JP2002058272A - スイッチトリラクタンスモータ制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に正逆トルクを発生させるべくＳＲモー
タを制御する。 【解決手段】 各相巻線電流を入力とする最大電流相選
択部９１と、各相巻線電圧を入力とするとともに、最大
電流相選択部９１から出力される励磁相信号を入力とす
る検出相選択部９２と、最大電流相検出部９１から出力
される巻線電流ｉおよび検出相選択部９２から出力され
る巻線電圧を入力として磁束鎖交数を演算する磁束鎖交
数演算部９３と、磁束鎖交数および巻線電流を入力とし
て磁化曲線モデルに基づいて１対の仮の回転位置角を出
力する磁化曲線モデル部９４と、励磁相信号に基づいて
各仮の回転位置角を補正する位相補正部９５と、トルク
極性に基づいて１対の位相補正部９５からの出力の一方
を選択し、回転位置角として出力する位置角選択部９６
とを有する。

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、回転位置角に応
じて供給電圧もしくは供給電流を制御することによって
スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと略
称する）を制御するための方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＳＲモータは、従来の交流機（誘導モー
タ、ブラシレスＤＣモータなど）に比べてモータ構造が
シンプルで堅牢なため、安価な可変速駆動源として注目
を集めている。

【０００３】ＳＲモータは、そのトルク発生原理から回
転位置角に応じた電流／電圧制御が必要であり、一般的
には光学式または磁気式の位置センサがモータ軸に取り
付けられている。

【０００４】図８は従来のＳＲモータ制御装置の構成を
示す概略図である。

【０００５】このＳＲモータ制御装置は、交流電源１０
１を入力として直流電圧を発生するコンバータ１０２
と、コンバータ１０２により発生される直流電圧を入力
として交流電圧または交流電流を発生するインバータ１
０３と、インバータ１０３により発生される交流電圧ま
たは交流電流が供給されることによって回転するＳＲモ
ータ１０４と、ＳＲモータ１０４のモータ軸に取り付け
られて回転位置角を表す位置角信号を出力する位置セン
サ１０５と、トルク指令および位置角信号を入力として
波形制御演算を行い、インバータ１０３に供給すべきス
イッチング信号を発生する波形制御回路１０６とを有し
ている。

【０００６】しかし、ＳＲモータ１０４のモータ軸に位
置センサ１０５を取り付ける構成を採用した場合には、
位置センサ１０５を設けることに伴ってＳＲモータ制御
装置全体としての大型化、信頼性の低下を招くのみなら
ず、ＳＲモータの設置環境が限定され（例えば、高温・
高圧のガスに曝される密閉形圧縮機には組み込めな
い）、しかも、コスト的にＳＲモータの安価さとのトレ
ードオフとなる、などの不都合がある。

【０００７】したがって、位置センサを用いることなく
回転位置角を推定演算し、推定演算結果に基づいてイン
バータを制御し、トルク極性を変化させることなくＳＲ
モータを制御することが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＳＲモータは回転子が
突極構造であるためイナーシャが小さく、また、原理的
に低速・大トルク特性を持つため、油圧ポンプ駆動など
で実用化されている。また、高速応答が望まれるＦＡ
（ファクトリーオートメーション）用途での実用化が期
待されている。

【０００９】油圧ポンプ用途では、アクチュエータの動
作に応答して発生する圧力サージを抑制するために、加
速時はもとより減速時にも高速応答が要求される。ま
た、ＦＡ用途では正逆回転動作が必要となる。

【００１０】こうした要求に応えるためには、トルクを
正逆自在に制御できるＳＲモータ制御が不可欠となる。

【００１１】しかし、従来の、位置センサを用いないＳ
Ｒモータの制御方法の考え方をそのまま適用したので
は、正逆トルクを発生させることは困難である。また、
正逆トルクを発生させようとすれば、推定すべき回転位
置角範囲が広がるため、必要な演算量やデータ量が増加
してしまうという不都合も発生する。

【００１２】さらに説明する。

【００１３】図８に示す従来のＳＲモータ制御において
は、位置センサ１０５から出力される回転位置角信号お
よび外部から与えられるトルク指令が波形制御回路１０
６に供給される（Ｔ．Ｊ．Ｅ．Ｍｉｌｌｅｒ，”Ｓｗｉ
ｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒｓ ａ
ｎｄ ｔｈｅｉｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ”，ＭＡＧＮＡＰＨ
ＹＳＩＣＳ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＡＮＤ ＣＬＡＲ
ＥＮＤＯＮ ＰＲＥＳＳ ＯＸＦＯＲＤ，１９９３，ｐ
ｐ９９−１０８参照）。そして、波形制御回路１０６に
おいては、これらの入力信号に応答してインバータ１０
３に所定のスイッチング信号を供給する。なお、インバ
ータ１０３の直流入力にはコンバータ（例えば、全波整
流回路と平滑コンデンサ）１０２を介して直流電圧が供
給されている。

【００１４】そして、前記スイッチング信号に応答した
出力電圧もしくは電流がインバータ１０３からＳＲモー
タ１０４に供給されている。

【００１５】ＳＲモータのトルク式は数１で表される。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは各相巻線電
流、Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗは各相巻線自己インダクタンス、
θは回転子位置角をそれぞれ示す。

【００１８】数１から分かるように、ＳＲモータのトル
クは電流振幅の２乗に比例するため、トルク極性は電流
の極性には依存せず、巻線自己インダクタンスの回転位
置角に対する変化率の極性により定まる。

【００１９】図９は正トルク並びに逆トルクを得るため
の電流位相を示す図である。

【００２０】正トルクを得るためにはｕ相巻線自己イン
ダクタンスＬｕが正の勾配で変化する領域で、逆トルク
を得るためにはｕ相巻線自己インダクタンスＬｕが負の
勾配で変化する領域で、それぞれｕ相巻線に通電すれば
よい。

