JP2001045789A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率なモータ駆動を実現することができる
モータ制御装置を提供する。 【解決手段】 磁石が装着されたロータにより構成され
る同期モータ１に対し、制御部５を配置する。制御部５
は、同期モータ１を１８０度通電駆動する１８０度通電
駆動部７、同期モータを１２０度通電駆動する１２０度
通電駆動部６、モータ回転数を算出する回転数算出部
８、モータの回転数に対する効率を記憶した回転数−効
率テーブル部１０、現行の回転数と回転数−効率テーブ
ル部１０に記憶される情報とに基づき現行の回転数に対
し最適な駆動方式を選択する駆動方式選択部９とを備え
る。これにより、同期モータ１は、現行の回転数に応じ
て１２０度通電駆動もしくは１８０度通電駆動により最
高効率の駆動を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータ制御装置
に関し、特に磁石が装着されたロータにより構成されて
いる同期モータを効率的に駆動することが可能なモータ
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題が社会的話題となり省エ
ネルギー化が重要な関心となっている。特に、モータ分
野においては、省エネルギーの観点から、小型・高効率
化・高出力のモータが切望されている。

【０００３】従来のモータの代表として誘電モータや磁
石をロータ表面に装着したＳＰＭ（Surface Permanent
Magnet）モータ等があり、双方とも量産性に優れてい
る。

【０００４】これに対し、従来と異なる構造のモータが
開発されている。このうち、効率をさらに高めるために
永久磁石をロータ内部に埋込んで、フレミングトルクに
加えてリラクタンストルクを利用するＩＰＭ（Interior
Permanent Magnet）モータが注目されている。

【０００５】図１６は、このようなＩＰＭモータの構造
の一例を示す図である。図１６に示されるＩＰＭモータ
は、高透磁率材の鉄芯または積層珪素鋼板で構成されて
いるロータコア１３１の内部に永久磁石１３２を埋込ん
でロータを構成している。図１６に示されるＩＰＭモー
タは、４極モータであって、４個（図１６は、／２断面
を示している）の永久磁石１３２が円周方向に沿ってＮ
極とＳ極とが交互になるように配設されている。

【０００６】なお、図１６において、記号１３４はコイ
ルが巻かれる部分を、記号１３５はステータを、記号１
３６はティースを示している。このように構成すること
により、永久磁石１３２の中心とロータコア１３１の中
心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のインダクタンスＬｄ
と、ｄ軸に対して電気角で９０度回転した方向であるｑ
軸方向のインダクタンスＬｑとに差が生じ、永久磁石１
３２によるフレミングトルクＴｍに加えてリラクタンス
トルクＴｒが発生することになる。

【０００７】これらの関係については、「リラクタンス
トルクを要した回転機」（松井信行他、Ｔ．ＥＥ Ｊａ
ｐａｎ，Ｖｏｌ.１１４−Ｄ，Ｎｏ９，１９９４）にお
いて解析がなされている（以下、参考文献１と称す）。
参考文献１によれば、フレミングトルクＴｍとリラクタ
ンストルクＴｒとの関係は、式（１）を満たす。

【０００８】 Ｔｔ＝Ｔｍ＋Ｔｒ ＝Ｐｎ×ψａ×ｉａ×ｃｏｓβ ＋Ｐｎ×１／２×（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉａ²×ｓｉｎ２β…（１） なお、式（１）において、Ｐｎは極対数を、ψａは鎖交
磁束、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンスを、Ｌｑはｑ軸
方向のインダクタンスを、ｉｄは、ｄ軸方向の電流を、
ｉｑはｑ軸方向の電流を、βは電流位相を、ｉａは電流
ベクトルの大きさをそれぞれ表わしている。

【０００９】電流位相βを変化させた場合のフレミング
トルクＴｍ、リラクタンストルクＴｒおよび総合トルク
Ｔｔの変化を、図１７を用いて説明する。図１７に示さ
れるように、フレミングトルクＴｍは、電流位相βが９
０度の時点で最大値を示し、９０度を離れるとともに小
さくなり、１８０度で０となる。これに対し、リラクタ
ンストルクＴｒは、電流位相βが１３５度の時点で最大
値を示す。したがって、リラクタンストルクＴｒとフレ
ミングトルクＴｍとを足し合せた総合トルクＴｔは、そ
れぞれのトルク比により変わるが、電流位相βは１１５
度付近で最大値を示す。したがって、リラクタンストル
クＴｒを有効に利用するＩＰＭモータは、フレミングト
ルクＴｍのみを用いて動作するＳＰＭモータよりも、同
一電流において高トルクの出力が可能となる。

【００１０】ところで、モータのトルクの大きさを決定
する要因として、モータ駆動制御方法が重要となる。従
来の電流駆動方法としては、１２０度矩形波駆動が一般
的である。この１２０度矩形波駆動方法とは、モータコ
イルの３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）中の２相に対し電流を通電
し、１２０度ごとに電流をつなぎ合せて直流となるよう
にインバータを制御する方法である。１２０度矩形波駆
動においては、各々の相についてみれば通電休止期間が
あり、当該通電休止期間にロータ磁石の回転によりステ
ータコイルに発生する誘起電圧を検出してロータ回転を
制御している。上述したリラクタンストルクＴｒを利用
するＩＰＭモータにおいては、トルクを最大にするため
に通電タイミングが重要となる。したがって、ＩＰＭモ
ータに対しては、１２０度矩形波駆動を行ない通電休止
期間に誘起電圧を検出してロータ位相を算出している。

【００１１】これに対し、モータ効率を向上させるモー
タ駆動制御方法として、通電幅を電気角で１８０度に設
定した１８０度正弦波駆動方式がある。「ブラシレスＤ
Ｃモータ駆動制御方法およびその装置および電気機器
（国際公開番号ＷＯ９５−２７３２８）」は、永久磁石
を内部に埋込んだモータに対し、通電幅を電気角１８０
度に設定し、モータコイルの第１中心点電位と当該コイ
ルに電気的に並列となるグリッジ回路による第２中心点
電位との差に基づいて磁極位置を検出する手法を具備し
ている（参考文献２と称す。）。

【００１２】ここで、参考文献２に記載さているブラシ
レスＤＣモータ制御装置について、図１８を用いて説明
する。図１８は、参考文献２に記載されるモータ制御装
置の構成を概略的に表わす図である。図１８において
は、直流電源２１１の端子間に３対のスイッチングトラ
ンジスタ２１２ｕ、２１２ｖ、２１２ｗをそれぞれ直列
接続してインバータを構成し、各対のスイッチングトラ
ンジスタ同士の接続線電圧をブラシレスＤＣモータのＹ
結線された各相の固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１
３ｗにそれぞれ印加している。そして、各対のスイッチ
ングトランジスタ同士の接続点電圧をＹ結線された抵抗
２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗにもそれぞれ印加してい
る。さらに、中性点２１３ｄの電圧が抵抗２１５ａを介
して増幅器２１５の反転入力端子に供給され、Ｙ結線さ
れた抵抗の中性点電圧２１４ｄの電圧が増幅器２１５の
非反転入力端子に供給されている。そして、増幅器２１
５の出力端子と反転入力端子との間に抵抗２１５ｂを接
続することにより、差動増幅器として動作させるように
している。ここで固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１
３ｗの中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０は、インバータ出力
波形とモータ誘起電圧波形に含まれる３ｎ次調波成分
（ｎは整数）との和になる。一方、接続点電圧がＹ結線
された抵抗２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗの中性点２１
４ｄの電圧は、インバータ出力波形のみで決定される。
したがって中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０と中性点２１４
ｄの電圧との差を得ることにより、モータ誘起電圧波形
に含まれる３ｎ次調波成分を取出すことができる。以上
により、磁極位置センサを用いることなく、モータ誘起
電圧波形を検出、すなわちロータ位置を検出することが
できるため１８０度駆動方式が実現される。

