the inverter units are the same in the first and second sections forming a set.
[0026]
Preferably, the first and second sections forming a set are separated by a mechanical angle of 180 degrees.
[0027]
Or preferably, the 1st and 2nd section which makes a group is equivalent to the combination from which the difference of a position detection period becomes the maximum among a plurality of sections.
[0028]
In the motor torque control device according to still another configuration of the present invention, the electrical angle is m times the mechanical angle of the rotor for driving the load device having periodic load fluctuations (m: an integer of 2 or more). Is a motor torque control device that drives a brushless motor having a rotor pole number of (2 × m) poles at a variable speed, an inverter unit for driving the brushless motor, and a load torque fluctuation of the brushless motor. Storage means for storing a preset torque setting pattern; rotor position detection means for detecting an induced voltage of the brushless motor to detect the electrical angle of the rotor at predetermined intervals; and applied voltage and application from the inverter unit to the brushless motor Under a state where the current is constant in each drive signal pattern of the inverter, the rotor is mechanically operated once based on the output of the rotor position detecting means. In each of the plurality of sections obtained by dividing the first section, the detection means for detecting the position detection interval corresponding to the time required for passing through the corresponding section and the drive signal pattern of the inverter unit in the plurality of sections are the same. Based on the position detection interval in the 1st to m-th m sections, and the position detection interval in another m-sections that are 180 degrees apart from the first to m-th sections, respectively, Determining means for determining whether or not the mechanical position is set correctly; permission means for permitting torque control when the determining means determines that the mechanical position of the rotor is set correctly; and permission means After the torque control is permitted by, the application in each drive signal pattern according to the target speed and the torque setting pattern stored in the storage means based on the output of the rotor position detection means Torque control means for controlling the voltage and applied current.
[0029]
Preferably, m is 3, and the determination means includes position detection intervals T1, T2, and a first detection interval T1, a second detection interval T2, and a second detection interval T2, each having the same drive signal pattern of the inverter unit. Calculated using T3 and position detection intervals T4, T5, and T6 in the fourth, fifth, and sixth sections that are 180 degrees apart from the first, second, and third sections, respectively. Based on the comparison of the difference (T1-T4), (T2-T5), and (T3-T6) in the position detection interval, it is determined whether the mechanical position of the rotor is set correctly.
[0030]
Preferably, the motor torque control device determines whether the mechanical position of the rotor is not set correctly by the determination means, and the position detection interval in m sections and another m sections. Correction means for correcting the setting of the mechanical position of the rotor in accordance with m position detection interval differences which are the respective differences from the position detection interval of When it is determined that the setting is not correct, the torque control is permitted after the setting of the mechanical position of the rotor is corrected by the correcting means.
[0031]
Preferably, the load device is one of a single rotary compressor and a reciprocating compressor.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a torque control apparatus 10 for a motor according to an embodiment of the present invention.
[0034]
Referring to FIG. 1, a torque control device 10 includes a commercial AC power source 11, a reactor 12, a full-wave rectifier circuit 13, a smoothing circuit 14, an inverter unit 15, a base driver unit 16, and a rotor position detection unit. 17 and a microprocessor 18. The torque control device 10 controls driving of a three-phase brushless motor (hereinafter simply referred to as “brushless motor”) 19 that drives the compressor 20.
[0035]
The reactor 12 is provided for preventing an inrush current with respect to the inverter unit 15 and improving the power factor. The full-wave rectifier circuit 13 is configured by, for example, a diode bridge, and full-wave rectifies the AC voltage supplied from the commercial AC power supply 11. The smoothing circuit 14 is constituted by an electrolytic capacitor or the like, and reduces the ripple component of the direct-current rectified DC voltage.
[0036]
The inverter unit 15 includes a switching element and a flywheel diode that are three-phase bipolar connected. Specifically, switching elements 15u and 15x are connected to correspond to the U-phase upper side and U-phase lower side, respectively, and switching elements 15v and 15y correspond to V-phase upper side and V-phase lower side, respectively. Switching elements 15w and 15z are connected corresponding to the W-phase upper side and the W-phase lower side, respectively. As the switching element, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) which is a power semiconductor element is used.
[0037]
The base driver unit 16 is configured by a voltage level conversion IC (Integrated Circuit) or the like, and converts the drive signals of the switching elements 15u to 15w and 15x to 15z output from the microprocessor 18 into driving voltages of the respective switching elements. , Output to the base of each switching element.
[0038]
The rotor position detection unit 17 includes a comparator, a resistor, and the like, and generates rotor position signals Hu, Hv, and Hw based on the induced voltages Eu, Ev, and Ew of the U phase, the V phase, and the W phase. The microprocessor 18 executes a predetermined control operation and drives the brushless motor 19 at a variable speed by on / off control of the switching element in the inverter unit 15.
