JP7024289B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

例えば、空気調和機の室外機に用いられる熱交換機用のファン（プロペラファン）は、ファン用モータによる回転が停止中であっても、風などの外力を受けて回転（空転）する状況が想定される。例えば、風を受けてファンが空転している状況で空気調和機を起動する場合、ファンモータを駆動しなくても熱交換器に十分な風量の風が吹き付けている場合には、ファンモータは駆動しなくてもよい場合がある。このように、ファンモータを起動させるかどうかの判断には、ファンの空転などの負荷の状況を事前に検知することが望まれる。

一方、従来から、モータの内部には、回転子の位置を検出するホールセンサなどを含む駆動制御回路やドライバなどの電気回路が組み込まれている。しかし、近年、制御技術の高度化やモータ自体のコストダウンのため、モータ内部の電気回路を外部に取り出し、モータ自体に含めないようにする傾向にある。

このような、ホールセンサなどを含む電気回路を内蔵しないモータは、モータに回転磁界を発生させる所定の起動電流を印加して起動させ、所定の回転数まで加速させた後、センサレス方式による制御へ移行するとともに、負荷状況に応じて、起動電流および所定の回転数を変更することにより、強制転流による同期運転からセンサレス方式による制御へのモード移行がスムーズに行われる（例えば特許文献１参照）。

特開２００８－１０４３３７号公報

しかしながら、例えば、風や雨などの外力の場合は天候により風の向きや強さが変動するため、外力を受けたプロペラファンの回転方向や速度などの負荷状況の検出精度が低いと、同期運転からセンサレス方式によるモータ制御へのモード移行をスムーズに行うことができないという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、モータの起動時に、同期運転からセンサレス方式によるモータ制御へのモード移行をスムーズに行うことができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本願の一実施形態にかかるモータ制御装置は、モータにかかる負荷を検出する負荷検出部と、前記モータの回転位置の検出およびフィードバックを行わない同期運転モードと、前記回転位置の検出およびフィードバックを行う通常運転モードとを切り換える運転モード切換部とを備え、前記モータの起動時に、前記負荷検出部は、前記モータを流れる電流から前記負荷の大きさを検出し、前記運転モード切換部は、前記負荷の大きさに応じて前記モータの運転モードの切り換えタイミングを変更し、変更した運転モードの切り換えタイミングに基づいて、前記同期運転モードから前記通常運転モードへ運転モードを切り換えることでモード移行を行う。

本願の一実施形態にかかるモータ制御装置によれば、モータの起動時に、同期運転からセンサレス方式によるモータ制御へのモード移行をスムーズに行うことができる。

図１は、基本技術にかかるモータ起動制御を説明するための図である。 図２は、実施形態１にかかるモータ起動制御を説明するための図である。 図３は、通常運転区間においてモータが定回転数で駆動されている状態の電圧と電流を示すベクトル図である。 図４は、通常運転区間においてモータが回転磁界に追従して正転方向へ回転を開始し、さらに回転が安定した状態の電圧と電流を示すベクトル図である。 図５は、通常運転区間においてモータが回転磁界に追従して正転方向へ回転を開始し、回転が安定した状態の定回転数で駆動されている状態において、負荷が重くなった場合の電圧と電流を示すベクトル図である。 図６は、負荷量と、検出した電流値との相関を概念的に示す図である。 図７は、検出した電流値と、既知データとの相関を概念的に示す図である。 図８は、実施形態１にかかるモータ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図９は、実施形態１にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。 図１０は、実施形態１にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態２（および実施形態３）にかかるモータ起動制御を説明するための図である。 図１２は、実施形態２にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。 図１３は、実施形態２にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。 図１４は、実施形態３にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。 図１５は、実施形態３にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。以下の実施形態で示すモータ制御装置は、空気調和機の室外機などに用いられ、停止時に風などの外力により逆回転する場合があるプロペラファンを回転させるモータを駆動する永久磁石同期モータの制御装置として説明するが、これに限られず、空気調和機のコンプレッサを回転させるモータや、その他のモータ一般に広く適用できる。

なお、以下に示す実施形態は、一例を示すに過ぎず、開示技術を限定するものではない。また、以下に示す実施形態およびその変形例は、矛盾しない範囲で適宜組合せて実施できる。また、以下に示す実施形態およびその変形例は、開示技術にかかる構成および処理について主に示し、その他の構成および処理の説明を簡略化または省略する。また、以下に示す実施形態およびその変形例において、同一の構成および処理には同一の符号を付与し、既出の構成および処理の説明は省略する。

実施形態の説明に先立ち、モータの起動制御について説明する。図１は、基本技術にかかるモータ起動制御を説明するための図である。空気調和機用の室外機などプロペラファンを負荷とするモータは、停止状態であっても、プロペラファンが受ける風などの外力により、空転している場合がある。外力によって起動時に影響を受けるモータの場合、外力により逆回転方向に空転しているときが、負荷が重い重負荷状態である。また、モータは、正回転方向に空転しているときが、負荷が軽い軽負荷状態である。このようなモータは、軽負荷状態の場合が、停止状態の場合よりも軽負荷である。このように、例えばプロペラファンを負荷とするモータは、起動時に、プロペラファンの逆回転と正回転の間での広範囲の負荷状態が考えられる。

このように、逆回転と正回転の間の広範囲の負荷状態を考慮してモータをスムーズに起動させるために、一例として、図１に示すような複数の区間に区切られた段階を経てモータの起動制御が行われる。図１に示すように、複数の区間として、時間軸の正方向に、「停止区間」、「過渡領域」および「安定回転領域」を含む「定回転区間」、「調整区間」、「通常運転区間」の各区間がある。

「停止区間」は、モータに給電されていない領域である。「停止区間」では、モータは、例えばモータに接続されているプロペラファンに風や雨などの外力が加えられると、空転する。この場合、モータが駆動する際にモータにかかる負荷は、例えば、モータに接続されているプロペラファンと、風雨である。「定回転区間」は、上述のように、モータの状態により「過渡領域」および「安定回転領域の２つの領域に分かれる。

「過渡領域」は、モータが空転していない停止状態であれば回転子が回転磁界に引き込まれて回転を開始し、逆転方向に空転していれば減速→停止→正転と回転方向を転換後に同期回転を開始し、正転方向に空転していれば回転磁界の回転数（角速度）に合わせて加速または減速するといった、安定回転に至るまでの過渡的な挙動を示す領域である。

「安定回転領域」は、「過渡領域」で回転を開始した電動機が、回転磁界に同期して安定した定回転を続けている領域である。「調整区間」は、「モード移行」時に、センサレス方式によりモータの運転を行う「通常運転」へスムーズに移行できるように、印加電圧や回転数等の運転モードの切り換えタイミングを調整する領域である。例えば、誘起電圧を回転子の位置検出に利用しているシステムであれば、誘起電圧が確実に検出できる回転数まで回転数を増加させる。「通常運転区間」は、センサレスベクトル制御駆動などの回転子の位置を検出したモータ駆動を行う領域である。「モード移行」とは、「調整区間」と「通常運転区間」との切り換わりのタイミングである。本実施例では、「調整区間」と「通常運転区間」とが切り換わることで同期運転モードから、センサレス方式によりモータの運転を行うモードである通常運転モードへのモード移行が行われる。

