JP2002095282A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同期モータのセンサレス制御において、制御
の信頼性向上を図る。 【解決手段】 同期モータのｄ軸、ｑ軸の電圧、電流、
インダクタンス等を用いて電圧方程式に基づき、電気角
をセンサレスで検出する。また、所定のタイミングで、
極性判定、即ち、電気角がπ（ｒａｄ）ずれて認識され
ているか否かの判定を行う。極性判定は、判定用電圧に
対する電流の挙動に基づいてセンサレスで行う。極性判
定を適宜行うことにより、ノイズ等の影響で電気角に不
測の大きな誤差が生じた場合でも、安定した制御を実現
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期モータについ
て、センサレスでロータの電気角を検出し、運転を制御
するモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流モータの一つとして、コイルに多相
交流を流すことによって生じる回転磁界に同期してロー
タを回転させる同期モータがある。同期モータにより所
望の回転トルクを得るためには、ロータの位置、即ち電
気角に応じてコイルに流す多相交流を制御する必要があ
る。

【０００３】突極型の同期モータについては、電気角検
出用のセンサを用いることなく、電気角を検出し、運転
を制御する方法（以下、「センサレス制御」と称する）
が提案されている。センサレス制御は、センサの故障が
生じない点で信頼性が高い。

【０００４】回転中のセンサレス制御は、例えば、次式
（１）（２）に示す電圧方程式に基づいて行われる。 Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−ｐ（Ｌｄ・Ｉｄ）＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ＝０ ・・・（１）； Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ−ｐ（Ｌｑ・Ｉｑ）−ω・Ｌｄ・Ｉｄ−Ｅ＝０ ・・・（２）； ここで、Ｖ…モータに印加される電圧値； Ｉ…モータコイルに流れる電流値； Ｌ…コイルのインダクタンス； Ｒ…モータコイル抵抗； ω…モータの電気角の角速度（モータの機械的な角速度
に極対数を乗じて求められる値）； Ｅ…モータの回転によって生じる起電力； ｐ（Ｌｄ・Ｉｄ）＝ｄ（Ｌｄ・Ｉｄ）／ｄｔ； をそれぞれ表している。なお、Ｖ，Ｉ，Ｌに付けられた
添え字ｄおよびｑは、それぞれの値がモータのいわゆる
ｄ軸、ｑ軸方向の値であることを意味している。

【０００５】永久磁石型の三相同期モータは図３に示す
等価回路によって表される。この等価回路において、モ
ータの回転中心を通り、永久磁石の作る磁界に沿う方向
を一般にｄ軸と呼ぶ。一方、ロータの回転面内において
ｄ軸に直交する方向を一般にｑ軸と呼ぶ。また、図３の
等価回路においてＵ相とｄ軸のなす角度がモータの電気
角θに相当する。

【０００６】上述の電圧方程式（１）（２）は、電気角
に誤差が含まれていなければ、ｄ軸、ｑ軸について常に
成立する方程式である。しかしながら、センサレスでモ
ータを制御する場合、まずモータの制御装置はある推定
された電気角（図３におけるθｃに相当）に基づいて上
記方程式を演算する。このとき、演算結果には推定され
た電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角（図３におけ
るΔθ）に応じた演算誤差が生じる。つまり、算出され
た電流および電圧値を用いて上述の電圧方程式（１）
（２）を計算すれば、本来は値０となるべき両方程式が
０以外の値となる。この演算誤差は、誤差角Δθに対応
して生じる。従って、この演算誤差に基づいて電気角の
推定値を逐次修正することによって、センサレス制御を
実現できる。

【０００７】但し、上述の制御方法は、各時点での電気
角を０〜２π（ｒａｄ）の範囲で一義的に特定するもの
ではない。推定した電気角と真値との誤差角Δθを特定
するに過ぎない。しかも、電圧方程式の演算誤差には、
２つの誤差角Δθが対応するのが通常であり、誤差角Δ
θさえ０〜２πの範囲で一義的に特定するのが困難な状
況にあった。従来は、±π／２の範囲内に誤差角Δθが
収まっているものと仮定して制御が実行されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電圧信号や電
流の検出値に対するノイズの影響、モータ運転中の不測
の外乱によって、電気角の誤差は、±π／２の範囲を超
えて生じることがある。一旦、このように大きな誤差が
生じると、従来の制御、即ち誤差角Δθに応じた電気角
の補正では、真値に至るまでに長時間かかっていた。場
合によっては、電気角が真値に収束しないこともあっ
た。

【０００９】このような大きな誤差が生じると、同期モ
ータから要求トルクを出力し得ないばかりでなく、運転
状態が不安定となり、異音や振動を生じていた。更に、
電気角をπ（ｒａｄ）ずれて認識、即ち、現実のロータ
のＮ極、Ｓ極の位置関係（以下、「極性」と呼ぶ）を逆
に認識することにより、同期モータに逆トルクが発生す
ることもあった。

【００１０】本発明はこれらの課題を解決するためにな
され、電気角の大きな検出誤差に起因する制御の不安定
性を緩和すること、即ち同期モータのセンサレス制御の
信頼性を向上することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明で
は、ロータとコイルが巻回されたステータとを有する同
期モータの運転をセンサレスで制御するモータ制御装置
において、電圧印加回路、電流センサ、駆動制御手段、
極性判定手段を備えるものとした。

【００１２】電圧印加回路は、同期モータのコイルに電
圧を印加する回路である。電源およびスイッチング素子
などのハードウェアが含まれる。電流センサは、印加さ
れた電圧に応じて前記コイルに流れた電流を検出するセ
ンサである。高周波成分を除去するためのフィルタなど
も含まれる。

【００１３】駆動制御手段は、同期モータをセンサレス
で制御するユニットである。電圧と電流との関係に基づ
いてロータの電気角の推定値に含まれる誤差を逐次補正
しながら、その推定値に基づいて同期モータに駆動用の
電圧を印加するよう電圧印加回路を制御する。同期モー
タの運転が開始された後は、電気角を０〜２πの範囲で
一義的に特定する処理は実行されず、推定値に含まれる
誤差を補正することによって推定値の誤差の発散を抑制
する。

【００１４】極性判定手段は、同期モータの回転中に、
所定のタイミングで、ロータの極性を判定するユニット
である。ロータのＮ極、Ｓ極の電気的な位置関係が、電
気角の推定値と整合しているか否かを判定する処理を行
う。π（ｒａｄ）を単位として電気角の推定値の正否を
判定する手段とも言える。

【００１５】このユニットは、所定の判定用電圧を印加
するように電圧印加回路を制御する判定用電圧印加手段
と、電流センサで検出された電流の変化に基づいて、極
性の判定を行う判定手段から構成される。従って、極性
判定もセンサレスで行われる。Ｎ極、Ｓ極の電気的な位
置に応じてコイルのインダクタンスが変化するため、特
定相のコイルにＮ極が近い場合と、Ｓ極が近い場合とで
は電圧に対する電流変化の様子が相違する。極性判定手
段は、かかる物理的性質を利用して、ロータの極性判定
を行うものである。

【００１６】電気角の推定値に±π／２を超える大きな
誤差が含まれた場合には、極性の逆認識を招く。本発明
では、極性判定手段の作用により、極性の正否を適宜判
定することができる。従って、かかる大きな誤差が生じ
た場合でも、極性の正否、ひいては電気角検出の正否を
速やかに判定することができ、制御の信頼性を向上する
ことができる。なお、所定のタイミングとは、一定の周
期としてもよいし、電気角の誤差が大きくなり制御が不
安定になったタイミングとしてもよい。その他種々の設
定が可能である。

