特許 6886392 モータ制御装置及び空気調和装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6886392

(24)【登録日】2021年5月18日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】モータ制御装置及び空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/21 20160101AFI20210603BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/21

   H02M7/48 F

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-214544(P2017-214544)

(22)【出願日】2017年11月7日

(65)【公開番号】特開2019-88097(P2019-88097A)

(43)【公開日】2019年6月6日

【審査請求日】2020年4月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(74)【代理人】

【識別番号】100104329

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 卓治

(74)【代理人】

【識別番号】100175019

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 健朗

(74)【代理人】

【識別番号】100195648

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 悠太

(72)【発明者】

【氏名】川上 学

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０２９０１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ６／２１

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目標ｄ軸電流値及び目標ｑ軸電流値に応じたモータ電流をインバータを介してモータに供給するモータ制御装置であって、
同期運転モードにおいて、前記目標ｑ軸電流値を０に設定しつつ前記目標ｄ軸電流値を調整することにより、前記モータのロータに対応付けられたロータ軸と前記モータに供給される電流の電流ベクトルとがなす角度である位相差を第１の角度以上、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度以下に制御する位相差制御部を備え、
前記位相差制御部は、
前記位相差を演算する位相差演算部と、
前記位相差演算部により演算された前記位相差に基づき、前記目標ｄ軸電流値の補正値を決定する補正値決定部と、
前記目標ｄ軸電流値の基礎値に前記補正値を加算して前記目標ｄ軸電流値を求める加算部と、を備え、
前記補正値決定部は、演算された前記位相差が前記第１の角度よりも小さい場合、前記補正値を規定値だけ小さくし、演算された前記位相差が前記第２の角度よりも大きい場合、前記補正値を規定値だけ大きくする補正処理を実行する、
モータ制御装置。

【請求項2】

前記補正値決定部は、前記同期運転モードの開始から規定時間が経過するまでは前記補正処理を実行せず、前記規定時間の経過後に前記補正処理を実行し、
前記規定時間は、前記同期運転モードの開始から前記位相差が前記第１の角度以上になるまでにかかると予想される時間として予め設定されている、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記第１の角度は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が軽い軽負荷状態において前記モータが制御的にオーバーシュート、発振又は発散しない前記位相差に基づき設定され、
前記第２の角度は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態において前記モータが脱調しない前記位相差に基づき設定される、
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記基礎値は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態において前記モータの前記ロータが回転可能な前記モータ電流に対応する値に設定され、
前記モータ制御装置は、前記ロータの位置を固定する位置決めモードから前記同期運転モードに切り替わったとき前記基礎値を前記目標ｄ軸電流値として設定する、
請求項１から３の何れか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか１項に記載のモータ制御装置と、
前記インバータと、
前記モータと、
前記モータにより駆動されるコンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された冷媒を利用して温度を調整する空調部と、
を備える、
空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置及び空気調和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、モータの磁極位置を検出する位置センサを用いないベクトル制御によりモータの回転速度を制御するモータ制御装置が知られている。特許文献１に記載されるように、モータ制御装置は、モータの起動時に、同期運転モードとして、モータの回転角度情報を用いずに、モータに所定の振幅の電流を流しながら、インバータの出力周波数を徐々に上げて、モータを所定の回転速度まで加速させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２０６８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のように、同期運転モードにおいては、モータの回転角度情報を用いずに、いわゆるフィードフォワード制御によりモータが駆動される。このため、負荷の状態が動作環境や動作条件により変化する状況にあっては、その状況に適した電流をモータに供給することは困難であり、モータの動作が不安定となるおそれがある。

【0005】

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、同期運転モードにおいて、モータを安定的に動作させることができるモータ制御装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るモータ制御装置は、目標ｄ軸電流値及び目標ｑ軸電流値に応じたモータ電流をインバータを介してモータに供給するモータ制御装置であって、同期運転モードにおいて、前記目標ｑ軸電流値を０に設定しつつ前記目標ｄ軸電流値を調整することにより、前記モータのロータに対応付けられたロータ軸と前記モータに供給される電流の電流ベクトルとがなす角度である位相差を第１の角度以上、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度以下に制御する位相差制御部を備え、
前記位相差制御部は、前記位相差を演算する位相差演算部と、前記位相差演算部により演算された前記位相差に基づき、前記目標ｄ軸電流値の補正値を決定する補正値決定部と、前記目標ｄ軸電流値の基礎値に前記補正値を加算して前記目標ｄ軸電流値を求める加算部と、を備え、
前記補正値決定部は、演算された前記位相差が前記第１の角度よりも小さい場合、前記補正値を規定値だけ小さくし、演算された前記位相差が前記第２の角度よりも大きい場合、前記補正値を規定値だけ大きくする補正処理を実行する。