「調整区間」におけるモータへの印加電圧と、モータの回転数は、「モード移行」のタイミングに大きく影響する。「モード移行」時に印加電圧または回転数、あるいはその両方が最適値から大きく乖離していると、通常運転に切り換える際に切り換えショックが発生する。これは、「定回転区間」から「調整区間」までの「起動区間」と、「通常運転区間」とで、駆動電流の位相が大きく異なるために発生するもので、「通常運転区間」において電流制御器が過剰反応することによって起こるものである。切り換えショックにより、電流ハンチングや急激な速度変動が発生し、それによりモータに振動や異音が発生し、著しい場合は脱調して停止したり、ハンチングした電流で過電流保護機能が働いて自己停止するなどの事態となる。

そこで、かかる事態を回避するためには、「モード移行」するタイミングで、「起動区間」と「通常運転区間」との駆動電流の位相を等しくすることが望ましく、一般的には印加電圧や回転数の上昇量などを事前測定等により最適値とすることで実現している。しかし、プロペラファンを接続したモータのように、外力によって負荷状態が変動する場合は、前述の方法では、「モード移行」時の切り替えショックを完全に防止することは難しい。

そこで、「定回転区間」の「安定回転領域」において、モータの負荷状態を検出し、「調整区間」における印加電圧や回転数の変化量などを、検出した負荷状態に合わせて可変することで、「通常運転区間」への「モード移行」をスムーズに行うことができる。以下の実施形態では、「安定回転領域」において、検出した負荷状態に応じて「調整区間」における印加電圧や回転数などの起動パラメータの変化パターンを可変とする。

［実施形態１］
（実施形態１にかかるモータ起動制御）
図２は、実施形態１にかかるモータ起動制御を説明するための図である。実施形態１では、起動時の「定回転区間」の「安定回転領域」における印加電圧（δ軸指令電圧Ｖδ＊）および回転数（指令角速度ωｅ＊）でのモータの通電電流からモータの負荷量を推定する。そして、モータの負荷量の推定結果から、「モード移行」時のδ軸指令電圧Ｖδ＊（モード移行電圧値）をＶｃ１とＶｃ２の間の値に決定する。「過渡領域」の時間は、システムにより異なるので、システムに合わせた時間を予め決めておき、その時間が経過すると、「安定回転領域」に入ったとしてモータの通電電流から負荷量を推定する。すなわち、「安定回転領域」は、負荷量の推定に要する時間ということになる。

負荷量の推定が完了すると、「調整区間」における印加電圧の変化量を割り出し、印加電圧の変化量に従って、Ｖｃ１からＶｃ２までの範囲で、「モード移行電圧値」を決定する。「モード移行電圧値」を決定する手法は、例えば、予め決めておいた「モード移行電圧値」をテーブル化しておき、推定した負荷量と対応する「モード移行電圧値」のデータをメモリに格納されたルックアップテーブルから取得するようにする。

なお、図２では、「通常運転区間」へ移行する回転数を一意的に決めるという観点から、回転数の変化パターン（モード移行回転数）を１種類としたが、１種類に限られず、可変パターンとしてもよい。

以下、印加電圧Ｖの与え方について、適用例を説明する。

（通常運転区間においてモータが定回転数で駆動されている状態の電圧と電流）
図３は、通常運転区間においてモータが定回転数で駆動されている状態の電圧と電流を示すベクトル図である。印加電圧Ｖは、制御座標系であるγ－δ軸上のベクトルとして表わされるが、図３では、一例として次のようにする。

モータの起動中は、モータの回転子の位置が成り行きであるので、電圧位相は問題にならないが、起動処理を行った後の通常運転（位置検出運転）への移行時を考慮し、ｑ軸に相当するδ軸に主電圧を設定する回路構成とする。

図３は、下記（１－１）式および（１－２）式の定常状態（微分項が０）におけるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータの電圧電流方程式を図示している。

上記（１－１）式および（１－２）式において、“Ｒ”はＵＶＷの各相あたりの巻線抵抗、“ωｅ”は電気角の角速度、“Ｌ”はインダクタンス（Ｌ＝Ｌｄ（ｄ軸インダクタンス）＝Ｌｑ（ｑ軸インダクタンス））、“φ”は永久磁石回転子の磁束量（線間実効値）、“Ｖｄ”はｄ軸電圧、“Ｖｑ”はｑ軸電圧、“Ｉｄ”はｄ軸電流、“Ｉｑ”はｑ軸電流である。モータのリラクタンストルクを０と仮定すると、負荷電流Ｉｑはｑ軸上にあり、負荷電流Ｉｄは０である。モータへの印加電圧Ｖのｄ軸成分Ｖｄとｑ軸成分Ｖｑは、巻線抵抗Ｒの電圧降下分を含めて、図３に示す通りである。

また、モータの起動時は、モータの回転子の回転位置を制御していないため、γ－δ軸とｄ－ｑ軸との間には軸誤差Δθがあるため、軸誤差が０でない場合におけるγ－δ軸の定常時電圧電流式は、微分項と微小項をともに０として、下記（２－１）式および（２－２）式のようになる。

モータは、起動時の同期運転から「モード移行」を経て図３に示す運転状態へ移行することを考慮して、ｄ軸に対応するγ軸電圧Ｖγ＊を、上記（１－１）式と対比させて、下記（３）式とする。

ここで、上記（３）式におけるωｅ＊は、同期運転の指令角速度（電気角）、Ｉδはδ軸の電流である。同期運転の指令角速度（電気角）ωｅ＊と、δ軸指令電圧Ｖδ＊は、上述のように、想定した最大負荷に対応するように予め試験的に決定された値である。なお、γ軸電圧Ｖγ＊の設定については、上記（３）式に限られるものではなく、例えば０としてもよい。

次に、「定回転区間」における負荷の推定方法について説明する。

（通常運転区間においてモータの回転が安定した状態の電圧と電流を示すベクトル図）
図４は、通常運転区間においてモータが回転磁界に追従して正転方向へ回転を開始し、さらに回転が安定した状態の電圧と電流を示すベクトル図である。図４に示す状態の期間は、図１に示す「定回転区間」の「安定回転領域」に相当する。

上記（３－１）式によるモータのγ軸電圧を上記（３）式で与えたとき、電流を検出する手段により検出したＩδが現在のδ軸電流であると仮定すると、同期運転なので指令角速度ωｅ＊と実回転角速度ωｅが等しくなるので、Ｉγは、下記（４－２）式に示すように、上記（２－１）式および（３）式がほぼ等しいとおくことにより、下記（４－１）式のように求まる。