【００１７】極性が誤って認識されていると判定された
場合、種々の処理が適用可能である。一例として、駆動
制御手段で極性判定の結果を反映して電気角の補正を行
うことができる。こうすれば、速やかに制御を安定した
状態に復帰させられる。別の例として、同期モータの運
転を一旦停止し、制御をリセットしてから再始動するも
のとしてもよい。

【００１８】本発明において、駆動制御手段は、例え
ば、所定の検出用電圧を印加するように前記電圧印加回
路を制御する検出用電圧印加手段と、前記電流センサで
検出された電流値を用いた所定の演算により前記推定値
と真値との誤差角を求める誤差角特定手段と、該誤差角
を反映させて前記推定値の補正を行う反映手段とを有す
る手段として構成することができる。

【００１９】ここで、所定の演算としては、同期モータ
のｄ軸方向の電流変化量ΔＩｄ、ｑ軸方向の電流変化量
ΔＩｑの多項式をパラメータとする比例項、積分項を含
む演算式を適用できる。

【００２０】例えば、一定周期で誤差を反映した電気角
の特定が行われる場合には、次式（３）を用いることが
できる。 θ＝θ（ｎ−１）＋ｋ１・ＰＭ＋ｋ２・ΣＰＭ …（３）; ここで、 ＰＭ＝α・ΔＩｄ＋β・ΔＩｑ； ΔＩｄ＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄｍ； Ｉｄｍ＝Ｉｄ（ｎ−１）＋ｔ（Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ（ｎ−
１）＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ（ｎ−１））／Ｌｄ; ΔＩｑ＝Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑｍ； Ｉｑｍ＝Ｉｑ（ｎ−１）＋ｔ（Ｖｑ−Ｒ・Ｉｑ（ｎ−
１）−ω・Ｌｄ・Ｉｄ（ｎ−１）−Ｅ（ｎ−１））／Ｌ
ｑ; ω＝（ｋ１・ＰＭ＋ｋ２・ΣＰＭ）／ｔ; Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）−ｋ３・ΔＩｑ；

【００２１】α、βは任意の実数；θ（ｎ−１） は前
タイミングにおける電気角の値；Ｉｄ（ｎ）は現タイミ
ングにおける磁化電流の値；Ｉｄｍは磁化電流のモデル
値；Ｉｄ（ｎ−１）は前タイミングにおける磁化電流の
値；Ｉｑ（ｎ）は現タイミングにおけるトルク電流の
値；Ｉｑｍはトルク電流のモデル値；Ｉｑ（ｎ−１）は
前タイミングにおけるトルク電流の値；Ｌｄは磁化電流
の方向のインダクタンス；Ｌqはトルク電流の方向のイ
ンダクタンス；Ｒはコイルの抵抗値；Ｅはコイルに生じ
る起電力；Ｖｄは磁化電流方向の電圧値；Ｖｑはトルク
電流方向の電圧値；ｔは演算の実行周期；ωはモータの
回転速度(rad/sec)；ｋ１，ｋ２，ｋ３は係数；

【００２２】その他、先に示した電圧方程式（１）、
（２）を時間差分形式に置き換えて得られる次式により
電気角を求めるものとしてもよい。

【００２３】本発明における極性判定手段の具体的な態
様を例示する。第１の態様として、判定用電圧印加手段
は、所定の相に対して、ロータの極性に応じて該相に磁
気飽和を生じさせ得る大きさの前記判定用電圧判定用電
圧を印加する手段とすることができる。同期モータがＵ
相，Ｖ相，Ｗ相の三相を有する場合には、いずれかの相
に判定用電圧を印加することになる。

【００２４】一般にＮ極が近い位置にあると各相に磁気
飽和が生じやすくなり、インダクタンスが小さくなるか
ら、電流値は比較的大きい。Ｓ極が近い位置にあると逆
に電流値は比較的小さい。従って、第１の態様で判定用
電圧を印加すれば、電流値の大小関係に基づいて極性を
判定できる。

【００２５】この原理を利用した判定方法として、例え
ば、判定用電圧を正方向および負方向に交互に印加し、
正方向に生じた電流と負方向に生じた電流との大小関係
に基づいて極性を判定する方法が挙げられる。この方法
では、後述する閾値のチューニングや記憶が不要とな
り、比較的容易に安定して極性判定を行うことができる
利点がある。

【００２６】第１の態様では、前記判定用電圧の印加に
先立って、前記コイルに流れる電流を磁気飽和が生じな
い範囲まで抑制することも望ましい。運転中にコイルに
印加されている駆動用電圧によって、コイルに磁気飽和
が生じている場合には、正負の判定用電圧に対する電流
にほとんど差違が生じない場合がある。判定用電圧を印
加する前に予め駆動用電圧による影響を抑制しておけ
ば、かかる弊害なく安定して極性判定を行うことができ
る。抑制する電圧の印加には、駆動用電圧と逆電圧を印
加する態様、駆動用電圧の指令値を下げる態様などが含
まれる。後者の態様は、例えば、電圧の指令値を０にす
ることによって容易に実現できる。

【００２７】上述の原理を利用した別の判定方法とし
て、判定用電圧を、各判定につき１回だけ印加し、それ
に応じて生じた電流と所定の閾値との大小関係に基づい
て極性を判定してもよい。電圧の印加が１回で済むた
め、判定時間の短縮、判定用電圧の印加に伴う異音の低
減を図ることができる。判定基準となる閾値は、極性が
正しく認定されている時の電流値、誤認定されている時
の電流値を実験等で求めておき、両者を踏まえて任意に
設定すればよい。閾値は固定値としてもよいし、モータ
の回転数、トルク、電気角などのパラメータに応じて適
宜変動させてもよい。

【００２８】閾値との比較で極性判定する場合におい
て、その時点での電流を増大する方向に、判定用電圧を
印加した場合を考える。通常の運転状態であれば、この
電圧によって十分に極性判定が可能である。但し、要求
トルクが高い場合など特定の運転時には駆動用電圧によ
って既に磁気飽和が生じている場合がある。かかる場合
には、極性が正しく認定されているか否かに関わらず判
定用電圧に応じて流れる電流値に差違がほとんど生じな
くなり、極性判定の精度が低下する可能性がある。従っ
て、判定用電圧は、極性判定を行う時点での電流を低減
する方向に印加することが望ましい。この場合でも、判
定用電圧は、極性が正しく認識されている場合と誤って
認識されている場合とで電流に差が生じる程度の大きさ
に設定しておく。

【００２９】第１の態様において、判定用電圧を印加す
る相は、予め設定されている。いずれか一つの特定の相
に固定してもよいし、モータの運転状態に応じて変化さ
せてもよい。後者の場合は、例えば、電気角の推定値に
応じて定めることができる。判定用電圧に応じて流れる
電流は、電気角に伴って周期的に変化するため、電気角
を用いることで極性判定に適した相を選択することがで
きる。一般に各相電流の正負のピークに対応する電気角
は、π（ｒａｄ）ずれているため、極性判定の正誤に関
わらず電気角に応じて適切な相を選択することが可能で
ある。

【００３０】極性判定手段の第２の態様は、電気角に対
し相対的に定まる所定方向に判定用電圧を印加し、極性
正常時における電流変化の範囲から外れる電流変化が所
定期間継続して現れた場合に極性異常と判定するものと
できる。ロータの回転に応じて判定用電圧の印加方向も
回転する点が第１の態様と相違する。

【００３１】極性判定電圧に対する電流変化は、極性が
正常に認識されている時と異常認識されている時とで、
有意差が現れることが多い。従って、正常時に検出され
るはずの範囲を超える電流変化が所定期間に亘って検出
された場合には、極性異常と判断することができる。所
定期間とは、ノイズの影響によって一時的に異常な電流
変化が現れる可能性を考慮したものである。かかる観点
から、所定期間は、誤判定を回避可能な任意の期間を設
定すればよい。

