JP3168967B2 - 電気角検出装置および方法、並びにモータ制御装置 - Google Patents
電気角検出装置および方法、並びにモータ制御装置Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサレスで同期
モータの電気角を検出する技術および同期モータを制御
する技術に関し、詳しくは同期モータの運転状態が静止
中および低回転である場合におけるこれらの技術に関す
る。
モータの電気角を検出する技術および同期モータを制御
する技術に関し、詳しくは同期モータの運転状態が静止
中および低回転である場合におけるこれらの技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多相交流を巻線に流し、該巻線による磁
界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
転させる同期モータで、所望の回転トルクを得るために
は、回転子の位置、即ち電気角に応じて巻線に流す多相
交流を制御する必要がある。この際、ホール素子等のセ
ンサを用いて電気角を検出する方法もあるが、同期モー
タの制御装置の信頼性を確保する観点から、上述したセ
ンサを用いない、いわゆるセンサレスで電気角を検出す
ることが望まれている。
界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
転させる同期モータで、所望の回転トルクを得るために
は、回転子の位置、即ち電気角に応じて巻線に流す多相
交流を制御する必要がある。この際、ホール素子等のセ
ンサを用いて電気角を検出する方法もあるが、同期モー
タの制御装置の信頼性を確保する観点から、上述したセ
ンサを用いない、いわゆるセンサレスで電気角を検出す
ることが望まれている。
【０００３】例えば、同期モータが静止時または低回転
で運転している場合において、センサレスで電気角を検
出する方法としては、次の方法が知られている。これ
は、いわゆる突極型の永久磁石型モータについて、回転
子角度に応じて磁気回路中の磁気抵抗が変化し、巻線の
インダクタンスが変化することを利用したものである。
で運転している場合において、センサレスで電気角を検
出する方法としては、次の方法が知られている。これ
は、いわゆる突極型の永久磁石型モータについて、回転
子角度に応じて磁気回路中の磁気抵抗が変化し、巻線の
インダクタンスが変化することを利用したものである。
【０００４】永久磁石型の三相同期モータを例にとって
説明する。この同期モータは図４に示す通り、Ｕ，Ｖ，
Ｗの三相コイルと、回転軸中心回りに回転する永久磁石
を有する等価回路により表される。この等価回路におい
て永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸と定義
し、それに直交する軸をｑ軸と定義する。このように定
義するとモータのトルクを主に支配するのはｑ軸方向の
磁界となる。また、電気角はＵ相コイルを貫く軸とｄ軸
との回転角θとなる。なお、ｄ軸方向に磁界を生じるよ
うに電圧を印加した場合の巻線のインダクタンスをＬｄ
とし、同じくｑ軸方向についてのインダクタンスをＬｑ
とする。一方、この同期モータを制御する制御装置は、
最初は回転子の位置を正確に検出できていないため、図
４に示す通り、電気角がθｃであると想定しており、現
実の電気角θとは誤差△θを生じている。図４では、制
御装置が想定している軸を、前記ｄ軸、ｑ軸に対し、γ
軸、δ軸として示している。
説明する。この同期モータは図４に示す通り、Ｕ，Ｖ，
Ｗの三相コイルと、回転軸中心回りに回転する永久磁石
を有する等価回路により表される。この等価回路におい
て永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸と定義
し、それに直交する軸をｑ軸と定義する。このように定
義するとモータのトルクを主に支配するのはｑ軸方向の
磁界となる。また、電気角はＵ相コイルを貫く軸とｄ軸
との回転角θとなる。なお、ｄ軸方向に磁界を生じるよ
うに電圧を印加した場合の巻線のインダクタンスをＬｄ
とし、同じくｑ軸方向についてのインダクタンスをＬｑ
とする。一方、この同期モータを制御する制御装置は、
最初は回転子の位置を正確に検出できていないため、図
４に示す通り、電気角がθｃであると想定しており、現
実の電気角θとは誤差△θを生じている。図４では、制
御装置が想定している軸を、前記ｄ軸、ｑ軸に対し、γ
軸、δ軸として示している。
【０００５】この状態で、電気角を検出するためにモー
タ制御装置は、γ軸方向に電圧を印加し、その結果、γ
方向およびδ方向に流れる電流を検出する。仮にモータ
制御装置が想定しているγ軸がｄ軸と一致している場合
には、δ方向の電流は検出されないはずである。しか
し、電気角に誤差△θを生じている場合には、δ軸方向
の電流が検出される。また、△θの大きさに応じてγ軸
方向の電流およびδ軸方向の電流が変化する。従って、
これらの検出電流に基づいて誤差△θを演算することが
でき、ひいては電気角θを検出することができる。な
お、誤差△θを求めるための演算方法については、後で
詳述する。
タ制御装置は、γ軸方向に電圧を印加し、その結果、γ
方向およびδ方向に流れる電流を検出する。仮にモータ
制御装置が想定しているγ軸がｄ軸と一致している場合
には、δ方向の電流は検出されないはずである。しか
し、電気角に誤差△θを生じている場合には、δ軸方向
の電流が検出される。また、△θの大きさに応じてγ軸
方向の電流およびδ軸方向の電流が変化する。従って、
これらの検出電流に基づいて誤差△θを演算することが
でき、ひいては電気角θを検出することができる。な
お、誤差△θを求めるための演算方法については、後で
詳述する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記方法は、同期モー
タが静止時または低回転で運転している場合において電
気角を比較的精度良く検出することができる優れたもの
である。しかし、かかる運転状態にある同期モータであ
っても、モータが出力すべきトルクをモータの定格に応
じて定まる所定のトルク以上に大きくしていくと、上述
の方法では電気角を検出できないことが確認された。モ
ータをセンサレスで制御する技術は、比較的近年になっ
て研究が開始された技術であり、かかる課題について報
告された例は今まで存在しなかった。
タが静止時または低回転で運転している場合において電
気角を比較的精度良く検出することができる優れたもの
である。しかし、かかる運転状態にある同期モータであ
っても、モータが出力すべきトルクをモータの定格に応
じて定まる所定のトルク以上に大きくしていくと、上述
の方法では電気角を検出できないことが確認された。モ
ータをセンサレスで制御する技術は、比較的近年になっ
て研究が開始された技術であり、かかる課題について報
告された例は今まで存在しなかった。
【０００７】これに対し、出力すべきトルクに対し、十
分に余裕のある定格でモータを設計することも可能では
あるが、これはモータの大型化および重量の増大という
問題を招いてしまう。
分に余裕のある定格でモータを設計することも可能では
あるが、これはモータの大型化および重量の増大という
問題を招いてしまう。
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになさ
れ、同期モータが静止時または低回転で運転している際
に、高トルクを出力することが要求された場合にも、そ
の電気角を精度良く検出し、モータを適切に制御する技
術を提供することを目的とする。
れ、同期モータが静止時または低回転で運転している際
に、高トルクを出力することが要求された場合にも、そ
の電気角を精度良く検出し、モータを適切に制御する技
術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、本発明では以下の構成を採っ
た。本発明の第１の電気角検出装置は、多相交流を巻線
に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石による磁界
との相互作用により回転子を回転させる同期モータにつ
いて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による
磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回
転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向で
あるｑ軸方向を定義する電気角を検出する電気角検出装
置であって、前記モータが出力すべきトルクであるトル
ク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対
し、所定期間、所定の負の電圧を重畳して印加する制御
を行う印加電圧制御手段と、前記ｄ軸方向に磁界を生じ
るｄ軸電流、および前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電
流のそれぞれについて、前記重畳された電圧に応じて生
じる挙動を検出する電流検出手段と、該検出された電流
の挙動に基づいて、前記モータの電気角を演算する電気
角演算手段とを備えることを要旨とする。
記課題を解決するために、本発明では以下の構成を採っ
た。本発明の第１の電気角検出装置は、多相交流を巻線
に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石による磁界
との相互作用により回転子を回転させる同期モータにつ
いて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による
磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回
転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向で
あるｑ軸方向を定義する電気角を検出する電気角検出装
置であって、前記モータが出力すべきトルクであるトル
ク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対
し、所定期間、所定の負の電圧を重畳して印加する制御
を行う印加電圧制御手段と、前記ｄ軸方向に磁界を生じ
るｄ軸電流、および前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電
流のそれぞれについて、前記重畳された電圧に応じて生
じる挙動を検出する電流検出手段と、該検出された電流
の挙動に基づいて、前記モータの電気角を演算する電気
角演算手段とを備えることを要旨とする。
【００１０】本発明の第１の電気角検出方法は、多相交
流を巻線に流すことにより該巻線に生じる磁界と永久磁
石による磁界との相互作用により回転子を回転させる同
期モータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永
久磁石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前
記回転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直
交する方向であるｑ軸方向を定義する電気角を検出する
電気角検出方法であって、前記モータが出力すべきトル
クであるトルク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加され
る電圧に対し、所定期間、所定の負の電圧を重畳して印
加する制御を行い、前記ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電
流、および前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流のそれ
ぞれについて、前記重畳された電圧に応じて生じる挙動
を検出し、該検出された電流の挙動に基づいて、前記モ
ータの電気角を演算することを要旨とする。
流を巻線に流すことにより該巻線に生じる磁界と永久磁
石による磁界との相互作用により回転子を回転させる同
期モータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永
久磁石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前
記回転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直
交する方向であるｑ軸方向を定義する電気角を検出する
電気角検出方法であって、前記モータが出力すべきトル
クであるトルク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加され
る電圧に対し、所定期間、所定の負の電圧を重畳して印
加する制御を行い、前記ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電
流、および前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流のそれ
ぞれについて、前記重畳された電圧に応じて生じる挙動
を検出し、該検出された電流の挙動に基づいて、前記モ
ータの電気角を演算することを要旨とする。
【００１１】従来の電気角検出方法においては、モータ
が出力すべきトルクであるトルク指令値に応じてｄ軸方
向において印加される電圧に対し、所定期間、所定の正
の電圧を重畳して印加していたのに対し、上述の電気角
検出装置および電気角検出方法においては、ｑ軸方向に
所定の負の電圧を重畳して印加する点で相違する。この
結果、上述の電気角検出装置および電気角検出方法によ
れば、同期モータが静止時または低回転（以下、両者を
含めて低速運転時と呼ぶ）において、高トルクを出力す
べき要求がなされた場合であっても電気角を精度良く検
出することができる。
が出力すべきトルクであるトルク指令値に応じてｄ軸方
向において印加される電圧に対し、所定期間、所定の正
の電圧を重畳して印加していたのに対し、上述の電気角
検出装置および電気角検出方法においては、ｑ軸方向に
所定の負の電圧を重畳して印加する点で相違する。この
結果、上述の電気角検出装置および電気角検出方法によ
れば、同期モータが静止時または低回転（以下、両者を
含めて低速運転時と呼ぶ）において、高トルクを出力す
べき要求がなされた場合であっても電気角を精度良く検
出することができる。
【００１２】なお、本明細書において重畳するとは、一
般に用いられる搬送波に信号波を重ね合わせるという意
味よりも広い意味に用いており、第１の電圧値に第２の
電圧値を加えた電圧を印加するという意味で用いてい
る。従って、ｑ軸方向に所定の負の電圧を重畳して印加
するとは、ｑ軸方向に所定の値だけ減じた電圧を印加す
るというのと同義である。
般に用いられる搬送波に信号波を重ね合わせるという意
味よりも広い意味に用いており、第１の電圧値に第２の
電圧値を加えた電圧を印加するという意味で用いてい
る。従って、ｑ軸方向に所定の負の電圧を重畳して印加
するとは、ｑ軸方向に所定の値だけ減じた電圧を印加す
るというのと同義である。
【００１３】上記発明がなされるためには、当然、従来
の電気角検出方法によっては高トルクが要求された時に
電気角を検出できなかった原因について解明することが
必要である。従来の電気角検出方法について、高トルク
が要求された時に電気角を検出できないという事象およ
びその原因について報告された例は存在しなかった。そ
こで、本願発明者は、種々の実験および解析に基づい
て、上記原因が以下に示す点にあることを明らかにし
た。
の電気角検出方法によっては高トルクが要求された時に
電気角を検出できなかった原因について解明することが
必要である。従来の電気角検出方法について、高トルク
が要求された時に電気角を検出できないという事象およ
びその原因について報告された例は存在しなかった。そ
こで、本願発明者は、種々の実験および解析に基づい
て、上記原因が以下に示す点にあることを明らかにし
た。
【００１４】先に説明した通り、従来の方法により電気
角を検出する場合には、電気角検出装置は、トルク指令
値に応じて印加すべき電圧に対し、図４のγ軸方向に電
気角検出用の電圧△Ｖγを重畳して印加する。図４に示
したγ軸からｄ軸に回転する方向、即ち回転子の回転す
る方向を正として電気角誤差が生じていると仮定すれ
ば、上記△Ｖγに応じてｄ軸およびｑ軸に印加される電
圧△Ｖｄ，△Ｖｑは、それぞれ次式（１）で表される。 △Ｖｄ＝ △Ｖγ・ｃｏｓ△θ △Ｖｑ＝−△Ｖγ・ｓｉｎ△θ ・・・（１）
角を検出する場合には、電気角検出装置は、トルク指令
値に応じて印加すべき電圧に対し、図４のγ軸方向に電
気角検出用の電圧△Ｖγを重畳して印加する。図４に示
したγ軸からｄ軸に回転する方向、即ち回転子の回転す
る方向を正として電気角誤差が生じていると仮定すれ
ば、上記△Ｖγに応じてｄ軸およびｑ軸に印加される電
圧△Ｖｄ，△Ｖｑは、それぞれ次式（１）で表される。 △Ｖｄ＝ △Ｖγ・ｃｏｓ△θ △Ｖｑ＝−△Ｖγ・ｓｉｎ△θ ・・・（１）
【００１５】従って、これらの電圧Ｖｄ，Ｖｑに応じて
ｄ軸、ｑ軸方向に流れる電流△Ｉｄ、△Ｉｑは、ｄ軸方
向およびｑ軸方向のインダクタンスをＬｄ，Ｌｑとし、
電圧印加後の経過時間をｔとすれば、それぞれ次式
（２）で表される。 △Ｉｄ＝ △Ｖγ・ｔ・ｃｏｓ△θ／Ｌｄ △Ｉｑ＝−△Ｖγ・ｔ・ｓｉｎ△θ／Ｌｑ ・・・（２）
ｄ軸、ｑ軸方向に流れる電流△Ｉｄ、△Ｉｑは、ｄ軸方
向およびｑ軸方向のインダクタンスをＬｄ，Ｌｑとし、
電圧印加後の経過時間をｔとすれば、それぞれ次式
（２）で表される。 △Ｉｄ＝ △Ｖγ・ｔ・ｃｏｓ△θ／Ｌｄ △Ｉｑ＝−△Ｖγ・ｔ・ｓｉｎ△θ／Ｌｑ ・・・（２）
【００１６】次に、上記△Ｉｄ、△Ｉｑを電気角検出装
置が想定しているγ軸、δ軸方向の電流値△Ｉγ、△Ｉ
δに変換すると、それぞれ次式（３）および（４）で表
される。参考としてγ軸方向に電圧△Ｖγが印加された
場合におけるγ軸、δ軸方向の電流変化の様子を図７に
示す。 △Ｉγ＝△Ｉｄ・ｃｏｓ△θ−△Ｉｑ・ｓｉｎ△θ ＝△Ｖγ・ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２△θ） ・・・（３） △Ｉδ＝△Ｉｄ・ｓｉｎ△θ−△Ｉｑ・ｃｏｓ△θ ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ ・・・（４） 但し、 Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２ △Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２ である。なお、図３および図４で示す、いわゆる突極型
のモータでは、インダクタンスにはＬｄ＜Ｌｑなる関係
があり、△Ｉ＞０となる。
置が想定しているγ軸、δ軸方向の電流値△Ｉγ、△Ｉ
δに変換すると、それぞれ次式（３）および（４）で表
される。参考としてγ軸方向に電圧△Ｖγが印加された
場合におけるγ軸、δ軸方向の電流変化の様子を図７に
示す。 △Ｉγ＝△Ｉｄ・ｃｏｓ△θ−△Ｉｑ・ｓｉｎ△θ ＝△Ｖγ・ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２△θ） ・・・（３） △Ｉδ＝△Ｉｄ・ｓｉｎ△θ−△Ｉｑ・ｃｏｓ△θ ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ ・・・（４） 但し、 Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２ △Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２ である。なお、図３および図４で示す、いわゆる突極型
のモータでは、インダクタンスにはＬｄ＜Ｌｑなる関係
があり、△Ｉ＞０となる。
【００１７】上式（３）、（４）より、γ軸、δ軸方向
の電流値△Ｉγ、△Ｉδは、電気角の誤差角△θに応じ
て周期的に変化することが分かる。この様子を図８に示
す。なお、図８では、△ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・
Ａにより、△Ｉγをシフトした値を示している。△θが
比較的小さい場合には、△θ＝ｔａｎ（２△θ）／２な
る近似式が成立するため、該関係を用いれば上式
（３）、（４）より△θを求めることができる。但し、
△θが小さい範囲で演算する必要があることから、△θ
を図８に示す１６の区部に分割し、△ＩγＡ＋△Ｉδ、
△ＩγＡ−△Ｉδの正負に応じて△θがいずれの区分に
属しているかを判断した上で、該区分に応じて△θの基
準をずらして演算する。例えば、△θが図８の区分１０
に属していると判断される場合には、上式（３）、
（４）の△θを△θ−π／４と置換した次式（５）、
（６）を用いる。 △Ｉγ＝△Ｖγ・ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２（△θ−π／４）） ・・・（５） △Ｉδ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２（△θ−π／４） ・・・（６） つまり、式（５）、（６）を用いて△θ−π／４を求