【００２１】高速応答を要求されない例えば、圧縮機駆
動などの場合には、ＳＲモータにどちらか一方のトル
ク、例えば、正トルクのみを発生させればよいが、高速
応答を要求される、例えば油圧ポンプ駆動などの場合に
は、減速時にはＳＲモータに逆トルクを発生させるブレ
ーキ動作を行わせる必要がある。さらに、ブレーキ動作
に加えて、正逆回転を要求されるＦＡ用途では、逆トル
クを発生させることは必須になる。

【００２２】このため、圧縮機用途では１相当たり、回
転位置角を４５°〜９０°の範囲で検出すればよいが
｛図９中（ａ）並びに（ｂ）参照｝、油圧ポンプ用途や
ＦＡ用途では１相当たり４５°〜１３５°の範囲で回転
位置角を検出することが必要になる｛図９中（ａ）〜
（ｃ）参照｝。なお、ｕ相巻線の装着された固定子突極
と回転子突極とが対向した状態を回転位置角９０°と
し、角度は機械角で示している。

【００２３】これは、位置センサを用いる場合には問題
とはならないが、ＳＲモータに供給する電流、または電
圧を検出して回転位置角の推定を行う従来のセンサレス
制御システムでこれを満足する推定方式を示したものは
全くなく、従来の考え方をそのまま適用したのでは、正
逆トルクを発生させることが困難である。

【００２４】図１４は従来のセンサレスＳＲモータ制御
システムにおける回転位置角推定演算部の構成を示すブ
ロック図である（小坂、落合、松井、”磁化曲線を利用
したＳＲＭの位置センサレス制御法”、電学論Ｄ、Ｖｏ
ｌ．１２０，Ｎｏ．２，２０００，ｐｐ２１６−２２２
参照））。

【００２５】この回転位置角推定演算部は、各相巻線電
流を入力とし、最大電流を選択して回転位置角の推定を
行う相を選択し、所定の電流ｉ並びに電圧ｖを出力する
最大電流相選択部、検出相選択部と、これらの電流ｉお
よび電圧ｖを入力としてλ＝∫（ｖ−Ｒ・ｉ）ｄｔの演
算を行って磁束鎖交数λを算出する磁束鎖交数演算部
と、磁束鎖交数λおよび電流ｉを入力として回転位置角
推定値θｅ’を出力する磁化曲線モデル部と、回転位置
角推定値θｅ’および選択された相情報を入力として波
形制御に必要な範囲にわたる回転位置角推定値数２を出
力する位相補正部とを有している。

【００２６】

【数２】

【００２７】図１５は最大電流相選択部および検出相選
択部の作用を説明するフローチャートである。

【００２８】ステップＳＰ１において、各相電流ｉｕ、
ｉｖ、ｉｗの入力を行い、ステップＳＰ２において、ｉ
ｕ≧ｉｖか否かを判定し、ｉｕ≧ｉｖでなければ、ステ
ップＳＰ３において、ｉｖ≧ｉｗか否かを判定する。

【００２９】そして、ステップＳＰ２においてｉｕ≧ｉ
ｖであると判定された場合には、ステップＳＰ４におい
て、ｉ＝ｉｕ、ｖ＝ｖｕとし、ステップＳＰ５におい
て、励磁相信号ｕを出力する。

【００３０】ステップＳＰ３においてｉｖ≧ｉｗである
と判定された場合には、ステップＳＰ６において、ｉ＝
ｉｖ、ｖ＝ｖｖとし、ステップＳＰ７において、励磁相
信号ｖを出力する。

【００３１】ステップＳＰ３においてｉｖ≧ｉｗでない
と判定された場合には、ステップＳＰ８において、ｉ＝
ｉｗ、ｖ＝ｖｗとし、ステップＳＰ９において、励磁相
信号ｗを出力する。

【００３２】そして、ステップＳＰ５の処理、ステップ
ＳＰ７の処理、またはステップＳＰ９の処理が行われた
場合には、そのまま元の処理に戻る。

【００３３】このようにして最大電流相の選択および検
出相の選択が行われた後は、磁束鎖交数演算部において
磁束鎖交数λを演算し、磁化曲線モデル部に供給するこ
とにより回転位置角推定値θｅ’を出力する。

【００３４】図１１はＳＲモータの磁化曲線の測定例で
ある。磁化曲線は、例えば、図１０のように、ｕ相巻線
に通電し、回転子の回転位置角を変化させ、固定子突極
に発生する磁束鎖交数を測定することによって得ること
ができる。

【００３５】回転子の回転位置角に応答して磁束鎖交数
−電流特性が変化するため、この特性をそのままメモリ
に記憶し、またはファジーなどによりモデリングしてお
くことによって、磁束鎖交数と巻線電流情報から回転位
置角を得ることができる。

【００３６】図１２は４５°〜９０°の範囲で回転位置
角を推定するファジー回転位置角推定演算器の構成を示
す図であり、７点の回転位置角θｎ（ここで、ｎ＝１、
２、・・・、７）に対応した磁束鎖交数λｎを検出電流
ｉの入力により推定するＦｕｚｚｙ１と、磁束鎖交数λ
を入力として回転位置角推定値θｅ’を推定演算するＦ
ｕｚｚｙ２とを有している。