【００３２】極性判定手段の第３の態様は、電気角に応
じて相対的に定まる少なくとも２方向に判定用電圧を印
加し、該２方向それぞれで判定用電圧に応じて生じた電
流変化の相違に基づいて極性を判定するものとできる。
ロータの回転に応じて判定用電圧の印加方向も回転する
点で第２の態様と共通する。電圧に対する電流の挙動
は、電気角との相対的な方向に応じて２π周期で変動す
る。例えば、真値と認識されている電気角に対して、正
負にΔθずらした２方向に電圧を印加すると、電流変化
の方向が極性に応じて変動する。極性が正しく認識され
ている場合に２方向の電流変化の傾きが正であったとす
れば、異常認識されている場合には傾きが負となる。第
３の態様では、この電流変化の方向に基づいて、極性判
定を行うことができる。２方向は、種々の設定が可能で
あり、いずれか一方を真値とされている電気角に一致さ
せてもよい。

【００３３】判定用電圧が印加される２方向は、前記同
期モータへの要求トルクに応じた方向としてもよい。即
ち、要求トルクに応じて判定用電圧を印加する方向を変
更してもよい。要求トルクに応じて、即ち駆動用電圧に
応じてコイルに流れている電流は変わるから、それぞれ
極性判定に適した方向を選択することにより、極性判定
を安定して行うことができる。

【００３４】本発明のモータ制御装置においては、モー
タの運転状態に応じて極性判定方法を切り替えて使用し
てもよい。例えば、電気角の推定値に応じて定まる所定
の相に対して判定用電圧を印加する第１の極性判定と、
電気角に対し相対的に定まる所定方向に判定用電圧を印
加する第２の極性判定とを同期モータの運転状態に応じ
て切り替えて使用してもよい。運転状態には、モータの
回転数や要求トルクが挙げられる。モータの運転状態に
応じて安定して極性判定可能な手法を使い分けることが
でき、制御の安定性、信頼性をより向上することができ
る。一例として、モータの要求トルクが低い場合に第１
の極性判定を適用し、その他の場合に第２の極性判定を
適用する方法が挙げられる。

【００３５】本発明は、上述のモータ制御装置の他、電
気角検出装置、モータ制御方法、電気角検出方法など種
々の態様で構成可能である。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき、以下の順序で説明する。 Ａ．装置の構成： Ｂ．ベクトル制御： Ｃ．モータ制御： Ｄ．電気角検出処理： Ｅ．極性判定処理： Ｅ１．第１態様の極性判定処理： Ｅ２．第２態様の極性判定処理： Ｅ３．第３態様の極性判定処理： Ｅ４．第４態様の極性判定処理： Ｅ５．第５態様の極性判定処理： Ｅ６．第６態様の極性判定処理： Ｅ７．第７態様の極性判定処理：

【００３７】Ａ．装置の構成：図１は実施例としてのモ
ータ制御装置１０の概略構成を示す説明図である。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
を示す説明図である。まず、図２を用いて、三相同期モ
ータ４０の構造について説明する。この三相同期モータ
４０は、ステータ３０とロータ５０とからなる。ロータ
５０は、直交する位置に４箇所の突極７１〜７４を備え
る。また、突極７１〜７４の中間位置には、それぞれ永
久磁石５１〜５４が貼付されている。永久磁石５１〜５
４は、ロータ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。

【００３８】ステータ３０は、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、ステータ３０に回転磁界を発生させるコイル３２が
巻回されている。

【００３９】永久磁石５１により形成される磁束が、回
転軸中心を通ってロータ５０を径方向に貫く軸をｄ軸と
呼び、ロータ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。ｄ軸およびｑ軸はロータ５
０の回転に伴い回転する軸である。本実施例では、４つ
の永久磁石が用いられているため、ｄ軸とｑ軸の幾何学
的角度は４５度である。

【００４０】図３に三相同期モータ４０の等価回路を示
す。等価回路は、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で表される。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で
ある。ｑ軸は、幾何学的にｄ軸に直交する軸となる。電
気角θはＵ相コイルを貫く軸とｄ軸との角度となる。

【００４１】モータ制御装置１０は、インバータ１３
０、バッテリ１３２、制御ユニット１００、電流センサ
１０２、１０３、フィルタ１０６、１０７、アナログデ
ィジタル変換器（ＡＤＣ）１１２、１１３から構成され
ている。インバータ１３０はトランジスタのスイッチン
グによりバッテリ１３２を電源として三相交流を生じさ
せる。制御ユニット１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，
ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータである。制御ユ
ニット１００は、トルク指令値に応じた電流が流れるよ
う、電気角θに応じてインバータ１３０のスイッチング
を制御し、三相同期モータ４０を運転する。

【００４２】電気角θは、モータ４０のコイル３２に印
加された電圧と、電流との関係に基づいてセンサレスで
検出される。電流は、電流センサ１０２、１０３、フィ
ルタ１０６、１０７、アナログディジタル変換器（ＡＤ
Ｃ）１１２、１１３を用いて検出される。電流センサ１
０２，１０３は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖを検出す
る。フィルタ１０６，１０７は、検出された電流の高周
波ノイズを除去する。ＡＤＣ１１２、１１３は、電流値
をディジタルデータに変換する。なお、三相交流の各相
に流れる電流の総和は常に値０であるから、Ｗ相の電流
については検出を要しない。

【００４３】制御ユニット１００からは、インバータ１
３０に出力信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが出力される。出力信
号は、インバータ１３０の各相に設けられたトランジス
タのスイッチングを制御する信号である。ＰＷＭ制御に
よって、各相のトランジスタのスイッチング・デューテ
ィを制御することによって、所望電圧の三相交流をモー
タ４０に印加することができる。

【００４４】Ｂ．ベクトル制御：本実施例では、電流を
ベクトルとして扱うベクトル制御によってモータ３０を
制御している。ベクトル制御では、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で表される。本
実施例では、ｄ軸方向、ｑ軸方向の電流をこの２方向と
して使用する。Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉ
ｖ，Ｉｗとｄ軸方向の電流Ｉｄ、ｑ軸方向の電流Ｉｑと
の変換は次式によって行われる。

【００４５】Ｕ，Ｖ相の電流Ｉｕ，Ｉｖから電流Ｉｄ、
Ｉｑへの変換（３相／２相変換）； Ｉｄ＝（−Ｉｕ・sin（θ−2π/3）＋Ｉｖ・sinθ）・
√２； Ｉｑ＝（−Ｉｕ・cos（θ−2π/3）＋Ｉｖ・cosθ）・
√２；

【００４６】電流Ｉｄ、Ｉｑから電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ
への変換（２相／３相変換）； Ｉｕ＝（Ｉｄ・cosθ−Ｉｑ・sinθ）・√（2/3）； Ｉｖ＝（Ｉｄ・cos（θ−2π/3）−Ｉｑ・sin（θ−2π
/3））・√（2/3）； Ｉｗ＝ −Ｉｕ−Ｉｖ；

【００４７】Ｃ．モータ制御：図４はモータ制御処理の
フローチャートである。制御ユニット１００のＣＰＵ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。
ＣＰＵはモータ４０の制御目標となる要求トルク、回転
数を入力し（ステップＳ１０）、センサレスで電気角を
検出し（ステップＳ１００）、その電気角に基づいて電
流制御処理を行う（ステップＳ２００）。電流制御処理
とは、トルクを生じさせる電流を電気角に応じてコイル
３２に流す処理である。ＣＰＵは、所定の極性判定タイ
ミングにおいて、極性判定処理を行う（ステップＳ３０
０，Ｓ３０２）。極性判定処理は、電気角がπ（ｒａ
ｄ）ほどずれて誤認識されていないかを判定する処理で
ある。この処理は、極性の誤認識による制御の不安定化
を回避するための処理である。