[0039]
The compressor 20 is used in an air conditioner (not shown) or the like and is driven by a brushless motor 19. Since the compressor 20 is a single rotary type compressor or a reciprocating type compressor, it has a periodic load fluctuation synchronized with one mechanical rotation of the rotor (rotor) of the brushless motor 19.
[0040]
Next, the operation of the torque control device 10 will be briefly described.
Electric power for operating an air conditioner (not shown) is supplied from a commercial AC power supply 11 connected to a motor drive device. The AC input voltage is converted into a DC voltage by the full-wave rectifier circuit 13 and the smoothing circuit 14 and input to the inverter unit 15. The microprocessor 18 calculates and generates a PWM (Pulse Width Modulation) waveform for driving the brushless motor 19 for driving the compressor based on the rotor position signals Hu, Hv, and Hw from the rotor position detection unit 17. Output to the driver unit 16. The base driver unit 16 converts the PWM waveform from the microprocessor 18 into a driving voltage for each switching element, and controls switching of the switching elements 15u to 15w and 15x to 15z. Thus, by supplying electric power to the brushless motor 19 from the inverter unit 15, the compressor 20 is driven and the air conditioner is operated.
[0041]
FIG. 2 is a diagram illustrating rotor position detection based on the induced voltage of the three-phase brushless motor.
[0042]
Referring to FIG. 2, each of the U-phase, V-phase and W-phase windings of the three-phase brushless motor 19 shown in FIG. 1 has the induced voltages Eu, Ev and Ew shifted in phase by 120 °. appear. By comparing each induced voltage Eu, Ev, Ew with a reference voltage (0 level in FIG. 2), rotor position signals Hu, Hv, Hw are obtained by the rotor position detector 17.
[0043]
That is, for each of the rotor position signals Hu, Hv, and Hw, when the induced voltage of the corresponding phase is larger than the reference voltage, the induced voltage is set to the reference level, on the contrary, to the logic high level (hereinafter simply referred to as “H level”). When it is set to be a logic low level (hereinafter referred to as “L level”) when the voltage is smaller than the voltage, a rising or falling edge pulse is obtained at the zero cross point of the induced voltage waveform where the magnetic pole changes. In FIG. 2, the induced voltages Eu, Ev, Ew and the rotor position signals Hu, Hv, Hw are shown to have the same phase in the same winding, but in actuality, they are generated when the induced voltage is detected. Due to the delay, a phase delay occurs between the induced voltage and the rotor position signal.
[0044]
The microprocessor 18 generates an inverter drive signal for driving the brushless motor based on the rotor position signals Hu, Hv, Hw. For example, when the rising edge of the rotor position signal Hu is detected, the inverter drive signal turns on the switching element 15u on the upper side of the U phase. Next, when the rising edge of the rotor position signal Hv is detected, the switching element 15u above the U phase is turned off, and the switching element 15v above the V phase is turned on. When the fall of the rotor position signal Hw is detected, the switching element 15z on the lower side of the W phase is commutated from the switching element 15y on the lower side of the V phase. As described above, the brushless motor 19 is driven by sequentially commutating the switching elements 15u to 15w and 15x to 15z of the inverter circuit 15 each time the rising or falling edge of the rotor position signals Hu, Hv, and Hw is detected. The
[0045]
Further, in order to control the motor rotation speed (speed) and the motor torque, PWM chopping is superimposed on the inverter drive signal. That is, the applied voltage and applied current from the inverter to the brushless motor are controlled by setting the duty ratio of PWM chopping. In FIG. 2, PWM chopping is superimposed only on the drive signals of the upper switching elements 15 u to 15 w of each phase, but similar PWM chopping can be superimposed on the lower switching elements 15 x to 15 z. Also, PWM chopping can be superimposed on the inverter drive signal for each of the upper switching elements 15u to 15w and the lower switching elements 15x to 15z.
[0046]
Thus, the electrical angle 360 ° corresponding to one cycle of the induced voltages Eu, Ev, Ew is divided into six states each having an electrical angle of 60 ° corresponding to each commutation timing. Each state corresponds to each energization mode of the inverter and corresponds to one of the drive signal patterns A to F. As will be described in detail later, the rotor position signals Hu, Hv, and Hw are synchronized with the mechanical absolute value of the rotor, and can be used as information for detecting the mechanical position of the rotor.
[0047]
The microprocessor 18 shown in FIG. 1 detects the transition of the state in response to the rotor position signal, switches the inverter drive signal, and sets the duty ratio of the PWM output in each state according to the torque pattern stored in advance inside. Control. As a result, the output torque of the brushless motor 19 can be controlled to increase or decrease during one rotation according to a preset torque pattern. Therefore, if the torque pattern is determined corresponding to the periodic load fluctuation of the compressor, the relationship between the electrical angle detected by the rotor position signal and the mechanical angle of the rotor is accurately matched, so that 1 of the brushless motor can be obtained. It is possible to suppress fluctuations in the rotational speed during rotation.
