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(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】
(24)【登録日】2024-04-30
(45)【発行日】2024-05-10
(54)【発明の名称】モータ制御装置及びセンサレス同期モータの制御方法
(51)【国際特許分類】
H02P 6/12 20060101AFI20240501BHJP
H02P 6/18 20160101ALI20240501BHJP
H02P 6/21 20160101ALI20240501BHJP
H02P 6/22 20060101ALI20240501BHJP
【ＦＩ】
H02P6/12
H02P6/18
H02P6/21
H02P6/22
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020064737
(22)【出願日】2020-03-31
(65)【公開番号】P2021164301
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2022-12-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000006611
【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】木村 正人
(72)【発明者】
【氏名】石原 佑理
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２２００７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１８３５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２１４２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－３２６９５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ６／１２
Ｈ０２Ｐ ６／１８
Ｈ０２Ｐ ６／２１
Ｈ０２Ｐ ６／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
起動時に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにした、センサレスの同期モータを制御するモータ制御装置であって、入力される電圧指令に応じて前記同期モータを駆動する駆動部と、
起動時に所定の電圧指令を出力する同期電圧設定部と、
前記同期モータに流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定する脱調判定部と、
を備え、
前記同期電圧設定部は、
前記位相調整において、固定座標系における前記電流をγ－δ回転座標系における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）へ変換し、前記変換された電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ‘を算出する演算部を備え、
前記推定角速度に比例する電圧を前記γ－δ回転座標系における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）のγ成分Ｖγの前記電圧指令として出力し、
前記脱調判定部は、当該γ成分Ｖγの前記電圧指令に応じて前記同期モータが駆動されたときの当該同期モータに流れる電流が、設定されたしきい値以上であるとき脱調状態であると判定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
前記同期モータは複数相のステータコイルを有し、前記脱調判定部は、前記複数相のうちの少なくとも一つの相における前記ステータコイルを流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記脱調判定部により脱調していると判定されたとき、前記所定の電圧指令を変更する運転条件変更部、をさらに備え、前記同期電圧設定部は、前記運転条件変更部で変更された運転条件に基づく前記電圧指令を前記駆動部に出力し、
当該駆動部は、前記変更された運転条件に基づく前記電圧指令に応じて前記同期モータの再起動を試みることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記脱調判定部は、前記運転条件を所定回数変更しても毎回前記脱調判定部で脱調していると判定されるときには、前記同期モータが故障したと判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
センサレスの同期モータを起動する際に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにしたセンサレス同期モータの制御方法であって、前記同期モータに流れる、固定座標系における電流をγ－δ回転座標系における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）に変換し、当該電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ‘を算出し、
算出した推定角速度に基づいて前記同期モータを駆動して前記位相調整を行い、
当該位相調整後の前記同期モータのモータ電流を検出し、
当該モータ電流が、前記同期モータが起動に失敗したときの前記位相調整後の前記モータ電流に応じて設定されたしきい値以上であるとき、脱調していると判定することを特徴とするセンサレス同期モータの制御方法。
【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センサレス同期モータの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、センサレスでモータを起動するようにした装置では、速度推定処理部により位相調整を行った後、起動運転から定常運転へ移行している。例えば、モータ起動時に位相調整区間を設け、ロータの位置を推定しない同期運転からロータの位置を推定するベクトル制御に確実に移行するようにした方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。また、モータの起動時に外力によってロータが逆転方向に回転している場合にロータを逆転方向に起動し、ロータを引き込んでから、正転方向に回転させる方法（例えば、特許文献２参照。）等も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６００３１４３号公報
【文献】特許第３７３１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来のモータの制御装置にあっては、センサレスであるため、回転磁界とロータとが同期したかどうか、つまり、モータの起動が成功したか否かを検出することができない。そのため、センサレスであっても、起動時に、モータの脱調検出を行うことの可能な方法が望まれていた。
本発明は、従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、起動時にモータの脱調検出を行うことの可能なモータ制御装置及びセンサレス同期モータの制御方法を提供することを目的としている。