【0007】

また、上記モータ制御装置において、前記補正値決定部は、前記同期運転モードの開始から規定時間が経過するまでは前記補正処理を実行せず、前記規定時間の経過後に前記補正処理を実行し、前記規定時間は、前記同期運転モードの開始から前記位相差が前記第１の角度以上になるまでにかかると予想される時間として予め設定されている、ようにしてもよい。
また、上記モータ制御装置において、前記第１の角度は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が軽い軽負荷状態において前記モータが制御的にオーバーシュート、発振又は発散しない前記位相差に基づき設定され、前記第２の角度は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態において前記モータが脱調しない前記位相差に基づき設定される、ようにしてもよい。

【0010】

また、上記モータ制御装置において、前記基礎値は、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態において前記モータの前記ロータが回転可能な前記モータ電流に対応する値に設定され、前記モータ制御装置は、前記ロータの位置を固定する位置決めモードから前記同期運転モードに切り替わったとき前記基礎値を前記目標ｄ軸電流値として設定する、ようにしてもよい。

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る空気調和装置は、前記モータ制御装置と、前記インバータと、前記モータと、前記モータにより駆動されるコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒を利用して温度を調整する空調部と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、同期運転モードにおいて、モータを安定的に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る空気調和装置の構成を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るフィードバック運転モードにおけるモータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る同期運転モードにおけるモータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る同期運転処理の手順を示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施形態に係る（ａ）〜（ｄ）は位相差を表す図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る位相差を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係るモータ制御装置及び空気調和装置の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、空気調和装置１は、制御部１０と、インバータ２０と、モータ３０と、コンプレッサ４０と、電源５０と、シャント抵抗１９と、２つの電流センサ３５ｖ，３５ｗと、空調部６０と、を備える。

【0015】

電源５０は、図示しない商用電源から直流電圧Ｅを生成し、生成された直流電圧Ｅをインバータ２０に印加する。

【0016】

シャント抵抗１９は、過電流検出のために、電源５０とインバータ２０との間の接続線に介挿されている。シャント抵抗１９は、この接続線に流れる電流を検出する電流検出信号Ｓｐ１をインバータ２０に出力する。

【0017】

インバータ２０は、制御部１０からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに基づき、電源５０から供給された直流電流を、３相、すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに変換し、その変換した交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ３０に供給する。インバータ２０は、例えば、ＩＰＭ（Intelligent Power Module：高機能パワーモジュール）である。インバータ２０は、シャント抵抗１９からの電流検出信号Ｓｐ１を受けて過電流の有無を表す過電流検知信号Ｓｐ２を制御部１０に出力する。

【0018】

モータ３０は、３相ブラシレスモータである。モータ３０は、インバータ２０からのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが供給されるコイル３０ｃを有するステータ３０ｄと、コイル３０ｃに交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが供給されることにより回転する永久磁石からなるロータ３０ａと、を備える。ロータ３０ａが回転することにより、コンプレッサ４０は駆動される。

【0019】

電流センサ３５ｖ、３５ｗは、それぞれモータ３０に流れるＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ，Ｉｗの値を検出し、その電流Ｉｖ，Ｉｗの値を制御部１０に出力する。電流センサ３５ｖ、３５ｗは、例えば、変流器（ＣＴ：Current Transformer）センサ又はホール素子である。

【0020】

コンプレッサ４０は、モータ３０により駆動されることで、吸入した冷媒を圧縮し、その圧縮した冷媒を排出する。

【0021】

空調部６０は、コンプレッサ４０により圧縮された冷媒を利用して室内温度を調整する。詳しくは、空調部６０は、室内空気と熱交換する室内用熱交換器６３と、室外空気と熱交換する室外用熱交換器６４と、冷媒の減圧を行う膨張弁６５と、コンプレッサ４０により圧縮された冷媒の流路を室外用熱交換器６４及び室内用熱交換器６３の何れかに切り替える四方弁６６と、を備える。