【００３７】Ｆｕｚｚｙ１とＦｕｚｚｙ２とについて
は、図１１中（ａ）の磁化特性に基づいてそれぞれの推
論規則を定める。ここでは、電流８点（ｍ＝１〜８ ｉ
ｍ：０、８、１０、１２、１５、２０、２５、３０
Ａ）、回転位置角７点（ｎ＝１〜７θｎ：５０．０、５
２．５、５７．５、６５．０、７２．５、７７．５、８
２．５ｄｅｇ）の各ポイント（７×８＝５６ポイント）
のデータを図１１中（ａ）の磁化特性から抽出した。そ
して、Ｆｕｚｚｙ１の推論規則は、 規則１ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ１ ＴＨＥＮ Λ１＝Λ１ｎ 規則２ａ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ２ａ ＴＨＥＮ Λ２＝Λ２ｎ 規則２ｂ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ２ｂ ＴＨＥＮ Λ２＝Λ２ｎ・｛１＋Ｎ・（８ −ｉ）｝ 規則３ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ３ ＴＨＥＮ Λ３＝Λ３ｎ・｛１＋Ｎ・（１ ０−ｉ）｝ 規則４ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ４ ＴＨＥＮ Λ４＝Λ４ｎ・｛１＋Ｎ・（１ ２−ｉ）｝ 規則５ａ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ５ａ ＴＨＥＮ Λ５＝Λ５ｎ・｛１＋Ｎ・（１ ５−ｉ）｝ 規則５ｂ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ５ｂ ＴＨＥＮ Λ５＝Λ５ｎ 規則６ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ６ ＴＨＥＮ Λ６＝Λ６ｎ 規則７ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ７ ＴＨＥＮ Λ７＝Λ７ｎ 規則８ ＩＦ ｉ ｉｓ Ａ８ ＴＨＥＮ Λ８＝Λ８ｎ ここで、Ｎはｎ＝｛１〜３、４、５、６、７｝の時、Ｎ
＝｛０、１／１６、１／８、１／８、１／４｝である。

【００３８】Ｆｕｚｚｙ２の推論規則は、 規則１ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ１ ＴＨＥＮ θ１＝５０．０° 規則２ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ２ ＴＨＥＮ θ２＝５２．５° 規則３ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ３ ＴＨＥＮ θ３＝５７．５° 規則４ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ４ ＴＨＥＮ θ４＝６５．０° 規則５ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ５ ＴＨＥＮ θ５＝７２．５° 規則６ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ６ ＴＨＥＮ θ６＝７７．５° 規則７ ＩＦ λ ｉｓ Ｂ７ ＴＨＥＮ θ７＝８２．５° とした。

【００３９】また、Ｆｕｚｚｙ１のメンバーシップ関数
は推論規則で選択した８点の電流値を用い、図１３中
（ａ）のように定めた。一方、Ｆｕｚｚｙ２のメンバー
シップ関数は、Ｆｕｚｚｙ１から出力されるλｎに基づ
き図１３中（ｂ）のように生成される。

【００４０】次に、演算が簡単で制御演算に適した簡略
推論法を用いた推論動作を説明する。

【００４１】電流ｉを入力して図１３中（ｃ）のように
適合度μＡｍ（ｉ）を求める。そして、数３により重み
付き平均λｎを演算し、回転位置角θｎに対応する磁束
鎖交数λｎを得る。

【００４２】

【数３】

【００４３】選択した７点の回転位置角ｎ＝１〜７の全
てについて演算を行い、λ１〜λ７を得る。これにより
図１３中（ｂ）のメンバーシップ関数を作成する。そし
て、検出した磁束鎖交数λを入力して図１３中（ｃ）と
同様の要領で適合度μＢｎ（λ）を求め、数４により重
み付き平均θｅ’を演算し、回転子の回転位置角θｅ’
を得る。

【００４４】

【数４】

【００４５】以上により、図１１中（ａ）の磁化特性に
基づいた４５°〜９０°の角度を推定することができ
る。

【００４６】他の相については、各突極の空間位相を考
慮することで（具体的には、図１６に示す位相補正部の
作用を説明するフローチャートの処理を行うことで）求
めることができる。

【００４７】図１６のステップＳＰ１において、θｅ’
および励磁相信号の入力を行い、ステップＳＰ２におい
て、励磁相はｕ相か否かを判定し、励磁相がｕ相であれ
ば、ステップＳＰ６において、数２＝θｅ’とする。逆
に、励磁相がｕ相でなければ、ステップＳＰ３におい
て、励磁相はｖ相か否かを判定する。

【００４８】ステップＳＰ３において励磁相がｖ相であ
ると判定された場合には、ステップＳＰ４において、数
２＝θｅ’＋３０の演算を行う。逆に、ステップＳＰ３
において励磁相がｖ相でないと判定された場合には、ス
テップＳＰ５において、数２＝θｅ’−３０の演算を行
う。

【００４９】そして、ステップＳＰ２において励磁相が
ｕ相であると判定された場合、ステップＳＰ４の処理が
行われた場合、ステップＳＰ５の処理が行われた場合、
またはステップＳＰ６の処理が行われた場合には、その
まま元の処理に戻る。

【００５０】したがって、例えば、ｖ相励磁の場合に
は、ｖ相極対向位置を９０°と考え、推定演算を行い得
た結果にｕ相突極に対する位相角３０°（図１７参照）
を加算する。一方、同様に考え、ｗ相励磁の場合には、
３０°を減算する（図１７参照）。これにより、正トル
クを得るための励磁位相を定めるために必要な角度情報
を得ることができる。

【００５１】図１７は正トルクを発生する各相励磁電流
と各相インダクタンスとの位相関係を示す図である。

【００５２】図１４の回転位置角推定演算部の処理によ
り、図示の期間Ｉ〜ＶＩにおいて、以下の処理が行われ
る。 Ｉ． ｕ相から回転位置角推定 ＩＩ． ｕ相もしくはｖ相の電流の大きい相から回転位
置角推定 ＩＩＩ． ｗ相もしくはｕ相の電流の大きい相から回転
位置角推定 ＩＶ． ｖ相もしくはｗ相の電流の大きい相から回転位
置角推定 Ｖ． ｖ相から回転位置角推定 ＶＩ． ｗ相から回転位置角推定 そして、各相インダクタンスの変化率が正となる記憶さ
れた通電位相θ０ｕ、θ０ｖ、θ０ｗ、θ１ｕ、θ１
ｖ、θ１ｗに応答した通電波形制御が行われる。なお、
波形制御についての詳細は従来公知であるから省略す
る。

【００５３】正トルクのみを発生すればよい用途、例え
ば圧縮機用途では、１相当たり４５°〜９０°の範囲で
励磁を行えばよいため、回転位置角推定のための磁化特
性は図１１中（ａ）のみでよい。

【００５４】しかし、正逆トルクを制御する必要がある
用途、例えば油圧ポンプ用途、ＦＡ用途などの高速応答
が求められる機器では、これに加えて、１相当たり９０
°〜１３５°の範囲の磁化特性｛図１１中（ｂ）参照｝
に基づく回転位置角推定が必要になる。