め、該演算結果にπ／４を加えることにより△θを求め
るのである。なお、正の誤差角△θ（図４におけるγ軸
からｄ軸に回転する方向の誤差角）が生じている場合を
例にとって説明したが、逆方向の誤差角が生じている場
合、即ち誤差角△θが負となる場合についても同様に△
θを求めることができる。
の電流値△Ｉγ、△Ｉδは、電気角の誤差角△θに応じ
て周期的に変化することが分かる。この様子を図８に示
す。なお、図８では、△ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・
Ａにより、△Ｉγをシフトした値を示している。△θが
比較的小さい場合には、△θ＝ｔａｎ（２△θ）／２な
る近似式が成立するため、該関係を用いれば上式
（３）、（４）より△θを求めることができる。但し、
△θが小さい範囲で演算する必要があることから、△θ
を図８に示す１６の区部に分割し、△ＩγＡ＋△Ｉδ、
△ＩγＡ−△Ｉδの正負に応じて△θがいずれの区分に
属しているかを判断した上で、該区分に応じて△θの基
準をずらして演算する。例えば、△θが図８の区分１０
に属していると判断される場合には、上式（３）、
（４）の△θを△θ−π／４と置換した次式（５）、
（６）を用いる。 △Ｉγ＝△Ｖγ・ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２（△θ−π／４）） ・・・（５） △Ｉδ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２（△θ−π／４） ・・・（６） つまり、式（５）、（６）を用いて△θ−π／４を求
め、該演算結果にπ／４を加えることにより△θを求め
るのである。なお、正の誤差角△θ（図４におけるγ軸
からｄ軸に回転する方向の誤差角）が生じている場合を
例にとって説明したが、逆方向の誤差角が生じている場
合、即ち誤差角△θが負となる場合についても同様に△
θを求めることができる。
【００１８】以上の方法では、インダクタンスにＬｄ＜
Ｌｑなる関係があり、△Ｉ＞０であることが前提となっ
ている。仮にＬｄ＝Ｌｑであれば、△Ｉ＝０となるた
め、上式（３）、（４）から分かる通り、△ＩγＡおよ
び△Ｉδは△θの値に依らず一定値をとることになり、
△θを算出することができない。また、Ｌｄ＞Ｌｑとな
り△Ｉ＜０となった場合には、図８において△ＩγＡお
よび△Ｉδの値がそれぞれ正負逆転することになるた
め、△ＩγＡ＋△Ｉδ、△ＩγＡ−△Ｉδの正負に基づ
く区間の判断が誤ったものとなってしまう。つまり、△
Ｉ＞０の場合と同じ判断方法により区間を判断すれば、
△θが９０度異なった範囲の区間に属しているものと判
断されてしまう。従って、演算された電気角も９０度異
なった値となってしまう。
Ｌｑなる関係があり、△Ｉ＞０であることが前提となっ
ている。仮にＬｄ＝Ｌｑであれば、△Ｉ＝０となるた
め、上式（３）、（４）から分かる通り、△ＩγＡおよ
び△Ｉδは△θの値に依らず一定値をとることになり、
△θを算出することができない。また、Ｌｄ＞Ｌｑとな
り△Ｉ＜０となった場合には、図８において△ＩγＡお
よび△Ｉδの値がそれぞれ正負逆転することになるた
め、△ＩγＡ＋△Ｉδ、△ＩγＡ−△Ｉδの正負に基づ
く区間の判断が誤ったものとなってしまう。つまり、△
Ｉ＞０の場合と同じ判断方法により区間を判断すれば、
△θが９０度異なった範囲の区間に属しているものと判
断されてしまう。従って、演算された電気角も９０度異
なった値となってしまう。
【００１９】モータに要求されるトルクが低い場合に
は、インダクタンスについてＬｄ＜Ｌｑなる関係が保た
れているため、かかる状態は生じ得なかった。しかし、
高トルクが要求される場合には、インダクタンスについ
てＬｄ≧Ｌｑなる状態が生じ得る。この点について図１
２を用いて説明する。図１２は、モータの固定子につい
て、外部から与えられる磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係を
表したものである。外部から与えられる磁界Ｈには、モ
ータの永久磁石による磁界と巻線に流れる電流による磁
界とがあり、ｄ軸、ｑ軸方向に分けて考える限り前者は
一定の値をとるため、図１２は巻線に流れる電流による
磁束密度への影響を表していると考えることもできる。
なお、図１２においてｄ軸に対応する曲線Ｃｄ、および
ｑ軸に対応する曲線Ｃｑの各点における接線の傾きがイ
ンダクタンスＬｄ，Ｌｑに相当する。
は、インダクタンスについてＬｄ＜Ｌｑなる関係が保た
れているため、かかる状態は生じ得なかった。しかし、
高トルクが要求される場合には、インダクタンスについ
てＬｄ≧Ｌｑなる状態が生じ得る。この点について図１
２を用いて説明する。図１２は、モータの固定子につい
て、外部から与えられる磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係を
表したものである。外部から与えられる磁界Ｈには、モ
ータの永久磁石による磁界と巻線に流れる電流による磁
界とがあり、ｄ軸、ｑ軸方向に分けて考える限り前者は
一定の値をとるため、図１２は巻線に流れる電流による
磁束密度への影響を表していると考えることもできる。
なお、図１２においてｄ軸に対応する曲線Ｃｄ、および
ｑ軸に対応する曲線Ｃｑの各点における接線の傾きがイ
ンダクタンスＬｄ，Ｌｑに相当する。
【００２０】磁束密度は、図１２の曲線Ｃｑに示す通
り、外部からの磁界Ｈが比較的小さい領域では、線形性
を維持しているが（領域Ａ）、ある値以上になると、い
わゆる磁束飽和現象を生じ非線形となる（領域Ｂ）。モ
ータに要求されるトルクが低いときは領域Ａの状態にあ
り、図１２の点ａ１，ａ２に示すようにｄ軸、ｑ軸のイ
ンダクタンスが相違しているため、電気角を検出するこ
とができる。一方、モータに要求されるトルクが大きく
なると、モータ巻線に流す電流が増大するため、外部か
ら与えられる磁界Ｈは増大し、やがて非線形領域（領域
Ｂ）に入る。図１２の点ｂは、接線の傾きが曲線Ｃｄと
平行になる点である。つまり、この時、インダクタンス
はＬｑ＝Ｌｄとなる。また、点ｂを越えてさらに要求さ
れるトルクが大きくなると（点ｃ）、図１２から分かる
通り、両インダクタンスの関係は逆転し、Ｌｑ＜Ｌｄと
なる。
り、外部からの磁界Ｈが比較的小さい領域では、線形性
を維持しているが（領域Ａ）、ある値以上になると、い
わゆる磁束飽和現象を生じ非線形となる（領域Ｂ）。モ
ータに要求されるトルクが低いときは領域Ａの状態にあ
り、図１２の点ａ１，ａ２に示すようにｄ軸、ｑ軸のイ
ンダクタンスが相違しているため、電気角を検出するこ
とができる。一方、モータに要求されるトルクが大きく
なると、モータ巻線に流す電流が増大するため、外部か
ら与えられる磁界Ｈは増大し、やがて非線形領域（領域
Ｂ）に入る。図１２の点ｂは、接線の傾きが曲線Ｃｄと
平行になる点である。つまり、この時、インダクタンス
はＬｑ＝Ｌｄとなる。また、点ｂを越えてさらに要求さ
れるトルクが大きくなると（点ｃ）、図１２から分かる
通り、両インダクタンスの関係は逆転し、Ｌｑ＜Ｌｄと
なる。
【００２１】従来の電気角検出方法は、トルク要求値に
対し定格値に十分余裕のあるモータが使用されることを
前提として提案されていた。従って、モータの磁束密度
は先に説明した線形領域（図１２の領域Ａ）にあること
が前提であり、インダクタンスは一定値をとるものとさ
れていた。本願発明者は、モータの小型化を図った結
果、高トルク時に電気角が検出できなくなったことを契
機として、種々の実験および解析を行った。高トルク時
に電気角が検出できなくなる事象に対して数多くの要因
が想定される中、本願発明者のかかる努力により、上記
の説明の通り、本質的原因は高トルク時にはモータ固定
子に磁束飽和現象が生じ、ｄ軸方向およびｑ軸方向のイ
ンダクタンスの大小関係が、低トルク時と逆転してしま
う点にあるとことが明らかとなった。
対し定格値に十分余裕のあるモータが使用されることを
前提として提案されていた。従って、モータの磁束密度
は先に説明した線形領域（図１２の領域Ａ）にあること
が前提であり、インダクタンスは一定値をとるものとさ
れていた。本願発明者は、モータの小型化を図った結
果、高トルク時に電気角が検出できなくなったことを契
機として、種々の実験および解析を行った。高トルク時
に電気角が検出できなくなる事象に対して数多くの要因
が想定される中、本願発明者のかかる努力により、上記
の説明の通り、本質的原因は高トルク時にはモータ固定
子に磁束飽和現象が生じ、ｄ軸方向およびｑ軸方向のイ
ンダクタンスの大小関係が、低トルク時と逆転してしま
う点にあるとことが明らかとなった。
【００２２】かかる原因を踏まえ、本発明では電気角検
出時にｄ軸方向ではなく、ｑ軸方向に、しかも所定の負
の電圧を重畳して印加する。つまり、ｑ軸に加えられる
外部磁界を減少する方向に電圧を印加するのである。こ
の結果、図１２に示す領域Ａにおいて電流を検出できる
ようになり、インダクタンスについてＬｄ＜Ｌｑなる関
係が維持されるため、高トルク時においても電気角を検
出することができる。重畳すべき負の電圧値は磁束飽和
が十分緩和される値をモータ固定子の磁束飽和特性に応
じて実験的あるいは解析的に求めればよい。
出時にｄ軸方向ではなく、ｑ軸方向に、しかも所定の負
の電圧を重畳して印加する。つまり、ｑ軸に加えられる
外部磁界を減少する方向に電圧を印加するのである。こ
の結果、図１２に示す領域Ａにおいて電流を検出できる
ようになり、インダクタンスについてＬｄ＜Ｌｑなる関
係が維持されるため、高トルク時においても電気角を検
出することができる。重畳すべき負の電圧値は磁束飽和
が十分緩和される値をモータ固定子の磁束飽和特性に応
じて実験的あるいは解析的に求めればよい。
【００２３】ｑ軸に電圧を印加した場合の電気角の誤差
角△θの算出についての詳細は後述するが、その概要は
次の通りである。ｑ軸に印加する所定の負の電圧の絶対
値を△Ｖδとすれば、ｄ軸に電圧を印加した場合につい
て先に説明した式（３）（４）に相当する式として、次
式（７）、（８）が求められる。 △Ｉγ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ ・・・（７） △Ｉδ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・（Ａ−ｃｏｓ２△θ） ・・・（８） 但し、 Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２ △Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２ である。従って、電流△Ｉγ、△Ｉδが検出されれば、
電気角の誤差角△θを算出することができる。
角△θの算出についての詳細は後述するが、その概要は
次の通りである。ｑ軸に印加する所定の負の電圧の絶対
値を△Ｖδとすれば、ｄ軸に電圧を印加した場合につい
て先に説明した式（３）（４）に相当する式として、次
式（７）、（８）が求められる。 △Ｉγ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ ・・・（７） △Ｉδ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・（Ａ−ｃｏｓ２△θ） ・・・（８） 但し、 Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２ △Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２ である。従って、電流△Ｉγ、△Ｉδが検出されれば、
電気角の誤差角△θを算出することができる。
【００２４】以上で説明した電気角検出装置における電
気角演算手段には、ｄ軸電流の挙動とｑ軸電流の挙動と
に基づいて、想定された電気角と真の電気角との補正量
を求めることにより、モータの電気角を演算する種々の
手段が含まれる。上述した方法により電気角を求める手
段はその一例である。
気角演算手段には、ｄ軸電流の挙動とｑ軸電流の挙動と
に基づいて、想定された電気角と真の電気角との補正量
を求めることにより、モータの電気角を演算する種々の
手段が含まれる。上述した方法により電気角を求める手
段はその一例である。
【００２５】前記電気角検出装置において、前記印加電
圧制御手段は、前記制御を前記トルク指令値が所定値以
上である場合に行う手段とすることが望ましい。
圧制御手段は、前記制御を前記トルク指令値が所定値以
上である場合に行う手段とすることが望ましい。
【００２６】先に説明した電気角検出装置では、モータ
のトルクを主に支配するｑ軸方向に負の電圧を印加する
ため、電気角検出時にトルクの減少をいくらか生じる可
能性もある。これに対し、上述の電気角検出装置によれ
ば、モータのトルク指令値が所定値以上である場合にの
みｑ軸方向に電圧を印加するため、電気角検出中におけ
るトルク変動を最小限に抑えることができる。ここにい
うトルクの所定値はｄ軸に電圧を印加する等の他の方法
により電気角が検出できなくなるトルク指令値に基づい
て実験的に定めればよい。なお、該所定値以下のトルク
指令値においては、従来技術として説明した方法により
電気角を検出するものとしてもよいし、他の方法により
検出するものとしてもよい。他の方法としては、例えば
本出願人が提案している特開平７−１７７７８８記載の
方法等が挙げられる。
のトルクを主に支配するｑ軸方向に負の電圧を印加する
ため、電気角検出時にトルクの減少をいくらか生じる可
能性もある。これに対し、上述の電気角検出装置によれ
ば、モータのトルク指令値が所定値以上である場合にの
みｑ軸方向に電圧を印加するため、電気角検出中におけ
るトルク変動を最小限に抑えることができる。ここにい
うトルクの所定値はｄ軸に電圧を印加する等の他の方法
により電気角が検出できなくなるトルク指令値に基づい
て実験的に定めればよい。なお、該所定値以下のトルク
指令値においては、従来技術として説明した方法により
電気角を検出するものとしてもよいし、他の方法により
検出するものとしてもよい。他の方法としては、例えば
本出願人が提案している特開平７−１７７７８８記載の
方法等が挙げられる。
【００２７】また、前記電圧印加制御手段は、前記重畳
して印加する電圧の絶対値および電圧印加時間の少なく
とも一方を、前記トルク指令値の減少とともに単調減少
の関係にある所定の値とする手段とすることが望まし
い。
して印加する電圧の絶対値および電圧印加時間の少なく
とも一方を、前記トルク指令値の減少とともに単調減少
の関係にある所定の値とする手段とすることが望まし
い。
【００２８】高トルク時において電気角を検出可能にす
るためには、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑが線形領域
（図１２の領域Ａ）にあればよい。図１２から明らかな
通り、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑがかかる領域に入
るために重畳すべき電圧の絶対値はモータに要求される
トルクに応じて変化し、例えば、点ｃに相当するトルク
が要求されている場合には大きく、点ｂに相当するトル
クが要求されている場合には小さくなる。電圧印加時間
についても同様のことがいえる。上述の電気角検出装置
によれば、モータに要求されるトルク指令値が小さくな
るにつれて、前記重畳して印加する電圧の絶対値および
電圧印加時間の少なくとも一方を小さくすることができ
るため、ｑ軸への電圧印加によるトルク変動を必要最小
限に抑えることができる。なお、上でいう単調減少は、
印加する電圧の絶対値が、トルク指令値の減少に応じて
直線的に減少するもののみならず、曲線的に減少するも
のや段階的に減少するものであってもよい。また、印加
する電圧の絶対値および電圧印加時間の一方のみを減少
するものとしてもよいし、双方を減少するものとしても
よい。
るためには、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑが線形領域
（図１２の領域Ａ）にあればよい。図１２から明らかな
通り、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑがかかる領域に入
るために重畳すべき電圧の絶対値はモータに要求される
トルクに応じて変化し、例えば、点ｃに相当するトルク
が要求されている場合には大きく、点ｂに相当するトル
クが要求されている場合には小さくなる。電圧印加時間
についても同様のことがいえる。上述の電気角検出装置
によれば、モータに要求されるトルク指令値が小さくな
るにつれて、前記重畳して印加する電圧の絶対値および
電圧印加時間の少なくとも一方を小さくすることができ
るため、ｑ軸への電圧印加によるトルク変動を必要最小
限に抑えることができる。なお、上でいう単調減少は、
印加する電圧の絶対値が、トルク指令値の減少に応じて
直線的に減少するもののみならず、曲線的に減少するも
のや段階的に減少するものであってもよい。また、印加
する電圧の絶対値および電圧印加時間の一方のみを減少
するものとしてもよいし、双方を減少するものとしても
よい。
【００２９】一方、前記電気角検出装置において、前記
印加電圧制御手段は、前記電圧印加手段を制御して、前
記ｑ軸方向に第１の所定期間、所定の負の電圧を重畳し
て印加した後、該ｑ軸方向に第２の所定時間、所定の正
の電圧を重畳して印加する手段とすることも望ましい。
印加電圧制御手段は、前記電圧印加手段を制御して、前
記ｑ軸方向に第１の所定期間、所定の負の電圧を重畳し
て印加した後、該ｑ軸方向に第２の所定時間、所定の正
の電圧を重畳して印加する手段とすることも望ましい。
【００３０】かかる電気角検出装置は、ｑ軸に負の電圧
を重畳して印加した後、正の電圧を重畳して印加する。
この結果、負の電圧を重畳して印加した結果、減少した
ｑ軸方向の電流を、要求トルクに応じた所定の電流値ま
で早期に回復することができ、電気角検出中におけるト
ルク変動の影響を抑えることができる。ｑ軸方向に重畳
する電圧の絶対値および上記第２の所定期間は、かかる
効果を考慮して求めればよく、電気角検出のために重畳
される負の電圧の絶対値および第１の所定期間と必ずし
も一致させる必要はない。
を重畳して印加した後、正の電圧を重畳して印加する。
この結果、負の電圧を重畳して印加した結果、減少した
ｑ軸方向の電流を、要求トルクに応じた所定の電流値ま
で早期に回復することができ、電気角検出中におけるト
ルク変動の影響を抑えることができる。ｑ軸方向に重畳
する電圧の絶対値および上記第２の所定期間は、かかる
効果を考慮して求めればよく、電気角検出のために重畳
される負の電圧の絶対値および第１の所定期間と必ずし
も一致させる必要はない。
【００３１】本発明の第２の電気角検出装置は、多相交
流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石に
よる磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モ
ータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出する電気角
検出装置であって、前記モータが出力すべきトルクであ
るトルク指令値が所定値以上である場合に、該トルク指
令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所
定期間、所定の検出用電圧を重畳して印加する制御を行
う印加電圧制御手段と、前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ
軸電流について、前記検出用電圧に応じて生じる挙動と
前記誤差との関係を、前記トルク指令値に応じて予め記
憶する記憶手段と、前記ｑ軸電流について、前記検出用
電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出手段と、該
検出された電流の挙動に基づいて、前記記憶手段に記憶
された関係を参照して前記誤差を求めることにより、前
記モータの電気角を演算する電気角演算手段とを備える
ことを要旨とする。
流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石に
よる磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モ
ータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出する電気角
検出装置であって、前記モータが出力すべきトルクであ
るトルク指令値が所定値以上である場合に、該トルク指
令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所
定期間、所定の検出用電圧を重畳して印加する制御を行
う印加電圧制御手段と、前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ
軸電流について、前記検出用電圧に応じて生じる挙動と
前記誤差との関係を、前記トルク指令値に応じて予め記
憶する記憶手段と、前記ｑ軸電流について、前記検出用
電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出手段と、該