また、Ｉδは（４－１）式と（２－２）式から、下記（５）式のようになる。

なお、上記（５）式では、回転子は回転磁界に同期しているとして、ωｅをωｅ＊で置き換えている。上記（５）式を書き換えると、下記（６－１）式および（６－２）式のようになる。ただし、下記（６－２）式におけるφは、下記（６－３）式で示される値である。

すなわち、ωｅ＊が一定であれば、γ軸電流およびδ軸電流は、Δθの関数となる。

図５は、通常運転区間においてモータが回転磁界に追従して正転方向へ回転を開始し、回転が安定した状態の定回転数で駆動されている状態において、負荷が重くなった場合の電圧と電流を示すベクトル図である。図５は、図４の状態からさらに負荷が重くなった場合を示す。

外力による負荷が増加すると、γ－δ軸に対するｄ－ｑ軸の遅角は、図４のΔθ１から、さらに図５のΔθ２へと減少する。すなわち、γ－δ軸に対するｄ－ｑ軸の位相差が、Δθ２のように、さらに狭くなる。この時、δ軸指令電圧Ｖδ＊とＶγ＊によって生成される印加電圧Ｖのｑ軸成分が増加するので、ｑ軸電流も増加する。すなわち、負荷が増加すると、軸誤差Δθが図４に示すΔθ１から図５に示すΔθ２へ減少することになり、ｑ軸側の駆動電流Ｉｑが増加する。

また、モータのトルクＴ_Ｍは、下記（７）式によるので、ｑ軸側の駆動電流Ｉｑの増加の結果として、同期角速度ωｅ＊を維持するためのトルクが増加して、負荷の増分と釣り合って、モータの回転を維持することができる。なお、下記（７）式におけるＰｎは、モータの極対数である。

このように、外力により負荷が増加した場合は軸誤差Δθが減少方向に遷移し、逆に負荷が減少した場合は、軸誤差Δθが増加して、実回転角速度（同期角速度）ωｅを維持するように自動的に調整される。この状態を上記（６－２）式に適用すれば、負荷が大きくなったときは第２項が増加するのでＩδは減少し、負荷が小さくなったときは第２項が減少するのでＩδが増加する。

よって、想定される最大負荷に打ち勝つだけのδ軸指令電圧Ｖδ＊を予め決めておき、「安定回転領域」で電気角速度ωｅ＊で同期回転を行う（図２参照）ことにより、「安定回転領域」におけるＩδを観測することによって負荷の大きさを知ることができる。

次に、起動パラメータとして与えるモータへの印加電圧Ｖの大きさを変更した場合について述べる。

負荷が一定の状態でモータへの印加電圧Ｖを増加させると、それに伴って、ｑ軸側の電流が増加して（７）式によるモータトルクが上昇する。しかし、負荷トルクが変わらないので軸誤差Δθが大きくなる方向に遷移して、ｑ軸側の電圧配分量が減少し、その結果、ｑ軸側駆動電流を減少させて、負荷トルクと平衡する。

なお、印加電圧Ｖを下げた場合は、逆のプロセスで帰還作用が働く。起動パラメータの角速度に関しても同様で、速度を上げればΔθが小さくなり、その分ｑ軸分配量が増加してモータの出力が増える。速度を下げた場合は逆の状態となり、モータの出力と負荷が釣り合う。

負荷量の検出に用いる評価量としては、下記（８）式で表される｜Ｉ｜（｜＊｜は＊の大きさを表す）を用いる。なお、負荷量の検出に用いる評価量として、上述の（６－１）式または（６－２）式のＩδを用いてもよい。

（負荷量と、検出した電流値との相関）
図６は、負荷量と、検出した電流値との相関を概念的に示す図である。図は、（８）式のシミュレーション結果の一例を示す。図６では、負荷量を横軸に取り、電流値｜Ｉ｜を縦軸に取る。図６において、横軸の正方向ほど重負荷となり、縦軸は上記（８）式で示される負荷に対する電流値｜Ｉ｜を示している。図６から、負荷の増加に対して電流値｜Ｉ｜が減少する傾向が分かる。

（検出した電流値と、既知データとの相関）
図７（ａ）は、検出した電流値と、既知データとの相関を概念的に示す図である。図６に示す負荷特性をモータの起動時の可変制御に反映させるため、実施形態１では、以下の手法を取る。図７（ａ）に示す既知データは、モータを駆動するマイクロコンピュータ等の制御装置の内部メモリに保存される参照データである。

例えば、負荷がプロペラファンの場合、外部からの風による空転を考えると、逆回転方向に空転する風向きであれば負荷が重くなり、正回転方向の空転であれば負荷が軽くなる。逆回転時であれば、起動開始にあたり、予め決められたδ軸指令電圧Ｖδ＊の初期値と、角速度ωｅ＊をモータに供給すると、逆回転が停止したのち正回転方向に回転を開始して「定回転区間」に入る。

よって、「定回転区間」で電流の測定を開始するためには、モータの回転が安定するまでの遅延時間を考慮して電流測定を開始する。この遅延時間の考慮は、図１に示す「過渡領域」である。

図７（ａ）では、横軸を測定電流値（|Ｉ|またはＩδ）、縦軸を負荷量としている。負荷量および既知データの相関を含む参照データは、予め試験等により決めておくデータであり、横軸左端ｘａが想定する最大負荷（仕様上の上限）である。

また、参照データの作り方として、無負荷を挟んで正回転方向の軽負荷状態まで定義しておけば、負荷電流の測定値から正回転方向または逆回転方向の空転方向を推定することも可能となる。

さらに、参照データが、関数（あるいは近似関数）で表されるのであれば、負荷量を数式から決定できる。例えば、１次関数として傾きαを予め定めておけば、比例式から負荷量を算出できる。なお、１次式に限らず、２次以上の高次数や指数関数であってもよい。また、参照データは、非線形のデータとして離散的なデータとしてテーブルに保存されておいてもよい。その場合は、測定電流に対して近い負荷量を採用するか、２データ間を線形補完して負荷量を決定する。

このようにして負荷量が決定できれば、「モード移行」に必要な電圧や回転数などを決定できる。実施形態１にかかるモータ起動制御では、負荷量を測定して重負荷であれば、モード移行電圧ＶｃとしてＶｃ２を選択し、軽負荷であればＶｃ１を選択すればよい。一例として、図７のｘａが｜Ｉ２｜、ｘｂが｜Ｉ１｜、ｙｂがＶｃ１、ｙａがＶｃ２であり、相関関係が傾き一定（α）の一次関数であるとすれば、電流の測定値｜Ｉ｜から容易にモード移行電圧Ｖｃを求めることができる。

また、軽負荷ｙｂを正回転方向の空転負荷、重負荷ｙａを逆回転方向の空転負荷とすれば、電流｜Ｉ２｜と｜Ｉ１｜の間に停止時の負荷電流｜Ｉ０｜が存在するので、図７のｙ０がモータ停止時のパラメータとして既知であれば、電流値の大小関係から空転状態における回転方向を推定できる。

