JP2003088157A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JP2003088157A JP2001271746A JP2001271746A JP2003088157A JP 2003088157 A JP2003088157 A JP 2003088157A JP 2001271746 A JP2001271746 A JP 2001271746A JP 2001271746 A JP2001271746 A JP 2001271746A JP 2003088157 A JP2003088157 A JP 2003088157A
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    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転速度あるいは負荷トルクといった運転条
件によって、最適通電位相が動的に変化するリラクタン
ストルクを活用したモータに対して、どのような運転状
況においてもリアルタイムに最適通電位相を探索して最
高効率運転あるいは最大トルク運転を低コストで実現す
るモータ制御装置を提供する。 【解決手段】 モータの回転速度と回転速度設定値との
比較結果に基づいて、最大効率制御モードおよび最大ト
ルク制御モードの二つの制御モードを切り替える制御モ
ード切替手段１３の出力信号に応じて、通電位相設定手
段１４は、所定時間毎にモータ効率あるいは出力トルク
が最大となるように通電位相の設定を行なう。設定され
た通電位相設定値と回転子位相検出手段によって検出さ
れた回転子位相とに基づいて、通電分配手段がモータへ
の通電タイミングを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータ制御装置に関
し、特に、電機子巻線のインダクタンス変化および電機
子電流に伴なって発生するリラクタンストルクを利用す
るモータ、あるいはリラクタンストルクと永久磁石の磁
束および電機子電流に伴なって発生するマグネットトル
クとを併用して利用するモータを用いた、モータ制御装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電機子巻線のインダクタンス変化および
電機子電流に伴なって発生するリラクタンストルクと、
永久磁石の磁束および電機子電流に伴なって発生するマ
グネットトルクとを併用して利用する種類のブラシレス
モータとしては、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋
め込み型磁石構造のモータ（以下、ＩＰＭ（Interior P
ermanent Magnet）モータと称する）が一般的に用いら
れている。
【０００３】このＩＰＭモータにおけるトルク発生原理
については、例えば、文献「リラクタンストルク応用電
動機の現状と動向（電気学会論文誌D,119巻10号,平成11
年）」などに詳細に示されている。
【０００４】図１５は、ＩＰＭモータにおける電機子コ
イルへ電流を流すタイミング、すなわち通電位相と、発
生トルクの関係の一例を示す図である。図１５に示すよ
うに、マグネットトルクＴＭ は、進み通電位相β が0゜
の時に最大となり、その波形は位相0゜の時の値をピーク
とするcosβ で表される。また、リラクタンストルクＴ
Ｒ は、進み通電位相β が45゜の時に最大となり、その
波形は位相45゜の時の値をピークとするsin2β で表され
る。ここで、モータの出力トルクTは、マグネットトル
クＴＭ とリラクタンストルクＴＲ の加算値となってお
り、式(１)のように表される。
【数１】 (１)
【０００５】上式において、ｎｐ は極対数、Λ０は永
久磁石による電機子磁束鎖交数、Iは電機子電流、Ｌ
ｄ ，Ｌｑ は電機子巻線のｄ軸およびｑ軸インダクタン
スである。また、式(１)において、第一項はマグネット
トルクＴＭ を、第二項はリラクタンストルクＴＲ を表
している。
【０００６】ここで、式(１)からも明らかなように、電
機子電流の増減に伴なうマグネットトルクＴＭ および
リラクタンストルクＴＲ の変化は同じ割合にはならな
い。そのため、出力トルクTが最大となる進み通電位相
β は、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転
条件によって変化する。すなわち、効率が最大となる通
電位相β は、運転条件によって動的に変化する。
【０００７】また、図１５におけるマイナストルク領域
のように、出力トルクが極端に低くなってしまう通電位
相の範囲が存在するため、通電位相によってはモータの
脱調や極端な効率の低下が生じてしまう。
【０００８】このようなＩＰＭモータにおいて、その効
率を高めるための制御方法として、例えば図１６に示す
特開２０００−２０９８８６号公報に記載のモータ制御
装置が提案されている。図１６において、主回路は交流
電源１６１と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１６２と、スイッチング素子を直列に２個
接続したものを３組並列に接続してなり、直流電力を交
流電力に変換するインバータ２と、インバータ２により
変換された交流電力により駆動するＩＰＭモータ１６３
から構成されている。
【０００９】一方、制御回路では、主回路に取り付けら
れたＣＴおよび電源電流検出手段１６４より検出される
電源電流と、電源電流の前歴値およびその時の通電位相
設定値と、電源電流の現在値およびその時の通電位相設
定値との比較が行なわれ、比較結果に基づいて、所定時
間毎に、ＩＰＭモータ１６３における効率が最大となる
ように新たな通電位相設定値を設定する通電位相設定手
段１６５と、モータの回転子位相を検出する回転子位相
検出手段１１と、通電位相設定手段１６５で新たに設定
された通電位相設定値と回転子位相検出手段１１で検出
された回転子位相とに基づいて、インバータ２のスイッ
チング素子に対するゲート信号を出力する通電分配手段
１５から構成されている。
【００１０】上記の例では、逐次、電源電流が最小とな
るような最適通電位相を探索して最高効率運転を実現す
るものであるが、この他の例として、特開平０８−８０
３７９７号公報に記載のモータ制御装置のように、比較
演算を行なわずにテーブル参照方式にて電源電流が最小
となるような最適通電位相を設定する方法も提案されて