【００４８】極性判定タイミングは種々の設定が可能で
ある。モータ制御処理を所定回数実行する度に１度して
もよい。電気角の誤差に起因してトルク変動や異音が生
じた時点で実行するものとしてもよい。所定期間トルク
変動が継続して生じたタイミングで実行してもよい。

【００４９】極性が誤認識されていると判定された場合
については、種々の処理が適用可能である。例えば、モ
ータの制御処理をリセットしてもよい。モータの運転を
停止してもよい。制御に用いられている電気角の極性を
自動的に反転させて制御を継続してもよい。極性の誤認
識によって制御が不安定になっていることを運転者等に
報知するものとしてもよい。これらの処理は、別途、極
性誤認識への対応処理を設けることにより実現される。

【００５０】Ｄ．電気角検出処理：センサレスでの電気
角検出（図４のステップＳ１００）の処理内容について
説明する。図５は電気角検出処理ルーチンのフローチャ
ートである。この処理が開始された時点では、これまで
に行ってきた制御に基づいてＣＰＵは電気角をあるモデ
ル値θｃに推定している（図３参照）。コイル３２に
は、要求トルクに応じた電流が流れている。

【００５１】この処理では、ＣＰＵはｄ軸、ｑ軸方向に
所定の検出用電圧を印加し、各方向の電流Ｉｄ、Ｉｑを
検出する（ステップＳ１０２、Ｓ１０４）。電流Ｉｄ，
Ｉｑは、Ｕ相電流、Ｖ相電流を２相／３相して得られ
る。座標変換は、モデル値としての電気角θｃを用いて
行われる。検出用電圧は、電圧値が既知であれば良く、
駆動用の印加電圧を検出用電圧に兼用してもよい。

【００５２】こうして検出された電流値Ｉｄ，Ｉｑを用
いて、ＣＰＵは先に示した式（３）に基づき、電流変化
量ΔＩｄ、ΔＩｑを算出する（ステップＳ１０６）。式
中の（ｎ）および（ｎ−１）は、電気角検出処理ルーチ
ンが周期的に繰り返し実行されていることを踏まえて付
されている。（ｎ）は現在の処理中に検出された値、
（ｎ−１）は前回の処理時に検出された値を意味する。
変数ｔは電気角検出処理ルーチンが実行される周期を用
いる。Ｉｄｍ、Ｉｑｍは、磁化電流のモデル値であり、
電気角が正しいものとして電圧方程式を計算することに
より得られる電流の理論値に相当する。

【００５３】次にＣＰＵは、ΔＩｄ、ΔＩｑの補正を行
う（ステップＳ１０８）。先に示した式（３）はインダ
クタンスを一定値としているが、実際にはコイルに流れ
る電流による磁界の影響を受けてインダクタンスが非線
形に変化する領域が存在する。上記補正は、この変化に
よる影響をΔＩｄ、ΔＩｑ側で相殺するために行われ
る。本実施例では、要求トルクと補正量との関係を表す
テーブルを予め用意し、これを用いて補正するものとし
た。補正量は、実験的または解析的に求めることができ
る。

【００５４】こうして補正された電流変化量ΔＩｄ、Δ
Ｉｑを用いて、ＣＰＵは先に示した式（３）に基づき電
気角θ（ｎ）を求める（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ
は、次のステップで使用するωを算出する（ステップＳ
１１２）。電気角θ（ｎ）は、ΔＩｄとΔＩｑの多項式
（α・ΔＩｄ＋β・ΔＩｑ）をパラメータＰＭとする比
例項、積分項によって求められる。本実施例では、α＝
β＝１、即ちＰＭ＝ΔＩｄ＋ΔＩｑとした。上記α、β
は種々の値を適用可能である。この算出方法には、演算
が比較的容易であり、高速処理に適している利点があ
る。

【００５５】電気角は、その他種々の方法で求めること
ができる。パラメータＰＭを用いた演算式ではなく、次
式によって電気角θ（ｎ）を求めるものとしてもよい。 θ(n)＝θ(n-1)＋ｔＥ(n)/kk2＋sgn・kk3・ΔＩｄ； ｓｇｎはω＞０のとき「＋」であり、ω＜０のとき
「−」であることを意味する。モータが回転しているこ
とが前提であるため、ω＝０である場合は考慮しない。
ｋｋ２，ｋｋ３はｋｋ１と同じく電気角の算出に用いら
れるゲインであり、実験的に定められるものである。

【００５６】なお、後に説明する極性判定処理におい
て、極性が誤認識されていると判断された場合は、その
後にステップＳ１１０を実行する際に極性を正す補正を
行ってもよい。この補正は、例えば、電気角θにさらに
π（ｒａｄ）を加えることにより実現できる。

【００５７】Ｅ．極性判定処理：極性判定処理（図４の
ステップＳ３０２）は、以下に示す種々の態様のいずれ
かを選択して適用することができる。

【００５８】Ｅ１．第１態様の極性判定処理：第１態様
の極性判定について、判定原理を説明した後、具体的な
処理方法について説明する。図６は電流による磁界も含
めた外部磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係を示すグラフであ
る。ｑ軸についての関係を示した。曲線Ｃｑ上の各点に
おける接線の傾きがインダクタンスＬｑに相当する。要
求トルクが比較的小さい領域Ａ（ポイントｐ１など）で
は、磁束密度が低く、インダクタンスは一定である。要
求トルクが比較的高い領域Ｂ（ポイントｐ３など）で
は、曲線Ｃｑが非線形となり、インダクタンスが小さく
なる。インダクタンスが小さい程、コイルに流れる電流
量が大きくなる。例えば、駆動電流によってコイルの磁
束密度が点ｐ２に相当する状態にあるときに、正方向の
判定用電圧をさらに印加すれば、磁束密度は点ｐ３に移
行し、磁気飽和を生じる。負方向の判定用電圧を印加す
れば、磁束密度は点ｐ１に移行するため、磁気飽和は生
じない。駆動電流による磁束密度が、領域Ａ内のいずれ
かの点にあれば、十分な大きさの判定用電圧を印加する
ことにより、正方向印加時にのみ磁気飽和を生じさせる
ことができる。

【００５９】磁束飽和は、ロータの永久磁石による磁界
の影響も受ける。極性判定が正しい場合には、永久磁石
による磁界と判定用電圧による磁界との相互作用によっ
て磁気飽和が生じる。極性判定が誤っている場合には、
永久磁石による磁界が本来あるべき状態よりも弱い状態
で判定用電圧を印加することになる。従って、正方向の
電圧印加時でも磁気飽和は生じない。逆に、負方向に電
圧を印加した時に、図６中の第３象限において非線形の
領域に入ることになり、磁気飽和が生じる。従って、正
方向および負方向への判定用電圧に対する磁気飽和現象
の有無を検出することにより、極性判定を行うことがで
きる。ここでは、ｑ軸の磁気飽和を例示したが、各相ご
とにみても同様の現象が生じる。

【００６０】第１態様の極性判定では、磁気飽和を利用
して極性を判定する。図７は第１態様の極性判定の原理
を示す説明図である。図の下段には、モータ４０の運転
中にＵ相に流れる交流の様子を示した。極性判定は、こ
のように駆動電流が流れている状況下で、ごく短期間に
行われる。上段には、極性判定時に印加される判定用電
圧と電流を示した。コイルには、駆動用電圧に判定用電
圧を重畳した電圧が印加される。