（実施形態１にかかるモータ制御装置の構成）
図８は、実施形態１にかかるモータ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。実施形態にかかるモータ制御装置１００は、モータ１が接続される。モータ１には、例えば、プロペラファン１ａが取り付けられている。モータ制御装置１００は、マイクロコンピュータ１０、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）生成器２７、ＰＭ（Power Module）２８、１シャント電流検出器を構成するシャント抵抗２９を有する。

また、マイクロコンピュータ１０は、減算器１１、速度制御器１２、減算器１３、ｑ軸電流制御器１４、加算器１５、第１スイッチ１６、励磁電流制御器１７、減算器１８、ｄ軸電流制御器１９、第２スイッチ２０、加算器２１、γ軸電圧生成器２２、第３スイッチ２３、積分器２４、負荷検出部２５ａおよび運転モード切換部２５ｂを有する起動処理部２５、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６、電流検出器３０、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１、位置推定器３２、除算器３３を有する。

なお、図８の破線で示すように、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３は、起動処理部２５と接続され、運転モード切換部２５ｂの制御により、各スイッチの接続状態が切り換えられる。第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３は、共通接点１６－０、共通接点２０－０、共通接点２３－０それぞれが、それぞれの接点１６－１、接点２０－１、接点２３－１と接続されているとき、モータ１の起動時の回路構成となる。他方、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３は、共通接点１６－０、共通接点２０－０、共通接点２３－０それぞれが、それぞれの接点１６－２、接点２０－２、接点２３－２と接続されているとき、モータ１の通常運転への「モード移行」後の回路構成となる。

減算器１１は、モータ制御装置１００へ入力された速度指令値（指令回転数）ωｍ＊から、除算器３３から出力された、推定された現在の角速度である実速度（機械角実速度）ωｍを減算した速度偏差（機械角速度偏差）Δωを速度制御器１２へ出力する。

速度制御器１２は、減算器１１から出力された速度偏差Δωが小さくなるようなｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成し、減算器１３へ出力する。なお、速度制御器１２は、図示しないＰＩ制御器と接続されるため、積分器がｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を保持する。従って、通常運転に「モード移行」する際、「モード移行」直前に生成したδ軸電流指令値Ｉδ＊で積分器を初期化する。

減算器１３は、速度制御器１２から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１から出力されたｑ軸電流Ｉｑを減算してｑ軸電流偏差ΔＩｑを生成し、ｑ軸電流制御器１４へ出力し、加算器１５へ出力する。

ｑ軸電流制御器１４は、減算器１３から出力されたｑ軸電流偏差ΔＩｑからｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊を生成し、加算器１５へ出力する。加算器１５は、上記（１－２）式に基づき、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊からｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。

第１スイッチ１６は、運転モード切換部２５ｂの制御により、共通接点１６－０が接点１６－１および接点１６－２のいずれか一方と接続される。第１スイッチ１６は、接点１６－１が共通接点１６－０と接続された状態では、起動処理器２５から出力されたδ軸電圧指令値Ｖδ＊をｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６へ出力する。また、第１スイッチ１６は、接点１６－２が共通接点１６－０と接続された状態では、加算器１５から出力されたｑ軸電圧Ｖｑ＊を、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６へ出力する。

励磁電流制御器１７は、速度制御器１２から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成し、減算器１８へ出力する。

減算器１８は、励磁電流制御器１７から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊から、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１から出力されたγ軸電流Ｉγを減算してｄ軸電流偏差ΔＩｄを生成し、ｄ軸電流制御器１９へ出力する。

ｄ軸電流制御器１９は、減算器１８から出力されたｄ軸電流偏差ΔＩｄからｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を生成する。

第２スイッチ２０は、運転モード切換部２５ｂの制御により、共通接点２０－０が接点２０－１および接点２０－２のいずれか一方と接続される。第２スイッチ２０は、接点２０－１が共通接点２０－０と接続された状態では、“０”を加算器２１へ出力する。また、第２スイッチ２０は、接点２０－２が共通接点２０－０と接続された状態では、上記（１－１）式に基づくｄ軸電圧Ｖｄを生成するように、ｄ軸電流制御器１９から出力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を加算器２１へ出力する。

加算器２１は、第２スイッチ２０の接点２０－１が共通接点２０－０と接続された状態では、γ軸電圧生成器２２から出力されたγ軸電圧指令値Ｖγ＊に“０”を加算することになるので、γ軸電圧指令値Ｖγ＊を、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６へ出力することになる。また、加算器２１は、第２スイッチ２０の接点２０－２が共通接点２０－０と接続された状態では、上記（１－１）式に基づき、ｄ軸電流制御器１９から出力されたｄ軸電流指令値Ｖｄ＊＊と、γ軸電圧生成器２２から出力されたγ軸電圧指令値Ｖγ＊とを加算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６へ出力することになる。

γ軸電圧生成器２２は、第３スイッチ２３を介してｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器３１と接続されている場合に、上記（３）式をもとに、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１から出力された現在のδ軸電流Ｉδと、起動処理部２５から出力された角速度ωｅ＊とからγ軸電圧Ｖγ＊を算出し、加算器２１へ出力する。γ軸電圧Ｖγ＊は、初期値０から、モータ１の加速に伴い更新され、徐々に負側に大きくなって、やがて一定値に収束する。

第３スイッチ２３は、運転モード切換部２５ｂの制御により、共通接点２３－０が接点２３－１および接点２３－２のいずれか一方と接続される。第３スイッチ２３は、接点２３－１が共通接点２３－０と接続された状態では、起動処理部２５から出力された同期運転の指令角速度（電気角）ωｅ＊を、γ軸電圧生成器２２へ出力する。また、第３スイッチ２３は、接点２３－２が共通接点２３－０と接続された状態では、位置推定器３２から出力された実回転角速度ωｅを、γ軸電圧生成器２２へ出力する。

積分器２４は、回転角θｅを出力する。ここで、回転角θｅは、積分器２４が第３スイッチ２３により起動処理器２５と接続されている状態では、起動処理器２５から出力された指令角速度ωｅ＊に基づく制御角（制御軸（γ－δ軸）の回転角度）となる。また、積分器２４が第３スイッチ２３により位置推定器３２と接続されている状態では、軸誤差Δθがほぼ零となるため、位置推定器３２から出力された、推定された角速度ωｅに基づく現在のロータの位置θｅとなる。

起動処理部２５は、負荷検出部２５ａおよび運転モード切換部２５ｂを有する。起動処理部２５は、モータ１の起動時、すなわち図１に示す「定回転区間」および「調整区間」において、δ軸指令電圧Ｖδ＊をｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６へ出力する。また、起動処理部２５は、モータ１の起動時において、同期角速度ωｅ＊を、γ軸電圧生成器２２へ出力する。

起動処理部２５の負荷検出部２５ａは、モータ１の起動時において、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１から出力されたｄ軸電流Ｉｄ（γ軸電流Ｉγ）およびｑ軸電流Ｉｑ（δ軸電流Ｉδ）をもとに上記（８）式により算出される負荷に対する電流値｜Ｉ｜から推定されるプロペラファン１ａの空転による負荷量を検知する。