[0048]
In the first embodiment, a torque control method in a 4-pole brushless motor will be described.
[0049]
FIG. 3 shows a state definition and a torque pattern setting corresponding to a load torque variation in a 4-pole brushless motor.
[0050]
Referring to FIG. 3, since there are three main steps (intake / compression / discharge) during one rotation of the compressor, the load torque increases rapidly as the refrigerant is compressed from the intake state. When the discharge valve is opened and the refrigerant is discharged, the load torque decreases.
[0051]
In the compressor manufacturing process, if the rotor magnet, stator winding, cylinder, roller, shaft, and balancer are manufactured so that the positional relationship is always the same, the relative positional relationship between the rotor mechanical position and the load torque is 1 One pattern can be determined. That is, as indicated by the load torque curve in FIG. 3, the load torque of the compressor varies periodically according to the mechanical angle.
[0052]
In a 4-pole brushless motor, a mechanical angle of 180 ° corresponds to an electrical angle of 360 °, and thus one rotation of the rotor (mechanical angle of 360 °) corresponds to an electrical angle of 720 °. Therefore, one rotation of the 4-pole brushless motor is divided into 12 states from state 0 to state 11.
FIG. 4 shows drive signal patterns of the inverter in each state of the 4-pole brushless motor.
[0053]
Referring to FIG. 4, since state 0 to state 11 divide one rotation (mechanical angle 360 °) of the 4-pole brushless motor into 12 parts, each corresponds to a mechanical angle of 30 °. On the other hand, since each state corresponds to an electrical angle of 60 °, in each of the first half state 0 to state 5 shown in FIG. 4A and the second half state 6 to state 11 shown in FIG. Drive signal patterns A to F are executed. That is, the drive signal pattern (energization mode) of the inverter is the same in the state s and the state s + 6 (s: an integer of 0 to 5). In each of the drive signal patterns A to F, the switching elements 15u to 15w and 15x to 15z are controlled by the inverter drive signal shown in FIG.
[0054]
As already described, the state transition can be detected by the rotor position signals Hu, Hv, and Hw from the rotor position detector 17 (FIG. 1). Therefore, the mechanical position (mechanical angle) of the rotor can be detected from the rotor position signals Hu, Hv, Hw by accurately associating the detected electrical angle (state) with the mechanical position of the rotor.
[0055]
For this reason, it is necessary to discriminate mechanical positions that have the same output pattern of the rotor position signals Hu, Hv, and Hw, that is, that correspond to the same drive signal pattern and that have a mechanical angle of 180 ° phase shift. That is, in a 4-pole brushless motor, whether the rotor is within the range of mechanical angle 0 ° (electrical angle 0 °) to mechanical angle 180 ° (electrical angle 360 °) or mechanical angle 180 ° (electrical angle 360 °) If it is correctly determined whether the angle is within the range of 360 ° (electrical angle 720 °), the mechanical position of the rotor can be determined from the rotor position signals Hu, Hv, Hw.
[0056]
Referring to FIG. 3 again, a torque pattern is designed in advance so as to correspond to a load torque that periodically varies corresponding to one mechanical rotation (mechanical angle 0 ° to 360 °). The torque pattern indicates the torque setting value of the brushless motor in each state. In each state, the duty ratio of PWM chopping is set according to the torque setting value. The duty ratio in each state is set so that the applied current from the inverter to the brushless motor is relatively large in the section where the load torque is large, but the compressor vibration and noise are low and the motor efficiency is low. To be higher, it is determined comprehensively through experiments and simulations that take into account the load device. As a result, by correcting the torque set value in accordance with the load torque fluctuation during one rotation, the rotation speed fluctuation during one rotation of the brushless motor is suppressed.
[0057]
FIG. 5 shows a torque control flow by the torque control device according to the first embodiment of the present invention.
[0058]
As described above, in order to make the torque pattern setting shown in FIG. 3 effective, it is necessary to accurately associate the electrical angle (state) with the mechanical position of the rotor. Therefore, when the operation of the motor is started (step S10), the “positioning mode” for determining the mechanical position of the rotor is executed before actually starting the torque control (step S20). In the alignment mode of the 4-pole brushless motor, in order to accurately associate the electrical angle (state) with the mechanical angle of the rotor, the rotor has a mechanical angle of 0 ° (electrical angle 0 °) to a mechanical angle of 180 ° (electrical angle 360 °). Or within a range of mechanical angle 180 ° (electrical angle 360 °) to mechanical angle 360 ° (electrical angle 720 °) (hereinafter “range II”). Is determined.
[0059]
When the alignment mode is started (step S21), first, an alignment pattern is temporarily set. For example, it is temporarily determined that the rotor is in the range I (step S22).
