特開 2024-67912 制御装置、制御方法および空気調和機

(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】P2024067912

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】制御装置、制御方法および空気調和機

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20240510BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178328

(22)【出願日】2022-11-07

(71)【出願人】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】小宮 真一

(72)【発明者】

【氏名】相場 謙一

(72)【発明者】

【氏名】清水 健志

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA06

5H505BB05

5H505CC05

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA07

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ22

5H505JJ24

5H505JJ26

5H505LL14

5H505LL22

(57)【要約】

【課題】モータの回転位置と速度を精度よく推定する。
【解決手段】制御装置は、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを交流駆動するインバータを制御する制御装置であって、モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値とモータの極対数とに基づき、モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値または推定したロータの角速度から、機械角速度に極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、機械角速度と位置とを推定し、推定した機械角速度と位置とを利用してインバータを制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを交流駆動するインバータを制御する制御装置であって、
前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、
前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、
推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する
制御装置。

【請求項2】

前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値は、前記インバータの入力側の直流電流の検知結果に基づき算出されたものであり、
前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の３ｍ次（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）の高調波成分をさらに除去する
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを交流駆動するインバータを制御する制御方法であって、
前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、
推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する
制御方法。

【請求項4】

圧縮機と、
マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて前記圧縮機を回転駆動するモータと、
前記モータを交流駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、
前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、
推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する
空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置、制御方法および空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１および特許文献２には、モータに流れる電流値に基づいて推定したモータの速度と回転位置（回転角度）を利用してモータを制御する制御装置が記載されている。

【0003】

また、特許文献２には、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転する埋込磁石型同期型モータ（ＩＰＭＳＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ））で発生する高調波成分について次の記載がある。すなわち、特許文献２には、「空間高調波を含む回転子磁束は波形の点対称性により偶数次の高調波が励起されない。また、三相結線において３ｎ次の高調波成分が存在しないことから、回転子磁束が持つ高調波成分は６ｎプラスマイナス１次成分となる。実験的にモータ（ＩＰＭＳＭ）６は６プラスマイナス１次、１２プラスマイナス１次の高調波成分を主成分として持つことが知られており、ｄｑ軸に座標変換すると、６プラスマイナス１次は６次に、１２プラスマイナス１次は１２次となる。」との記載がある（特許文献２の段落００４６）。

【0004】

また、特許文献３には、リラクタンストルクリプルの高調波成分について次の記載がある。すなわち、特許文献３には、「当業者は周知のように、リラクタンストルクを発生する同期電動機においては、空間依存リラクタンストルクリプルの主成分は６次、１２次成分である。」との記載がある（特許文献３の段落００４１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－２４５５０６号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３６８０６号公報

【特許文献3】特開２０２１－１２１１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および特許文献２に記載されている制御装置においては、モータの速度と回転位置を推定する際に、モータにおいて発生する上述したような高調波成分の影響を受ける場合があることから、モータの速度と回転位置の推定精度のさらなる向上が望まれる場合があるという課題があった。

【0007】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる制御装置、制御方法および空気調和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】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示に係る制御装置は、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを交流駆動するインバータを制御する制御装置であって、前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する。

【0009】

本開示に係る制御方法は、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを交流駆動するインバータを制御する制御方法であって、前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する。

【0010】

本開示に係る空気調和機は、圧縮機と、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて前記圧縮機を回転駆動するモータと、前記モータを交流駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数とに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値たは推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、推定した前記機械角速度と前記位置をと利用して前記インバータを制御する。

【発明の効果】

【0011】

本開示の制御装置、制御方法および空気調和機によれば、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の第１実施形態に係るモータの制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】本開示の第１実施形態に係る速度・位置推定部の構成例を示すブロック図である。

【図3】本開示の第１実施形態に係る速度・位置推定部の他の構成例を示すブロック図である。

【図4】本開示の第１実施形態に係る速度および位置の推定例を説明するための模式図である。

【図5】本開示の第１実施形態に係る正規化トルクパターンテーブルの構成例を示す模式図である。

【図6】本開示の第１実施形態に係る正規化トルクパターンテーブルにおけるロータ回転角度と複数の係数値との関係の一例を示す図である。

【図7】本開示の第２実施形態に係るモータの制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図8】本開示の第２実施形態に係るモータの制御装置の構成例を説明するための模式図である。

