JP5851522B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

実施形態は、例えば圧縮機モータとして使用されるブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

例えばヒートポンプ式冷凍機の圧縮機モータとして使用されるブラシレスＤＣモータ（永久磁石同期モータともいう）は、複数の相巻線が装着されたステータおよび複数の永久磁石が埋設されたロータを有し、冷媒の吸込み・圧縮・吐出を行うとともに、圧縮機内の潤滑油ポンプを駆動する。

このブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置は、各相巻線に対する駆動電圧供給用のインバータを備え、いわゆるベクトル制御を行う。ベクトル制御は、ブラシレスＤＣモータの各相巻線に流れる電流から同ブラシレスＤＣモータの速度（ロータ速度ともいう）を推定し、同ブラシレスＤＣモータに供給すべき駆動電圧をその推定速度から求め、求めた駆動電圧を上記インバータから得るのに必要な駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。

大きな熱量が必要となる運転開始時など、ブラシレスＤＣモータの高速回転が必要となる。ただし、ブラシレスＤＣモータが高速回転すると、各相巻線に誘起する電圧の値が各相巻線に供給される駆動電圧の値よりも高くなる。こうなると、各相巻線に電流を流すことができなくなり、その結果、ブラシレスＤＣモータの速度制御（回転数制御ともいう）が不可能となる。

対策として、ブラシレスＤＣモータの高速回転域では、負の界磁成分電流を注入するいわゆる弱め界磁制御が行われる。この弱め界磁制御が行われると、各相巻線への誘起電圧の上昇が抑制されて、その誘起電圧の値が各相巻線に供給される駆動電圧の値よりも高くならない。つまり、ブラシレスＤＣモータの速度制御を途切れなく継続することができる。

一方、商用交流電源に電圧低下の電源障害が発生した場合は、各相巻線に供給される駆動電圧の値が各相巻線への誘起電圧の値よりも低くなる。この場合も、ブラシレスＤＣモータの速度制御が不可能となる。対策として、商用交流電源の電圧を監視し、電圧低下の電源障害が発生した場合に弱め界磁制御を行うことにより、ブラシレスＤＣモータの速度制御を継続することが考えられる。

なお、電源電圧の低下への対処として、停電時にモータの回転エネルギーをインバータに回生し、この回生により、同インバータにおける直流部の電圧の低下を抑制する例が知られている（特開２００２−３７４７００号公報）。また、インバータにおける直流部の電圧が一定値以上か否かに応じて弱め界磁制御の実行と非実行を切換える例が知られている（特開２００９−２６８３０４号公報）。さらに、商用交流電源の瞬時停電時にブラシレスＤＣモータに対する速度制御を停止することにより、インバータにおける直流部の電圧を上昇させる例が知られている（特開２００４−３０４９６５号公報）が知られている。

弱め界磁制御のための負の界磁成分電流は、相巻線から発せられる磁束を打消すように作用する。このため、弱め界磁制御を行うと、注入する負の界磁成分電流の２乗と相巻線抵抗との積に相当する損失が発生する。これは、消費電力の増大につながる。

実施形態の目的は、消費電力の増大を抑えながら、モータに対する適切な速度制御を継続できるモータ駆動装置を提供することである。

実施形態のモータ駆動装置は、インバータと、平滑コンデンサと、第１制御手段と、検出手段と、第２検出手段と、第３制御手段とを備える。インバータは、交流電源の電圧を直流に変換しその直流電圧を交流に変換してブラシレスＤＣモータへの駆動電圧として出力する。平滑コンデンサは、前記インバータにおける直流電圧を平滑する。第１制御手段は、前記ブラシレスＤＣモータに流れる電流から同ブラシレスＤＣモータの速度を推定し、その推定速度が目標速度となるよう前記インバータを駆動制御する。検出手段は、前記交流電源における障害の発生を検出する。第２制御手段は、前記検出手段で障害の発生が検出された場合に、前記目標速度を前記インバータにおける直流電圧に対応する上限速度と予め定めた下限速度の範囲内に維持する。第３制御手段は、前記第２制御手段による制御の実行後、前記平滑コンデンサの電圧が設定値以下に低下した場合に、前記目標速度を前記ブラシレスＤＣモータの実際の速度低下率より大きい低下率でかつ前記下限速度を限度として下降方向に補正することにより、前記ブラシレスＤＣモータの回転エネルギーを回生電圧として前記平滑コンデンサに充電し、その平滑コンデンサの電圧が前記設定値より高い値まで上昇した場合に、前記第２制御手段の制御に復帰する。

各実施形態を示すブロック図。 一実施形態の制御を示すフローチャート。 一実施形態における直流電圧Ｖinの変化および各種制御の移り変わりを示すタイムチャート。 一実施形態における直流電圧Ｖinの変化および各種制御の移り変わりの他の例を示すタイムチャート。 一実施形態の制御の変形例を示すフローチャート。