[0060]
Furthermore, the position detection interval corresponding to the time required for passing through each state is measured under the condition that the torque set value in each state without applying torque control, that is, the voltage and current applied from the inverter to the brushless motor are constant. (Step S23).
[0061]
FIG. 6 shows a change in the position detection interval of each state in the alignment mode of the 4-pole brushless motor.
[0062]
Referring to FIG. 6, by making the PWM duty ratio of the drive signal of the inverter unit constant in each state, load torque fluctuations are reflected in position detection intervals T0 to T11 in states 0 to 11. Specifically, since the motor driving torque by the inverter is the same in each state, the torque actually applied to the motor is reduced by the amount of fluctuation of the load torque, and the angular acceleration of the rotor is reduced. Therefore, in the section where the load torque changes greatly (section where the change in angular acceleration is large), the speed, that is, the position detection interval detected from the rotor position signal also changes greatly. As a result, it is possible to detect the load torque fluctuation status in units of states from the position detection intervals T0 to T11 during one rotation.
[0063]
In other words, if the position detection intervals are compared between states where the electrical angle of the inverter is 360 ° apart in one set with the same inverter drive signal pattern, it can be determined whether the rotor exists in the above range I or range II. Can be judged.
[0064]
At this time, if the difference between the position detection intervals to be compared, that is, the time difference to be detected is small, the possibility of a determination error increases. Therefore, the combination of states for comparing the position detection intervals is determined so that the position detection interval difference is maximized. For example, by conducting an experiment in advance, it is known that the difference between the position detection intervals T3 and T9 between the state 3 and the state 9 is the largest among the position detection intervals between the sections having the same inverter drive pattern as shown in FIG. In this case, it is only necessary to pay attention only to the state 3 and the state 9, and to compare the size of the position detection intervals T3 and T9 between these states.
[0065]
Further, in order to improve the determination accuracy, the position detection intervals may be compared in a plurality of sets with the same inverter drive signal pattern.
[0066]
Referring to FIG. 5 again, as described with reference to FIG. 6, OK / NG of the alignment pattern temporarily set in step S22 is determined based on the position detection interval difference between the predetermined states (step S24). . In the case of provisional setting corresponding to the range I, if the position detection interval T3 <T9, the alignment pattern is determined to be OK, but if the position detection interval T3> T9, the alignment pattern is determined to be NG. Is done.
[0067]
When the alignment pattern is OK, the temporarily set alignment pattern (for example, corresponding to the range I) is maintained as it is (step S25). On the other hand, when the alignment pattern is determined to be NG, in order to shift the mechanical angle by 180 °, the temporarily set alignment pattern (for example, corresponding to range I) corresponds to the other alignment pattern (for example, to range II). (Step S26).
[0068]
In this way, at the end of the alignment mode (step S27), it is determined whether the rotor of the 4-pole brushless motor is in range I or range II, and the electrical angle (state) and the rotor mechanical The position is accurately associated. That is, the rotor is in a state where the correspondence between the mechanical phase of the rotor and the phase of the torque pattern is achieved.
[0069]
When the alignment mode ends, torque control is permitted (step S50), and normal operation of the motor is started (step S60). During normal operation, the torque control described in FIG. 3 is executed by PWM duty ratio control according to a preset torque pattern (step S70).
[0070]
As understood from the above description, in the motor torque control apparatus according to the embodiment of the present invention, it is important to accurately determine the rotor alignment pattern in step S24 by eliminating the influence of noise and the like. is there.
[0071]
FIG. 7 shows a first determination flow example for accurately determining the alignment of the rotor.
[0072]
For example, while the difference in the position detection intervals to be compared is small, the detection error increases, so that the possibility of misalignment determination increases. Accordingly, the difference between the position detection intervals Tα and Tβ of the predetermined state to be compared is obtained (step S30), and the alignment determination is prohibited while the absolute value | Tα−Tβ | of the difference does not exceed the predetermined value ΔT. (Step S31), the alignment pattern is determined only when | Tα−Tβ | exceeds a predetermined value ΔT (Step S32). By using such a determination flow, the above-described determination error can be prevented.
[0073]
Furthermore, as shown in FIG. 8, more accurate alignment determination can be executed by setting the predetermined value ΔT according to the motor rotation speed (speed). In FIG. 8, VV in FIG. ₁ , V ₂ , V _Three ), ΔT is set in steps, but ΔT can be set continuously.
[0074]
FIG. 9 shows a second determination flow example for accurately determining the alignment of the rotor.
[0075]
For example, in the initial stage of the alignment mode, the detection of the position detection interval may become unstable. Accordingly, when the position detection intervals Tα and Tβ of the predetermined state to be compared are compared (step S40), it is checked whether or not the comparison result is the same as the previous time (step S41).