起動処理部２５の運転モード切換部２５ｂは、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３それぞれの共通接点１６－０、２０－０、２３－０を、接点１６－１、２０－１、２３－１、または、接点１６－２、２０－２、２３－２それぞれのいずれかに接続する。運転モード切換部２５ｂは、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３それぞれの接点の接続を切り換えることにより、「モード移行」を行う。

ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６は、積分器２４から出力された回転角θｅを用いて、２相のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、３相のＵ相出力電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相出力電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相出力電圧指令値Ｖｗ＊へ変換する。そして、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６は、Ｕ相出力電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相出力電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相出力電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭ生成器２７へ出力する。

ＰＷＭ生成器２７は、ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器２６から出力されたＵ相出力電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相出力電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相出力電圧指令値Ｖｗ＊と、ＰＷＭキャリア信号から、ＰＷＭ駆動信号（Ｕ，Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）を生成し、ＰＭ２８へ出力する。

ＰＭ２８は、ＰＷＭ生成器２７から出力された６相のＰＷＭ駆動信号をもとに、モータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれへ印可する３相交流電圧を、外部から供給される直流電圧Ｖｄｃをチョッピングして生成し、各相の交流電圧をモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相へ印加する。

電流検出器３０は、ＰＷＭ生成器２７から出力された６相ＰＷＭスイッチング情報と、シャント抵抗２９によって１シャント電流検出方式で検出された母線電流から、モータ１のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを算出する。なお、電流検出方式は、２つのＣＴ（Current Transformer）でＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを検出し、残りのＷ相電流Ｉｗを、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係式より算出する２ＣＴ方式であってもよい。電流検出器３０は、算出したモータ１のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１へ出力する。

ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１は、積分器２４から出力された回転角θｅを用いて、電流検出器３０から出力された３相のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、２相のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑへ変換する。そして、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１は、ｄ軸電流Ｉｄを減算器１８、起動処理部２５の負荷検出部２５ａ、位置推定器３２へ、ｑ軸電流Ｉｑを減算器１３、起動処理部２５の負荷検出部２５ａ、γ軸電圧生成器２２、位置推定器３２へ、それぞれ出力する。なお、減算器１８、起動処理部２５の負荷検出部２５ａ、位置推定器３２へ入力されるｄ軸電流Ｉｄは、制御軸（γ－δ軸）のγ軸電流Ｉγで代用し、減算器１３、起動処理部２５の負荷検出部２５ａ、γ軸電圧生成器２２、位置推定器３２へ入力されるｑ軸電流Ｉｑは、制御軸（γ－δ軸）のδ軸電流Ｉδで代用する。

位置推定器３２は、ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器３１から出力されたｄ軸電流Ｉｄ（Ｉγ）およびｑ軸電流Ｉｑ（Ｉδ）から、モータ１の誘起電圧を推定し、さらに現在の角速度ωｅを推定する。位置推定器３２は、推定した現在の角速度ωｅを除算器３３へ出力するとともに、第３スイッチ２３の接点２３－２と接続されている。

（実施形態１にかかるルックアップテーブル）
図９は、実施形態１にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。実施形態１にかかるルックアップテーブル２５ａ－１は、起動処理部２５の内の所定のメモリ領域に格納されている。ルックアップテーブル２５ａ－１は、「検出電流値」「モード移行電圧」のカラムを有する。ルックアップテーブル２５ａ－１は、図６および図７を参照して説明した、推定される負荷量に対応する検出電流値と、既知データとの相関関係を具体化したテーブルの一例である。

図９において、例えば、「検出電流値」が“｜Ｉ１｜”である場合に、「モード移行電圧」“Ｖｃ１”が対応する。起動処理部２５は、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」に応じた「モード移行電圧」を、ルックアップテーブル２５ａ－１から取得する。そして、起動処理部２５は、「定回転区間」から「調整区間」へ移行後、「モード移行」時までの「調整区間」で、「定回転区間」における起動電圧であるδ軸指令電圧Ｖδ＊から、「モード移行」時における「モード移行電圧」までδ軸指令電圧Ｖδ＊を増加させる（図２参照）。

例えば、起動処理部２５は、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」“｜Ｉ１｜”に応じた「モード移行電圧」“Ｖｃ１”を、ルックアップテーブル２５ａ－１から取得する。そして、図２に示すように、起動処理部２５は、「定回転区間」において起動電圧のδ軸指令電圧Ｖδ＊でモータ１を起動し、「調整区間」へ移行後、「モード移行」時まで、起動電圧のδ軸指令電圧Ｖδ＊から「モード移行電圧Ｖｃ１へ、δ軸指令電圧を増加させる。

（実施形態１にかかるモータ起動処理）
図１０は、実施形態１にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。実施形態１にかかるモータ起動処理は、モータ１の起動時に、モータ制御装置１００の起動処理部２５により実行される。起動処理部２５の運転モード切換部２５ｂは、ステップＳ１１の実行前に、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３の共通接点１６－０、２０－０、２３－０それぞれを、接点１６－１、２０－１、２３－１に接続する。

先ず、ステップＳ１１では、起動処理部２５は、起動電圧Ｖδ＊をモータ１に印可し、起動回転数ωｅ＊を出力する。次に、ステップＳ１２では、起動処理部２５は、「定回転区間」の「過渡領域」の時間を超過したか否かを判定する。起動処理部２５は、「定回転区間」の「過渡領域」の時間を超過したと判定した場合（ステップＳ１２Ｙｅｓ）、ステップＳ１３へ処理を移す。一方、起動処理部２５は、「定回転区間」の「過渡領域」の時間を超過していないと判定した場合（ステップＳ１２Ｎｏ）、ステップＳ１２の処理を繰り返す。

次に、ステップＳ１３では、起動処理部２５は、負荷検出部２５ａにより、負荷量を示す電流値｜Ｉ｜を測定する。次に、ステップＳ１４では、起動処理部２５は、負荷検出部２５ａによる電流値｜Ｉ｜の測定が終了したか否か、つまり「安定回転領域」が終了したか否かを判定する。負荷を正確に検出するためには、安定回転領域で負荷検出を行う必要があり、負荷検出が終了した場合には安定回転領域を終了させてよい。起動処理部２５は、負荷検出部２５ａによる電流値｜Ｉ｜の測定が終了したと判定した場合（ステップＳ１４Ｙｅｓ）、ステップＳ１５へ処理を移す。一方、起動処理部２５は、負荷検出部２５ａによる電流値｜Ｉ｜の測定が終了していないと判定した場合（ステップＳ１４Ｎｏ）、ステップＳ１３へ処理を戻す。