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１にリアクトル２を介してインバータ１０が接続され、そのインバータ１０の出力端に例えばヒートポンプ式冷凍機の圧縮機モータとして使用されるブラシレスＤＣモータ（永久磁石同期モータともいう）３が接続される。

インバータ１０は、商用交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１１、この整流回路１１から出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１２、この平滑コンデンサ１２の電圧をスイッチング素子のオン，オフにより所定周波数の三相交流電圧に変換するスイッチング回路１３を有する。このスイッチング回路１３の出力が、ブラシレスＤＣモータ３に、駆動電圧として供給される。

ブラシレスＤＣモータ３は、複数の相巻線が装着されたステータおよび複数の永久磁石が埋設されたロータを有し、圧縮機ケース内に収容されてヒートポンプ式冷凍サイクルにおける冷媒の吸込み・圧縮・吐出を行うとともに、圧縮機ケース内の潤滑油ポンプを駆動する。潤滑油ポンプは、圧縮機ケースの底部に溜まる潤滑油をブラシレスＤＣモータ３の摺動部へ供給する。この供給により、ブラシレスＤＣモータ３の摺動部に油膜が形成される。

上記スイッチング回路１３の出力端とブラシレスＤＣモータ３との間のＵ相通電路に、ブラシレスＤＣモータ３のＵ相巻線に流れる電流（相電流）を検知する電流センサ４が配置される。上記スイッチング回路１３の出力端とブラシレスＤＣモータ３との間のＶ相通電路に、ブラシレスＤＣモータ３のＶ相巻線に流れる電流（相電流）を検知する電流センサ５が配置される。この電流センサ４，５の出力が、モータ制御部２０に供給される。ブラシレスＤＣモータ３のＷ相巻線に流れる電流は、電流センサ４，５の検知電流から算出することが可能である。

モータ制御部２０は、電流センサ４，５の検知電流からブラシレスＤＣモータ３の速度（ロータ速度ともいう）を推定し、その推定速度ωｍを空調制御部(図示せず)からの速度指令に応じた目標速度ωrefに到達させるための駆動電圧をインバータ１０から出力させるべく同インバータ１０のスイッチング素子をオン，オフ駆動するセンサレス・ベクトル制御（第１制御手段）を行うもので、座標変換部２１、速度推定部２２、速度制御部２３、電流制御部２４、座標変換部２５、電圧検出回路２６、出力デューティ算出部２７、ＰＷＭ変換部２８、電源障害検出部２９を含む。

座標変換部２１は、電流センサ４，５の検知電流を、ブラシレスＤＣモータ３におけるロータ軸上の界磁軸（ｄ軸）座標およびトルク軸（ｑ軸）座標にそれぞれ換算された界磁成分電流（ｄ軸電流ともいう）Ｉｄおよびトルク成分電流（ｑ軸電流ともいう）Ｉｑに変換する。速度推定部２２は、座標変換部２１で得られた界磁成分電流Ｉｄおよびトルク成分電流ＩｑとブラシレスＤＣモータ３の等価方程式とに基づく演算により、ブラシレスＤＣモータ３の速度を推定する。速度制御部２３は、速度指令に応じた上記目標速度ωrefと上記推定速度ωｍとの差を求める。電流制御部２４は、上記座標変換部２１で変換されたトルク成分電流Ｉｑに対する目標値および上記界磁成分電流Ｉｄに対する目標値を、速度制御部２３で求められた差（＝ωref−ωｍ）に応じて設定する。

座標変換部２５は、電流制御部２４で設定されたトルク成分電流Ｉｑに対する目標値および界磁成分電流Ｉｄに対する目標値を、ブラシレスＤＣモータ３におけるロータ軸上のｄ軸座標に換算された界磁成分電圧Ｖｄおよびｑ軸座標に換算されたトルク成分電圧Ｖｑに変換する。電圧検出回路２６は、平滑コンデンサ１２の電圧を、インバータ１０における直流部の直流電圧Ｖinとして、検出する。出力デューティ算出部２７は、座標変換部２５で変換された界磁成分電圧Ｖｄとトルク成分電圧Ｖｑおよび電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに基づき、スイッチング回路１３の各スイッチング素子に対するオン，オフデューティＤを算出する。ＰＷＭ変換部２８は、出力デューティ算出部２７で算出されたオン，オフデューティＤに応じたパルス幅の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。この駆動信号により、スイッチング回路１３の各スイッチング素子がオン，オフする。このオン，オフにより、ブラシレスＤＣモータ３を駆動するための三相交流電圧がスイッチング回路１３から出力される。

また、速度制御部２３は、出力デューティ算出部２７で算出されるオン，オフデューティＤが１００％に達しないよう、そのオン，オフデューティＤが１００％に近いほど増加する負の界磁成分電流（負のｄ軸電流ともいう）−Ｉｄを、電流制御部２４における界磁成分電流Ｉｄの目標値に加える弱め界磁制御を行う（弱め界磁制御手段）。

