特開 2023-165172 モータ制御装置、モータ装置、及び掃除機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023165172

(43)【公開日】2023-11-15

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータ装置、及び掃除機

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20231108BHJP

【ＦＩ】

H02P21/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075879

(22)【出願日】2022-05-02

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】上 和正

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA08

5H505BB02

5H505CC04

5H505DD01

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE30

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG02

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505LL22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電圧飽和状態の発生中にモータ制御できるモータ制御装置、モータ装置、および掃除機を提供する。
【解決手段】モータ制御装置は、モータを制御する。モータ制御装置は、指令値生成部と、変調信号生成部と、駆動回路とを備える。指令値生成部は、モータに印加する駆動電圧を制御する電圧指令値を生成する。変調信号生成部は、電圧指令値に基づいてパルス幅変調信号を生成する。駆動回路は、パルス幅変調信号に基づいて駆動電圧を生成する。指令値生成部は、パルス幅変調信号のパルス幅の制限に起因する電圧飽和状態が発生する際に、駆動電圧と電圧指令値との不一致率に基づいて電圧指令値を補正する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータに印加する駆動電圧を制御する電圧指令値を生成する指令値生成部と、
前記電圧指令値に基づいてパルス幅変調信号を生成する変調信号生成部と、
前記パルス幅変調信号に基づいて前記駆動電圧を生成する駆動回路と
を備え、
前記指令値生成部は、前記パルス幅変調信号のパルス幅の制限に起因する電圧飽和状態が発生する際に、前記駆動電圧と前記電圧指令値との不一致率に基づいて前記電圧指令値を補正する、モータ制御装置。

【請求項2】

前記駆動電圧は、前記モータの各相の巻き線に相電圧を印加し、
前記電圧指令値は、正弦波を含み、
前記不一致率は、前記電圧指令値の前記正弦波と前記相電圧の基本波成分との不一致率を示す、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記駆動電圧によって前記モータに流れる電流を示す電流応答値を検出する電流検出部を更に備え、
前記指令値生成部は、前記電圧指令値と前記電流応答値とに基づいて電力応答値を取得し、前記電力応答値と電力指令値とに基づいて前記電圧指令値を生成し、
前記指令値生成部は、前記電圧飽和状態が発生する際に、前記不一致率に基づいて前記電力応答値を補正し、補正後の前記電力応答値と前記電力指令値とに基づいて前記電圧指令値を生成する、請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記電流検出部は、前記電流応答値として、回転座標系又は固定座標系の電流値を検出し、
前記指令値生成部は、前記電圧指令値として、前記回転座標系又は前記固定座標系の電圧指令値を生成する、請求項３に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記不一致率の大きさごとに既定された補正係数を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、
前記指令値生成部は、前記電圧飽和状態が発生する際に、前記不一致率に対応する前記補正係数を前記テーブルから取得し、前記補正係数を用いて前記電圧指令値を補正する、請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により制御されるモータと
を備える、モータ装置。

【請求項7】

請求項６に記載のモータ装置と、
前記モータ装置が駆動することにより吸引力が発生する吸引ノズルと
を備える、掃除機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置、モータ装置、及び掃除機に関する。

【背景技術】

【0002】

パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）方式でモータをフィードバック制御するモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

パルス幅変調方式のモータ制御装置は、例えば、モータに供給された電力であるモータ電力を示す電力応答値を算出し、算出した電力応答値と電力指令値との偏差に基づいて、インバータを駆動するパルス幅変調信号のパルス幅を変化させる。その結果、モータの回転速度又は実トルクを目標値に追従させる駆動電圧であるモータ電圧がインバータからモータの巻き線に印加される。

【0004】

しかし、パルス幅変調信号のパルス幅の可変範囲には制限がある。例えば、パルス幅変調信号のデューティ比の可変範囲は、０％から１００％までの範囲や、５％から９５％までの範囲に制限される。したがって、パルス幅変調信号のデューティ比の可変範囲を超える電力指令値がモータ制御装置に入力された場合、パルス幅変調信号のパルス幅が制限されてモータ電圧が飽和状態となる。その結果、モータの回転速度又は実トルクを目標値に追従させることができなくなる。