いる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、最高効率運転を達成するためには、電源
電流の検出が必要不可欠であり、電源電流検出器および
電源電流検出手段といった回路構成要素の部品数が増加
することによりコストがアップするだけでなく、電源電
流の検出による遅延時間の増加あるいは回路部品公差に
よるバラツキのによる検出誤差等の悪影響を抑制するた
めの別の手段が必要になり、それに伴なって、さらに構
成要素の部品数の増加あるいは演算量の増加が生じてし
まうという課題を有していた。
【００１２】また、上記従来の構成では、交流電源を前
提としているため、例えば電気自動車等のバッテリ駆動
のモータ制御装置では実現不可能であるため汎用性に欠
けるという課題を有していた。
【００１３】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、回転速度あるいは負荷トルクといった運転
条件によって、最適通電位相が動的に変化するリラクタ
ンストルクを活用したモータに対して、どのような運転
状況においてもリアルタイムに最適通電位相を探索して
最高効率運転あるいは最大トルク運転を低コストで実現
するモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によるモータ制御装置は、少なくとも電機子
巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発
生するリラクタンストルクを利用するモータの制御装置
であって、回転子の回転位相を検出する回転子位相検出
手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転位相
より得られる前記モータの回転出力に関する値と、予め
設定された回転出力に関する基準値とを比較する比較手
段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モ
ードを切り替え設定する制御モード切替手段と、前記制
御モード切替手段により切り替え設定された制御モード
に基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通電位相
設定手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転
位相と前記通電位相設定手段で設定された通電位相値か
ら、前記モータにおける各駆動素子毎に通電信号を分配
する通電分配手段とを有する。
【００１５】前記比較手段により、前記モータの回転出
力に関する値が前記設定された基準値以下であると判定
された場合は、前記制御モード切替手段は最大効率制御
モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータの
モータ効率が最大となる通電位相を設定し、前記比較手
段により、前記モータの回転出力に関する値が前記設定
された基準値よりも大きいと判定された場合は、前記制
御モード切替手段は最大トルク制御モードを選択して前
記通電位相設定手段は前記モータの出力トルクが最大と
なる通電位相を設定する。
【００１６】前記モータの回転出力に関する値は前記モ
ータの回転速度であり、前記予め設定された基準値は回
転速度設定基準値であってもよい。
【００１７】上記の構成によって、低速領域ではモータ
効率が最大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ
最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、そ
れぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることがで
き、全速度領域で極めて優れた速度制御が実現できる。
【００１８】また、前記モータの回転出力に関する値は
前記モータに供給する印加電圧の通電率と前記モータに
供給する印加電圧の最大値により一義的に導かれる補正
通電率であり、前記予め設定された基準値は補正通電率
設定基準値であってもよい。
【００１９】上記の構成によって、軽負荷領域ではモー
タ効率が最大となり、重負荷領域では出力トルクがそれ
ぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であ
り、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図るこ
とができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制御が実現
できる。
【００２０】また、前記モータの回転出力に関する値
は、前記補正通電率と前記モータの回転速度とにより一
義的に導かれる等価モータ出力であり、前記予め設定さ
れた基準値は等価モータ出力設定基準値であってもよ
い。
【００２１】上記の構成によって、低出力領域ではモー
タ効率が最大となり、高出力領域では出力トルクがそれ
ぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であ
り、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図るこ
とができ、全負荷領域で極めて優れた速度・トルク制御
が実現できるだけでなく、等価モータ出力を演算により
導出しているため、電気自動車等で必要とされる高精度
な定出力制御が実現可能である。
【００２２】また、前記制御モード切替手段は、前記制
御モードの切り替えの前後でヒステリシスを具備するこ
とにより、制御モードの切替えを安定して行う手段を有
することもできる。
【００２３】上記の構成によって、制御モードの切り替
えに伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が
可能であり、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００２４】また、前記最大効率制御モードでは、前記
モータに供給する印加電圧の通電幅を基本通電幅に設定
し、前記最大トルク制御モードでは、前記モータの回転
速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつ
に応じて、前記通電幅を変更する通電幅変更手段を有す
ることもできる。
