JP3381408B2 - 電気角検出装置およびこれを用いた同期モータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同期モータにおける電
気角を検出する電気角検出装置およびこの電気角検出装
置を用いた同期モータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、同期モータにおける電気角を検出
する装置としては、ホール素子を用いて回転子上の永久
磁石の回転位置を検出するものや、巻線間に高周波電圧
を加え、巻線間の電圧波形から回転子の位置（制御上は
電気角）を検出する装置が提案されている（例えば、特
公昭５８−３７７９０号）。

【０００３】後者の構成は、永久磁石を用いた同期モー
タの場合、回転子の回転により逆起電圧が生じることを
利用する。巻線に加えた電圧と実際に流れた電流とから
逆起電圧、延いてはその時の回転子の位置を推定するの
である。実際には、ステータ巻線間に印加する駆動用の
交流電圧に、検出用の高周波電圧を重畳し、その巻線間
の電圧波形を検出することで、電気角を検出する。こう
したステータ巻線のインダクタンスの変化を利用して電
気角を検出する手法は、特別なセンサを用いない優れた
ものである。

【０００４】これらの手法を用いたモータの制御装置
は、回転子の回転位置の検出に専用のセンサを用いない
ので、センサレス制御装置とも呼ばれる。センサレスの
制御装置では、電気角を正確に検出するため、内部に数
式モデルを持ち、計算した電流と実際に流れた電流との
差から、回転子の推定位置を修正するという構成をとる
ものも提案されている（例えば、「位置検出器を持たな
いブラシレスＤＣモータ制御系の実現」執行正謙、松井
信行、平成２年半導体電力変換研究会資料ＳＥＰ−９０
−２１）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、逆起電
圧を用いて電気角を推定する従来の手法では、回転子が
回転しないと逆起電圧を生じないから、回転子が停止し
ている状態では、電気角を検出することができないと言
う問題があった。停止状態で電気角を測定するために、
予め決まったパターンでステータ巻線に電流を流し、回
転子をランダムに動かして逆起電圧を生じさせるという
ものも提案されているが、モータの回転軸が外部の部材
に直結されている可能性のあるシステムでは、外部の部
材に慮外の動きを生じる可能性があり、好ましい手法と
は言えなかった。例えば、電気自動車のように、モータ
とタイヤとがギヤにより連結されている場合には、僅か
とは言えタイヤに駆動力が伝達されることになる。車両
と路面との関係は、様々な状況が考えられるから、こう
したいわば無制御状態は、容認し得ないところである。

【０００６】センサレス制御に伴う種々の提案も、回転
子が停止している場合の上記問題を解決することができ
なかった。回転子が所定速度以上で回転している場合、
逆起電圧を利用したこの電気角検出およびこれを用いた
モータの制御は、効率および検出精度に優れた手法であ
る。従って、回転子が停止している状態および一定の回
転速度に達するまでの間の電気角の推定、検出が可能と
なれば、センサレス制御の優れた特質が生かせるだけ
に、この問題の解決は、同期モータの分野で待ち望まれ
ているものであった。

【０００７】なお、同期モータの電気角に応じたインダ
クタンスの違いを利用して、永久磁石モータの電気角を
求める方法が研究されているが（例えば、特開平６−１
１３５８５号公報や第６４回，第７４回パワーエレクト
ロニクス研究会例会資料）、電気角を３０度単位で求め
ることができるに過ぎず、実用性のある制御を実現する
ことはできなかった。電気角を３０度未満の精度で求め
ようとすれば、複雑な電圧方程式を解かざるを得ず、こ
の点でも実用的なものとはなり得なかった。

【０００８】本発明は、上述したセンサレス制御の要請
に応えるものであり、回転子が停止していても、電気角
を精度良くかつ簡易に検出して、実用的な制御に供する
ことを目的としてなされた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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、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
せる多相同期モータの電気角検出装置であって、前記多
相の内の第１の相に対して所定の電圧を印加し、該印加
した電圧に応じて前記第１の相に流れる電流の挙動と電
気角との関係を予め記憶する第１の記憶手段と、前記第
１の相とは異なる第２の相に所定の電圧を印加し、該印
加した電圧に応じて前記第２の相に流れる電流の挙動と
電気角との関係を予め記憶する第２の記憶手段と、前記
モータの駆動電圧に電気角検出電圧を重畳して印加する
検出用電圧制御手段と、前記第１の相に対して前記電圧
を印加し、流れる電流の挙動を検出する第１の検出手段
と、前記第２の相に対して前記電圧を印加し、流れる電
流の挙動を検出する第２の検出手段と、該第１，第２の
検出手段により検出された電流の挙動に基づいて、前記
第１，第２の記憶手段に記憶された関係を参照し、前記
モータの電気角を０〜２πの間で求める電気角演算手段
とを備えたことを要旨とする。本発明の第１の電気角検
出装置は、三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Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相同期モータの電気角
検出装置であって、Ｕ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相および
Ｗ相−ＵＶ相の内の第１の組合わせに対して所定の電圧
を印加し、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙動と
電気角との関係を予め記憶する第１の記憶手段と、前記
第１の組合わせとは異なる第２の組合わせに所定の電圧
を印加し、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙動と
電気角との関係を予め記憶する第２の記憶手段と、前記
モータの駆動電圧に電気角検出電圧を重畳して印加する
検出用電圧制御手段と、前記第１の組合わせに対して前
記電圧を印加し、流れる電流の挙動を検出する第１の検
出手段と、前記第２の組合わせに対して前記電圧を印加
し、流れる電流の挙動を検出する第２の検出手段と、該
第１，第２の検出手段により検出された電流の挙動に基
づいて、前記第１，第２の記憶手段に記憶された関係を
参照し、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める電
気角演算手段 とを備えた電気角検出装置であっても良
い。

【００１０】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、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多相同期モー
タの電気角検出装置であって、前記多相の各相間に対し
て各相に磁気飽和電流が発生しない電圧を印加し、該電
圧に応じて流れる電流の挙動に基づいて、近似計算によ
り、電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角
を演算する電気角演算手段と、前記多相の特定の相間と
前記回転子とが構成する磁気回路の磁気特性の非線形領
域に相当する電圧を、前記演算された電気角の属する前
記範囲に基づいて定まる当該多相の相間に印加する電圧
印加手段と、該印加された電圧に応じて該相間に流れる
電流の挙動を検出する検出手段と、該検出された電流の
挙動から、電気角の範囲をπを単位として特定する電気
角範囲特定手段と、前記検出された電気角および該特定
された区間から、ただ一つの電気角を決定する電気角決
定手段とを備えたことを要旨とする。本発明の第２の電
気角検出装置は、三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Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相同期モータの
電気角検出装置であって、Ｕ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相
およびＷ相−ＵＶ相の各組み合わせの相間に対して各相
に磁気飽和電流が発生しない電圧を印加し、該電圧に応
じて流れる電流の挙動に基づいて、近似計算により、電
気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を演算
する電気角演算手段と、前記三相の特定の相間と前記回
転子とが構成する磁気回路の磁気特性の非線形領域に相
当する電圧を、前記演算された電気角の属する前記範囲
に基づいて定まる当該三相の相間に印加する電圧印加手
段と、該印加された電圧に応じて該相間に流れる電流の
挙動を検出する検出手段と、該検出された電流の挙動か
ら、電気角の範囲をπを単位として特定する電気角範囲
特定手段と、前記検出された電気角および該特定された
区間から、ただ一つの電気角を決定する電気角決定手段
とを備えても良い。

【００１１】本発明の第３の電気角検出装置は、上記電
気角検出装置において、前記区間特定手段は、特定の相
間と前記回転子とが構成する磁気回路の磁気特性の非線
形領域に相当する電圧を、前記演算された電気角の属す
る前記範囲に基づいて定まる所定の相間に印加する第１
の電圧印加手段と、該印加する電圧とは極性の異なる電
圧を、前記相間とは異なる相間に印加する第２の電圧印
加手段と、該印加された各々の電圧に応じて該相に流れ
る電流の大小を判別することで、電気角の範囲をπを単
位として特定する電気角範囲特定手段とを備えたことを
要旨とする。

【００１２】本発明の第４の電気角検出装置は、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多相同期モー
タの電気角検出装置であって、電気角の検出を行なう前
記モータの回転数上限値により定まる電気角πに要する
時間以内に、相間に対して各相に磁気飽和電流が発生し
ない電圧を印加し、該電圧に応じて流れる電流の挙動に
基づいて、電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での
電気角を検出する角度検出手段と、前記回転子の停止中
に１回、前記所定の相間に対して各相に磁気飽和電流が
発生する電圧を印加することによって、電気角が０〜π
もしくはπ〜２πのいずれの区間に属するかを特定する
区間特定手段と、前記検出された電気角および該特定さ
れた区間から、電気角の初期値を決定すると共に、その
後は前記角度検出手段により検出された電気角を用いて
現在の電気角を更新する電気角更新手段とを備えたこと
を要旨とする。本発明の第５の電気角検出装置は、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多相同期モ
ータの電気角検出装置であって、多相の第１の相に対し
て所定のパルス状電圧を印加し、該印加したパルス状電
圧に応じて流れる電流の挙動と電気角との関係を予め記
憶する第１の記憶手段と、前記第１の相とは異なる第２
の相に所定のパルス状電圧を印加し、該印加したパルス
状電圧に応じて流れる電流の挙動と電気角との関係を予
め記憶する第２の記憶手段と、前記第１の相に対して前
記パルス状電圧を印加し、流れる電流の挙動を検出する
第１の検出手段と、前記第２の相に対して前記パルス状
電圧を印加し、流れる電流の挙動を検出する第２の検出
手段と、該第１，第２の検出手段により検出された電流
の挙動に基づいて、前記第１，第２の記憶手段に記憶さ
れた関係を参照し、前記モータの電気角を０〜２πの間
で求める電気角演算手段とを備えたことを要旨とする。

【００１３】他方、本発明の同期モータの駆動装置は、
上記第１ないし第４の電気角検出装置を備えると共に、
回転子の回転に伴って前記巻線に発生する逆起電圧を検
出する逆起電圧検出手段と、該検出された逆起電圧に基
づいて、電気角を検出する第２の電気角検出手段と、前
記回転子が停止または低速回転している領域では、前記
電気角検出装置の検出結果を用い、一方領域以外では、
前記第２の電気角検出手段の検出結果を用い、前記巻線
に駆動用電圧を印加する駆動電圧印加手段とを備えたこ
とを要旨とする。

【００１４】

【作用】本発明の第１の電気角検出装置は、検出用電圧
制御手段により、前記モータの駆動電圧に電気角検出電
圧を重畳して印加する。第１の検出手段により、同期モ
ータの第１の相に対して所定の電圧を印加し、該印加し
た電圧に応じて流れる電流の挙動を検出する。他方、第
２の検出手段により、第１の相とは異なる第２の相に所
定の電圧を印加し、印加したこの電圧に応じて流れる電
流の挙動を検出する。あるいは、第１の検出手段によ
り、Ｕ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相−ＵＶ相の
内の第１の組合わせに対して所定の電圧を印加し、該印
加した電圧に応じて流れる電流の挙動を検出する。ま
た、第２の検出手段により、第１の組合わせとは異なる
第２の組合わせに所定の電圧を印加し、該印加した電圧
に応じて流れる電流の挙動を検出する。回転子が回転し
ていなくとも、巻線のインダクタンスは、回転子の位置
（電気角）により異なり、かつ同期モータにあっては一
つの相間のインダクタンスが同一の値となる回転子の位
置が複数有り得る。従って、少なくとも２つ以上の検出
手段により、インダクタンスを反映した電流の挙動を検
出し、第１，第２の記憶手段に予め記憶した電流の挙動
と電気角との関係を参照することにより、回転子の位置
を、電気角０〜２πの範囲で決定可能となるのであり、
電気角演算手段は、こうして同期モータの電気角を求め
る。また、駆動用に前記巻線に印加される電圧に電気角
を検出するための電圧を重畳にて印加するので、駆動用
の交流電圧を加えた状態でも、電気角の検出用信号を容
易に抽出することができる。また、同期モータの駆動に
影響を与えることがない。

【００１５】ここで、第１，第２の記憶手段としては、
電流の挙動と電気角に応じたインダクタンスの関係を記
憶する手段を用いることができる。この場合には、電流
の挙動とインダクタンスとの関係を実際に記憶しておけ
ば良いので、簡単な構成で高い検出精度を実現すること
ができる。