【００１３】また、「電気車用制御装置（特開平１０−
３４１５９４号公報）」では、磁極位置検出器または回
転パルス検出器に異常があった場合に、必要に応じて１
２０度駆動方式または１８０度駆動方式が選択される構
成が開示されている（参考文献３と称す）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、参考文献
２による構成では、モータコイル結線の中心点を与える
抵抗結線２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗには差動増幅器
等の外部回路を設けることにより、１８０度正弦波通電
状態でロータ位置検出を可能とする。

【００１５】ところが、同期モータにおいて、１２０度
矩形波駆動方式と１８０度正弦波駆動方式とで効率を比
較すると、モータの状態（出力や回転数等）によって１
８０度正弦波駆動方式より１２０度矩形波駆動方式の方
が効率が高くなる場合があり、１８０度正弦波駆動方式
のみで駆動するのは必ずしも効率面から最適とは言えな
い。

【００１６】また、参考文献３は、異常事態、たとえ
ば、磁極位置検出を持たない電気車用制御装置において
回転パルス検出手段に異常を生じた場合や、磁極位置検
出器を備えた電気車用制御装置において、磁極位置検出
器と回転パルス検出手段との双方に異常が生じた場合に
対処することを目的として構成されたものであり、効率
の観点からは最適な構成とは言えない。

【００１７】すなわち、異常が生じた場合に１２０度駆
動方式を行なうのは、電動機を停止させることなく運転
を継続するためであり、そのときの制御方法は、磁極位
置推定手段によって推定された磁極位置推定位置に基づ
くものである。したがって、効率面については何ら対処
するものではない。

【００１８】それゆえ、この発明の目的は、同期モータ
を効率的に駆動させることが可能なモータ制御装置を提
供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るモータ制
御装置は、同期モータを制御するモータ制御装置であっ
て、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手
段を備え、複数の駆動手段は、少なくとも、同期モータ
を１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、同期
モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段と
を含み、同期モータのモータ効率に応じて、複数の駆動
手段のうち１つを選択する駆動制御手段をさらに備え
る。

【００２０】したがって、第１発明に係るモータ制御装
置によれば、複数の通電駆動手段を備え、これらのうち
の１つを選択的に動作させることにより、モータ効率の
観点から最適な駆動、より具体的には最高効率で駆動さ
せることが可能となる。

【００２１】第２発明に係るモータ制御装置は、第１発
明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同
期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状態
に対して前記モータ効率が所望の効率になるように、１
２０度通電駆動手段または１８０度通電駆動手段のいず
れか一方を選択する。

【００２２】したがって、第２発明に係るモータ制御装
置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力
等）に応じて、１８０度通電駆動方式または１２０度通
電駆動方式のうち最適な駆動方式を選択することができ
る。したがって、より具体的には、最高効率で駆動させ
ることが可能となる。

【００２３】第３発明に係るモータ制御装置は、第２発
明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同
期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手
段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆動のそれ
ぞれについて、同期モータに関するモータ回転数とモー
タ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に
記憶される情報に基づき、算出されたモータ回転数に対
して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する
選択手段とを含む。

【００２４】したがって、第３発明に係るモータ制御装
置によれば、現行のモータ回転数に対して最適な駆動方
式を選択することができる。

【００２５】第４発明に係るモータ制御装置は、第２発
明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同
期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手
段と、同期モータのトルクを算出するトルク算出手段
と、算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクと
に基づき、同期モータのモータ出力を算出するモータ出
力算出手段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆
動のそれぞれについて、同期モータに関するモータ出力
とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶
手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ出力
に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行
する選択手段とを含む。

【００２６】したがって、第４発明に係るモータ制御装
置によれば、現行のモータ出力に対して最適な駆動方式
を選択することができる。

【００２７】第５発明に係るモータ制御装置は、第２発
明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、モー
タコイルを含み、モータコイル端子に流れるモータ電流
と同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を検
出する位相差検出手段と、所望の位相差情報を格納する
格納部と、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出
する誘起電圧検出手段とをさらに備え、１８０度通電駆
動手段は、検出される位相差情報と所望の位相差情報と
の差に応じて動作が制御され、１２０度通電駆動手段
は、検出される誘起電圧に応じて動作が制御される。

【００２８】したがって、第５発明に係るモータ制御装
置によれば、誘起電圧の検出により１２０度通電駆動
を、位相差情報により１８０度通電駆動を制御すること
ができるため、特別な位置検出器を用いずに、最適な駆
動を実現することが可能となる。

【００２９】第６発明に係るモータ制御装置は、第１ま
たは第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御
手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出されたモー
タ回転数と所望のモータ回転数との差に基づき、複数の
通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対する回
転速度の設定を調整する手段をさらに備える。

【００３０】したがって、第６発明に係るモータ制御装
置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目標
回転数指令により速度補正するフィードバック制御を行
なうことが可能となる。

【００３１】第７発明に係るモータ制御装置は、第３ま
たは第４発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御
手段は、外部指令に基づき、対応する通電駆動手段を指
定する指令手段をさらに備え、選択手段は、指令手段の
制御に基づき、１８０度通電駆動手段または１２０度通
電駆動手段のいずれか一方を選択する。

【００３２】したがって、第７発明に係るモータ制御装
置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方式
を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選
択することが可能な機能とを有することにより、同期モ
ータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させ
ることが可能となる。たとえば、夜間等において騒音低
減が必要な場合には、効率に係わらず低騒音駆動となる
１８０度通電駆動方式を強制的に選択することで、騒音
低減を優先させることが可能となる。

【００３３】第８発明に係るモータ制御装置は、第１ま
たは第２発明に係るモータ制御装置であって、同期モー
タは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭ
モータである。

【００３４】したがって、第８発明に係るモータ制御装
置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭモ
ータを効率面で最適な駆動方式により駆動させることが
可能となる。

【００３５】第９発明に係るモータ制御装置は、同期モ
ータを制御するモータ制御装置であって、同期モータの
通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、同期モ
ータのモータ効率に応じて、通電対応駆動手段を制御す
る駆動制御手段とを備える。