【0005】

特許文献１のモータ制御装置は、電圧指令値を駆動回路に印加可能な最大電圧以下に制限するｄ軸電流指令値を演算するとともに、ｄ軸電流指令値の制限により電圧指令値が駆動回路に印加可能な最大電圧を超えないようにｑ軸電流指令値を制限して、電圧飽和状態の発生を回避する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０９５４７９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、電圧飽和状態の発生中は、モータの各相の巻き線に印加される相電圧の基本波成分が大きくなり、電圧の利用効率が向上する。これに対し、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を制限して電圧飽和状態の発生を回避する構成では、電圧飽和状態の発生を回避しない構成と比べて電圧の利用効率が低下する。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑み、電圧飽和状態の発生中にモータを制御できるモータ制御装置、モータ装置、及び掃除機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】

【0009】

本発明の例示的なモータ制御装置は、モータを制御する。モータ制御装置は、指令値生成部と、変調信号生成部と、駆動回路とを備える。前記指令値生成部は、前記モータに印加する駆動電圧を制御する電圧指令値を生成する。前記変調信号生成部は、前記電圧指令値に基づいてパルス幅変調信号を生成する。前記駆動回路は、前記パルス幅変調信号に基づいて前記駆動電圧を生成する。前記指令値生成部は、前記パルス幅変調信号のパルス幅の制限に起因する電圧飽和状態が発生する際に、前記駆動電圧と前記電圧指令値との不一致率に基づいて前記電圧指令値を補正する。

【0010】

本発明の例示的なモータ装置は、上記のモータ制御装置と、モータとを備える。前記モータは、前記モータ制御装置により制御される。

【0011】

本発明の例示的な掃除機は、上記のモータ装置と、吸引ノズルとを備える。前記モータ装置が駆動することにより前記吸引ノズルに吸引力が発生する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の例示的なモータ制御装置、モータ装置、及び掃除機によれば、電圧飽和状態の発生中にモータを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の例示的な実施形態に係る掃除機を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面（図１～図３）を参照して本発明のモータ制御装置、モータ装置、及び掃除機に係る例示的な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合がある。また、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0015】

まず、図１を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を説明する。図１は、本実施形態のモータ装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、モータ装置１００は、モータ２００と、モータ制御装置３００とを備える。モータ２００は、モータ制御装置３００によって制御される。

【0016】

モータ２００の種類は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）方式でフィードバック制御可能である限り、特に限定されない。例えば、モータ２００は、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ＡＣモータ、又はステッピングモーターであってもよい。また、モータ２００は、単相モータであってもよく、三相モータであってもよく、多相モータであってもよい。なお、多相モータは、三相以外の多相電源を利用するモータである。例えば、多相モータは、二相電源、五相電源、又は七相電源を利用する。以下、パルス幅変調方式を、「ＰＷＭ方式」と記載する場合がある。

【0017】

モータ制御装置３００は、モータ２００を制御する。詳しくは、モータ制御装置３００は、外部から入力される指令値ＣＭに基づいて、モータ２００の各相の巻き線（不図示）に印加する駆動電圧ＭＶを生成する。その結果、駆動電圧ＭＶがモータ２００の各相の巻き線に印加されて、各相の巻き線に相電圧が発生する。換言すると、駆動電圧ＭＶは、モータ２００の各相の巻き線に相電圧を印加する。モータ２００は、各相の巻き線に印加された駆動電圧ＭＶに基づいて動作するため、指令値ＣＭによってモータ２００が制御される。

【0018】

指令値ＣＭは、例えば、上位制御装置からモータ制御装置３００に入力される。上位制御装置は、例えば、モータ装置１００が搭載される機器の制御装置であり得る。指令値ＣＭの種類は、特に限定されない。例えば、指令値ＣＭは、電力指令値ＣＭＰ（図２）、速度指令値、又はトルク指令値であってもよい。電力指令値ＣＭＰは、モータ２００に供給される電力であるモータ電力の目標値を示す。速度指令値は、モータ２００の回転速度の目標値を示す。トルク指令値は、モータ２００の実トルクの目標値を示す。

【0019】

指令値ＣＭが電力指令値ＣＭＰである場合、モータ制御装置３００は、モータ電力を電力指令値ＣＭＰに追従させる駆動電圧ＭＶを生成する。つまり、モータ制御装置３００は、モータ電力を制御する。同様に、指令値ＣＭが速度指令値である場合、モータ制御装置３００は、モータ２００の回転速度を速度指令値に追従させる駆動電圧ＭＶを生成して、モータ２００の回転速度を制御する。また、指令値ＣＭがトルク指令値である場合、モータ制御装置３００は、モータ２００の実トルクをトルク指令値に追従させる駆動電圧ＭＶを生成して、モータ２００の実トルクを制御する。