【００１６】電流の挙動と電気角に応じたインダクタン
スの関係が、電気角の０〜πおよびπ〜２πで異なった
ものとなっていれば、第１，第２の検出手段により電気
角の検出は容易に行なえる。このような関係を実現する
方法は幾つもあり、例えば、同期モータの極対を、磁気
的な特性が異なるＮ極およびＳ極から構成し、電気角π
あたりの前記電流の挙動が他の電気角πにおける挙動と
異なる挙動とすることも好適である。

【００１７】また、前記電圧を印加する相または相間の
組合わせと前記回転子とが構成する磁気回路の磁気特性
の非線形領域に相当する電圧を、当該相または相間の組
合わせに印加するものとすれば、電流の挙動と電気角に
応じたインダクタンスの関係が、電気角の０〜πおよび
π〜２πで異なったものとなる。

【００１８】本発明の第２の電気角検出装置のように、
電気角を、前記電流の挙動に基づいて近似計算により演
算するものとすることができる。例えば、電気角演算手
段を、三相同期モータにおいて、各相間に対して、電圧
を順次印加し、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙
動を検出し、求めたＮ個の電流の挙動のうち、直線近似
による誤差が最も小さいものを選択し、選択された電流
の挙動から直線近似により、前記モータの電気角を求め
ることもできる。あるいは、Ｎ相のうちＮ−１相につい
て電流の挙動を実測し、残り１相については当該Ｎ−１
相の実測値から演算するものとしても差し支えない。

【００１９】また、同期モータのうち三相同期モータで
あれば、三相のＵ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相
−ＵＶ相の各組み合わせの相間に所定の電圧を印加した
場合の各々の電流値を検出し、検出された３つの電流値
の平均値と該３つの電流値の大小の関係から、電気角π
を６等分する区域のいずれか一つを特定し、更に該特定
された区域内において、前記電流値が極値を有する相間
について、θ≒ｔａｎθの近似式により電気角の該区域
内の位相を求めるものとすれば、特定された区域と求め
られた位相とに基づいて、０〜πもしくはπ〜２πの区
間内での電気角を求めることができる。

【００２０】本発明の第３の電気角検出装置は、電気角
の演算を近似計算により行なう第２の電気角検出装置に
おいて、電気角が０〜πもしくはπ〜２πまでのいずれ
の区間に属するかを判定する構成に特徴を有するもので
あり、例えば非線形領域の電圧を印加した場合の電流の
大きさと予め定めた閾値との大小により、電気角の属す
る範囲を特定することができる。この場合、０〜πもし
くはπ〜２πの区間内での電気角に応じて、電圧を印加
する相間を変えれば、電流値の検出と比較を最低１回で
済ませることができるが、電圧を印加する相間を変え
て、複数回、測定・比較を行なうことも差し支えない。

【００２１】電気角が、角度検出手段により特定された
どの区間に属するかによっては、所定電圧の印加に対す
る電流値が大きく異なるので、閾値の大小を切り換えて
比較を行なうものとして、判定の精度を高めることがで
きる。逆に、印加する電圧の大きさを、角度検出手段に
より特定された区間に基づいて決定し、印加された電圧
に応じて相間に流れる電流の大きさと予め定めた閾値と
の大小により、電気角の範囲を特定するものとすれば、
印加する電圧を徒に大きくする必要がなく、高電圧の印
加に伴う弊害を除去することができる。

【００２２】電気角が属する区間は、特定の相間と前記
回転子とが構成する磁気回路の磁気特性の非線形領域に
相当する電圧を、所定の相間に印加し、続いてこの電圧
とは極性の異なる電圧を、この電圧を印加した相間とは
異なる相間に印加し、印加された各々の電圧に応じて対
応する相間に流れる電流の大小を判別することで、πを
単位として特定することができる。

【００２３】この場合でも、０〜πもしくはπ〜２πの
区間内における電気角の属する区域によっては判別の容
易さは異なるので、電気角が属する区域に基づいて、電
圧を印加する相間を判別し易い相間に決定すれば、この
印加電圧を、非線形領域の下限値とするとができる。

【００２４】相間に電圧を印加した場合、電圧の印加を
停止しても、過渡減少により電圧が低下するのには所定
の時間を要する。そこで、印加した電圧に対する電流の
挙動を検出した後、印加した電圧を急速に低減させるも
のして、電流の挙動の次の検出が可能となるまでの時間
を短縮することも好適である。印加した電圧を急速に低
減するには、相間を短絡しても良いし、相間に逆電圧を
印加しても良い。

【００２５】なお、本発明の第２および第３の電気角検
出装置においても、印加する電圧の周波数を、駆動用に
前記巻線に印加される交流電圧の周波数より高い周波数
に制御するので、駆動用の交流電圧を加えた状態でも、
電気角の検出用信号を容易に抽出することができる。ま
た、同期モータの駆動に影響を与えることがない。

【００２６】検出手段が検出する電流の挙動は、種々の
ものが考えられるが、例えば所定の電圧を印加した後の
過渡現象に着目し、電流値が所定電流値に上昇するまで
の時間、所定時間経過後の電流値、所定時間経過時点の
電流値の微分値など、回転子の位置（電気角）により定
まる巻線のインダクタンスと相関を有する量を検出する
構成が考えられる。また、所定時間所定電圧を印加した
後に電圧を０ないし低い電圧とし、電圧が低下していく
側の過渡応答に基づいて、電流の挙動を検出するものと
してもよい。

【００２７】本発明の第４の電気角検出装置によれば、
角度検出手段が、電気角の検出を行なう前記モータの回
転数上限値により定まる電気角πに要する時間以内に、
前記多相の相間に電圧を印加し、該電圧に応じて流れる
電流の挙動に基づいて、電気角０〜πもしくはπ〜２π
の区間内での電気角を検出する。このままでは、電気角
が０〜πもしくはπ〜２πのいずれに属するか特定でき
ないので、少なくとも１回、電気角が０〜πもしくはπ
〜２πのいずれの区間に属するかを、区間特定手段によ
り特定する。こうして検出された電気角および該特定さ
れた区間から、電気角の初期値を決定する。その後は、
電気角を０〜πもしくはπ〜２πの区間内で電気角を検
出しても、いずれの範囲に属しているかは計算上特定で
きるので、この電気角を用いて現在の電気角を更新す
る。

【００２８】他方、本発明の同期モータの駆動装置は、
上記の電気角検出装置を備え、回転子が停止または低速
回転している領域では、この電気角検出装置の検出結果
を用いて駆動電圧印加手段が、同期モータの巻線に駆動
用電圧を印加する。一方、この領域以外では、回転子の
回転に伴って巻線に発生する逆起電圧を逆起電圧検出手
段により検出する。この逆起電圧に基づいて、第２の電
気角検出手段により、電気角を検出し、駆動電圧印加手
段が、第２の電気角検出手段の検出結果を用い、巻線に
駆動用電圧を印加する。

【００２９】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
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４０
の固定子３０と回転子５０との関係を示す端面図、であ
る。

【００３０】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５２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。

【００３１】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ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。ロータ５７を積
層した後、回転軸５５を圧入し、積層したロータ５７を
仮止めする。この電磁鋼板を素材とするロータ５７に
は、その表面に絶縁層と接着層が形成されており、積層
後所定温度に加熱して接着層を溶融・固定している。

【００３２】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。この永久磁石は、厚み方向に磁化されている。回転
子５０を固定子３０に組み付けた状態では、一組の永久
磁石５１，５２に着目すると、この永久磁石５１，５２
は、ロータ５７およびステータ２０を貫く磁路Ｍｄを形
成する（図３一点鎖線参照）。

【００３３】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ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、ステータ２０の外周に
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。

【００３４】固定子３０は、板状のステータ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５
０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。

【００３５】固定子３０の固定子コイル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ロータ５７，ステータ２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５２により
形成される磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｄ軸と
呼び、固定子３０の固定子コイル３２により形成される
磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。この
実施例（極数４）では、両軸は電気的には、９０度の角
度をなしている。

【００３６】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モータ電流制
御回路１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ｉｕおよ
びＶ相電流Ｉｖを検出する電流検出器１０２，１０４、
検出した電流をトルク値に換算する電流−トルク換算器
１１０、同じく検出した電流値をディジタルデータに変
換する２個のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１１
２，１１４、電気角の演算を行なう１チップマイクロプ
ロセッサ（ＣＰＵ）１２０、電気角を演算するためのテ
ーブルを記憶したメモリ１２２から構成されている。電
流−トルク換算器１１０により換算されたトルクは、ト
ルク指令値との差分を取るように加えられ、三相同期モ
ータ４０の実際のトルクをフィードバック制御する構成
となっている。また、モータ電流制御回路１００には、
トルク指令に基づいて決定されたモータの各相電流Ｉ
ｕ，Ｉｖ，Ｉｗが得られるようモータの各コイル間に印
加する電圧を決定する電圧印加部１３０が、その出力段
に設けられている。ＣＰＵ１２０からの制御出力が、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。この点については、後で詳細に
説明する。

【００３７】次に、かかる構成の三相同期モータ４０お
よびこれを制御するモータ制御装置１０において、回転
子５０の電気角を検出する原理および実際の構成につい
て詳しく説明する。図４は、三相同期モータ４０の等価
回路図である。図示するように、三相同期モータ４０の
Ｕ相とＶＷ相間に所定の電圧Ｅ１をステップ関数的に加
えた場合、ここに流れる電流Ｉｕ（ｔ）は、回路のイン
ダクタンス成分Ｌにより定まる過渡応答を示す。この過
渡応答の一例を示したのが、図５のグラフである。な
お、回路のインダクタンスＬは、その時の回転子５０の
電気角θの関数となっている。即ち、回転子５０が回転
していない状態（静止状態）にあるとすれば、この回転
子５０のｄ軸が電気的にｑ軸に対してなす角（電気角）
により、回路のインダクタンスＬは定まる。

【００３８】図４に示す等価回路において流れる電流
（以下、Ｕ相電流と呼ぶ）Ｉｕ（ｔ）は、次式（１）の
応答を示す。 Ｉｕ（ｔ）＝｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝Ｅ１／Ｒ … （１） ここで、ｅｘｐ（）は、指数関数を示し、Ｒは回路のイ
ンピーダンスを、ｔは時間を示す。この場合のＵ相電流
Ｉｕ（ｔ）は、図５下欄に示すように、インダクタンス
Ｌが大きければ電流の増加は遅く、電流が所定値に上昇
するまでの時間Ｔθ２は、インダクタンスＬが小さい場
合の時間Ｔθ１より大きくなる。インダクタンスＬと電
気角θとは、この実施例では、図６のように、電気角π
（１８０度）を中心に対称の相関関係を示した。図６に
おいて、実線は、Ｕ−ＶＷ間のインダクタンスと電気角
の関係の実測値の一例を示し、破線は、Ｖ−ＷＵ間のイ
ンダクタンスと電気角の関係の実測値の一例を示す。な
お、以上の説明は、回転子５０が停止している場合を前
提としている。実施例では、これらの関係を予め測定
し、メモリ１２２に記憶する。

【００３９】各相に流れる電流が所定値に達するまでの
時間Ｔθを測定すれば、巻線のインダクタンスＬを知る
ことができる。インダクタンスＬが分かれば、回転子５
０の有り得る回転位置、即ち電気角θが判明する。な
お、図７に示すように、所定電圧Ｅのパルスを印加し、
この電圧Ｅに対してコイルに流れる電流の最大値を測定
することによっても、回路のインダクタンスを知ること
ができる。この場合には、インダクタンスが小さい場合
の最大電流値Ｉｍ１は、インダクタンスが大きい場合の
最大電流値Ｉｍ２より、大きな値となる。

【００４０】図６に示した実測値では、電気角とインダ
クタンスとの関係は、０〜πとπ〜２πとで異なってい
るが、電気角とインダクタンスとは、本質的には０〜π
とπ〜２πとでは、同一の関係をしめすものである。し
かし、両区間の区別がつかないと、電流値の測定から電
気角を求めることが困難なため、実施例では、両者の関
係を図６に示すように、両区間で異なったものとしてい
る。電気角とインダクタンスとを、両区間で異なる関係
とする方法については後述するが、本実施例では、電気
角とインダクタンスとは図６に示すように高次の関数で
あり、その関係は、実測され、メモリ１２２にテーブル
形式で記憶されている。図示するように、一つの相間の
回路におけるインダクタンスが同じになる電気角θは複
数存在する場合があるので、１相についてのインダクタ
ンスが分かっても、電気角θは一義的には定まらない。
この様子を図６に従って説明する。Ｕ相について、その
電流が所定値に達するまでの時間Ｔθ２もしくは所定電
圧Ｅのパルスを印加した場合の最大電流Ｉｍ２から求め
たインダクタンスがＬ２であったとすると、Ｕ相に関す
るグラフから有り得るとされる電気角としては、α１な
いしα４の４つが見いだされる。