【0022】

冷房運転時について説明すると、四方弁６６は、コンプレッサ４０により圧縮された冷媒を室外用熱交換器６４に送り込む。室外用熱交換器６４は、冷房運転時には冷媒を冷却するガスクーラとして機能し、室外空気と冷媒との間で熱交換させることで冷媒の熱を室外に排出する。その後、この冷媒は、膨張弁６５で減圧膨張されたうえで室内用熱交換器６３に送られる。室内用熱交換器６３は、冷房運転時には蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させることで室内空気と冷媒との間で熱交換させることで室内空気の温度を低下させる。これにより、室内温度の調整を図る。そして、室内用熱交換器６３を経た冷媒は、四方弁６６を介してコンプレッサ４０に戻る。

【0023】

暖房運転時について説明すると、四方弁６６は、コンプレッサ４０により圧縮された冷媒を室内用熱交換器６３に送り込む。室内用熱交換器６３は冷媒を冷却するガスクーラとして機能し、室内空気と冷媒との間で熱交換させることで、室内空気の温度を上昇させる。これにより、室内温度の調整を図る。そして、膨張弁６５は、室内用熱交換器６３を経た冷媒を減圧膨張させたうえで室外用熱交換器６４に送り込む。室外用熱交換器６４は、蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させることで室外空気と冷媒との間で熱交換させる。その後、四方弁６６は、熱交換された冷媒をコンプレッサ４０に戻す。

【0024】

制御部１０は、マイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部と、当該処理部が処理を実行するためのプログラムが記憶されるＲＯＭ（Read Only Memory）等からなる記憶部１０ａを備える。
図１に示すように、制御部１０は、ユーザによる図示しないリモコンの操作に基づき空気調和装置１の運転を指令する運転指令部１１と、モータ３０を制御するモータ制御装置の一例であるモータ制御部１２と、を備える。運転指令部１１は、例えば、図示しないセンサにより取得される室内温度及び室外温度、ユーザにより設定される目標温度に基づきモータ３０の目標回転速度Ｓω０を演算し、その演算した目標回転速度Ｓω０をモータ制御部１２に出力する。

【0025】

モータ制御部１２は、ベクトル制御によりモータ３０を制御する。モータ制御部１２は、モータ３０の起動時に、位置決めモード、同期運転モード及びフィードバック運転モードの順で制御モードを切り替える。位置決めモードは、モータ３０の特定の相のコイル３０ｃに直流電流を供給することによりロータ３０ａの位置を固定する制御モードである。また、同期運転モードは、後述する位相差Δθに応じてモータ３０に所定の振幅の電流を流しながら、インバータ２０の出力周波数を徐々に上げて、モータ３０を所定の回転速度まで加速させる制御モードである。また、フィードバック運転モードは、モータ３０の回転角度情報を用いてモータ３０の回転速度を制御する制御モードである。

【0026】

図２を参照しつつ、制御モードがフィードバック運転モードにあるときのモータ制御部１２の機能的構成について説明する。
モータ制御部１２は、制御モードがフィードバック運転モードにあるとき、機能ブロックとして、速度制御部１２ａと、ｄ軸電流指令演算部１２ｂと、電流制御部１２ｃと、電圧変換部１２ｄと、ＰＷＭ信号生成部１２ｅと、トルク制御部１２ｆと、角度・速度推定制御部１２ｇと、電流変換部１２ｈと、３相電流演算部１２ｉと、を備える。

【0027】

３相電流演算部１２ｉは、電流センサ３５ｖ、３５ｗを通じてＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ，Ｉｗの値を取得する。そして、３相電流演算部１２ｉは、その取得した電流Ｉｖ，Ｉｗの値に基づき、３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの和がゼロとなることを利用してＵ相の電流Ｉｕの値を演算する。この際、３相電流演算部１２ｉは、例えば、複数回にわたって電流Ｉｖ，Ｉｗの値を取得し、その平均値をとる。また、３相電流演算部１２ｉは、例えば、インバータ２０からの過電流検知信号Ｓｐ２に基づき過電流が発生しているときにはそのときの電流Ｉｖ，Ｉｗの値を含めずに平均値をとる。

【0028】

電流変換部１２ｈは、３相電流演算部１２ｉによって演算された３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相のｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄに座標変換する。なお、ｑ軸電流Ｉｑはモータ３０のトルク成分であり、ｄ軸電流Ｉｄはモータ３０の磁束成分である。

【0029】

角度・速度推定制御部１２ｇは、電流変換部１２ｈにより変換されたｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄと、後述する電流制御部１２ｃにより演算されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄとに基づき、モータ３０の角度θ（回転位置）を推定する。また、角度・速度推定制御部１２ｇは、推定されたモータ３０の角度θを微分することで回転速度情報であるモータ３０の回転速度ωを推定する。