ステップＳ１５では、起動処理部２５は、ステップＳ１３で測定した電流値｜Ｉ｜をもとにルックアップテーブル２５ａ－１を参照し、運転モードの切り換えタイミングであるモード移行電圧Ｖｃを決定する。次に、ステップＳ１６では、起動処理部２５は、起動電圧Ｖδ＊および起動回転数ωｅ＊の増加を開始する。なお、起動電圧Ｖδ＊の増加は、ステップＳ１５で決定された「モード移行電圧Ｖｃまでの増加であり、起動回転数ωｅ＊の増加は、所定の起動回転数までの増加である。

次に、ステップＳ１７では、起動処理部２５は、「調整区間」の開始後、「モード移行」時間に到達した（ステップＳ１５で決定したモード移行電圧Ｖｃに起動電圧が至るまでの所定時間が経過した）か否かを判定する。起動処理部２５は、「調整区間」の開始後、「モード移行」時間に到達したと判定した場合（ステップＳ１７Ｙｅｓ）、ステップＳ１８へ処理を移す。一方、起動処理部２５は、「調整区間」の開始後、「モード移行」時間に到達していないと判定した場合（ステップＳ１７Ｎｏ）、ステップＳ１７を繰り返す。

次に、ステップＳ１８では、運転モード切換部２５ｂは、「調整区間」から「通常運転区間」へ「モード移行」を実行する。この際、運転モード切換部２５ｂは、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３それぞれの共通接点１６－０、２０－０、２３－０を、接点１６－２、２０－２、２３－２に接続する。ステップＳ１８が終了すると、起動処理部２５は、実施形態１にかかるモータ起動処理を終了する。

以上の実施形態１によれば、例えば、モータに接続されたプロペラファンが外風により正転または逆転することによりモータが正回転または逆回転することで発生するモータの電流値を負荷量の判定に用い、一定回転数で起動した後、起動パラメータであるモード移行電圧Ｖｃを変更し、負荷に適応した電圧と回転数を供給することで、モータ起動の際、ハンチングなどを抑えた滑らかな起動を行うことができる。

［実施形態２］
図１１は、実施形態２（および実施形態３）にかかるモータ起動制御を説明するための図である。実施形態２では、上述の「調整区間」でのモータ起動制御を、次のように行う。すなわち、図１１に示すように、「調整区間」の制御をＡ点で二分し、「調整区間」のＡ点までは実施形態１と同様に、起動電圧Ｖδ＊と起動角速度ωｅ＊を増加させて、起動に必要な回転数までモータを加速させる。

「調整区間」のＡ点までは、起動電圧Ｖδ＊と起動角速度ωｅ＊は、想定される最大負荷に対して脱調せずに同期運転が継続できるパターンとする。さらに、起動角速度ωｅ＊は、Ａ点で少なくとも「通常運転区間」で必要とされる角速度まで加速可能なパターンとする。「調整区間」での加速パターンは、最大負荷に対応できるように設定されているので、モータには「通常運転」時よりも大きな電力が供給され、ｄ－ｑ軸はγ－δ軸に対して進角状態となっている。

よって、ｄ－ｑ軸はγ－δ軸に対して進角状態となっている状態で「モード移行」を行うと、各制御器の過剰反応により、ハンチングなどの状態を引き起こす。そこで、「調整区間」のＡ点までは、決められた起動電圧Ｖδ＊と起動回転数ωｅ＊のパターンで加速し、Ａ点以降は起動電圧Ｖδ＊の増加を停止して一定値とし、起動回転数ωｅ＊のみを増加させていく。

このようなモータ起動制御を行うことにより、モータの加速に伴いｄ－ｑ軸とγ－δ軸との位相差が減少していき、過剰分の電力が次第にｑ軸側へ分配されていく。図１１は、その際の電流変化をＩｄとＩｑに基づく電流値の大きさ｜Ｉ｜として表わしており、Ａ点以降は加速にともない最適な位相角に近付くため、電流値は減少する。

つまり、「調整区間」においてモータの加速を続けると、γ－δ軸がｄ－ｑ軸と一致する方向に動き、「通常運転区間」における最適位相差に近付くので、この近傍で「モード移行」することにより、ハンチングが低減された状態でモータの運転を「通常運転」に移行させることができる。なお、さらにモータの回転数を増加して増速を続けると、電力不足となってやがてトルク不足により脱調してモータが停止する。

モータの出力電力は、角速度とトルクの積なので、負荷トルクが大きいほど、低い角速度で最適位相に達する。この考察から、「モード移行」に最適なタイミングは、負荷が大きいほど「調整区間」における経過時間が短い方向へ移動し、また、最適タイミングにおける電流値｜Ｉ｜は、負荷が重いほど大きな値となる。他方、負荷が軽いほど、「モード移行」に最適なタイミングは、「調整区間」における経過時間が長い方向へ移動し、また、最適タイミングにおける電流値｜Ｉ｜は、負荷が小さいほど小さい値となる。

図１１に基づき具体的に説明すると、図１１の｜Ｉ２｜は、負荷が重い場合の電流特性であり、Ａ点で定電圧加速が開始され、最適位相に近付くにつれ電流が減少し、Ｂ２点において最適位相となる。さらに、Ｂ２点を超えて加速すると、位相が遅角方向となり、トルク不足に近付くため、電流値｜Ｉ２｜は増加に転じ、やがて脱調してモータが停止する。

よって、図１１の重負荷時の電流値｜Ｉ２｜の状態では、Ｂ２点までの時間Ｔｓ２で「モード移行」すると、ハンチングなどを起こさずに円滑にモータを「通常運転」に移行させることができる。

また、図１１の｜Ｉ１｜は、｜Ｉ２｜の状態よりも負荷が軽い場合の特性を示したもので、この場合の最適な「モード移行」のポイントは、Ｂ１点となり、Ｂ１点までの時間をＴｓ１とすれば、Ｔｓ１＞Ｔｓ２である。

よって、モータの空転時の負荷を推定することができれば、負荷が加わった状態から「モード移行」までの時間Ｔｓを調整することができるので、最適な「モード移行」のタイミングが得られることになる。

図７（ｂ）を参照しつつ、実施形態２にかかる負荷量に応じて「モード移行」に必要な時間について説明する。負荷量に応じて「モード移行」に必要な時間として経過時間Ｔｓを用いる場合、負荷が重い方がＴｓが小さくなるので、図７（ｂ）に示すｙａをＴｓの最小値Ｔｓ２、ｙｂをＴｓの最大値Ｔｓ１と定義し、負荷量との比例関係から、実施形態１と同様に、負荷に対応した「モード移行」に最適な時間Ｔｓを決定できる。

（実施形態２にかかるルックアップテーブル）
図１２は、実施形態２にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。実施形態２にかかるルックアップテーブル２５ａ－２は、実施形態２にかかるモータ制御装置１００Ａのマイクロコンピュータ１０Ａが有する起動処理部２５Ａ（図１参照）の内の所定のメモリ領域に格納されている。ルックアップテーブル２５ａ－２は、「検出電流値」「モード移行時間」のカラムを有する。ルックアップテーブル２５ａ－２は、図６および図７を参照して説明した、推定された負荷量に対応する検出電流値と、既知データとの相関関係を具体化したテーブルの一例である。