【００６１】図示する通り、判定用電圧は若干の時間を
おいて、正方向、負方向の順に印加される。正方向の電
圧に応じて、コイルに流れる電流は絶対値ΔＩ１だけ増
加する。負方向の電圧に応じて、コイルに流れる電流は
絶対値ΔＩ２だけ減少する。判定用電圧は、正方向に印
加された時にコイルに磁気飽和を生じさせる程度の大き
さに設定されているものとする。正方向の判定用電圧が
印加されると、磁気飽和が生じ、インダクタンスが小さ
くなる。従って、この電圧に応じて正方向に生じる電流
変化の絶対値ΔＩ１は比較的大きい。負方向に判定用電
圧が印加された時は、磁気飽和を生じず、インダクタン
スが大きい。従って、この電圧に応じて負方向に生じる
電流変化の絶対値ΔＩ２は比較的小さい。なお、ここで
いう電流変化とは、実測された電流の差違を意味してお
り、電気角の検出時に用いられる電流変化量、即ち先に
示した式（３）に基づいて算出される値とは異なる。

【００６２】第１態様の極性判定では、電流変化ΔＩ
１，ΔＩ２の大小関係に基づいて極性を判定する。極性
が正しく認識されている場合には、正負の順で電圧を印
加すると、「ΔＩ１＞ΔＩ２」なる大小関係が得られ
る。極性が誤って認識されている場合には、正負の順に
電圧を印加したつもりが、実際には負正の順に電圧が印
加されたと同等の状態になる。従って、「ΔＩ１＜ΔＩ
２」なる大小関係が得られる。このように、検出された
電気角に基づいて特定の相に正負の順に判定用電圧を印
加した時、それに応じて生じる電流変化量ΔＩ１，ΔＩ
２の大小関係によって、極性認識の正否を判定すること
ができる。

【００６３】なお、図７では、電流のピーク値近傍で判
定用電圧を印加する場合を例示した。駆動電流が値０と
なるタイミングで判定用電圧を印加した場合には、正負
いずれの方向でも磁気飽和が生じない可能性がある。本
実施例では、かかる原因による誤判定を回避するため、
電気角に応じて判定用電圧を印加する相を切り替えてい
る。換言すれば、電気角に応じて電流値がピーク値に近
くなっている相を選択して、判定用電圧を印加するので
ある。もっとも、かかる相の切り替えは必ずしも必要で
はなく、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれかに固定して極性判定を
行うことも可能である。但し、相の切り替えを行えば、
より安定して精度良く極性判定することができる利点が
ある。

【００６４】図８は電気角と電流変化量の関係を示すグ
ラフである。各相にロータのＮ極が対向している時にコ
イルに磁気飽和が生じる程度の電圧を印加した場合の関
係を示した。Ｕ相については、Ｎ極が対向する電気角０
（ｒａｄ）と、Ｓ極が対向する電気角π（ｒａｄ）で電
流変化量ΔＩｕに顕著な差違が生じる。Ｗ相について
は、Ｎ極が対向する電気角２π／３（ｒａｄ）と、Ｓ極
が対向する電気角５π／３（ｒａｄ）で電流変化量ΔＩ
ｗに顕著な差違が生じる。Ｖ相については、Ｎ極が対向
する電気角４π／３（ｒａｄ）と、Ｓ極が対向する電気
角π／３（ｒａｄ）で電流変化量ΔＩｖに顕著な差違が
生じる。

【００６５】従って、電気角θに応じて、次の通り、判
定用電圧を印加する相を切り替えることにより、極性判
定を確実に行うことができる。 -π/6≦θ<π/6, 5π/6≦θ<7π/6 → Ｕ相； π/6≦θ<π/2, 7π/6≦θ<3π/2 → Ｖ相； π/2≦θ<5π/6, 3π/2≦θ<11π/6 → Ｗ相； この関係を、図８中に併せて示した。極性が誤認識され
ている場合でも、判定用電圧を印加する相は変わらな
い。

【００６６】図９は第１態様の極性判定処理のフローチ
ャートである。ＣＰＵは、図８に示した方法によって、
判定用電圧を印加する相を電気角θに基づいて決定する
（ステップＳ３１０）。こうして決定された相に対し、
正方向に判定用電圧を印加して、電流変化量の絶対値Δ
Ｉｐを検出する（ステップＳ３１２，Ｓ３１４）。次
に、負方向に判定用電圧を印加して、電流変化量の絶対
値ΔＩｎを検出する（ステップＳ３１６，Ｓ３１８）。
図７に例示した判定用電圧の印加に相当する処理であ
る。電圧の大きさ、印加時間および正電圧を印加してか
ら負電圧を印加するまでの間隔は、モータ４０の定格等
に応じて実験等により定められる。

【００６７】ＣＰＵは、こうして得られた２つの電流変
化量の絶対値ΔＩｐ、ΔＩｎの大小関係に基づいて極性
判定を行う（ステップＳ３２０）。先に説明した通り、
「ΔＩｐ＞ΔＩｎ」であれば、極性は正しく認識されて
いると判定される。「ΔＩｐ＜ΔＩｎ」であれば、極性
は誤認識されていると判定される。

【００６８】Ｅ２．第２態様の極性判定処理：上述の第
１態様では、２方向の電流変化量ΔＩｐ、ΔＩｎの大小
関係に基づいて極性判定を行う場合を例示した。図８に
示す通り、ΔＩｐが取りうる範囲と、ΔＩｎが取りうる
範囲は異なっている。従って、両者の中間に位置する閾
値と、ΔＩｐ、ΔＩｎのいずれか一方とを比較すること
により、極性判定を行うことも可能である。かかる場合
の判定処理を第２態様として説明する。

【００６９】第２態様の極性判定処理は、第１態様の処
理（図９）からステップＳ３１６，Ｓ３１８を省略した
処理内容となる。第１態様では、ステップＳ３２０にお
いて、ΔＩｐ、ΔＩｎの大小関係に基づいて極性判定を
行ったのに対し、第２態様では、ΔＩｐと所定の閾値と
の大小関係に基づいて極性判定を行う点で相違する。

【００７０】ここで、閾値の設定方法について説明す
る。図１０は、極性認識の正誤に伴う電流変化の差違を
示すグラフである。図９で示した処理によって選択され
た相に一定の判定電圧を印加した場合の実験結果を示し
た。図中の実線は極性が正しく認識されている場合、破
線は極性が誤認識されている場合の結果を示している。
電流変化は、トルク、回転数の影響を受けるため、代表
的な回転数について各トルクに対する結果をプロットし
た。図示する通り、極性判定の正誤によって、電流変化
には有意差が生じることが分かる。第２態様における閾
値は、検出された電流変化に基づいて両者を判別する基
準となる値である。従って、閾値は、各回転数およびト
ルクに対応する実線と破線に挟まれた領域内で任意に設
定可能である。第２態様では、両者の中央値を閾値とし
て設定した。

【００７１】図１１は閾値の設定結果を示すグラフであ
る。図示する通り、閾値Ｔｈは、トルクおよび回転数の
関数として設定される。第２態様では、この設定結果を
予めマップとして記憶しておく。検出された電流変化が
この閾値Ｔｈよりも大きい場合には極性が正しく認識さ
れていると判断される。電流変化が閾値Ｔｈよりも小さ
い場合には極性が誤って認識されていると判断される。
図１１には、トルクおよび回転数が共に正の場合の設定
結果を図示したが、両者の符号の組み合わせに応じて閾
値Ｔｈを用意してもよい。

【００７２】第２態様の判定処理によれば、判定用電圧
を１回印加するだけで極性判定をすることができる。従
って、判定処理に要する時間を短縮することができる。
また、判定用電圧の印加に伴う異音を抑制することもで
きる。