【００５５】そこで、図１１中（ｂ）の磁化特性に基づ
く回転位置角の推定を追加すればよいが、従来の磁束鎖
交数と巻線電流とを入力するだけの回転位置角推定で
は、図１１中（ａ）の磁化特性と図１１中（ｂ）の磁化
特性に対応した２つの回転位置角推定結果が得られてし
まい、位相制御ができなくなってしまうという不都合が
発生する。

【００５６】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、簡単に正逆トルクを発生させることがで
きるＳＲモータ制御方法およびその装置を提供すること
を目的としている。

【００５７】

【課題を解決するための手段】請求項１のＳＲモータ制
御方法は、正逆トルクを発生するために必要な範囲の回
転位置角の推定を行い、推定演算結果に基づいてスイッ
チトリラクタンスモータに供給する電圧もしくは電流を
制御する方法である。

【００５８】請求項２のＳＲモータ制御方法は、トルク
の極性に応答して回転位置角の推定結果を選択する方法
である。

【００５９】請求項３のＳＲモータ制御方法は、与えら
れた電流指令の極性に応答してトルク極性を発生する方
法である。

【００６０】請求項４のＳＲモータ制御方法は、位相指
令に応答してトルク極性を発生する方法である。

【００６１】請求項５のＳＲモータ制御方法は、前回の
選択された回転位置角推定結果に応答して回転位置角推
定結果を選択する方法である。

【００６２】請求項６のＳＲモータ制御方法は、ＳＲモ
ータの構造的な対称性を利用して回転位置角の推定を行
う方法である。

【００６３】請求項７のＳＲモータ制御装置は、正逆ト
ルクを発生するために必要な範囲の回転位置角の推定を
行う推定手段と、推定結果に基づいてＳＲモータに供給
する電圧もしくは電流を制御するモータ制御手段とを含
むものである。

【００６４】請求項８のＳＲモータ制御装置は、トルク
の極性に応答して回転位置角の推定結果を選択する推定
結果選択手段をさらに含むものである。

【００６５】請求項９のＳＲモータ制御装置は、与えら
れた電流指令の極性に応答して回転位置角の推定結果を
選択する推定結果選択手段をさらに含むものである。

【００６６】請求項１０のＳＲモータ制御装置は、位相
指令に応答してトルク極性を発生するトルク極性発生手
段をさらに含むものである。

【００６７】請求項１１のＳＲモータ制御装置は、前回
の選択された回転位置角推定結果に応答して回転位置角
推定結果を選択する推定結果選択手段をさらに含むもの
である。

【００６８】請求項１２のＳＲモータ制御装置は、前記
推定手段として、ＳＲモータの構造的な対称性を利用し
て回転位置角の推定を行うものを採用するものである。

【００６９】

【作用】請求項１のＳＲモータ制御方法であれば、正逆
トルクを発生するために必要な範囲の回転位置角の推定
を行い、推定演算結果に基づいてスイッチトリラクタン
スモータに供給する電圧もしくは電流を制御するのであ
るから、位置センサを用いることなく、正トルクのみな
らず逆トルクをも発生させるべくＳＲモータを制御する
ことができ、高速応答制御が必要な油圧ポンプ、ＦＡな
どの用途に適用することができる。

【００７０】請求項２のＳＲモータ制御方法であれば、
トルクの極性に応答して回転位置角の推定結果を選択す
るのであるから、トルクの極性に合わせて回転位置角の
推定結果を選択することによって請求項１と同様の作用
を達成することができる。

【００７１】請求項３のＳＲモータ制御方法であれば、
与えられた電流指令の極性に応答してトルク極性を発生
するのであるから、電流指令からトルク極性を発生し、
ひいては請求項２と同様の作用を達成することができ
る。

【００７２】請求項４のＳＲモータ制御方法であれば、
位相指令に応答してトルク極性を発生するのであるか
ら、位相指令からトルク極性を発生し、ひいては請求項
２と同様の作用を達成することができる。

【００７３】請求項５のＳＲモータ制御方法であれば、
前回の選択された回転位置角推定結果に応答して回転位
置角推定結果を選択するのであるから、適正な回転位置
角推定結果を選択することができ、ひいては請求項１と
同様の作用を達成することができる。

【００７４】請求項６のＳＲモータ制御方法であれば、
ＳＲモータの構造的な対称性を利用して回転位置角の推
定を行うのであるから、推定の大幅な変更、推定に必要
なデータ量の増加を伴うことなく、請求項１から請求項
５の何れかと同様の作用を達成することができる。

【００７５】請求項７のＳＲモータ制御装置であれば、
推定手段によって正逆トルクを発生するために必要な範
囲の回転位置角の推定を行い、モータ制御手段によって
推定結果に基づいてＳＲモータに供給する電圧もしくは
電流を制御することができる。

【００７６】したがって、位置センサを用いることな
く、正トルクのみならず逆トルクをも発生させるべくＳ
Ｒモータを制御することができ、高速応答制御が必要な
油圧ポンプ、ＦＡなどの用途に適用することができる。

【００７７】請求項８のＳＲモータ制御装置であれば、
トルクの極性に応答して回転位置角の推定結果を選択す
る推定結果選択手段をさらに含むのであるから、トルク
の極性に合わせて回転位置角の推定結果を選択すること
によって請求項７と同様の作用を達成することができ
る。

【００７８】請求項９のＳＲモータ制御装置であれば、
与えられた電流指令の極性に応答して回転位置角の推定
結果を選択する推定結果選択手段をさらに含むのである
から、電流指令からトルク極性を発生し、ひいては請求
項８と同様の作用を達成することができる。

【００７９】請求項１０のＳＲモータ制御装置であれ
ば、位相指令に応答してトルク極性を発生するトルク極
性発生手段をさらに含むのであるから、位相指令からト
ルク極性を発生し、ひいては請求項８と同様の作用を達
成することができる。