【0020】

続いて、図１を参照して、モータ制御装置３００を説明する。図１に示すように、モータ制御装置３００は、駆動回路５００を備える。駆動回路５００は、パルス幅変調信号ＭＳに基づいて駆動電圧ＭＶを生成する。駆動回路５００は、例えばインバータである。駆動電圧ＭＶは、例えばパルス信号である。以下、パルス幅変調信号ＭＳを、「ＰＷＭ信号ＭＳ」と記載する場合がある。ＰＷＭ信号ＭＳは、パルス信号である。

【0021】

図１に示すように、モータ制御装置３００は、制御装置４００を更に備える。制御装置４００には、モータ２００に供給される電流であるモータ電流ＭＩと、指令値ＣＭとが入力される。制御装置４００は、モータ電流ＭＩと指令値ＣＭとに基づいて、駆動回路５００に入力するＰＷＭ信号ＭＳを生成する。つまり、制御装置４００は、ＰＷＭ方式によりモータ２００をフィードバック制御する。

【0022】

詳しくは、制御装置４００は、モータ電流ＭＩと指令値ＣＭとに基づいて、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅を変化させる。換言すると、制御装置４００は、モータ電流ＭＩと指令値ＣＭとに基づいて、ＰＷＭ信号ＭＳのデューティ比を変化させる。駆動回路５００は、ＰＷＭ信号ＭＳのデューティ比に基づいて駆動電圧ＭＶを生成する。

【0023】

本実施形態において、モータ制御装置３００は、記憶部４０２を更に備える。詳しくは、制御装置４００が、処理部４０１と、記憶部４０２とを有する。処理部４０１は、各種の演算処理を実行してＰＷＭ信号ＭＳを生成する。記憶部４０２は、各種のデータと、各種の制御プログラムとを記憶する。制御プログラムは、コンピュータプログラムを含む。処理部４０１は、記憶部４０２に記憶されている制御プログラムに基づいて各種の演算処理を実行する。

【0024】

処理部４０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサを有する。記憶部４０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような半導体メモリを有する。記憶部４０２は、データの書き込み、及びデータの消去が可能な不揮発性の半導体メモリを有してもよい。プロセッサは、半導体メモリに記憶された制御プログラムを実行して、ＰＷＭ信号ＭＳを生成する。制御装置４００は、例えば、マイクロコンピュータであってもよい。

【0025】

続いて、図２を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を説明する。図２は、本実施形態のモータ装置１００の構成を示すブロック図である。詳しくは、図２は、制御装置４００の機能ブロックを示す。図２に示すように、モータ制御装置３００は、指令値生成部２と、変調信号生成部４とを更に備える。詳しくは、図１を参照して説明した処理部４０１が、記憶部４０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより、指令値生成部２、及び変調信号生成部４として機能する。

【0026】

指令値生成部２は、駆動電圧ＭＶを制御する電圧指令値ＶＣを生成する。変調信号生成部４は、電圧指令値ＶＣに基づいてＰＷＭ信号ＭＳを生成する。より具体的には、指令値生成部２は、指令値ＣＭに基づいて電圧指令値ＶＣを生成する。変調信号生成部４は、電圧指令値ＶＣに基づいてＰＷＭ信号ＭＳのデューティ比を制御して、電圧指令値ＶＣに相当する駆動電圧ＭＶを駆動回路５００に生成させる。この結果、指令値ＣＭによってモータ２００が制御される。例えば、変調信号生成部４は、三相変調方式又は二相変調方式によりＰＷＭ信号ＭＳを生成する。