電源障害検出部２９は、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖdip以下に低下した場合に、それを商用交流電源１における障害の発生（異常発生ともいう）として検出する。この障害の発生のことを、以下、電源障害の発生という。また、電源障害検出部２９は、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinの単位時間当たりの低下幅Ｖｒが一定幅Ｖdr以上の場合に、それを電源障害の発生として検出する。さらに、電源障害検出部２９は、電源障害の発生を検出した後で、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが上記設定値Ｖdipを超えてその状態が所定時間以上にわたり継続した場合に、それを電源障害の復旧として検出する。この電源障害検出部２９の検出結果が速度制御部２３および電流制御部２４に供給される。

電圧検出回路２６および電源障害検出部２９により、電源障害の発生および復旧をそれぞれ検出する電源監視システム（電源監視手段）が構成される。

速度制御部２３は、上記第１制御手段および上記弱め界磁制御手段のほかに、次の（１）〜（６）の手段を有する。

（１）電源障害検出部２９で電源障害の発生が検出された場合に、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈをその検出電圧Ｖinから算出し、目標速度ωrefをその上限速度ωｈと予め定めた下限速度ωｌの範囲内に維持する速度維持モード制御を実行する第２制御手段。下限速度ωｌは、ブラシレスＤＣモータ３が圧縮機内の潤滑油ポンプを駆動するのに必要な最低限の速度である。検出電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈは、検出電圧Ｖinが低いほど低くなる値である。

（２）第２制御手段による速度維持モード制御の実行後、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖreg（＜Ｖdip）以下に低下した場合に、目標速度ωrefをブラシレスＤＣモータ３の実際の速度低下率より大きい低下率でかつ下限速度ωｌを限度として下降方向に補正し、これによりブラシレスＤＣモータ３の回転エネルギーを回生電圧として平滑コンデンサ１２に充電する回生モード制御を実行し、この回生モード制御により平滑コンデンサ１２の電圧が上昇して電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖkp（＞Ｖreg）以上に上昇した場合に、回生モード制御を終了して第２制御手段の速度維持モード制御に復帰する第３制御手段。

（３）第３制御手段による速度維持モード制御への復帰後、商用交流電源１の電圧回復が生じて電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖregを超えるところまで上昇した場合に、目標速度ωrefを予め定めた通常の速度上昇率で上昇（復帰）させる復帰モード制御を先ず実行し、商用交流電源１の電圧回復が続いて電源障害検出部２９で電源障害の復旧が検出された場合に、目標速度ωrefを速度指令に応じた本来の値へ向けて上記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させる急上昇モード制御を実行する第４制御手段。

（４）第３制御手段による速度維持モード制御への復帰後、商用交流電源１の電圧回復が生じないまま電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが所定値Ｖoff（＜Ｖreg）以下に低下した場合に、モータ速度を下限速度ωｌに維持できないとの判断の下に、目標速度ωrefを速度推定部２２による速度推定処理に追従する速さで下降方向に補正してその補正によりブラシレスＤＣモータ３を停止させる停止モード制御を実行する第５制御手段。

（５）第５制御手段の停止モード制御の実行によりブラシレスＤＣモータ３が停止した後、商用交流電源１の電圧回復が生じて電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖregを超えるところまで上昇した場合に、ブラシレスＤＣモータ３を再起動し且つ目標速度ωrefを上記通常の速度上昇率で上昇させる再起動モード制御を先ず実行し、商用交流電源１の電圧回復が続いて電源障害検出部２９で電源障害の復旧が検出された場合に、目標速度ωrefを速度指令に応じた本来の値へ向けて上記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させる急上昇モード制御を実行する第６制御手段。

（６）第４制御手段による急上昇モード制御の実行および第６制御手段による急上昇モード制御の実行に際し、電源障害検出部２９で電源障害の復旧が検出されてからの一定時間Ｔrtにおいて、検出電圧Ｖinの上昇に対する駆動信号生成制御の応答遅れから生じ得る脱調を防ぐためのモータ電流制限制御を実行する第７制御手段。モータ電流制限制御とは、具体的には、ブラシレスＤＣモータ３に流れる電流が予め定めた下限値を下回らないよう、正の界磁成分電流＋Ｉｄを電流制御部２４における界磁成分電流Ｉｄの目標値に加える制御のことである。駆動信号生成制御とは、出力デューティ算出部２７のオン，オフデューティ算出処理およびＰＷＭ変換部２８の駆動信号生成処理を含む。

つぎに、モータ制御部２０の制御を図２のフローチャート、図３のタイムチャート、図４のタイムチャートを参照しながら説明する。図３は、電源障害が発生した後でブラシレスＤＣモータ３が停止しない場合の直流電圧Ｖinの変化および各種制御の移り変わりの例である。図４は、電源障害が発生した後でブラシレスＤＣモータ３が停止する場合の直流電圧Ｖinの変化および各種制御の移り変わりの例である。

まず、図３の例で説明する。インバータ１０における直流部の直流電圧Ｖinおよびその直流電圧Ｖinの単位時間当たりの低下幅Ｖｒが、電圧検出回路２６で検出される（ステップ１０１）。