【図9】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態に係る制御装置、制御方法および空気調和機について、図１～図９を参照して説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係るモータの制御装置の構成例を示すブロック図である。図２は、本開示の第１実施形態に係る速度・位置推定部の構成例を示すブロック図である。図３は、本開示の第１実施形態に係る速度・位置推定部の他の構成例を示すブロック図である。図４は、本開示の第１実施形態に係る速度および位置の推定例を説明するための模式図である。図５は、本開示の第１実施形態に係る正規化トルクパターンテーブルの構成例を示す模式図である。図６は、本開示の第１実施形態に係る正規化トルクパターンテーブルにおけるロータ回転角度と複数の係数値との関係の一例を示す図である。図７は、本開示の第２実施形態に係るモータの制御装置の構成例を示すブロック図である。図８は、本開示の第２実施形態に係るモータの制御装置の構成例を説明するための模式図である。図９は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

【0014】

＜第１実施形態＞
図１は、本開示の第１実施形態に係る制御装置１の構成例を示す。制御装置１は、空気調和機１００が備える圧縮機５を回転駆動するモータ２を交流駆動するインバータ４を制御する制御装置である。モータ２は、例えば、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するＩＰＭＳＭである。インバータ４は、交流電源３を電源として、モータ２へ電力を供給する。電流センサ１０は、インバータ４からモータ２に通電される電流値を検出する。図１に示す例では、空気調和機１００は、制御装置１、モータ２、インバータ４、および、電流センサ１０を備える。制御装置１は、例えばマイクロコンピュータ等のコンピュータと、そのコンピュータの周辺装置、周辺回路等とを備える。そして、制御装置１は、コンピュータ等のハードウェアと、そのコンピュータが実行するプログラム等のソフトウェアとの組み合わせ等から構成される機能的構成として、減算部１４、速度制御部２０、負荷トルク補償部１３、速度・位置推定部１１、２相／３相変換部２１、および３相／２相変換部２２を備える。速度制御部２０は、速度ＰＩ制御部（速度比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御部）１２と、加算部１５と、電流変換部１６と、減算部１７と、電流ＰＩ制御部１８とを備える。

【0015】

なお、本実施形態に係る制御装置は、図１に示す例に限定されず、例えばマグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータを制御する制御装置であればよい。また、モータ２は圧縮機５を駆動するものに限定されず、また、モータ２は空気調和機が備えるものに限定されない。なお、図１は、制御装置１によるモータ２の回転数制御に係る主な構成を示したものであり、例えば、冷媒回路、ファン、温度制御や湿度制御に係る構成等、空気調和機１００または制御装置１内の他の一部の構成については図示を省略している。

【0016】

（制御装置の構成）
３相／２相変換部２２は、電流センサ１０が検出した３相電流値Ｉと速度・位置推定部１１が推定したモータ２のロータの回転位置（回転角度）θｅｓとを入力し、電流センサ１０が検出した３相電流値Ｉをｄ軸およびｑ軸の２相のｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑに変換して出力する。電流センサ１０は、例えばモータ２に流れる相電流を検知する。ただし、電流センサ１０の構成はこれに限定されない。例えば、インバータ４が備える複数のスイッチング素子に流れる電流を検知し、相電流を算出する構成等とすることができる。２相／３相変換部２１は、回転位置θｅｓと電流ＰＩ制御部１８が出力したｄ軸およびｑ軸の２相のｄ軸指令電圧値ｖｄ＊およびｑ軸指令電圧値ｖｑ＊とを入力し、３相電圧値Ｖに変換してインバータ４へ出力する。なお、インバータ４は、２相／３相変換部２１が出力した３相電圧値Ｖに基づいてインバータが備える図示してない複数のスイッチング素子を制御する。

【0017】

速度・位置推定部１１は、電流ＰＩ制御部１８が出力した２相のｄ軸電圧値ｖｄおよびｑ軸電圧値ｖｑと、３相／２相変換部２２が出力した２相のｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑとを入力し、２相のｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑと、モータ２の極対数Ｎｐとに基づきモータ２のロータの回転位置θｅｓと回転数（機械角速度）ωｍｅｓとを推定する。