[0076]
When the comparison result is the same as the previous time, the count value is incremented (step S42), and the same comparison is executed until the count value exceeds a predetermined value (step S44). On the other hand, when the comparison result is different from the previous time, the count value is cleared (step S43), and the same comparison is executed.
[0077]
That is, when the magnitude relationship between the position detection intervals Tα and Tβ is the same continuously for a predetermined number of times or more, that is, when it is determined that the position detection interval is stably measured reflecting torque fluctuations. First, the alignment pattern is determined (step S45). As a result, since the determination of the alignment pattern is limited until the magnitude relationship between the position detection intervals Tα and Tβ in the predetermined state is stabilized, the determination accuracy is improved.
[0078]
As described above, the motor torque control apparatus according to the first embodiment can be easily configured with a relatively simple configuration without using a high-performance microprocessor based on a relatively large position detection interval difference between predetermined states. And the rotor mechanical position can be determined reliably. Furthermore, by performing torque control using the determined rotor mechanical position, it is possible to suppress the speed fluctuation of the brushless motor due to the load torque fluctuation, so that the compressor, which is the load device, can be reduced in noise and vibration. Can be planned.
[0079]
In particular, as shown in FIG. 7 to FIG. 9, when determining the alignment pattern, the determination accuracy is improved by limiting the determination until the difference in position detection interval to be compared satisfies a predetermined condition. Control can be executed more accurately.
[0080]
[Embodiment 2]
In the second embodiment, application of the present invention to a 6-pole brushless motor will be described.
[0081]
In a 6-pole brushless motor, a mechanical angle of 120 ° corresponds to an electrical angle of 360 °, and therefore one rotation of the rotor (mechanical angle of 360 °) corresponds to an electrical angle of 1080 °. Therefore, one rotation of the 6-pole brushless motor is divided into 18 states from state 0 to state 17.
FIG. 10 shows a drive signal pattern of the inverter in each state of the 6-pole brushless motor.
[0082]
Referring to FIG. 10, since state 0 to state 17 divide one rotation (mechanical angle 360 °) of the 6-pole brushless motor into 18 parts, each corresponds to a mechanical angle of 20 °. On the other hand, since each state corresponds to an electrical angle of 60 °, states 0 to 5 shown in FIG. 10A, states 6 to 11 shown in FIG. 10B, and FIG. 10C are shown. In each of the state 12 to the state 17, the drive signal patterns A to F are executed.
[0083]
That is, the drive signal pattern (energization mode) of the inverter is the same in the state s, the state s + 6, and the state s + 12 (s: an integer from 0 to 5). In each of the drive signal patterns A to F, the switching elements 15u to 15w and 15x to 15z are controlled by the inverter drive signal shown in FIG.
[0084]
In the 6-pole brushless motor, in order to accurately associate the detected electrical angle (state) with the mechanical position of the rotor, a machine with a mechanical angle of 120 ° phase shift corresponding to the same drive signal pattern is used. It is necessary to determine the target position.
[0085]
That is, in the 6-pole brushless motor, the rotor has a mechanical angle of 0 ° (electrical angle 0 °) to a mechanical angle of 120 ° (electrical angle 360 °) (“range a”), and a mechanical angle of 120 ° (electrical angle 360 °). To a mechanical angle of 240 ° (electrical angle 720 °) (“range b”) and a mechanical angle of 240 ° (electrical angle 720 °) to a mechanical angle of 360 ° (electrical angle 1080 °) (“range c”) If the position of the rotor is correctly determined, the mechanical position of the rotor can be determined from the rotor position signals Hu, Hv, and Hw as in the case of the 4-pole brushless motor described above.
[0086]
Therefore, torque control is also executed for the 6-pole brushless motor according to the same control flow as in FIG. In the following, the alignment mode of the 6-pole brushless motor will be described in particular.
[0087]
FIG. 11 shows changes in the position detection interval of each state in the alignment mode of the 6-pole brushless motor.
[0088]
Referring to FIG. 11, by making the PWM duty ratio of the drive signal of the inverter unit constant in each state, the load torque variation is the position detection interval T0 in states 0 to 17 as in the case of the 4-pole brushless motor. -Reflected in T17.
[0089]
Therefore, in a set of three states in which the drive signal pattern of the inverter is the same, if the position detection interval is compared between states whose electrical angles are separated by 360 °, the rotor is in any of the above range a, range b and range c. Can be determined.
[0090]
Similar to the case of the 4-pole brushless motor, the set of states for comparing the position detection intervals may be determined in advance so that the difference in the position detection intervals appears remarkably. For example, when the combination of the state 5, the state 11 and the state 17 is selected from a combination in which the inverter drive signal patterns are the same, the position detection intervals may be compared only between these states. .