電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが低下していく場合に、その低下に伴い速度制御部２３の弱め界磁制御が働く。この弱め界磁制御により、モータ電流が徐々に上昇する。

電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖdip以下に低下すると、それが電源障害検出部２９により、電源障害の発生として検出される（ステップ１０２のＹＥＳ）。このとき、速度制御部２３は、障害検出フラグｆが“０”であれば（ステップ１０３のＹＥＳ）、その障害検出フラグｆに“１”をセットするとともに（ステップ１０４）、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈをその検出電圧Ｖinから算出する（ステップ１０５）。検出電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈは、検出電圧Ｖinが低いほど低くなる値である。

速度制御部２３は、目標速度ωrefが上記算出した上限速度ωｈより高い場合（ステップ１０６のＹＥＳ）、目標速度ωrefを上限速度ωｈに補正する（ステップ１０７）。こうして、目標速度ωrefの上昇が上限速度ωｈに制限されることにより、モータ電流が低下する。

速度制御部２３は、目標速度ωrefが予め定めた下限速度ωｌより低い場合（ステップ１０８のＹＥＳ）、目標速度ωrefをその下限速度ωｌに補正する（ステップ１０９）。

速度制御部２３は、目標速度ωrefが上限速度ωｈ以下でかつ下限速度ωｌ以上の場合は（ステップ１０６のＮＯ、ステップ１０８のＮＯ）、目標速度ωrefを指令速度に応じた値にそのまま設定する（ステップ１１０）。こうして、目標速度ωrefの下降が下限速度ωｌに制限されることにより、圧縮機内の潤滑油ポンプの駆動に必要な動力が確保される。

これらステップ１０４〜１１０により、目標速度ωrefを上限速度ωｈと下限速度ωｌの範囲内に維持する速度維持モード制御が実行される。

速度制御部２３は、電源障害検出部２９で電源障害の発生が検出された後（ステップ１０２のＹＥＳ）、障害検出フラグｆが“１”であれば（ステップ１０３のＮＯ）、速度維持モード制御が実行済みであるとの判断の下に、検出電圧Ｖinが所定値Ｖoff以下であるか否かを判定する（ステップ１１）。速度制御部２３は、検出電圧Ｖinが所定値Ｖoff以下でなければ（ステップ１１１のＮＯ）、検出電圧Ｖinが設定値Ｖreg以下であるか否かを判定する（ステップ１１３）。

検出電圧Ｖinの低下が進むに従って、再び速度制御部２３の弱め界磁制御が働いてモータ電流が徐々に上昇していく。

速度制御部２３は、検出電圧Ｖinが設定値Ｖreg以下に低下したところで（ステップ１１１のＮＯ、ステップ１１３のＹＥＳ）、回生モード制御を実行する（ステップ１１４）。すなわち、速度制御部２３は、目標速度ωrefを、ブラシレスＤＣモータ３の実際の速度低下率より大きい低下率でかつ下限速度ωｌを限度として、下降方向に補正する。これにより、ブラシレスＤＣモータ３の回転エネルギーが回生電圧として平滑コンデンサ１２に充電される。

速度制御部２３は、回生モード制御の実行中、検出電圧Ｖinが設定値Ｖkp以上であるか否かを判定する（ステップ１１５）。速度制御部２３は、検出電圧Ｖinが設定値Ｖkp未満の場合（ステップ１１５のＮＯ）、回生モード制御の実行を継続する（ステップ１１４）。速度制御部２３は、検出電圧Ｖinが設定値Ｖkp以上になると（ステップ１１５のＹＥＳ）、回生モード制御を終了して速度維持モード制御に復帰するべく、障害検出フラグｆを“０”にリセットする（ステップ１１６）。

障害検出フラグｆが“０”であれば（ステップ１０３のＹＥＳ）、速度制御部２３は、ステップ１０４〜１１０の速度維持モード制御の実行を繰り返す。図３の例では、回生モード制御の実行後、目標速度ωrefが下限速度ωｌに制限されている。

その後、速度制御部２３は、商用交流電源１の電圧回復が生じて検出電圧Ｖinが設定値Ｖregを超えるところまで上昇したとき（ステップ１１１のＮＯ、ステップ１１３のＮＯ）、この場合はブラシレスＤＣモータ３が停止していないので（ステップ１１７のＮＯ）、復帰モード制御を実行する（ステップ１１８）。すなわち、速度制御部２３は、目標速度ωrefを予め定めた通常の速度上昇率で上昇（復帰）させるとともに、速度維持モード制御に戻るべく障害検出フラグｆを“０”にリセットする。

商用交流電源１の電圧回復が続いて、検出電圧Ｖinが設定値Ｖdipを超えてその状態が所定時間以上にわたり継続すると、それが電源障害検出部２９により、電源障害の復旧として検出される（ステップ１０２のＮＯ）。このとき、速度制御部２３は、障害検出フラグｆが“１”であれば（ステップ１２０のＹＥＳ）、急上昇モード制御を実行する（ステップ１２１）。すなわち、速度制御部２３は、目標速度ωrefを速度指令に応じた本来の値へ向け上記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させるとともに、速度維持モード制御に戻るべく障害検出フラグｆを“０”にリセットする。