本発明は、従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、起動時にモータの脱調検出を行うことの可能なモータ制御装置及びセンサレス同期モータの制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータ制御装置は、起動時に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにした、センサレスの同期モータを制御するモータ制御装置であって、入力される電圧指令に応じて前記同期モータを駆動する駆動部と、起動時に所定の電圧指令を出力する同期電圧設定部と、前記同期モータに流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定する脱調判定部と、を備え、前記同期電圧設定部は、前記位相調整において、固定座標系における前記電流をγ－δ回転座標系における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）へ変換し、前記変換された電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ‘を算出する演算部を備え、前記推定角速度に比例する電圧を前記γ－δ回転座標系における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）のγ成分Ｖγの前記電圧指令として出力し、前記脱調判定部は、当該γ成分Ｖγの前記電圧指令に応じて前記同期モータが駆動されたときの当該同期モータに流れる電流が、設定されたしきい値以上であるとき脱調状態であると判定することを特徴とすることを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るセンサレス同期モータの制御方法は、センサレスの同期モータを起動する際に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにしたセンサレス同期モータの制御方法であって、前記モータに流れる、固定座標系における電流をγ－δ回転座標系における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）に変換し、当該電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ‘を算出し、算出した推定角速度に基づいて前記同期モータを駆動して前記位相調整を行い、当該位相調整後の前記同期モータのモータ電流を検出し、当該モータ電流が、前記同期モータが起動に失敗したときの前記位相調整後の前記モータ電流に応じて設定されたしきい値以上であるとき、脱調していると判定することを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るセンサレス同期モータの制御方法は、センサレスの同期モータを起動する際に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにしたセンサレス同期モータの制御方法であって、前記モータに流れる、固定座標系における電流をγ－δ回転座標系における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）に変換し、当該電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ‘を算出し、算出した推定角速度に基づいて前記同期モータを駆動して前記位相調整を行い、当該位相調整後の前記同期モータのモータ電流を検出し、当該モータ電流が、前記同期モータが起動に失敗したときの前記位相調整後の前記モータ電流に応じて設定されたしきい値以上であるとき、脱調していると判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、センサレス同期モータの起動時の脱調を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係るセンサレス同期モータ制御装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】位相調整処理の伝達関数の一例を示すブロック線図である。
【図3】起動成功時のＵ相の電流波形の一例である。
【図4】起動失敗時のＵ相の電流波形の一例である。
【図5】しきい値電圧の設定方法を説明するための説明図である。
【図6】ファンモータにおける負荷と回転数との関係の一例を示す図である。
【図7】センサレス同期モータ制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図8】脱調判定時のセンサレス同期モータ制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図9】通常起動時の起動成功時のファンモータの回転数及びモータ印加電圧Ｖの変化の一例を示すグラフである。
【図10】通常起動時の起動失敗時のファンモータの回転数及びモータ印加電圧Ｖの変化の一例を示すグラフである。
【図11】逆転状態から起動した時の起動成功時のファンモータの回転数及びモータ印加電圧Ｖの変化の一例を示すグラフである。
【図12】逆転状態から起動した時の起動失敗時のファンモータの回転数及びモータ印加電圧Ｖの変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
【0009】
＜モータ制御装置の構成＞
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ここでは、本発明に係るモータ制御装置を、ファンモータＭ用の、センサレス同期モータ制御装置に適用した場合について説明する。ファンモータＭは、空気調和機の室外機ファンを駆動するモータであって、複数相、例えば３相のセンサレス同期モータからなる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ここでは、本発明に係るモータ制御装置を、ファンモータＭ用の、センサレス同期モータ制御装置に適用した場合について説明する。ファンモータＭは、空気調和機の室外機ファンを駆動するモータであって、複数相、例えば３相のセンサレス同期モータからなる。
【0010】
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサレス同期モータ制御装置（以下、単にモータ制御装置ともいう。）１の一例を示す構成図である。
モータ制御装置１は、特許文献１に記載の制御装置において、さらに脱調判定部と回転検出部とを備えたものである。
図１に示すように、モータ制御装置１は、駆動部１０と、検出部２０と、演算部３０と、電圧出力部４０と、積分部５０と、第１の変換部６０と、脱調判定部７０と、制御部（ＣＰＵ）８０と、回転検出部８１とを備える。演算部３０と、電圧出力部４０と、積分部５０、及び第１の変換部６０が同期電圧設定部に対応している。
モータ制御装置１は、特許文献１に記載の制御装置において、さらに脱調判定部と回転検出部とを備えたものである。
図１に示すように、モータ制御装置１は、駆動部１０と、検出部２０と、演算部３０と、電圧出力部４０と、積分部５０と、第１の変換部６０と、脱調判定部７０と、制御部（ＣＰＵ）８０と、回転検出部８１とを備える。演算部３０と、電圧出力部４０と、積分部５０、及び第１の変換部６０が同期電圧設定部に対応している。
【0011】
駆動部１０は、例えば、３相の交流信号Ｕ、Ｖ、ＷをファンモータＭへ供給することにより、ファンモータＭを駆動する。駆動部１０の内部構成は、後述する。
検出部２０は、少なくとも２組の電流の振幅を検出する。具体的には、検出部２０は、ファンモータＭのＵ相及びＷ相のステータコイルに流れるモータ電流を検出するＵ相Ｗ相電流検出回路（以下、単に電流検出回路ともいう。）２１を含む。電流検出回路２１は、Ｕ相のモータ電流（以下、単にＵ相電流ともいう。）Ｉｕの振幅及びＷ相のモータ電流（以下、単にＷ相電流ともいう。）Ｉｗの振幅を検出する。電流検出回路２１で検出された、Ｕ相電流Ｉｕの振幅及びＷ相電流Ｉｗの振幅は、Ａ／Ｄ変換器２１ａに入力され、Ｕ相電流Ｉｕの振幅及びＷ相電流Ｉｗの振幅はＡＤ変換されてコンピュータで制御可能な信号として演算部３０へ供給される。
検出部２０は、少なくとも２組の電流の振幅を検出する。具体的には、検出部２０は、ファンモータＭのＵ相及びＷ相のステータコイルに流れるモータ電流を検出するＵ相Ｗ相電流検出回路（以下、単に電流検出回路ともいう。）２１を含む。電流検出回路２１は、Ｕ相のモータ電流（以下、単にＵ相電流ともいう。）Ｉｕの振幅及びＷ相のモータ電流（以下、単にＷ相電流ともいう。）Ｉｗの振幅を検出する。電流検出回路２１で検出された、Ｕ相電流Ｉｕの振幅及びＷ相電流Ｉｗの振幅は、Ａ／Ｄ変換器２１ａに入力され、Ｕ相電流Ｉｕの振幅及びＷ相電流Ｉｗの振幅はＡＤ変換されてコンピュータで制御可能な信号として演算部３０へ供給される。
【0012】
演算部３０は、駆動部１０によりファンモータＭを駆動する際の固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電流ベクトル（Ｉｕ、Ｉｗ）を回転座標系（γ－δ座標系）における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）へ変換する。回転座標系（γ－δ座標系）は、互いに交差するδ軸とγ軸とを有する。演算部３０は、変換された回転座標系における電流ベクトルのγ成分Ｉγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωｅ′を算出する。具体的には、演算部３０は、第２の変換部（３相－２相変換器（ＵＶＷ／γ－δ））３１、及び速度推定処理部３２を含む。