【００３６】したがって、第９発明に係るモータ制御装
置によれば、モータ効率の観点から、最適な通電幅、よ
り具体的には最高効率で駆動させることが可能となる。

【００３７】第１０発明に係るモータ制御装置は、第９
発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、
同期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状
態に対してモータ効率が所望の効率になる通電幅を選択
し、通電幅対応駆動手段は、駆動制御手段により選択さ
れた通電幅に基づき、設定を変更する。

【００３８】したがって、第１０発明に係るモータ制御
装置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力
等）に応じて、最適な通電幅を選択することができる。
したがって、より具体的には、最高効率で駆動させるこ
とが可能となる。

【００３９】第１１発明に係るモータ制御装置は、第１
０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動
手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数
情報を出力し、駆動制御手段は、回転数情報に基づき、
同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出
手段と、任意に設定される通電幅のそれぞれについて、
同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応
関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報
に基づき、算出されたモータ回転数に対して所望のモー
タ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含
む。

【００４０】したがって、第１１発明に係るモータ制御
装置によれば、現行のモータ回転数に対して、最適な通
電幅を選択することができる。

【００４１】第１２発明に係るモータ制御装置は、第１
０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動
手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数
情報を出力し、駆動制御手段は、同期モータのモータ回
転数を算出するモータ回転数算出手段と、同期モータの
トルクを算出するトルク算出手段と、算出されるモータ
回転数と前記算出されるトルクとに基づき、同期モータ
のモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、任意に
設定される通電幅のそれぞれについて、同期モータに関
するモータ出力とモータ効率との対応関係を記憶した記
憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出さ
れたモータ出力に対して所望のモータ効率を達成するよ
うに前記選択を実行する選択手段とを含む。

【００４２】したがって、第１２発明に係るモータ制御
装置によれば、現行のモータ出力に対して、最適な通電
幅を選択することができる。

【００４３】第１３発明に係るモータ制御装置は、第９
または第１０発明に係るモータ制御装置であって、駆動
制御手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出された
モータ回転数と所望のモータ回転数との誤差に基づき、
通電幅対応駆動手段での設定を調整する手段をさらに備
える。

【００４４】したがって、第１３発明に係るモータ制御
装置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目
標回転数指令により速度を補正するフィードバック制御
を行なうことが可能となる。

【００４５】第１４発明に係るモータ制御装置は、第１
１または第１２発明に係るモータ制御装置であって、外
部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段を
さらに備え、選択手段は、指令手段の制御に基づき、対
応する通電幅を選択する。

【００４６】したがって、第１４発明に係るモータ制御
装置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方
式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に
選択することが可能な機能とを有することにより、同期
モータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動さ
せることが可能となる。

【００４７】第１５発明に係るモータ制御装置は、第９
または第１０発明に係るモータ制御装置であって、同期
モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩ
ＰＭモータである。

【００４８】したがって、第１５発明に係るモータ制御
装置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭ
モータを効率面で最適な駆動方式により駆動させること
が可能となる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一
または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さ
ない。

【００５０】［実施の形態１］本発明の実施の形態１に
おけるモータ制御装置について、図１を用いて説明す
る。図１に示すモータ制御装置は、フレミングトルクと
リラクタンストルクとを併用して高トルク化を図るＩＰ
Ｍモータ（同期モータ１）を駆動するための、インバー
タ回路２、ＡＣ電源４、ＡＣ電源４を直流に変換してイ
ンバータ回路２に直流電流を供給するＡＣ／ＤＣコンバ
ータ回路３、および制御部５を備える。

【００５１】制御部５は、同期モータ１を１２０度通電
駆動するための１２０度通電駆動部６、同期モータ１を
１８０度通電駆動するための１８０度通電駆動部７、同
期モータ１の回転数を検出または算出する回転数算出部
８、回転数算出部８の出力する回転数と後述する回転数
−効率テーブルに記憶されている情報とにより最適な効
率となる駆動方式を選択する駆動方式選択部９と、同期
モータ１の各駆動方式における回転数と効率との対応関
係を示すテーブルが予め記憶されている回転数−効率テ
ーブル部１０、１２０度通電駆動部６または１８０度通
電駆動部７の出力する通電電圧に基づきインバータ回路
２の各駆動素子にＰＷＭ波形を出力するＰＷＭ作成／各
相分配部１１、および目標とする回転数（目標回転数）
を格納する目標回転数格納部１２を含む。

【００５２】制御部５は、マイクロコンピュータで構成
する。この際、上述した各構成要素６〜１２をソフト的
に処理する。これらの処理に関連するプログラム内容
は、工場出荷時にＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモ
リに記憶させてもよいし、またフラッシュＲＯＭ等の書
換え可能なメモリに記憶したならばプログラム内容を随
時、更新・修正等することが可能となる。なお、これに
限定されず、制御部５を同様の処理を行なうようハード
的に構成してもよい。

【００５３】まず、ＡＣ電源４から供給されるＡＣ電圧
は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電
圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ
回路２を構成するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar T
ransistor）、トランジスタＴｒ等の駆動素子のそれぞ
れは、ＰＷＭ作成／各相分配部１１の出力するＰＷＭ波
形により所望のデューティでスイッチングされる。これ
により、同期モータ１であるＩＰＭモータの各相Ｕ、
Ｖ、Ｗへ電圧が印加されることによりモータが駆動され
る。

【００５４】１２０度通電駆動部６によると、モータコ
イルへの印加電圧が１２０度期間にわたって通電され
る。１２０度通電駆動における通電波形を示したのが図
２である。図２において、横軸はコイル通電電気角を、
縦軸は電圧をそれぞれ示している。ここで、駆動対象と
なるモータのステータコイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相で構
成されているとし、記号２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗのそれ
ぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧波形を示してい
る。

【００５５】図２に示されるように、Ｕ相に注目する
と、１２０度期間は矩形波通電をしており、残りの６０
度期間は通電休止期間２６Ｕとなる。これに対し、Ｖ
相、Ｗ相は、Ｕ相に対して１２０度または２４０度の位
相差をもって矩形波通電をしている。Ｖ相、Ｗ相はそれ
ぞれ、６０度期間の通電休止期間２６Ｖ、２６Ｗを有し
ている。

【００５６】図１を参照して、１８０度通電駆動部７に
よると、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわ
たって通電される。この１８０度通電駆動における通電
波形を示したのが図３である。図３において、横軸はコ
イル通電電気角を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。
駆動対象であるモータのステータコイルは、Ｕ相、Ｖ相
およびＷ相の３相で構成されているとする。記号３１、
３２、３３のそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧
波形を示している。

【００５７】図３に示されるように、１８０度通電駆動
方式においては、各相は正弦波形通電をしており、たと
えばＵ相コイルを基準とすると、他のＶ相、Ｗ相に対す
る通電波形は、Ｕ相に対する通電波形と１２０度または
２４０度の位相差を有している。

【００５８】図１を参照して、回転数算出部８は、１２
０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７から同期
モータ１の回転数に関する情報を受ける。当該回転数情
報は、誘起電圧から算出する方法や、センサ等の回転検
出器を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる
方法等が開示されており、いずれの方法を用いてもよ
い。