速度制御部２３は、この急上昇モード制御の実行に際し、電源障害検出部２９で電源障害の復旧が検出されてからの一定時間Ｔrtにおいて、モータ電流制限制御を実行する。すなわち、速度制御部２３は、検出電圧Ｖinの上昇に対する駆動信号生成制御（出力デューティ算出部２７のオン，オフデューティ算出処理およびＰＷＭ変換部２８の駆動信号生成処理を含む）の応答遅れから生じ得る脱調を防ぐべく、ブラシレスＤＣモータ３に流れる電流が予め定めた下限値を下回らないよう、正の界磁成分電流＋Ｉｄを電流制御部２４における界磁成分電流Ｉｄの目標値に加える。一定時間Ｔrtは、検出電圧Ｖinの上昇に対する制御の応答遅れより長い時間である。そして、速度制御部２３は、一定時間Ｔrtの経過後、急上昇モード制御を終了して通常制御へ移行する（ステップ１２２）。

一方、図４の例では、検出電圧Ｖinの単位時間当たりの低下幅Ｖｒが一定幅Ｖdr以上となった時点で、それが電源障害検出部２９により、電源障害の発生として検出される（ステップ１０２のＹＥＳ）。このとき、速度制御部２３は、障害検出フラグｆが“０”であれば（ステップ１０３のＹＥＳ）、上記した速度維持モード制御を実行する（ステップ１０４〜１１０）。この速度維持モード制御の実行により、モータ速度が下限速度ωｌに維持される。これにより、圧縮機内の潤滑油ポンプの駆動に必要な動力が確保される。

速度制御部２３は、電源障害検出部２９で電源障害の発生が検出された後（ステップ１０２のＹＥＳ）、障害検出フラグｆが“１”であれば（ステップ１０３のＮＯ）、速度維持モード制御が実行済みであるとの判断の下に、検出電圧Ｖinが所定値Ｖoff以下であるか否かを判定する（ステップ１１１）。

速度制御部２３は、検出電圧Ｖinが所定値Ｖoff以下であれば（ステップ１１１のＹＥＳ）、モータ速度を下限速度ωｌに維持できないとの判断の下に、停止モード制御を実行する（ステップ１１２）。すなわち、速度制御部２３は、目標速度ωrefを速度推定部２２による速度推定処理に追従する速さで下降方向に補正してその補正によりブラシレスＤＣモータ３を停止させる。この場合、目標速度ωrefを速度推定処理に追従する速さで下降しながらブラシレスＤＣモータ３を停止させるので、その停止時のロータ位置を的確に把握することができる。ひいては、大きな起動トルクを確保できてブラシレスＤＣモータ３の再起動に要する時間を短縮できる。

速度制御部２３は、停止モード制御の実行によりブラシレスＤＣモータ３が停止した後、商用交流電源１の電圧回復が生じて検出電圧Ｖinが設定値Ｖregを超えるところまで上昇したとき（ステップ１１１のＮＯ、ステップ１１３のＮＯ）、この場合はブラシレスＤＣモータ３が停止しているので（ステップ１１７のＹＥＳ）、再起動モード制御を実行する（ステップ１１９）。すなわち、速度制御部２３は、ブラシレスＤＣモータ３を再起動し且つ目標速度ωrefを上記通常の速度上昇率で上昇させるとともに、速度維持モード制御に戻るべく障害検出フラグｆを“０”にリセットする。

商用交流電源１の電圧回復が続いて、検出電圧Ｖinが設定値Ｖdipを超えてその状態が所定時間以上にわたり継続すると、それが電源障害検出部２９により、電源障害の復旧として検出される（ステップ１０２のＮＯ）。このとき、速度制御部２３は、障害検出フラグｆが“１”であれば（ステップ１２０のＹＥＳ）、急上昇モード制御を実行する（ステップ１２１）。すなわち、速度制御部２３は、目標速度ωrefを速度指令に応じた本来の値へ向け上記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させるとともに、速度維持モード制御に戻るべく障害検出フラグｆを“０”にリセットする。

速度制御部２３は、この急上昇モード制御の実行に際し、電源障害検出部２９で電源障害の復旧が検出されてからの一定時間Ｔrtにおいて、モータ電流制限制御を実行する。すなわち、速度制御部２３は、検出電圧Ｖinの上昇に対する駆動信号生成制御の応答遅れから生じ得る脱調を防ぐべく、ブラシレスＤＣモータ３に流れる電流が予め定めた下限値を下回らないよう、正の界磁成分電流＋Ｉｄを電流制御部２４における界磁成分電流Ｉｄの目標値に加える。一定時間Ｔrtは、検出電圧Ｖinの上昇に対する制御の応答遅れより長い時間である。そして、速度制御部２３は、一定時間Ｔrtの経過後、急上昇モード制御を終了して通常制御へ移行する（ステップ１２２）。