【0027】

但し、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅の可変範囲には制限がある。例えば、ＰＷＭ信号ＭＳのデューティ比の可変範囲は、０％から１００％までの範囲や、５％から９５％までの範囲に制限される。したがって、ＰＷＭ信号ＭＳのデューティ比の可変範囲を超える指令値ＣＭが指令値生成部２に入力された場合、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅が制限されて駆動電圧ＭＶが飽和状態となる。つまり、電圧飽和状態が発生する。より詳しくは、駆動電圧ＭＶの各周期の平均値が飽和状態となる。ここで、１周期は、ＰＷＭ信号ＭＳの１周期に相当する。電圧飽和状態が発生すると、駆動電圧ＭＶが電圧指令値ＶＣに相当しない電圧となる。具体的には、駆動電圧ＭＶが電圧指令値ＶＣよりも小さくなる。その結果、指令値ＣＭによって示される目標値にモータ２００の動作が追従できなくなる。例えば、モータ電力、モータ２００の回転速度、又はモータ２００の実トルクを目標値に追従させることができなくなる。

【0028】

本実施形態において、指令値生成部２は、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅の制限に起因する電圧飽和状態が発生する際に、駆動電圧ＭＶと電圧指令値ＶＣとの不一致率に基づいて電圧指令値ＶＣを補正する。より具体的には、指令値生成部２は、駆動電圧ＭＶと電圧指令値ＶＣとの不一致率を算出する。指令値生成部２は、電圧飽和状態が発生する際に、算出した不一致率に基づいて電圧指令値ＶＣの振幅を駆動電圧ＭＶに相当する振幅に補正する。以下、駆動電圧ＭＶと電圧指令値ＶＣとの不一致率を、「電圧不一致率」と記載する場合がある。

【0029】

本実施形態によれば、電圧飽和状態が発生する際に電圧指令値ＶＣの振幅を駆動電圧ＭＶに相当する振幅に補正するため、電圧指令値ＶＣによる駆動電圧ＭＶの再現性の劣化を抑制することができる。その結果、電圧飽和状態の発生中であってもモータ２００の制御が可能となり、モータ２００の効率を高めることができる。

【0030】

ここで、電圧不一致率の演算処理について説明する。指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣと飽和電圧ＶＬとの関係から電圧不一致率を算出してもよい。飽和電圧ＶＬは、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅が制限された際の相電圧の振幅を示す。つまり、飽和電圧ＶＬは、電圧飽和状態が発生している際の相電圧の振幅を示す。例えば、指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣと飽和電圧ＶＬとの比率に基づいて電圧不一致率を算出してもよい。あるいは、指令値生成部２は、相電圧の制限量と飽和電圧ＶＬとの関係から電圧不一致率を算出してもよい。相電圧の制限量は、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅が制限されない状態における相電圧の振幅と、ＰＷＭ信号ＭＳのパルス幅が制限される状態における相電圧の振幅との差分を示す。なお、飽和電圧ＶＬは、予め記憶部４０２に記憶されている。

【0031】

続いて、図２を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を更に説明する。本実施形態において、電圧指令値ＶＣは正弦波を含む。また、モータ２００の各相の巻き線に印加される相電圧の基本波成分は正弦波を含む。電圧飽和状態の発生中、相電圧の基本波成分は大きくなる。

【0032】

本実施形態において、電圧不一致率は、電圧指令値ＶＣの正弦波と相電圧の基本波成分との不一致率を示す。指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣの正弦波の振幅と、相電圧の基本波成分の振幅との関係に基づいて電圧不一致率を算出する。本実施形態によれば、正弦波の振幅同士を比較して不一致率を演算すればよいため、正弦波の振幅と歪んだ波形の振幅とを比較して不一致率を演算する構成と比べて演算処理の負荷を軽減することができる。

【0033】

本実施形態では、図１を参照して説明した記憶部４０２が、電圧不一致率の大きさごとに既定された補正係数Ｋを示すテーブルを記憶する。指令値生成部２は、電圧飽和状態の発生中に、電圧不一致率に対応する補正係数Ｋをテーブルから取得し、取得した補正係数Ｋを用いて電圧指令値ＶＣを補正する。補正係数Ｋは、電圧指令値ＶＣの振幅を駆動電圧ＭＶに相当する振幅に補正するための係数である。詳しくは、テーブルは、電圧指令値ＶＣと飽和電圧ＶＬとの比率ごとに既定された補正係数Ｋを示してもよい。あるいは、テーブルは、相電圧の制限量と飽和電圧ＶＬとの比率ごとに既定された補正係数Ｋを示してもよい。

【0034】

本実施形態によれば、予め用意したテーブルから補正係数Ｋを取得すればよいため、演算処理の負荷を軽減させることができる。なお、指令値生成部２は、電圧飽和状態の発生中に補正係数Ｋを算出してもよい。