【0030】

速度制御部１２ａは、モータ３０の回転速度ωを運転指令部１１からの目標回転速度Ｓω０に一致させるべく目標ｑ軸電流Ｉｑ＊を演算するフィードバック制御を行う。例えば、速度制御部１２ａは、目標回転速度Ｓω０と回転速度ωとの偏差ΔＥ（ΔＥ＝Ｓω０−ω）を求める。そして、速度制御部１２ａは、偏差ΔＥに基づくＰＩ制御により、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊を、Ｉｑ＊＝ｋ１・ΔＥ＋ｋ２∫ΔＥｄｔにより求める。なお、ｋ１は比例要素のフィードバックゲインであり、ｋ２は積分要素のフィードバックゲインである。また、速度制御部１２ａが行うフィードバック制御は、ＰＩ制御に限られず、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）のうち少なくともいずれかを用いた制御であってもよい。

【0031】

トルク制御部１２ｆは、角度・速度推定制御部１２ｇからの回転速度ωと、電流変換部１２ｈにより変換されたｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄとに基づき、トルク補正電流Ｉｑ＊’を演算する。加算器１４ａは、このトルク補正電流Ｉｑ＊’と速度制御部１２ａによって演算された目標ｑ軸電流Ｉｑ＊とを加算する。これにより目標ｑ軸電流Ｉｑ＊’’が演算される。このトルク補正電流Ｉｑ＊’は、トルク脈動による負荷変動が生じた場合であってもモータ３０の回転速度ωを安定させる値に設定される。

【0032】

ｄ軸電流指令演算部１２ｂは、予め記憶されるテーブルに基づき目標ｑ軸電流Ｉｑ＊’’に対応する目標ｄ軸電流Ｉｄ＊を演算する。目標ｑ軸電流Ｉｑ＊’’に対する目標ｄ軸電流Ｉｄ＊の設定により、モータ３０の出力トルクを最大とする最大トルク制御、モータ３０の磁束を減少させることでモータ３０の誘起電圧を抑えてモータ３０の回転速度ωを上げる弱め磁束制御等の各種制御が可能となる。

【0033】

電流制御部１２ｃは、現在のｑ軸電流Ｉｑを目標ｑ軸電流Ｉｑ＊’’に一致させるためのｑ軸電圧指令値Ｖｑと、現在のｄ軸電流Ｉｄを目標ｄ軸電流Ｉｄ＊に一致させるためのｄ軸電圧指令値Ｖｄと、を演算する。この際、電流制御部１２ｃは、上記速度制御部１２ａと同様の計算手法によりＰＩ制御を行ってもよいし、その他ＰＤ、ＰＩＤ等のフィードバック制御を行ってもよい。

【0034】

電圧変換部１２ｄは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑとｄ軸電圧指令値ＶｄをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに座標変換する。

【0035】

ＰＷＭ信号生成部１２ｅは、電圧変換部１２ｄにより座標変換されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じて直流電圧をパルス幅変調することでＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成する。ＰＷＭ信号生成部１２ｅは、このＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをインバータ２０に出力する。以上、制御モードがフィードバック運転モードにあるときのモータ制御部１２の機能的構成の説明を終了する。

【0036】

次に、図３を参照しつつ、制御モードが同期運転モードにあるときのモータ制御部１２の機能的構成について説明する。
モータ制御部１２は、制御モードが同期運転モードにあるとき、機能ブロックとして、電流制御部１２ｃと、電圧変換部１２ｄと、ＰＷＭ信号生成部１２ｅと、電流変換部１２ｈと、３相電流演算部１２ｉと、角度演算部１２ｍと、ｑ軸電流ゼロ固定部１２ｐと、位相差制御部１４と、を備える。電流制御部１２ｃ、電圧変換部１２ｄ、ＰＷＭ信号生成部１２ｅ、電流変換部１２ｈ及び３相電流演算部１２ｉは、上述したフィードバック運転モードと同様の機能部であるため、それらの説明を省略する。

【0037】

角度演算部１２ｍは、目標回転速度Ｓω０を積分することによりモータ３０の角度θを演算し、その演算した角度θを電圧変換部１２ｄおよび電流変換部１２ｈに出力する。

【0038】

位相差制御部１４は、位相差演算部１２ｊと、補正値決定部１２ｋと、ｄ軸電流固定部１２ｎと、加算器１５と、を備える。

【0039】

位相差演算部１２ｊは、電流変換部１２ｈにより座標変換された２相のｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄと、電流制御部１２ｃにより演算されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄと、目標回転速度Ｓω０とに基づき位相差Δθを演算し、演算した位相差Δθを補正値決定部１２ｋに出力する。位相差Δθは、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、電流ベクトルＢとｄ軸とがなす角度である。このｄ軸は、ロータ３０ａに対応付けられたロータ軸に相当する。位相差演算部１２ｊは、下記の式により位相差Δθを算出する。なお、ここでは、下記の式において、ωには目標回転速度Ｓω０が入力される。