検出された電流の挙動に基づいて、前記記憶手段に記憶
された関係を参照して前記誤差を求めることにより、前
記モータの電気角を演算する電気角演算手段とを備える
ことを要旨とする。
【００３２】本発明の第２の電気角検出方法は、多相交
流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石に
よる磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モ
ータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出する電気角
検出方法であって、前記モータが出力すべきトルクであ
るトルク指令値が所定値以上である場合に該トルク指令
値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所定
期間、所定の検出用電圧を重畳して印加する制御を行
い、前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流について、前
記検出用電圧に応じて生じる挙動を検出し、前記検出用
電圧に応じて前記ｑ軸電流に生じる挙動と前記誤差との
予め記憶された関係を参照することにより、該検出され
た電流の挙動に応じた前記誤差を求めて、前記モータの
電気角を演算することを要旨とする。
流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久磁石に
よる磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モ
ータについて、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出する電気角
検出方法であって、前記モータが出力すべきトルクであ
るトルク指令値が所定値以上である場合に該トルク指令
値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所定
期間、所定の検出用電圧を重畳して印加する制御を行
い、前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流について、前
記検出用電圧に応じて生じる挙動を検出し、前記検出用
電圧に応じて前記ｑ軸電流に生じる挙動と前記誤差との
予め記憶された関係を参照することにより、該検出され
た電流の挙動に応じた前記誤差を求めて、前記モータの
電気角を演算することを要旨とする。
【００３３】かかる電気角検出装置および電気角検出方
法によれば、同期モータが低回転で運転している場合に
おいて、高トルクを出力すべき要求がなされた場合であ
っても電気角を精度良く検出することができる。かかる
運転状況において電気角が検出されなくなる原因が磁束
飽和現象にあることは既に説明した。本願発明者はかか
る原因を解明するだけでなく、磁束飽和現象が生じてい
る場合において印加された電圧に応じて流れるｑ軸電流
の挙動を調査した。この結果、磁束飽和現象が起きてい
る場合にはｑ軸電流と電気角の誤差との間には、図１８
に一例を示すようにトルク指令値に応じてｑ軸方向に流
れている電流に対して一義的な関係が存在することが実
験的に見いだされた。図１８は横軸に電気角の誤差、縦
軸にｑ軸電流をとり、両者の関係をトルク指令値に応じ
てｑ軸に流れる電流値ｉ１，ｉ２・・・ごとに示した図
である。ｉ１，ｉ２，・・・の順にトルク指令値が大き
くなることを意味している。
法によれば、同期モータが低回転で運転している場合に
おいて、高トルクを出力すべき要求がなされた場合であ
っても電気角を精度良く検出することができる。かかる
運転状況において電気角が検出されなくなる原因が磁束
飽和現象にあることは既に説明した。本願発明者はかか
る原因を解明するだけでなく、磁束飽和現象が生じてい
る場合において印加された電圧に応じて流れるｑ軸電流
の挙動を調査した。この結果、磁束飽和現象が起きてい
る場合にはｑ軸電流と電気角の誤差との間には、図１８
に一例を示すようにトルク指令値に応じてｑ軸方向に流
れている電流に対して一義的な関係が存在することが実
験的に見いだされた。図１８は横軸に電気角の誤差、縦
軸にｑ軸電流をとり、両者の関係をトルク指令値に応じ
てｑ軸に流れる電流値ｉ１，ｉ２・・・ごとに示した図
である。ｉ１，ｉ２，・・・の順にトルク指令値が大き
くなることを意味している。
【００３４】上記第２の電気角検出装置および電気角検
出方法は、かかる知見に基づいてなされたものである。
上記電気角検出装置および電気角検出方法によれば、例
えば図１８に示したようなｑ軸電流と電気角の誤差との
関係を予めトルク指令値に応じて記憶する記憶手段を備
える。従って、ｑ軸方向に重畳した電圧に応じて流れる
ｑ軸電流に基づいて、この記憶手段に記憶されている関
係を参照することにより、該誤差を介して電気角を検出
することができる。なお、図１８に示した関係は、テー
ブル形式で記憶するものとしてもよいし、近似関数の形
で記憶するものとしてもよい。
出方法は、かかる知見に基づいてなされたものである。
上記電気角検出装置および電気角検出方法によれば、例
えば図１８に示したようなｑ軸電流と電気角の誤差との
関係を予めトルク指令値に応じて記憶する記憶手段を備
える。従って、ｑ軸方向に重畳した電圧に応じて流れる
ｑ軸電流に基づいて、この記憶手段に記憶されている関
係を参照することにより、該誤差を介して電気角を検出
することができる。なお、図１８に示した関係は、テー
ブル形式で記憶するものとしてもよいし、近似関数の形
で記憶するものとしてもよい。
【００３５】上述したように、磁束飽和現象が起きてい
る場合にはｑ軸電流と電気角の誤差との間に一義的な関
係が存在する理由は完全に解明されてはいないが、概ね
次の原因によるものと考えられる。図１９に電気角検出
時の磁界の様子を示す。モータには回転子の永久磁石に
よる磁界と、巻線に流れる電流による磁界の双方を合成
した磁界が生じている。想定した電気角に誤差がない場
合、ｑ軸に電圧を印加すれば、図１９に示す通り、ｑ軸
方向にベクトルｑ１からなる磁界が生じ、ベクトルｄ１
で表される永久磁石による磁界との合成の結果、ベクト
ルφ１からなる磁界を生じる。このとき、磁界φ１の大
きさは、次式（９）で表される。 φ１＝√（ｄ１＾２＋ｑ１＾２） ・・・（９） 但し、上記「＾」はべき乗を示す演算子とする。
る場合にはｑ軸電流と電気角の誤差との間に一義的な関
係が存在する理由は完全に解明されてはいないが、概ね
次の原因によるものと考えられる。図１９に電気角検出
時の磁界の様子を示す。モータには回転子の永久磁石に
よる磁界と、巻線に流れる電流による磁界の双方を合成
した磁界が生じている。想定した電気角に誤差がない場
合、ｑ軸に電圧を印加すれば、図１９に示す通り、ｑ軸
方向にベクトルｑ１からなる磁界が生じ、ベクトルｄ１
で表される永久磁石による磁界との合成の結果、ベクト
ルφ１からなる磁界を生じる。このとき、磁界φ１の大
きさは、次式（９）で表される。 φ１＝√（ｄ１＾２＋ｑ１＾２） ・・・（９） 但し、上記「＾」はべき乗を示す演算子とする。
【００３６】一方、想定した電気角に誤差がある場合、
印加された電圧により図１９のδ軸方向にベクトルδ１
からなる磁界が生じる。永久磁石による磁界はベクトル
ｄ１であるから、この場合には両者の合成によりベクト
ルφ２からなる磁界を生じる。通電される電流値は上述
した電気角の誤差がない場合と同じであるため、ベクト
ルｑ１とベクトルδ１の大きさは等しい。これらのベク
トルの大きさをｑ１で表すものとすれば、磁界φ２の大
きさは、次式（１０）で表される。 φ２＝√（ｄ１＾２＋ｑ１＾２＋２ｄ１・ｑ１・ｓｉｎ△θ） ・・・（１０）
印加された電圧により図１９のδ軸方向にベクトルδ１
からなる磁界が生じる。永久磁石による磁界はベクトル
ｄ１であるから、この場合には両者の合成によりベクト
ルφ２からなる磁界を生じる。通電される電流値は上述
した電気角の誤差がない場合と同じであるため、ベクト
ルｑ１とベクトルδ１の大きさは等しい。これらのベク
トルの大きさをｑ１で表すものとすれば、磁界φ２の大
きさは、次式（１０）で表される。 φ２＝√（ｄ１＾２＋ｑ１＾２＋２ｄ１・ｑ１・ｓｉｎ△θ） ・・・（１０）
【００３７】上式（９）（１０）を比較すると、誤差角
△θが正の値である場合にはその誤差角に応じて、式
（１０）で表されるベクトルφ２の方が、ベクトルφ１
よりも大きくなることが分かる。これは、磁気飽和を生
じる程の磁界が生じている状態（図１２の領域Ｂ）にお
いて、更に誤差角に応じて磁束密度が高くなることを意
味している。図１２の領域Ｂに示される通り、かかる領
域で磁束密度が高くなれば、インダクタンスは小さくな
るため電流が流れやすくなる。このようなメカニズムに
よって図１８に示すように誤差角に応じてｑ軸方向の電
流値が一義的に決まるものと考えられる。
△θが正の値である場合にはその誤差角に応じて、式
（１０）で表されるベクトルφ２の方が、ベクトルφ１
よりも大きくなることが分かる。これは、磁気飽和を生
じる程の磁界が生じている状態（図１２の領域Ｂ）にお
いて、更に誤差角に応じて磁束密度が高くなることを意
味している。図１２の領域Ｂに示される通り、かかる領
域で磁束密度が高くなれば、インダクタンスは小さくな
るため電流が流れやすくなる。このようなメカニズムに
よって図１８に示すように誤差角に応じてｑ軸方向の電
流値が一義的に決まるものと考えられる。
【００３８】なお、上述の電気角検出装置において、前
記検出用電圧は正の電圧とすることが望ましい。
記検出用電圧は正の電圧とすることが望ましい。
【００３９】正の電圧を重畳するものとすれば、ｑ軸に
流れる電流はトルク指令値に応じて流すべき電流を維持
することができ、電気角検出時におけるトルク不足を回
避することができる。
流れる電流はトルク指令値に応じて流すべき電流を維持
することができ、電気角検出時におけるトルク不足を回
避することができる。
【００４０】上述の電気角検出装置を利用した、本発明
の第１のモータ制御装置は、多相交流を巻線に流した際
に該巻線に生じる磁界と永久磁石による磁界との相互作
用により回転子を回転させる同期モータを、前記回転子
の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に沿う方向で
あるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内において前
記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ軸方向を定
義する電気角に基づいて制御するモータ制御装置であっ
て、前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値
を読み込むトルク指令値読み込み手段と、電気角を想定
し、該想定された電気角に基づいて定義されるｄ軸方向
およびｑ軸方向にトルク指令値に応じた電圧を印加する
電圧印加手段と、前記電圧印加手段により前記ｑ軸方向
に印加される電圧に対し、所定期間、所定の負の電圧を
重畳して印加する制御を行う印加電圧制御手段と、前記
ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電流、および前記ｑ軸方向
に磁界を生じるｑ軸電流のそれぞれについて、前記重畳
された電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出手段
と、該検出された電流の挙動に基づいて、前記モータの
電気角を演算する電気角演算手段と、前記想定された電
気角を該演算された電気角に更新する電気角更新手段と
を備えることを要旨とする。
の第１のモータ制御装置は、多相交流を巻線に流した際
に該巻線に生じる磁界と永久磁石による磁界との相互作
用により回転子を回転させる同期モータを、前記回転子
の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に沿う方向で
あるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内において前
記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ軸方向を定
義する電気角に基づいて制御するモータ制御装置であっ
て、前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値
を読み込むトルク指令値読み込み手段と、電気角を想定
し、該想定された電気角に基づいて定義されるｄ軸方向
およびｑ軸方向にトルク指令値に応じた電圧を印加する
電圧印加手段と、前記電圧印加手段により前記ｑ軸方向
に印加される電圧に対し、所定期間、所定の負の電圧を
重畳して印加する制御を行う印加電圧制御手段と、前記
ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電流、および前記ｑ軸方向
に磁界を生じるｑ軸電流のそれぞれについて、前記重畳
された電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出手段
と、該検出された電流の挙動に基づいて、前記モータの
電気角を演算する電気角演算手段と、前記想定された電
気角を該演算された電気角に更新する電気角更新手段と
を備えることを要旨とする。
【００４１】また、本発明の第２のモータ制御装置は、
多相交流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久
磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させる
同期モータを、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出し、前記電
流を流すために巻線に印加する電圧を該電気角に基づい
て制御するモータ制御装置であって、前記モータが出力
すべきトルクであるトルク指令値を読み込むトルク指令
値読み込み手段と、電気角を想定し、該想定された電気
角に基づいて定義されるｄ軸方向およびｑ軸方向に前記
トルク指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段と、
前記トルク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電
圧に対し、所定期間、所定の検出用電圧を重畳して印加
する制御を行う印加電圧制御手段と、前記ｑ軸方向に磁
界を生じるｑ軸電流について、前記検出用電圧に応じて
生じる挙動と前記誤差との関係を、前記トルク指令値に
応じて予め記憶する記憶手段と、前記ｑ軸電流につい
て、前記検出用電圧に応じて生じる挙動を検出する電流
検出手段と、該検出された電流の挙動に基づいて、前記
記憶手段に記憶された関係を参照して前記誤差を求める
ことにより、前記モータの電気角を演算する電気角演算
手段と、前記想定された電気角を該演算された電気角に
更新する電気角更新手段とを備えることを要旨とする。
多相交流を巻線に流した際に該巻線に生じる磁界と永久
磁石による磁界との相互作用により回転子を回転させる
同期モータを、前記回転子の回転中心を通り前記永久磁
石による磁界に沿う方向であるｄ軸方向、および前記回
転子の回転面内において前記ｄ軸方向に電気的に直交す
る方向であるｑ軸方向を定義する電気角を、仮に想定し
た電気角と真の電気角との誤差を介して検出し、前記電
流を流すために巻線に印加する電圧を該電気角に基づい
て制御するモータ制御装置であって、前記モータが出力
すべきトルクであるトルク指令値を読み込むトルク指令
値読み込み手段と、電気角を想定し、該想定された電気
角に基づいて定義されるｄ軸方向およびｑ軸方向に前記
トルク指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段と、
前記トルク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電
圧に対し、所定期間、所定の検出用電圧を重畳して印加
する制御を行う印加電圧制御手段と、前記ｑ軸方向に磁
界を生じるｑ軸電流について、前記検出用電圧に応じて
生じる挙動と前記誤差との関係を、前記トルク指令値に
応じて予め記憶する記憶手段と、前記ｑ軸電流につい
て、前記検出用電圧に応じて生じる挙動を検出する電流
検出手段と、該検出された電流の挙動に基づいて、前記
記憶手段に記憶された関係を参照して前記誤差を求める
ことにより、前記モータの電気角を演算する電気角演算
手段と、前記想定された電気角を該演算された電気角に
更新する電気角更新手段とを備えることを要旨とする。
【００４２】これらのモータ制御装置は、先に説明した
電気角検出装置を利用しているため、モータの低速運転
時における要求トルクが高トルクであっても、電気角を
精度良く検出することができる。また、こうして検出さ
れた電気角を用いてモータ制御装置が想定していた電気
角を更新する手段を備えているため、電圧印加手段は逐
次ｄ軸、ｑ軸方向に適切に電圧を印加することができ
る。この結果、上記モータ制御装置によれば、モータの
低速運転時において高トルクが要求された場合において
も、モータを適切に制御することができる。
電気角検出装置を利用しているため、モータの低速運転
時における要求トルクが高トルクであっても、電気角を
精度良く検出することができる。また、こうして検出さ
れた電気角を用いてモータ制御装置が想定していた電気
角を更新する手段を備えているため、電圧印加手段は逐
次ｄ軸、ｑ軸方向に適切に電圧を印加することができ
る。この結果、上記モータ制御装置によれば、モータの
低速運転時において高トルクが要求された場合において
も、モータを適切に制御することができる。
【００４３】なお、上述した電気角検出装置および電気
角検出方法、並びにモータ制御装置は、中心部にロータ
を備え、外周部にステータを備えるいわゆるインナロー
タ型の同期モータのみならず、いわゆるアウタロータと
呼ばれるタイプの同期モータにも適用可能である。アウ
タロータ型の電動機は、中心部のステータと、その外周
を円状に取り囲むようにロータとを備え、三相コイルに
制御電流を流すことにより回転磁界が形成し、円環状の
アウタロータを回転させる電動機である。
角検出方法、並びにモータ制御装置は、中心部にロータ
を備え、外周部にステータを備えるいわゆるインナロー
タ型の同期モータのみならず、いわゆるアウタロータと
呼ばれるタイプの同期モータにも適用可能である。アウ
タロータ型の電動機は、中心部のステータと、その外周
を円状に取り囲むようにロータとを備え、三相コイルに
制御電流を流すことにより回転磁界が形成し、円環状の
アウタロータを回転させる電動機である。
【００４４】
【発明の実施の形態】（１）実施例の構成 以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説
明する。図１は、本発明の一実施例としての電気角検出
装置を含むモータ制御装置１０の概略構成を示すブロッ
ク図、図２は制御対象となっている三相同期モータ４０
の概略構成を示す説明図、図３はこの三相同期モータ４
０の固定子３０と回転子５０との関係を示す端面図であ
る。
明する。図１は、本発明の一実施例としての電気角検出
装置を含むモータ制御装置１０の概略構成を示すブロッ
ク図、図２は制御対象となっている三相同期モータ４０
の概略構成を示す説明図、図３はこの三相同期モータ４
０の固定子３０と回転子５０との関係を示す端面図であ
る。
【００４５】まず、図２を用いて、三相同期モータ４０
の全体構造について説明する。この三相同期モータ４０
は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケース
６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５１な
いし５４が貼付されており、その軸中心に設けられた回
転軸５５を、ケース６０に設けられた軸受６１，６２に
より回転自在に軸支している。
の全体構造について説明する。この三相同期モータ４０
は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケース
６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５１な
いし５４が貼付されており、その軸中心に設けられた回
転軸５５を、ケース６０に設けられた軸受６１，６２に
より回転自在に軸支している。
【００４６】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形した板状回転子５７を複数枚積層したものであ
る。この板状回転子５７は、図３に示すように、直交す
る位置に４箇所の突極７１ないし７４を備える。板状回
転子５７を積層した後、回転軸５５を圧入し、積層した
板状回転子５７を仮止めする。この電磁鋼板を素材とす
る板状回転子５７は、その表面に絶縁層と接着層が形成
されており、積層後所定温度に加熱され、接着層が溶融
することにより、固定される。
いて成形した板状回転子５７を複数枚積層したものであ
る。この板状回転子５７は、図３に示すように、直交す
る位置に４箇所の突極７１ないし７４を備える。板状回
転子５７を積層した後、回転軸５５を圧入し、積層した