【００４１】次に、同様にＶ相についてそのインダクタ
ンスを測定する。Ｖ相の電気角θとインダクタンスＬと
の関係は、Ｕ相についての関係を位相１２０度だけずら
したものとなっている。Ｖ相について、その電流が所定
値に達するまでの時間Ｔθ１もしくは所定電圧Ｅのパル
スを印加した場合の最大電流Ｉｍ１から求めたインダク
タンスがＬ１であったとすると、Ｖ相に関するグラフか
ら有り得るとされる電気角としては、β１ないしβ４の
４つが見いだされる。従って、Ｕ相に関する値とＶ相に
関する値とが、共に満足される点として、電気角α１
（＝β１）が、回転子５０の実際の電気角として決定さ
れる。

【００４２】実際に電気角を検出するためのＣＰＵ１２
０内の処理について説明する。図８は、ＣＰＵ１２０が
実施する電気角検出処理ルーチンを示すフローチャート
である。図示するように、ＣＰＵ１２０は、この処理が
起動されると、まずＵ−ＶＷ間に所定電圧Ｅ１を印加す
ると共にＣＰＵ１２０に内蔵したタイマをスタートさせ
る（ステップ２００）。所定電圧Ｅ１の印加は、予め定
めた信号を電圧印加部１３０に出力することにより行な
われる。続いて電流検出器１０２の出力をＡＤＣ１１２
を介して読み取り、Ｕ相電流Ｉｕ（ｔ）を検出する（ス
テップ２０５）。読み取ったＵ相電流Ｉｕ（ｔ）が所定
値Ｉref に達したか否かを判断し（ステップ２１０）、
達した場合にはその時間ｔをタイマの経過時間Ｔｕθと
して読み取る（ステップＳ２１５）。

【００４３】次に、Ｕ−ＶＷ間の電圧の印加を止め、所
定時間経過してから、Ｖ−ＷＵ間に所定電圧Ｅ１を印加
すると共に、再度タイマを０からスタートさせる（ステ
ップ２２０）。続いて電流検出器１０４の出力をＡＤＣ
１１４を介して読み取りＶ相電流Ｉｖ（ｔ）を検出する
（ステップ２２５）。読み取ったＶ相電流Ｉｖ（ｔ）が
所定値Ｉref に達したか否かを判断し（ステップ２３
０）、達した場合にはその時間ｔをタイマの経過時間Ｔ
ｖθとして読み取る（ステップＳ２３５）。その後、読
み取った二つの経過時間Ｔｕθ，Ｔｖθから、メモリ１
２２に記憶したテーブルを参照し、両経過時間から定ま
る最大４個の電気角α１ないしα４、β１ないしβ４を
求める（ステップ２４０）。更に、これらの電気角の差
が許容値ε以下となる組合わせ、即ち ｜αｍ−βｎ｜≦ε となる組合わせを求め、これを電気角として出力する
（ステップ２４５）。出力された電気角の信号は、モー
タ制御回路１００に出力され、モータ４０を起動させる
際の回転子５０の回転位置の情報として、起動時のＵ，
Ｖ，Ｗ各相に印加する信号の位相の設定に用いられる。

【００４４】以上説明した実施例によれば、回転子５０
が停止している状態でも、巻線のインダクタンスを利用
して三相同期モータ４０をスムースに始動し、所望の制
御を回転開始時から行なうことができる。しかも、回転
子５０の回転位置（電気角）を検出するセンサを別に設
ける必要がない。なお、Ｕ−ＶＷ間の巻線に印加する電
圧Ｅ１の大きさもしくはその印加時間を、モータの起動
トルクを上回る電流が流れる電圧もしくは印加時間以下
に抑えておけば、モータ４０が起動するおそれはない。
この結果、停止状態でも電気角θを検出して制御可能な
センサレスの同期モータ制御装置１０を容易に構成する
ことができ、装置の小型化、高信頼化も達成される。起
動時に、不慮のモータの回転を生じることもない。

【００４５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例の電気角検出装置を含むモータ制御装置
は、図９に示すハードウェアの構成を備え、モータが起
動した後も、電気角を検出する点で第１実施例と異な
る。図９に示すように、第２実施例のモータ制御装置２
５０は、第１実施例と基本的な構成は同一であり、ＡＤ
Ｃ１１２，１１４に代えて、電流検出器１０２，１０４
からの信号を処理するバンドパスフィルタ２６２，２６
４、バンドパスフィルタ２６２，２６４の出力信号のエ
ンベロープ（包絡線）を取り出すエンベロープ検出部２
７２，２７４を備える。また、第２実施例では、電圧印
加部１３０に対して高周波信号を発生する高周波発生部
２６０を備える。

【００４６】この高周波発生部２６０は、図１０ないし
図１２に模式的に示すように、三相同期モータ４０の各
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに印加される交流電圧Ｖｂの周波数（モ
ータの回転速度を決定する周波数であり、例えば０ない
し３００Ｈｚ）に対して、これと弁別可能な程度に高い
周波数（例えば１桁以上高い周波数５ないし１０ＫＨ
ｚ）の電圧信号Ｖｈを発生する回路である。電圧印加部
１３０では、図１２に示すように、モータ電流制御回路
１００からの指令により出力する駆動用の交流電圧Ｖｂ
に、高周波発生部２６０が出力する高周波信号Ｖｈを重
畳した信号を生成し、これを三相同期モータ４０の各巻
線に印加する。

【００４７】第１実施例について説明したように、各巻
線間のインダクタンスは、回転子５０の回転に伴い、即
ち電気角の変化により変化するから、印加する電圧信号
中に含まれる高周波成分によって各巻線に流れる電流も
時時刻刻と変化する。電流検出器１０２，１０４により
検出したこのＵ相電流Ｉｕ（ｔ），Ｖ相電流Ｉｖ（ｔ）
を図１３に示す。なお、図１３では、検出値を、電流検
出器１０２，１０４の出力する検出信号Ｖｓとして示し
た。この信号Ｖｓを入力するバンドパスフィルタ２６
２，２６４は、高周波発生部２６０で発生した高周波成
分を中心とする所定周波数幅の信号のみを通過させるか
ら、バンドパスフィルタ２６２，２６４の出力信号Ｖｐ
は、図１４に示すように、信号Ｖｓに重畳されている高
周波成分のみを抽出したものとなる。更に、この信号Ｖ
ｐをエンベロープ検出部２７２，２７４に入力し、信号
のプラス側の包絡線を取り出したものが、図１５に示す
信号Ｖｅである。

【００４８】ＣＰＵ１２０は、三相同期モータ４０の回
転制御を行なう際、図１６に示す電気角検出処理ルーチ
ンを繰り返し実行する。即ち、まずサーチ電流の振幅Ｉ
ｕ，Ｉｖを読み取る処理を行なう（ステップＳ２８
０）。この処理は、ある時点での振幅を、Ｕ相およびＶ
相について読み取るものであり、Ｕ相とＶ相の電流振幅
は、図１７に示すように、位相がずれた形で変化してい
るので、それぞれ読み取ることができる。その後、メモ
リ１２２に予め記憶したテーブルを参照し、第１実施例
で説明したのと同様の考え方で、電気角を判定する（ス
テップ２８５）。メモリ１２２には、Ｕ相についての電
流振幅とＶ相についての電流振幅とを記憶しておく。検
出した両振幅によりこのテーブルを参照し、該当する電
気角を一意に決定する。

【００４９】こうして電気角を決定した後、モータ電流
制御回路１００に出力している電気角のデータを更新す
る（ステップ２９０）。モータ電流制御回路１００は、
第１実施例と同様、トルク指令値と現在の出力トルクと
に基づいて、三相同期モータ４０の駆動電流を計算する
が、その際、ＣＰＵ１２０が出力する現在の電気角の情
報を参照して、駆動電圧の周波数および位相を決定す
る。

【００５０】以上のように構成された本実施例のモータ
制御装置２５０では、回転中の回転子５０の電気角をセ
ンサレスで検出することができる。従って、モータ制御
装置２５０の構成を簡略にし、信頼性の高い装置を実現
することができる。なお、駆動電流を０として高周波成
分のみ出力すれば、回転子５０が停止している場合の電
気角を検出することも容易である。

【００５１】駆動用の印加電圧を０とした場合、各相に
印加される電圧は、高周波成分のみとなる。第２実施例
では、重畳する信号は矩形波として説明したが、これを
例えば図１８に示すように、振幅Ｖ0 の交流波形に近い
形とすることができる。この場合、電流検出器１０２，
１０４が検出する電流は、図１８下欄に示すものとな
り、その頂点Ｐにおける振幅値ｉｓは、次式（２）とな
る。ここで、Ｒは、回路のインピーダンスであり、ωは
印加する電圧の周波数をｆとしてω＝ｆ／２πとなる値
である。 ｉｓ＝Ｖ0／（Ｒ² ＋ω² Ｌ² ）^1/2 …（２）

【００５２】従って、上記実施例と同様、この電流振幅
値ｉｓをＵ相，Ｖ相の各々について求め、これから現在
の電気角を求めることができる。この場合には、パルス
電圧を加える場合と較べて三相同期モータ４０から発生
する音がほとんどないという利点がある。もとより印加
する交流信号の周波数を可聴域外とすれば、使用者が感
じる騒音は、一層低減される。

【００５３】以上説明した二つの実施例では、電気角と
インダクタンスとの関係は、電気角０〜πもしくはπ〜
２πで、異なったものとなっていた。両区間における電
気角とインダクタンス、延いては電気角と検出された電
流値との関係は、図１９（Ａ），（Ｂ）に示すように、
本質的には同一となるものであり、上記実施例では、次
の構成により、これを異なったものとした。

【００５４】磁性体の外部から加える磁束Ｈと磁性体内
部の磁束Ｂとの関係は、図２０に示すように、外部から
加える磁束Ｈが一定以上となると内部の磁束Ｂが飽和
し、非線形性を示すことが知られている。外部磁束Ｈと
内部磁束Ｂとの間には、次式（３）の関係があることが
知られている。 Ｂ＝μ（Ｈ）・Ｈ ＝｛Ｌ（Ｈ）・Ｄ／Ｎ２Ａ｝Ｈ …（３） Ｄ：磁路長、Ｎ：コイルターン数、Ａ：磁路断面積

【００５５】式（３）において、Ｄ，Ｎ，Ａは定数なの
で、インダクタンスＬ（Ｈ）も非線形性を有することに
なる。ところで、永久磁石を用いた同期モータでは、回
転子５０上に永久磁石が存在するから、例えばＵ相の磁
性体にとっての外部磁界は、回転子５０の永久磁石によ
る磁界とコイルに流れる電流による磁界との総和とな
る。図２０に示すように、Ｕ相の鉄芯に永久磁石のＮ極
が対向している状態では、鉄芯内の磁束は、点ａの関係
となっている。ここから電流を図４に示すように、Ｕ相
からＶＷ相に流すと、コイル電流による磁束が加わっ
て、鉄芯内の磁束は点ｂの関係となる。電流が小さいと
点ａと点ｂとで差はほとんどみられないので、ある程度
大きな電流を流す必要があり、しかも点ｂが非線形領域
に入っている必要がある。従って、流す電流の大きさ
は、実験的に求めておく。

【００５６】他方、永久磁石のＳ極が対向している場合
には、永久磁石による外部磁束Ｈと鉄芯内部の磁束Ｂと
は、図２０の点ｃの関係となっており、コイルに同方向
に、上記点ａから点ｂまで移動するのに要したのと同じ
大きさの電流を流すと、両者の関係は、点ｄまで移動す
る。コイルに同方向、同値の電流を流した場合の外部磁
束と内部磁束との間の変化は、一方が非線形領域に入る
変化となっており、他方が線形領域内での変化に留まる
点で異なる。従って、コイルに、非線形領域に入る大き
さの電流を流すことで、現在Ｎ極が対向しているかＳ極
が対向しているかの別、言い換えれば、電気角が０〜π
の領域にあるかπ〜２πの領域にあるかを知ることがで
きる。実際、実施例の同期モータ４０では、その電気角
と電流（インダクタンス）との関係は、図６に示したよ
うに、０〜π、π〜２πで異なる関係となっていた。