【００５９】駆動方式選択部９は、回転数算出部８から
出力される回転数情報と回転数−効率テーブル部１０に
記憶されている各駆動方式による回転数と効率との関係
を示すテーブルとにより、回転数に応じて最高効率とな
る駆動方式を選択する。より具体的には、駆動方式選択
部９により、１２０度通電駆動部６または１８０度通電
駆動部７のいずれか一方が選択される。

【００６０】駆動方式選択部９により選択された通電駆
動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動
部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを
出力する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、電圧データ
により、ＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバータ
回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各
駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。

【００６１】目標回転数格納部１２は、回転数算出部８
から出力される現行のモータの回転数情報と目標回転数
とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６また
は１８０度通電駆動部７に対し適正な回転数となるよう
に（適正な速度となるように）誤差補正データを出力す
る。

【００６２】以上のように構成したモータ制御装置で駆
動する同期モータ１について以下に示す実験を行なっ
た。まず実験対象となる２種類のＩＰＭモータ（Ａ）、
（Ｂ）について、図４および図５を用いて説明する。図
４は、実験対象とするＩＰＭモータ（Ａ）のロータ断面
図である。図４において、記号ａ１、ａ２は、ロータ内
部に埋込まれ中心側に凸状となる永久磁石を、ａ３は、
高透磁率材または積層珪素鋼板で構成されたロータをそ
れぞれ示している。さらに、記号ａ４は、永久磁石とロ
ータ中心とを結ぶ方向の軸（ｄ軸と称す）、記号ａ５
は、当該ｄ軸より電気角で９０度回転した方向の軸（ｑ
軸と称す）をそれぞれ示している。

【００６３】図５は、実験対象となるＩＰＭモータ
（Ｂ）のロータ断面図である。図５において記号ｂ１
は、ロータ内部に埋め込まれた永久磁石を、記号ｂ２は
積層珪素鋼板で構成されたロータをそれぞれ示してい
る。また、記号ｂ３は、永久磁石とロータ中心とを結ぶ
方向の軸（ｄ軸）、記号ｂ４は、当該ｄ軸より電気角で
９０度回転した方向の軸（ｑ軸）をそれぞれ示してい
る。

【００６４】ＩＰＭモータにおいては、上述した式
（１）により、フレミングトルクは鎖交磁束すなわち磁
石による磁界強度に比例し、リラクタンストルクはｄ軸
とｑ軸とのインダクタンスの差に比例する。たとえば、
ＩＰＭモータ（Ａ）では、磁石ａ１、ａ２によりフレミ
ングトルクが発生し、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄと
ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとの差によりリラクタン
ストルクが発生する。

【００６５】ＩＰＭモータ（Ａ）では、ｄ軸方向の磁束
が透磁率が空気とほぼ同じ永久磁石部分を２回通過する
ため、磁気抵抗が大きくなり、ｄ軸方向のインダクタン
スＬｄは小さくなる。一方、ｑ軸方向の磁束は、永久磁
石間の高透磁率材部を通過するため磁気抵抗が小さくな
るため、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑは大きくなる。
したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）では、インダクタンス
ＬｄとＬｑとの差が大きくなる。

【００６６】一方、ＩＰＭモータ（Ｂ）では、磁石ｂ１
によるフレミングトルクはＩＰＭモータ（Ａ）と同程度
であるが、ｄ軸方向とｑ軸方向との磁気抵抗の差が小さ
い。したがって、インダクタンスＬｄとＬｑとの差が小
さいため、リラクタンストルクはＩＰＭモータ（Ａ）に
比べて小さくなる。したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）、
（Ｂ）を比較した場合、ＩＰＭモータ（Ａ）の方がリラ
クタンストルクをより利用して動作しているといえる。

【００６７】図６は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力
に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図
６において、Ｙ軸５１は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸
５０は、モータ回転数と負荷トルクとの積であるモータ
出力の無次元比をそれぞれ示している。なお、負荷トル
クはほぼ一定であるため、モータ回転数の無次元比をＸ
軸５０にとってもよい。ここで、総合効率とは、モータ
部分のモータ効率と回路部分の回路効率との積で表わさ
れる効率を意味する。図６において記号５２、５３は、
１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度通電駆動時の
効率特性をそれぞれ示している。

【００６８】図６に示されるように、ＩＰＭモータ
（Ａ）においては、モータ出力または回転数が低い領域
では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方
式の方が効率が高い。ところが、さらにモータ出力また
は回転数が上昇するに従い、両方式とも効率は上昇する
が、その上昇効率は異なり、あるモータ出力または回転
数で、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動
方式の効率とが逆転する。

【００６９】図７は、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力
に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図
７において、Ｙ軸６０は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸
６１は、モータ回転数の無次元比を表わす。また記号６
２、６３は、１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度
通電駆動時の効率特性をそれぞれ示している。

【００７０】図７に示されるように、ＩＰＭモータ
（Ｂ）においても、ＩＰＭモータ（Ａ）の場合と同様に
モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電
駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高
い。また、モータ出力または回転数が上昇するに従い、
両方式とも効率は上昇するが、その上昇率が異なり、あ
るモータ出力または回転数で１２０度通電駆動方式と１
８０度通電駆動方式とで効率は逆転する。

【００７１】続いて、１２０度通電駆動方式と１８０度
通電駆動方式とでの効率について説明を行なう。モータ
の総合効率は、次式（２）で表わされる。

【００７２】 （綜合効率）＝（モータ出力）／（（モータ入力電力）＋（モータ損失＋回路 損失））…（２） 式（２）におけるモータ損失について説明する。図８
は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対
するモータ効率特性についての実験結果を示す図であ
る。図８において、Ｙ軸７１は、１２０度通電駆動方式
と１８０度通電駆動方式とのモータ効率差の無次元比
を、Ｘ軸７０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示
している。記号７２、７３は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモ
ータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ効率差特
性をそれぞれ示している。

【００７３】図８に示されるように、ＩＰＭモータ
（Ａ）、（Ｂ）において、モータ出力または回転数が低
い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電
駆動方式の方が効率が高いが、モータ出力または回転数
が上昇するに従い１２０度通電駆動方式の効率と１８０
度通電駆動方式の効率との差がなくなる。

【００７４】モータ損失は、銅損と鉄損と機械損とに分
類できる。銅損に対しては、１２０度通電駆動方式より
１８０度通電駆動方式の方が大きなトルクが発生できる
ため、同一負荷に対しては１８０度通電駆動方式の方が
消費電流が小さく、１８０度通電駆動方式の方が有利で
ある。鉄損の１つである渦電流損については、磁束密
度、板厚、周波数の二乗に比例し、電気抵抗率に反比例
する。したがって、同一モータであれば回転数が大きく
なるほど、言い換えれば周波数が大きくなるほど渦電流
損は大きくなる。したがって、低速域では、モータ損失
は銅損が支配的であるため１８０度通電駆動方式が優位
となるが、高速域では渦電流損が支配的となり、両者の
効率の差がなくなる。