板状回転子５７を仮止めする。この電磁鋼板を素材とす
る板状回転子５７は、その表面に絶縁層と接着層が形成
されており、積層後所定温度に加熱され、接着層が溶融
することにより、固定される。
【００４７】こうして回転子５０を形成した後、回転子
５０の外周面であって、突極７１ないし７４の中間位置
に、永久磁石５１ないし５４を軸方向に亘って貼付す
る。永久磁石５１ないし５４は、回転子５０の半径方向
に磁化されており、その極性は隣り合う磁石同士が互い
に異なる磁極となっている。例えば、永久磁石５１は外
周面がＮ極であり、その隣の永久磁石５２は外周面がＳ
極となっている。この永久磁石５１，５２は、回転子５
０を固定子３０に組み付けた状態では、板状回転子５７
および板状固定子２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図３
破線参照）。
５０の外周面であって、突極７１ないし７４の中間位置
に、永久磁石５１ないし５４を軸方向に亘って貼付す
る。永久磁石５１ないし５４は、回転子５０の半径方向
に磁化されており、その極性は隣り合う磁石同士が互い
に異なる磁極となっている。例えば、永久磁石５１は外
周面がＮ極であり、その隣の永久磁石５２は外周面がＳ
極となっている。この永久磁石５１，５２は、回転子５
０を固定子３０に組み付けた状態では、板状回転子５７
および板状固定子２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図３
破線参照）。
【００４８】固定子３０を構成する板状固定子２０は、
板状回転子５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち
抜くことで形成されており、図３に示すように、計１２
個のティース２２を備える。ティース２２間に形成され
たスロット２４には、固定子３０に回転磁界を発生させ
るコイル３２が巻回されている。尚、板状固定子２０の
外縁部には、固定用のボルト３４を通すボルト孔が設け
られているが、図３では図示を省略してある。
板状回転子５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち
抜くことで形成されており、図３に示すように、計１２
個のティース２２を備える。ティース２２間に形成され
たスロット２４には、固定子３０に回転磁界を発生させ
るコイル３２が巻回されている。尚、板状固定子２０の
外縁部には、固定用のボルト３４を通すボルト孔が設け
られているが、図３では図示を省略してある。
【００４９】固定子３０は、板状の板状固定子２０を積
層し互いに押圧した状態として、接着層を加熱・溶融す
ることで一応固定される。この状態で、コイル３２をテ
ィース２２に巻回して固定子３０を完成した後、これを
ケース６０に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト３４
を通し、これを締め付けて全体を固定する。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この三相同期モータ４０は完成す
る。
層し互いに押圧した状態として、接着層を加熱・溶融す
ることで一応固定される。この状態で、コイル３２をテ
ィース２２に巻回して固定子３０を完成した後、これを
ケース６０に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト３４
を通し、これを締め付けて全体を固定する。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この三相同期モータ４０は完成す
る。
【００５０】固定子３０のコイル３２に回転磁界を発生
するよう励磁電流を流すと、図３に示すように、隣接す
る突極および板状回転子５７，板状固定子２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５１により
形成される磁束が回転子５０を、その回転軸中心を通っ
て径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、回転子５０の回転面内
において前記ｄ軸に電気的に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。
つまり、ｄ軸およびｑ軸は回転子５０の回転に伴い回転
する軸である。本実施例では、回転子５０に貼付された
永久磁石５１および５３は外周面がＮ極となっており、
永久磁石５２および５４は外周面がＳ極となっているこ
とから、図３に示す通り、幾何学的にはｄ軸と４５度方
向にある軸がｑ軸となる。図４に本実施例の三相同期モ
ータ４０の等価回路を示す。図４に示す通り、三相同期
モータ４０はＵ，Ｖ，Ｗの三相コイルと、回転軸中心回
りに回転する永久磁石を有する等価回路により表され
る。ｄ軸はこの等価回路において永久磁石のＮ極側を正
方向として貫く軸として表され、ｑ軸はｄ軸に対し幾何
学的にも直交した軸として表される。また、電気角はＵ
相コイルを貫く軸とｄ軸との回転角θとなる。
するよう励磁電流を流すと、図３に示すように、隣接す
る突極および板状回転子５７，板状固定子２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５１により
形成される磁束が回転子５０を、その回転軸中心を通っ
て径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、回転子５０の回転面内
において前記ｄ軸に電気的に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。
つまり、ｄ軸およびｑ軸は回転子５０の回転に伴い回転
する軸である。本実施例では、回転子５０に貼付された
永久磁石５１および５３は外周面がＮ極となっており、
永久磁石５２および５４は外周面がＳ極となっているこ
とから、図３に示す通り、幾何学的にはｄ軸と４５度方
向にある軸がｑ軸となる。図４に本実施例の三相同期モ
ータ４０の等価回路を示す。図４に示す通り、三相同期
モータ４０はＵ，Ｖ，Ｗの三相コイルと、回転軸中心回
りに回転する永久磁石を有する等価回路により表され
る。ｄ軸はこの等価回路において永久磁石のＮ極側を正
方向として貫く軸として表され、ｑ軸はｄ軸に対し幾何
学的にも直交した軸として表される。また、電気角はＵ
相コイルを貫く軸とｄ軸との回転角θとなる。
【００５１】次に、図１に従ってモータ制御装置１０の
構成について説明する。モータ制御装置１０は、外部か
らのトルク指令を受けて三相同期モータ４０の三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のモータ電流を制御する制御用ＥＣＵ
１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ａｕ、Ｖ相電流
Ａｖ、Ｗ相電流Ａｗを検出する電流センサ１０２、１０
３、１０４、検出された電流の高周波ノイズを除去する
フィルタ１０６、１０７、１０８、検出した電流値をデ
ィジタルデータに変換する３個のアナログディジタル変
換器（ＡＤＣ）１１２、１１３、１１４から構成されて
いる。
構成について説明する。モータ制御装置１０は、外部か
らのトルク指令を受けて三相同期モータ４０の三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のモータ電流を制御する制御用ＥＣＵ
１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ａｕ、Ｖ相電流
Ａｖ、Ｗ相電流Ａｗを検出する電流センサ１０２、１０
３、１０４、検出された電流の高周波ノイズを除去する
フィルタ１０６、１０７、１０８、検出した電流値をデ
ィジタルデータに変換する３個のアナログディジタル変
換器（ＡＤＣ）１１２、１１３、１１４から構成されて
いる。
【００５２】制御用ＥＣＵ１００の内部には、図示する
ように、算術論理演算を行うマイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）１２０、このＣＰＵ１２０が行う処理や必要なデー
タを予め記憶したＲＯＭ１２２、処理に必要なデータ等
を一時的に読み書きするＲＡＭ１２４、計時を行うクロ
ック１２６等が設けられており、バスにより相互に接続
されている。このバスには、入力ポート１１６や出力ポ
ート１１８も接続されており、ＣＰＵ１２０は、これら
のポート１１６，１１８を介して、三相同期モータ４０
のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを読
み込むことができる。
ように、算術論理演算を行うマイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）１２０、このＣＰＵ１２０が行う処理や必要なデー
タを予め記憶したＲＯＭ１２２、処理に必要なデータ等
を一時的に読み書きするＲＡＭ１２４、計時を行うクロ
ック１２６等が設けられており、バスにより相互に接続
されている。このバスには、入力ポート１１６や出力ポ
ート１１８も接続されており、ＣＰＵ１２０は、これら
のポート１１６，１１８を介して、三相同期モータ４０
のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを読
み込むことができる。
【００５３】また、制御用ＥＣＵ１００には、別途入力
されるトルク指令に基づいて決定されたモータ４０の各
相電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが得られるようモータ４０の各
コイル間に電圧を印加する電圧印加部１３０が、その出
力部に設けられている。ＣＰＵ１２０からの制御出力Ｖ
ｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，ＳＤが、この電圧印加部１３０に出力
されており、三相同期モータ４０の各コイルに印加され
る電圧を外部から制御することが可能となっている。
されるトルク指令に基づいて決定されたモータ４０の各
相電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが得られるようモータ４０の各
コイル間に電圧を印加する電圧印加部１３０が、その出
力部に設けられている。ＣＰＵ１２０からの制御出力Ｖ
ｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，ＳＤが、この電圧印加部１３０に出力
されており、三相同期モータ４０の各コイルに印加され
る電圧を外部から制御することが可能となっている。
【００５４】以上に示したモータ制御装置１０の構成の
内、電流センサ１０２〜１０４、フィルタ１０６〜１０
８、ＡＤＣ１１２〜１１４、電圧印加部１３０および制
御用ＥＣＵ１００が電気角検出装置に対応する。
内、電流センサ１０２〜１０４、フィルタ１０６〜１０
８、ＡＤＣ１１２〜１１４、電圧印加部１３０および制
御用ＥＣＵ１００が電気角検出装置に対応する。
【００５５】（２）モータの電流制御 次に本実施例におけるモータ制御装置１０における電流
制御について図４を用いて説明する。図４においてＵ相
に電流Ａｕを流せば磁界が生じる。この磁界はＵ相を貫
く方向に生じ、かつその大きさは電流Ａｕに応じて変化
する。従って、Ｕ相電流は、この磁界の方向および大き
さＡｕをもつベクトル量として表すことができる。他の
Ｖ相およびＷ相に流れる電流Ａｖ、Ａｗも同様にベクト
ル量として表すことができる。このように電流をベクト
ルとして考えると平面内の電流ベクトルは代表的な２方
向の電流ベクトルの和として表される。この２方向を図
４のα方向、β方向にとれば、モータ回転面の任意の方
向に生じる磁界に対応する電流ベクトルは、これらの２
相コイルに流れる電流Ａα、Ａβを用いて表すことがで
きる。具体的に、ある電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗと等価な電
流Ａα、Ａβは次式（１１）により求めることができ
る。 Ａα＝Ａｕ−Ａｖ／２−Ａｗ／２ Ａβ＝√３／２・（Ａｗ−Ａｖ） ・・・（１１）
制御について図４を用いて説明する。図４においてＵ相
に電流Ａｕを流せば磁界が生じる。この磁界はＵ相を貫
く方向に生じ、かつその大きさは電流Ａｕに応じて変化
する。従って、Ｕ相電流は、この磁界の方向および大き
さＡｕをもつベクトル量として表すことができる。他の
Ｖ相およびＷ相に流れる電流Ａｖ、Ａｗも同様にベクト
ル量として表すことができる。このように電流をベクト
ルとして考えると平面内の電流ベクトルは代表的な２方
向の電流ベクトルの和として表される。この２方向を図
４のα方向、β方向にとれば、モータ回転面の任意の方
向に生じる磁界に対応する電流ベクトルは、これらの２
相コイルに流れる電流Ａα、Ａβを用いて表すことがで
きる。具体的に、ある電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗと等価な電
流Ａα、Ａβは次式（１１）により求めることができ
る。 Ａα＝Ａｕ−Ａｖ／２−Ａｗ／２ Ａβ＝√３／２・（Ａｗ−Ａｖ） ・・・（１１）
【００５６】また、逆にＡα、Ａβが求まっていると
き、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の総和が０（Ａｕ＋Ａｖ＋Ａｗ
＝０）となる条件を用いれば、次式（１２）により各相
の電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを求めることもできる。 Ａｕ＝２（√３−３）・Ａα／３ Ａｖ＝ （３−√３）・（Ａα−Ａβ）／３ Ａｗ＝ （３−√３）・（Ａα＋Ａβ）／３ ・・・（１２） これが、一般に知られている３相／２相変換である。以
下、簡単のために２相変換した後の電流Ａα、Ａβを用
いて、モータ４０の電流制御について説明する。
き、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の総和が０（Ａｕ＋Ａｖ＋Ａｗ
＝０）となる条件を用いれば、次式（１２）により各相
の電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを求めることもできる。 Ａｕ＝２（√３−３）・Ａα／３ Ａｖ＝ （３−√３）・（Ａα−Ａβ）／３ Ａｗ＝ （３−√３）・（Ａα＋Ａβ）／３ ・・・（１２） これが、一般に知られている３相／２相変換である。以
下、簡単のために２相変換した後の電流Ａα、Ａβを用
いて、モータ４０の電流制御について説明する。
【００５７】上述の電流ベクトルは、図４におけるｄ軸
方向およびｑ軸方向に生じる磁界に対しても定義するこ
とができる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電流ベクトルの
大きさをＡｄ，Ａｑとすると、α方向、β方向の電流Ａ
α、Ａβを用いて、次式（１３）により表される。 Ａｄ＝ Ａα・ｃｏｓθ＋Ａβ・ｓｉｎθ Ａｑ＝−Ａα・ｓｉｎθ＋Ａβ・ｃｏｓθ ・・・（１３）
方向およびｑ軸方向に生じる磁界に対しても定義するこ
とができる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電流ベクトルの
大きさをＡｄ，Ａｑとすると、α方向、β方向の電流Ａ
α、Ａβを用いて、次式（１３）により表される。 Ａｄ＝ Ａα・ｃｏｓθ＋Ａβ・ｓｉｎθ Ａｑ＝−Ａα・ｓｉｎθ＋Ａβ・ｃｏｓθ ・・・（１３）
【００５８】逆に、Ａｄ、Ａｑが求まっていれば、Ａ
α、Ａβは次式（１４）により求められる。 Ａα＝ Ａｄ・ｃｏｓθ−Ａｑ・ｓｉｎθ Ａβ＝ Ａｄ・ｓｉｎθ＋Ａｑ・ｃｏｓθ ・・・（１４）
α、Ａβは次式（１４）により求められる。 Ａα＝ Ａｄ・ｃｏｓθ−Ａｑ・ｓｉｎθ Ａβ＝ Ａｄ・ｓｉｎθ＋Ａｑ・ｃｏｓθ ・・・（１４）
【００５９】以上より、モータ４０のｄ軸、ｑ軸方向に
流す電流が求まれば、式（１４）より２相電流Ａα、Ａ
βを求めることができ、さらに式（１２）により実際に
Ｕ，Ｖ，Ｗ相に流すべき電流を求めることができる。ま
た、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に印加すべき電圧を求めることもでき
る。本実施例におけるモータ４０の電流制御はこのよう
な考え方に基づいてなされている。もっとも、α方向、
β方向を介在させることなく、直接ｄ軸、ｑ軸方向と
Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流との関係を求めて制御するものとして
もよい。以下の説明において、例えば「ｄ軸、ｑ軸電
流」という場合には、上記考え方に基づく電流ベクトル
の大きさを意味している。なお、このようにモータ４０
に流れる電流をｄ軸、ｑ軸方向に分けて考えるとき、一
般的にｑ軸電流がモータ４０のトルクを主に支配する電
流となることが知られている。
流す電流が求まれば、式（１４）より２相電流Ａα、Ａ
βを求めることができ、さらに式（１２）により実際に
Ｕ，Ｖ，Ｗ相に流すべき電流を求めることができる。ま
た、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に印加すべき電圧を求めることもでき
る。本実施例におけるモータ４０の電流制御はこのよう
な考え方に基づいてなされている。もっとも、α方向、
β方向を介在させることなく、直接ｄ軸、ｑ軸方向と
Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流との関係を求めて制御するものとして
もよい。以下の説明において、例えば「ｄ軸、ｑ軸電
流」という場合には、上記考え方に基づく電流ベクトル
の大きさを意味している。なお、このようにモータ４０
に流れる電流をｄ軸、ｑ軸方向に分けて考えるとき、一
般的にｑ軸電流がモータ４０のトルクを主に支配する電
流となることが知られている。
【００６０】（３）第１実施例における低速時モータ制
御処理 次に本実施例のモータ制御処理について図５を用いて具
体的に説明する。図５は、低速運転状態にあるモータ４
０を制御する低速時制御ルーチンの流れを示すフローチ
ャートである。このルーチンは、図１に示した制御用Ｅ
ＣＵ１００のＣＰＵ１２０が他の制御処理と共に周期的
に実行するルーチンである。
御処理 次に本実施例のモータ制御処理について図５を用いて具
体的に説明する。図５は、低速運転状態にあるモータ４
０を制御する低速時制御ルーチンの流れを示すフローチ
ャートである。このルーチンは、図１に示した制御用Ｅ
ＣＵ１００のＣＰＵ１２０が他の制御処理と共に周期的
に実行するルーチンである。
【００６１】低速時制御ルーチンが開始されると、ＣＰ
Ｕ１２０はトルク指令値を読み込み（ステップＳ１０
０）、そのトルク指令値が所定のトルク値Ｔ１よりも大
きいか否かを判定する（ステップＳ２００）。後述する
通り、トルク指令値の高低に応じて、電気角検出処理の
ルーチンを使い分けるためである。トルク指令値は、入
力ポート１１６を介して外部から入力されるものであっ
てもよいし、外部から入力される種々のデータに基づい
てＣＰＵ１２０が算出するものとしてもよい。なお、ス
テップＳ２００の判定においては、トルク指令値がトル
ク値Ｔ１付近である場合におけるいわゆるチャタリング
を防止するために、ヒステリシスを設けることが望まし
い。
Ｕ１２０はトルク指令値を読み込み（ステップＳ１０
０）、そのトルク指令値が所定のトルク値Ｔ１よりも大
きいか否かを判定する（ステップＳ２００）。後述する
通り、トルク指令値の高低に応じて、電気角検出処理の
ルーチンを使い分けるためである。トルク指令値は、入
力ポート１１６を介して外部から入力されるものであっ
てもよいし、外部から入力される種々のデータに基づい
てＣＰＵ１２０が算出するものとしてもよい。なお、ス
テップＳ２００の判定においては、トルク指令値がトル
ク値Ｔ１付近である場合におけるいわゆるチャタリング
を防止するために、ヒステリシスを設けることが望まし
い。
【００６２】所定のトルク値Ｔ１については、以下に説
明する低トルク時の電気角検出処理が適用できなくなる
トルク値を実験的に求めればよい。本実施例では、電気
角が確実に検出できるように、かかるトルク値よりも若
干低いトルク値をＴ１としている。
明する低トルク時の電気角検出処理が適用できなくなる
トルク値を実験的に求めればよい。本実施例では、電気
角が確実に検出できるように、かかるトルク値よりも若
干低いトルク値をＴ１としている。
【００６３】トルク指令値が所定のトルク値Ｔ１よりも
低い場合には、低トルク時電気角検出処理を実行する
（ステップＳ３００）。ここで、図６および図７に基づ
き、低トルク時電気角検出処理ルーチンの内容について
説明する。図６は低トルク時電気角検出処理ルーチンの
流れを示すフローチャートであり、図７は低トルク時電
気角検出処理ルーチンにおいてγ軸方向に印加される電
圧パルスおよびｄ軸、ｑ軸に流れる電流の様子を示すグ
ラフである。
低い場合には、低トルク時電気角検出処理を実行する
（ステップＳ３００）。ここで、図６および図７に基づ
き、低トルク時電気角検出処理ルーチンの内容について
説明する。図６は低トルク時電気角検出処理ルーチンの
流れを示すフローチャートであり、図７は低トルク時電