【0018】

図２に、速度・位置推定部１１の構成例を示す。同図において、速度・位置推定部１１は、調整モデル１１１、速度推定部１１２、積分器１１３、除算器１１４および高調波成分除去部１１５を備えている。

【0019】

調整モデル１１１では、ｑ軸電流値ｉｑおよびｄ軸電流値ｉｄ、並びに１つ前のクロックサイクルでのロータ推定速度（電気角速度（以下、単に角速度ともいう））ωｅｓに基づき、モータ２のデータモデルを用いて、モデルｑ軸電流値ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流値ｉｄ＾を算出する。例えば、典型的なデータモデルを例示すれば、次式の通りである。ここで、Ｒは巻線抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｋｅは誘起電圧定数、ｐは微分演算子（ｐ＝ｄ／ｄｔ）である。

【0020】

【数1】

【0021】

具体的には、この微分方程式をルンゲ・クッタ等の数値計算法を用いて解くことにより、モデルｑ軸電流値ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流値ｉｄ＾が算出される。

【0022】

また、速度推定部１１２では、モデルｑ軸電流値ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流値ｉｄ＾と、後述する高調波成分除去部１１５による所定の高調波成分除去後のｑ軸電流値ｉｑおよびｄ軸電流値ｉｄとを入力し、ポポフの超安定理論に従って、次式に示す評価関数Ｅｒｒを算出し、この評価関数Ｅｒｒに対するＰＩ制御により、ロータ推定速度ωｅｓを求める。なお、評価関数Ｅｒｒの求め方は種々存在し、この例に限定されない。

【0023】

【数2】

【0024】

【数3】

【0025】

ここで、Ｌはインダクタンス、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数である。

【0026】

さらに、速度推定部１１２で求めたロータ推定速度ωｅｓを積分器１１３で積分して、ロータ推定位置θｅｓを得る。なお、２相／３相変換部２１に対して供給される１つ次のクロックサイクルでのロータの推定位置θｅｓは、ここで得られたロータ推定位置θｅｓにロータ推定速度ωｅｓ応じた補正を加えて生成する。

【0027】

ここで、高調波成分除去部１１５について説明する。ＩＰＭＳＭのようにマグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータでは、誘起電圧の５次および７次の歪み成分は、ｄｑ軸で６次の歪みとなり、同様に６ｎ－１次および６ｎ＋１次の歪み成分は、ｄｑ軸で６ｎ次の歪みとなる。また、インダクタンスの５次および７次の歪み成分の場合は、ｄｑ軸で１２次の歪みとなり、６ｎ－１次および６ｍ＋１次の歪み成分の場合は、ｄｑ軸で１２ｎ次の歪みとなる。このため、速度・位置推定部１１では、モデルｑ軸電流値ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流値ｉｄ＾に、歪みの影響が６次および１２次、…、６ｎ次に現れる（ｎは自然数）。他の推定手法でもｄｑ軸では６ｎ次の変動となるので、同様である。なお、ここでの次数は電気角なので、極対数Ｎｐのモータでは、回転数（機械角速度）に極対数Ｎｐを乗じた値の６ｎ次、すなわち、６Ｎｐ×ｎ次となる。このため、実速度が変動していないにも関わらず、回転数の６Ｎｐ×ｎ次の推定速度変動が誤差として現れるので、回転数（機械角速度）の６Ｎｐ×ｎ次の推定速度変動は推定速度変動から除去することで、歪みの大きいモータは推定速度変動の誤差を低減できる。

【0028】

そこで、本実施形態の高調波成分除去部１１５は、速度・位置推定部１１へ入力されたｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑから、機械角速度に極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次の高調波成分を除去する。なお、特定の周波数を除去するには、共振ノッチフィルタやフーリエ変換など手段は問わない。また、速度変動を低減するように調整する場合において、６Ｎｐ×ｎ次が調整対象の回転数のｋ倍より大きい場合はＬＰＦ（ローパスフィルタ）により除去としてもよい。係数ｋの値は、例えば速度制御における所望の応答速度に対応する周波数等に応じて設定することができる。また、これまでの知見から、ｎの値は１および２を含むこと、すなわち、６次および１２次を含むことが望ましい。この場合、高調波成分除去部１１５は、速度・位置推定部１１へ入力されたｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑから、機械角速度に極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む（この場合、ｎは１と２を少なくとも含み、３以上の自然数を含まなかったり（０個の場合）、３以上の自然数を１個または複数個含んだりする））の高調波成分を除去することが望ましい。