【００５７】電気角と電流（インダクタンス）との関係
を、電気角０〜πおよびπ〜２πで異ならせるには、こ
の外、固定子３０と回転子５０における磁気的な関係を
非対称にすることによっても実現可能である。例えば、
回転子５０側の永久磁石５１ないし５４のうち、一つお
きに、永久磁石５２と５４の磁化された片面および突極
７２，７４の表面に、磁性体８６ないし８９を貼付する
構成を考えることができる。図２１は、同期モータの回
転子５０と固定子３０とを、理解の便を図るために、直
線的に描きなおした説明図である。図示するように、回
転子５０の永久磁石５２の下面に磁性体８６が、永久磁
石５４の下面に磁性体８８が、突極７２の表面に磁性体
８６が、突極７４の表面に磁性体８９が、各々設けられ
ている。この場合、磁極を構成する一対の永久磁石５
１，５２に着目すると、磁性体８６，８７が存在する場
合と存在しない場合でその特性は異なるから、電気角と
各相に流れる電流との関係は、磁性体８６，８７の存在
しない１８０度（０〜π）と、磁性体９８の存在する１
８０度（π〜２π）とで、異なったものとなる。

【００５８】なお、一つの極対について、磁気的な関係
の対称性を崩せば良いことから、固定子３０側に磁性体
を設けても良い。この例を図２１に、磁性体９０，９１
として示した。また、磁路中に非磁性体の領域を設けて
も差し支えない。さらに、三相コイルの分巻きを工夫し
ても実現可能である。

【００５９】次に本発明の第３実施例について説明す
る。上記第１，第２実施例では、電気角と電流（インダ
クタンス）とが、電気角０〜πおよびπ〜２πで異なっ
ているものとし、２つの相に流れる電流を各々検出する
ことで電気角を測定したが、以下の実施例では、図２０
に示した線形領域を用いて電気角を０〜πもしくはπ〜
２πの範囲内で測定し、その後、追加的に測定を行なっ
て、電気角がいずれの範囲（０〜πもしくはπ〜２π）
に属するかを決定することで、電気角を最終的に求めて
いる。この点で、第１，第２実施例とは異なる。なお、
以下の説明において、０〜πもしくはπ〜２πのいずれ
かの範囲内で特定された電気角をφと記載し、０〜２π
の範囲で一義的に特定された電気角をθと呼んで区別す
る。

【００６０】まず、同期モータとその制御装置の構成か
ら説明する。図２２は、第３実施例のモータ制御装置の
概略構成図である。このモータ制御装置は、三相同期モ
ータ４０を駆動する装置であり、演算制御を司る電子制
御ユニット（以下、単にＥＣＵと呼ぶ）３００と、ＥＣ
Ｕ３００からの制御信号を受けて実際に三相同期モータ
４０を駆動するインバータ３１０とから構成されてい
る。ＥＣＵ３００は、周知のＣＰＵ３０１，ＲＯＭ３０
２，ＲＡＭ３０３などを備えた算術論理演算回路として
構成されており、後述するように、検出した各相電流Ｉ
Ｕ，ＩＶ，ＩＷを入力ポート３０６を介して入力し、電
気角の検出を行なうと共に、出力ポート３０７を介して
制御信号をインバータ３１０へ出力し、各相への通電時
間を制御する。

【００６１】インバータ３１０は、ＥＣＵ３００とのイ
ンタフェースを司るインタフェース部３１２、６個の大
電力スイッチングトランジスタからなり三相同期モータ
４０の各相への通電を直接制御する主ドライブ回路３１
４、この主ドライブ回路３１４をソース側とシンク側で
ドライブするプリドライブ回路３１６，３１８、Ｕ相，
Ｖ相，Ｗ相の電流を検出する電流検出器３２０，３２
１，３２２から構成されている。図中記号「＋」「−」
には三相同期モータ４０をドライブする主電源が接続さ
れており、記号「＋Ｖ」「−Ｖ」には、インバータ３１
０内部の安定化された制御用の正負の電源が、それぞれ
図示しない電源回路から接続されている。

【００６２】インタフェース部３１２は、ＥＣＵ３００
からの信号を受け取り、プリドライブ回路３１６，３１
８に必要な信号を出力する回路であり、特に主ドライブ
回路３１４の一対のトランジスタが同時にオン状態とな
らないように、デッドタイムを生成するデッドタイム生
成回路を備える。また、ＥＣＵ３００からＳＨＵＴＤＯ
ＷＮ信号が出力された場合に、プリドライブ回路３１
６，３１８側への一切の信号を遮断するゲートも設けら
れている。

【００６３】プリドライブ回路３１６，３１８は、主ド
ライブ回路３１４の大電力スイッチングトランジスタを
高速でスイッチングさせる回路である。なお、本実施例
では、大電力スイッチングトランジスタとして、絶縁ゲ
ートバイポーラモードトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用
した。

【００６４】この第３実施例の電気角検出装置は、ＥＣ
Ｕ３００内部で実現されており、その概要を図２３のフ
ローチャートに示した。即ち、ＥＣＵ３００内部で実現
された電気角検出装置は、まず、相間に電圧を印加して
各相電流を測定し（ステップＳ３３０）、０〜πもしく
はπ〜２πの範囲内での電気角φを演算し（ステップＳ
３４０）、次に０〜πもしくはπ〜２πのいずれの範囲
かを特定する処理を行ない（ステップＳ３５０）、最終
的に０〜２πの範囲での電気角θを求める（ステップＳ
３６０）。このうち、所定の相間に電圧を印加して電気
角φを０〜πもしくはπ〜２πのいずれかの範囲で演算
する処理（第１ステップ）と、電気角がいずれの範囲に
属するかを判定する処理（第２ステップ）とは、独立の
処理として扱うことができるので、以下それぞれのステ
ップについて順に説明する。

【００６５】＜第１ステップの第１の構成例１−１＞各
相間（例えばＵ−ＶＷ間）に磁気飽和しない範囲で電圧
を加え、電流検出器３２０ないし３２２により最大電流
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを測定しこれをプロットしたのものを
図２４に示す。各相間の電流は、１２０度ずつずれてい
るから、電気角０〜１８０度に着目すると、各相の最大
電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの関係は、３０度ずつ変化し、全
部で６通りの組合わせになることが分かる。即ち、 区分１（０〜３０度） →Ｉｕ＞Ｉｖ＞Ｉｗ 区分２（３０〜６０度） →Ｉｖ＞Ｉｕ＞Ｉｗ 区分３（６０〜９０度） →Ｉｖ＞Ｉｗ＞Ｉｕ 区分４（９０〜１２０度） →Ｉｗ＞Ｉｖ＞Ｉｕ 区分５（１２０〜１５０度）→Ｉｗ＞Ｉｕ＞Ｉｖ 区分６（１５０〜１８０度）→Ｉｕ＞Ｉｗ＞Ｉｖ

【００６６】各区間の各相最大電流のうち、中間の大き
さを持つもの（例えば区分１ではＩｖ、区分２ではＩｕ
・・・）をこの区分で直線であるとみなして近似するこ
とができる。この例であれば、各相最大電流の平均値を
Ｉav、ｎ番目の区分で直線近似する電流をＩｎ、直線の
傾きをｍとして、電気角φは、次式（４）により求める
ことができる。 θ＝（ｎ−１）×３０＋１５＋ｓｇｎ×（Ｉav−Ｉｎ）×ｍ … （４） なお、ここで、ｓｇｎ＝１：区分１，３，５、−１：区
分２，４，６である。即ち、奇数区分ではｓｇｎは値１
であり、偶数の区分ではｓｇｎは値−１である。また、
区分１，４ではＩｎ＝Ｉｖ、区分２，５ではＩｎ＝Ｉ
ｕ、区分３，６ではＩｎ＝Ｉｗである。

【００６７】本実施例では、電流の全体的な平均値Ｉav
は１１０Ａであった。一例として、Ｉｕ＝１３０Ａ，Ｉ
ｖ＝９５Ａ，Ｉｗ＝１１２Ａであったとすると、これら
の値の大小関係（Ｉｕ＞Ｉｗ＞Ｉｖ）から区分６である
ことが分かり、ｎ＝６，ｓｇｎ＝−１として式（４）を
計算し、θ＝１６８を得る。なお、この例では実測値の
平均値は、（１３０＋９５＋１１２）／３＝１１２．３
となって、予め措定した平均値１１０Ａと一致していな
い。この場合には、実際の平均値を用いて計算しても良
い。この場合には、上記の例では、θ＝１６５となる。

【００６８】上記の例では、各相最大電流Ｉｕ，Ｉｖ，
Ｉｗは実測したが、全体的な平均値Ｉavが制御上から求
められる場合には、例えばＩｕ，Ｉｗのみ実測し、Ｉｖ
は、実測されたＩｕ，Ｉｗと平均値Ｉavとから計算によ
り求めるものとしても差し支えない。この場合には、３
つの電流検出器３２０ないし３２２のうち、実測に用い
ない一つは不要となる。

【００６９】＜第１ステップの第２の構成例１−２＞余
弦波の信号の場合、位相が角度０の近傍では、θ≒（ｔ
ａｎ２θ）／２という近似式が成り立つことが知られて
いる。各相最大電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、その位相が１
２０度ずつずれていることから、この近似式を各相電流
で展開すると、次式（５）を得る。 θ≒（ｔａｎ２θ）／２ 右辺分子＝√３（ＩＢ−ＩＣ） 右辺分母＝２｛２ＩＡ−（ＩＢ＋ＩＣ）｝＝６ＩＡ … （５） ここで、ＩＡは位相が０度付近で極値を取っている相間
電流の平均値との偏差であり、ＩＢ，ＩＣは、その他の
相間電流の平均値との偏差である。なお、一つの相間電
流が極値を取っているとき、他の２つの相間電流の平均
値からの偏差の符号（±）は、同一となる。各相間電流
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの平均値Ｉavからの偏差△Ｉｕ，△Ｉ
ｖ，△Ｉｗの符号と区分の関係を以下に示す。

【００７０】 区分 △Ｉｕ △Ｉｖ △Ｉｗ 区分１ａ（-15〜15度） 正（極値） 負 負 区分２ａ（15〜45度） 正 正 負（極値） 区分３ａ（45〜75度） 負 正（極値） 負 区分４ａ（75〜105度） 負（極値） 正 正 区分５ａ（105〜135度） 負 負 正（極値） 区分６ａ（135〜165度） 正 負（極値） 正 従って、図２５に示したように、この実施例での区分１
ａないし６ａは、−１５度を起点として各々３０度ずつ
である。その区分内で近似計算に使用される部分を、図
２５に太線で示した。

【００７１】上述した６つの区分毎に、上記式（５）に
△Ｉｕ，△Ｉｖ，△Ｉｗを入れ換えた式を用いて演算を
行なえば、電気角φを求めることができる。式（５）
は、位相が０度付近での近似式なので、各区分ｎ毎に、
３０×（ｎ−１）度ずつ加える処理も必要となる。各区
分毎の近似式を示すと、Ａ＝△Ｉｖ−△Ｉｗ，Ｂ＝△Ｉ
ｕ−△Ｉｖ，Ｃ＝△Ｉｗ−△Ｉｕと定義して、 となる。

【００７２】この手法により第１ステップの演算を行な
い、電気角φを求めることができる。上述した構成例１
−１と比べると、除算が必要となる分、演算に時間を要
するが、三相同期モータ４０の特性の相違による影響を
受け難く、予め各パラメータの測定を行なう必要がない
という利点が得られる。以上の演算処理をＥＣＵ３００
が実行する様子を図２６に示した。図示するように、ま
ず、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を短時間印加する処理を行なう
（ステップＳ３３１）。この電圧は、磁気飽和を生じさ
せない程度の電圧・時間である。その上で、Ｕ−ＶＷ相
間に電圧を印加したときＵ相に流れる最大電流Ｉｕを測
定する処理を行なう（ステップＳ３３２）。同様の処理
をＶ−ＷＵ相間、Ｗ−ＵＶ相間についても繰り返す（ス
テップＳ３３３ないし３３６）。