[0091]
Specifically, according to the flow shown in FIG. 5, in step S24, the position detection intervals T5, T11, and T17 of the states 5, 11, and 17 are compared. For example, if the alignment pattern is provisionally set corresponding to the range a in step S22 of FIG. 5, if the position detection interval T5 is the minimum in step S24 of FIG. On the other hand, when the position detection interval T11 or T17 is the minimum, the temporarily set alignment pattern is determined as NG.
[0092]
If it is determined that the alignment pattern is OK, the temporarily set alignment pattern is maintained. On the other hand, when it is determined that the alignment pattern is NG, in step S26 in FIG. 5, when the position detection interval T11 is the minimum, the alignment is performed so that the mechanical angle is shifted by 120 ° corresponding to the range b. When the pattern is corrected and the position detection interval T17 is minimum, the alignment pattern is corrected so that the mechanical angle is shifted by 240 ° in correspondence with the range c.
[0093]
As a result, even in the 6-pole brushless motor, at the end of the alignment mode (step S27 in FIG. 5), it is possible to take correspondence between the mechanical phase of the rotor and the phase of the torque pattern. Therefore, torque control is permitted (step S50 in FIG. 5), and normal operation of the motor with torque control is started (steps S60 and S70 in FIG. 5). Thus, torque control similar to that of the 4-pole brushless motor described in the first embodiment can be performed for the 6-pole brushless motor.
[0094]
Even in a 6-pole brushless motor, in order to improve the alignment determination accuracy, a plurality of sets of three states having the same inverter drive signal pattern are selected, and comparison of position detection intervals in each set is performed. The alignment may be determined.
[0095]
Alternatively, the determination flow described in FIGS. 7 to 9 can be applied in order to eliminate the influence of noise or the like on the determination in step S24 of FIG. In this case, since three position detection interval differences are obtained for the three position detection intervals corresponding to the three states constituting the same set, the respective position detection interval differences are shown in FIG. Nine determination flows may be applied.
[0096]
[Embodiment 3]
As shown in FIGS. 6 and 11, the state having the largest position detection interval and the state having the smallest position are separated by 180 ° in mechanical angle. In the case of a 4-pole brushless motor, since the electrical angle 360 ° corresponds to the mechanical angle 180 °, the state where the inverter drive signal pattern (energization mode) is the same and the state where the rotor mechanical angle is 180 ° apart are the same However, in the case of a 6-pole brushless motor, since the electrical angle of 360 ° corresponds to the mechanical angle of 120 °, the state where the drive signal pattern of the inverter is the same and the state where the rotor mechanical angle is 180 ° apart are different. Come.
[0097]
In the second embodiment, the position detection intervals are compared for a set of three states in which the inverter drive signal patterns are the same. In the third embodiment, the position detection intervals between states that are 180 ° apart in the rotor mechanical angle. Based on these comparisons, a method for determining the mechanical position of the rotor will be described.
[0098]
Referring to FIG. 12, in the mechanical position determination of the rotor according to the third embodiment, steps S24 # and S26 # are executed in place of steps S24 and S26 in the flowchart shown in FIG.
[0099]
In the following description, based on experiments performed in advance, as shown in FIG. 11, any of position detection intervals T5, T11, and T17 corresponding to states 5, 11, and 17 having the same inverter drive signal pattern, respectively. It is assumed that the position detection interval is minimum.
[0100]
In this case, in step S24 #, for state 14, state 2 and state 8 which are 180 degrees apart from state 5, state 11 and state 17 having the same inverter drive signal pattern, state 5, state 12 and A difference in position detection interval with the state 17 is obtained. That is, position detection interval differences ΔTα = | T5−T14 |, ΔTβ = | T11−T2 |, and ΔTγ = | T17−T8 | are calculated. Furthermore, OK / NG of the temporarily set alignment pattern is determined according to which of the position detection interval differences ΔTα, ΔTβ, and ΔTγ is the maximum.
[0101]
For example, when the alignment pattern is temporarily set corresponding to the range a, when the position detection interval difference ΔTα is maximum, the temporarily set alignment pattern is determined to be OK, while the position detection interval difference ΔTβ or When ΔTγ is the maximum, the temporarily set alignment pattern is determined as NG.
[0102]
If it is determined that the alignment pattern is OK, the temporarily set alignment pattern is maintained. On the other hand, when it is determined that the alignment pattern is NG, in step S26 #, when the position detection interval difference ΔTβ is the maximum, the alignment pattern is shifted so that the mechanical angle is shifted by 120 ° corresponding to the range b. When the position detection interval difference ΔTγ is maximum, the alignment pattern is corrected so that the mechanical angle is shifted by 240 ° in correspondence with the range c.