【0035】

続いて、図２を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を更に説明する。図２に示すように、モータ制御装置３００は、電流検出部６を更に備える。詳しくは、図１を参照して説明した処理部４０１が、記憶部４０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより、電流検出部６として機能する。

【0036】

電流検出部６は、駆動電圧ＭＶによってモータ２００に流れる電流を示す電流応答値ＲＩを検出する。つまり、電流検出部６は、モータ電流ＭＩの電流値を検出する。具体的には、電流検出部６は、電流応答値ＲＩとして、固定座標系又は回転座標系の電流値を検出してもよい。例えば、電流検出部６は、相電流を検出してもよい。あるいは、電流検出部６は、α軸電流及びβ軸電流、又は、ｄ軸電流及びｑ軸電流を検出してもよい。

【0037】

詳しくは、モータ２００が三相モータである場合、電流検出部６は、相電流として、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を検出してもよい。Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流はそれぞれ三相モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相を流れる電流である。相電流は、固定座標系の電流である。

【0038】

あるいは、電流検出部６は、クラーク変換を実行して、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流からα軸電流及びβ軸電流を検出してもよい。α軸電流及びβ軸電流は、αβ座標系の電流である。αβ座標系は固定座標系である。αβ座標系では、モータ２００のステータを基準にＵ相方向をα軸とし、α軸に対して９０度進んだ方向をβ軸とする。α軸電流は、モータ２００に流れる電流のα軸成分である。β軸電流は、モータ２００に流れる電流のβ軸成分である。

【0039】

あるいは、電流検出部６は更にパーク変換を実行して、α軸電流及びβ軸電流からｄ軸電流及びｑ軸電流を検出してもよい。ｄ軸電流及びｑ軸電流は、ｄｑ座標系の電流である。ｄｑ座標系は回転座標系である。ｄｑ座標系では、モータ２００のロータを基準に磁極方向をｄ軸とし、ｄ軸に対して９０度進んだ方向をｑ軸とする。ｄ軸電流は、モータ２００に流れる電流のｄ軸成分である。ｄ軸電流は、回転磁界を発生させる励磁電流である。ｑ軸電流は、モータ２００に流れる電流のｑ軸成分である。ｑ軸電流は、トルクを発生させるトルク電流である。

【0040】

図２に示すように、本実施形態では、指令値ＣＭは電力指令値ＣＭＰであり、電流応答値ＲＩと電力指令値ＣＭＰとが指令値生成部２に入力される。指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣと電流応答値ＲＩとに基づいて電力応答値ＲＰを取得し、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとに基づいて電圧指令値ＶＣを生成する。詳しくは、指令値生成部２は、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとの偏差に基づいて電圧指令値ＶＣを生成する。ここで、電力応答値ＲＰは、モータ電力を示す。つまり、指令値生成部２は、モータ電力を算出する。

【0041】

指令値生成部２は、電圧飽和状態が発生する際に、電圧不一致率に基づいて電力応答値ＲＰを補正し、補正後の電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとに基づいて電圧指令値ＶＣを生成する。換言すると、指令値生成部２は、電圧不一致率に基づいて電力応答値ＲＰを補正することにより電圧指令値ＶＣを補正する。より具体的には、指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣと電流応答値ＲＩとに基づいて取得した電力応答値ＲＰに補正係数Ｋを乗じて、電力応答値ＲＰを補正する。

【0042】

モータ電力を制御する構成において電圧飽和状態が発生すると、電力応答値ＲＰの演算結果が実際のモータ電力よりも大きくなる。その結果、モータ電力が目標値よりも小さくなるおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、電圧飽和状態の発生中に電力応答値ＲＰを補正して、電力応答値ＲＰと実際のモータ電力とのずれ率を減少させることができる。その結果、電圧飽和状態の発生中であってもモータ２００を制御することができる。よって、モータ２００の効率を高めることができる。

【0043】

なお、指令値生成部２は、電圧指令値ＶＣとして、回転座標系又は固定座標系の電圧指令値を生成してもよい。具体的には、指令値生成部２は、電流検出部６が固定座標系の電流値を検出する構成において、固定座標系の電圧指令値を生成する。また、指令値生成部２は、電流検出部６が回転座標系の電流値を検出する構成において、回転座標系の電圧指令値を生成する。