【0013】
第２の変換部３１は、Ｕ相電流Ｉｕの振幅の検出値及びＷ相電流Ｉｗの振幅の検出値を電流検出回路２１から受ける。第２の変換部３１は、例えば、次式（１）及び次式（２）により、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電流ベクトル（Ｉｕ、Ｉｗ）を回転座標系（γ－δ座標系）における電流ベクトル（Ｉγ、Ｉδ）へ変換する。なお、ドライバ１２がシャント抵抗を備える場合には、電流検出回路２１の代わりにシャント抵抗から電流を検出するようにしてもよい。
Ｉγ
＝（√２）｛Ｉｕ×ｃｏｓ（θｅ′＋π／６）－Ｉｗ×ｓｉｎ（θｅ′）｝
……（１）
Ｉδ
＝－（√２）｛Ｉｕ×ｓｉｎ（θｅ′＋π／６）＋Ｉｗ×ｃｏｓ（θｅ′）｝
……（２）
Ｉγ
＝（√２）｛Ｉｕ×ｃｏｓ（θｅ′＋π／６）－Ｉｗ×ｓｉｎ（θｅ′）｝
……（１）
Ｉδ
＝－（√２）｛Ｉｕ×ｓｉｎ（θｅ′＋π／６）＋Ｉｗ×ｃｏｓ（θｅ′）｝
……（２）
【0014】
第２の変換部３１は、変換した回転座標系（γ－δ座標系）における電流ベクトルのγ成分、すなわちγ軸電流Ｉγを速度推定処理部３２へ出力し、電流ベクトルのδ成分、すなわちδ軸電流Ｉδを電圧出力部４０へ出力する。
速度推定処理部３２は、γ軸電流Ｉγを第２の変換部３１から受ける。速度推定処理部３２は、受けたγ軸電流Ｉγに応じて、γ軸電流Ｉγをゼロにするような回転磁界の角速度ωｅの推定値である推定角速度ωｅ′を算出する。速度推定処理部３２は、算出された推定角速度ωｅ′を積分部５０及び電圧出力部４０へ供給する。
速度推定処理部３２は、γ軸電流Ｉγを第２の変換部３１から受ける。速度推定処理部３２は、受けたγ軸電流Ｉγに応じて、γ軸電流Ｉγをゼロにするような回転磁界の角速度ωｅの推定値である推定角速度ωｅ′を算出する。速度推定処理部３２は、算出された推定角速度ωｅ′を積分部５０及び電圧出力部４０へ供給する。
【0015】
図２は、速度推定処理部３２で実行される位相調整処理の伝達関数を表すブロック線図である。速度推定処理部３２は、γ軸電流Ｉγに対して、乗算器３２ａ及び乗算器３２ｂでそれぞれ係数Ｋｉ、Ｋｐ、を乗算し、乗算器３２ａの出力を積分器３２ｃで積分し、積分器３２ｃの出力と乗算器３２ｂの出力とを加算器３２ｄで加算することで、推定角速度ωｅ′を算出する。
また、このとき、推定角速度ωｅ′を収束させるために、推定角速度ωｅ′を用いてＶｄ（＝Ｖγ）を計算する。γ軸電圧Ｖγの適切な値は、次式（３）で与えられる。
Ｖγ＝－ωｅ′・Ｌｑ・Ｉδ ……（３）
なお、（３）式において、Ｌｑは、ｑ軸インダクタンス値である。Ｉδは代用値である。つまり、推定角速度ωｅ′が収束するときは、ｄ軸とγ軸との位相差もゼロに収束するものとして、ｄ－ｑ値の代わりにγ－δ値を代用する。
また、このとき、推定角速度ωｅ′を収束させるために、推定角速度ωｅ′を用いてＶｄ（＝Ｖγ）を計算する。γ軸電圧Ｖγの適切な値は、次式（３）で与えられる。
Ｖγ＝－ωｅ′・Ｌｑ・Ｉδ ……（３）
なお、（３）式において、Ｌｑは、ｑ軸インダクタンス値である。Ｉδは代用値である。つまり、推定角速度ωｅ′が収束するときは、ｄ軸とγ軸との位相差もゼロに収束するものとして、ｄ－ｑ値の代わりにγ－δ値を代用する。
【0016】
速度推定処理部３２では、制御軸γ－δ軸上の電流ＩγをＰＩ制御することで、電流Ｉγが０〔Ａ〕となるように回転数を調整し、γ－δ座標軸をｄ－ｑ座標軸に近づける。具体的には、δ軸電圧Ｖδを一定値とし、γ軸電流Ｉγを速度推定処理部３２の入力として推定角速度ωｅ′を求め、積分器５１により推定角速度ωｅ′を積分して推定回転角度θｅ′を求め、後述の推定電圧出力部４２で（３）式によりγ軸電圧Ｖγを与えることにより、ファンモータＭはδ軸電圧Ｖδと負荷とによって釣り合った回転数で、最適な同期運転として適切な運転状態に収束する。
【0017】
電圧出力部４０は、回転座標系（γ－δ座標系）上で電圧ベクトルのγ成分Ｖγを、演算部３０により算出された推定角速度ωｅ′に基づいて推定する。それとともに、電圧出力部４０は、回転座標系（γ－δ座標系）上で電圧ベクトルのδ成分Ｖδを予め定められた値にする。
具体的には、電圧出力部４０は、モータ印加電圧Ｖが入力され、固定電圧出力部４１及び推定電圧出力部４２を有する。
固定電圧出力部４１は、Ｖδを予め定められた値（例えば、固定値）にし、その値をδ軸電圧指令Ｖδ＊として第１の変換部６０へ出力する。
具体的には、電圧出力部４０は、モータ印加電圧Ｖが入力され、固定電圧出力部４１及び推定電圧出力部４２を有する。
固定電圧出力部４１は、Ｖδを予め定められた値（例えば、固定値）にし、その値をδ軸電圧指令Ｖδ＊として第１の変換部６０へ出力する。
【0018】
例えば、電圧出力部４０は、ファンモータＭを起動する際に、起動電圧で、Ｖγ＊＝０、Ｖδ＊＝予め定められた値（例えば、固定値）で駆動を開始する。固定電圧出力部４１に予め設定される起動電圧Ｖδ＊は、負荷の変動分を考慮して高めの過電圧状態とするような値に予め定められている。モータ制御装置１では、このトルクを発生する電圧Ｖδ＊と負荷とが適切にバランスするように回転磁界の角速度を調整する。
【0019】
推定電圧出力部４２は、推定角速度ωｅ′を速度推定処理部３２から受け、δ軸電流Ｉδを演算部３０の第２の変換部３１から受ける。推定電圧出力部４２は、推定角速度ωｅ′とδ軸電流Ｉδとを用いて、電圧ベクトルのγ成分Ｖγを推定し、推定された値をγ軸電圧指令Ｖγ＊として第１の変換部６０へ出力する。
積分部５０は、推定角速度ωｅ′を積分して推定回転角度θｅ′を求める。
具体的には、積分部５０は、積分器５１を有する。積分器５１は、回転磁界の推定角速度ωｅ′を積分することにより、回転磁界と共に回転する回転座標系の位相角θｅの推定値である推定回転角度θｅ′を算出する。積分器５１は、算出された推定回転角度θｅ′を第１の変換部６０及び演算部３０へそれぞれ出力する。
積分部５０は、推定角速度ωｅ′を積分して推定回転角度θｅ′を求める。
具体的には、積分部５０は、積分器５１を有する。積分器５１は、回転磁界の推定角速度ωｅ′を積分することにより、回転磁界と共に回転する回転座標系の位相角θｅの推定値である推定回転角度θｅ′を算出する。積分器５１は、算出された推定回転角度θｅ′を第１の変換部６０及び演算部３０へそれぞれ出力する。
【0020】
第１の変換部６０は、積分部５０により求められた推定回転角度θｅ′を用いて、電圧出力部４０により推定された回転座標系（γ－δ座標系）上の電圧ベクトルを固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電圧ベクトルに変換する。
具体的には、第１の変換部６０は、２相－３相変換器（γ－δ／ＵＶＷ）６１を有する。２相－３相変換器６１は、γ軸電圧指令Ｖγ＊及びδ軸電圧指令Ｖδ＊、すなわち回転座標系（γ－δ座標系）における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）を電圧出力部４０から受ける。２相－３相変換器６１は、推定回転角度θｅ′を積分部５０から受ける。２相－３相変換器６１は、例えば、次式（４）～次式（６）により、回転座標系（γ－δ座標系）における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）を固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電圧ベクトル（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）へ変換する。
具体的には、第１の変換部６０は、２相－３相変換器（γ－δ／ＵＶＷ）６１を有する。２相－３相変換器６１は、γ軸電圧指令Ｖγ＊及びδ軸電圧指令Ｖδ＊、すなわち回転座標系（γ－δ座標系）における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）を電圧出力部４０から受ける。２相－３相変換器６１は、推定回転角度θｅ′を積分部５０から受ける。２相－３相変換器６１は、例えば、次式（４）～次式（６）により、回転座標系（γ－δ座標系）における電圧ベクトル（Ｖγ、Ｖδ）を固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電圧ベクトル（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）へ変換する。
【0021】
Ｖｕ
＝（√（２／３））｛Ｖγ×ｃｏｓ（θｅ′）－Ｖδ×ｓｉｎ（θｅ′）｝