気角検出処理ルーチンにおいてγ軸方向に印加される電
圧パルスおよびｄ軸、ｑ軸に流れる電流の様子を示すグ
ラフである。
【００６４】低トルク時電気角検出処理ルーチンが開始
されると、ＣＰＵ１２０は、図４に示すγ軸、δ軸方向
の電流の初期値Ｉγ０、Ｉδ０を検出する（ステップＳ
３０５）。ＣＰＵ１２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流を検
出する電流センサ１０２、１０３、１０４により出力さ
れた信号を、フィルタ１０６，１０７，１０８およびＡ
ＤＣ１１２，１１３，１１４を介して入力ポート１１６
から入力し、先に「（２）モータの電流制御」において
説明した演算に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からγ軸、δ軸
方向への変換を行うことにより、これらの電流値を検出
する。ｄ軸、ｑ軸は図４に示した通り、モータ４０の電
気角が定まらないと定義できないため、ＣＰＵ１２０は
想定された電気角θｃに基づいてγ軸、δ軸を想定し、
その電流値を検出しているのである。従って、想定して
いる電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図４に示
すように誤差角△θが存在する。初期状態においては図
７に示す通り、トルク指令値に応じて、δ軸には正の電
流が流れており、γ軸には負の電流が流れている。γ軸
に負の電流を流すのは、本実施例のようにｄ軸方向のイ
ンダクタンスＬｄが、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑよ
りも小さいモータにおいては、ｄ軸の負の方向に電流を
流すことにより、モータにいわゆる正のリラクタンスト
ルクを発生させることができるからである。
されると、ＣＰＵ１２０は、図４に示すγ軸、δ軸方向
の電流の初期値Ｉγ０、Ｉδ０を検出する（ステップＳ
３０５）。ＣＰＵ１２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流を検
出する電流センサ１０２、１０３、１０４により出力さ
れた信号を、フィルタ１０６，１０７，１０８およびＡ
ＤＣ１１２，１１３，１１４を介して入力ポート１１６
から入力し、先に「（２）モータの電流制御」において
説明した演算に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からγ軸、δ軸
方向への変換を行うことにより、これらの電流値を検出
する。ｄ軸、ｑ軸は図４に示した通り、モータ４０の電
気角が定まらないと定義できないため、ＣＰＵ１２０は
想定された電気角θｃに基づいてγ軸、δ軸を想定し、
その電流値を検出しているのである。従って、想定して
いる電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図４に示
すように誤差角△θが存在する。初期状態においては図
７に示す通り、トルク指令値に応じて、δ軸には正の電
流が流れており、γ軸には負の電流が流れている。γ軸
に負の電流を流すのは、本実施例のようにｄ軸方向のイ
ンダクタンスＬｄが、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑよ
りも小さいモータにおいては、ｄ軸の負の方向に電流を
流すことにより、モータにいわゆる正のリラクタンスト
ルクを発生させることができるからである。
【００６５】次に、ＣＰＵ１２０は、γ軸方向に電圧△
Ｖγを出力し（ステップＳ３１０）、サンプリングタイ
ムｔｓの経過を待って（ステップＳ３１５）、電流値Ｉ
γ１、Ｉδ１を検出する（ステップＳ３２０）。電流を
検出するサンプリングタイムｔｓは、コイル巻線に流れ
る電流の挙動を十分検知することができる値を実験的に
設定したものである。なお、サンプリングタイムを設定
する際に考慮すべき条件については後述する。また、時
間ｔｓの経過待ち（ステップＳ３１５）は、ＣＰＵ１２
０がモータ４０の運転を制御するための他のルーチンを
実行する間に、時間ｔｓ毎に割り込み処理をかけて本ル
ーチンを実行することにより実現されている。なお、γ
軸方向の電圧△Ｖγは、図７に示す通り、初期状態にお
いてγ軸方向に印加されている電圧に△Ｖγを重畳して
印加される。これはγ軸方向に印加する電圧を△Ｖγだ
け増加することと同義である。
Ｖγを出力し（ステップＳ３１０）、サンプリングタイ
ムｔｓの経過を待って（ステップＳ３１５）、電流値Ｉ
γ１、Ｉδ１を検出する（ステップＳ３２０）。電流を
検出するサンプリングタイムｔｓは、コイル巻線に流れ
る電流の挙動を十分検知することができる値を実験的に
設定したものである。なお、サンプリングタイムを設定
する際に考慮すべき条件については後述する。また、時
間ｔｓの経過待ち（ステップＳ３１５）は、ＣＰＵ１２
０がモータ４０の運転を制御するための他のルーチンを
実行する間に、時間ｔｓ毎に割り込み処理をかけて本ル
ーチンを実行することにより実現されている。なお、γ
軸方向の電圧△Ｖγは、図７に示す通り、初期状態にお
いてγ軸方向に印加されている電圧に△Ｖγを重畳して
印加される。これはγ軸方向に印加する電圧を△Ｖγだ
け増加することと同義である。
【００６６】ここで、γ方向に電圧を印加するのは、先
に説明した通り、本実施例のような同期モータ４０にお
いては、ｑ軸方向の電流が主にトルクを支配するもので
あり、ｄ軸方向の電流がトルクに与える影響は比較的小
さいためである。つまり、制御用ＥＣＵ１００がｄ軸で
あると想定するγ方向に電流を流すことにより、電気角
検出時にトルクに与える影響を比較的小さく抑えること
ができるからである。図７においては、説明の便宜上、
δ軸の電流も大きく変化するように示してあるが、現実
にはこの変化量は非常に小さいものである。
に説明した通り、本実施例のような同期モータ４０にお
いては、ｑ軸方向の電流が主にトルクを支配するもので
あり、ｄ軸方向の電流がトルクに与える影響は比較的小
さいためである。つまり、制御用ＥＣＵ１００がｄ軸で
あると想定するγ方向に電流を流すことにより、電気角
検出時にトルクに与える影響を比較的小さく抑えること
ができるからである。図７においては、説明の便宜上、
δ軸の電流も大きく変化するように示してあるが、現実
にはこの変化量は非常に小さいものである。
【００６７】次のステップにおいて、ＣＰＵ１２０は、
γ軸方向に電圧−△Ｖγを出力し（ステップＳ３２
５）、サンプリングタイムｔｓの経過を待って（ステッ
プＳ３３０）、電流値Ｉγ２、Ｉδ２を検出する（ステ
ップＳ３３５）。γ軸方向に印加する電圧−△Ｖγは、
初期状態における電圧に重畳して出力される。従って、
図７から明らかな通り、電流値Ｉγ１、Ｉδ１を検出し
た時点から電圧値を２・△Ｖγだけ減じてγ軸方向に電
圧を印加すること、または初期状態から△Ｖγだけ減じ
て電圧を印加することと同義である。
γ軸方向に電圧−△Ｖγを出力し（ステップＳ３２
５）、サンプリングタイムｔｓの経過を待って（ステッ
プＳ３３０）、電流値Ｉγ２、Ｉδ２を検出する（ステ
ップＳ３３５）。γ軸方向に印加する電圧−△Ｖγは、
初期状態における電圧に重畳して出力される。従って、
図７から明らかな通り、電流値Ｉγ１、Ｉδ１を検出し
た時点から電圧値を２・△Ｖγだけ減じてγ軸方向に電
圧を印加すること、または初期状態から△Ｖγだけ減じ
て電圧を印加することと同義である。
【００６８】なお、ステップＳ３３０におけるサンプリ
ングタイムｔｓはＣＰＵ１２０に割り込み処理をかける
関係上、ステップＳ３１５におけるサンプリングタイム
ｔｓと同じ時間としているが、両者は異なるものとして
もよい。また、サンプリングタイムを一定の時間とせ
ず、一定の期間とし、例えば、サンプリングタイムを一
定の時間とせず、ＣＰＵ１２０が他のまとまった処理を
一通り終えた時点で電流値を検出するものとしてもよ
い。
ングタイムｔｓはＣＰＵ１２０に割り込み処理をかける
関係上、ステップＳ３１５におけるサンプリングタイム
ｔｓと同じ時間としているが、両者は異なるものとして
もよい。また、サンプリングタイムを一定の時間とせ
ず、一定の期間とし、例えば、サンプリングタイムを一
定の時間とせず、ＣＰＵ１２０が他のまとまった処理を
一通り終えた時点で電流値を検出するものとしてもよ
い。
【００６９】以上により、検出された電流値を用いてＣ
ＰＵ１２０は電流変化量を算出する（ステップＳ３４
０）。具体的には、初期電流からステップＳ３２０にお
ける検出電流への変化量△Ｉγ１（＝Ｉγ１−Ｉγ
０）、△Ｉδ１（＝Ｉδ１−Ｉδ０）と、ステップＳ３
２０での検出電流からステップＳ３３５での検出電流へ
の変化量△Ｉγ２（＝Ｉγ２−Ｉγ１）、△Ｉδ２（＝
Ｉδ２−Ｉδ１）との平均により、それぞれの電流変化
量△Ｉγ、△Ｉδを算出する。このように電流変化量に
平均値を用いるのは、電流変化量の検出精度を向上する
ためである。△Ｉγ１，△Ｉδ１と△Ｉγ２，△Ｉδ２
の符号の相違を考慮すれば、平均の電流変化量を算出す
る式は、次式（１５）となる。 △Ｉγ＝（△Ｉγ１−△Ｉγ２）／２ △Ｉδ＝（△Ｉδ１−△Ｉδ２）／２ ・・・（１５）
ＰＵ１２０は電流変化量を算出する（ステップＳ３４
０）。具体的には、初期電流からステップＳ３２０にお
ける検出電流への変化量△Ｉγ１（＝Ｉγ１−Ｉγ
０）、△Ｉδ１（＝Ｉδ１−Ｉδ０）と、ステップＳ３
２０での検出電流からステップＳ３３５での検出電流へ
の変化量△Ｉγ２（＝Ｉγ２−Ｉγ１）、△Ｉδ２（＝
Ｉδ２−Ｉδ１）との平均により、それぞれの電流変化
量△Ｉγ、△Ｉδを算出する。このように電流変化量に
平均値を用いるのは、電流変化量の検出精度を向上する
ためである。△Ｉγ１，△Ｉδ１と△Ｉγ２，△Ｉδ２
の符号の相違を考慮すれば、平均の電流変化量を算出す
る式は、次式（１５）となる。 △Ｉγ＝（△Ｉγ１−△Ｉγ２）／２ △Ｉδ＝（△Ｉδ１−△Ｉδ２）／２ ・・・（１５）
【００７０】なお、本実施例ではサンプリングタイムｔ
ｓを一定の時間で統一しているため、△Ｉγ１，△Ｉδ
１と△Ｉγ２，△Ｉδ２との平均を求めればよいが、両
者のサンプリングタイムが相違する場合には、△Ｉγ
１，△Ｉδ１と△Ｉγ２，△Ｉδ２をそれぞれサンプリ
ングタイムで除して、電流変化率に変換した上で平均値
を求める必要がある。また、図１の電圧印加部１３０に
トランジスタインバータを用いている場合等には、いわ
ゆるデッドタイムロスにより、コイル巻線に電圧が印加
される時間が、本来印加されるべき時間よりも長くなっ
たり短くなったりする場合が生じ得るため、これを補正
できる方程式を用いて、正確な電流変化量を求めるもの
としてもよい。かかる方程式の算出方法等についての詳
細な説明は省略するが、例えば出願人が別途出願をして
いる技術等（特願平９−２４１９８０に記載されている
技術）が挙げられる。
ｓを一定の時間で統一しているため、△Ｉγ１，△Ｉδ
１と△Ｉγ２，△Ｉδ２との平均を求めればよいが、両
者のサンプリングタイムが相違する場合には、△Ｉγ
１，△Ｉδ１と△Ｉγ２，△Ｉδ２をそれぞれサンプリ
ングタイムで除して、電流変化率に変換した上で平均値
を求める必要がある。また、図１の電圧印加部１３０に
トランジスタインバータを用いている場合等には、いわ
ゆるデッドタイムロスにより、コイル巻線に電圧が印加
される時間が、本来印加されるべき時間よりも長くなっ
たり短くなったりする場合が生じ得るため、これを補正
できる方程式を用いて、正確な電流変化量を求めるもの
としてもよい。かかる方程式の算出方法等についての詳
細な説明は省略するが、例えば出願人が別途出願をして
いる技術等（特願平９−２４１９８０に記載されている
技術）が挙げられる。
【００７１】後述する通り、電気角の算出に必要となる
のは、電流の変化率△Ｉγ、△Ｉδの比である。従っ
て、図６のステップＳ３２５からＳ３３５までを省略
し、電流変化率を上記△Ｉγ１、△Ｉδ１のみにより求
めるものとしてもよい。かかる方法を採用することによ
り電気角検出処理に要する時間を短縮することができ
る。特に、△Ｉγ１、△Ｉδ１に含まれる誤差が一致し
ており、両者の比をとることによりその誤差を相殺する
ことができるような場合には、かかる処理を採用するこ
とが望ましい。
のは、電流の変化率△Ｉγ、△Ｉδの比である。従っ
て、図６のステップＳ３２５からＳ３３５までを省略
し、電流変化率を上記△Ｉγ１、△Ｉδ１のみにより求
めるものとしてもよい。かかる方法を採用することによ
り電気角検出処理に要する時間を短縮することができ
る。特に、△Ｉγ１、△Ｉδ１に含まれる誤差が一致し
ており、両者の比をとることによりその誤差を相殺する
ことができるような場合には、かかる処理を採用するこ
とが望ましい。
【００７２】次に、想定した電気角θｃが存在する誤差
角の範囲について、ＣＰＵ１２０は電流変化量に基づい
た区間判定を行う（ステップＳ３４５）。区間判定につ
いて、図８を用いて説明する。図８は横軸にＣＰＵ１２
０が想定した電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角△
θ（＝θ−θｃ）をとり、各△θに対する電流変化量を
プロットしたものである。電流変化量△Ｉγ、△Ｉδは
先に式（３）、（４）で示した通り、△Ｉγ＝△Ｖγ・
ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２△θ）（式（３））および△Ｉ
δ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ（式（４））と表
される。ここで、Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２
であり、△Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。
△ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・Ａとすれば、△ＩγＡ
は、次式（１６）により表される。 △ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・Ａ ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｃｏｓ２△θ ・・・（１６） 図８では、△ＩγＡと△Ｉδを示している。
角の範囲について、ＣＰＵ１２０は電流変化量に基づい
た区間判定を行う（ステップＳ３４５）。区間判定につ
いて、図８を用いて説明する。図８は横軸にＣＰＵ１２
０が想定した電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角△
θ（＝θ−θｃ）をとり、各△θに対する電流変化量を
プロットしたものである。電流変化量△Ｉγ、△Ｉδは
先に式（３）、（４）で示した通り、△Ｉγ＝△Ｖγ・
ｔ（Ａ＋△Ｉ・ｃｏｓ２△θ）（式（３））および△Ｉ
δ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｓｉｎ２△θ（式（４））と表
される。ここで、Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２
であり、△Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。
△ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・Ａとすれば、△ＩγＡ
は、次式（１６）により表される。 △ＩγＡ＝△Ｉγ−△Ｖγ・ｔ・Ａ ＝△Ｖγ・ｔ・△Ｉ・ｃｏｓ２△θ ・・・（１６） 図８では、△ＩγＡと△Ｉδを示している。
【００７３】ＣＰＵ１２０はγ方向に電圧を印加してい
るため、誤差角△θ＝０のときは△Ｉδ＝０となる。
（１６）式、（４）式で説明した通り、△ＩγＡ、△Ｉ
δは理論的には、誤差角△θに応じて、それぞれｃｏｓ
関数およびｓｉｎ関数に従って変化する。
るため、誤差角△θ＝０のときは△Ｉδ＝０となる。
（１６）式、（４）式で説明した通り、△ＩγＡ、△Ｉ
δは理論的には、誤差角△θに応じて、それぞれｃｏｓ
関数およびｓｉｎ関数に従って変化する。
【００７４】次に、誤差角△θが−１８０度〜１８０度
の範囲を１６等分した区間を、図８に示す通り区間１〜
区間１６とすると、△ＩγＡ＋△Ｉδおよび△ＩγＡ−
△Ｉδの正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判
定できる。 ＣＡＳＥ１：△ＩγＡ＋△Ｉδ＞０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間１，８，９，１６ ＣＡＳＥ２：△ＩγＡ＋△Ｉδ＞０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間２，３，１０，１１ ＣＡＳＥ３：△ＩγＡ＋△Ｉδ＜０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間４，５，１２，１３ ＣＡＳＥ４：△ＩγＡ＋△Ｉδ＜０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間６，７，１４，１５
の範囲を１６等分した区間を、図８に示す通り区間１〜
区間１６とすると、△ＩγＡ＋△Ｉδおよび△ＩγＡ−
△Ｉδの正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判
定できる。 ＣＡＳＥ１：△ＩγＡ＋△Ｉδ＞０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間１，８，９，１６ ＣＡＳＥ２：△ＩγＡ＋△Ｉδ＞０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間２，３，１０，１１ ＣＡＳＥ３：△ＩγＡ＋△Ｉδ＜０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間４，５，１２，１３ ＣＡＳＥ４：△ＩγＡ＋△Ｉδ＜０、△ＩγＡ−△Ｉδ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間６，７，１４，１５
【００７５】こうして判定された区間に基づいて、ＣＰ
Ｕ１２０は、誤差角△θを算出する（ステップＳ３５
０）。誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で
成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４
に応じて次式（１７）〜（２４）により行われる。 ＣＡＳＥ１： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ） ・・・（１７） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π ・・・（１８） ＣＡＳＥ２： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π／４ ・・・（１９） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋５π／４ ・・・（２０） ＣＡＳＥ３： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π／２ ・・・（２１） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋３π／２ ・・・（２２） ＣＡＳＥ４： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋３π／４ ・・・（２３） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋７π／４ ・・・（２４）
Ｕ１２０は、誤差角△θを算出する（ステップＳ３５
０）。誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で
成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４
に応じて次式（１７）〜（２４）により行われる。 ＣＡＳＥ１： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ） ・・・（１７） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π ・・・（１８） ＣＡＳＥ２： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π／４ ・・・（１９） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋５π／４ ・・・（２０） ＣＡＳＥ３： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π／２ ・・・（２１） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋３π／２ ・・・（２２） ＣＡＳＥ４： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋３π／４ ・・・（２３） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋７π／４ ・・・（２４）