【００７５】次に、回路損失について説明する。図９
は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対
する回路効率特性についての実験結果を示す図である。
図９において、Ｙ軸８１は、１２０度通電駆動方式と１
８０度通電駆動方式との回路効率差の無次元比を、Ｘ軸
８０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示してい
る。また記号８２、８３はそれぞれ、ＩＰＭモータ
（Ａ）のモータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモー
タ効率差特性を示している。ここで、回路効率差とは、
式（３）を意味する。

【００７６】 回路効率差＝１８０度通電駆動方式の回路効率−１２０度通電駆動方式の回路 効率…（３） 図９に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）に
おいて、モータ出力または回転数が低い領域では、１２
０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効
率が高いが、モータ出力または回転数が上昇するに従
い、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方
式と効率では差がなくなり、両者の関係が逆転するポイ
ントも存在する。

【００７７】回路損失は、主に回路の銅損と回路のスイ
ッチング損失（以下、ＳＷ損失と記す）とからなるが、
回路の損失については、モータ単体の場合と同様な傾向
にある。一方、インバータ回路２のトランジスタのＳＷ
損失も回転数に比例し大きくなるが、当該ＳＷ損失を１
２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とで比較す
ると、通電期間が多い１８０度通電駆動方式の方が大き
くなる。このため、回路損失も低速域では銅損が支配的
なため、１８０度通電駆動方式の方が回路損失に対し優
位にあるが、高速域に達するとＳＷ損失が大きくなり、
当該優位性がなくなるばかりか、ある時点で１２０度通
電駆動方式の回路効率と１８０度通電駆動方式の回路効
率とが逆転する場合もある。

【００７８】したがって、モータ損失と回路損失とを考
慮した総合効率は、低速域では１８０度通電駆動方式が
優位であるが、高速域では１２０度通電駆動方式が優位
となる傾向にある。

【００７９】本発明の実施の形態１におけるモータ制御
装置においては、このような結果に基づき、対応するモ
ータの各駆動方式におけるモータ回転数と効率との対応
関係についてテーブルを作成し、回転数−効率テーブル
部１０に記憶させておく。次に、同期モータ１が回転を
開始した後、回転数算出部８によりセンサ等のいずれか
の方法で回転数を検出し、駆動方式選択部９に送出す
る。ここで、回転数−効率テーブル部１０には、各回転
数に対する最適な駆動方法の情報が格納されており、駆
動方式選択部９において現行速度に対する最適駆動方式
が選択される。

【００８０】同期モータ１として、上述したＩＰＭモー
タ（Ａ）を用いた場合について説明する。上述したＩＰ
Ｍモータ（Ａ）を用いた場合、たとえば初期の低速領域
では１８０度駆動方式が選択される。

【００８１】さらに速度を上げる命令が、図示しないシ
ステムコントローラから目標回転数格納部１２に伝達さ
れると、目標回転数格納部１２では、検出した回転数と
目標回転数とを比較し、誤差信号を出力する。これによ
り、１８０度通電駆動部７から適当な電圧データがＰＷ
Ｍ作成／各相分配部１１に伝送され、インバータ回路２
を介して同期モータ１に印加される。この結果、回転数
が上昇する。

【００８２】速度がある程度上昇し、効率が１８０度通
電駆動と１２０度通電駆動とで逆転する近傍の回転数ま
で到達すると、駆動方式選択部９により、効率が高い１
２０度通電駆動が選択される。

【００８３】効率が１８０度通電駆動と１２０度通電駆
動とで逆転する近傍の回転数（以下、交差回転数Ｎｃと
記す）において制御を行なう必要がある場合、あるいは
逆に制御したい回転数において１８０度通電駆動時の効
率と１２０度通電駆動時の効率とが逆転するモータ特性
を有する場合、回転数のわずかな変化によって最大効率
が得られる駆動方式が変化することになる。この場合
に、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを忠実に切
換えると、駆動方式が頻繁に切換えられることにより制
御部（マイコン）が過負荷になるとともに、インバータ
回路２、同期モータ１等へのストレスが増加し、寿命短
縮の要因となる場合がある。

【００８４】したがって、このような現象を回避するた
めに、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを切替え
る回転数にヒステリシス特性を持たせる手法が挙げられ
る。たとえば、交差回転数Ｎｃを超えて低回転数から高
回転数に制御する場合には、式（４）とし、交差回転数
Ｎｃを超えて高回転数から低回転数に制御する場合に
は、式（５）とする。

【００８５】 切替回転数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ１ …（４） 切替回数数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ２ …（５） 式（４）、（５）において、△Ｎ１、△Ｎ２は、ヒステ
リシスを示す。このようにして、ヒステリシス△Ｎ１お
よび△Ｎ２を設定することにより、当該ヒステリシス範
囲において回転数が変化しても駆動方式を変化させない
ようにする。これにより、制御部（マイコン）の負荷を
低減させるとともに、インバータ回路２、同期モータ１
等のハードウェアを酷使することなく、これらのハード
ウェアの寿命増大および信頼性向上を図ることが可能と
なる。

【００８６】なお、上記ヒステリシス範囲△Ｎ１および
△Ｎ２の値は、回転数の変動値およびそのときの効率の
変動量とを考慮して予め決定しておいてもよいし、ある
いは制御内容（初期回転数、目標回転数等の情報）に応
じて演算により随時算出したものを用いるようにしても
よい。また、ヒステリシス範囲△Ｎ１と△Ｎ２とは、同
じ値であっても、異なった値であってもよい。

【００８７】なお、上述した例では、逆転する速度点は
１点であったが、複数あっても何ら問題はない。また、
ここでは１２０度通電駆動をＰＷＭ（pulse width modu
lation：パルス幅変調）駆動しているが、ＰＡＭ（puls
e amplitude modulation：パルス振幅変調）駆動等の別
の駆動でも高率特性を求めることにより同様の効果が得
られる。

【００８８】このように、現行のモータの回転数を検出
し、目標となる回転数となるように目標回転数指令を発
生して速度補正を行なうフィードバック制御と、現在の
回転数情報をもとに最適な駆動方式を選択する選択制御
とを行なうことにより、同期モータ１を回転数に応じて
最適な（最高効率となる）駆動方式で駆動することが可
能となる。

【００８９】［実施の形態２］本発明の実施の形態２に
おけるモータ制御について図１０を用いて説明する。図
４において、制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８
０度通電駆動部７、回転数算出部８、後述するモータ出
力算出部１４から出力されるモータ出力とモータ出力−
効率テーブル部２０に記憶されるモータ出力と効率との
関係を示すテーブルとに基づき、最適な効率となる駆動
方式を選択する駆動方式選択部９、同期モータ１の各駆
動方式におけるモータ出力と効率との関係を示すテーブ
ルが予め記憶されているモータ出力−効率テーブル部２
０、ＰＷＭ作成／分相配部１１、目標回転数格納部１
２、ＩＰＭモータである同期モータ１の負荷トルク情報
を算出する負荷トルク算出部１３、および回転数情報と
負荷トルク情報とからモータ出力を算出するモータ出力
算出部１４を備える。