【数1】

Ｒａ：モータ巻き線抵抗
Ｌｄ：モータｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：モータｑ軸インダクタンス
Ψｆ：ロータ（ＩＰＭ）磁束鎖交数
Ｒａ、Ｌｄ、Ｌｑ及びΨｆは予め決まる固定値であり、上記式において、「＾」は推定値を意味する。

【0040】

補正値決定部１２ｋは、位相差演算部１２ｊにより演算された位相差Δθに基づき補正値Ｆを決定し、その決定した補正値Ｆを加算器１５に出力する。補正値決定部１２ｋの処理内容については後述する。

【0041】

ｄ軸電流固定部１２ｎは、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’の基礎値Ｃを加算器１５に出力する。基礎値Ｃは、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態でもモータ３０のロータ３０ａが回転可能なｄ軸電流値に設定される。

【0042】

ｑ軸電流ゼロ固定部１２ｐは、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊を０Ａに固定したうえで電流制御部１２ｃに出力する。

【0043】

加算器１５は、基礎値Ｃと補正値Ｆとを加算することにより目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を算出し、その算出した目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を電流制御部１２ｃに出力する。すなわち、加算器１５は、以下の式により目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を算出する。
Ｉｄ＊’＝Ｃ＋Ｆ

【0044】

図４のフローチャートに沿って、同期運転モードを実行するための同期運転処理の手順について説明する。
モータ制御部１２は、同期運転処理を開始すると、基礎値Ｃを目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’として電流制御部１２ｃに出力することによりモータ３０を駆動させる（ステップＳ１０１）。すなわち、このとき、補正値Ｆは０Ａである。そして、モータ制御部１２は、モータ３０の駆動開始から規定時間Ｔが経過するのを待ち（ステップＳ１０２：ＮＯ）、この規定時間Ｔが経過した旨判別したとき（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、位相差Δθを演算する（ステップＳ１０３）。この規定時間Ｔは、実験又はシミュレーションにより、図５（ａ）に示す位相差Δθが同期運転モードの開始時の０°から、図５（ｃ）に示す第１の角度αを超えると予想される時間に設定される。

【0045】

次に、位相差制御部１４は、位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下となるように位相差Δθを制御する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０７）。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の角度αは、ｄ軸を基準として第２の角度βよりも小さい角度に設定されている。第１の角度αは、実験又はシミュレーションにより、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が軽い軽負荷状態においてモータ３０が制御的にオーバーシュート、発振又は発散しない位相差Δθに基づき設定される。第２の角度βは、実験又はシミュレーションにより、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態においてモータ３０が脱調しない位相差Δθに基づき設定される。よって、位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下の角度にあるときには、モータ３０を制御する際にオーバーシュート、脱調、発振及び発散が発生しづらく、モータ３０を安定的に動作させることができる。

【0046】

図４に戻って、補正値決定部１２ｋは、演算した位相差Δθが第１の角度αよりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１０４）。
補正値決定部１２ｋは、位相差Δθが第１の角度αよりも小さい旨判別すると（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、補正値Ｆを予め設定される規定値Ｇだけ小さくすることにより目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を小さくする（ステップＳ１０５）。目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’が小さくなることにより、モータ電流が小さくなり、これにより位相差Δθが大きくなる。規定値Ｇは、モータ電流の急激な変動によりモータ３０の動作が不安定とならない程度の値に実験等により設定される。
すなわち、当該ステップＳ１０４においては、補正値決定部１２ｋは、以下の式により現在の補正値Ｆから新たな補正値Ｆ’を算出し、その新たな補正値Ｆ’を補正値Ｆとして加算器１５に出力する。
Ｆ’＝Ｆ−Ｇ