【００７６】ＣＡＳＥ１からＣＡＳＥ４のそれぞれにお
いて、△θの算出式が２つずつあるのは（例えば、ＣＡ
ＳＥ１には、式（１７）と式（１８）がある）、次の理
由による。具体的に、誤差角△θがＣＡＳＥ１に存在す
ると判断された場合について考えると、図８から明らか
な通り、区間１と区間９では電流△ＩγＡ、△Ｉδの比
が同じ値となる。区間８と区間１６も同様である。つま
り、△ＩγＡ、△Ｉδに基づく演算のみでは、電気角が
πだけずれた２つの解が存在することになるのである。
いて、△θの算出式が２つずつあるのは（例えば、ＣＡ
ＳＥ１には、式（１７）と式（１８）がある）、次の理
由による。具体的に、誤差角△θがＣＡＳＥ１に存在す
ると判断された場合について考えると、図８から明らか
な通り、区間１と区間９では電流△ＩγＡ、△Ｉδの比
が同じ値となる。区間８と区間１６も同様である。つま
り、△ＩγＡ、△Ｉδに基づく演算のみでは、電気角が
πだけずれた２つの解が存在することになるのである。
【００７７】本実施例では、誤差角が−９０度から９０
度の範囲からはみ出さないような周期で電気角検出処理
を実行することにより上記問題を解決している。つま
り、電気角検出処理の実行周期は、モータ４０が９０度
回転するのに要する時間よりも短くなっている。図６の
ステップＳ３１５、Ｓ３３０におけるサンプリングタイ
ムもかかる制限を考慮した範囲で設定されており、数ｍ
ｓｅｃのサンプリングタイムを用いている。かかる前提
の下、本実施例では、上式（１７）、（１９）、（２
１）、（２３）のみを用いて電気角を検出するものとし
ている。
度の範囲からはみ出さないような周期で電気角検出処理
を実行することにより上記問題を解決している。つま
り、電気角検出処理の実行周期は、モータ４０が９０度
回転するのに要する時間よりも短くなっている。図６の
ステップＳ３１５、Ｓ３３０におけるサンプリングタイ
ムもかかる制限を考慮した範囲で設定されており、数ｍ
ｓｅｃのサンプリングタイムを用いている。かかる前提
の下、本実施例では、上式（１７）、（１９）、（２
１）、（２３）のみを用いて電気角を検出するものとし
ている。
【００７８】一方、本実施例の電気角検出方法に加え
て、誤差角が−９０度から９０度の範囲に存在するの
か、他の範囲に存在するのかを判定する、いわゆる極性
判定を行うものとしてもよい。かかる極性判定方法とし
ては、種々の方法があり、例えば、本出願人が別途出願
している、例えば特開平７−１７７７８８および特願平
９−２２０１０５に記載の技術等を用いることができ
る。極性判定を行うものとすれば、誤差角を−１８０度
から１８０度の範囲で一義的に決定することができる。
て、誤差角が−９０度から９０度の範囲に存在するの
か、他の範囲に存在するのかを判定する、いわゆる極性
判定を行うものとしてもよい。かかる極性判定方法とし
ては、種々の方法があり、例えば、本出願人が別途出願
している、例えば特開平７−１７７７８８および特願平
９−２２０１０５に記載の技術等を用いることができ
る。極性判定を行うものとすれば、誤差角を−１８０度
から１８０度の範囲で一義的に決定することができる。
【００７９】次に、ＣＰＵ１２０は、上式により算出さ
れた△θを用いて想定している電気角θｃを補正する
（ステップＳ３５５）。具体的には、θｃ＋△θを演算
し、新たな電気角θｃとするのである。以上により低ト
ルク時の電気角検出処理（図５のステップＳ３００）を
一旦終了し、低速時制御ルーチンに戻る。次のステップ
で、ＣＰＵ１２０は、検出された電気角に基づいて、モ
ータ電流制御を行う（ステップＳ５００）。モータ電流
制御においてＣＰＵ１２０は、先に「（２）モータの電
流制御」において説明した通り、トルク指令値に応じて
モータ４０に流すべきｄ軸電流、ｑ軸電流を決定し、２
相／３相変換してＵ，Ｖ，Ｗ相に流すべき電流を決定す
るのである。
れた△θを用いて想定している電気角θｃを補正する
（ステップＳ３５５）。具体的には、θｃ＋△θを演算
し、新たな電気角θｃとするのである。以上により低ト
ルク時の電気角検出処理（図５のステップＳ３００）を
一旦終了し、低速時制御ルーチンに戻る。次のステップ
で、ＣＰＵ１２０は、検出された電気角に基づいて、モ
ータ電流制御を行う（ステップＳ５００）。モータ電流
制御においてＣＰＵ１２０は、先に「（２）モータの電
流制御」において説明した通り、トルク指令値に応じて
モータ４０に流すべきｄ軸電流、ｑ軸電流を決定し、２
相／３相変換してＵ，Ｖ，Ｗ相に流すべき電流を決定す
るのである。
【００８０】次に、図５のステップＳ２００において、
トルク指令値が所定のトルク値Ｔ１よりも大きい場合に
ついて説明する。このときは、ＣＰＵ１２０は、高トル
ク時電気角検出処理を行う（ステップＳ４００）。先に
説明した低トルク時電気角検出処理では、高トルク時に
電気角を精度良く検出することができないからである。
図９および図１０に基づき、高トルク時電気角検出処理
ルーチンの内容について説明する。図９は高トルク時電
気角検出処理ルーチンの流れを示すフローチャートであ
り、図１０は高トルク時電気角検出処理ルーチンにおい
てδ軸に印加される電圧パルスおよびｄ軸、ｑ軸に流れ
る電流の様子を示すグラフである。
トルク指令値が所定のトルク値Ｔ１よりも大きい場合に
ついて説明する。このときは、ＣＰＵ１２０は、高トル
ク時電気角検出処理を行う（ステップＳ４００）。先に
説明した低トルク時電気角検出処理では、高トルク時に
電気角を精度良く検出することができないからである。
図９および図１０に基づき、高トルク時電気角検出処理
ルーチンの内容について説明する。図９は高トルク時電
気角検出処理ルーチンの流れを示すフローチャートであ
り、図１０は高トルク時電気角検出処理ルーチンにおい
てδ軸に印加される電圧パルスおよびｄ軸、ｑ軸に流れ
る電流の様子を示すグラフである。
【００８１】高トルク時電気角検出処理ルーチンが開始
されると、ＣＰＵ１２０は、γ軸およびδ軸方向の電流
初期値Ｉγ０、Ｉδ０を検出し（ステップＳ４０５）、
δ軸に−△Ｖδなる電圧を印加する（ステップＳ４１
０）。これは、初期状態の電圧に−△Ｖδなる負の電圧
を重畳して印加するものであり、初期状態の電圧を−△
Ｖδだけ減じて印加することと同義である。先に説明し
た低トルク時電気角検出処理ルーチンにおいては、γ軸
に正の電圧を重畳して印加したのに対し、本ルーチンで
は、δ軸に負の電圧を重畳して印加する点が相違する。
されると、ＣＰＵ１２０は、γ軸およびδ軸方向の電流
初期値Ｉγ０、Ｉδ０を検出し（ステップＳ４０５）、
δ軸に−△Ｖδなる電圧を印加する（ステップＳ４１
０）。これは、初期状態の電圧に−△Ｖδなる負の電圧
を重畳して印加するものであり、初期状態の電圧を−△
Ｖδだけ減じて印加することと同義である。先に説明し
た低トルク時電気角検出処理ルーチンにおいては、γ軸
に正の電圧を重畳して印加したのに対し、本ルーチンで
は、δ軸に負の電圧を重畳して印加する点が相違する。
【００８２】高トルクが要求されている時は、初期状態
においてδ軸方向に大きな電流が流れているため、磁気
飽和現象により、ｑ軸のインダクタンスＬｑがｄ軸のイ
ンダクタンスＬｄよりも小さくなっている。この様子を
図１２に示す。図１２は、電流も含めた外部磁界Ｈと磁
束密度Ｂとの関係を示したグラフであり、ｑ軸に対応す
る曲線Ｃｑおよびｄ軸に対応する曲線Ｃｄの各点におけ
る接戦の傾きがそれぞれインダクタンスＬｑ、Ｌｄに相
当する。高トルクの場合の初期状態は、Ｃｑが非線形性
を示している領域Ｂにあることになる。従って、制御用
ＥＣＵ１００がｑ軸と想定しているδ軸に負の電圧を重
畳して印加することにより、ｑ軸の磁気飽和を緩和し、
線形性が保たれている領域Ａに移行させて、電気角の検
出を可能にしているのである。
においてδ軸方向に大きな電流が流れているため、磁気
飽和現象により、ｑ軸のインダクタンスＬｑがｄ軸のイ
ンダクタンスＬｄよりも小さくなっている。この様子を
図１２に示す。図１２は、電流も含めた外部磁界Ｈと磁
束密度Ｂとの関係を示したグラフであり、ｑ軸に対応す
る曲線Ｃｑおよびｄ軸に対応する曲線Ｃｄの各点におけ
る接戦の傾きがそれぞれインダクタンスＬｑ、Ｌｄに相
当する。高トルクの場合の初期状態は、Ｃｑが非線形性
を示している領域Ｂにあることになる。従って、制御用
ＥＣＵ１００がｑ軸と想定しているδ軸に負の電圧を重
畳して印加することにより、ｑ軸の磁気飽和を緩和し、
線形性が保たれている領域Ａに移行させて、電気角の検
出を可能にしているのである。
【００８３】ＣＰＵ１２０はサンプリングタイムｔｓの
経過を待って（ステップＳ４１５）、γ軸、δ軸方向の
電流値Ｉγ１、Ｉδ１を検出する（ステップＳ４２
０）。本実施例では、サンプリングタイムｔｓは、低ト
ルク時電気角検出処理ルーチンと一致させてあるが、必
ずしも一致している必要はない。
経過を待って（ステップＳ４１５）、γ軸、δ軸方向の
電流値Ｉγ１、Ｉδ１を検出する（ステップＳ４２
０）。本実施例では、サンプリングタイムｔｓは、低ト
ルク時電気角検出処理ルーチンと一致させてあるが、必
ずしも一致している必要はない。
【００８４】次に、ＣＰＵ１２０はδ軸方向に△Ｖδな
る電圧を印加し（ステップＳ４２５）、サンプリングタ
イムｔｓの経過を待った後（ステップＳ４３０）、γ
軸、δ軸方向の電流値Ｉγ２、Ｉδ２を検出する（ステ
ップＳ４３５）。また、こうして検出された電流値を用
いて電流変化量△Ｉγ、△Ｉδを算出する（ステップＳ
４４０）。電流変化量の算出は、低トルク時電気角検出
処理ルーチン（図６）のステップＳ３４０と同様であ
る。
る電圧を印加し（ステップＳ４２５）、サンプリングタ
イムｔｓの経過を待った後（ステップＳ４３０）、γ
軸、δ軸方向の電流値Ｉγ２、Ｉδ２を検出する（ステ
ップＳ４３５）。また、こうして検出された電流値を用
いて電流変化量△Ｉγ、△Ｉδを算出する（ステップＳ
４４０）。電流変化量の算出は、低トルク時電気角検出
処理ルーチン（図６）のステップＳ３４０と同様であ
る。
【００８５】なお、低トルク時電気角検出処理において
説明した通り、後の電気角検出に用いられるのは、上記
電流変化量△Ｉγ、△Ｉδのみである。従って、図９の
ステップＳ４２５からＳ４３５を省略し、初期電流Ｉγ
０、Ｉδ０および電流値Ｉγ１，Ｉδ１（ステップＳ４
２０）を用いて電流変化量を求めるものとしてもよい。
特に、高トルク時電気角検出処理においては、正の電圧
印加中（ステップＳ４２５、Ｓ４３０）において、ｑ軸
方向に再び磁気飽和が生じ、δ軸方向の電流が非線形に
変化する可能性もある。従って、かかるおそれを回避す
るためにも、上記ステップＳ４２５からＳ４３５を省略
することが好ましい場合もある。
説明した通り、後の電気角検出に用いられるのは、上記
電流変化量△Ｉγ、△Ｉδのみである。従って、図９の
ステップＳ４２５からＳ４３５を省略し、初期電流Ｉγ
０、Ｉδ０および電流値Ｉγ１，Ｉδ１（ステップＳ４
２０）を用いて電流変化量を求めるものとしてもよい。
特に、高トルク時電気角検出処理においては、正の電圧
印加中（ステップＳ４２５、Ｓ４３０）において、ｑ軸
方向に再び磁気飽和が生じ、δ軸方向の電流が非線形に
変化する可能性もある。従って、かかるおそれを回避す
るためにも、上記ステップＳ４２５からＳ４３５を省略
することが好ましい場合もある。
【００８６】以上より算出された電流変化量△Ｉγ、△
Ｉδに基づいて、ＣＰＵ１２０は誤差角△θが存在する
区間の判定を行う（ステップＳ４４５）。区間判定方法
は、低トルク時電気角検出処理ルーチンと相違するた
め、図１１を用いて説明する。図１１は横軸にＣＰＵ１
２０が想定した電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角
△θをとり、各△θに対する電流変化量をプロットした
ものである。電流変化量△Ｉγ、△Ｉδは先に式
（７）、（８）で示した通り、△Ｉγ＝△Ｖδ・ｔ・△
Ｉ・ｓｉｎ２△θ（式（７））および△Ｉδ＝△Ｖδ・
ｔ・△Ｉ・（Ａ−ｃｏｓ２△θ）（式（８））と表され
る。ここで、Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２であ
り、△Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。△Ｉ
δＡ＝△Ｖδ・ｔ・Ａ−△Ｉδとすれば、△ＩδＡは、
次式（２５）により表される。 △ＩδＡ＝△Ｖδ・ｔ・Ａ−△Ｉδ ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・ｃｏｓ２△θ ・・・（２５） 図１１では、△Ｉγと△ＩδＡを示している。
Ｉδに基づいて、ＣＰＵ１２０は誤差角△θが存在する
区間の判定を行う（ステップＳ４４５）。区間判定方法
は、低トルク時電気角検出処理ルーチンと相違するた
め、図１１を用いて説明する。図１１は横軸にＣＰＵ１
２０が想定した電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角
△θをとり、各△θに対する電流変化量をプロットした
ものである。電流変化量△Ｉγ、△Ｉδは先に式
（７）、（８）で示した通り、△Ｉγ＝△Ｖδ・ｔ・△
Ｉ・ｓｉｎ２△θ（式（７））および△Ｉδ＝△Ｖδ・
ｔ・△Ｉ・（Ａ−ｃｏｓ２△θ）（式（８））と表され
る。ここで、Ａ ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２であ
り、△Ｉ ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。△Ｉ
δＡ＝△Ｖδ・ｔ・Ａ−△Ｉδとすれば、△ＩδＡは、
次式（２５）により表される。 △ＩδＡ＝△Ｖδ・ｔ・Ａ−△Ｉδ ＝△Ｖδ・ｔ・△Ｉ・ｃｏｓ２△θ ・・・（２５） 図１１では、△Ｉγと△ＩδＡを示している。
【００８７】ＣＰＵ１２０はγ方向に電圧を印加してい
るため、誤差角△θ＝０のときは△Ｉδ＝０となる。
（７）式、（２５）式で説明した通り、△Ｉγ、△Ｉδ
Ａは理論的には、誤差角△θに応じて、それぞれｓｉｎ
関数およびｃｏｓ関数に従って変化する。
るため、誤差角△θ＝０のときは△Ｉδ＝０となる。
（７）式、（２５）式で説明した通り、△Ｉγ、△Ｉδ
Ａは理論的には、誤差角△θに応じて、それぞれｓｉｎ
関数およびｃｏｓ関数に従って変化する。
【００８８】次に、誤差角△θが−１８０度〜１８０度
の範囲を１６等分した区間を、図８に示す通り区間１〜
区間１６とすると、△Ｉγ＋△ＩδＡおよび△Ｉγ−△
ＩδＡの正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判
定できる。 ＣＡＳＥ１：△Ｉγ＋△ＩδＡ＞０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間２，３，１０，１１ ＣＡＳＥ２：△Ｉγ＋△ＩδＡ＞０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間１，８，９，１６ ＣＡＳＥ３：△Ｉγ＋△ＩδＡ＜０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間６，７，１４，１５ ＣＡＳＥ４：△Ｉγ＋△ＩδＡ＜０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間４，５，１２，１３
の範囲を１６等分した区間を、図８に示す通り区間１〜
区間１６とすると、△Ｉγ＋△ＩδＡおよび△Ｉγ−△
ＩδＡの正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判
定できる。 ＣＡＳＥ１：△Ｉγ＋△ＩδＡ＞０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間２，３，１０，１１ ＣＡＳＥ２：△Ｉγ＋△ＩδＡ＞０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間１，８，９，１６ ＣＡＳＥ３：△Ｉγ＋△ＩδＡ＜０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＜０のとき、 誤差角が属する区間＝区間６，７，１４，１５ ＣＡＳＥ４：△Ｉγ＋△ＩδＡ＜０、△Ｉγ−△ＩδＡ
＞０のとき、 誤差角が属する区間＝区間４，５，１２，１３
【００８９】こうして判定された区間に基づいて、ＣＰ
Ｕ１２０は、誤差角△θを算出する（ステップＳ４５
０）。誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で
成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４
に応じて次式（２６）から（３３）により行われる。 ＣＡＳＥ１： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π／４ ・・・（２６） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋５π／４ ・・・（２７） ＣＡＳＥ２： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ） ・・・（２８） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π ・・・（２９） ＣＡＳＥ３： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋３π／４ ・・・（３０） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋７π／４ ・・・（３１） ＣＡＳＥ４： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π／２ ・・・（３２） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋３π／２ ・・・（３３）
Ｕ１２０は、誤差角△θを算出する（ステップＳ４５
０）。誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で
成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４
に応じて次式（２６）から（３３）により行われる。 ＣＡＳＥ１： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋π／４ ・・・（２６） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋５π／４ ・・・（２７） ＣＡＳＥ２： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ） ・・・（２８） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π ・・・（２９） ＣＡＳＥ３： △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋３π／４ ・・・（３０） △θ＝ △Ｉδ／（２・△ＩγＡ）＋７π／４ ・・・（３１） ＣＡＳＥ４： △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋π／２ ・・・（３２） △θ＝−△ＩγＡ／（２・△Ｉδ）＋３π／２ ・・・（３３）
【００９０】上記ＣＡＳＥ１からＣＡＳＥ４において
も、低トルク時電気角検出処理と同様、電気角を算出す
る式がそれぞれ２つずつ存在する。本実施例では、低ト
ルク時電気角検出処理と同様、電気角検出処理を実行す
る周期を適切な値に設定することにより、上式（２
６）、（２８）、（３０）、（３２）のみを用いて電気
角を求めるものとしている。先に説明した通り、いわゆ
る極性判定を行うことにより、電気角を−１８０度から
１８０度の範囲で一義的に検出できるようにしてもよ
い。
も、低トルク時電気角検出処理と同様、電気角を算出す
る式がそれぞれ２つずつ存在する。本実施例では、低ト
ルク時電気角検出処理と同様、電気角検出処理を実行す
る周期を適切な値に設定することにより、上式（２
６）、（２８）、（３０）、（３２）のみを用いて電気
角を求めるものとしている。先に説明した通り、いわゆ
る極性判定を行うことにより、電気角を−１８０度から
１８０度の範囲で一義的に検出できるようにしてもよ
い。
【００９１】ＣＰＵ１２０は、上式により算出された△
θを用いて想定している電気角θｃを補正し（ステップ
Ｓ４５５）、高トルク時の電気角検出処理（図５のステ
ップＳ４００）を一旦終了する。こうして、低速時制御
ルーチンに戻った後、次のステップで、ＣＰＵ１２０
は、検出された電気角に基づいて、モータ電流制御を行
う（ステップＳ５００）。モータ電流制御については既
に説明した。
θを用いて想定している電気角θｃを補正し（ステップ
Ｓ４５５）、高トルク時の電気角検出処理（図５のステ
ップＳ４００）を一旦終了する。こうして、低速時制御
ルーチンに戻った後、次のステップで、ＣＰＵ１２０
は、検出された電気角に基づいて、モータ電流制御を行
う（ステップＳ５００）。モータ電流制御については既
に説明した。
【００９２】なお、図５のフローチャートでは便宜上、
モータ電流制御と電気角の検出処理とを一つのフローチ