図１２において、例えば、「検出電流値」が“｜Ｉ２｜”である場合に、「モード移行時間」“Ｔｓ２”が対応する。起動処理部２５Ａは、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」に応じた「モード移行時間」を、ルックアップテーブル２５ａ－２から取得する。そして、起動処理部２５Ａは、「定回転区間」から「調整区間」へ移行後、「調整区間」のＡ点までの間に、「定回転区間」における起動電圧であるδ軸指令電圧Ｖδ＊から所定電圧まで、δ軸指令電圧Ｖδ＊を増加させる（図１１参照）。

例えば、起動処理部２５Ａは、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」“｜Ｉ２｜”に応じた「モード移行時間」“Ｔｓ２”を、ルックアップテーブル２５ａ－２から取得する。そして、図１１に示すように、起動処理部２５Ａは、「定回転区間」において起動電圧のδ軸指令電圧Ｖδ＊でモータ１を起動し、「調整区間」へ移行後、「調整区間」のＡ点までの間に、「定回転区間」における起動電圧であるδ軸指令電圧Ｖδ＊から所定電圧まで、δ軸指令電圧Ｖδ＊を増加させる。その後、起動処理部２５Ａは、δ軸指令電圧Ｖδ＊が所定電圧に至ってから“Ｔｓ２”だけ時間が経過したＢ２点において「モード移行」させる。すなわち、起動処理部２５Ａは、Ｂ２点を「モード移行」のタイミングと決定する。

（実施形態２にかかるモータ起動処理）
図１３は、実施形態２にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。実施形態２にかかるモータ起動処理は、モータ１の起動時に、モータ制御装置１００Ａの起動処理部２５Ａにより実行される。起動処理部２５Ａの運転モード切換部２５ｂは、ステップＳ２１の実行前に、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３の共通接点１６－０、２０－０、２３－０それぞれを、接点１６－１、２０－１、２３－１に接続する。

図１３に示すステップＳ２１～Ｓ２４は、図１０に示すステップＳ１１～Ｓ１４と同様である。次に、ステップＳ２５では、起動処理部２５Ａは、ステップＳ２３で測定した電流値｜Ｉ｜をもとにルックアップテーブル２５ａ－２を参照し、運転モードの切り換えタイミングであるモード移行時間Ｔｓを決定する。次に、ステップＳ２６では、起動処理部２５Ａは、起動電圧Ｖδ＊および起動回転数ωｅ＊の増加を開始する。なお、起動電圧Ｖδ＊の増加は、所定電圧までの増加であり、起動回転数ωｅ＊の増加は、起動回転数の所定の増加率での増加である。

次に、ステップＳ２７では、起動処理部２５Ａは、「調整区間」の開始後、Ａ点時間（起動電圧Ｖδ＊が増加して前述の所定電圧まで達した時間）に到達したか否かを判定する。起動処理部２５は、起動処理部２５Ａは、「調整区間」の開始後、Ａ点時間に到達したと判定した場合（ステップＳ２７Ｙｅｓ）、ステップＳ２８へ処理を移す。一方、起動処理部２５Ａは、「調整区間」の開始後、Ａ点時間に到達していないと判定した場合（ステップＳ２７Ｎｏ）、ステップＳ２７を繰り返す。

次に、ステップＳ２８では、起動処理部２５Ａは、「調整区間」におけるＡ点時間以降、起動電圧Ｖδ＊を前述の所定電圧の一定値で出力する。次に、ステップＳ２９では、起動処理部２５Ａは、前述のＡ点時間からＴｓ時間のカウントを開始する。ここでのＴｓとは、ステップＳ２５で決定したモード移行時間Ｔｓである。

次に、ステップＳ３０では、起動処理部２５Ａは、ステップＳ２９のＴｓ時間カウント開始後、Ｔｓ時間経過したか否かを判定する。起動処理部２５は、ステップＳ２９のＴｓ時間カウント開始後、Ｔｓ時間経過したと判定した場合（ステップＳ３０Ｙｅｓ）、ステップＳ３１へ処理を移す。一方、起動処理部２５は、ステップＳ２９のＴｓ時間カウント開始後、Ｔｓ時間経過していないと判定した場合（ステップＳ３０Ｎｏ）、ステップＳ３０を繰り返す。

次に、ステップＳ３１では、運転モード切換部２５ｂは、「調整区間」から「通常運転区間」へ「モード移行」を実行する。この際、運転モード切換部２５ｂは、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３それぞれの共通接点１６－０、２０－０、２３－０を、接点１６－２、２０－２、２３－２に接続する。ステップＳ３１が終了すると、起動処理部２５は、実施形態２にかかるモータ起動処理を終了する。

以上の実施形態２によれば、例えば、モータに接続されたプロペラファンが外風などにより正転または逆転することによりモータが正回転または逆回転することで発生する電流値を負荷量の判定に用い、一定回転数で起動した後、一定電圧を印可し続けた際の検出電流値が極小となる経過時間を、負荷に適応した「モード移行」のタイミングと決定することで、モータ起動の際、ハンチングなどを抑えた滑らかな起動を行うことができる。

［実施形態３］
図１１を再び参照し、実施形態３にかかるモータ起動制御を説明する。実施形態３では、上述の「調整区間」における最適な「モード移行」ポイントを決定するモータ起動制御に用いる指標として、実施形態２の時間Ｔｓに代えて電流値Ｉｓを用いる。

図１１のＢ２点における電流値Ｉｓ２は、負荷状態によって大きさが変化し、負荷が大きいほど大きな値となるので、Ｂ１点のＩｓ１と比較するとＩｓ２＞Ｉｓ１となる。よって、負荷量に対する電流値Ｉｓの値を予め試験的に求めておき、検知した電流値の大きさ｜Ｉ｜がＩｓを下回った時点で「モード移行」を実行することにより、「モード移行」に最適なタイミングが得られる。

図７を参照しつつ、実施形態３にかかる負荷量に応じて「モード移行」に必要な可変値について説明する。可変値としてＩｓを用いる場合、負荷が重い方がＩｓが大きくなるので、図７に示す、ｙａをＩｓの最大値Ｉｓ２、ｙｂをＩｓの最小値Ｉｓ１と定義し、一次関数で補完することにより、実施形態１および２と同様に、電流の大きさ｜Ｉ｜を以って、「モード移行」に最適な時間（図１１に示すＢ１点およびＢ２点）が求まる。

（実施形態３にかかるルックアップテーブル）
図１４は、実施形態３にかかるモータ制御装置におけるルックアップテーブルの一例を示す図である。実施形態３にかかるルックアップテーブル２５ａ－３は、実施形態３にかかるモータ制御装置１００Ｂのマイクロコンピュータ１０Ｂが有する起動処理部２５Ｂ（図１参照）の内の所定のメモリ領域に格納されている。ルックアップテーブル２５ａ－３は、「検出電流値」「モード移行時電流値」のカラムを有する。ルックアップテーブル２５ａ－３は、図６および図７を参照して説明した、推定された負荷量に対応する検出電流値と、既知データとの相関関係を具体化したテーブルの一例である。