……（４）
Ｖｖ
＝（√（１／２）×Ｖγ＋√（１／６）×Ｖδ）×ｓｉｎ（θｅ′）
＋（√（１／２）×Ｖδ－√（１／６）×Ｖγ）×ｃｏｓ（θｅ′）
……（５）
Ｖｗ
＝（√（１／６）×Ｖδ－√（１／２）×Ｖγ）×ｓｉｎ（θｅ′）
－（√（１／６）×Ｖγ＋√（１／２）×ｖδ）×ｃｏｓ（θｅ′） ……（６）
＝（√（２／３））｛Ｖγ×ｃｏｓ（θｅ′）－Ｖδ×ｓｉｎ（θｅ′）｝
……（４）
Ｖｖ
＝（√（１／２）×Ｖγ＋√（１／６）×Ｖδ）×ｓｉｎ（θｅ′）
＋（√（１／２）×Ｖδ－√（１／６）×Ｖγ）×ｃｏｓ（θｅ′）
……（５）
Ｖｗ
＝（√（１／６）×Ｖδ－√（１／２）×Ｖγ）×ｓｉｎ（θｅ′）
－（√（１／６）×Ｖγ＋√（１／２）×ｖδ）×ｃｏｓ（θｅ′） ……（６）
【0022】
２相－３相変換器６１は、変換した回転座標系（γ－δ座標系）における固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電圧ベクトル（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を駆動部１０へ出力する。なお、式（４）～（６）は、３相復調の式であるが、２相－３相変換器６１は、２相変調を行って、電圧利用率を上げても良い。
駆動部１０は、第１の変換部６０により変換された電圧ベクトルに対応した電圧でファンモータＭが動作するように、ファンモータＭを駆動する。
駆動部１０は、第１の変換部６０により変換された電圧ベクトルに対応した電圧でファンモータＭが動作するように、ファンモータＭを駆動する。
【0023】
具体的には、駆動部１０は、ＰＷＭ変換器１１及びドライバ１２を有する。ＰＷＭ変換器１１は、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電圧ベクトル（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）、すなわちＵ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊を第１の変換部６０から受ける。ＰＷＭ変換器１１は、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊をＰＷＭ信号に変換してドライバ１２へ供給する。これにより、ＰＷＭ変換器１１は、ドライバ１２を介してファンモータＭを駆動する。
【0024】
ドライバ１２は、ＰＷＭ信号をＰＷＭ変換器１１から受ける。ドライバ１２は、例えば図示しない複数のスイッチング素子を有し、ＰＷＭ信号に従って複数のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることで電力変換動作を行い、生成された３相の交流信号Ｕ、Ｖ、ＷをファンモータＭへ供給することにより、ファンモータＭを駆動する。
【0025】
脱調判定部７０は、図１に示すように、平滑処理部７１と、コンパレータ７２とを備える。平滑処理部７１は、整流部７１ａとローパスフィルタ部（ＬＰＦ）７１ｂと、を備える。整流部７１ａは、電流検出回路２１の例えばＵ相電流Ｉｕの振幅を表す信号を入力し、全波整流又は半波整流した後、ローパスフィルタ部７１ｂに出力する。ローパスフィルタ部７１ｂは、整流部７１ａから整流した信号を受けて、ローパスフィルタ処理を行い、電流振幅又は実効値を取り出し、これをコンパレータ７２に出力する。コンパレータ７２は、平滑処理部７１の出力である振幅信号を正入力端子で受け、コンパレータ７２の負入力端子には、しきい値電圧Ｖｔｈが入力される。しきい値電圧（以下、単に、しきい値ともいう。）の設定方法については後述する。
【0026】
コンパレータ７２は、振幅信号としきい値電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果を制御部（ＣＰＵ）８０に出力する。
制御部８０は、コンパレータ７２の出力信号を受けて、振幅信号がしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いとき、つまり、コンパレータ７２の出力がＬＯＷレベルであるときには、正常起動と判断する。振幅信号がしきい値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、つまりコンパレータ７２の出力がＨＩＧＨレベルであるときには、脱調状態であると判断する。
制御部８０は、コンパレータ７２の出力信号を受けて、振幅信号がしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いとき、つまり、コンパレータ７２の出力がＬＯＷレベルであるときには、正常起動と判断する。振幅信号がしきい値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、つまりコンパレータ７２の出力がＨＩＧＨレベルであるときには、脱調状態であると判断する。
【0027】
制御部８０は、同期運転が成功したと判定されるときには、ファンモータＭの運転モードを、起動運転モードから定常運転モードでの運転に切り替える。同期運転が失敗したと判定されたときには、複数回再起動を試み、所定回数再起動を試みた場合でも毎回同期運転が成功したと判定されないときには、ファンモータＭが故障と判定し、アラームを発生させる等により故障通知を行う。
【0028】
回転検出部８１は、ファンモータＭの起動前に、ファンモータＭの空転時の回転方向（以下では、「空転方向」と呼ぶことがある）と、ファンモータＭの空転時の回転数（以下では「空転回転数」と呼ぶことがある）とを検出し、検出した空転方向及び空転回転数を制御部８０へ出力する。例えば、回転検出部８１は、ファンモータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の誘起電圧を用いて、空転方向及び空転回転数を検出する。例えば、回転検出部８１は、Ｕ相の誘起電圧の立ち上がりエッジの次に検出される立ち上がりエッジがＶ相の誘起電圧の立ち上がりエッジである場合には、空転方向が正転方向であると判定し、Ｕ相の誘起電圧の立ち上がりエッジの次に検出される立ち上がりエッジがＷ相の誘起電圧の立ち上がりエッジである場合には、空転方向が逆転方向であると判定する。また、空転回転数が大きくなるほどファンモータＭの誘起電圧の周期が小さくなるため、回転検出部５２は、例えば、Ｕ相の誘起電圧の周期に基づいて空転回転数を検出する。
【0029】
そして、制御部８０では、空転回転数が、正転方向の所定の回転数Ｒ１（以下では「正転Ｒ１」と呼ぶことがある）から逆転方向の所定の回転数Ｒ２（以下では「逆転Ｒ２」と呼ぶことがある）までの範囲にあるか否かを判定する。例えば、ファンモータＭの巻き線抵抗値が６０Ωである場合、正転方向をプラス、逆転方向をマイナスとして、正転Ｒ１＝４００ｒｐｍ、逆転Ｒ２＝－２００ｒｐｍに予め設定される。空転回転数が正転Ｒ１から逆転Ｒ２までの範囲にある場合は正転同期運転を行い、空転回転数が正転Ｒ１から逆転Ｒ２までの範囲にない場合は逆転しているかを判定し、逆転しているときには逆転同期運転を行う。
【0030】
以上の構成により、空転方向が正転方向である場合には、ロータの位置決めをするための位置決め通電処理を行った後、電流をリセットし、その後、γ軸電流Ｉγをゼロにするような回転磁界の角速度ωｅ′を推定し、同期運転処理を行う。これに伴い、ファンモータＭが回転すると、回転に伴い、電流検出回路２１で検出されたＵ相電流Ｉｕの振幅からなる信号が脱調判定部７０に入力され、平滑処理後の振幅信号がしきい値電圧Ｖｔｈと比較される。制御部８０では、振幅信号としきい値電圧Ｖｔｈとの比較結果を受けて、同期運転が成功したと判定されるときにはファンモータＭの運転モードを起動運転モードから定常運転モードでの運転に切り替える。一方、同期運転が失敗したと判定された場合、所定回数再起動を試みる。そして所定回数再起動を試みても、毎回同期運転が成功しないときには、故障通知を行う。これにより、ユーザはファンモータＭが故障したことを認識することができる。
一方、空転方向が逆転方向である場合には、逆転同期運転を行った後、正転同期運転に移行する。
一方、空転方向が逆転方向である場合には、逆転同期運転を行った後、正転同期運転に移行する。
【0031】
＜コンパレータ７２のしきい値電圧Ｖｔｈの設定方法＞
次に、コンパレータ７２のしきい値電圧Ｖｔｈの電圧値の設定方法を説明する。