【００７３】こうして得られた最大電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗを用いて、上述した近似式（４）もしくは（５）を用
いた近似計算を行ない、電気角φを０〜π（１８０度）
もしくはπ〜２π（３６０度）の範囲で求める処理を行
なう（ステップＳ３３８）。なお、ここでは、全相間の
最大電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求めたが、全電流の平均値
Ｉavが分かれば、２つの最大電流を求め、他の一つは演
算により求めるものとしても差し支えない。

【００７４】以上の処理により、第１ステップとして、
電気角φを０〜π（１８０度）もしくはπ〜２π（３６
０度）の範囲で演算することができた。しかし、これで
は、回転子５０の電気角は一意には決まらないので、こ
れを特定する処理（第２ステップ）が必要となる。そこ
で、以下この第２ステップの処理のいくつかの例を説明
する。

【００７５】＜第２ステップの構成例２−１＞第１ステ
ップでは、磁気飽和しない程度の磁束となるように、相
間コイルに印加する電圧を制限したが、第２ステップで
は、磁気飽和による非対称性を利用して、第１ステップ
で求めた電気角φが、０〜π（１８０度）もしくはπ
（１８０度）〜２π（３６０度）のいずれの範囲に属す
るか、即ち図２４，２５に示した区分１ａ，２ａ，３
ａ，４ａ，５ａ，６ａと区分１ａ′，２ａ′，３ａ′，
４ａ′，５ａ′，６ａ′のいずれに属するかを判定す
る。図２７に示すように、磁気飽和する電圧を印加した
場合、Ｕ−ＶＷ相間に流れる最大電圧Ｉｕ２は、区分１
ａないし６ａと区分１ａ′ないし６ａ′で、異なったも
のとなる。いま、第１ステップの構成例１−２により、
電気角θが−１５〜１５度の区分１ａと１６５度〜１９
５度の区分１ａ′のいずれかにあることが計算されたと
する。この場合、区分１ａか区分１ａ′のいずれかが区
別できれば、電気角θは最終的に０〜２πの範囲で一意
に求められることになる。

【００７６】磁気飽和を起こすような電圧に対する最大
電流Ｉｕ２に着目とすると、区分１ａで最大電流Ｉｕ２
が取り得る範囲は、電流ａからｂまでである。一方、区
分１ａ′では、電流ｄからｅまででの値を取り得る。従
って、電流ｂからｃまでの間に閾値Ｉref を設けておけ
ば、最大電流Ｉｕ２が閾値Ｉref より大きいか否かによ
り区分１ａか１ａ′のいずれに属するかを判定すること
ができる。同様に、区分２ａと区分２ａ′とについて
も、区分２ａで取り得る電流の範囲が図示ｂからｃまで
であり、区分２ａ′で取り得る電流の範囲が図示ｅから
ｆであることから、閾値を電流ｃとｅの間に設定するこ
とにより、最大電流Ｉｕ２に基づいて、判定することが
できる。

【００７７】区分３ａと区分３ａ′については、最大電
流Ｉｕ２では、その取り得る範囲が重複しているため区
別することができない。そこで、この場合には、Ｖ−Ｗ
Ｕ相間に電圧を印加した場合の最大電流Ｉｖ２を用いて
判定を行なう。区分３ａ，３ａ′および区分４ａ，４
ａ′における最大電流Ｉｖ２は、区分１ａ，１ａ′およ
び区分２ａ，２ａ′における最大電流Ｉｕ２と同じ関係
にあるので、同一の閾値Ｉref を使用することにより、
区分３ａと区分３ａ′，区分４ａと区分４ａ′を区別す
ることができる。同様に、区分５ａ，６ａについては、
最大電流Ｉｗ２を用いて判定を行なうことができる。な
お、閾値Ｉref については、予め電流ｂ，ｃ，ｄ，ｅ等
を測定し、適切な値を求めておけばよい。

【００７８】以上の考え方に従い、ＥＣＵ３００が実際
に行なう第２ステップの処理（図２３のステップＳ３５
０，３６０）の詳細を示したのが、図２８のフローチャ
ートである。図２８に示すように、この処理ルーチン
は、第１ステップに引き続き実行され、まず区分１ａな
いし６ａのいずれの区分について判別を行なうかを判定
する（ステップＳ３５１）。区分１ａ，２ａと区分１
ａ′，２ａ′を判別する場合には、次にＵ−ＶＷ相間に
磁気飽和領域の電圧を印加し（ステップＳ３５２）、最
大電流Ｉｕ２を測定する（ステップＳ３５３）。同様
に、区分３ａ，４ａと区分３ａ′，４ａ′を判別する場
合には、Ｖ−ＷＵ相間に磁気飽和領域の電圧を印加し
（ステップＳ３５４）、最大電流Ｉｖ２を測定する（ス
テップＳ３５５）。区分５ａ，６ａと区分５ａ′，６
ａ′を判別する場合には、Ｗ−ＵＶ相間に磁気飽和領域
の電圧を印加し（ステップＳ３５６）、最大電流Ｉｗ２
を測定する（ステップＳ３５７）。

【００７９】次に、測定した最大電流が閾値Ｉref より
大きいか否かの判定を行ない（ステップＳ３５８）、大
きい場合には、判定しようとした区分はそれぞれ１ａ，
２ａ，３ａ′，４ａ′，５ａ，６ａであると判定する
（ステップＳ３５９ａ）。他方、最大電流が閾値Ｉref
より小さければ、判定しようとした区分は１ａ′，２
ａ′，３ａ，４ａ，５ａ′，６ａ′であると判定する
（ステップＳ３５９ｂ）。こうして電気角の属する区分
が特定されるので、この判断と第１ステップで求めた電
気角の値とを併せて、最終的に電気角θを決定する処理
を行なう（ステップＳ３６０）。

【００８０】以上説明した第３実施例の構成例１−１も
しくは１−２と例２−１を組み合わせたものによれば、
予め磁気飽和とならない程度の電流により電気角を０〜
πもしくはπ〜２πのいずれかの範囲で計算し、次に判
定用の大きな電流を流して電気角を特定することができ
る。従って、停止している三相同期モータ４０の電気角
を、高精度かつ容易に測定することができる。また、大
電流を流すのを、一度で済ませることができるので、三
相同期モータ４０に何度も大電流を流して、その特性を
劣化させるということがない。また、大電流を流した場
合に聞かれる異音も電気角の測定毎に１回で済むという
利点がある。

【００８１】＜第２ステップの構成例２−２＞次に、電
気角φの存在する区分を特定する他の構成例について説
明する。上記構成例２−１では、区分１ａ，２ａについ
て同一の閾値Ｉref を用いて判定を行なった（区分３
ａ，４ａおよび区分５ａ，６ａについても同じ）。この
場合、区分２ａの最小値ｃと区分１ａ′の最大値ｄとの
間にｃ＞ｄの関係が成立しなければならず、このため相
間に流す電流もある程度大きくなっていた。そこで、こ
の構成例２−２では、判定の閾値を、奇数区分１ａ，３
ａ，５ａと偶数区分２ａ，４ａ，６ａとで別々に用意す
るものとした。この場合、奇数区分での閾値Ｉref1は、
ｂ＞Ｉref1＞ｄを、一方偶数区分での閾値Ｉref2は、ｃ
＞Ｉref2＞ｅを、それぞれ満足すれば足りる。従って、
ｃ＞ｄである必要はなく、図２９に示すように、磁気飽
和の領域の各相間電流を小さくすることができる。この
結果、相間のコイルにパルス電圧を印加して電流を流し
たときに生じることのある異音を小さくできる。また、
永久磁石５１〜５４に対する消磁の可能性やパルス電圧
印加時の電磁障害の可能性等も低減することができる。

【００８２】＜第２ステップの構成例２−３＞上記例に
対して、更に判定用の電流を低減する手法を検討する。
図２７，２９に示したように、区分１ａと区分１ａ′と
を判別しようとする場合には、区分１ａでの最大電流Ｉ
ｕ２の最小値ｂと区分１ａ′での最大値ｄとは大きく異
なっている。従って、区分１ａと区分１ａ′とを判別し
ようとする場合には、印加する電圧の最大値もしくは印
加時間をかなり低減しても、測定された最大電流Ｉｕ３
から、両者を区別することが可能である。一方、区分２
ａと区分２ａ′の場合には、ある程度大きな電流を流さ
なければｃ＞ｅを満足できない。そこで、本実施例で
は、判別しようとする区分毎に印加する電圧の印加時間
を変え、奇数区分１ａ，３ａ，５ａについての判定であ
ると判断した場合には、各相間に印加する電圧の時間を
短く、他方、区分２ａ，４ａ，６ａについての判定であ
ると判断した場合には、各相間に印加する電圧の時間を
通常の値とする。この結果、図３０に示したように、相
間のコイルに流される電流の最大値を低く抑えることが
でき、異音の発生、消磁，電波障害の可能性などは、い
ずれもより一層低減される。特に、同期モータ４０にお
いては、ロータが区分１ａの位置で大きな電流が流され
ると、対応する位置の永久磁石５１ないし５４が最も消
磁されるので、この区分での電流を小さくすることがで
きるのは、消磁防止の点から好適である。また、この場
合には、構成例２−２に対して、閾値Ｉref を一つで済
ませることが可能であるという利点も有する。なお、特
に説明しなかったが、区分３ａ，４ａと区分３ａ′，４
ａ′の判別の場合には、Ｖ−ＷＵ相間に電流を流し、そ
の場合の最大電流Ｉｖ３を測定して判定し、区分５ａ，
６ａと区分５ａ′，６ａ′の判別の場合には、Ｗ−ＵＶ
相間に電流を流し、その場合の最大電流Ｉｗ３を測定し
て判定する。

【００８３】＜第２ステップの構成例２−４＞Ｕ−ＶＷ
相間に、Ｕ相を正、Ｖ相Ｗ相を負として、所定の電圧を
所定時間印加した場合の最大電流Ｉｕ＋を実測した一例
を図３１上段に示した。他方、Ｕ相を負、Ｖ相Ｗ相に正
とした場合の最大電流Ｉｕ−を図３１下段に示した。こ
の最大電流Ｉｕ−を極性を入れ換えて、最大電流Ｉｕ＋
と重ねて描いたのが、図３２である。図示するように、
第１ステップの構成例１−１で示した６つの区分１ない
し６に対して、最大電流Ｉｕ＋は、区分１ないし３およ
び区分４′ないし６′で最大電流Ｉｕ−を上回り、区分
４ないし６および区分１′ないし３′で最大電流Ｉｕ−
を下回る。従って、両最大電流Ｉｕ＋，Ｉｕ−を測定す
れば、区分１と１′（２と２′、以下同様）を判別する
ことができる。この場合、処理ルーチンを図３３に示し
た。原理的には、Ｕ−ＶＷ相間についての最大電流Ｉｕ
＋，Ｉｕ−だけで区分の判別は可能であるが、判別する
区分毎に判別電流の相を変えることで、相間に流す電流
を低減することが可能になる。即ち、図３２に示した最
大電流Ｉｕ＋，Ｉｕ−であれば、区分１，６におけるＩ
ｕ＋とＩｕ−との偏差は、他の区分と比べて大きいから
である。従って、区分１，６についてはＵ−ＶＷ相間を
用い、区分２，３についてはＶ−ＷＵ相間を用い、区分
４，５についてはＷ−ＵＶ相間を用いるものとした。

【００８４】図３３に示した第２ステップの処理ルーチ
ンが起動されると、まず判別する区分について判定し
（ステップＳ３７１）、判別しようとする区分が１もし
くは６である場合には、Ｕ−ＶＷ相間にＵ相を正，Ｖ相
Ｗ相を負として電圧を印加し（ステップＳ３７２ａ）、
その最大電流Ｉｕ＋を測定する（ステップＳ３７３
ａ）。続いて印加する電圧の正負を逆にして、つまりＶ
Ｗ−Ｕ相間に電圧を印加し（ステップＳ３７４ａ）、そ
の最大電流Ｉｕ−を測定する（ステップＳ３７５ａ）。
その後、両者の絶対値の大小を判別し（ステップＳ３７
６ａ）、Ｉｕ＋の方がＩｕ−より大きければ、区分１も
しくは区分６であると判定し（ステップＳ３７７ａ）、
Ｉｕ＋の方がＩｕ−より小さければ、区分１′もしくは
６′であると判定する（ステップＳ３７８ａ）。この区
間では、両最大電流Ｉｕ＋とＩｕ−との偏差は大きいか
ら、流す電流が小さくても、区分の判別を的確に行なう
ことができる。