[0103]
As a result, also in the third embodiment, the correspondence between the mechanical phase of the rotor and the phase of the torque pattern can be taken at the end of the alignment mode. Therefore, after permitting torque control, normal operation of the motor with torque control is started, and torque control of the 6-pole brushless motor can be performed as in the second embodiment. In particular, in the third embodiment, each of the position detection interval differences ΔTα, ΔTβ, and ΔTγ is calculated between states whose mechanical angles are 180 ° apart, so that the time difference to be detected is larger than that in the second embodiment. . Therefore, the accuracy required for detecting the position detection interval can be lowered, and the load on the microprocessor is reduced.
[0104]
Also in the third embodiment, in order to improve the alignment determination accuracy, a plurality of sets of three states with the same inverter drive signal pattern may be selected and the above-described determination process may be executed. .
[0105]
Further, in order to improve the determination accuracy in step S24 # of FIG. 12, the determination flow described in FIGS. 7 to 9 can be applied. In this case, three differences (ΔTα−ΔTβ, ΔTβ−ΔTγ, ΔTγ−ΔTα) are obtained for the three position detection interval differences ΔTα, ΔTβ, ΔTγ calculated in step S24 #. What is necessary is just to apply the determination flow of FIG. 7 or FIG. 9 about a difference.
[0106]
[Embodiment 4]
Further, the position detection interval in each state can be parameterized to reflect the position detection interval in the preceding and following states, and used for the mechanical position determination of the rotor.
[0107]
For example, when the mechanical position of the rotor is determined using the state i and the state j (i and j are different integers of 0 or more) among the plurality of states shown in FIGS. 6 and 11. Is the corresponding position detection interval T _i And T _j Instead of using the arbitrary coefficient K, the parameter P expressed by the following equations (1) and (2) _i And P _j May be used to execute the determination flow.
[0108]
P _i = T _i + (T _i-1 + T _{i + 1} ) / K (1)
P _j = T _j + (T _j-1 + T _{j + 1} ) / K (2)
Position detection interval T _j-1 And T _{j + 1} Is the position detection interval in each of the states before and after state i, and the position detection interval T _j-1 And T _{j + 1} Is a position detection interval in each of the preceding and following states of state j, and K is a coefficient that determines the weighting of the preceding and following sections. For example, when the weight of the position detection interval in the preceding and succeeding states with respect to the position detection interval in each state is halved, K = 2 may be set.
[0109]
The parameter P calculated in this way _i , P _j Is applied instead of the position detection interval in the rotor mechanical position determination described in the first to third embodiments. As a result, when the reference voltage for detecting the zero-cross point for generating the rotor position signals Hu, Hv, and Hw shown in FIG. 2 slightly fluctuates, the measurement error of the position detection interval is used to determine the mechanical position of the rotor. The adverse effect can be suppressed. The parameterization reflecting the position detection interval in the preceding and following states can also be performed using mathematical expressions other than the above (1) and (2).
[0110]
Although some combinations have already been mentioned, the control performance can be improved by arbitrarily combining a plurality of embodiments in the first to fourth embodiments described above. In the above embodiment, the brushless motor having four and six rotor poles has been described. However, the present invention can be similarly applied to brushless motors having different pole numbers.
[0111]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in a torque control device for a motor that drives a load device having periodic load fluctuations at a variable speed by a directly connected motor, the mechanical 1 of the rotor corresponding to the electrical angle. The alignment of the rotor is determined based on a relatively large position detection interval difference between predetermined sections among a plurality of sections (states) obtained by dividing the rotation. Therefore, the rotor mechanical position can be easily and reliably determined with a relatively simple configuration without using a high-performance microprocessor. By performing torque control using the determined rotor mechanical position, it is possible to constantly reduce the vibration of the compressor, which in turn realizes low vibration, low noise, and long life of products such as air conditioners. it can.
[0113]
In particular, at the time of alignment determination, it is possible to improve the alignment determination accuracy and execute torque control more accurately by prohibiting determination until the difference in position detection interval to be compared satisfies a predetermined condition. it can.
[0114]
In addition, according to the present invention, a microcomputer is used for motor control, and the comparison of the lengths of the position detection intervals is also realized by software of the microcomputer, so that there is no significant increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a torque control apparatus 10 for a motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation waveform diagram for explaining rotor position detection based on an induced voltage of a three-phase brushless motor.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state definition and torque pattern setting corresponding to load torque fluctuation in a 4-pole brushless motor.
FIG. 4 is a diagram showing drive signal patterns of an inverter in each state of a 4-pole brushless motor.
FIG. 5 is a flowchart illustrating torque control by the torque control device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a change in position detection interval of each state in the alignment mode of the 4-pole brushless motor.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a first determination flow example for accurately determining rotor alignment.
8 is a conceptual diagram illustrating the setting of a predetermined value ΔT shown in FIG.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a second determination flow example for accurately determining rotor alignment.
FIG. 10 is a diagram showing drive signal patterns of an inverter in each state of a 6-pole brushless motor.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a change in position detection interval of each state in the alignment mode of the 6-pole brushless motor.