速度推定処理部３２では、制御軸γ－δ軸上の電流ＩγをＰＩ制御することで、電流Ｉγを０〔Ａ〕になるように回転数を調整し、γ－δ座標軸の位相をｄ－ｑ座標軸の位相に近付ける。このとき、γ－δ座標軸の位相をｄ－ｑ座標軸の位相に近付けることができれば、図３中の位相調整区間Ｔ３に示すように、Ｕ相電流Ｉｕは、負荷に対して必要最低限の電流を流す方向に進み、電流の振幅は徐々に小さくなる。しかし、回転磁界とロータとが同期できずに脱調状態となった場合には、図４中の位相調整区間Ｔ３に示すように、電流の振幅は小さくならず、最終的にはファンモータＭも回らない。その結果、誘起電圧が発生しないため、Ｕ相電流Ｉｕは、Ｉｕ＝（印加電圧）／（ファンモータＭの巻線抵抗の大きさ）となる。したがって、この位相調整後の電流の大きさを検出することで、電流が小さいときには正常に起動し、電流が大きいときには脱調による起動失敗と判定することができる。なお、図３及び図４において、横軸は経過時間を表し、ファンモータＭ起動時における制御内容に応じて区分けされている。
次に、コンパレータ７２のしきい値電圧Ｖｔｈの電圧値の設定方法を説明する。
速度推定処理部３２では、制御軸γ－δ軸上の電流ＩγをＰＩ制御することで、電流Ｉγを０〔Ａ〕になるように回転数を調整し、γ－δ座標軸の位相をｄ－ｑ座標軸の位相に近付ける。このとき、γ－δ座標軸の位相をｄ－ｑ座標軸の位相に近付けることができれば、図３中の位相調整区間Ｔ３に示すように、Ｕ相電流Ｉｕは、負荷に対して必要最低限の電流を流す方向に進み、電流の振幅は徐々に小さくなる。しかし、回転磁界とロータとが同期できずに脱調状態となった場合には、図４中の位相調整区間Ｔ３に示すように、電流の振幅は小さくならず、最終的にはファンモータＭも回らない。その結果、誘起電圧が発生しないため、Ｕ相電流Ｉｕは、Ｉｕ＝（印加電圧）／（ファンモータＭの巻線抵抗の大きさ）となる。したがって、この位相調整後の電流の大きさを検出することで、電流が小さいときには正常に起動し、電流が大きいときには脱調による起動失敗と判定することができる。なお、図３及び図４において、横軸は経過時間を表し、ファンモータＭ起動時における制御内容に応じて区分けされている。
【0032】
以上から、しきい値電圧Ｖｔｈは、例えば、図５に示すように、「起動成功時のファンモータＭに最大負荷がかかっている場合に流れるであろう最大電流Ｉｕｏ」（正常起動レベル）と「起動失敗時に流れるであろう電流Ｉｕｘ（印加電圧／ファンモータＭの巻線抵抗の大きさ）」（脱調レベル）との間の値に相当する電圧値に設定すればよい。図５では、両者の中央値（Ｉｕｘ－Ｉｕｏ）／２に相当する電圧値をしきい値電圧Ｖｔｈとしている。
【0033】
ファンモータＭにおける負荷と起動前回転数との関係は、例えば、図６に示す特性を有する。図６において、横軸は起動前の回転速度〔ｒｐｍ〕、縦軸は、負荷である。図６に示すように、向い風で逆転している状態から正転方向に起動する場合は負荷が大きく、逆転時の回転速度が大きいときほど負荷は大きい。逆に正転している状態から起動する場合は、回転速度が大きいときほど必要な負荷は小さい。なお、風により、ファンモータＭが高い回転速度で回転しているときには、正転している場合及び逆転している場合とも、熱交換器に風が十分に吹きつけているため、ファンを起動する必要はない。
【0034】
＜モータ制御装置における処理＞
次に、ファンモータＭを起動する際の、モータ制御装置１の処理手順の一例を、図７に示すフローチャートを伴って説明する。
まず、空転回転数が、正転方向の所定の回転数Ｒ１（以下では「正転Ｒ１」と呼ぶことがある）から逆転方向の所定の回転数Ｒ２（以下、「逆転Ｒ２」ともいう。）までの範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ファンモータＭの巻き線抵抗値が６０Ωである場合、正転方向をプラス、逆転方向をマイナスとして、正転Ｒ１＝４００ｒｐｍ、逆転Ｒ２＝－２００ｒｐｍに予め設定される。
次に、ファンモータＭを起動する際の、モータ制御装置１の処理手順の一例を、図７に示すフローチャートを伴って説明する。
まず、空転回転数が、正転方向の所定の回転数Ｒ１（以下では「正転Ｒ１」と呼ぶことがある）から逆転方向の所定の回転数Ｒ２（以下、「逆転Ｒ２」ともいう。）までの範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ファンモータＭの巻き線抵抗値が６０Ωである場合、正転方向をプラス、逆転方向をマイナスとして、正転Ｒ１＝４００ｒｐｍ、逆転Ｒ２＝－２００ｒｐｍに予め設定される。
【0035】
空転回転数が正転Ｒ１から逆転Ｒ２までの範囲にある場合は、ステップＳ２からステップＳ６の処理は行われずに、ステップＳ７に進む。一方で、空転回転数が正転Ｒ１から逆転Ｒ２までの範囲にない場合は、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、空転回転数が、逆転Ｒ２から逆転方向の所定の回転数Ｒ３（以下、「逆転Ｒ３」ともいう。）までの範囲にあるか否かを判定する。但し「逆転Ｒ２＞逆転Ｒ３」であり、例えば、ファンモータＭの巻き線抵抗値が６０Ωである場合、逆転Ｒ３＝－４００ｒｐｍに予め設定される。
ステップＳ２では、空転回転数が、逆転Ｒ２から逆転方向の所定の回転数Ｒ３（以下、「逆転Ｒ３」ともいう。）までの範囲にあるか否かを判定する。但し「逆転Ｒ２＞逆転Ｒ３」であり、例えば、ファンモータＭの巻き線抵抗値が６０Ωである場合、逆転Ｒ３＝－４００ｒｐｍに予め設定される。
【0036】
空転回転数が逆転Ｒ２から逆転Ｒ３までの範囲にない場合は、ステップ１へ戻る。一方で、空転回転数が逆転Ｒ２から逆転Ｒ３までの範囲にある場合は、ステップＳ２からステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、ファンモータＭを逆転方向で同期運転（以下では「逆転同期運転」ともいう。）させる。
次いで、ステップＳ４では、ファンモータＭの位相を調整する。
次いで、ステップＳ５に移行し、ファンモータＭの運転モードをロータの位置を推定しない運転モード（同期運転モード）からロータの位置を推定する運転モード（ベクトル制御の運転モード（以下、ベクトル制御モードともいう。））に移行させ、ベクトル制御モードでファンモータＭを駆動させる。
ステップＳ３では、ファンモータＭを逆転方向で同期運転（以下では「逆転同期運転」ともいう。）させる。
次いで、ステップＳ４では、ファンモータＭの位相を調整する。
次いで、ステップＳ５に移行し、ファンモータＭの運転モードをロータの位置を推定しない運転モード（同期運転モード）からロータの位置を推定する運転モード（ベクトル制御の運転モード（以下、ベクトル制御モードともいう。））に移行させ、ベクトル制御モードでファンモータＭを駆動させる。
【0037】
次いで、ステップＳ６に移行し、ファンモータＭの回転速度を徐々に減速させてファンモータＭの回転方向を逆転方向から正転方向に反転させ、ファンモータＭを正転方向で同期運転させる。つまり、ファンモータＭの回転方向を逆転方向から正転方向に反転させる同期運転（以下、反転同期運転ともいう。）を行う。
そして、ステップＳ７に移行する。ステップＳ６からステップＳ７に直接移行した場合には、ステップＳ７では、ステップＳ６での正転方向での同期運転を継続する。また、ステップＳ１からステップＳ７に移行した場合には、ステップＳ７では、ファンモータＭを正転方向で同期運転させる。
そして、ステップＳ７に移行する。ステップＳ６からステップＳ７に直接移行した場合には、ステップＳ７では、ステップＳ６での正転方向での同期運転を継続する。また、ステップＳ１からステップＳ７に移行した場合には、ステップＳ７では、ファンモータＭを正転方向で同期運転させる。
【0038】
続いて、ステップＳ８では、ファンモータＭの位相を調整し、ステップＳ９に移行して、脱調判定を行う。すなわち、ファンモータＭの起動が成功したか否かを判定する。そして、起動が成功したならば、ステップＳ１０に移行し、ファンモータＭの運転モードを同期運転モードからベクトル制御モードに移行させ、ベクトル制御モードでファンモータＭを駆動させる。
そして、ステップＳ１１に移行し、ステップＳ１０でのベクトル制御モードでの駆動を引き続き行い、ベクトル制御でファンモータＭを駆動する通常運転を行う。
そして、ステップＳ１１に移行し、ステップＳ１０でのベクトル制御モードでの駆動を引き続き行い、ベクトル制御でファンモータＭを駆動する通常運転を行う。
【0039】
図８は、脱調判定時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
モータ制御装置１では、まず、電流検出を行う（ステップＳ２１）。具体的には、電流検出回路２１でＵ相電流Ｉｕを検出し、検出されたＵ相電流Ｉｕの振幅を全波整流又は半波整流した後、ローパスフィルタ処理を行う。そして、ステップ２２に移行しローパスフィルタ処理後の振幅信号がしきい値より大きいか否かを判定し、振幅信号がしきい値より小さいときには起動成功として、図７に戻りステップＳ１０に移行する。