【００８０】請求項１１のＳＲモータ制御装置であれ
ば、前回の回転位置角推定結果に応答して回転位置角推
定結果を選択する推定結果選択手段をさらに含むのであ
るから、適正な回転位置角推定結果を選択することがで
き、ひいては請求項７と同様の作用を達成することがで
きる。

【００８１】請求項１２のＳＲモータ制御装置であれ
ば、前記推定手段として、ＳＲモータの構造的な対称性
を利用して回転位置角の推定を行うものを採用するので
あるから、推定の大幅な変更、推定に必要なデータ量の
増加を伴うことなく、請求項７から請求項１１の何れか
と同様の作用を達成することができる。

【００８２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明のＳＲモータ制御方法およびその装置の実施の態様
を詳細に説明する。

【００８３】図１はこの発明のＳＲモータ制御装置の一
実施態様を示すブロック図である。

【００８４】このＳＲモータ制御装置は、外部から与え
られる速度指令ω＊および速度演算結果を入力として速
度制御演算（例えば、ＰＩ演算）を行い電流振幅指令を
出力する速度制御演算部１と、速度制御演算結果を入力
として絶対値演算を行う絶対値演算部２と、速度制御演
算結果を入力として電流極性を検出する電流極性検出部
３と、電流極性検出結果を入力として位相制御演算を行
う位相制御部４と、絶対値演算結果、位相制御演算結果
および回転位置角推定結果を入力として通電波形を発生
する通電波形発生部５と、通電波形および検出電流を入
力として電流制御演算を行ってスイッチング信号を出力
する電流制御部６と、スイッチング信号を入力とするイ
ンバータ７と、インバータ７からの出力が供給されるＳ
Ｒモータ８と、ＳＲモータ８のモータ電圧、モータ電流
および電流極性検出部３からの電流極性検出結果（トル
ク極性と等価）を入力して回転子の回転位置角の推定を
行う位置推定演算部９と、回転位置角の推定結果を入力
として速度演算を行う速度演算部１０とを有している。

【００８５】図２は位置推定演算部９の構成の一例を示
すブロック図である。

【００８６】この位置推定演算部９は、各相巻線電流を
入力とする最大電流相選択部９１と、各相巻線電圧を入
力とするとともに、最大電流相選択部９１から出力され
る励磁相信号を入力とする検出相選択部９２と、最大電
流相検出部９１から出力される巻線電流ｉおよび検出相
選択部９２から出力される巻線電圧ｖを入力として、λ
＝∫（ｖ−Ｒ・ｉ）ｄｔ（ここで、Ｒは巻線抵抗）の演
算を行って磁束鎖交数λを演算する磁束鎖交数演算部９
３と、磁束鎖交数λおよび巻線電流ｉを入力として磁化
曲線モデルに基づいて１対の仮の回転位置角を出力する
磁化曲線モデル部９４と、励磁相信号に基づいて各仮の
回転位置角を補正する位相補正部９５ａ、９５ｂと、ト
ルク極性に基づいて１対の位相補正部９５ａ、９５ｂか
らの出力の一方を選択し、回転位置角数２として出力す
る位置角選択部９６とを有している。

【００８７】ここで、磁化曲線モデル部９４は、４つの
ファジイＦｕｚｚｙ１、Ｆｕｚｚｙ２、Ｆｕｚｚｙ３、
Ｆｕｚｚｙ４を有しており、ファジイＦｕｚｚｙ１、Ｆ
ｕｚｚｙ２は図１１中（ａ）の磁化曲線に基づく回転位
置角推定を行うべくメンバーシップ関数が設定され、フ
ァジイＦｕｚｚｙ３、Ｆｕｚｚｙ４は図１１中（ｂ）の
磁化曲線に基づく回転位置角推定を行うべく推論規則が
設定されている。

【００８８】前記ファジイＦｕｚｚｙ１、Ｆｕｚｚｙ２
は、図１２に示すファジー回転位置角推定演算器と同様
であるから詳細な説明を省略する。

【００８９】前記ファジイＦｕｚｚｙ３、Ｆｕｚｚｙ４
は、図１１中（ｂ）の磁化曲線から、電流８点（ｊ＝１
〜８ ｉｊ：０、８、１０、１２、１５、２０、２５、
３０Ａ）、回転位置角７点（ｋ＝１〜７ θｋ：１３
０．０、１２２．５、１１５．０、１０７．５、１０
２．５、９７．５ｄｅｇ）の各ポイント（７×８＝５６
ポイント）のデータを抽出し、次のようにＦｕｚｚｙ
３、Ｆｕｚｚｙ４の推論規則を設定する。 Ｆｕｚｚｙ３の推論規則： 規則１ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ１ ＴＨＥＮ Λ１＝Λ１ｋ 規則２ａ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ２ａ ＴＨＥＮ Λ２＝Λ２ｋ 規則２ｂ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ２ｂ ＴＨＥＮ Λ２＝Λ２ｋ・｛１＋Ｋ・（ ８−ｉ）｝ 規則３ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ３ ＴＨＥＮ Λ３＝Λ３ｋ・｛１＋Ｋ・（ １０−ｉ）｝ 規則４ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ４ ＴＨＥＮ Λ４＝Λ４ｋ・｛１＋Ｋ・（ １２−ｉ）｝ 規則５ａ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ５ａ ＴＨＥＮ Λ５＝Λ５ｋ・｛１＋Ｋ・（ １５−ｉ）｝ 規則５ｂ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ５ｂ ＴＨＥＮ Λ５＝Λ５ｋ 規則６ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ６ ＴＨＥＮ Λ６＝Λ６ｋ 規則７ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ７ ＴＨＥＮ Λ７＝Λ７ｋ 規則８ ＩＦ ｉ ｉｓ Ｃ８ ＴＨＥＮ Λ８＝Λ８ｋ ここで、Ｋは、ｋ＝｛１〜３、４、５、６、７｝の時、Ｋ＝｛０、１／１６、 １／８、１／８、１／４｝である。 Ｆｕｚｚｙ４の推論規則： 規則１ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ１ ＴＨＥＮ θ１＝１３０．０° 規則２ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ２ ＴＨＥＮ θ２＝１２７．５° 規則３ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ３ ＴＨＥＮ θ３＝１２２．５° 規則４ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ４ ＴＨＥＮ θ４＝１１５．０° 規則５ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ５ ＴＨＥＮ θ５＝１０７．５° 規則６ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ６ ＴＨＥＮ θ６＝１０２．５° 規則７ ＩＦ λ ｉｓ Ｄ７ ＴＨＥＮ θ７＝９７．５° そして、適合度μＣｊ（ｉ）をＦｕｚｚｙ３のメンバー
シップ関数から求め、数５により重み付き平均λｋを演
算し、回転位置角θｊおよび巻線電流に対応する磁束鎖
交数λｋを得る。