【００７３】第２態様では、相を切り換えて判定用電圧
を印加する場合を例示したが、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれか
特定の相に判定用電圧を印加するものとしてもよい。か
かる場合には、判定用電圧を印加する際の電気角に応じ
て電流変化が影響を受けるため、閾値は回転数、トルク
および電気角の関数として設定しておくことが望まし
い。

【００７４】Ｅ３．第３態様の極性判定処理：第２態様
ではΔＩｐと閾値Ｔｈとの比較によって極性判定を行う
場合を例示した。判定用電圧を印加する相を切り換える
場合、ΔＩｐは、図７中におけるΔＩ１を利用すること
と同等である。つまり、電流が正のピーク時に正方向に
判定用電圧を印加することになる。かかる判定では、例
えば、要求トルクが比較的大きい場合など、駆動用電圧
のみで既に磁気飽和が生じている場合に、極性判定の精
度が低下する可能性がある。かかる場合には、極性判定
の正誤に関わらず、判定用電圧に対しては磁気飽和が生
じている時に相当する大きな電流変化が現れるからであ
る。

【００７５】かかる弊害を回避するためには、駆動電流
を抑制する方向に判定用電圧を印加することが有効であ
る。例えば、第２態様の処理において、ΔＩｐに代えて
ΔＩｎを用いればよい。これは、図９のフローチャート
で、ステップＳ３１２，Ｓ３１４を省略した処理で実現
される。この場合も第２態様と同様、電流変化と閾値と
の比較によって極性判定を行うことができる。第３態様
では、極性が正しく認識されている場合には、磁気飽和
が生じないため、電流変化は比較的小さくなる。極性が
ご認識されている場合には、磁気飽和が生じるため、電
流変化は比較的大きくなる。判断基準となる閾値は、第
２態様と同様の方法で設定可能である。

【００７６】第３態様の方法においても、相の切り替え
を伴わず、特定の相に判定用電圧を印加するものとして
もよい。特定の相に流れる電流は、電気角に応じて正負
が周期的に変化する。第３態様は、駆動電流を抑制する
方向に判定用電圧を印加する。従って、各相に流れてい
る電流の正負を検出し、この検出結果に基づいて判定用
電圧の印加方向を切り換える。つまり、正方向に電流が
流れている場合には負方向に判定用電圧を印加し、負方
向に電流が流れている場合には正方向に判定用電圧を印
加する。電流の流れる方向はπ（ｒａｄ）周期で変化す
るから、判定用電圧の印加方向もπ（ｒａｄ）周期で変
化することになる。

【００７７】第３態様の極性判定によれば、磁気飽和が
生じるほどの大きな駆動電流が流れている場合でも、精
度良く極性判定を行うことができる利点がある。また、
第２態様と同様、判定用電圧を１回印加するだけで極性
判定することができる利点もある。

【００７８】Ｅ４．第４態様の極性判定処理：図１２は
第４態様の極性判定の原理を示す説明図である。第４態
様は、正負の順に判定用電圧を印加し、それに応じて生
じる電流変化量の大小関係に基づいて極性判定を行う点
で第１態様と共通する。但し、第４態様では、判定用電
圧の印加前に駆動用電圧を０に低減する点で第１態様と
相違する。

【００７９】図１２には、極性判定時の電圧および電流
の状態を示した。ここでは、コイルに実際に印加される
電圧値を示した。図示する通り、ｔ１までの時間では、
駆動用の電圧がコイルに印加されている。また、コイル
には、この電圧に応じた電流が流れている。

【００８０】時刻ｔ１になると、極性判定を行うため、
駆動用電圧を０とする。コイルに流れる電流はこれに伴
い減衰する。電流が十分に減衰した時刻ｔ２から、正負
の順に判定用電圧を印加する。判定用電圧は、正方向の
印加時に磁気飽和を生じさせる程度の大きさに設定され
ている。従って、正負それぞれの電流変化量ΔＩ１１、
ΔＩ１２の大小関係に基づいて極性を判定することがで
きる。極性判定が終了した後、時刻ｔ３以降は、再び駆
動電圧が印加される。

【００８１】図１３は第４態様の極性判定処理のフロー
チャートである。第１態様の極性判定処理（図９）と異
なる部分のみを示した。第４態様では、第１態様と同様
の方法で判定用電圧を印加する相を決定した後（ステッ
プＳ３１０）、コイルの電圧指令値を０にする（ステッ
プＳ３１１）。こうしてコイルに流れる電流を十分に低
減させた後、判定用電圧の印加を行う（ステップＳ３１
２）。その後の処理は、第１態様（図９）と同じであ
る。

【００８２】第４態様によれば、コイルの電流を十分に
低減させてから判定用電圧を印加することにより、極性
の誤判定を抑制することができる。要求トルクが比較的
高い場合、駆動用電圧には磁気飽和に近い。かかる状態
では、判定用電圧を負方向に印加した場合でも、磁気飽
和が生じる可能性がある。第４態様では、極性判定前に
コイルの電流を抑制するため、正負いずれか一方の印加
時にのみ磁気飽和が生じ、確実に極性を判定することが
可能となる。

【００８３】ステップＳ３１１における電圧指令値は、
０に限定されない。正負いずれか一方に判定用電圧を印
加した時にのみ磁気飽和が生じる程度にコイルの電流を
抑制できる範囲の値を任意に用いることができる。

【００８４】なお、第１〜第４の態様において、判定用
電圧を印加する相の決定は、電気角の推定値に基づいて
行う場合を例示した（図８参照）。これに対し、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相にそれぞれ順次判定用電圧を印加し、極性判定
に適した顕著な電流変化が現れた相を判定に使用するも
のとしてもよい。例えば、第１態様および第４態様では
正負の判定用電圧に対する電流変化の差違が最も大きい
相を選択することができる。第２態様、第３態様では、
判定用電圧に対する電流変化が最大または最小となる相
を選択することができる。この方法は、判定用電圧を３
つの相にそれぞれ順次印加する必要があり、処理時間を
要するという欠点はあるものの、電気角の推定誤差が比
較的大きい場合でも、安定して極性判定を行うことがで
きる利点がある。

【００８５】Ｅ５．第５態様の極性判定処理：第５態様
の極性判定処理の原理について説明する。図１４は誤差
角Δθとｑ軸電流の変化量ΔＩｑの関係を示すグラフで
ある。要求トルク別に３種類を示した。曲線Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３の順に要求トルクが低い。ΔＩｑは、電気角検
出処理において式（３）に従って算出される値である。

【００８６】図示する通り、誤差角Δθが０（ｒａｄ）
近傍の領域ＰＣ１と、π（ｒａｄ）近傍の領域ＰＯ１で
は、誤差角に対するΔＩｑの傾きが相違する。第５態様
の極性判定では、傾きの相違に着目して極性判定を行
う。なお、第５態様では、「誤差角」に対する傾きを利
用するため、第１、第４態様と異なり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ
相の切り替えを考慮する必要はない。

【００８７】図１５はΔＩｑの傾きのばらつきを示す説
明図である。一定の回転数、要求トルクで５００回に亘
り、極性正常時と異常時のΔＩｑの傾きを算出し、統計
的に示した図である。正の傾きは、極性正常時の値であ
る。負の傾きは、極性異常時の傾きである。運転中は、
誤差角が変動するため、傾きにもばらつきが生じる。し
かしながら、図示する通り、正常時と異常時の傾きは、
正負で明確に区別される。従って、ΔＩｑの傾きの正負
に基づき、極性の正否を判定することができる。

【００８８】図１６は第５態様の極性判定処理のフロー
チャートである。この処理では、電気角θを２通りに変
化させてそれぞれΔＩｑを求め、それらの値を用いて傾
きを算出する。