【００９０】制御部５は、マイクロコンピュータで構成
する。この際、上述した各構成要素６〜２０の処理をソ
フト的に行なう。なお、これに限定されず、同様の処理
を行なうよう制御部５をハード的に構成してもよい。

【００９１】まず、ＡＣ電源から供給されるＡＣ電圧
は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電
圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ
回路２のＩＧＢＴ、トランジスタＴｒなどの各駆動素子
は、制御部５のＰＷＭ作成／各相分配部１１での制御に
より所望のデューティでスイッチングされる。同期モー
タ１の各相は、インバータ回路２を介してＤＣ電圧を受
ける。これにより同期モータ１が駆動される。

【００９２】負荷トルク算出部１３は、１２０度通電駆
動部６または１８０度通電駆動部７から負荷トルクに関
する情報を受け、負荷トルク情報を出力する。当該負荷
トルク情報は、トルク検出器から検出する方法、または
コイル電流とトルクとの関係を予め記憶させ、さらに電
流検出器等でコイル負荷電流を検出しトルクを算出する
方法等のいずれの方法を用いてもよい。

【００９３】モータ出力算出部１４は、回転数算出部８
の出力する回転数情報と負荷トルク算出部１３の出力す
る負荷トルク情報とからモータ出力を算出する。この算
出されたモータ出力と、モータ出力−効率テーブル部２
０に記憶されている情報とにより、現行の回転数に応じ
て最高効率となる駆動方式が選択される。

【００９４】駆動方式選択部９により選択された通電駆
動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動
部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを
送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧デ
ータによりＰＷＭ信号のデューティ比を決定するととも
に、インバータ回路２を構成する各駆動素子へＰＷＭ信
号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号
を出力する。

【００９５】なお、目標回転数格納部１２は上述したよ
うに、回転数算出部８から受ける現在の回転数情報と目
標回転数とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動
部６または１８０度通電駆動部７に適正な速度となるよ
うに誤差補正データを送る。

【００９６】このように、現行の回転数を検出し、設定
された目標回転数指令により速度補正するフィードバッ
ク制御と、現行の回転数および負荷トルク情報をもとに
適切な駆動方式を選択する選択制御とを行なうように制
御部を構成（またはアルゴリズムを構成）することによ
り、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することが可
能となる。

【００９７】［実施の形態３］本発明の実施の形態３に
おけるモータ制御装置について、図１１を用いて説明す
る。図１１に示される制御部５は、１２０度通電駆動部
６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式
選択部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／
各相分配部１１、目標回転数格納部１２、モータコイル
端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の中で特定相に流れるモータ電流
を検出して電流位相情報を生成する電流検出部１７、電
流検出部１７の出力する電流位相情報と１８０度通電駆
動部７から出力される電圧位相情報とから位相差情報を
検出する電圧／電流位相差検出部１５、目標となる位相
差（目標位相差）を格納する位相差格納部１６、演算器
３０、およびモータコイル端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に発生
する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部１８を備える。

【００９８】制御部５は、マイクロコンピュータで構成
する。この際、上述した各構成要素６〜１８をソフト的
に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行
なうようハード的に制御部５構成してもよい。なお、電
流検出部１７は、コイルとホール素子とで構成されたい
わゆる電流センサや、カレントトランス等が挙げられ
る。

【００９９】１２０度通電駆動部６は、モータコイル４
内の印加電圧が１２０度期間にわたって通電されるため
に用いる。この際の電流通電波形については、図２で説
明したとおりである。１２０度通電駆動方式においてコ
イルが通電されない通電休止期間２６Ｕ、２６Ｖ、２６
Ｗでは、ロータに装着された磁石による誘起電圧を誘起
電圧検出部１８において検出する。１２０度通電駆動部
６は、この誘起電圧検出部１８から出力される情報を得
てロータの位相を検出する。

【０１００】電圧／電流位相差検出部１５では、特定相
（図１１においては、Ｗ相）に流れるモータ電流を検出
する電流検出部１７から得られる電流位相情報と１８０
度通電駆動部７から出力される電圧位相情報とを基準と
して、電圧に対する電流の位相差を算出する。

【０１０１】演算器３０は、電圧／電流位相差検出部１
５の出力する位相差と位相差格納部１６に格納される目
標位相差との誤差を算出する。

【０１０２】１８０度通電駆動部７は、モータコイルへ
の印加電圧が１８０度期間にわたって通電されるために
用いるものであり、この際の通電波形は図３で説明した
とおりである。１８０度通電駆動部７は、演算器３０か
ら、適正な速度となるような誤差補正データを受ける。

【０１０３】目標回転数格納部１２は、回転数算出部８
から現行の回転数情報を得た後、目標回転数と比較して
誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通
電駆動部７に対し適正な速度となるように誤差補正デー
タを送る。

【０１０４】このように、現行の回転数を検出して、設
定された目標回転数指令により速度補正するフィードバ
ック制御と、現行の回転数情報をもとに適正な駆動方式
を選択する制御とを行なうように制御部を構成すること
により、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動すること
が可能となる。

【０１０５】さらに、誘起電圧により１２０度通電駆動
部６を、位相差情報により１８０度通電駆動部７を制御
することにより、特別な位置検出器を用いずに、同期モ
ータ１を最適な駆動方式で駆動することができる。

【０１０６】［実施の形態４］本発明の実施の形態４に
よるモータ制御装置について、図１２を用いて説明す
る。図１２に示される制御部５は、通電幅対応駆動部２
１、回転数算出部８、通電幅選択部１９、回転数−効率
テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１および目
標回転数格納部１２を備える。

【０１０７】制御部５は、マイクロコンピュータで構成
する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理す
る。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうよう
ハード的に制御部５を構成してもよい。

【０１０８】通電幅対応駆動部２１は、ある１相のモー
タコイルへの印加電圧の期間を１２０度から１８０度ま
で任意に設定する。他の相の供給される駆動電圧波形
は、当該ある相に対して、１２０度または２４０度の位
相差を有する。

【０１０９】回転数算出部８は、通電幅対応駆動部２１
から回転数に関する回転数情報に基づき、同期モータ１
の回転数を検出または算出する。当該回転数情報は、誘
起電圧から算出する方法、またはセンサ等の回転検出器
を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる方法
等があり、いずれの方法であってもよい。

【０１１０】回転数−効率テーブル部１０は、各通電幅
の駆動方式での同期モータ１に関する回転数と効率との
対応関係を示すテーブルが予め記憶されている。通電幅
選択部１９は、回転数算出部８から出力される回転数と
回転数−効率テーブル部１０に記憶されている回転数と
効率との関係を示す情報とにより、現行の回転数に応じ
て最高効率となる通電幅を選択する。

【０１１１】通電幅選択部１９により通電幅が選択され
ると、通電幅対応駆動部２１は、当該選択された通電幅
に対応する電圧データをＰＷＭ作成／各相分配部１１に
送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧デ
ータによりＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバー
タ回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、
各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。