【００９０】

【数５】

【００９１】そして、このλｋによりＦｕｚｚｙ４のメ
ンバーシップ関数を生成するとともに、このメンバーシ
ップ関数から、適合度μＤｋ（λ）を求め、数６により
回転位置角推定値θｅ’’を求める。

【００９２】

【数６】

【００９３】なお、Ｆｕｚｚｙ３およびＦｕｚｚｙ４の
メンバーシップ関数については、それぞれＦｕｚｚｙ１
およびＦｕｚｚｙ２と同様に記すことができるので、図
示を省略する。

【００９４】前記位置角選択部９６は、図３のフローチ
ャートに示すように、トルク極性が正の場合に、Ｆｕｚ
ｚｙ１およびＦｕｚｚｙ２により得られ、かつ対応する
位相補正部９５ａにより補正処理が施された結果θａを
選択し、トルク極性が逆の場合に、Ｆｕｚｚｙ３および
Ｆｕｚｚｙ４により得られ、かつ対応する位相補正部９
５ｂにより補正処理が施された結果θｂを選択して回転
位置角推定値数２として出力する。

【００９５】なお、図１の他の構成部は従来公知である
から詳細な説明を省略する。

【００９６】また、図２の他の構成部は図１４の対応部
分と同様であるから詳細な説明を省略する。

【００９７】上記の構成のＳＲモータ制御装置を採用す
れば、位置センサを用いることなく、モータ電流、モー
タ電圧およびトルク極性に基づいて位置推定演算部９に
よって回転子の回転位置角推定値数２を得ることがで
き、この回転位置角推定値数２を速度演算部１０に供給
することによりＳＲモータ８の実速度を演算することが
できる。

【００９８】外部からの速度指令ω＊と演算された実速
度とが速度制御演算部１に供給されることにより、例え
ばＰＩ演算を行って電流振幅指令を出力し、なお、この
電流振幅指令は符号付きで出力され、この符号の正が正
トルク、符号の負が逆トルクにそれぞれ対応する。そし
て、この電流振幅指令を電流極性検出部３に供給するこ
とにより電流振幅指令の極性、すなわちトルク極性を検
出する。

【００９９】また、ＳＲモータ８のトルク極性は電流極
性に依存しないのであるから、符号付きの電流振幅指令
を絶対値演算部２に供給することによって電流振幅指令
の絶対値を演算する。

【０１００】前記電流振幅指令の極性は位相制御部４に
供給され、例えば、図９の位相関係を参照して、正逆ト
ルクを発生するように定める処理が行われ、通電を行う
位相（正トルク発生ではθ０ｘ、θ１ｘ、逆トルク発生
ではθ０ｘ’、θ１ｘ’であり、ここで、ｘは通電相を
示すための添え字であって、ｕ、ｖ、ｗの何れかであ
る）を出力する。

【０１０１】そして、この通電を行う位相、電流振幅指
令の絶対値および回転位置角推定値数２が通電波形発生
部５に供給されることにより、各相に通電する電流波形
指令を発生し、電流制御部６に供給する。電流制御部６
においては、モータ電流および電流波形指令に基づいて
相電流を所定値にすべくインバータ７に対するスイッチ
ング信号を出力する。

【０１０２】この結果、正逆トルクを発生するようにＳ
Ｒモータ８を制御することができる。

【０１０３】なお、電流振幅指令の極性に代えて、位相
指令を変化させてトルク極性（正逆トルク）を制御する
ことが可能であり、この場合には、位相に応じたインダ
クタンスの変化率の極性を記憶し、これに基づいて位相
指令をインダクタンスの変化率極性（すなわち、トルク
極性）に読み替えればよい。

【０１０４】また、速度制御演算部１の出力に代えて、
電流（トルク）指令を電流極性検出部３および絶対値演
算部４に直接入力することで、トルク制御系とすること
ができる。

【０１０５】図４は位置推定演算部の他の構成例を示す
ブロック図である。

【０１０６】この位置推定演算部が図２の位置推定演算
部と異なる点は、ファジイＦｕｚｚｙ３、Ｆｕｚｚｙ４
および対応する位相補正部９５ｂを省略した点、位相補
正部９５ａから出力される回転位置角推定値θａを１８
０度から減算する減算部９７をさらに設けた点、および
位置角選択部９６において、トルク極性に基づいて回転
位置角推定値θａまたは減算部９７からの出力θｂを選
択するようにした点である。

【０１０７】この構成の位置推定演算部を採用した場合
には、図２の位置推定演算部を採用する場合と比較し
て、磁化曲線モデル部９４の構成を簡単化することがで
き、しかも簡単な減算部９７を設けるだけで、図２の位
置推定演算部と同様の作用を達成することができる。

【０１０８】さらに説明する。

【０１０９】図２の位置推定演算部においては、正逆ト
ルクを発生させるべく回転位置角４５°〜１３５°の情
報を持つ図１１中（ａ）及び図１１中（ｂ）のモデルを
磁化曲線モデル部９４に持たせている。

【０１１０】しかし、ＳＲモータは、例えば図１０中
（ｂ）（ｄ）を参照することにより分かるように、ｕ相
の突極および回転子の中心を通る中心線を基準にして、
それぞれの回転子の位置関係が互いに対称になる。