【0044】

詳しくは、電流検出部６が相電流を検出する構成において、指令値生成部２は相電圧指令値を生成する。例えば、電流検出部６がＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を検出する構成において、指令値生成部２は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値を生成する。また、電流検出部６がα軸電流及びβ軸電流を検出する構成において、指令値生成部２はα軸電圧指令値及びβ軸電圧指令値を生成する。電流検出部６がｄ軸電流及びｑ軸電流を検出する構成において、指令値生成部２はｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を生成する。

【0045】

本実施形態によれば、回転座標系の電圧指令値を生成してモータ２００を制御することができる。つまり、モータ２００をベクトル制御することができる。よって、モータ２００をベクトル制御する構成において、電圧飽和状態の発生中にモータ２００を制御することができる。したがって、モータ２００をベクトル制御する構成においてモータ２００の効率を高めることができる。なお、モータ２００が三相モータであり、電圧指令値ＶＣとしてｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値が生成される構成において、変調信号生成部４は、逆パーク変換及び逆クラーク変換を実行して、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値からＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値を生成し、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号ＭＳを生成する。同様に、電圧指令値ＶＣとしてα軸電圧指令値及びβ軸電圧指令値が生成される構成において、変調信号生成部４は、逆クラーク変換を実行して、α軸電圧指令値及びβ軸電圧指令値からＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値を生成する。

【0046】

続いて、図２を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を更に説明する。図２に示すように、本実施形態のモータ制御装置３００において、指令値生成部２は、電力制御器２１、電圧指令生成器２２、及び電力応答生成器２３を含む。詳しくは、図１を参照して説明した処理部４０１が、記憶部４０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより、電力制御器２１、電圧指令生成器２２、及び電力応答生成器２３として機能する。

【0047】

電力応答生成器２３には、電圧指令値ＶＣと、電流応答値ＲＩとが入力される。電力応答生成器２３は、電圧指令値ＶＣと電流応答値ＲＩとに基づいて、電力応答値ＲＰを生成する。

【0048】

電力制御器２１には、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとが入力される。電力制御器２１は、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとの偏差に基づいて制御信号ＣＳを生成する。例えば、電力制御器２１は、比例積分制御器を含む。電力制御器２１は、比例積分制御により、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとの偏差を演算してもよい。

【0049】

制御信号ＣＳは、電圧指令生成器２２に入力される。電圧指令生成器２２は、制御信号ＣＳに基づいて電圧指令値ＶＣを生成する。詳しくは、制御信号ＣＳは、電力応答値ＲＰと電力指令値ＣＭＰとの偏差を減少させる電圧指令値ＶＣを電圧指令生成器２２に生成させる。

【0050】

電力制御器２１は更に、電圧指令生成器２２が生成した電圧指令値ＶＣと飽和電圧ＶＬとの関係に基づいて、電圧不一致率を算出する。電力制御器２１は、電圧飽和状態の発生中に、電圧不一致率に基づいて補正係数Ｋを取得し、補正係数Ｋに基づいて電力応答値ＲＰを補正する。そして、電力制御器２１は、電力指令値ＣＭＰと補正後の電力応答値ＲＰとの偏差に基づいて制御信号ＣＳを生成する。その結果、電圧指令値ＶＣが補正され、補正された電圧指令値ＶＣによってモータ２００が制御される。

【0051】

より具体的には、電力制御器２１は、以下の式（１）に基づいて電力応答値ＲＰを補正してもよい。つまり、電力制御器２１は、電力応答生成器２３によって演算された電力応答値ＲＰに補正係数Ｋを乗じて、電力応答値ＲＰを補正してもよい。なお、式（１）において、ＡＲＰは、補正後の電力応答値ＲＰを示す。
ＡＲＰ＝Ｋ×ＲＰ （１）

【0052】

本実施形態によれば、電圧不一致率に基づいて電力応答値ＲＰが補正される。補正された電力応答値ＲＰは、モータ電力を精度よく再現する。したがって、電圧飽和状態の発生中であってもモータ電力を安定して制御することができる。また、電力応答値ＲＰによるモータ電力の再現性が低い場合、モータ電力が目標値よりも小さくなるおそれがある。具体的には、電力応答値ＲＰの演算結果が実際のモータ電力よりも大きくなる場合、モータ電力が目標値よりも小さくなるおそれがある。本実施形態によれば、電力応答値ＲＰによるモータ電力の再現性の劣化を抑制できるため、電圧飽和状態の発生中にモータ電力が目標値より小さくなり難い。