図１４において、例えば、「検出電流値」が“｜Ｉ２｜”である場合に、「モード移行時電流値」“Ｉｓ２”が対応する。起動処理部２５Ｂは、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」に応じた「モード移行時電流値」を、ルックアップテーブル２５ａ－３から取得する。そして、起動処理部２５Ｂは、「定回転区間」から「調整区間」へ移行後、「調整区間」のＡ点までの間に、「定回転区間」における起動電圧であるδ軸指令電圧Ｖδ＊から所定電圧まで、δ軸指令電圧Ｖδ＊を増加させる（図１１参照）。

例えば、起動処理部２５Ｂは、負荷検出部２５ａにより検知された、負荷量に対応する「検出電流値」“｜Ｉ２｜”に応じた「モード移行時電流値」“Ｉｓ２”を、ルックアップテーブル２５ａ－３から取得する。そして、図１１に示すように、起動処理部２５Ｂは、「定回転区間」において起動電圧のδ軸指令電圧Ｖδ＊でモータ１を起動し、「調整区間」へ移行後、「調整区間」のＡ点までの間に、「定回転区間」における起動電圧であるδ軸指令電圧Ｖδ＊から所定電圧まで、δ軸指令電圧Ｖδ＊を増加させる。その後、起動処理部２５Ｂは、電流値Ｉｓが低下して極小値Ｉｓ２の値を取ったＢ２点において「モード移行」させる。すなわち、起動処理部２５Ｂは、Ｂ２点を運転モードの切り換えタイミングと決定する。

（実施形態３にかかるモータ起動処理）
図１５は、実施形態３にかかるモータ制御装置におけるモータ起動処理の一例を示すフローチャートである。実施形態３にかかるモータ起動処理は、モータ１の起動時に、モータ制御装置１００Ｂの起動処理部２５Ｂにより実行される。起動処理部２５Ｂの運転モード切換部２５ｂは、ステップＳ４１の実行前に、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３の共通接点１６－０、２０－０、２３－０それぞれを、接点１６－１、２０－１、２３－１に接続する。

図１５に示すステップＳ４１～Ｓ４４は、図１３に示すステップＳ２１～Ｓ２４と同様である。次に、ステップＳ４５では、起動処理部２５Ｂは、ステップＳ４３で測定した電流値｜Ｉ｜をもとにルックアップテーブル２５ａ－３を参照し、運転モードの切り換えタイミングとしてモード移行の際の電流値であるモード移行時電流値Ｉｓを決定する。次のステップＳ４６～４８は、図１３に示すステップＳ２６～Ｓ２８と同様である。

次に、ステップＳ４９では、起動処理部２５Ｂは、ステップＳ４３で測定した電流値｜Ｉ｜と、ステップＳ４５で決定したモード移行時電流値Ｉｓとを比較する。ステップＳ５０では、起動処理部２５Ｂは、ステップＳ４３で測定した電流値｜Ｉ｜が、ステップＳ４５で決定したモード移行時電流値Ｉｓ以下か否かを判定する。なお、電流値｜Ｉ｜と、モード移行時電流値Ｉｓとの一致とは、これらの差が所定範囲内である場合を含んでもよい。起動処理部２５Ｂは、ステップＳ４３で測定した電流値｜Ｉ｜と、ステップＳ４５で決定したモード移行時電流値Ｉｓとが一致すると判定した場合（ステップＳ５０Ｙｅｓ）、ステップＳ５１へ処理を移す。一方、起動処理部２５Ｂは、ステップＳ４３で測定した電流値｜Ｉ｜と、ステップＳ４５で決定したモード移行時電流値Ｉｓとが一致しないと判定した場合（ステップＳ５０Ｎｏ）、ステップＳ４９へ処理を移す。

次に、ステップＳ５１では、運転モード切換部２５ｂは、「調整区間」から「通常運転区間」へ「モード移行」を実行する。この際、運転モード切換部２５ｂは、第１スイッチ１６、第２スイッチ２０、第３スイッチ２３それぞれの共通接点１６－０、２０－０、２３－０を、接点１６－２、２０－２、２３－２に接続する。ステップＳ５１が終了すると、起動処理部２５は、実施形態３にかかるモータ起動処理を終了する。

以上の実施形態３によれば、例えば、モータに接続されたプロペラファンが外風などにより正転または逆転することによりモータが正回転または逆回転することで発生する電流値を負荷量の判定に用い、一定回転数で起動した後、一定電圧を印可し続けた際の検出電流値が極小となった時点を、負荷に適応した「モード移行」のタイミングと決定することで、モータ起動の際、ハンチングなどを抑えた滑らかな起動を行うことができる。

以上、実施形態を説明したが、上述した内容により本願が開示する技術が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換および変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ モータ
１ａ プロペラファン
１０、１０Ａ、１０Ｂ マイクロコンピュータ
１１ 減算器
１２ 速度制御器
１３ 減算器
１４ ｑ軸電流制御器
１５ 加算器
１６ 第１スイッチ
１６－０ 共通接点
１６－１、１６－２ 接点
１７ 励磁電流制御器
１８ 減算器
１９ ｄ軸電流制御器
２０ 第２スイッチ
２０－０ 共通接点
２０－１、２０－２ 接点
２１ 加算器
２２ γ軸電圧生成器
２３ 第３スイッチ
２３－０ 共通接点
２３－１、２３－２ 接点
２４ 積分器
２５ａ－１ ルックアップテーブル
２５、２５Ａ、２５Ｂ 起動処理器
２５ａ 負荷検出部
２６ ｄ－ｑ／ＵＶＷ変換器
２７ ＰＷＭ生成器
２８ ＰＭ
２９ シャント抵抗
３０ 電流検出器
３１ ＵＶＷ／ｄ－ｑ変換器
３２ 位置推定器
３３ 除算器
１００、１００Ａ、１００Ｂ モータ制御装置

Claims (1)

1. モータにかかる負荷を検出する負荷検出部と、
   前記モータの回転位置の検出およびフィードバックを行わない同期運転モードと、前記回転位置の検出およびフィードバックを行う通常運転モードとを切り換える運転モード切換部と
   を備えたモータ制御装置であって、
   前記モータの起動時に、
   前記負荷検出部は、前記モータを流れる電流から前記負荷の大きさを検出し、
   前記運転モード切換部は、前記モータの起動開始後の所定時刻から前記モード移行までの時間であるモード移行時間を前記負荷が大きくなるほど短くすることで、前記負荷の大きさに応じて前記モータの運転モードの切り換えタイミングを変更し、変更した運転モードの切り換えタイミングに基づいて、前記同期運転モードから前記通常運転モードへ運転モードを切り換えることでモード移行を行う
   ことを特徴とするモータ制御装置。

Images