モータ制御装置１では、まず、電流検出を行う（ステップＳ２１）。具体的には、電流検出回路２１でＵ相電流Ｉｕを検出し、検出されたＵ相電流Ｉｕの振幅を全波整流又は半波整流した後、ローパスフィルタ処理を行う。そして、ステップ２２に移行しローパスフィルタ処理後の振幅信号がしきい値より大きいか否かを判定し、振幅信号がしきい値より小さいときには起動成功として、図７に戻りステップＳ１０に移行する。
【0040】
一方、ステップＳ２２で振幅信号がしきい値以上であるときには、ステップＳ２３に移行し、カウント数ｎをｎ＋１に更新した後、ステップＳ２４に移行し、カウント数ｎに応じて運転条件を変更して、再起動を試みる。すなわち、カウント数ｎがｎ≦ｎ１であるときには、ステップＳ２５に移行し、起動時の電圧（例えば、加速電圧Ｖ＊ｈ）を変更する。具体的には加速電圧Ｖ＊ｈに対して所定の電圧値（ΔＶ）を加算する。そして、図７に戻りステップＳ１に移行する。
【0041】
また、カウント数ｎがｎ１＜ｎ≦ｎ２であるときには、ステップＳ２６に移行し、起動時の回転数（例えば、加速回転数ω＊ｅｈ）を変更する。具体的には加速回転数に対して所定の回転数（Δω）を加算する。このとき、加速電圧Ｖ＊ｈは起動時の電圧に戻す。そして、図７に戻りステップＳ１に移行する。さらにカウント数ｎがｎ２＜ｎ≦ｎ３であるときには、ステップＳ２７に移行し、周波数（ｆ＝ω／２π）に対応した電圧（いわゆるＶ／ｆ特性）を変更する。例えば、起動開始電圧Ｖ＊ｓと加速電圧Ｖ＊ｈと電圧値の変化を示す傾き（（Ｖ＊ｈ－Ｖ＊ｓ）／Ｔ２ｓ（Ｔ２ｓは、予め設定される正転同期運転区間の継続時間である。））をそれぞれ増加する。そして図７に戻りステップＳ１に移行する。さらに、カウント数ｎがｎ３＜ｎであるときには、ステップＳ２８に移行し、ファンモータＭが故障と判定し、警報を発すること等によりユーザにファンモータＭが故障していることを通知する。そして、図８に示す脱調判定処理を終了すると共に、図７に示すモータ起動処理を終了する。なお、カウント数ｎは、起動開始時には、初期値ｎ＝０に設定されている。ステップＳ２５からステップＳ２７の処理が運転条件変更部に対応している。
【0042】
＜ファンモータＭの起動が正転回転から開始される場合の動作＞
＜起動成功時の動作＞
次に、通常起動時、すなわち室外機ファンが逆転していない状態からファンモータＭを起動する場合の動作の一例を、図９を伴って説明する。図９は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータＭの回転数〔ｒａｄ／ｓ〕及びモータ印加電圧Ｖ〔Ｖ〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータＭの運転区間は、図９に示すように、ステップＳ１の処理が行われる非通電区間Ｔ１、ステップＳ７の処理が行われる正転同期運転区間Ｔ２、ステップＳ８の処理が行われる位相調整区間Ｔ３、ステップＳ９の処理が行われる脱調判定区間Ｔ３′、ステップＳ１０の処理が行われるモード移行区間Ｔ４、ステップＳ１１の処理が行われる通常運転区間Ｔ５に区別される。
＜起動成功時の動作＞
次に、通常起動時、すなわち室外機ファンが逆転していない状態からファンモータＭを起動する場合の動作の一例を、図９を伴って説明する。図９は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータＭの回転数〔ｒａｄ／ｓ〕及びモータ印加電圧Ｖ〔Ｖ〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータＭの運転区間は、図９に示すように、ステップＳ１の処理が行われる非通電区間Ｔ１、ステップＳ７の処理が行われる正転同期運転区間Ｔ２、ステップＳ８の処理が行われる位相調整区間Ｔ３、ステップＳ９の処理が行われる脱調判定区間Ｔ３′、ステップＳ１０の処理が行われるモード移行区間Ｔ４、ステップＳ１１の処理が行われる通常運転区間Ｔ５に区別される。
【0043】
非通電区間Ｔ１では、ファンモータＭは起動前の非通電状態にあり、回転検出部８１が空転方向及び空転回転数を検出する。図９の場合、検出された空転方向及び空転回転数は、ステップＳ１の条件に合致し、ファンモータＭの運転区間は非通電区間Ｔ１から正転同期運転区間Ｔ２に移行する。
正転同期運転区間Ｔ２では、十分な誘起電圧が得られる回転数までファンモータＭを加速させるため、モータ印加電圧Ｖと回転数とを増加させながらファンモータＭの回転を加速し、時間の経過と共に回転数を増加させる。
ファンモータＭは、例えば、時間Ｔ２ｓの間に、回転数が、起動開始回転数ω＊ｅｓから加速回転数ω＊ｅｈに収束するように駆動され、具体的には、次式（７）で表される特性で変化するように駆動される。
正転同期運転区間Ｔ２では、十分な誘起電圧が得られる回転数までファンモータＭを加速させるため、モータ印加電圧Ｖと回転数とを増加させながらファンモータＭの回転を加速し、時間の経過と共に回転数を増加させる。
ファンモータＭは、例えば、時間Ｔ２ｓの間に、回転数が、起動開始回転数ω＊ｅｓから加速回転数ω＊ｅｈに収束するように駆動され、具体的には、次式（７）で表される特性で変化するように駆動される。
【0044】
【数1】
【0045】
なお、時間Ｔ２ｓ、起動開始回転数ω＊ｅｓ、加速回転数ω＊ｅｈは、予め行われる試験等によって決定される所定値である。また、ｔは、正転同期運転区間Ｔ２の開始時点、つまり、ファンモータＭへの通電を開始した時点からの経過時間を示す。
また、ファンモータＭは、例えば、モータ印加電圧Ｖが、時間Ｔ２ｓの間に、起動開始電圧Ｖｓ＊から加速電圧Ｖｈ＊に収束するように駆動され、具体的には、線形に増加するように駆動される。
また、ファンモータＭは、例えば、モータ印加電圧Ｖが、時間Ｔ２ｓの間に、起動開始電圧Ｖｓ＊から加速電圧Ｖｈ＊に収束するように駆動され、具体的には、線形に増加するように駆動される。
【0046】
ファンモータＭを、例えば目標値まで加速したならば、位相調整区間Ｔ３に移行する。
位相調整区間Ｔ３では、正転同期運転区間Ｔ２で到達した加速電圧値Ｖｈ＊に対して、現在の負荷状態に合わせて回転数を調整することにより、γ－δ座標系と、ｄ－ｑ座標系との位相差を一致させる。
つまり、ファンモータＭは、モータ印加電圧Ｖが加速電圧Ｖｈ＊を維持した状態で、時間Ｔ３ｓの間に、回転数が、加速回転数ω＊ｅｈから、γ軸電流Ｉγをゼロにし得る回転数ωｅ′に収束するように、制御される。時間Ｔ３ｓは、例えば、γ軸電流Ｉγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続く脱調判定区間Ｔ３′では、脱調判定が行われる。なお、脱調判定区間Ｔ３′では、脱調と判定されるまでは、位相調整区間Ｔ３でのファンモータＭの駆動制御が引き続き行われる。
位相調整区間Ｔ３では、正転同期運転区間Ｔ２で到達した加速電圧値Ｖｈ＊に対して、現在の負荷状態に合わせて回転数を調整することにより、γ－δ座標系と、ｄ－ｑ座標系との位相差を一致させる。
つまり、ファンモータＭは、モータ印加電圧Ｖが加速電圧Ｖｈ＊を維持した状態で、時間Ｔ３ｓの間に、回転数が、加速回転数ω＊ｅｈから、γ軸電流Ｉγをゼロにし得る回転数ωｅ′に収束するように、制御される。時間Ｔ３ｓは、例えば、γ軸電流Ｉγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続く脱調判定区間Ｔ３′では、脱調判定が行われる。なお、脱調判定区間Ｔ３′では、脱調と判定されるまでは、位相調整区間Ｔ３でのファンモータＭの駆動制御が引き続き行われる。
【0047】
ファンモータＭが正常に起動されたとき、位相調整区間Ｔ３におけるＵ相電流Ｉｕは、図３に示すように、電流の振幅が徐々に小さくなるため、Ｕ相電流Ｉｕの振幅はしきい値よりも小さくなる。そのため、脱調判定の結果、正常に起動したと判定され、モード移行が行われる。モード移行区間Ｔ４では、同期運転モードからベクトル制御の運転モード（以後、ベクトル制御モードともいう。）へ移行し、ファンモータＭが一定の回転数で回転するように制御され、これに伴いモータ印加電圧Ｖも一定となるように制御される。
そして、続く通常運転区間Ｔ５では、モータ制御装置１の外部から入力される機械角速度指令値ωｍ＿ｒｅｆに基づいて、ファンモータＭは、速度及びトルク制御によりベクトル制御モードで駆動される。
そして、続く通常運転区間Ｔ５では、モータ制御装置１の外部から入力される機械角速度指令値ωｍ＿ｒｅｆに基づいて、ファンモータＭは、速度及びトルク制御によりベクトル制御モードで駆動される。