FIG. 12 is a flowchart illustrating torque control by the torque control device according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque control apparatus, 11 Commercial AC power supply, 13 Full wave rectifier circuit, 15 Inverter part, 15u-15v, 15x-15z Switching element, 16 Base driver part, 17 Rotor position detection part, 18 Microprocessor, 19 Three-phase brushless motor , 20 Compressor (load device), Hu, Hy, Hw Rotor position signal, T0 to T17 Position detection interval.

Claims (2)

周期的な負荷変動を有する負荷装置を駆動するための、ロータの機械角に対して電気角が３倍となるロータ極数が６極のブラシレスモータを可変速駆動するモータのトルク制御装置であって、
前記ブラシレスモータを駆動するためのインバータ部と、
前記ブラシレスモータの負荷トルク変動に対応させて予め設定されたトルク設定パターンを記憶する記憶手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出して前記ロータの電気角を所定間隔で検出するロータ位置検出手段と、
前記インバータ部から前記ブラシレスモータへの印加電圧および印加電流を前記インバータの各駆動信号パターンにおいて一定とした状態下で、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて前記ロータの機械的な１回転を分割した複数の区間の各々において、対応する前記区間の通過所要時間に相当する位置検出間隔を検出するための検出手段と、
前記複数の区間のうちの、前記インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１から第３の３個の区間での前記位置検出間隔と、前記第１から第３の区間と前記機械角がそれぞれ１８０度離れた別の３個の区間での前記位置検出間隔とのそれぞれの間での位置検出間隔差の比較に基づいて、前記ロータの機械的位置が前記トルク設定パターンに対して正しく設定されているかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記ロータの機械的位置が正しく設定されていると判定されたときに、トルク制御を許可する許可手段と、
前記許可手段によって前記トルク制御が許可された後において、前記ロータ位置検出手段の出力に基づいて、目標速度と前記記憶手段に記憶された前記トルク設定パターンとに応じて各前記駆動信号パターンにおける前記印加電圧および印加電流を制御するためのトルク制御手段とを備える、モータのトルク制御装置。A torque control device for a motor that drives a brushless motor having a rotor pole number of 6 and whose electrical angle is three times the rotor mechanical angle to drive a load device having periodic load fluctuations at a variable speed. And
An inverter unit for driving the brushless motor;
Storage means for storing a torque setting pattern set in advance corresponding to the load torque fluctuation of the brushless motor;
Rotor position detecting means for detecting an induced voltage of the brushless motor and detecting an electrical angle of the rotor at predetermined intervals;
The mechanical rotation of the rotor is divided based on the output of the rotor position detecting means, with the applied voltage and applied current from the inverter unit to the brushless motor being constant in each drive signal pattern of the inverter. In each of the plurality of sections, detection means for detecting a position detection interval corresponding to the time required for passing the corresponding section,
Wherein among the plurality of sections, and the position detection interval by the inverter drive signal pattern is three from the first is the third in the same section, wherein the mechanical angle from the first and third intervals Based on the comparison of the position detection interval difference between each of the three other sections 180 degrees apart from each other, the mechanical position of the rotor is set correctly with respect to the torque setting pattern. Determining means for determining whether or not
Permission means for permitting torque control when the determination means determines that the mechanical position of the rotor is set correctly;
After the torque control is permitted by the permission means, based on the output of the rotor position detection means, the drive signal pattern in each drive signal pattern according to the target speed and the torque setting pattern stored in the storage means. A torque control device for a motor, comprising: torque control means for controlling an applied voltage and an applied current. 前記判定手段は、前記複数の区間のうちの、前記インバータ部の駆動信号パターンが同一である第１、第２および第３の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔ１、Ｔ２およびＴ３と、第１、第２および第３の区間と前記機械角がそれぞれ１８０度離れた第４、第５および第６の区間のそれぞれにおける前記位置検出間隔Ｔ４、Ｔ５およびＴ６とを用いて算出される、前記位置検出間隔の差（Ｔ１−Ｔ４），（Ｔ２−Ｔ５）および（Ｔ３−Ｔ６）のうちのいずれが最大であるかに応じて、前記ロータの機械的位置が前記トルク設定パターンに対して正しく設定されているかどうかを判定する、請求項１に記載のモータのトルク制御装置。 Before Symbol judging means, among the plurality of sections, the first drive signal pattern is identical of the inverter unit, and the position detection interval T1, T2 and T3 in each of the second and third sections, the Calculated using the position detection intervals T4, T5, and T6 in the first, second, and third sections and the fourth, fifth, and sixth sections that are 180 degrees apart from the mechanical angle, respectively. Depending on which of the difference in position detection intervals (T1-T4), (T2-T5) and (T3-T6) is the largest, the mechanical position of the rotor is correct with respect to the torque setting pattern. determines whether it is set, the torque control apparatus for a motor according to claim 1.

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