【0047】

補正値決定部１２ｋは、位相差Δθが第１の角度α以上である旨判別すると（ステップＳ１０４：ＮＯ）、位相差Δθが第２の角度βよりも大きいか否かを判別する（ステップＳ１０６）。
補正値決定部１２ｋは、位相差Δθが第２の角度βよりも大きい旨判別すると（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、補正値Ｆを規定値Ｇだけ大きくすることにより目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を大きくする（ステップＳ１０７）。目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’が大きくなることにより、モータ電流が大きくなり、これにより位相差Δθが小さくなる。
すなわち、当該ステップＳ１０７においては、補正値決定部１２ｋは、以下の式により現在の補正値Ｆから新たな補正値Ｆ’を算出し、その新たな補正値Ｆ’を補正値Ｆとして加算器１５に出力する。
Ｆ’＝Ｆ＋Ｇ
本例では、当該ステップＳ１０７における規定値Ｇと上記ステップＳ１０４における規定値Ｇは同一値に設定されているが、これに限らず、実験又はシミュレーションに基づき異なる値に設定されてもよい。

【0048】

補正値決定部１２ｋは、上記ステップＳ１０７の処理後、同期運転モードが終了しているか否かを判別する（ステップＳ１０８）。
一方、補正値決定部１２ｋは、位相差Δθが第２の角度β以下である旨判別すると（ステップＳ１０６：ＮＯ）、位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下であるとして、上記ステップＳ１０７の処理を経ることなく、すなわちモータ電流を現状に維持したまま上記ステップＳ１０８の処理に移行する。
補正値決定部１２ｋは、同期運転モードが終了していない旨判別すると（ステップＳ１０８：ＮＯ）、上記ステップＳ１０３の処理に戻る。これにより、位相差制御部１４は、同期運転モードにあるとき、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８の処理を繰り返すことにより、位相差Δθを第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下に制御する。
補正値決定部１２ｋは、同期運転モードが終了した旨判別すると（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、当該フローチャートに係る同期運転処理を終了する。モータ制御部１２は、同期運転処理の終了後、フィードバック運転モードを開始する。

【0049】

次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、位置決めモード及び同期運転モードの際の作用について説明する。
位置決めモードの際、モータ制御部１２は、位置決め電流を初期電流としてモータ３０のコイル３０ｃの特定の相に供給する。これにより、図５（ａ）に示すように、モータ３０のロータ３０ａは固定される。この際、電流ベクトルＢは、ｄ軸に沿った方向となり、位相差Δθは０°となる。この位置決め電流は、モータ３０のロータ３０ａを磁力により固定することができる最小限の電流に設定され、例えば、上述した基礎値Ｃと同一の値に設定される。

【0050】

位置決めモードから同期運転モードに制御モードが切り替わると、モータ３０の回転速度が徐々に上昇し、電流ベクトルＢはｄ軸に対して回転する。これにより、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、位相差Δθは第１の角度αを超える。位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下にある場合、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊は現状維持される。
この状態から、例えば、負荷が軽くなった場合、図５（ｂ）に示すように、位相差Δθが第１の角度α未満となり得る。負荷が軽くなった場合、発生トルクに対して負荷トルクが小さくなり、発生トルクに使用されない電流が多い状態となっている。この場合、上記ステップＳ１０５の処理により、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊が現状よりも小さく設定される。これにより、図５（ｃ）に示すように、位相差Δθは、第１の角度α以上となるように大きくなる。

【0051】

一方、例えば、負荷が重くなった場合、図５（ｄ）に示すように、位相差Δθが第２の角度βより大きくなり得る。負荷が重くなった場合、負荷トルクが発生トルクに近い状態となっている。この場合、上記ステップＳ１０７の処理により、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊が現状よりも大きく設定される。これにより、図５（ｃ）に示すように、位相差Δθは、第２の角度β以下となるように小さくなる。

【0052】

次に、図６を参照しつつ、第１の角度α及び第２の角度βの設定方法について説明する。第１の角度α及び第２の角度βの設定は、例えば、設計段階において設計者により行われる。
まず、第１の角度αの設定方法について説明する。
まず、モータ３０が制御的にオーバーシュート、発振又は発散するおそれがある不安定範囲γａを実験又はシミュレーションにより認定する。不安定範囲γａは、ｄ軸を基準として所定の角度に設定されている。すなわち、電流ベクトルＢが不安定範囲γａ内にあるときには、モータ３０の挙動が不安定になり易く、制御的にオーバーシュート、発振又は発散するおそれがある。第１の角度αは、この不安定範囲γａに余裕範囲γ１を加算することにより設定される。
余裕範囲γ１は、不安定範囲γａに隣接し、不安定範囲γａよりもｄ軸から遠い範囲に形成される。余裕範囲γ１は、電流ベクトルＢが余裕範囲γ１内にあるときにモータ３０が制御的にオーバーシュート、発振又は発散するおそれがない範囲に設定される。電流ベクトルＢが余裕範囲γ１内にあるときに上記ステップＳ１０５に係る目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を小さくする処理が行われる。このため、第１の角度α以上の電流ベクトルＢが例えば負荷が軽くなることにより余裕範囲γ１を過ぎて不安定範囲γａ内となることが抑制される。