以上のように、電源障害が発生した場合に、目標速度ωrefをインバータ１０における直流部の直流電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈと予め定めた下限速度ωｌの範囲内に維持することにより、負の界磁成分電流を注入する弱め界磁制御の実行を減らすことができる。

弱め界磁制御を実行すると、負の界磁成分電流の２乗と相巻線抵抗との積に相当する損失が発生するので、その弱め界磁制御の実行を減らすことにより、消費電力の増大を抑えることができる。したがって、消費電力の増大を抑えながら、ブラシレスＤＣモータ３に対する適切な速度制御を継続できる。

上限速度ωｈとして商用交流電源１の電圧に対応する値を選定しているので、商用交流電源１からの供給エネルギーを最大限に活かした運転が可能である。これにより、ブラシレスＤＣモータ３により駆動されるヒートポンプ式冷凍サイクルの運転をできるだけ安定化させることができる。

上限速度ωｈとして商用交流電源１の電圧に対応する値を選定しているので、電源障害の復旧に際し、ブラシレスＤＣモータ３の速度を商用交流電源１の電圧低下からの回復に速やかに追従させることができる。これにより、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力不足を速やかに補うことができる。

ブラシレスＤＣモータ３が圧縮機内の潤滑油ポンプを駆動するのに必要な最低限の速度を下限速度ωｌとして定めているので、ブラシレスＤＣモータ３の摺動部等に対する潤滑油の供給をできるだけ継続することができる。よって、ブラシレスＤＣモータ３の安全を確保できる。

電源障害の発生を検出した場合に、ブラシレスＤＣモータ３の回転エネルギーを回生電圧として平滑コンデンサ１２に回収し、その充電電圧を速度維持モード制御によるモータ駆動に利用するので、より長い時間にわたって電源障害に耐えながらモータ駆動を続けることができる。平滑コンデンサ１２の定格によっては、目標速度ωrefを下降方向に補正する際の低下率を変えることで、回生電圧が平滑コンデンサ１２の定格を超えない値に制限することができる。この制限により、平滑コンデンサ１２の故障を防ぐことができる。

直流電圧Ｖinの低下が所定値Ｖoff以下まで進んだ場合は、モータ速度を下限速度ωｌに維持できないとの判断の下に、ブラシレスＤＣモータ３を停止するので、平滑コンデンサ１２の電圧がなくならずに残る。したがって、平滑コンデンサ１２の電圧がモータ制御部２０の動作電力として使用されている場合には、平滑コンデンサ１２の残りの電圧によって以後のモータ制御部２０の動作を継続することができる。仮に、平滑コンデンサ１２の電圧が零になってしまうと、モータ制御部２０内のそれまでの運転情報が消失したり、電源障害が復旧するまでブラシレスＤＣモータ３を再起動できないといった不具合が生じるが、そのような不具合を防ぐことができる。すなわち、電源障害の復旧が検出されたときに、ブラシレスＤＣモータ３を速やかに再起動することができる。

ブラシレスＤＣモータ３の停止に際しては、目標速度ωrefを速度推定処理に追従する速さで下降しながらブラシレスＤＣモータ３を停止させるので、その停止時のロータ位置を的確に把握することができ、ひいては大きな起動トルクを確保できてブラシレスＤＣモータ３の再起動に要する時間を短縮できる。

検出電圧Ｖinが設定値Ｖdipを超えたからといってそれをすぐに電源障害の復旧として検出することはせず、検出電圧Ｖinが設定値Ｖdipを超えてその状態が所定時間以上にわたり継続した場合にそれを電源障害の復旧として検出するので、回生エネルギーによって平滑コンデンサ１２の電圧が上昇することに起因する電源障害復旧の誤検出を防ぐことができる。所定時間の具体的な値としては、ブラシレスＤＣモータ３が継続して動作していた場合は例えば１秒以上、ブラシレスＤＣモータ３が停止していた場合は再起動を急ぎたいために例えば１秒未満が設定される。仮に、回生エネルギーによって平滑コンデンサ１２の電圧が上昇することに起因する電源障害復旧の誤検出が生じると、ブラシレスＤＣモータ３の速度を電源障害発生前の状態に早く戻そうとして平滑コンデンサ１２に蓄えたエネルギーを余分に消費するので、電源障害に耐えられる時間が短くなる。このような誤検出を生じないことにより、平滑コンデンサ１２に蓄えたエネルギーの余分な消費を抑えることができる。結果として、電源障害に耐えられる時間が長くなる。