【００８９】ＣＰＵは最初に電気角θに所定の誤差角Δ
θを加えた方向に検出用電圧を印加し（ステップＳ３３
０）、生じた電流変化量ΔＩｑ１を算出する（ステップ
Ｓ３３４）。次に、電気角θから所定の誤差角Δθを引
いた方向に検出用電圧を印加し（ステップＳ３３６）、
生じた電流変化量ΔＩｑ２を算出する（ステップＳ３３
８）。これらの処理は、それぞれ電気角検出処理のステ
ップＳ１０２〜Ｓ１０６と同様の方法で行われる。

【００９０】こうして得られたΔＩｑ１，ΔＩｑ２を用
いて、ＣＰＵは傾きΔＩｔを算出する（ステップＳ３４
０）。即ち、 ΔＩｔ＝（ΔＩｑ１−ΔＩｑ２）／（２Δθ）； である。そして、傾きΔＩｔが正であれば極性は正しく
認識され、負であれば極性は誤認識されていると判断す
る（ステップＳ３４２）。

【００９１】第５態様では、２回の検出用電圧を印加す
る場合を例示した。第５態様では、傾きΔＩｔが算出で
あれば、電圧を印加する２方向は、任意に選択可能であ
る。いずれか一方を電気角θ自体としてもよい。

【００９２】いずれか一方を電気角検出処理で印加され
た電圧およびΔＩｑで兼用することもできる。電気角検
出処理で最初に想定されている電気角に敢えて２つの異
なる誤差角を含ませてΔＩｑを算出するものとしてもよ
い。このように電気角検出処理を極性判定にも活用する
場合には、誤差角は制御の不安定化を招かない範囲で設
定することが望ましい。かかる範囲は、要求トルク、回
転数、極性判定の実行周期などに依存するため、これら
をパラメータとして誤差角を設定すればよい。第５態様
では、ΔＩｑを用いる場合を例示したが、ΔＩｄを用い
ても極性判定を行うことができる。

【００９３】Ｅ６．第６態様の極性判定処理：第６態様
では、電流変化量ΔＩｑの推移によって極性判定を行
う。極性判定の原理を図１４に基づいて説明する。

【００９４】電気角検出処理（図４のステップＳ１０
０）において、図１４中の点Ｐ１および点Ｐ２に相当す
る電流変化量ΔＩｑが検出された場合を考える。電気角
検出処理では、誤差角が±π／２（ｒａｄ）程度の範囲
に収まっているものとして電気角の検出を行う。従っ
て、電流変化量ΔＩｑに応じた誤差角は点Ｐ２相当と認
識される。この誤差角が０となるように電気角を補正す
れば、点Ｐ２は図中の矢印Ａ１方向に移動する。これに
伴って、電流変化量ΔＩｑは、徐々に低減する。

【００９５】極性が誤判定されている場合を考える。こ
れは、ＣＰＵは点Ｐ２相当の状態と認識しているにも関
わらず、実際には点Ｐ１相当の状態にある場合に相当す
る。ＣＰＵは点Ｐ２相当の誤差角に基づいて電気角を修
正するから、現実の状態は点Ｐ１から図中の矢印Ａ２方
向に移動する。この結果、電流変化量ΔＩｑは、徐々に
増加する。極性が誤判定されている場合には、電流変化
量ΔＩｑの収束までに長期間を要する。第６態様では、
かかる特定を考慮して、所定値以上の電流変化量ΔＩｑ
が長期間継続した場合に極性が誤認識されているものと
判定する。

【００９６】図１７は第６態様の極性判定処理のフロー
チャートである。ＣＰＵは、継続時間判定用の変数Ｔを
０に初期化する（ステップＳ３５０）。次に、電気角θ
方向に検出用電圧を印加し（ステップＳ３５２）、それ
に対する電流変化量ΔＩｑを算出する（ステップＳ３５
４）。算出は、先に示した式（３）を用いて行われる。

【００９７】この電流変化量ΔＩｑが所定の値Ｔｈ以下
である場合には（ステップＳ３５６）、十分収束したも
のと判断され、極性判定フラグをオフにする（ステップ
Ｓ３６４）。即ち、極性は正しく認識されているものと
判定する。閾値Ｔｈは、極性が正しく認識されている状
況下での電流変化量ΔＩｑの変動範囲を考慮して任意の
値に設定することができる。

【００９８】電流変化量ΔＩｑが閾値Ｔｈより大きい場
合（ステップＳ３５６）には、極性が誤認識されている
可能性があると判定される。従って、変数Ｔを所定値Δ
Ｔだけ増加する（ステップＳ３５８）。所定値ΔＴは、
ステップＳ３５２〜Ｓ３５８の繰り返し実行周期に相当
する値である。

【００９９】変数Ｔが所定値Ｔｔｈよりも大きい場合に
は（ステップＳ３６０）、電流変化量ΔＩｑが長期間収
束しなかったものと判定し、極性判定フラグをオンにす
る（ステップＳ３６２）。つまり、極性が誤認識されて
いるものと判定する。

【０１００】変数Ｔが所定値Ｔｔｈに満たない場合に
は、ステップＳ３５２〜Ｓ３５８の処理を繰り返し実行
する。電気角θには、実行の都度、電流変化量ΔＩｑを
反映した補正が施される。

【０１０１】所定値Ｔｔｈは電流変化量ΔＩｑの収束期
間の判断基準となる値である。極性が正常に認識されて
いる場合に収束に要する時間を考慮して任意の値を設定
可能である。所定値Ｔｔｈは、ノイズの影響によって電
流変化量ΔＩｑが一時的に大きな値となった場合の誤判
定を回避できる程度の大きさに設定することが望まし
い。

【０１０２】第６態様の極性判定処理では、ステップＳ
３５２、Ｓ３５４を電気角検出処理（図４のステップＳ
１００）で兼用することもできる。電気角検出処理で
は、電流変化量ΔＩｑが算出されるから（図５のステッ
プＳ１０６参照）、この値を用いて極性判定をするもの
としてもよい。第６態様において、電流変化ΔＩｄを用
いることも可能である。

【０１０３】Ｅ７．第７態様の極性判定処理：図１８は
第７態様の極性判定処理のフローチャートである。第７
態様の極性判定処理では、要求トルクに応じて２種類の
極性判定処理を使い分ける。つまり、ＣＰＵは要求トル
クが所定値Ｔｃｈ以下の場合には低トルク用極性判定処
理を実行する（ステップＳ３７０，Ｓ３７２）。要求ト
ルクが所定値Ｔｃｈよりも大きい場合には高トルク用極
性判定処理を実行する（ステップＳ３７０、Ｓ３７
４）。

【０１０４】低トルク用極性判定処理、高トルク用極性
判定処理は、それぞれ第１〜第６態様の極性判定を任意
に適用可能である。特に、低トルク用極性判定処理に
は、第１態様の処理を適用することが望ましい。第１態
様の処理は、磁気飽和を利用している点で低トルク時に
適した方法だからである。また、駆動用電圧を低下させ
ずに極性判定を行うため、判定時に異音や振動が生じる
可能性も低い。

【０１０５】高トルク用極性判定処理には、第７態様ま
たは第６態様の処理を適用することが望ましい。これら
の処理は、高トルク時により安定して極性判定を行うこ
とができるからである。図１４の曲線Ｃ３に着目する。
これは要求トルクが比較的小さい場合の電流変化量ΔＩ
ｑを表す曲線である。図中の領域ＰＣ３，ＰＯ３におけ
る電流変化量ΔＩｑの値およびその傾きは比較的小さ
い。これに対し、高トルク時の曲線Ｃ１では、顕著な差
違が生じる。