【0029】

ただし、速度・位置推定部１１の特性によっては、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑから高調波成分を除去すると速度・位置推定ができなくなる場合がある。この場合は、図３に示すように、速度・位置推定部１１ａ（図２の速度・位置推定部１１に対応する構成）の速度推定部１１２には３相／２相変換部２２が出力したｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑを高調波成分を除去せず、そのまま入力する。そして、推定した推定速度ωｅｓの出力から、高調波成分除去部１１５ａにより、回転数の６Ｎｐ×ｎ次の高調波成分を除去する。この構成では、歪みの大きいモータでは推定速度変動の誤差を低減できる。なお、図３に示す構成例では、速度推定部１１２が出力した推定速度ωｅｓを高調波成分除去部１１５ａへ入力し、高調波成分除去部１１５ａの出力を除算器１１４へ入力しているが、例えば、速度推定部１１２が出力した推定速度ωｅｓに代えて高調波成分除去部１１５ａの出力を積分器１１３や調整モデル１１１へ入力するようにしてもよい。

【0030】

また、除算器１１４は、ロータ推定速度ωｅｓをモータ２の極対数Ｎｐで除することで、モータ２のロータの回転数（機械角速度）ωｍｅｓを算出する。

【0031】

本実施形態において、速度・位置推定部１１は、速度推定を行う際に、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑのほか、例えば、モータ定数や誘起電圧を利用して推定することができる。このときモータ２のインダクタンスや誘起電圧波形は例えば正弦波を前提として定めることができる。図４は、推定の際に用いる軸の定義を示す。実位置による座標ｄｑ軸に対して推定位置による座標をδγ軸とする。実位置と推定位置の差をΔφとする。
調整モデル１１１では、ｑ軸電流値ｉｑおよびｄ軸電流値ｉｄ、並びに１つ前のクロックサイクルでのロータ推定速度ωｅｓに基づき、式（１）に示すモータ２のデータモデルを用いて、モデルｑ軸電流値ｉｑ＾およびモデルｄ軸電流値ｉｄ＾を算出する。速度推定部１１２は、実位置と推定位置の誤差Δφに関係する評価関数Ｅｒｒを用いて、ＰＩ制御（Ｋｐ×Ｅｒｒ＋∫Ｋｉ×Ｅｒｒ）により推定速度ωｅｓを求めている。Δφが正であれば推定位置が実位置より遅れているので推定速度を大きくし、逆に負であれば推定速度を小さくする。これにより評価関数Ｅｒｒが０へ収束する。

【0032】

減算部１４は、回転数（機械角速度）指令値ωｍ＊から回転数ωｍｅｓを減算し、偏差Δωｍを算出して、速度ＰＩ制御部１２へ出力する。

【0033】

速度ＰＩ制御部１２は、偏差Δωｍに対して比例積分動作によって偏差Δωｍを小さくするためのモータ２の出力トルク指令値の平均値である平均トルク指令値を算出して加算部１５と負荷トルク補償部１３へ出力する。この場合、速度ＰＩ制御部１２は、モータ２の回転数ωｍｅｓと回転数指令値ωｍ＊との偏差Δωｍに応じて平均出力トルク指令値を算出して出力する。

【0034】

負荷トルク補償部１３は、正規化トルクパターンテーブル１３１を含み、速度ＰＩ制御部１２が出力した平均トルク指令値と、速度・位置推定部１１が出力した回転位置θｅｓとを入力し、正規化トルクパターンテーブル１３１を用いて、補償トルク値を算出して、加算部１５へ出力する。補償トルク値は、モータ２の１回転中のモータ２の負荷トルクの変動を補償するためのトルク値である。

【0035】

正規化トルクパターンテーブル１３１は、モータ２の回転位置（回転角）θｅｓに応じて変化する複数の係数値のパターンである正規化トルクパターンを定義するテーブルである。本実施形態においてモータ２はロータリ圧縮機等の圧縮機５を駆動する。ロータリ圧縮機においては、１回転の間に吸入、圧縮、および吐出の各行程における冷媒ガス圧の変化が発生するため、定常的な負荷トルク変動が発生する。そこで、本実施形態では、平均トルクと正規化トルクパターンとの積により、推定ロータ位置に合わせて出力トルク指令を補償することで、モータの速度変動を抑えている。