ャートで示しており、両者は同じ周期で実行されるもの
として示しているが、モータ４０を滑らかに回転するた
め、実際にはモータ電流制御は電気角検出処理よりも細
かい周期で実行されている。本実施例では電気角検出処
理が行われる時間間隔の１／４倍の時間間隔で実行して
いる。電気角検出処理が実行されない場合のモータ電流
制御は、それまでに検出されていた電気角の変化を外挿
して求められた電気角に基づいて行われる。この外挿方
法について図１３を用いて説明する。
モータ電流制御と電気角の検出処理とを一つのフローチ
ャートで示しており、両者は同じ周期で実行されるもの
として示しているが、モータ４０を滑らかに回転するた
め、実際にはモータ電流制御は電気角検出処理よりも細
かい周期で実行されている。本実施例では電気角検出処
理が行われる時間間隔の１／４倍の時間間隔で実行して
いる。電気角検出処理が実行されない場合のモータ電流
制御は、それまでに検出されていた電気角の変化を外挿
して求められた電気角に基づいて行われる。この外挿方
法について図１３を用いて説明する。
【００９３】図１３は、モータ４０が低速回転している
場合に、時間の経過とともに電気角が増えていく様子を
示した図である。図１３において、時間間隔△ｔｍごと
に「●」で示したｍ１〜ｍ５なるポイントで電気角検出
処理が実行されることを示している。また、時間間隔△
ｔｎごとに「○」で示したｎ１〜ｎ３なるポイントで
は、電気角検出処理は実行されないが、モータ電流制御
が実行されることを示している。本実施例では、△ｔｍ
＝４×△ｔｎである。
場合に、時間の経過とともに電気角が増えていく様子を
示した図である。図１３において、時間間隔△ｔｍごと
に「●」で示したｍ１〜ｍ５なるポイントで電気角検出
処理が実行されることを示している。また、時間間隔△
ｔｎごとに「○」で示したｎ１〜ｎ３なるポイントで
は、電気角検出処理は実行されないが、モータ電流制御
が実行されることを示している。本実施例では、△ｔｍ
＝４×△ｔｎである。
【００９４】ポイントｎ１でモータ電流制御をする場
合、そこでの電気角Ｎ１を求める必要がある。本実施例
では、図１３のポイントｍ１〜ｍ４に基づいて算出され
る電気角の平均の変化率△ｍａｖと、時間間隔△ｔｎお
よびポイントｍ４での電気角Ｍ４に基づき、Ｎ１＝△ｍ
ａｖ×△ｔｎ＋Ｍ４なる演算により算出している。同様
に、ポイントｎ２，ｎ３の電気角は、それぞれ△ｔｎに
代えて、２×△ｔｎ、３×△ｔｎを用いることにより算
出している。
合、そこでの電気角Ｎ１を求める必要がある。本実施例
では、図１３のポイントｍ１〜ｍ４に基づいて算出され
る電気角の平均の変化率△ｍａｖと、時間間隔△ｔｎお
よびポイントｍ４での電気角Ｍ４に基づき、Ｎ１＝△ｍ
ａｖ×△ｔｎ＋Ｍ４なる演算により算出している。同様
に、ポイントｎ２，ｎ３の電気角は、それぞれ△ｔｎに
代えて、２×△ｔｎ、３×△ｔｎを用いることにより算
出している。
【００９５】また、ここで用いられる電気角の平均の変
化率△ｍａｖは、ポイントｍ１からｍ２の電気角の変化
率△ｍ１、ポイントｍ２からｍ３の電気角の変化率△ｍ
２、ポイントｍ３からｍ４の電気角の変化率△ｍ３の平
均をとって求めている。つまり、△ｍａｖ＝（△ｍ１＋
△ｍ２＋△ｍ３）／３である。電気角の変化率とは、各
区間での電気角の変化量を時間間隔△ｔｍで除したもの
であり、その区間におけるモータ４０の平均角速度に相
当する。かかる外挿を用いれば、次の電気角検出タイミ
ングとなるポイントｍ５における電気角も想定すること
ができる。こうして想定された電気角が図４におけるθ
ｃである。
化率△ｍａｖは、ポイントｍ１からｍ２の電気角の変化
率△ｍ１、ポイントｍ２からｍ３の電気角の変化率△ｍ
２、ポイントｍ３からｍ４の電気角の変化率△ｍ３の平
均をとって求めている。つまり、△ｍａｖ＝（△ｍ１＋
△ｍ２＋△ｍ３）／３である。電気角の変化率とは、各
区間での電気角の変化量を時間間隔△ｔｍで除したもの
であり、その区間におけるモータ４０の平均角速度に相
当する。かかる外挿を用いれば、次の電気角検出タイミ
ングとなるポイントｍ５における電気角も想定すること
ができる。こうして想定された電気角が図４におけるθ
ｃである。
【００９６】このように電気角検出処理よりも細かな周
期でモータ電流制御を行うことにより、ポイントｎ１〜
ｎ３における電気角には若干の誤差が含まれているもの
の、モータ４０の運転を滑らかに制御することができ
る。なお、上記モータ電流制御の間隔や平均の変化率を
算出するために用いるポイントｍ１，ｍ２，・・・の数
等は、モータ電流制御に要求される電気角の想定精度や
ＣＰＵ１２０の処理速度等に応じて適宜定めることがで
きる。
期でモータ電流制御を行うことにより、ポイントｎ１〜
ｎ３における電気角には若干の誤差が含まれているもの
の、モータ４０の運転を滑らかに制御することができ
る。なお、上記モータ電流制御の間隔や平均の変化率を
算出するために用いるポイントｍ１，ｍ２，・・・の数
等は、モータ電流制御に要求される電気角の想定精度や
ＣＰＵ１２０の処理速度等に応じて適宜定めることがで
きる。
【００９７】以上で説明した電気角検出装置およびモー
タ制御装置１０によれば、モータ４０の低速運転時にお
いて、トルク指令値が高トルクであっても電気角を精度
良く検出でき、モータ４０を適切に制御することができ
る。なお、高トルク時電気角検出処理（図５のステップ
Ｓ４００）において、モータ４０のトルクを主に支配す
るｑ軸方向に負の電圧を印加するため、瞬間的にトルク
の減少を生じる可能性もあるが、モータ４０のトルク指
令値が所定値以上である場合にのみｑ軸方向に電圧を印
加するため、かかるトルク変動を最小限に抑えることが
できる。
タ制御装置１０によれば、モータ４０の低速運転時にお
いて、トルク指令値が高トルクであっても電気角を精度
良く検出でき、モータ４０を適切に制御することができ
る。なお、高トルク時電気角検出処理（図５のステップ
Ｓ４００）において、モータ４０のトルクを主に支配す
るｑ軸方向に負の電圧を印加するため、瞬間的にトルク
の減少を生じる可能性もあるが、モータ４０のトルク指
令値が所定値以上である場合にのみｑ軸方向に電圧を印
加するため、かかるトルク変動を最小限に抑えることが
できる。
【００９８】もっとも、電気角検出処理は非常に短期間
で終了する処理であるため、トルク指令値と所定のトル
ク値Ｔ１との大小を比較する判断（図５のステップＳ２
００）を省略し、トルク指令値に関わらず高トルク時電
気角検出処理（図５のステップＳ４００）により電気角
の検出をするものとしてもよい。さらに、トルク指令値
に関わらず、常に低トルク時電気角検出処理と高トルク
時電気角検出処理の双方を実行するものとし、モータ４
０の電気角検出結果が連続的に変化するように、両者の
演算結果のうち一つを選択するものとしてもよい。かか
る手段は、トルク指令値がトルク値Ｔ１付近となり、図
５に示したルーチンにおいて、低トルク時電気角検出処
理と高トルク時電気角検出処理とが切り替わる遷移領域
において電気角を安定して検出するのに有効である。従
って、かかる遷移領域においてのみ両者を実行するよう
にしてもよい。
で終了する処理であるため、トルク指令値と所定のトル
ク値Ｔ１との大小を比較する判断（図５のステップＳ２
００）を省略し、トルク指令値に関わらず高トルク時電
気角検出処理（図５のステップＳ４００）により電気角
の検出をするものとしてもよい。さらに、トルク指令値
に関わらず、常に低トルク時電気角検出処理と高トルク
時電気角検出処理の双方を実行するものとし、モータ４
０の電気角検出結果が連続的に変化するように、両者の
演算結果のうち一つを選択するものとしてもよい。かか
る手段は、トルク指令値がトルク値Ｔ１付近となり、図
５に示したルーチンにおいて、低トルク時電気角検出処
理と高トルク時電気角検出処理とが切り替わる遷移領域
において電気角を安定して検出するのに有効である。従
って、かかる遷移領域においてのみ両者を実行するよう
にしてもよい。
【００９９】一方、上記の電気角検出装置は、高トルク
時電気角検出処理において、ｑ軸に負の電圧を重畳して
印加した後、正の電圧を重畳して印加する（図１０参
照）。この結果、負の電圧を重畳して印加することによ
り減少したｑ軸方向の電流を、要求トルクに応じた所定
の電流値まで早期に回復することができ、電気角検出中
におけるトルク変動の影響を抑えることができる。本実
施例では、電流変化率を精度良く算出する目的から、図
９のステップＳ４２５における正の印加電圧と、ステッ
プＳ４１０における負の印加電圧について、電圧の絶対
値および電圧印加時間を同一にしているが、正の印加電
圧について電圧値および電圧印加時間をトルク変動を抑
える上記目的に合わせた適切な値に設定してもよい。
時電気角検出処理において、ｑ軸に負の電圧を重畳して
印加した後、正の電圧を重畳して印加する（図１０参
照）。この結果、負の電圧を重畳して印加することによ
り減少したｑ軸方向の電流を、要求トルクに応じた所定
の電流値まで早期に回復することができ、電気角検出中
におけるトルク変動の影響を抑えることができる。本実
施例では、電流変化率を精度良く算出する目的から、図
９のステップＳ４２５における正の印加電圧と、ステッ
プＳ４１０における負の印加電圧について、電圧の絶対
値および電圧印加時間を同一にしているが、正の印加電
圧について電圧値および電圧印加時間をトルク変動を抑
える上記目的に合わせた適切な値に設定してもよい。
【０１００】なお、上記の電気角検出装置による高トル
ク時電気角検出処理において印加する電圧値△Ｖδまた
は電圧の印加時間をトルク指令値に応じて変化するもの
としてもよい。図１２を用いて説明する。具体的には、
トルク指令値が所定のトルク値Ｔ１を大きく越える値
（図１２の点ｃ）である場合には、印加する電圧値△Ｖ
δを大きい値とし、トルク指令値が小さくなる（図１２
の点ｂ）につれて印加する電圧値△Ｖδを減少するもの
としてもよい。
ク時電気角検出処理において印加する電圧値△Ｖδまた
は電圧の印加時間をトルク指令値に応じて変化するもの
としてもよい。図１２を用いて説明する。具体的には、
トルク指令値が所定のトルク値Ｔ１を大きく越える値
（図１２の点ｃ）である場合には、印加する電圧値△Ｖ
δを大きい値とし、トルク指令値が小さくなる（図１２
の点ｂ）につれて印加する電圧値△Ｖδを減少するもの
としてもよい。
【０１０１】トルク指令値と電圧値△Ｖδとの関係を図
１４〜図１６に示す。印加する電圧の絶対値が、図１４
に示す通りトルク指令値の減少に応じて直線的に減少す
るものの他、図１５に示す通り曲線的に減少するものや
図１６に示す通り段階的に減少するものであってもよ
い。また、印加する電圧の絶対値および電圧印加時間の
一方のみを減少するものとしてもよいし、双方を減少す
るものとしてもよい。
１４〜図１６に示す。印加する電圧の絶対値が、図１４
に示す通りトルク指令値の減少に応じて直線的に減少す
るものの他、図１５に示す通り曲線的に減少するものや
図１６に示す通り段階的に減少するものであってもよ
い。また、印加する電圧の絶対値および電圧印加時間の
一方のみを減少するものとしてもよいし、双方を減少す
るものとしてもよい。
【０１０２】かかる電気角検出装置およびモータ制御装
置１０によれば、モータ４０に要求されるトルク指令値
が小さくなるにつれて、前記重畳して印加する電圧の絶
対値および電圧印加時間の少なくとも一方を小さくする
ことができる。この結果、高トルク時にｑ軸のインダク
タンスを線形領域（図１２の領域Ａ）に移行するのに必
要最小限の電圧を印加すればよいことになり、ｑ軸への
負の電圧印加によるトルク変動を必要最小限に抑えるこ
とができる。
置１０によれば、モータ４０に要求されるトルク指令値
が小さくなるにつれて、前記重畳して印加する電圧の絶
対値および電圧印加時間の少なくとも一方を小さくする
ことができる。この結果、高トルク時にｑ軸のインダク
タンスを線形領域（図１２の領域Ａ）に移行するのに必
要最小限の電圧を印加すればよいことになり、ｑ軸への
負の電圧印加によるトルク変動を必要最小限に抑えるこ
とができる。
【０１０３】（４）第２実施例における低速時モータ制
御処理 次に本発明の第２の実施例について説明する。第２実施
例の電気角検出装置およびモータ制御装置１０は、ハー
ドウェアの構成としては、第１実施例と同様である。ま
た、低速時制御ルーチンの流れも第１実施例と同様であ
る（図５参照）。第２実施例では、高トルク時の電気角
検出処理（図５のステップＳ４００）が、第１実施例と
相違する。
御処理 次に本発明の第２の実施例について説明する。第２実施
例の電気角検出装置およびモータ制御装置１０は、ハー
ドウェアの構成としては、第１実施例と同様である。ま
た、低速時制御ルーチンの流れも第１実施例と同様であ
る（図５参照）。第２実施例では、高トルク時の電気角
検出処理（図５のステップＳ４００）が、第１実施例と
相違する。
【０１０４】本実施例における高トルク時の電気角検出
処理ルーチンについて図１７に示すフローチャートを用
いて説明する。高トルク時の電気角検出処理ルーチンが
開始されると、ＣＰＵ１２０は電流初期値Ｉδ０を検出
する（ステップＳ４５５）。後述する通り、本実施例で
は、ｑ軸に相当するδ軸方向の電流のみを用いて電気角
検出を行うため、γ軸方向の電流初期値は検出する必要
がない。
処理ルーチンについて図１７に示すフローチャートを用
いて説明する。高トルク時の電気角検出処理ルーチンが
開始されると、ＣＰＵ１２０は電流初期値Ｉδ０を検出
する（ステップＳ４５５）。後述する通り、本実施例で
は、ｑ軸に相当するδ軸方向の電流のみを用いて電気角
検出を行うため、γ軸方向の電流初期値は検出する必要
がない。
【０１０５】δ軸方向の電流の検出は、第１実施例と同
様である。即ち、ＣＰＵ１２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電
流を検出する電流センサ１０２、１０３、１０４により
出力された信号を、フィルタ１０６，１０７，１０８お
よびＡＤＣ１１２，１１３，１１４を介して入力ポート
１１６から入力し、先に「（２）モータの電流制御」に
おいて説明した演算に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からγ
軸、δ軸方向への変換を行うことにより、これらの電流
値を検出する。ｄ軸、ｑ軸は図４に示した通り、モータ
４０の電気角が定まらないと定義できないため、ＣＰＵ
１２０は想定された電気角θｃに基づいてγ軸、δ軸を
想定し、その電流値を検出している。従って、想定して
いる電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図４に示
すように誤差角△θが存在する。
様である。即ち、ＣＰＵ１２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電
流を検出する電流センサ１０２、１０３、１０４により
出力された信号を、フィルタ１０６，１０７，１０８お
よびＡＤＣ１１２，１１３，１１４を介して入力ポート
１１６から入力し、先に「（２）モータの電流制御」に
おいて説明した演算に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からγ
軸、δ軸方向への変換を行うことにより、これらの電流
値を検出する。ｄ軸、ｑ軸は図４に示した通り、モータ
４０の電気角が定まらないと定義できないため、ＣＰＵ
１２０は想定された電気角θｃに基づいてγ軸、δ軸を
想定し、その電流値を検出している。従って、想定して
いる電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図４に示
すように誤差角△θが存在する。
【０１０６】次に、ＣＰＵ１２０は想定された電気角θ
ｃに基づいて決定されるδ軸方向に検出用の電圧△Ｖδ
を印加する（ステップＳ４６０）。これは、初期状態の
電圧に△Ｖδなる正の電圧を重畳して印加するものであ
り、初期状態の電圧を△Ｖδだけ増して印加することと
同義である。第１実施例ではδ軸に負の電圧を重畳して
印加していたのに対し、本実施例では正の電圧を印加す
る点で相違する。もっとも、後述する通り、本実施例で
は負の電圧を印加するものとしても実現することができ
る。
ｃに基づいて決定されるδ軸方向に検出用の電圧△Ｖδ
を印加する（ステップＳ４６０）。これは、初期状態の
電圧に△Ｖδなる正の電圧を重畳して印加するものであ
り、初期状態の電圧を△Ｖδだけ増して印加することと
同義である。第１実施例ではδ軸に負の電圧を重畳して
印加していたのに対し、本実施例では正の電圧を印加す
る点で相違する。もっとも、後述する通り、本実施例で
は負の電圧を印加するものとしても実現することができ
る。
【０１０７】ＣＰＵ１２０はサンプリングタイムｔｓの
経過を待って（ステップＳ４６５）、δ軸方向の電流値
Ｉδ１を検出し（ステップＳ４７０）、先に検出してい
た初期電流Ｉδ０からの差分である電流変化量△Ｉδを
算出する（ステップＳ４７５）。なお、第１実施例で
は、いわゆるデッドタイムロスにより生じる電流変化量
の誤差を回避するための処理を行っているが（例えば、
図９のステップＳ４２５〜Ｓ４４０）、本実施例では後
述する通り、かかる誤差も含めたテーブルを使用して電
気角を検出するため、デッドタイムロスを回避するため
の処理を行う必要はない。もっとも、電気角の検出にデ
ッドタイムロスの影響を含まないテーブルを用いる場合
には第１実施例で説明したと同様の補正を施す必要があ
る。
経過を待って（ステップＳ４６５）、δ軸方向の電流値
Ｉδ１を検出し（ステップＳ４７０）、先に検出してい
た初期電流Ｉδ０からの差分である電流変化量△Ｉδを
算出する（ステップＳ４７５）。なお、第１実施例で
は、いわゆるデッドタイムロスにより生じる電流変化量
の誤差を回避するための処理を行っているが（例えば、
図９のステップＳ４２５〜Ｓ４４０）、本実施例では後
述する通り、かかる誤差も含めたテーブルを使用して電
気角を検出するため、デッドタイムロスを回避するため
の処理を行う必要はない。もっとも、電気角の検出にデ
ッドタイムロスの影響を含まないテーブルを用いる場合
には第１実施例で説明したと同様の補正を施す必要があ
る。
【０１０８】次に、ＣＰＵ１２０はトルク指令値に応じ
て電気角を算出するための係数ｋ１，ｋ２を求める（ス
テップＳ４８０）。これらの係数は、電気角の誤差角と
上記電流変化量△Ｉδとの間の関係を直線近似する際の
傾きおよび切片を表す係数であり、トルク指令値に対応
して予めテーブル形式で記憶されている。上記ステップ
では、該テーブルから相当する値を読み込み、必要に応
じて補間演算することにより係数ｋ１，ｋ２を求めるの
である。
て電気角を算出するための係数ｋ１，ｋ２を求める（ス
テップＳ４８０）。これらの係数は、電気角の誤差角と
上記電流変化量△Ｉδとの間の関係を直線近似する際の
傾きおよび切片を表す係数であり、トルク指令値に対応
して予めテーブル形式で記憶されている。上記ステップ
では、該テーブルから相当する値を読み込み、必要に応
じて補間演算することにより係数ｋ１，ｋ２を求めるの
である。
【０１０９】上記係数について、図１８を用いて説明す
る。図１８は、電気角の誤差角と上記電流変化量△Ｉδ
との関係をトルク指令値をパラメータとして示したもの
である。ｉ１，ｉ２・・・なるパラメータがトルク指令
値を示しており、この順にトルク指令値が大きくなって
いることを意味している。図１８に示す関係が存在する
理由については、既に説明した。かかる関係は、モータ
４０および検出用に印加される電圧値および時間に応じ
て変化するものであり、実験的に求めることができる。
図１８は印加された電圧に対して、デッドタイムロスに
よる誤差も含めて検出される電流を示したものである。
る。図１８は、電気角の誤差角と上記電流変化量△Ｉδ
との関係をトルク指令値をパラメータとして示したもの
である。ｉ１，ｉ２・・・なるパラメータがトルク指令
値を示しており、この順にトルク指令値が大きくなって
いることを意味している。図１８に示す関係が存在する
理由については、既に説明した。かかる関係は、モータ
４０および検出用に印加される電圧値および時間に応じ
て変化するものであり、実験的に求めることができる。
図１８は印加された電圧に対して、デッドタイムロスに
よる誤差も含めて検出される電流を示したものである。
【０１１０】図１８の電流変化量△Ｉδにトルク指令値
に応じた有意差が現れている範囲（ｉ３〜ｉ６）が高ト
ルク時に相当する。従って、本実施例で高トルク時の電
気角検出処理を行うか否かの判断に用いる閾値Ｔ１は
（図５のステップＳ２００参照）、図１８の値ｉ２とｉ
３の間の値ということになる。この閾値は必ずしも第１
実施例における閾値Ｔ１とは一致しない。
に応じた有意差が現れている範囲（ｉ３〜ｉ６）が高ト
ルク時に相当する。従って、本実施例で高トルク時の電
気角検出処理を行うか否かの判断に用いる閾値Ｔ１は
（図５のステップＳ２００参照）、図１８の値ｉ２とｉ
３の間の値ということになる。この閾値は必ずしも第１
実施例における閾値Ｔ１とは一致しない。
【０１１１】図１８に示した通り、電流変化量は、誤差
角−２０度〜４０度程度の範囲で概ね直線で近似でき
る。上述の係数ｋ１，ｋ２は、この近似直線の傾きおよ
びいわゆるＹ切片である。なお、誤差角が上記範囲を超
える場合には、図１８から明らかな通り直線近似するこ