【0053】

次に、第２の角度βの設定方法について説明する。
まず、モータ３０が脱調するおそれがある不安定範囲γｂを実験又はシミュレーションにより認定する。一般的に、負荷が重くなり負荷トルクが駆動トルクよりも大きくなった場合に、ロータ３０ａをコイル３０ｃに引き付けることができなくなり、モータ３０が脱調した状態となる。不安定範囲γｂは、ｑ軸を基準として所定の角度に設定されている。すなわち、電流ベクトルＢが不安定範囲γｂ内にあるときにはモータ３０が脱調するおそれがある。第２の角度βは、この不安定範囲γｂとの間に余裕範囲γ２を挟むように設定される。
余裕範囲γ２は、不安定範囲γｂに隣接し、不安定範囲γｂよりもｄ軸に近い範囲に形成される。余裕範囲γ２は、電流ベクトルＢが余裕範囲γ２内にあるときにモータ３０が脱調するおそれがない範囲に設定される。電流ベクトルＢが余裕範囲γ２内にあるときに上記ステップＳ１０７に係る目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を大きくする処理が行われる。このため、第２の角度β以下の電流ベクトルＢが例えば負荷が重くなることにより余裕範囲γ２を過ぎて不安定範囲γｂ内となることが抑制される。
以上のように、余裕範囲γ１，γ２が設定されることにより、より確実にモータ３０が脱調、発振及び発散することが抑制される。

【0054】

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。

【0055】

（１）モータ制御部１２は、目標モータ電流である目標ｄ軸電流Ｉｄ＊及び目標ｑ軸電流Ｉｑ＊に応じたモータ電流をインバータ２０を介してモータ３０に供給する。モータ制御部１２は、同期運転モードにおいて、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊'を調整することにより、モータ３０のロータ３０ａに対応付けられたロータ軸であるｄ軸とモータ３０に供給される電流の電流ベクトルＢとがなす角度である位相差Δθを第１の角度α以上、かつ第１の角度αより大きい第２の角度β以下に制御する位相差制御部１４を備える。
この構成によれば、負荷変動に関わらず、位相差制御部１４により位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下に制御される。これにより、同期運転モードにおいて、モータ３０を制御する際のオーバーシュート、発振、発散及び脱調を抑制でき、モータ３０を安定的に動作させることができる。また、負荷に対して過剰なモータ電流が供給されることが抑制されるため、無駄な消費電力を低減することができるとともに、モータ３０の駆動時の騒音、振動が抑制される。さらに、より精度高くモータ３０の制御を行うことができる。
（２）第１の角度αは、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が軽い軽負荷状態においてモータ３０が制御的にオーバーシュート、発振又は発散しない位相差Δθに基づき設定され、第２の角度βは想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態においてモータ３０が脱調しない位相差Δθに基づき設定される。
この構成によれば、位相差Δθが第１の角度αよりも小さくなることが抑制され、これにより、モータ３０が制御的にオーバーシュート、発振又は発散することを抑制できる。また、位相差Δθが第２の角度βよりも大きくなることが抑制され、これにより、モータ３０が脱調することを抑制できる。

【0056】

（３）位相差制御部１４は、位相差Δθを演算する位相差演算部１２ｊと、位相差演算部１２ｊにより演算された位相差Δθに基づき補正値Ｆを決定する補正値決定部１２ｋと、基礎値Ｃに補正値Ｆを加算することにより目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を生成する加算部の一例である加算器１４ａと、を備える。
この構成によれば、簡易な構成にて、同期運転モードにおいて、モータ３０を安定的に動作させることができる。

【0057】

（４）補正値決定部１２ｋは、演算された位相差Δθが第１の角度αよりも小さい場合、補正値Ｆを現状よりも規定値Ｇだけ小さくし、演算された位相差Δθが第２の角度βよりも大きい場合、補正値Ｆを現状よりも規定値Ｇだけ大きくする。規定値Ｇは、モータ電流の急激な変動によりモータ３０の動作が不安定とならない程度の値に設定される。
この構成によれば、位相差Δθを制御する際に、モータ電流の急変が抑制されるため、モータ３０の動作が不安定となることが抑制される。