【0036】

負荷トルク補償部１３は、正規化トルクパターンテーブル１３１に基づきモータ２の回転位置（回転角）θｅｓに応じて係数値を決定し、平均トルク指令値に決定した係数値を乗じることで補償トルク値を算出する。補償トルク値と係数値は、正負またはゼロの値をとる。この場合、負荷トルク補償部１３は、「各回転位置における補償トルク値＝平均トルク指令値×各回転位置における正規化トルクパターン」の式で各回転位置における補償トルク値を算出する。この補償トルク値を平均トルク指令値に加算することで、回転位置θｅｓに応じて負荷トルクの変動分が補償された出力トルク指令値（加算部１５の出力値）が算出される。なお、補償トルク値は、１回転中の負荷トルク変動を補償する値であり、補償トルク値によって補償された１回転の出力トルク指令値の平均値は、平均トルク指令値に一致することが求められる。すなわち、補償トルク値の１回転の合計値はゼロであることが求められる。この場合、正規化トルクパターンを構成する（定義する）係数値の１回転の合計値もゼロであることが求められる。図５は、正規化トルクパターンテーブル１３１の構成例を示す。また、図６は、横軸をロータ回転角度［ｄｅｇ］、縦軸を係数値［％］として、ロータ回転角度と複数の係数値との関係の一例を示す。

【0037】

図５に示す例では、正規化トルクパターンテーブル１３１は、１回転３６０度（ｄｅｇ）を３０度毎に区分して１２の区間に分け、区間毎に係数値ｙ（ｎ１）（ｍ１）を設定している。ここで、ｎ１は正規化トルクパターンテーブル１３１を速度変動を低減するように調整する場合の調整回数を表す。また、ｍは区間の番号（ｍ１＝０～１１）を表す。各係数値ｙ（ｎ１）（ｍ１）からなるパターンは、正規化トルクパターンｙ（ｎ１）という。上述したように、係数値ｙ（ｎ１）（ｍ１）は、１回転の合計値がゼロとなるように設定されている。

【0038】

なお、正規化トルクパターンテーブル１３１における回転位置の分割数、すなわち位相軸の分割数は次のように決定することができる。すなわち、圧縮機２の負荷トルク変動のｋ次成分までの低減に対応するには、正規化トルクパターンの位相軸を２×ｌｃｍ（１，…，ｋ）×ｎｄｉｖまで分割することになる。２はサンプリング定理に基づく係数を表す。ｌｃｍ（１，…，ｋ）は１からｋまでの自然数の最小公倍数を表す。ｎｄｉｖは任意の自然数である。これにより、ｋ次まで高調波を含むトルク変動を表現できる。例えば、１次～３次成分までを低減する場合、ｎｄｉｖを１としたとき、分割数は２×６×１で１２分割となる。

【0039】

加算部１５は、速度ＰＩ制御部１２が出力した平均トルク指令値と、負荷トルク補償部１３が出力した補償トルク値を加算して、出力トルク指令値を算出し、電流変換部１６へ出力する。

【0040】

電流変換部１６は、加算部１５が出力した出力トルク指令値を入力し、出力トルク指令値を電流変換して、ｄ軸指令電流値ｉｄ＊およびｑ軸指令電流値ｉｑ＊を算出して減算部１７へ出力する。

【0041】

減算部１７は、ｄ軸指令電流値ｉｄ＊およびｑ軸指令電流値ｉｑ＊とｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑを入力し、ｄ軸指令電流値ｉｄ＊およびｑ軸指令電流値ｉｑ＊からｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑをそれぞれ減算し、指令値とモータ電流値とのｄ軸成分およびｑ軸成分の各偏差を算出して、電流ＰＩ制御部１８へ出力する。

【0042】

電流ＰＩ制御部１８は、減算部１７が出力した各偏差に対して比例積分動作によって各偏差を小さくするためのｄ軸指令電圧値ｖｄ＊とｑ軸指令電圧値ｖｑ＊を算出して、２相／３相変換部２１と速度・位置推定部１１へ出力する。