とはできないが、本実施例では、モータ４０の回転速度
に応じて誤差角がこの範囲を外れない程度の細かい周期
で電気角を検出しているため、直線近似で十分な精度を
保証することができる。
角−２０度〜４０度程度の範囲で概ね直線で近似でき
る。上述の係数ｋ１，ｋ２は、この近似直線の傾きおよ
びいわゆるＹ切片である。なお、誤差角が上記範囲を超
える場合には、図１８から明らかな通り直線近似するこ
とはできないが、本実施例では、モータ４０の回転速度
に応じて誤差角がこの範囲を外れない程度の細かい周期
で電気角を検出しているため、直線近似で十分な精度を
保証することができる。
【０１１２】こうして決定された係数ｋ１，ｋ２に基づ
いてＣＰＵ１２０は、誤差角△θを算出し（ステップＳ
４８５）、想定した電気角θｃを補正する（ステップＳ
４９０）。本実施例では、図１８を上記係数ｋ１，ｋ２
および電流変化量△Ｉδを用いて、△θ＝ｋ１・△Ｉδ
＋ｋ２で誤差角△θを算出する。
いてＣＰＵ１２０は、誤差角△θを算出し（ステップＳ
４８５）、想定した電気角θｃを補正する（ステップＳ
４９０）。本実施例では、図１８を上記係数ｋ１，ｋ２
および電流変化量△Ｉδを用いて、△θ＝ｋ１・△Ｉδ
＋ｋ２で誤差角△θを算出する。
【０１１３】以上で説明した電気角検出装置およびモー
タ制御装置１０によれば、第１実施例の場合と同様、低
速運転時に高トルクが要求された場合でも電気角を精度
良く検出することができ、モータ４０を適切に制御する
ことができる。また、電気角の検出に当たり出力トルク
に影響を与えるｑ軸方向に正の電圧を印加して電気角を
検出することができるため、出力トルクが要求されたト
ルクを下回ることがない利点もある。さらに、電流変化
量の検出に当たり、デッドタイムロスによる誤差をキャ
ンセルするための処理（例えば、図９のステップＳ４２
５〜Ｓ４４０）を行う必要がないため、第１実施例の電
気角検出装置に比べ処理の高速化を図ることもできる。
タ制御装置１０によれば、第１実施例の場合と同様、低
速運転時に高トルクが要求された場合でも電気角を精度
良く検出することができ、モータ４０を適切に制御する
ことができる。また、電気角の検出に当たり出力トルク
に影響を与えるｑ軸方向に正の電圧を印加して電気角を
検出することができるため、出力トルクが要求されたト
ルクを下回ることがない利点もある。さらに、電流変化
量の検出に当たり、デッドタイムロスによる誤差をキャ
ンセルするための処理（例えば、図９のステップＳ４２
５〜Ｓ４４０）を行う必要がないため、第１実施例の電
気角検出装置に比べ処理の高速化を図ることもできる。
【０１１４】なお、上記実施例では処理の高速化の観点
から、図１８の電流を直線近似して取り扱うことを可能
とするために、誤差角が−２０度〜４０度程度の範囲を
外れないように、細かい検出周期で電気角を検出するも
のとしているが、かかる誤差角を超える範囲でも電気角
を検出可能とするために、図１８のグラフをいくつかの
区分に分割して、直線近似を適用するものとしてもよ
い。また、電気角の検出精度を高めるためにこれらを曲
線で近似するものとしたり、テーブル形式でデータを記
憶したりするものとしてもよい。
から、図１８の電流を直線近似して取り扱うことを可能
とするために、誤差角が−２０度〜４０度程度の範囲を
外れないように、細かい検出周期で電気角を検出するも
のとしているが、かかる誤差角を超える範囲でも電気角
を検出可能とするために、図１８のグラフをいくつかの
区分に分割して、直線近似を適用するものとしてもよ
い。また、電気角の検出精度を高めるためにこれらを曲
線で近似するものとしたり、テーブル形式でデータを記
憶したりするものとしてもよい。
【０１１５】もっとも、図１８から明らかな通り、誤差
角が概ね−９０度〜−３０度の範囲では、誤差角に応じ
た電流の変化量がわずかであるため、十分な検出精度を
確保することが困難である。従って、停止しているモー
タ４０に対し制御を開始する場合等、電気角の誤差が非
常に大きくなることが想定される場合には、他の電気角
検出方法を併用し、予め誤差角の範囲を絞り込んでから
本実施例の方法を適用することが望まれる。併用すべき
電気角検出方法としては、例えば本出願人が出願した特
開平７−１７７７８８に記載された技術等が挙げられ
る。
角が概ね−９０度〜−３０度の範囲では、誤差角に応じ
た電流の変化量がわずかであるため、十分な検出精度を
確保することが困難である。従って、停止しているモー
タ４０に対し制御を開始する場合等、電気角の誤差が非
常に大きくなることが想定される場合には、他の電気角
検出方法を併用し、予め誤差角の範囲を絞り込んでから
本実施例の方法を適用することが望まれる。併用すべき
電気角検出方法としては、例えば本出願人が出願した特
開平７−１７７７８８に記載された技術等が挙げられ
る。
【０１１６】上記実施例では誤差角と電流変化量との関
係を予め記憶しておくものとしているが、かかる関係に
代えて検出用の電圧印加の開始から電流変化量がある所
定値に至るまでに要する時間と誤差角との関係を記憶す
るものとしてもよい。こうすれば、電流値がモータ４０
の定格を大きく超えることを防止することができる。
係を予め記憶しておくものとしているが、かかる関係に
代えて検出用の電圧印加の開始から電流変化量がある所
定値に至るまでに要する時間と誤差角との関係を記憶す
るものとしてもよい。こうすれば、電流値がモータ４０
の定格を大きく超えることを防止することができる。
【０１１７】また、上記実施例では、電気角の検出用に
正の電圧を印加しているが、上記方法は負の電圧を印加
するものとしても適用できる。従って、例えば、トルク
指令値に応じて印加される電圧にさらに検出用の正の電
圧を印加することにより、モータ４０の定格電流を大き
く超える電流が流れるおそれがあるような場合には、負
の電圧を印加するものとしてもよい。かかる場合には図
１８に相当する関係を予め負の印加電圧に対して実験的
に設定しておく必要がある。
正の電圧を印加しているが、上記方法は負の電圧を印加
するものとしても適用できる。従って、例えば、トルク
指令値に応じて印加される電圧にさらに検出用の正の電
圧を印加することにより、モータ４０の定格電流を大き
く超える電流が流れるおそれがあるような場合には、負
の電圧を印加するものとしてもよい。かかる場合には図
１８に相当する関係を予め負の印加電圧に対して実験的
に設定しておく必要がある。
【０１１８】以上、本発明の種々の実施例について説明
してきたが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の形態による実
施が可能である。
してきたが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の形態による実
施が可能である。
【図１】モータ制御装置１０の概略構成を示すブロック
図である。
図である。
【図２】三相同期モータ４０の概略構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図３】三相同期モータ４０の固定子３０と回転子５０
との関係を示す端面図である。
との関係を示す端面図である。
【図４】三相同期モータ４０の等価回路図である。
【図５】低速時制御ルーチンの処理内容を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】低トルク時電気角検出処理ルーチンの処理内容
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図７】低トルク時電気角検出処理ルーチンにおける印
加電圧と検出電流の様子を示すグラフである。
加電圧と検出電流の様子を示すグラフである。
【図８】低トルク時電気角検出処理ルーチンにおいて検
出された電流と誤差角の関係を示すグラフである。
出された電流と誤差角の関係を示すグラフである。
【図９】高トルク時電気角検出処理ルーチンの処理内容
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図１０】高トルク時電気角検出処理ルーチンにおける
印加電圧と検出電流の様子を示すグラフである。
印加電圧と検出電流の様子を示すグラフである。
【図１１】高トルク時電気角検出処理ルーチンにおいて
検出された電流と誤差角の関係を示すグラフである。
検出された電流と誤差角の関係を示すグラフである。
【図１２】モータ４０の磁気飽和特性を示すグラフであ
る。
る。
【図１３】モータ電流制御処理のタイミングを説明する
説明図である。
説明図である。
【図１４】トルク指令値と印加電圧△Ｖδとの第１の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１５】トルク指令値と印加電圧△Ｖδとの第２の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１６】トルク指令値と印加電圧△Ｖδとの第３の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１７】第２実施例における高トルク時の電気角検出
処理の流れを示すフローチャートである。
処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】誤差角と電流変化量との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図１９】高トルク時における誤差角と磁界との関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
１０…モータ制御装置 ２０…板状固定子 ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…コイル ３４…ボルト ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５１，５２，５３，５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…板状回転子 ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１，７２，７３，７４…突極 １００…制御用ＥＣＵ １０２，１０３，１０４…電流センサ １０６，１０７，１０８…フィルタ １１２，１１３，１１４…ＡＤＣ １１６…入力ポート １１８…出力ポート １２０…ＣＰＵ １２２…ＲＯＭ １２４…ＲＡＭ １２６…クロック １３０…電圧印加部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−177788（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245981（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101691（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165561（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−229699（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125092（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00,6/00,7/00
Claims (10)
- 【請求項１】 多相交流を巻線に流した際に該巻線に生
じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転
子を回転させる同期モータについて、 前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に
沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内
において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ
軸方向を定義する電気角を検出する電気角検出装置であ
って、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値に応
じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所定期間、
所定の負の電圧を重畳して印加する制御を行う印加電圧
制御手段と、 前記ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電流、および前記ｑ軸
方向に磁界を生じるｑ軸電流のそれぞれについて、前記
重畳された電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出
手段と、 該検出された電流の挙動に基づいて、前記モータの電気
角を演算する電気角演算手段とを備える電気角検出装
置。 - 【請求項２】 請求項１の電気角検出装置であって、 前記印加電圧制御手段は、前記制御を前記トルク指令値
が所定値以上である場合に行う手段である電気角検出装
置。 - 【請求項３】 請求項１の電気角検出装置であって、 前記印加電圧制御手段は、前記重畳して印加する電圧の
絶対値および電圧印加時間の少なくとも一方を、前記ト
ルク指令値の減少とともに単調減少の関係にある所定の
値とする手段である電気角検出装置。 - 【請求項４】 請求項１の電気角検出装置であって、 前記印加電圧制御手段は、 前記ｑ軸方向に第１の所定期間、所定の負の電圧を重畳
して印加した後、 該ｑ軸方向に第２の所定時間、所定の正の電圧を重畳し
て印加する手段である電気角検出装置。 - 【請求項５】 多相交流を巻線に流した際に該巻線に生
じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転
子を回転させる同期モータについて、 前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に
沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内
において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ
軸方向を定義する電気角を、想定した電気角と真の電気
角との誤差を介して検出する電気角検出装置であって、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値が所
定値以上である場合に、該トルク指令値に応じて前記ｑ
軸方向に印加される電圧に対し、所定期間、所定の検出
用電圧を重畳して印加する制御を行う印加電圧制御手段
と、 前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流について、前記検
出用電圧に応じて生じる挙動と前記誤差との関係を、前
記トルク指令値に応じて予め記憶する記憶手段と、 前記ｑ軸電流について、前記検出用電圧に応じて生じる
挙動を検出する電流検出手段と、 該検出された電流の挙動に基づいて、前記記憶手段に記
憶された関係を参照して前記誤差を求めることにより、
前記モータの電気角を演算する電気角演算手段とを備え
る電気角検出装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の電気角検出装置であっ
て、 前記検出用電圧は正の電圧である電気角検出装置。 - 【請求項７】 多相交流を巻線に流すことにより該巻線
に生じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により
回転子を回転させる同期モータについて、 前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に
沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内
において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ
軸方向を定義する電気角を検出する電気角検出方法であ
って、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値に応
じて前記ｑ軸方向に印加される電圧に対し、所定期間、
所定の負の電圧を重畳して印加する制御を行い、 前記ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電流、および前記ｑ軸
方向に磁界を生じるｑ軸電流のそれぞれについて、前記
重畳された電圧に応じて生じる挙動を検出し、 該検出された電流の挙動に基づいて、前記モータの電気
角を演算する電気角検出方法。 - 【請求項８】 多相交流を巻線に流した際に該巻線に生
じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転
子を回転させる同期モータについて、 前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に
沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内
において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ
軸方向を定義する電気角を、仮に想定した電気角と真の
電気角との誤差を介して検出する電気角検出方法であっ
て、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値が所
定値以上である場合に該トルク指令値に応じて前記ｑ軸
方向に印加される電圧に対し、所定期間、所定の検出用
電圧を重畳して印加する制御を行い、 前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流について、前記検
出用電圧に応じて生じる挙動を検出し、 前記検出用電圧に応じて前記ｑ軸電流に生じる挙動と前
記誤差との予め記憶された関係を参照することにより、
該検出された電流の挙動に応じた前記誤差を求めて、前
記モータの電気角を演算する電気角検出方法。 - 【請求項９】 多相交流を巻線に流した際に該巻線に生
じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転
子を回転させる同期モータを、前記回転子の回転中心を
通り前記永久磁石による磁界に沿う方向であるｄ軸方
向、および前記回転子の回転面内において前記ｄ軸方向
に電気的に直交する方向であるｑ軸方向を定義する電気
角に基づいて制御するモータ制御装置であって、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値を読
み込むトルク指令値読み込み手段と、 電気角を想定し、該想定された電気角に基づいて定義さ
れるｄ軸方向およびｑ軸方向にトルク指令値に応じた電
圧を印加する電圧印加手段と、 前記電圧印加手段により前記ｑ軸方向に印加される電圧
に対し、所定期間、所定の負の電圧を重畳して印加する
制御を行う印加電圧制御手段と、 前記ｄ軸方向に磁界を生じるｄ軸電流、および前記ｑ軸
方向に磁界を生じるｑ軸電流のそれぞれについて、前記
重畳された電圧に応じて生じる挙動を検出する電流検出
手段と、 該検出された電流の挙動に基づいて、前記モータの電気
角を演算する電気角演算手段と、 前記想定された電気角を該演算された電気角に更新する
電気角更新手段とを備えるモータ制御装置。 - 【請求項１０】 多相交流を巻線に流した際に該巻線に
生じる磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回
転子を回転させる同期モータを、 前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石による磁界に
沿う方向であるｄ軸方向、および前記回転子の回転面内
において前記ｄ軸方向に電気的に直交する方向であるｑ
軸方向を定義する電気角を、仮に想定した電気角と真の
電気角との誤差を介して検出し、前記電流を流すために
巻線に印加する電圧を該電気角に基づいて制御するモー
タ制御装置であって、 前記モータが出力すべきトルクであるトルク指令値を読
み込むトルク指令値読み込み手段と、 電気角を想定し、該想定された電気角に基づいて定義さ
れるｄ軸方向およびｑ軸方向に前記トルク指令値に応じ
た電圧を印加する電圧印加手段と、 前記トルク指令値に応じて前記ｑ軸方向に印加される電
圧に対し、所定期間、所定の検出用電圧を重畳して印加
する制御を行う印加電圧制御手段と、 前記ｑ軸方向に磁界を生じるｑ軸電流について、前記検
出用電圧に応じて生じる挙動と前記誤差との関係を、前
記トルク指令値に応じて予め記憶する記憶手段と、 前記ｑ軸電流について、前記検出用電圧に応じて生じる
挙動を検出する電流検出手段と、 該検出された電流の挙動に基づいて、前記記憶手段に記
憶された関係を参照して前記誤差を求めることにより、
前記モータの電気角を演算する電気角演算手段と、 前記想定された電気角を該演算された電気角に更新する
電気角更新手段とを備えるモータ制御装置。
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