【０１０６】第７態様では、このように要求トルクに応
じて２種類の極性判定方法を使い分けることにより、幅
広い運転状態で安定して極性判定を行うことができる。
なお、使い分けの判断基準となる所定値Ｔｃｈは、２種
類の判定方法の特性、即ち、極性判定精度、処理に要す
る時間等を考慮して、任意に設定可能である。

【０１０７】以上で説明した本実施例のモータ制御装置
によれば、極性判定処理を適宜行うことにより、ノイズ
等の影響により、不測の誤差が生じた場合でも、その影
響を抑制することができる。この結果、制御の信頼性、
安定性を向上することができ、モータの異音、振動を抑
制することができる。

【０１０８】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフト
ウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものと
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例としてのモータ制御装置１０の概略構成
を示す説明図である。

【図２】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である。

【図３】モータ４０の等価回路を示す説明図である。

【図４】モータ制御処理のフローチャートである。

【図５】電気角検出処理ルーチンのフローチャートであ
る。

【図６】電流による磁界も含めた外部磁界Ｈと磁束密度
Ｂとの関係を示すグラフである。

【図７】第１態様の極性判定の原理を示す説明図であ
る。

【図８】電気角と電流変化量の関係を示すグラフであ
る。

【図９】第１態様の極性判定処理のフローチャートであ
る。

【図１０】極性認識の正誤に伴う電流変化の差違を示す
グラフである。

【図１１】閾値の設定結果を示すグラフである。

【図１２】第６態様の極性判定の原理を示す説明図であ
る。

【図１３】第６態様の極性判定処理のフローチャートで
ある。

【図１４】誤差角Δθとｑ軸電流の変化量ΔＩｑの関係
を示すグラフである。

【図１５】ΔＩｑの傾きのばらつきを示す説明図であ
る。

【図１６】第７態様の極性判定処理のフローチャートで
ある。

【図１７】第６態様の極性判定処理のフローチャートで
ある。

【図１８】第７態様の極性判定処理のフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０…モータ制御装置 ２２…ティース ２４…スロット ３０…モータ ３０…ステータ ３２…コイル ４０…三相同期モータ ５０…ロータ ５１〜５４…永久磁石 ７１〜７４…突極 １００…制御ユニット １０２，１０３…電流センサ １０６，１０７…フィルタ １１２，１１３…アナログディジタル変換器（ＡＤＣ） １３０…インバータ １３２…バッテリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 康己 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H560 BB04 DA15 DC12 DC13 EB01 GG03 GG04 TT08 TT12 TT15 5H576 DD02 DD04 DD05 GG04 HB01 JJ03 KK05 LL22 LL46

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルが巻回されたステータとロータと
   を有する同期モータの運転をセンサレスで制御するモー
   タ制御装置であって、 前記コイルに電圧を印加する電圧印加回路と、 該印加された電圧に応じて前記コイルに流れた電流を検
   出する電流センサと、 前記電圧と電流との関係に基づいて該ロータの電気角の
   推定値に含まれる誤差を逐次補正しながら、該推定値に
   基づいて該同期モータに駆動用の電圧を印加するよう前
   記電圧印加回路を制御する駆動制御手段と、 前記同期モータの回転中に、所定のタイミングで、前記
   ロータの極性を判定する極性判定手段とを備え、 前記極性判定手段は、 所定の判定用電圧を印加するように前記電圧印加回路を
   制御する判定用電圧印加手段と、 前記電流センサで検出された電流の変化に基づいて、極
   性の判定を行う判定手段を有するモータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記駆動制御手段は、前記極性判定の結
   果をも反映した補正を行う手段である請求項１記載のモ
   ータ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記駆動制御手段は、 所定の検出用電圧を印加するように前記電圧印加回路を
   制御する検出用電圧印加手段と、 前記電流センサで検出された電流値を用いた所定の演算
   により前記推定値と真値との誤差角を求める誤差角特定
   手段と、 該誤差角を反映させて前記推定値の補正を行う反映手段
   とを有する手段であるモータ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記誤差角特定手段は、前記同期モータのｄ軸方向の電
   流変化量ΔＩｄ、ｑ軸方向の電流変化量ΔＩｑの多項式
   をパラメータとする比例項、積分項を含む所定の演算式
   により前記誤差角を求める手段であるモータ制御装置。
5. 【請求項５】 前記判定用電圧印加手段は、所定の相に
   対して、前記ロータの極性に応じて該相に磁気飽和を生
   じさせ得る大きさの前記判定用電圧を印加する手段であ
   る請求項１記載のモータ制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記判定用電圧印加手段は、前記判定用電圧を正方向お
   よび負方向に交互に印加する手段であり、 前記判定手段は、正方向と負方向の判定用電圧に応じて
   生じた電流の大小関係に基づいて極性判定を行う手段で
   あるモータ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記極性判定手段は、前記判定用電圧の印加に先立っ
   て、前記コイルに流れる電流を磁気飽和が生じない範囲
   まで抑制する電圧を印加する抑制電圧印加手段を備える
   モータ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記判定用電圧印加手段は、前記判定用電圧を各判定に
   つき１回だけ印加し、前記判定手段は、該判定用電圧に
   応じて生じた電流と所定の閾値との大小関係に基づいて
   極性判定を行うモータ制御装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載のモータ制御装置であっ
   て、 前記判定用電圧印加手段は、前記所定の相に流れている
   電流を低減する方向に前記判定用電圧を印加するモータ
   制御装置。
10. 【請求項１０】 前記所定の相は、電気角の推定値に応
    じて定められている請求項５記載のモータ制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項１記載のモータ制御装置であっ
    て、 前記判定用電圧印加手段は、電気角に対し相対的に定ま
    る所定方向に前記判定用電圧を印加する手段であり、 前記判定手段は、極性正常時における電流変化の範囲か
    ら外れる電流変化が所定期間継続して現れた場合に極性
    異常と判定する手段であるモータ制御装置。
12. 【請求項１２】 請求項１記載のモータ制御装置であっ
    て、 前記判定用電圧印加手段は、電気角に応じて相対的に定
    まる少なくとも２方向に前記判定用電圧を印加する手段
    であり、 前記判定手段は、該２方向それぞれで該判定用電圧に応
    じて生じた電流変化の相違に基づいて極性を判定する手
    段であるモータ制御装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のモータ制御装置であ
    って、 前記２方向は、前記同期モータへの要求トルクに応じて
    予め定められた方向であるモータ制御装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載のモータ制御装置であっ
    て、 判定用電圧印加手段として電気角の推定値に応じて定ま
    る所定の相に対して前記判定用電圧を印加する手段を備
    える第１の極性判定手段と、 判定用電圧印加手段として電気角に対し相対的に定まる
    所定方向に前記判定用電圧を印加する手段を備える第２
    の極性判定手段と、 前記同期モータの運転状態に応じて前記第１の極性判定
    手段と前記第２の極性判定手段とを切り替えて極性判定
    を行う切替手段とを備えるモータ制御装置。
15. 【請求項１５】 コイルが巻回されたステータとロータ
    とを有する同期モータの運転をセンサレスで制御するモ
    ータ制御方法であって、（ａ） 前記コイルに印加され
    た電圧と該電圧に応じて流れる電流との関係に基づい
    て、前記ロータの電気角の誤差を逐次補正しながら、前
    記同期モータを駆動する工程と、（ｂ） 前記同期モー
    タの回転中に、所定のタイミングで、前記コイルに所定
    の判定用電圧を印加し、該電圧に応じて生じた電流の変
    化に基づいて、前記ロータの極性を判定する工程とを備
    えるモータ制御方法。