【0048】
＜起動失敗時の動作＞
一方、ファンモータＭが正常に起動されないときには、位相調整区間Ｔ３におけるＵ相電流Ｉｕは、図４に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、図１０に示すように、脱調判定区間Ｔ３′では、Ｕ相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータＭは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧Ｖ及び回転数は共にゼロに収束し、非通電区間Ｔ１に移行する。
一方、ファンモータＭが正常に起動されないときには、位相調整区間Ｔ３におけるＵ相電流Ｉｕは、図４に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、図１０に示すように、脱調判定区間Ｔ３′では、Ｕ相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータＭは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧Ｖ及び回転数は共にゼロに収束し、非通電区間Ｔ１に移行する。
【0049】
そして、起動に失敗したことから、起動時の条件が変更されて、再起動が試みられ、非通電区間Ｔ１から正転同期運転区間Ｔ２に移行し、上記と同様に同期運転が開始される。
そして、正転同期運転区間Ｔ２から位相調整区間Ｔ３に移行し、脱調判定区間Ｔ３′で再起動に失敗したときには、起動時の条件が変更されて再起動が試みられる。そして、所定回数起動時の条件を変更して駆動したとしても起動に失敗したときには、ファンモータＭが故障したとして故障通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータＭが故障したことを認識することができる。
そして、正転同期運転区間Ｔ２から位相調整区間Ｔ３に移行し、脱調判定区間Ｔ３′で再起動に失敗したときには、起動時の条件が変更されて再起動が試みられる。そして、所定回数起動時の条件を変更して駆動したとしても起動に失敗したときには、ファンモータＭが故障したとして故障通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータＭが故障したことを認識することができる。
【0050】
＜ファンモータＭの起動が逆転同期運転から開始される場合の動作＞
＜起動成功時の動作＞
次に、室外機ファンが、逆転している状態からファンモータＭを起動する場合の動作の一例を図１１を伴って説明する。図１１は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータＭの回転数〔ｒａｄ／ｓ〕及びモータ印加電圧Ｖ〔Ｖ〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータＭの運転区間は、図１１に示すように、ステップＳ１及びステップＳ２の処理が行われる非通電区間Ｔ１１、ステップＳ３の処理が行われる逆転同期運転区間Ｔ１２、ステップＳ４の処理が行われる位相調整区間Ｔ１３、ステップＳ５の処理が行われるモード移行区間Ｔ１４、ステップＳ６の処理が行われる反転同期運転区間Ｔ１５、ステップＳ７の処理が行われる正転同期運転区間Ｔ１６、ステップＳ８の処理が行われる位相調整区間Ｔ１７、ステップＳ９の処理が行われる脱調判定区間Ｔ１７′、ステップＳ１０の処理が行われるモード移行区間Ｔ１８、ステップＳ１１の処理が行われる通常運転区間Ｔ１９に区別される。また、反転同期運転区間Ｔ１５は、減速運転区間Ｔ１５ａと、移行同期運転区間Ｔ１５ｂとを含む。
＜起動成功時の動作＞
次に、室外機ファンが、逆転している状態からファンモータＭを起動する場合の動作の一例を図１１を伴って説明する。図１１は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータＭの回転数〔ｒａｄ／ｓ〕及びモータ印加電圧Ｖ〔Ｖ〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータＭの運転区間は、図１１に示すように、ステップＳ１及びステップＳ２の処理が行われる非通電区間Ｔ１１、ステップＳ３の処理が行われる逆転同期運転区間Ｔ１２、ステップＳ４の処理が行われる位相調整区間Ｔ１３、ステップＳ５の処理が行われるモード移行区間Ｔ１４、ステップＳ６の処理が行われる反転同期運転区間Ｔ１５、ステップＳ７の処理が行われる正転同期運転区間Ｔ１６、ステップＳ８の処理が行われる位相調整区間Ｔ１７、ステップＳ９の処理が行われる脱調判定区間Ｔ１７′、ステップＳ１０の処理が行われるモード移行区間Ｔ１８、ステップＳ１１の処理が行われる通常運転区間Ｔ１９に区別される。また、反転同期運転区間Ｔ１５は、減速運転区間Ｔ１５ａと、移行同期運転区間Ｔ１５ｂとを含む。
【0051】
非通電区間Ｔ１１では、ファンモータＭは起動前の非通電状態にあり、回転検出部８１が空転方向及び空転回転数を検出する。この場合、検出された空転方向及び空転回転数は、ステップＳ２の条件に合致し、ファンモータＭの運転区間は非通電区間Ｔ１１から逆転同期運転区間Ｔ１２に移行する。
逆転同期運転区間Ｔ１２では、ファンモータＭは、例えば、時間Ｔ２ｇの間に、回転数が、逆転時の起動開始回転数ω＊ｇｅｓから加速回転数ω＊ｇｅｈに収束するように駆動され、具体的には、次式（８）で表される特性で変化するように駆動される。
逆転同期運転区間Ｔ１２では、ファンモータＭは、例えば、時間Ｔ２ｇの間に、回転数が、逆転時の起動開始回転数ω＊ｇｅｓから加速回転数ω＊ｇｅｈに収束するように駆動され、具体的には、次式（８）で表される特性で変化するように駆動される。
【0052】
【数2】
【0053】
なお、時間Ｔ２ｇ、逆転時の起動開始回転数ω＊ｇｅｓ、加速回転数ω＊ｇｅｈは、予め行われる試験等によって決定される所定値である。また、ｔは、逆転同期運転区間Ｔ１２の開始時点、つまり、ファンモータＭへの通電が開始された時点からの経過時間を示す。
また、ファンモータＭは、例えば、モータ印加電圧Ｖが、時間Ｔ２ｇの間に、逆転時の起動開始電圧Ｖｇｓ＊から加速電圧Ｖ＊ｇｈに収束するように駆動され、具体的には、線形に減少するように駆動される。
ファンモータＭを、例えば目標値まで加速したならば、位相調整区間Ｔ１３に移行する。
また、ファンモータＭは、例えば、モータ印加電圧Ｖが、時間Ｔ２ｇの間に、逆転時の起動開始電圧Ｖｇｓ＊から加速電圧Ｖ＊ｇｈに収束するように駆動され、具体的には、線形に減少するように駆動される。
ファンモータＭを、例えば目標値まで加速したならば、位相調整区間Ｔ１３に移行する。
【0054】
位相調整区間Ｔ１３では、正転から起動する場合の位相調整区間Ｔ３と同様に、逆転時の同期運転区間で到達した加速電圧値Ｖ＊ｇｈに対して、現在の負荷状態に合わせて回転数を調整することにより、γ－δ座標系と、ｄ－ｑ座標系との位相差を一致させる。
つまり、ファンモータＭは、モータ印加電圧Ｖが加速電圧Ｖ＊ｇｈを維持した状態で、時間Ｔ１３ｓの間に、回転数が、加速回転数ω＊ｇｈから、γ軸電流Ｉγをゼロにし得る回転数ωｅ′に収束するように、制御される。時間Ｔ１３ｓは、例えば、γ軸電流Ｉγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続くモード移行区間Ｔ１４では、同期運転モードからベクトル制御の運転モードへ移行し、ファンモータＭが一定の回転数で回転するように制御され、これに伴いモータ印加電圧Ｖも一定となるように制御される。
つまり、ファンモータＭは、モータ印加電圧Ｖが加速電圧Ｖ＊ｇｈを維持した状態で、時間Ｔ１３ｓの間に、回転数が、加速回転数ω＊ｇｈから、γ軸電流Ｉγをゼロにし得る回転数ωｅ′に収束するように、制御される。時間Ｔ１３ｓは、例えば、γ軸電流Ｉγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続くモード移行区間Ｔ１４では、同期運転モードからベクトル制御の運転モードへ移行し、ファンモータＭが一定の回転数で回転するように制御され、これに伴いモータ印加電圧Ｖも一定となるように制御される。
【0055】