【0043】

（作用・効果）
本実施形態によれば、位置および速度を推定する際に、電流値または推定速度から、モータの歪みによる成分による誤差成分を除去するので、位置および推定速度の誤差を減らして、正しくモータを制御し、例えば速度変動等を抑制することができる。本実施形態によれば、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる。

【0044】

＜第２実施形態＞
図７は、本開示の第２実施形態に係る制御装置１ａとインバータ４ａの構成例を示す。第２実施形態では、制御装置１ａが、第１実施形態の制御装置１と比較して、新たに高調波成分除去部２３ａを備える点で異なる。他の構成については制御装置１と制御装置１ａは同一である。また、第２実施形態では、図１の空気調和機１００に対応する空気調和機１００ａにおいて、図１に示す電流センサ１０に対応する構成を、インバータ４ａが電流センサ１０ａとして内部に備え、電流センサ１０ａがインバータ４ａの入力側の直流電流を検知した結果に基づき、モータ２の相電流が算出される。その際、電流センサ１０ａは、所定のスイッチング素子のオン／オフのタイミングに同期して、タイミングをずらして各相電流を検知する。このタイミングの違いによって検知電流には、推定速度（電気角速度）の３ｍ次の高調波成分発生する（ｍは自然数）。なお、ｍは少なくとも１を含むことが望ましい。そこで、本実施形態では、高調波成分除去部２３ａが、速度・位置推定部１１へ入力されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値から、機械角速度ωｍｅｓに極対数Ｎｐを乗じた値の３ｍ次（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）の高調波成分を除去する。この場合、高調波成分除去部２３ａと、図２に示す高調波成分除去部１１５との組み合わせによって、制御装置１ａでは、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値から、モータ２のロータの機械角速度ωｍｅｓに極対数Ｎｐを乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分と、機械角速度ωｍｅｓに極対数Ｎｐを乗じた値の３ｍ次（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）の高調波成分が除去されることになる。なお、変数ｎと変数ｍは同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、高調波成分除去部２３ａと高調波成分除去部１１５は一体として構成されていてもよい。

【0045】

なお、図７に示す制御装置１ａおよびインバータ４ａは、それぞれ図１に示す制御装置１およびインバータ４に対応する構成である。また、図７に示す電流センサ１０ａと電流検知部４３を組み合わせたものが、図１に示す電流センサ１０に対応する。また、高調波成分除去部２３ａを除き、他の構成については、第１実施形態と第２実施形態で基本的に同一である。

【0046】

インバータ装置４ａは、図７に示すように、３相ＰＷＭ（パルス幅変調）によるインバータの主回路４１と、交流電源３から供給された交流電力を直流電力に変換する整流回路４２と、モータ２を経由して主回路４１に戻る電流が流れる電流センサ１０ａと、電流検知部４３と、３相ＰＷＭ波形生成部４４とを備える。

【0047】

主回路４１は、電源３に整流回路４２を介して接続されており、Ｕ相用回路１２Ｕ、Ｖ相用回路１２Ｖ、Ｗ相用回路１２Ｗを備える。そして、Ｕ相用回路１２Ｕは、上アームスイッチング素子ＰＵおよび下アームスイッチング素子ＮＵを備え、Ｖ相用回路１２Ｖは、上アームスイッチング素子ＰＶおよび下アームスイッチング素子ＮＶを備え、Ｗ相用回路１２Ｗは、上アームスイッチング素子ＰＷおよび下アームスイッチング素子ＮＷを備えている。各々の回路における上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子は、互いに直列に接続されている。そして、各回路の出力は、図示を省略するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える３相のモータ２に接続されている。

【0048】

３相ＰＷＭ波形生成部４４は、２相／３相変換部２１からの３相電圧値Ｖに基づき主回路４１に与える３相ＰＷＭ波形を生成する。

【0049】

電流検知部４３は、電流センサ１０ａの検知結果から、図８に示す各上アームスイッチング素子ＰＵ～ＰＷおよび下アームスイッチング素子ＮＵ～ＮＷのＯＮ／ＯＦＦタイミングの組み合わせに基づき、電流検知部４３がモータ２のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗの電流値を算出する。電流検知部４３が算出（検知）した３相電流Ｉを３相／２相変換部２２へ出力する。