【０１１２】このように、現行の回転数を検出して、設
定された目標回転数指令により速度補正を行なうフィー
ドバック制御と、現行の回転数情報をもとに最適な通電
幅の駆動方式を選択する選択制御とを行なうように構成
することにより、同期モータ１を最適な通電幅の駆動方
式で駆動することが可能となる。

【０１１３】なお、負荷トルク算出部１３とモータ出力
算出部１４とをさらに備え、回転数−効率テーブル部１
０に代わってモータ出力−効率テーブル部２０を配置
し、モータ出力部１４の出力を、通電幅選択部１９に出
力するように構成することも可能である。この場合、同
期モータ１は、モータ出力に応じて、最適な通電幅で駆
動されることになる。

【０１１４】［実施の形態５］本発明の実施の形態５に
よるモータ制御装置について図１３を用いて説明する。
図１３に示される制御部５は、１２０度通電駆動部６、
１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択
部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相
分配部１１、目標回転数格納部１２、および駆動方式指
令部２２を備える。

【０１１５】制御部５は、マイクロコンピュータで構成
する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理す
る。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうよう
ハード的に制御部５を構成してもよい。

【０１１６】駆動方式指令部２２は、本発明の実施の形
態５に特有のものであり、駆動方式選択部９における動
作を制御する。より詳細に説明すると、駆動方式選択部
９は、回転数算出部８からの出力に加えて駆動方式指令
部２２からの割込信号に基づき、１２０度通電駆動方式
と１８０度通電駆動方式とのいずれか一方を選択する。

【０１１７】たとえば、騒音低減のために１８０度通電
駆動方式を強制的に実施させる必要がある場合には、現
在の駆動方式に関わらず１８０度通電駆動を行なうこと
を示す割込信号を駆動方式選択部９に対して出力する。
このとき、現在の駆動方式が１８０度通電駆動方式であ
れば現状を維持し、１２０度通電駆動方式である場合に
は、１８０度通電駆動方式に切換わる。

【０１１８】また、駆動方式指令部２２は、上記割込信
号により強制駆動を解除するために、割込み解除のため
の信号を出力する。これにより、駆動方式選択部９は、
回転数算出部８の出力に基づき駆動方式を選択すること
ができる。

【０１１９】このように、現行の回転数を検出して、設
定された目標回転数指令により速度を補正するフィード
バック制御と、現行の回転数をもとに最適な駆動方式を
選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択
することが可能な機能とを有することにより、同期モー
タ１を最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させ
ることが可能となる。

【０１２０】なお、図１４は、本発明の実施の形態５に
よるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図１
４に示す制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度
通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、モ
ータ出力−効率テーブル部２０、ＰＷＭ作成／分相配部
１１、目標回転数格納部１２、負荷トルク算出部１３、
モータ出力算出部１４、および駆動方式指令部２２を備
える。

【０１２１】図１４に示すように構成することより、設
定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモ
ータ出力に応じて最適な駆動方式を選択し、または外部
指令により駆動方式を任意に選択することが可能とな
る。

【０１２２】なおこれに限らず、図１１の構成に対して
も、駆動方式選択部９に対して駆動方式指令部２２を設
けることにより、設定された目標回転数指令により速度
を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な駆動方式を
選択し、または外部指令により駆動方式を任意に選択す
ることが可能となる。

【０１２３】さらに、図１５は、本発明の実施の形態５
によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図
１５においては、通電幅選択部１９に対して駆動指令部
２３を配置する。駆動指令部２３は、外部指令を受け
て、対応する通電幅を強制的に設定するための割込信号
を出力し、または割込みを解除するための割込解除信号
を出力する。これにより、設定された目標回転数指令に
より速度を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な通
電幅を選択し、または外部指令により通電幅を任意に選
択することが可能となる。

【０１２４】なお、上述した実施の形態すべてにおいて
１８０度強制駆動の場合を示したが、これに限らず、１
２０度強制駆動の場合にあっても同様の手順により駆動
方式を強制的に設定することが可能である。

【０１２５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明では
なくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲
と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる
ことが意図される。

【０１２６】

【発明の効果】本発明に係るモータ制御装置によれば、
同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手
段と、当該同期モータを１２０度通電駆動する１２０度
通電駆動手段とを少なくとも含む複数の通電駆動手段を
備え、当該同期モータの効率に応じて駆動方式を選択す
ることにより、同期モータを最高効率で駆動することが
可能となる。

【０１２７】また、本発明に係るモータ制御装置によれ
ば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、当
該モータの回転数に対する効率を記憶した記憶部と、現
行のモータ回転数と記憶部に記憶される情報とを比較し
て駆動方式を選択する駆動方式選択部とを備えることに
より、同期モータの回転数に対して最適な駆動方式を選
択することが可能となる。これにより全速度（回転数）
領域にわたり最高効率でモータ駆動を実現することが可
能となる。

【０１２８】また本発明に係るモータ制御装置によれ
ば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、モ
ータのトルクを算出する負荷トルク算出部と、モータ回
転数と負荷トルクとによりモータ出力を算出するモータ
出力算出部と、当該モータ出力に対する効率を記憶した
記憶部と、算出されたモータ出力と記憶部に記憶される
情報とに基づき駆動方式を選択する駆動方式選択部とで
構成することにより、同期モータのモータ出力に対して
最適な駆動方式を選択することが可能となる。これによ
り、全モータ出力域にわたり最高効率でモータを駆動さ
せることが可能となる。

【０１２９】また、本発明に係るモータ制御によれば、
モータコイル端子に流れるモータ電流を検出する電流検
出部と、電流位相情報と電圧位相情報とを比較して位相
差情報として検出する電流／電圧位相差検出部と、目標
位相差を格納する位相差格納部と、モータコイル端子に
発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部とを備え、
位相差の誤差により１８０度通電駆動部を制御し、検出
された誘起電圧により１２０度通電駆動部を制御するこ
とにより、特別な位相検出器を用いず各駆動方式におけ
る適切なモータの駆動が実現される。

【０１３０】また、本発明に係るモータ制御装置によれ
ば、同期モータをモータ回転数またはモータ出力に応じ
て最高効率となる通電幅で駆動することにより、さらに
高効率でモータを駆動することが可能となる。

【０１３１】また、本発明に係るモータ制御装置によれ
ば、モータの状態によりモータを駆動する駆動方式を選
択する駆動方式選択部と、当該駆動方式選択部に対し直
接指令可能な駆動方式司令部とを備えることにより、駆
動方式を任意に変更することが可能となる。たとえば、
夜間等において騒音低減の必要な場合には、効率特性に
関わらず低騒音駆動となる１８０度通電駆動方式を強制
的に選択することで、騒音低減を第１に優先させるとい
ったことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置
の構成を示す図である。

【図２】 １２０度通電駆動方式について説明するため
の図である。

【図３】 １８０度通電駆動方式について説明するため
の図である。

【図４】 ＩＰＭモータ（Ａ）の構造を説明するための
断面図である。

【図５】 ＩＰＭモータ（Ｂ）の構造を説明するための
断面図である。

【図６】 ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力に対する効
率特性を測定した実験の結果を示す図である。