【0058】

（５）基礎値Ｃは、想定される負荷状態のなかでも最も負荷が重い重負荷状態においてモータ３０のロータ３０ａが回転可能なモータ電流に対応する値に設定される。モータ制御部１２は、ロータ３０ａの位置を固定する位置決めモードから同期運転モードに切り替わったとき基礎値Ｃを目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’に設定する。
この構成によれば、同期運転モードの開始後、円滑にロータ３０ａを回転させることができ、迅速に位相差演算部１２ｊにより位相差Δθを演算可能となる。

【0059】

（６）空気調和装置１は、モータ制御部１２と、インバータ２０と、モータ３０と、モータ３０により駆動されるコンプレッサ４０と、コンプレッサ４０により圧縮された冷媒を利用して温度を調整する空調部６０と、を備える。
この構成によれば、空気調和装置１においては動作環境又は動作条件により負荷変動が発生し易いものの、この負荷変動に応じて位相差Δθが第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下となるようにモータ電流が制御され、モータ３０を安定的に動作させることができる。

【0060】

（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

【0061】

上記実施形態においては、位相差制御部１４は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊を０Ａに固定し、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’を調整することで位相差Δθを第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下に制御していたが、これに限らず、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊のみ又は目標ｑ軸電流Ｉｑ＊及び目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’の両方を調整することにより位相差Δθを第１の角度α以上、かつ第２の角度β以下に制御してもよい。

【0062】

上記実施形態においては、図４の同期運転処理において、モータ制御部１２は、モータ３０を駆動させた後（ステップＳ１０１）、規定時間Ｔが経過したとき（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、位相差Δθを演算していたが（ステップＳ１０３）、当該ステップＳ１０２の処理が省略されてもよい。この場合、例えば、モータ制御部１２は、モータ３０を駆動させるとともに（ステップＳ１０１）、位相差Δθの演算を開始し、その位相差Δθが第１の角度αを超えた旨判別したときにステップＳ１０４以降の処理に移行してもよい。

【0063】

上記実施形態においては、ロータ３０ａに対応付けられたロータ軸はｄ軸であったが、これに限らず、ｑ軸であってもよい。

【0064】

上記実施形態においては、モータ制御部１２は、同期運転モードを開始した後、基礎値Ｃを目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’として電流制御部１２ｃに出力していたが、同期運転モードを開始した後、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊’をゼロから基礎値Ｃまで徐々に上昇させてもよい。

【0065】

上記実施形態においては、位相差演算部１２ｊは、計算式により位相差Δθを演算していたが、ｑ軸電流及びｄ軸電流等に対応する位相差Δθが記憶されたデータテーブルを参照して位相差Δθを求めてもよい。

【0066】

上記実施形態においては、モータ制御部１２は、電流センサ３５ｖ、３５ｗの検出結果に基づきモータ３０を制御していたが、電流センサ３５ｖ、３５ｗを省略してもよい。この場合、モータ制御部１２は、シャント抵抗１９からの電流検出信号Ｓｐ１とＰＷＭスイッチングパターンとに基づき３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを復元してもよい。

【0067】

上記実施形態においては、モータ３０は回転角度センサレスであったが、回転角度センサが設けられていてもよい。

【0068】

上記実施形態において、モータ制御部１２は、空気調和装置１に搭載されるモータ３０を駆動させていたが、空気調和装置１に限らず、その他の機器に搭載されるモータ３０を駆動させてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ 空気調和装置
１０ 制御部
１１ 運転指令部
１２ モータ制御部
１２ａ 速度制御部
１２ｂ ｄ軸電流指令演算部
１２ｃ 電流制御部
１２ｄ 電圧変換部
１２ｅ ＰＷＭ信号生成部
１２ｆ トルク制御部
１２ｇ 角度・速度推定制御部
１２ｈ 電流変換部
１２ｉ ３相電流演算部
１２ｊ 位相差演算部
１２ｋ 補正値決定部
１２ｍ 角度演算部
１２ｎ ｄ軸電流固定部
１２ｐ ｑ軸電流ゼロ固定部
１４ 位相差制御部
１４ａ，１５ 加算器
１９ シャント抵抗
２０ インバータ
３０ モータ
３０ａ ロータ
３０ｃ コイル
４０ コンプレッサ
５０ 電源
６０ 空調部
Δθ 位相差
γ１，γ２ 余裕範囲
γａ，γｂ 不安定範囲
Ｂ 電流ベクトル
Ｃ 基礎値
Ｆ，Ｆ’ 補正値
Ｇ 規定値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】