【0053】

以上、図１及び図２を参照して、本実施形態のモータ装置１００及びモータ制御装置３００を説明した。本実施形態によれば、電圧飽和状態の発生中であってもモータ２００を制御することができる。したがって、モータ２００の効率を高めることができる。具体的には、電圧指令値ＶＣを補正して、電圧指令値ＶＣによる駆動電圧ＭＶの再現性の劣化を抑制することにより、モータ２００の制御を安定させることができる。例えば、電力応答値ＲＰを補正して、電力応答値ＲＰによるモータ電力の再現性の劣化を抑制することにより、電圧指令値ＶＣによる駆動電圧ＭＶの再現性の劣化を抑制してもよい。更に、本実施形態によれば、モータ電力を制御する構成において、電圧飽和状態の発生中にモータ電力が低下し難くなる。

【0054】

続いて、図１～図３を参照して、本実施形態の掃除機６００を説明する。図３は、本実施形態の掃除機６００を示す斜視図である。図３に示すように、掃除機６００は、モータ装置１００と、吸引ノズル６０７とを備える。モータ装置１００が駆動することにより、吸引ノズル６０７に吸引力が発生する。

【0055】

詳しくは、図３に示すように、掃除機６００はいわゆるスティック型の電気掃除機である。なお、掃除機６００は、いわゆるロボット型、キャニスター型又はハンディ型等の他のタイプの電気掃除機でもよい。

【0056】

掃除機６００は、充電式のバッテリ（不図示）を有し、当該バッテリから供給される電力によって作動する。ただし、掃除機６００は、電源コードを有し、居室の壁面に設けられた電源コンセントに接続された電源コードを介して供給される電力によって作動してもよい。

【0057】

図３に示すように、掃除機６００は、筐体６０１と、把持部６０４と、操作部６０５と、棒状の吸引管６０６とを更に備える。筐体６０１は、モータ装置１００を収容する。筐体６０１の下面及び上面にはそれぞれ吸気部６０２及び排気部６０３が設けられる。筐体６０１の上部に把持部６０４及び操作部６０５が設けられる。吸気部６０２に吸引管６０６が接続される。吸引管６０６の上流端には吸引ノズル６０７が吸引管６０６に対して着脱可能に取り付けられる。なお、吸引管６０６の上流端は、図３において吸引管６０６の下端である。

【0058】

筐体６０１内には吸気部６０２と排気部６０３とを連結する空気通路（不図示）が形成される。空気通路内には、吸気部６０２（上流）から排気部６０３（下流）に向かって、集塵部（不図示）、フィルタ（不図示）及びモータ装置１００が順に配置される。空気通路内を流通する空気に含まれる塵埃等のゴミはフィルタにより捕集され、集塵部内に集塵される。集塵部及びフィルタは筐体６０１に対して着脱可能に設けられる。

【0059】

使用者は把持部６０４を把持して掃除機６００を移動させることができる。操作部６０５は複数のボタン６０５ａを有する。使用者は、ボタン６０５ａの操作によって掃除機６００の動作設定を行う。例えば、ボタン６０５ａの操作により、モータ装置１００の駆動開始、駆動停止、及び回転数の変更等が指示される。

【0060】

掃除機６００は、モータ装置１００に取り付けられたインペラ（不図示）を更に備える。モータ装置１００が駆動すると、インペラが回転する。その結果、吸引ノズル６０７に吸引力が発生して、吸引ノズル６０７から吸引管６０６内に空気が流入する。吸引ノズル６０７から吸引された空気は、吸引管６０６を流通して、吸気部６０２から筐体６０１内の空気通路内に流入する。

【0061】

本実施形態によれば、図１及び図２を参照して説明したように、電圧飽和状態の発生中であってもモータ２００を安定して制御することができる。したがって、掃除機６００を安定して作動させることができる。また、本実施形態によれば、図１及び図２を参照して説明したように、電圧飽和状態の発生中にモータ電力が低下し難くなる。したがって、電圧飽和状態の発生中に吸引力が低下し難くなる。