【００８５】同様に、区分２，３については、Ｖ−ＷＵ
相間とＷＵ−Ｖ相間にそれぞれ電圧を印加して最大電流
Ｉｖ＋，Ｉｖ−を測定し（ステップＳ３７２ｂないし３
７５ｂ）、その絶対値の大小を判別して（ステップＳ３
７６ｂ）、Ｉｖ＋＞Ｉｖ−の場合には区分２′，３′と
判定し（ステップＳ３７７ｂ）、Ｉｖ＋＜Ｉｖ−の場合
には、区分２，３と判断する（ステップＳ３７８ｂ）。
他方、区分４，５については、Ｗ−ＵＶ相間とＵＶ−Ｗ
相間に電圧を印加して最大電流Ｉｗ＋，Ｉｗ−を測定し
（ステップＳ３７２ｃないし３７５ｃ）、その絶対値の
大小を判別して（ステップＳ３７６ｃ）、Ｉｖ＋＞Ｉｖ
−の場合には区分４，５と判定し（ステップＳ３７７
ｃ）、Ｉｖ＋＜Ｉｖ−の場合には、区分４′，５′と判
断する（ステップＳ３７８ｃ）。いずれも場合も、第１
ステップにより計算した電気角φと併せて最終的な電気
角θ（０〜２π）を決定するのは、区分１，６の場合と
同様である（ステップＳ３６０）。

【００８６】以上説明した実施例によれば、特定の相間
に正負の電圧を加えることにより、最大電流の絶対値の
大小関係だけで区分１ないし６もしくは区分１′ないし
６′の別を判別することができる。従って、閾値等を予
め測定して用意したり、印加する電圧・時間を精密に制
御するといった必要がない。また、相間に流す電流の大
きさも大小関係を判別するに足りる程度で済ますことが
できるので、異音の発生を抑え、消磁や電磁障害の発生
も低減することが可能となる。実施例では、同一の三相
同期モータ４０を用いて、電気角検出のために流す電流
を、構成例２−３の２／３程度にすることができた。な
お、上記実施例では、区分は０〜３０度、３０〜６０度
・・・としたが、例１−２で使用した−１５〜１５度、
１５〜４５度・・・という区分１ａ，２ａ，３ａ，・・
・・を用いても差し支えない。第１ステップにおける近
似計算の手法に応じて、用い易い区分を採用すること
も、全体のアルゴリズムを簡易にする上で好適である。
もとより、第１ステップで用いた区分と第２ステップで
用いる区分を異ならせることも差し支えない。

【００８７】第３実施例では、電気角の検出を、第１ス
テップと第２ステップとに分け、それぞれのステップに
ついて複数の構成例を説明した。これら第１，第２ステ
ップの構成例は、自由に組み合わせ実施可能である。な
お、構成例１−１および２−４において、時間軸上での
第１ステップ，第２ステップの処理を示したのが、図３
４である。第１ステップとして、各相間に順次所定の電
圧を加えて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の最大電流を順次検出す
る。この場合、各相に流れた電流が測定上問題とならな
いレベルまで低下するのを待って次の相間に電圧を印加
し、次の相の最大電流を測定することになる。また、第
２ステップでは、通常第１ステップで流した電流より大
きな電流を流すから、一つの相間に電圧を印加してか
ら、次の相間に電圧を印加するまでに、相当の時間を必
要とする。図３４に示した第１ステップの区間および第
２ステップの区間が終了した時点で、１回の電気角の測
定が終了する。三相同期モータ４０が停止している場合
には、これで起動時の電気角が検出されることになる。

【００８８】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。この実施例の電気角検出装置を含むモータ制御装
置３９０の概略構成を、図３５に示す。このモータ制御
装置３９０は、図示するように、第１，第２，第３実施
例と同様、三相同期モータ４０の駆動電流を制御するモ
ータ電流制御回路４００、Ｕ相およびＶ相の電流を検出
する電流検出器４０２，４０４、検出した電流からモー
タ４０の出力トルクを換算する電流−トルク換算器４１
０、第２実施例で説明したインダクタンス式の電気角検
出を行なうインダクタンス式電気角検出部４１５、逆起
電圧を利用して電気角を検出する逆起電圧式電気角検出
部４２０、電気角の信号から回転数を求めると共にこれ
にヒステリシスを加えて切替接点４４５を駆動するヒス
テリシス回路４４０等から構成されている。なお、図３
４では、電流検出器として、Ｕ相およびＶ相の電流を検
出する４０２，４０４のみ示したが、第３実施例で説明
したようにＵ，Ｖ，Ｗ相の各電流を検出する場合には、
Ｗ相の電流検出器を設ければよい。

【００８９】インダクタンス式電気角検出部４１５、逆
起電圧式電気角検出部４２０、ヒステリシス回路４４
０、およびモータ電流制御回路４００は、実際にはマイ
クロプロセッサを用いた算術論理演算回路として構成さ
れており、図３６に示す処理を実行している。この処理
について簡単に説明する。この処理が起動されると、ま
ず回転数演算値Ｎｈが判定回転数Ｎ以上か否かの判断が
行なわれる（ステップＳ５００）。回転数演算値Ｎｈが
判定回転数Ｎ以上でない場合には、インダクタンス式電
気角検出部４１５を用いて回転子（ロータ）の位置、即
ち電気角を推定すると共に、変数Ｈに値−５０を代入す
る処理を行なう（ステップＳ５１０）。

【００９０】一方、回転数演算値Ｎｈが判定回転数Ｎ以
上の場合には、逆起電圧式電気角検出部４２０を用いて
回転子５０の位置を推定すると共に、変数Ｈに値＋５０
を代入する処理を行なう（ステップＳ５２０）。いずれ
の場合にも、その後、現在の回転数を演算する処理を行
なう（ステップＳ５３０）。回転数は、現在の電気角を
微分することにより求められる。微分処理は、ハードウ
ェアにより実現することもできるが、所定時間における
電気角信号の差分値から求めることもできる。その後、
ステップＳ５３０で求めた現在の回転数に変数Ｈの値を
加えて回転数演算値Ｎｈを求める処理を行ない（ステッ
プＳ５４０）、電気角とトルク指令値とに基づいて三相
同期モータの各相に流す電流を制御する（ステップＳ５
５０）。以上の処理を繰り返す。

【００９１】以上説明した本実施例によれば、三相同期
モータ４０の回転数に基づいて、検出方法を切り換えて
電気角を求めることができる。この様子を図３７に示し
た。三相同期モータ４０の回転数が、一旦判定回転数Ｎ
＋５０を越えると逆起電圧方式で検出するものとし、そ
の後は判定回転数Ｎ−５０を下回らないとインダクタン
ス方式には切り換えない。即ち、電気角の検出方法の切
替に±５０のヒステリシスを持たせ、判定回転数近傍で
検出方式の切替が、高い頻度で起きないよう配慮してい
る。

【００９２】ここで、電気角の検出方式を三相同期モー
タ４０の回転数で切り換えているのは、回転数によるモ
ータの効率の変化が検出方式により異なるからである。
インダクタンス方式で電気角を検出する場合の効率を図
３８に実線Ｊで示し、逆起電圧方式で検出する場合の効
率を破線Ｂで示した。逆起電圧方式の場合、回転子の回
転数が低い領域では、得られる逆起電圧が低い低回転数
領域ではモータの制御ができなくなる。これは、永久磁
石５１〜５４の位置に対する電流の位相条件が崩れるた
めであり、この場合、三相同期モータ４０は安定にトル
クを発生することができなくなる。最悪の場合、電流は
流れているのにモータ出力が得られない場合や、回転子
５０が逆転する場合も有り得た。従って、図３８に破線
で示すように、低回転数領域では、三相同期モータ４０
の効率は低くなってしまう。

【００９３】他方、インダクタンス方式では、停止状態
から所定回転数までの領域では、効率よく電気角を検出
することができる。回転数が上昇すると、駆動用交流の
周波数は高くなるから、この駆動用交流に重畳する高周
波成分（図１２参照）との相対的な差は小さくなる。従
って、回転数が高くなるほど回転子５０の一回転（３６
０度）に含まれる高周波パルスの数は少なくなり、回転
子５０の回転位置（電気角）の検出精度は低下する。従
って、図３８に示す２つのグラフの交点を実験的に求
め、この回転数近傍で、電気角の検出方式を切り換える
ことにより、全回転数の範囲に亘って、効率よく三相同
期モータ４０の電気角を検出することができる。しか
も、本実施例では、検出方式の切替回転数にヒステリシ
スを設けているので、検出精度の差異により、検出方法
を切り換えた直後に再度切替が生じるといったことがな
い。

【００９４】上記実施例で、インダクタンス方式により
電気角を検出するインダクタンス式電気角検出部４１５
は、第２実施例と同一の構成である。一方、逆起電圧式
電気角検出部４２０の構成は、公知のもの（例えば、平
成２年半導体電力変換研究会資料ＳＥＰ−９０−２１
「位置検出器を持たないブラシレスＤＣモータ制御系の
実現」）である。本実施例の構成を更に詳細にブロック
図として表わしたのが、図３９である。この構成例で
は、モータ電流制御回路５００は、Ａ／Ｄ変換器５０２
によりディジタルデータとして読み込んだＵ相およびＶ
相の電流を、ｑ軸およびｄ軸のデータに変換し、これと
トルク指令値とから比例・積分（ＰＩ）制御を行ない、
結果を今度はＵ，Ｖ，Ｗの三相の信号を変換し、更に、
電圧信号に変換すると共に、パルス幅変調をかけ、デッ
ドタイム制御を加えて、三相同期モータ４０の各巻線に
出力している。

【００９５】この時、電気角は、所定回転数以上で回転
中の場合には逆起電圧方式電気角演算器５２０により演
算される。この演算は、上記文献に詳しく説明されてい
るものであり、各相電流Ｉｕ，Ｉｖおよびモータ電流制
御回路５００内部のＵ，Ｖ，Ｗの電圧値に基づいて電気
角θを微分した値である速度推定値を求めると共に、γ
軸方向の電圧信号ｖγを演算し、各相信号Ｉｕ，Ｉｖか
ら推定した推定電圧ｖγ′との差分△γにＰＩ演算を施
し、速度推定値の符号により電気角速度を決定すると共
に、これに基づきフィードバック電流を算出し、これを
モータ電流制御回路５００に出力する。こうして、回転
子５０の回転中は、逆起電圧に基づいて電気角（ここで
は電気角速度）を求めることができる。なお、電気角速
度は、積分され、電気角信号として三相をｄ，ｑ軸信号
に変換する回路やモータの回転数が所定回転数以下の場
合にパルス電圧を所定周期で印加するための回路５１５
に出力される。

【００９６】回転子５０が静止しているとき、あるいは
所定回転数以下の場合には、各相電流Ｉｕ，Ｉｖに基づ
いて、電気角を演算する。この演算は、インダクタンス
方式電気角演算器５１２が、電気角テーブル５２２を参
照することにより行なう。こうして求めた電気角信号
は、逆起電圧方式電気角演算器５２０の演算結果と、回
転数により択一的に採用され、上述したモータの駆動用
電流の制御に用いられる。

【００９７】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。この実施例は、電気角の検出装置としての構成は、
第３実施例と同一（図２２参照）であり、モータ制御装
置全体としては、第４実施例と同様、低回転数領域で
は、インダクタンスを用いて電気角の検出して三相同期
モータ４０の起動および回転を制御し、所定回転数以上
では、逆起電圧を用いて電気角を検出しつつ三相同期モ
ータ４０の回転を制御するものである。

【００９８】本実施例では、インダクタンスを用いて電
気角を検出する手法として第３実施例の構成を採った
が、第１または第２ステップにおいて電気角の検出のた
めに相間に電圧を印加する際（図２６，２８等）、図４
０に示すように、相間電圧の印加（ステップＳ６００）
の直後に加えた電圧に対応した逆電圧を同じ相間に印加
する処理（ステップＳ６１０）を行なうのである。即
ち、コイルに電圧を加え電流を流したことで、電圧の印
加の終了後も過渡応答として残存する電流を、逆電圧を
加えることで強制的に低下させ、電流を急速に０に収束
させるのである。この様子を図４１に示した。ここで、
逆電圧の印加は、絶対値が等しく、極性が逆の電圧を、
測定のために加えた時間ｔ１と等しい時間ｔ２だけ相間
コイルに出力することによりなされる。なお、絶対値の
等しい逆電圧の印加により電流はほぼ０に収束するが、
電源電圧の変動やデッドタイムの影響による印加時間の
変動等に起因して、電流が完全には０に収束していない
場合が考えられるので、次の相間への測定用の電圧の印
加は、一定時間ｔ３だけおいてから行なうものとしてい
る。逆電圧の大きさや印加時間は、適宜変更可能であ
る。