瞬時停電などの電源障害からの復旧に際しては、直流電圧Ｖinが急激に高くなる。このとき、直流電圧Ｖinを捕えて駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成するまでの駆動信号生成制御の応答遅れ（時間遅れ）により、実際のモータ電流が目標値より大きくなってしまい、これに伴い駆動信号のオン，オフデューティＤが急激に小さくなる。こうなると、モータ電流が低下して制御が不安定になり、脱調が発生することがある。これに対し、本実施形態では、電源障害からの復旧に際し、検出電圧Ｖinの上昇に対する駆動信号生成制御の応答遅れより長い時間である一定時間Ｔrtにわたってモータ電流制限制御を行うので、つまりブラシレスＤＣモータ３に流れる電流が予め定めた下限値を下回らないよう正の界磁成分電流＋Ｉｄを電流制御部２４における界磁成分電流Ｉｄの目標値に加えるので、検出電圧Ｖinの上昇に対する駆動信号生成制御の応答遅れから生じ得る脱調を防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、電源障害検出部２９は、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖdip以下に低下した場合にそれを電源障害の発生として検出し、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinの単位時間当たりの低下幅Ｖｒが一定幅Ｖdr以上の場合にそれを電源障害の発生として検出したが、それに限らず、インバータ１０に対する駆動信号のオン，オフデューティ（インバータ１０のスイッチング素子に対するオン,オフデューティ）Ｄの大きさからインバータ１０の直流部における直流電圧Ｖinを推定し、その推定電圧が設定値Ｖdip以下に低下したとき、それを電源障害の発生として検出してもよい。または、電源障害検出部２９は、上記推定電圧の単位時間当たりの低下幅Ｖｒが一定幅Ｖdr以上のとき、それを電源障害の発生として検出してもよい。または、電源障害検出部２９は、上記オン,オフデューティＤの単位時間当たりの増加幅が所定幅以上のとき、それを電源障害の発生として検出してもよい。

また、上記実施形態では、電源障害検出部２９は、電源障害の発生を検出した後、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinが設定値Ｖdipを超えてその状態が所定時間以上にわたり継続した場合に、それを電源障害の復旧として検出したが、それに限らず、上記オン，オフデューティＤからの推定電圧が設定値Ｖdipを超えてその状態が一定時間以上にわたり継続したとき、それを電源障害の復旧として検出してもよい。

電源障害の発生および復旧の検出に推定電圧を用いる場合、電圧検出回路２６を削減できるので、回路の小型化が図れるとともに、電圧検出回路２６とモータ制御部２０との間に存在する信号線がなくなる。信号線がなくなれば、モータ制御部２０の絶縁性が高まり、モータ制御部２０に手を触れても感電しなくなって保守サービス時の危険性が減少する。

商用交流電源の電圧の変動範囲は、日本では、標準電圧が１００Ｖの場合に１０Ｖ±６Ｖ、標準電圧が２００Ｖの場合に２０２Ｖ±２０Ｖである。配線での電圧降下を５％とすると、標準電圧が１００Ｖの場合の下限値は９１Ｖ、標準電圧が２００Ｖの場合の下限値は１７２Ｖとなる。電源障害が発生していない場合は、この下限値以上の電圧が供給される。この下限値未満の電圧が検出された場合に電源障害が発生したと判断することで、確実に電源障害の発生を検出できる。

商用交流電源の電圧範囲は、標準電圧が１００Ｖの場合に１０１Ｖ±６Ｖ、標準電圧が２００Ｖの場合に２０２Ｖ±２０Ｖであり、標準電圧が１００Ｖの場合に１２Ｖの幅を持ち、標準電圧が２００Ｖの場合に４０Ｖの幅を持っている。商用交流電源の電圧が供給される系統につながった機器の消費電力が変動して配線での電圧降下が変わることが、電源障害以外での電圧変動の要因であり、この通常発生する電圧変動よりも大きな電圧降下を検出した時に電源障害が起きたと判断することで、供給電圧が標準よりも高い時には早く電源障害を検出することができる。受電端からの配線で想定される最大の電圧変動以上の変動を基準とすることにより、標準電圧が１００Ｖで上限値が１０７Ｖの場合は、１０７Ｖから５％下がった１０２Ｖとなったときに、それを電源障害と検出する。この場合、電圧値のみで検出する場合の９１Ｖより１１Ｖ分だけ早い時点で検出できるので、早くモータの回転を下げて消費電力を抑えることができる。ひいては、より長い時間にわたって、電源障害に耐えることができる。

また、上記実施形態では、速度制御部２３は、速度維持モード制御として、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに対応する上限速度ωｈを算出する処理（ステップ１０５）、目標速度ωrefがその上限速度ωｈより高いか否かを判定する処理（ステップ１０６）、目標速度ωrefが上限速度ωｈより高い場合に目標速度ωrefを上限速度ωｈに補正する処理（ステップ１０７）を実行したが、それに代えて、図５に示すように、電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに対応する上限オン，オフデューティＤｈを算出する処理(ステップ１０５)、出力デューティ算出部２７で算出されるオン，オフデューティＤがその上限オン，オフデューティＤｈより高いか否かを判定する処理(ステップ１０６)、オン，オフデューティＤが上限オン，オフデューティＤｈより高い場合に、目標速度ωrefを上限オン，オフデューティＤｈとオン，オフデューティＤとの差に係数αを積算して得られる値［＝ωref−（Ｄｈ−Ｄ）・α］に補正する処理(ステップ１０７)、を実行してもよい。オン，オフデューティＤは、座標変換部２５で変換された界磁成分電圧Ｖｄとトルク成分電圧Ｖｑおよび電圧検出回路２６の検出電圧Ｖinに基づいて算出されるので、直流電圧Ｖinの変化をパラメータとして含んでいる。