【0050】

本実施形態では、インバータの直流バスに流れる電流を検知することでモータ電流を検知する。電流センサ１０ａを流れる電流は図８に示すようにモータ２の相電流と一致するときがあるので、電流検知部４３は、３相ＰＷＭ信号と同期をとって読みだすことで、モータ２の各相電流を検知している。この場合、３相のモータ電流を検出するタイミングが３相同時でなく変化するため、電流がＰＷＭによるリプル成分を含めた誤差を持つことになる。また、電流検出が３相で切り換わっていくため、推定速度変動に電気角で３ｍ次の誤差となる（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）。極対数Ｎｐのモータの場合、高調波成分は、回転数の３Ｎｐ×ｍ次となる。この場合、実速度が変動していないにも関わらず、回転数の３Ｎｐ×ｍ次の推定速度変動が誤差として現れることになる。そこで、高調波成分除去部２３ａが、速度・位置推定部１１へ入力されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値から、モータ２のロータの機械角速度ωｍｅｓに極対数Ｎｐを乗じた値の３ｍ次（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）の高調波成分とを除去する。これによれば、回転数の３Ｎｐ×ｍ次の推定速度変動は推定速度変動から除去することができるので、直流バス電流によるモータ電流検出の誤差を低減することができる。なお、特定の周波数を除去するには、共振ノッチフィルタやフーリエ変換など手段は問わない。また、速度変動を低減するように調整する場合において、３Ｎｐ×ｍ次や６Ｎｐ×ｎ次が調整対象の回転数のｋ次より大きい場合はＬＰＦにより除去しもよい。

【0051】

（作用効果）
本実施形態によれば、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値をインバータ４ａの入力側の直流電流の検知結果に基づき算出する場合に、３ｍ次の高調波成分を除去するので、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる。

【0052】

＜作用効果＞
上記各実施形態に係る制御装置、制御方法および空気調和機によれば、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる。

【0053】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、機械角速度と電気角速度については、相互に変換可能であるため、両方を例えば算出対象として用いたり、機械角速度に代えて電気角速度を用いたり、電気角速度に代えて機械角速度を用いたりしてもよい。

【0054】

＜コンピュータ構成＞
図９は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す。
コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、および、インタフェース９４を備える。
上述の制御装置１および１ａは、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。

【0055】

プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0056】

ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

【0057】

＜付記＞
各実施形態に記載の制御装置１および１ａは、例えば以下のように把握される。

【0058】

（１）第１の態様に係る制御装置１および１ａは、マグネットトルクとリラクタンストルクを用いて回転するモータ２を交流駆動するインバータ４、４ａを制御する制御装置１、１ａであって、前記モータに流れるｄ軸電流値およびｑ軸電流値と前記モータの極対数Ｎｐとに基づき、前記モータのロータの機械角速度と位置とを推定する際に、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値または推定した前記ロータの角速度から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の６次および１２次を少なくとも含む６ｎ次（ｎは１および２と、０個以上の３以上の自然数を含む）の高調波成分を除去して、前記機械角速度と前記位置とを推定し、推定した前記機械角速度と前記位置とを利用して前記インバータを制御する。本態様および以下の各態様によれば、モータの回転位置と速度を精度よく推定することができる。

【0059】

（２）第２の態様に係る制御装置１ａは、（１）の制御装置１ａであって、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値は、前記インバータの入力側の直流電流の検知結果に基づき算出されたものであり、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値から、前記機械角速度に前記極対数を乗じた値の３ｍ次（ｍは１と、０個以上の２以上の自然数を含む）の高調波成分をさらに除去する。本態様によれば、電流検出に伴って発生する高調波成分を除去することができる。

【符号の説明】

【0060】

１、１ａ 制御装置
２ モータ
３ 交流電源
４、４ａ インバータ
５ 圧縮機
１０、１０ａ 電流センサ
１１、１１ａ 速度・位置推定部
１２ 速度ＰＩ制御部
１３ 負荷トルク補償部
１４ 減算部
１５ 加算部
１６ 電流変換部
１７ 減算部
１８ 電流ＰＩ制御部
２０ 速度制御部
１１５、１１５ａ、２３ａ 高調波成分除去部
２７ 加算部
１００、１００ａ 空気調和機
１３１ 正規化トルクパターンテーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】