【００９９】以上説明したように、最大電流の測定用の
電圧の印加して最大電流を測定した直後に逆電圧を印加
することで、コイルに流れる電流を急速に収束させるこ
とができ、次の電圧の印加が可能となるまでの時間を大
幅に短くすることができる。図４１と図３４を比較すれ
ば了解されるように、本実施例によれば、ロータの電気
角の検出に要する時間を、従来の１／３程度に低減する
ことができた。この結果、電気角を繰り返し測定する必
要があるケース、即ち低速回転中の電気角の検出が短時
間に完了できるものとなり、従来より高い回転数まで、
インダクタンスを用いた本発明の電気角測定が可能とな
った。従って、第４実施例のように、所定回転数までイ
ンダクタンスを用いて電気角を検出する装置において、
逆起電力による検出に切り換える回転数の設定範囲が広
くなり、設計の自由度も向上した。

【０１００】次に本発明の第６の実施例について説明す
る。第６実施例の電気角検出装置は、第５実施例と同一
の構成を持ち、起動時のロータの電気角の検出は、第５
実施例と同様第３実施例の第１ステップの構成例１−１
および第２ステップの構成例２−１により、行なってい
る。実施例のの三相同期モータ４０は、最高回転数が９
０００ｒｐｍであり、逆起電力による電気角の検出は、
一般に最高回転数の１／５、即ち１８０ｒｐｍまで可能
とされている。従って、１８０ｒｐｍまで、インダクタ
ンスを用いた手法で電気角が検出できれば、停止状態か
ら最高回転数まで、電気角を検出することが可能とな
る。１８０ｒｐｍの場合、回転子５０の１回転に要する
時間は、１８０ｒｐｍ＝毎秒３回転なので、１／３秒で
ある。これに対して、図３４に示したように、第１ステ
ップでＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各々について最大電流Ｉｕ，
Ｉｖ，Ｉｗを測定するのに要する時間が５０ｍｓｅｃ、
第２ステップまで完了するのに要する時間を１２０ｍｓ
ｅｃとすると、ロータの１回転当たり２，３回しか電気
角の検出ができないことになる。実際には、ロータの１
回転のうち、電気角を複数回測定しつつ、相間に駆動用
の電圧を印加してゆかなければならないから、この条件
では、電気角を精度良く測定しつつ、駆動用電圧の制御
行なうことは極めて困難である。

【０１０１】そこで、本実施例では、図４２に示すよう
に、５０ｍｓｅｃ毎に起動する割込処理ルーチンにおい
て、まずフラグＦ（初期値＝０）を判定して回転子５０
が停止中か否かを判定し（停止中はＦ＝０、ステップＳ
７００）、回転子５０の停止中であると判断した場合
は、まず割込をマスクする処理を行なう（ステップＳ７
１０）。第１ステップおよび第２ステップの処理を連続
して行なうのに、１２０ｍｓｅｃ必要になるので、電気
角の検出が終了するまで割込をマスクするのである。そ
の後、第１ステップの処理を行ない電気角φ（０〜π，
π〜２πのいずれかの範囲内での電気角）を計算する
（ステップＳ７２０）。続いて、第２ステップによる処
理を実行して回転子５０が０〜πもしくはπ〜２πのい
ずれの範囲に存在するかを特定する処理を行ない（ステ
ップＳ７３０）、以上の第１ステップおよび第２ステッ
プから電気角θを検出する処理を行なう（ステップＳ７
４０）。その後、フラグＦに値１を設定すると共に割込
マスクを解除する処理を行なう（ステップＳ７５０）。
以上により、回転子５０が停止している場合の電気角θ
の検出を終了し、本ルーチンを終了する。

【０１０２】こうして停止中の回転子５０の電気角θを
一旦検出した後は、フラグＦは値１に設定されるから、
ステップＳ７１０での判断は「ＮＯ」となり、第１ステ
ップにより電気角φを計算する処理を行ない（ステップ
Ｓ７６０）、この電気角φの前回値からの差分△φを用
いて、電気角θを更新する処理を行なう（ステップＳ７
７０）。即ち、回転子５０の電気角θが一度検出された
後は、約５０ｍｓｅｃ程度の間隔で繰り返し第１ステッ
プのみを実行し、計算された電気角φの変化分を用いて
電気角θを更新することになる。５０ｍｓｅｃであれ
ば、１８０ｒｐｍの場合でも、その間の回転子５０の回
転角度は、５０×１０^-3×３６０度×１８０ｒｐｍ／６
０＝５４度であって、１８０度を越えることはない。従
って、一旦電気角θを検出した後、５０ｍｓｅｃ間隔で
第１ステップの処理を実行していれば、０〜π（１８０
度）もしくはπ〜２π（３６０度）のいずれに回転子５
０が存在するかを誤りなく判定することが可能である。
この結果、電気角の検出に必要な処理が第１ステップの
みとなり、電気角の検出に要する時間は約１／２に短縮
される。

【０１０３】以上説明したように第６実施例の電気角検
出装置によれば、一旦電気角θを一義的に求めた後は、
電気角の検出しに要する処理を極めて短縮することがで
きる。従って、三相同期モータ４０の回転制御中に電気
角の測定に時間を取られて制御が不十分になるというこ
とがない。この結果、逆起電圧による電気角の測定との
切替の回転数を高く設定することができ、設計上の自由
度も向上する。

【０１０４】以上本発明のいくつかの実施例について説
明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるも
のではなく、例えば三相以外の同期モータに適用した構
成など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の電気
角検出装置は、電気角と相関を有する巻線のインダクタ
ンスによって定まる少なくとも二つの電流の挙動を検出
し、予め記憶した電流の挙動と電気角の関係を参照し
て、回転子の位置、即ち電気角を求めるので、特にモー
タが静止あるいは低回転数の場合に、精度良く電気角を
検出することができるという優れた効果を奏する。この
ため、これを用いて同期モータを駆動するものとすれ
ば、例えば停止しているモータであっても、これを所望
の方向に安定に起動することができる。この結果、無駄
な電力を消費することもない。

【０１０６】また、本発明の第２の電気角検出装置は、
多相の各組合わせに電圧を印加した際に流れる電流の挙
動に基づいて、近似計算により電気角を０〜πもしくは
π〜２πのいずれかの区間での電気角を演算し、電気角
がこのいずれの区間に属するかを特定することで、結果
的にロータの電気角を検出する。従って、簡略な構成に
より電気角を容易に求めることができるという優れた効
果を奏する。

【０１０７】更に、本発明の第３の電気角検出装置は、
電気角の演算を近似計算により行なう第２の電気角検出
装置において、電気角が０〜πもしくはπ〜２πまでの
いずれの区間に属するかを判定する構成に特徴を有し、
ロータの角度と電流の挙動が０〜πもしくはπ〜２πで
異なるものとなる条件を利用して、その判別を行なうの
で、電気角を最終的に精度良くかつ簡易な構成により検
出することができるという優れた効果を奏する。

【０１０８】更に、本発明の第４の電気角検出装置によ
れば、一旦電気角を０〜２πの範囲で検出・特定した後
は、電気角を０〜πもしくはπ〜２πのいずれかの範囲
内で求め、これにより電気角を更新する。従って、極め
て簡易な処理により電気角を求めることができ、低速回
転中の同期モータの制御中に電気角の検出に時間を取ら
れて制御が不十分になるということがないという優れた
効果を奏する。

【０１０９】また、本発明の同期モータの駆動装置は、
回転子が停止または低速回転している領域では、インダ
クタンスの相違を利用して電気角を求めると共に、この
領域以外では、逆起電圧に基づいて電気角を検出し、こ
れにより巻線に駆動用電圧を印加する。従って、停止状
態から高回転数領域まで、精度良く電気角を検出できる
ばかりか、広い領域に亘って、効率の良いモータ制御を
実現できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】実施例の固定子３０を組み込んだ三相同期モー
タ４０の構造を示す断面図である。

【図３】実施例で用いた三相同期モータ４０の固定子３
０と回転子５０との関係を示す端面図である。

【図４】実施例における三相同期モータの等価回路を示
す説明図である。

【図５】Ｕ−ＶＷ相間に電圧Ｅ１を印加した場合のＵ相
電流Ｉｕ（ｔ）の過渡応答を示すグラフである。

【図６】巻線のインダクタンスと電気角θとの関係を示
すグラフである。

【図７】過渡応答におけるインダクタンスと最大電流と
の関係を示すグラフである。

【図８】第１実施例における電気角検出処理ルーチンを
示すフローチャートである。

【図９】第２実施例としての電気角検出装置を含んだモ
ータ制御装置２５０の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】第２実施例における駆動用電圧Ｖｂを例示す
るグラフである。

【図１１】駆動用電圧に重畳する高周波信号Ｖｈを例示
するグラフである。

【図１２】重畳された電圧信号Ｖｂを例示するグラフで
ある。

【図１３】電流検出器の出力信号Ｖｓを例示するグラフ
である。

【図１４】バンドパスフィルタの出力信号Ｖｐを例示す
るグラフである。

【図１５】エンベロープ検出部の出力信号Ｖｅを例示す
るグラフである。

【図１６】第２実施例における電気角検出処理ルーチン
を示すフローチャートである。

【図１７】電気角θと電流振幅Ｉｓとの関係を例示する
グラフである。

【図１８】モータに印加する電圧の他の例を示すグラフ
である。

【図１９】電気角とインダクタンスおよび電流の関係を
示すグラフである。

【図２０】三相同期モータの磁気回路における磁気特性
を示すグラフである。

【図２１】三相同期モータ４０のロータとステータとの
関係を直線上に展開して示す説明図である。

【図２２】第３実施例としての電気角検出装置を含んだ
モータ制御装置の概略構成図である。

【図２３】第３実施例における処理の概要を示すフロー
チャートである。

【図２４】第１ステップの近似計算の手法を説明するグ
ラフである。

【図２５】第１ステップの他の近似計算の手法を説明す
るグラフである。

【図２６】第１ステップの処理の詳細を例示するフロー
チャートである。

【図２７】第２ステップの第１の手法を説明するグラフ
である。

【図２８】第２ステップの一例を示すフローチャートで
ある。

【図２９】第２ステップの第２の手法を説明するグラフ
である。

【図３０】第２ステップの第３の手法を説明するグラフ
である。

【図３１】第２ステップの第４の手法を説明するグラフ
である。

【図３２】最大電流Ｉｕ＋とＩｕ−との関係を例示する
グラフである。

【図３３】第４の手法による第２ステップの処理ルーチ
ンを示すフローチャートである。

【図３４】第１，第２ステップの処理を時間軸上に展開
して示すグラフである。

【図３５】第４実施例としてのモータ制御装置３９０の
概略構成を示すブロック図である。

【図３６】第４実施例における電気角検出処理ルーチン
を示すフローチャートである。

【図３７】回転数による検出方式の切替の様子を例示す
る説明図である。

【図３８】回転数とモータの効率との関係を示すグラフ
である。

【図３９】第４実施例のモータ制御装置３９０の設計例
を示すブロック図である。

【図４０】第５実施例における処理の要部を示すフロー
チャートである。

【図４１】第５実施例における印加電圧と流れる電流と
の関係を時間軸に沿って示すグラフである。

【図４２】第６実施例における割込処理を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】 １０…モータ制御装置 ２０…ステータ ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…固定子コイル ３４…ボルト ３６…ボルト孔 ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５２…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…ロータ ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１…突極 １００…モータ制御回路 １００…モータ電流制御回路 １０２，１０４…電流検出器 １１０…トルク換算器 １１２，１１４…ＡＤＣ １２０…ＣＰＵ １２２…メモリ １３０…電圧印加部 ２５０…モータ制御装置 ２６０…高周波発生部 ２６２，２６４…バンドパスフィルタ ２７２，２７４…エンベロープ検出部 ３００…ＥＣＵ ３１０…インバータ ３９０…モータ制御装置 ４００…モータ電流制御回路 ４０２，４０４…電流検出器 ４１０…トルク換算器 ４１５…インダクタンス式電気角検出部 ４２０…逆起電圧式電気角検出部 ４４０…ヒステリシス回路 ４４５…切替接点 ５００…モータ電流制御回路 ５０２…Ａ／Ｄ変換器 ５１２…インダクタンス方式電気角演算器 ５１５…回路 ５２０…逆起電圧方式電気角演算器 ５２２…電気角テーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多賀 善明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−359691（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/16 H02P 6/20