【図７】 ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力に対する効
率特性を測定した実験の結果を示す図である。

【図８】 ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出
力に対するモータ効率特性についての実験結果を示す図
である。

【図９】 ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出
力に対する回路効率特性についての実験結果を示す図で
ある。

【図１０】 本発明の実施の形態２によるモータ制御装
置の構成を示す図である。

【図１１】 本発明の実施の形態３によるモータ制御装
置の構成を示す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態４によるモータ制御装
置の構成を示す図である。

【図１３】 本発明の実施の形態５によるモータ制御装
置の構成を示す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態５によるモータ制御装
置の他の構成例を示す図である。

【図１５】 本発明の実施の形態５によるモータ制御装
置の他の構成例を示す図である。

【図１６】 ＩＰＭモータの構造の一例を示す図であ
る。

【図１７】 ＩＰＭモータにおけるトルクの変化を説明
するための図である。

【図１８】 参考文献２に記載されたモータ制御装置の
構成を概略的に表わす図である。

【符号の説明】

１ ＩＰＭモータ、２ インバータ回路、３ コンバー
タ回路、４ ＡＣ電源、５ 制御部、６ １２０度通電
駆動部、７ １８０度通電駆動部、８ 回転数算出部、
９ 駆動方式選択部、１０ 回転数−効率テーブル部、
１１ ＰＷＭ作成／各相分配部、１２ 目標回転数格納
部、１３ 負荷トルク算出部、１４ モータ出力算出
部、１７ 電流検出部、１８ 誘起電圧検出部、１９
通電幅選択部、２０ モータ出力−効率テーブル部、２
１ 通電幅対応駆動部、２２ 駆動方式指令部、２３
駆動指令部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA04 BB01 CC03 CC07 5H560 BB04 BB17 DB12 DC01 DC03 DC12 EB01 EC07 RR10 SS07 TT12 TT15 UA06 XA02 XA03 XA04 XA06 XA12 5H619 BB01 BB06 BB13 BB15 PP02 PP05 PP06 PP08 5H621 BB10 HH01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期モータを制御するモータ制御装置で
   あって、 前記同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手
   段を備え、 前記複数の駆動手段は、 少なくとも、前記同期モータを１８０度通電駆動する１
   ８０度通電駆動手段と、前記同期モータを１２０度通電
   駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、 前記同期モータのモータ効率に応じて、前記複数の駆動
   手段のうち１つを選択する駆動制御手段をさらに備え
   る、モータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記駆動制御手段は、 前記同期モータの状態を検出し、前記検出された同期モ
   ータの状態に対して前記モータ効率が所望の効率になる
   ように、前記１２０度通電駆動手段または前記１８０度
   通電駆動手段のいずれか一方を選択する、請求項１に記
   載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記駆動制御手段は、 前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数
   算出手段と、 前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそ
   れぞれについて、前記同期モータに関するモータ回転数
   とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出され
   たモータ回転数に対して前記所望のモータ効率を達成す
   るように前記選択を実行する選択手段とを含む、請求項
   ２に記載のモータ制御装置。
4. 【請求項４】 前記駆動制御手段は、 前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数
   算出手段と、 前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、 前記算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクと
   に基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモー
   タ出力算出手段と、 前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそ
   れぞれについて、前記同期モータに関するモータ出力と
   モータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出され
   たモータ出力に対して前記所望のモータ効率を達成する
   ように前記選択を実行する選択手段とを含む、請求項２
   に記載のモータ制御装置。
5. 【請求項５】 前記同期モータは、 モータコイルを含み、 前記モータコイル端子に流れるモータ電流と前記同期モ
   ータに供給される駆動電圧との位相差情報を検出する位
   相差検出手段と、 所望の位相差情報を格納する格納部と、 前記モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘
   起電圧検出手段とをさらに備え、 前記１８０度通電駆動手段は、 前記検出される位相差情報と前記所望の位相差情報との
   差に応じて動作が制御され、 前記１２０度通電駆動手段は、 前記検出される誘起電圧に応じて動作が制御される、請
   求項２に記載のモータ制御装置。
6. 【請求項６】 前記駆動制御手段は、 所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回
   転数と前記所望のモータ回転数との差に基づき、前記複
   数の通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対す
   る回転速度の設定を調整する手段をさらに備える、請求
   項１または２に記載のモータ制御装置。
7. 【請求項７】 前記駆動制御手段は、 外部指令に基づき、対応する通電駆動手段を指定する指
   令手段をさらに備え、 前記選択手段は、 前記指令手段の制御に基づき、前記１８０度通電駆動手
   段または前記１２０度通電駆動手段のいずれか一方を選
   択する、請求項３または４に記載のモータ制御装置。
8. 【請求項８】 前記同期モータは、 磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータ
   である、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
9. 【請求項９】 同期モータを制御するモータ制御装置で
   あって、 前記同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆
   動手段と、 前記同期モータのモータ効率に応じて、前記通電対応駆
   動手段を制御する駆動制御手段とを備える、モータ制御
   装置。
10. 【請求項１０】 前記駆動制御手段は、 前記同期モータの状態を検出し、前記検出された同期モ
    ータの状態に対して前記モータ効率が所望の効率になる
    通電幅を選択し、 前記通電幅対応駆動手段は、 前記駆動制御手段により選択された通電幅に基づき、前
    記設定を変更する、請求項９に記載のモータ制御装置。
11. 【請求項１１】 前記通電幅対応駆動手段は、 前記設定した通電幅に応じて、前記同期モータの回転数
    情報を出力し、 前記駆動制御手段は、 前記回転数情報に基づき、前記同期モータのモータ回転
    数を算出するモータ回転数算出手段と、 前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記
    同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応
    関係を記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出され
    たモータ回転数に対して前記所望のモータ効率を達成す
    るように前記選択を実行する選択手段とを含む、請求項
    １０に記載のモータ制御装置。
12. 【請求項１２】 前記通電幅対応駆動手段は、 前記設定した通電幅に応じて、前記同期モータの回転数
    情報を出力し、 前記駆動制御手段は、 前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数
    算出手段と、 前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、 前記算出されるモータ回転数と前記算出されるトルクと
    に基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモー
    タ出力算出手段と、 前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記
    同期モータに関するモータ出力とモータ効率との対応関
    係を記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出され
    たモータ出力に対して前記所望のモータ効率を達成する
    ように前記選択を実行する選択手段とを含む、請求項１
    ０に記載のモータ制御装置。
13. 【請求項１３】 前記駆動制御手段は、 所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回
    転数と前記所望のモータ回転数との誤差に基づき、前記
    通電幅対応駆動手段での前記設定を調整する手段をさら
    に備える、請求項９または１０に記載のモータ制御装
    置。
14. 【請求項１４】 前記駆動制御手段は、 外部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段
    をさらに備え、 前記選択手段は、 前記指令手段の制御に基づき、前記対応する通電幅を選
    択する、請求項１１または１２に記載のモータ制御装
    置。
15. 【請求項１５】 前記同期モータは、 磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータ
    である、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。