【０１１１】したがって、図１０中（ｂ）（ｄ）は、回
転位置角は互いに異なるが、ｕ相巻線通電時に形成され
る磁路の長さは互いに等しく、同一電流であれば発生す
る磁束鎖交数は互いに等しくなる。すなわち、図１１中
（ａ）（ｂ）は、各磁化曲線を測定した角度は異なるに
も拘わらず、互いに完全に重なる。

【０１１２】このため、磁化特性を測定した角度を読み
替えておけば、９０°〜１３５°の回転位置角を推定す
るために、図１１中（ｂ）の磁化曲線に代えて図１１中
（ａ）の磁化曲線を用いることが可能になる。ただし、
実際には製造上のばらつきにより図１１中（ａ）と図１
１中（ｂ）との間に多少の差異はあるが、それによる回
転位置角の推定誤差は無視できる程に小さい。

【０１１３】この構造的な対称性を基にし、前述のファ
ジイ推論の磁束鎖交数モデルであるＦｕｚｚｙ１とＦｕ
ｚｚｙ３とを互いに同一のものにでき、磁束鎖交数を出
力するための演算量とデータ量とを半減することができ
る。

【０１１４】さらに、回転位置角９０°を基準に、回転
位置角、例えば、図１０中（ｂ）：７５°＝９０°−１
５°と、図１０中（ｄ）：１０５°＝９０°＋１５°と
は対称な回転位置角にあたるので、例えば、回転位置角
推定を行うＦｕｚｚｙ２の出力を位相補正した結果θａ
に対して、９０°−θａ＋９０°の演算（すなわち、θ
ａを１８０°から減算）を行うことで、Ｆｕｚｚｙ４と
同じ回転位置角推定結果θｂを得ることができる。すな
わち、従来の正トルクのみを制御するための位置推定部
に簡単な減算部を付加するだけで、正逆トルク制御を実
現できる位置推定部を構成することができる。

【０１１５】図５は位置推定演算部９のさらに他の構成
を示すブロック図である。

【０１１６】この位置推定演算部９は、Ｆｕｚｚｙ１、
Ｆｕｚｚｙ２とＦｕｚｚｙ３、Ｆｕｚｚｙ４とを有する
磁化曲線モデル部９４と、前回推定された回転位置角を
記憶する前回推定角記憶部９８と、前回推定角記憶部９
８の記憶内容と所定角度θτとを比較する推定角比較部
９９と、推定角比較部９９からの比較結果に応答して１
対の回転位置角推定値θａ、θｂの一方を選択する位置
角選択部９６と、位置角選択部９６の出力と前回推定角
記憶部９８との間に接続されて前回推定された回転位置
角を記憶するタイミングを制御するスイッチ９０とを有
している。

【０１１７】前記推定角比較部９９において、所定角度
θτは、インダクタンス波形が最大値となる位置角に選
び（ｕ相推定の場合にはθτ＝９０°、ｖ相推定の場合
にはθτ＝１２０°、ｗ相推定の場合にはθτ＝６０°
に選び）、前回推定角記憶部９８に記憶されている回転
位置角数７が所定角度θτよりも小さいか否かを判定す
る（図６のステップＳＰ１参照）。

【０１１８】

【数７】

【０１１９】そして、位置角選択部９６においては、数
７＜θτである場合にθａを選択し（図６のステップＳ
Ｐ２参照）、数７＜θτでない場合にθｂを選択する
（図６のステップＳＰ３参照）。

【０１２０】したがって、図５の構成を採用した場合に
は、トルク極性信号を用いる代わりに、前回の回転位置
角推定値に応答して回転位置角θａ、θｂの何れかを選
択する。

【０１２１】さらに説明する。

【０１２２】図７はトルク極性が正から逆に図中の矢印
のポイントで反転した時の通電波形位相を示す図であ
る。

【０１２３】逆トルク発生のために、ｕ相インダクタン
ス波形の最大値（回転位置角９０°）を越え、その傾き
が負になる区間でｕ相通電が行われる。トルク極性反転
時の位相は正トルク発生の時には７５°〜１２０°を推
定しているｖ相情報に基づいているため、従来の位置推
定演算ではｕ相で検出ができなかった９０°を越えた位
相であっても、通電相を切り替えることができる。そし
て、この位相を記憶し、次回ｕ相推定時にこれが９０°
を越えていたか否かを判定することで、トルク極性（イ
ンダクタンスの変化率が正で回転位置角が４５°〜９０
°か、もしくは、インダクタンスの変化率が負で回転位
置角が９０°〜１３５°か）を判定することができる。

【０１２４】これによりｕ相回転位置角推定値を選択す
れば、その推定値は９０°〜１３５°になるため、これ
を記憶し、次回推定時に同様の判定を行えば、ｕ相から
逆トルク発生に必要な範囲の回転位置角情報を引き続き
得ることができる。

【０１２５】なお、上記の実施態様においては、固定子
の突極数が６、回転子の突極数が４の３相ＳＲモータに
ついて説明したが、他の突極数の組み合わせのＳＲモー
タ、他の相数のＳＲモータに適用することが可能であ
る。また、ｕ相の固定子突極と回転子突極との対向する
回転位置角を９０°に設定しているが、これ以外の回転
位置角としてもよい。

【０１２６】さらに、上記の実施態様においては、位置
推定演算部９に正逆トルク発生を可能にする位置角選択
部９６の機能を組み込んでいるが、この機能は明示的に
区分されているものではなく、この機能を位相制御部４
に組み込むことも可能である。そして、位置角推定演算
に、磁化特性をモデリングする方式を例示したが、他の
方式（例えば、インダクタンス測定に基づく方式など）
を採用することも可能である。

【０１２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、位置センサを用いる
ことなく、正トルクのみならず逆トルクをも発生させる
べくＳＲモータを制御することができ、高速応答制御が
必要な油圧ポンプ、ＦＡなどの用途に適用することがで
きるという特有の効果を奏する。