その他、実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

実施形態のモータ駆動装置は、例えばヒートポンプ式冷凍機の圧縮機モータとして使用されるブラシレスＤＣモータの駆動に利用可能である。

Claims (8)

1. 交流電源の電圧を直流に変換しその直流電圧を交流に変換してブラシレスＤＣモータへの駆動電圧として出力するインバータと、
   前記インバータにおける直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記ブラシレスＤＣモータに流れる電流から同ブラシレスＤＣモータの速度を推定し、その推定速度が目標速度となるよう前記インバータを駆動制御する第１制御手段と、
   前記交流電源における障害の発生を検出する検出手段と、
   前記検出手段で障害の発生が検出された場合に、前記目標速度を前記インバータにおける直流電圧に対応する上限速度と予め定めた下限速度の範囲内に維持する第２制御手段と、
   前記第２制御手段による制御の実行後、前記平滑コンデンサの電圧が設定値以下に低下した場合に、前記目標速度を前記ブラシレスＤＣモータの実際の速度低下率より大きい低下率でかつ前記下限速度を限度として下降方向に補正することにより、前記ブラシレスＤＣモータの回転エネルギーを回生電圧として前記平滑コンデンサに充電し、その平滑コンデンサの電圧が前記設定値より高い値まで上昇した場合に、前記第２制御手段の制御に復帰する第３制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記検出手段は、前記交流電源における障害の発生および復旧を検出する、
   前記第３制御手段による前記第２制御手段の制御への復帰後、前記交流電源の電圧回復が生じて前記平滑コンデンサの電圧が前記設定値を超えた場合に、前記目標速度を予め定めた通常の速度上昇率で先ず上昇させ、続いて、前記検出手段で障害の復旧が検出された場合に、前記目標速度を本来の値へ向け前記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させる第４制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記第３制御手段による前記第２制御手段の制御への復帰後、前記交流電源の電圧回復が生じないまま前記平滑コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合に、前記ブラシレスＤＣモータを停止させる第５制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 第５制御手段は、前記第３制御手段による前記第２制御手段の制御への復帰後、前記交流電源の電圧回復が生じないまま前記平滑コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合に、前記目標速度を前記速度の推定に追従する速さで下降方向に補正してその補正により前記ブラシレスＤＣモータを停止させる、
   ことを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
5. 前記第５制御手段の制御により前記ブラシレスＤＣモータが停止した後、前記交流電源の電圧回復が生じて前記平滑コンデンサの電圧が前記設定値を超えた場合に、前記ブラシレスＤＣモータを再起動し且つ前記目標速度を前記通常の速度上昇率で先ず上昇させ、続いて、前記検出手段で障害の復旧が検出された場合に、前記目標速度を本来の値へ向け前記通常の速度上昇率より大きい上昇率で急上昇させる第６制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
6. 前記第４制御手段による前記目標速度の急上昇および前記第６制御手段による前記目標速度の急上昇に際し、前記検出手段で障害の復旧が検出されてからの一定時間において、前記ブラシレスＤＣモータに流れる電流が予め定めた下限値を下回らないようにモータ電流制限制御を実行する第７制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項５記載のモータ駆動装置。
7. 前記インバータは、交流電源の電圧を直流に変換しその直流電圧をスイッチング素子のオン，オフにより交流に変換してブラシレスＤＣモータへの駆動電圧として出力する、
   前記第１制御手段は、前記ブラシレスＤＣモータに流れる電流から同ブラシレスＤＣモータの速度を推定し、その推定速度が目標速度となるよう前記インバータのスイッチング素子をオン，オフ駆動制御する、
   前記検出手段は、前記インバータにおける直流電圧を検出しその検出電圧が設定値以下に低下したとき、またはその検出電圧の単位時間当たりの低下幅が一定幅以上のとき、または前記インバータのスイッチング素子に対するオン,オフデューティの大きさから前記インバータにおける直流電圧を推定しその推定電圧が前記設定値以下に低下したとき、またはその推定電圧の単位時間当たりの低下幅が前記一定幅以上のとき、または前記インバータのスイッチング素子に対するオン,オフデューティの単位時間当たりの増加幅が所定幅以上のとき、それを前記交流電源における障害の発生として検出する、
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
8. 前記検出手段は、前記交流電源における障害の発生を検出した後、前記検出電圧または前記推定電圧が前記設定値を超えてその状態が一定時間以上にわたり継続したとき、それを前記交流電源における障害の復旧として検出する、
   ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動装置。

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