【0062】

以上、図面（図１～図３）を参照して本発明の例示的な実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、又は、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。

【0063】

図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されず、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

【0064】

例えば、図１～図３を参照して説明した実施形態において、制御装置４００は、処理部４０１と、記憶部４０２とを備えたが、制御装置４００の構成は、モータ電流ＭＩと指令値ＣＭとに基づいてＰＷＭ信号ＭＳを生成できる限り、特に限定されない。例えば、制御装置４００は、専用の論理回路又は汎用の論理回路を有してもよい。論理回路は、論理演算を実行する回路である。具体的には、制御装置４００は、例えばロジックＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような集積回路を有してもよい。

【0065】

また、図１～図３を参照して説明した実施形態では、処理部４０１が記憶部４０２に記憶されている制御プログラムを実行することにより、変調信号生成部４、電流検出部６、電力制御器２１、電圧指令生成器２２、及び電力応答生成器２３として機能したが、変調信号生成部４、電流検出部６、電力制御器２１、電圧指令生成器２２、及び電力応答生成器２３の全部又は一部は、別々の処理回路で構成されてもよいし、別々のハードウェアで構成されてもよい。

【0066】

本願は、更に以下の付記を開示する。

【0067】

（付記１）
モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータに印加する駆動電圧を制御する電圧指令値を生成する指令値生成部と、
前記電圧指令値に基づいてパルス幅変調信号を生成する変調信号生成部と、
前記パルス幅変調信号に基づいて前記駆動電圧を生成する駆動回路と
を備え、
前記指令値生成部は、前記パルス幅変調信号のパルス幅の制限に起因する電圧飽和状態が発生する際に、前記駆動電圧と前記電圧指令値との不一致率に基づいて前記電圧指令値を補正する、モータ制御装置。

【0068】

（付記２）
前記駆動電圧は、前記モータの各相の巻き線に相電圧を印加し、
前記電圧指令値は、正弦波を含み、
前記不一致率は、前記電圧指令値の前記正弦波と前記相電圧の基本波成分との不一致率を示す、付記１に記載のモータ制御装置。

【0069】

（付記３）
前記駆動電圧によって前記モータに流れる電流を示す電流応答値を検出する電流検出部を更に備え、
前記指令値生成部は、前記電圧指令値と前記電流応答値とに基づいて電力応答値を取得し、前記電力応答値と電力指令値とに基づいて前記電圧指令値を生成し、
前記指令値生成部は、前記電圧飽和状態が発生する際に、前記不一致率に基づいて前記電力応答値を補正し、補正後の前記電力応答値と前記電力指令値とに基づいて前記電圧指令値を生成する、付記１又は付記２に記載のモータ制御装置。

【0070】

（付記４）
前記電流検出部は、前記電流応答値として、回転座標系又は固定座標系の電流値を検出し、
前記指令値生成部は、前記電圧指令値として、前記回転座標系又は前記固定座標系の電圧指令値を生成する、付記３に記載のモータ制御装置。

【0071】

（付記５）
前記不一致率の大きさごとに既定された補正係数を示すテーブルを記憶する記憶部を更に備え、
前記指令値生成部は、前記電圧飽和状態が発生する際に、前記不一致率に対応する前記補正係数を前記テーブルから取得し、前記補正係数を用いて前記電圧指令値を補正する、付記１から付記４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【0072】

（付記６）
付記１から付記５のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により制御されるモータと
を備える、モータ装置。

【0073】

（付記７）
付記６に記載のモータ装置と、
前記モータ装置が駆動することにより吸引力が発生する吸引ノズルと
を備える、掃除機。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明は、モータ制御装置、モータ装置、及び掃除機に有用であり、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0075】

２ ：指令値生成部
４ ：変調信号生成部
６ ：電流検出部
１００ ：モータ装置
２００ ：モータ
３００ ：モータ制御装置
４０２ ：記憶部
５００ ：駆動回路
６００ ：掃除機
６０７ ：吸引ノズル
ＣＭ ：指令値
ＣＭＰ ：電力指令値
Ｋ ：補正係数
ＭＩ ：モータ電流
ＭＳ ：パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）
ＭＶ ：駆動電圧
ＲＩ ：電流応答値
ＲＰ ：電力応答値
ＶＣ ：電圧指令値
ＶＬ ：飽和電圧

【図1】

【図2】

【図3】