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   転させる多相同期モータの電気角検出装置であって、前記 多相の内の第１の相に対して所定の電圧を印加し、
   該印加した電圧に応じて前記第１の相に流れる電流の挙
   動と電気角との関係を予め記憶する第１の記憶手段と、 前記第１の相とは異なる第２の相に所定の電圧を印加
   し、該印加した電圧に応じて前記第２の相に流れる電流
   の挙動と電気角との関係を予め記憶する第２の記憶手段
   と、 前記モータの駆動電圧に電気角検出電圧を重畳して印加
   する検出用電圧制御手段と、 前記第１の相に対して前記電圧を印加し、流れる電流の
   挙動を検出する第１の検出手段と、 前記第２の相に対して前記電圧を印加し、流れる電流の
   挙動を検出する第２の検出手段と、 該第１，第２の検出手段により検出された電流の挙動に
   基づいて、前記第１，第２の記憶手段に記憶された関係
   を参照し、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める
   電気角演算手段とを備えた電気角検出装置。
2. 【請求項２】 三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Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相同期モータの電
   気角検出装置であって、 Ｕ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相−ＵＶ相の内の
   第１の組合わせに対して所定の電圧を印加し、該印加し
   た電圧に応じて流れる電流の挙動と電気角との関係を予
   め記憶する第１の記憶手段と、 前記第１の組合わせとは異なる第２の組合わせに所定の
   電圧を印加し、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙
   動と電気角との関係を予め記憶する第２の記憶手段と、 前記モータの駆動電圧に電気角検出電圧を重畳して印加
   する検出用電圧制御手段と、 前記第１の組合わせに対して前記電圧を印加し、流れる
   電流の挙動を検出する第１の検出手段と、 前記第２の組合わせに対して前記電圧を印加し、流れる
   電流の挙動を検出する第２の検出手段と、 該第１，第２の検出手段により検出された電流の挙動に
   基づいて、前記第１，第２の記憶手段に記憶された関係
   を参照し、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める
   電気角演算手段とを備えた電気角検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の電気角
   検出装置であって、 前記第１，第２の記憶手段は、電流の挙動と電気角に応
   じたインダクタンスの関係を記憶する手段である電気角
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記同期モータの極対を、磁気的な特性
   が異なるＮ極およびＳ極から構成し、電気角πあたりの
   前記電流の挙動が他の電気角πにおける挙動と異なる挙
   動として構成した請求項１または請求項２に記載の電気
   角検出装置。
5. 【請求項５】 前記第１の検出手段および第２の検出手
   段の少なくとも一方に、前記電圧を印加する相または相
   間の組み合わせと前記回転子とが構成する磁気回路の磁
   気特性の非線形領域に相当する電圧を、当該相または相
   間の組み合わせに印加する電圧印加手段を備えた請求項
   １または請求項２に記載の電気角検出装置。
6. 【請求項６】 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
   転させる多相同期モータの電気角検出装置であって、 前記多相の各相間に対して各相に磁気飽和電流が発生し
   ない電圧を印加し、該電圧に応じて流れる電流の挙動に
   基づいて、近似計算により、電気角０〜πもしくはπ〜
   ２πの区間内での電気角を演算する電気角演算手段と、前記多相の特定の相間と前記回転子とが構成する磁気回
   路の磁気特性の非線形領域に相当する電圧を、前記演算
   された電気角の属する前記範囲に基づいて定ま る当該多
   相の相間に印加する電圧印加手段と、 該印加された電圧に応じて該相間に流れる電流の挙動を
   検出する検出手段と、 該検出された電流の挙動から、電気角の範囲をπを単位
   として特定する電気角範囲特定手段と、 前記検出された電気角および該特定された区間から、た
   だ一つの電気角を決定する電気角決定手段とを備えた電
   気角検出装置。
7. 【請求項７】 三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Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相同期モータの電
   気角検出装置であって、 Ｕ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相−ＵＶ相の各組
   み合わせの相間に対して各相に磁気飽和電流が発生しな
   い電圧を印加し、該電圧に応じて流れる電流の挙動に基
   づいて、近似計算により、電気角０〜πもしくはπ〜２
   πの区間内での電気角を演算する電気角演算手段と、 前記三相の特定の相間と前記回転子とが構成する磁気回
   路の磁気特性の非線形領域に相当する電圧を、前記演算
   された電気角の属する前記範囲に基づいて定まる当該三
   相の相間に印加する電圧印加手段と、 該印加された電圧に応じて該相間に流れる電流の挙動を
   検出する検出手段と、 該検出された電流の挙動から、電気角の範囲をπを単位
   として特定する電気角範囲特定手段と、 前記検出された電気角および該特定された区間から、た
   だ一つの電気角を決定する電気角決定手段とを備えた電
   気角検出装置。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７記載の電気角検
   出装置であって、 電気角演算手段は、 三相同期モータにおいて、各相間に対して、電圧を順次
   印加し、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙動を検
   出する電流検出手段と、 該求めた電流の挙動のうち、直線近似による誤差が最も
   小さいものを選択する選択手段と、 該選択された電流の挙動から直線近似により、前記モー
   タの電気角を求める近似計算手段とからなる電気角検出
   装置。
9. 【請求項９】 前記電流検出手段は、Ｎ相のうちＮ−１
   相について電流の挙動を実測する手段と、残り１相につ
   いては当該Ｎ−１相の実測値から演算する手段とから構
   成された請求項８記載の電気角検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項６記載の電気角検出装置であっ
    て、 前記同期モータは三相交流を用いるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を
    有する三相同期モータであり、 前記電気角演算手段は、 三相のＵ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相−ＵＶ相
    の各組み合わせの相間に所定の電圧を印加した場合の各
    々の電流値を検出する電流検出手段と、 該検出された３つの電流値の平均値と該３つの電流値の
    大小の関係から、電気角πを６等分する区域のいずれか
    一つを特定する区域特定手段と、 該特定された区域内において、前記電流値が極値を有す
    る相間について、 θ≒ｔａｎθ の近似式により電気角の該区域内の位相を求める位相計
    算手段と、 前記特定された区域と前記求められた位相とに基づい
    て、０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を求め
    る角度計算手段とを備えた電気角検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項７記載の電気角検出装置であっ
    て、 前記電気角演算手段は、 三相のＵ相−ＶＷ相、Ｖ相−ＵＷ相およびＷ相−ＵＶ相
    の各組み合わせの相間に所定の電圧を印加した場合の各
    々の電流値を検出する電流検出手段と、 該検出された３つの電流値の平均値と該３つの電流値の
    大小の関係から、電気角πを６等分する区域のいずれか
    一つを特定する区域特定手段と、 該特定された区域内において、前記電流値が極値を有す
    る相間について、 θ≒ｔａｎθ の近似式により電気角の該区域内の位相を求める位相計
    算手段と、 前記特定された区域と前記求められた位相とに基づい
    て、０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を求め
    る角度計算手段とを備えた電気角検出装置。
12. 【請求項１２】 前記電気角範囲特定手段は、前記電流
    の大きさと予め定めた閾値との大小により、電気角の範
    囲を特定する手段を備えた請求項６または請求項７記載
    の電気角検出装置。
13. 【請求項１３】 請求項６または請求項７記載の電気角
    検出装置であって、 前記電気角範囲特定手段は、前記角度検出手段により特
    定された区域によって、前記閾値の大小を切り換えて比
    較を行なう手段を備えた電気角検出装置。
14. 【請求項１４】 請求項６または請求項７記載の電気角
    検出装置であって、 前記電圧印加手段は、前記印加する電圧の大きさを、前
    記角度検出手段により特定された区域に基づいて決定す
    る電圧決定手段を備え、 前記電気角範囲特定手段は、該印加された電圧に応じて
    相間に流れる電流の大きさと予め定めた閾値との大小に
    より、電気角の範囲を特定する手段を備えた電気角検出
    装置。
15. 【請求項１５】 請求項６または請求項７記載の電気角
    検出装置であって、 前記区間特定手段は、特 定の相間と前記回転子とが構成する磁気回路の磁気特
    性の非線形領域に相当する電圧を、前記演算された電気
    角の属する前記範囲に基づいて定まる所定の相間に印加
    する第１の電圧印加手段と、 該印加する電圧とは極性の異なる電圧を、前記相間とは
    異なる相間に印加する第２の電圧印加手段と、 該印加された各々の電圧に応じて該相に流れる電流の大
    小を判別することで、電気角の範囲をπを単位として特
    定する電気角範囲特定手段とを備えた電気角検出装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の電気角検出装置であ
    って、 前記区間特定手段により特定された区間に基づいて、前
    記第１，第２の電圧印加手段が印加する相間を決定する
    印加相間決定手段を備えると共に、 前記第１，第２の電圧印加手段が印加する電圧を、前記
    非線形領域の下限値とした電気角検出装置。
17. 【請求項１７】 前記相間に電圧を印加して該電圧に対
    する電流の挙動を検出した後、該印加した電圧を急速に
    低減させる手段を備えた請求項１、２、６、および請求
    項７のいずれかに記載の電気角検出装置。
18. 【請求項１８】 前記印加する電圧の周波数を、駆動用
    に前記巻線に印加される交流電圧の周波数より高い周波
    数に制御する手段を備えた請求項６または請求項７記載
    の電気角検出装置。
19. 【請求項１９】 請求項１または請求項２に記載の電気
    角検出装置であって、 第１，第２の検出手段の少なくとも一方は、電流の挙動
    を、所定電流値となるまでに要する時間により検出する
    手段である電気角検出装置。
20. 【請求項２０】 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
    回転させる多相同期モータの電気角検出装置であって、 電気角の検出を行なう前記モータの回転数上限値により
    定まる電気角πに要する時間以内に、前記多相の所定の
    相間に対して各相に磁気飽和電流が発生しない電圧を印
    加し、該電圧に応じて流れる電流の挙動に基づいて、電
    気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を検出
    する角度検出手段と、 前記回転子の停止中に１回、前記所定の相間に対して各
    相に磁気飽和電流が発生する電圧を印加することによっ
    て電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属
    するかを特定する区間特定手段と、 前記検出された電気角および該特定された区間から、電
    気角の初期値を決定すると共に、その後は前記角度検出
    手段により検出された電気角を用いて現在の電気角を更
    新する電気角更新手段とを備えた電気角検出装置。
21. 【請求項２１】 請求項１、２、６、７および２０のい
    ずれかに記載の電気角検出装置と、 回転子の回転に伴って前記巻線に発生する逆起電圧を検
    出する逆起電圧検出手段と、 該検出された逆起電圧に基づいて、電気角を検出する第
    ２の電気角検出手段と、 前記回転子が停止または低速回転している領域では、前
    記電気角検出装置の検出結果を用い、一方該領域以外で
    は、前記第２の電気角検出手段の検出結果を用い、前記
    巻線に駆動用電圧を印加する駆動電圧印加手段とを備え
    た同期モータの駆動装置。
22. 【請求項２２】 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
    回転させる多相同期モータの電気角検出装置であって、 多相の第１の相に対して所定のパルス状電圧を印加し、
    該印加したパルス状電圧に応じて流れる電流の挙動と電
    気角との関係を予め記憶する第１の記憶手段と、 前記第１の相とは異なる第２の相に所定のパルス状電圧
    を印加し、該印加したパルス状電圧に応じて流れる電流
    の挙動と電気角との関係を予め記憶する第２の記憶手段
    と、 前記第１の相に対して前記パルス状電圧を印加し、流れ
    る電流の挙動を検出する第１の検出手段と、 前記第２の相に対して前記パルス状電圧を印加し、流れ
    る電流の挙動を検出する第２の検出手段と、 該第１，第２の検出手段により検出された電流の挙動に
    基づいて、前記第１，第２の記憶手段に記憶された関係
    を参照し、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める
    電気角演算手段とを備えた電気角検出装置。