【０１２８】請求項２の発明は、トルクの極性に合わせ
て回転位置角の推定結果を選択することによって請求項
１と同様の効果を奏する。

【０１２９】請求項３の発明は、電流指令からトルク極
性を発生し、ひいては請求項２と同様の効果を奏する。

【０１３０】請求項４の発明は、位相指令からトルク極
性を発生し、ひいては請求項２と同様の効果を奏する。

【０１３１】請求項５の発明は、適正な回転位置角推定
結果を選択することができ、ひいては請求項１と同様の
効果を奏する。

【０１３２】請求項６の発明は、推定の大幅な変更、推
定に必要なデータ量の増加を伴うことなく、請求項１か
ら請求項５の何れかと同様の効果を奏する。

【０１３３】請求項７の発明は、位置センサを用いるこ
となく、正トルクのみならず逆トルクをも発生させるべ
くＳＲモータを制御することができ、高速応答制御が必
要な油圧ポンプ、ＦＡなどの用途に適用することができ
るという特有の効果を奏する。

【０１３４】請求項８の発明は、トルクの極性に合わせ
て回転位置角の推定結果を選択することによって請求項
７と同様の効果を奏する。

【０１３５】請求項９の発明は、電流指令からトルク極
性を発生し、ひいては請求項８と同様の効果を奏する。

【０１３６】請求項１０の発明は、位相指令からトルク
極性を発生し、ひいては請求項８と同様の効果を奏す
る。

【０１３７】請求項１１の発明は、適正な回転位置角推
定結果を選択することができ、ひいては請求項７と同様
の効果を奏する。

【０１３８】請求項１２の発明は、推定の大幅な変更、
推定に必要なデータ量の増加を伴うことなく、請求項７
から請求項１１の何れかと同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＳＲモータ制御装置の一実施態様を
示すブロック図である。

【図２】位置推定部の構成の一例を示すブロック図であ
る。

【図３】位置角選択部の処理を説明するフローチャート
である。

【図４】位置推定部の構成の他の例を示すブロック図で
ある。

【図５】位置推定部の構成のさらに他の例を示すブロッ
ク図である。

【図６】図５の位置推定部の処理の要部を説明するフロ
ーチャートである。

【図７】トルク極性反転時の通電位相を示す図である。

【図８】従来のＳＲモータ制御装置を概略的に示すブロ
ック図である。

【図９】ＳＲモータのｕ相巻線自己インダクタンス波形
と、正トルクならびに逆トルクを得るための電流位相を
示す図である。

【図１０】ＳＲモータの回転の様子を示す概略図であ
る。

【図１１】ＳＲモータの磁化特性を示す図である。

【図１２】４５°〜９０°の範囲で回転位置角を推定す
るファジー回転位置角推定演算器の構成を示す図であ
る。

【図１３】Ｆｕｚｚｙ１、Ｆｕｚｚｙ２のメンバーシッ
プ関数、および適合度算出を説明する図である。

【図１４】従来のセンサレスＳＲモータ制御システムに
おける回転位置角推定演算部の構成を示すブロック図で
ある。

【図１５】最大電流相選択部および検出相選択部の作用
を説明するフローチャートである。

【図１６】位相補正部の作用を説明するフローチャート
である。

【図１７】正トルクを発生する各相励磁電流と各相イン
ダクタンスとの位相関係を示す図である。

【符号の説明】

９ 位置推定演算部 ９６ 位置角選択部 ９８ 前回推定角記憶部 ９９ 推定角比較部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 BB10 DD09 EE01 GG01 GG03 GG05 GG07 HB07 JJ03 JJ04 JJ24 JJ25 LL14 LL15 LL22 LL23 LL31 LL35

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正逆トルクを発生するために必要な範囲
   の回転位置角の推定を行い、推定演算結果に基づいてス
   イッチトリラクタンスモータに供給する電圧もしくは電
   流を制御することを特徴とするスイッチトリラクタンス
   モータ制御方法。
2. 【請求項２】 トルクの極性に応答して回転位置角の推
   定結果を選択する請求項１に記載のスイッチトリラクタ
   ンスモータ制御方法。
3. 【請求項３】 与えられた電流指令の極性に応答してト
   ルク極性を発生する請求項２に記載のスイッチトリラク
   タンスモータ制御方法。
4. 【請求項４】 位相指令に応答してトルク極性を発生す
   る請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御
   方法。
5. 【請求項５】 前回の選択された回転位置角推定結果に
   応答して回転位置角推定結果を選択する請求項１に記載
   のスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
6. 【請求項６】 スイッチトリラクタンスモータ（８）の
   構造的な対称性を利用して回転位置角の推定を行う請求
   項１から請求項５の何れかに記載のスイッチトリラクタ
   ンスモータ制御方法。
7. 【請求項７】 正逆トルクを発生するために必要な範囲
   の回転位置角の推定を行う推定手段（９）と、推定結果
   に基づいてスイッチトリラクタンスモータに供給する電
   圧もしくは電流を制御するモータ制御手段とを含むこと
   を特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
8. 【請求項８】 トルクの極性に応答して回転位置角の推
   定結果を選択する推定演算結果選択手段（９６）をさら
   に含む請求項７に記載のスイッチトリラクタンスモータ
   制御装置。
9. 【請求項９】 与えられた電流指令の極性に応答して回
   転位置角の推定結果を選択する推定結果選択手段をさら
   に含む請求項８に記載のスイッチトリラクタンスモータ
   制御装置。
10. 【請求項１０】 位相指令に応答してトルク極性を発生
    するトルク極性発生手段をさらに含む請求項８に記載の
    スイッチトリラクタンスモータ制御装置。
11. 【請求項１１】 前回の選択された回転位置角推定結果
    に応答して回転位置角推定結果を選択する推定結果選択
    手段（９６）（９８）（９９）をさらに含む請求項７に
    記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
12. 【請求項１２】 前記推定手段（９）は、スイッチトリ
    ラクタンスモータ（８）の構造的な対称性を利用して回
    転位置角の推定を行うものである請求項６から請求項９
    の何れかに記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装
    置。