そして、続く反転同期運転区間Ｔ１５のうち、例えば、減速運転区間Ｔ１５ａでは、モード移行区間Ｔ１４が終了する時点におけるファンモータＭの回転数を同期起動開始回転数ω＊ｇｄとしたとき、回転数が同期起動開始回転数ω＊ｇｄから減速回転数ω＊ｇｅｇに収束するように駆動される。また、モード移行区間Ｔ１４が終了する時点におけるｄ軸の電圧を同期起動開始電圧Ｖ＊ｇｄとしたとき、モータ印加電圧Ｖが、同期起動開始電圧Ｖ＊ｇｄから減速電圧Ｖ＊ｇｅｇに減速するように駆動される。続く移行同期運転区間Ｔ１５ｂでは、ファンモータＭは、ファンモータＭの回転数が、時間Ｔ５ｇ′の間に、減速回転数ω＊ｇｅｇから起動開始回転数ω＊ｓｅｓに収束するように駆動される。また、モータ印加電圧Ｖが、時間Ｔ５ｇ′の間に、減速電圧Ｖ＊ｇｅｇから、起動開始電圧Ｖ＊ｓｈに収束するように駆動される。このとき、減速運転区間Ｔ１５ａでは、時間Ｔ５ｇの間に、回転数が同期起動開始回転数ω＊ｇｄから起動開始回転数ω＊ｓｅｓに収束し、且つ、時間Ｔ５ｇ′の間に、減速回転数ω＊ｇｅｇから起動開始回転数ω＊ｓｅｓに収束するように駆動される。同様に、減速運転区間Ｔ１５ａでは、時間Ｔ５ｇの間に、モータ印加電圧Ｖが、同期起動開始電圧Ｖ＊ｇｄから起動開始電圧Ｖ＊ｓｈに収束し、且つ、時間Ｔ５ｇ′の間に、減速電圧Ｖ＊ｇｅｇから起動開始電圧Ｖ＊ｓｈに収束するように駆動される。
【0056】
続く、正転同期運転区間Ｔ１６では、正転回転から起動される場合の正転同期運転区間Ｔ２と同様に制御され、以後、位相調整区間Ｔ１７、脱調判定区間Ｔ１７′、モード移行区間Ｔ１８、通常運転区間Ｔ１９は、正転回転から起動される場合の位相調整区間Ｔ３、脱調判定区間Ｔ３′、モード移行区間Ｔ４、通常運転区間Ｔ５のそれぞれと同様に制御される。
つまり、図１１の場合には、正転回転に移行した後、ファンモータＭの起動は成功するため、脱調判定区間Ｔ１７′では、起動成功と判定されて続いてモード移行し、ベクトル制御モードでの運転が行われる。
つまり、図１１の場合には、正転回転に移行した後、ファンモータＭの起動は成功するため、脱調判定区間Ｔ１７′では、起動成功と判定されて続いてモード移行し、ベクトル制御モードでの運転が行われる。
【0057】
＜起動失敗時の動作＞
一方、ファンモータＭが正常に起動されないときには、図１２に示す、位相調整区間Ｔ１７におけるＵ相電流Ｉｕは、図４に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、脱調判定区間Ｔ１７′では、Ｕ相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータＭは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧Ｖ及び回転数は共にゼロとなり、非通電区間Ｔ１１となる。
そして、起動に失敗したことから、ファンモータＭの起動が逆転同期運転から改めて開始される。そして、起動時の条件を、所定回数変更して起動を試みたとしても毎回起動に失敗したときには、ファンモータＭが故障したとして通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータＭが故障したことを認識することができる。
一方、ファンモータＭが正常に起動されないときには、図１２に示す、位相調整区間Ｔ１７におけるＵ相電流Ｉｕは、図４に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、脱調判定区間Ｔ１７′では、Ｕ相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータＭは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧Ｖ及び回転数は共にゼロとなり、非通電区間Ｔ１１となる。
そして、起動に失敗したことから、ファンモータＭの起動が逆転同期運転から改めて開始される。そして、起動時の条件を、所定回数変更して起動を試みたとしても毎回起動に失敗したときには、ファンモータＭが故障したとして通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータＭが故障したことを認識することができる。
【0058】
＜効果＞
以上説明したように、モータ制御装置１では、起動時に、脱調判定を行い、この脱調判定を、位相調整を行った後の、ファンモータＭに供給される相電流のうちの一つであるＵ相の電流波形に基づいて行っている。そのため、ファンモータＭのロータの位置を検出するセンサを設けなくとも、回転磁界とロータとが同期したかを判定することができる。したがって、センサレスの同期モータを用いる場合であっても、ファンモータＭを、より確実に起動することができる。
また、ファンモータＭの起動に失敗したと判定されるときには、複数回、起動条件を変更して再起動を試みるようにしているため、起動成功となる確率を高めることができると共に、複数回、起動条件を変更して起動を試みたとしても起動に失敗するときにはファンモータＭが故障したと判定するため、ファンモータＭの故障をソフト的に検出することができる。
また、ファンモータＭが故障したと判定したときに、ファンモータＭの駆動を停止することにより、ファンモータＭが故障したことをハード的に検出する場合に比較してより早い段階で停止することができる。
以上説明したように、モータ制御装置１では、起動時に、脱調判定を行い、この脱調判定を、位相調整を行った後の、ファンモータＭに供給される相電流のうちの一つであるＵ相の電流波形に基づいて行っている。そのため、ファンモータＭのロータの位置を検出するセンサを設けなくとも、回転磁界とロータとが同期したかを判定することができる。したがって、センサレスの同期モータを用いる場合であっても、ファンモータＭを、より確実に起動することができる。
また、ファンモータＭの起動に失敗したと判定されるときには、複数回、起動条件を変更して再起動を試みるようにしているため、起動成功となる確率を高めることができると共に、複数回、起動条件を変更して起動を試みたとしても起動に失敗するときにはファンモータＭが故障したと判定するため、ファンモータＭの故障をソフト的に検出することができる。
また、ファンモータＭが故障したと判定したときに、ファンモータＭの駆動を停止することにより、ファンモータＭが故障したことをハード的に検出する場合に比較してより早い段階で停止することができる。
【0059】
＜変形例＞
上記実施形態においては、正転同期運転後の位相調整のみで、脱調判定を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、逆転同期運転後の位相調整においても脱調判定を行ってもよい。具体的には、位相調整区間Ｔ１３で脱調判定を行ってもよい。
また、上記実施形態においては、起動に失敗したと判定されるときには、失敗した回数に応じて、起動開始電圧Ｖ＊ｓ、起動開始回転数ω＊ｅｓ、電圧上昇傾きＶＦのいずれか一つの条件を変更する場合について説明したが、これらのうちの複数を変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、起動時には、図９から図１２に示すように回転数及びモータ印加電圧Ｖが変化するように駆動制御する場合について説明したが、これに限るものではなく、ファンモータＭを起動する際に位相調整を行うようにした駆動方法であれば適用することができる。
上記実施形態においては、正転同期運転後の位相調整のみで、脱調判定を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、逆転同期運転後の位相調整においても脱調判定を行ってもよい。具体的には、位相調整区間Ｔ１３で脱調判定を行ってもよい。
また、上記実施形態においては、起動に失敗したと判定されるときには、失敗した回数に応じて、起動開始電圧Ｖ＊ｓ、起動開始回転数ω＊ｅｓ、電圧上昇傾きＶＦのいずれか一つの条件を変更する場合について説明したが、これらのうちの複数を変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、起動時には、図９から図１２に示すように回転数及びモータ印加電圧Ｖが変化するように駆動制御する場合について説明したが、これに限るものではなく、ファンモータＭを起動する際に位相調整を行うようにした駆動方法であれば適用することができる。
【0060】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【0061】
１ センサレス同期モータ制御装置
１０ 駆動部
２０ 検出部
３０ 演算部
４０ 電圧出力部
５０ 積分部
６０ 第１の変換部
７０ 脱調判定部
８０ 制御部
８１ 回転検出部
１０ 駆動部
２０ 検出部
３０ 演算部
４０ 電圧出力部
５０ 積分部
６０ 第１の変換部
７０ 脱調判定部
８０ 制御部
８１ 回転検出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】