【００２５】上記の構成によって、高速領域あるいは重
負荷領域における矩形波通電時の位置センサレス制御の
信頼性の向上を図ることが可能であり、基本通電幅で固
定する場合に比べてさらに高速領域あるいは重負荷領域
まで位置センサレス制御が実現可能である。
【００２６】また、前記通電幅変更手段は、前記通電幅
の変更の前後でヒステリシスを具備することにより、通
電幅の変更を安定して行う手段を有することもできる。
【００２７】上記の構成によって、通電幅の変更に伴な
う制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であ
り、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００２８】また、前記通電幅変更手段は、前記モータ
の回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれか
ひとつに応じて設定される前記通電幅の下限値の範囲内
において前記通電幅を変更することもできる。
【００２９】上記の構成によって、通電幅の設定値はモ
ータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれか
ひとつに応じて設定される下限値の範囲内に常時設定さ
れるため、例えば回転速度が大幅に変更した場合でも、
モータの脱調や大幅な効率低下を防止することが可能で
あり、さらに安定したモータ駆動系を実現できる。
【００３０】また、前記通電幅変更手段は、前記モータ
の回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれか
ひとつに対して、前記モータの通電幅設定値を出力する
通電幅保持手段をさらに有し、前記モータの回転速度ま
たは前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じ
て前記通電幅保持手段から該当する通電幅を読み出すこ
ともできる。
【００３１】上記の構成によって、モータの回転速度ま
たは補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて通
電幅設定値を出力するデータテーブルを有することによ
り、通電幅変更に伴なう演算時間を大幅に短縮すること
が可能であり、通電幅変更に伴なう演算が不必要である
ため、演算誤差を減少させることが可能である。
【００３２】さらに、前記通電幅変更手段は、前記モー
タの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれ
かひとつに対して、前記モータの通電幅の変化特性を規
定する値を保持した通電幅設定値保持手段と、前記通電
幅設定値保持手段に保持した値に基づいて通電幅を線形
補間する通電幅線形補間手段とをさらに有し、前記モー
タの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれ
かひとつに応じて前記通電幅設定値保持手段から該当す
る値を読み出し、前記通電幅線形補間手段により線形補
間することもできる。
【００３３】上記の構成によって、データテーブル上に
通電幅設定値が無い場合においても、データテーブル上
の値から線形補間をすることにより、より高精度に通電
幅の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を伴な
わないため、演算装置の負荷増大によるコストアップを
防止することが可能である。
【００３４】また、前記通電位相設定手段は、前記最大
効率制御モードでは前記補正通電率が最小となるように
前記補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値
と、前記補正通電率の現在値およびその時の通電位相設
定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位
相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな
通電位相設定値を設定し、前記最大トルク制御モードで
は前記補正通電率の現在値と前記補正通電率の基準値と
を比較し、前記補正通電率の現在値が前記補正通電率の
基準値以上ならば前記通電位相設定値を所定の通電位相
変化量だけ増加させることもできる。
【００３５】上記の構成によって、最大効率制御モード
では補正通電率が最小となるように補正通電率の前歴値
およびその時の通電位相設定値と、補正通電率の現在値
およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ比較し、比
較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の通電位相変
化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を設定してい
るため、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転
条件が変動する場合にも、逐次、最適な通電位相を探索
して設定し、常時モータ効率を最大とすることが可能で
ある。また、最大トルク制御モードでは補正通電率の現
在値と補正通電率の基準値とを比較し、補正通電率の現
在値が補正通電率の基準値以上ならば通電位相設定値を
所定の通電位相変化量だけ増加させるため、常時出力ト
ルクを最大とすることが可能である。よって、どのよう
な運転状況においても常に最適な通電位相設定を行なう
ことができ、モータ効率または出力トルクが極めて優れ
たモータ駆動系を実現できる。
【００３６】また、前記通電位相設定手段は、前記補正
通電率の前歴値と現在値との差分により、前記通電位相
変化量を補償することもできる。
【００３７】上記の構成によって、通電位相設定値を増
減させる単位量となる通電位相変化量が、補正通電率の
前歴値と現在値の変化の割合に基づいて線形補償される
ので、通電位相設定値を、モータの回転速度あるいは負
荷トルク等の運転条件によって変動する最適通電位相に
高速に設定することが可能であるとともに、通電位相設
定値が最適通電位相に収束した後の位相変動も抑制する
ことが可能である。
【００３８】また、前記通電位相設定手段は、前記モー
タの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以
下の場合においてのみ前記通電位相を変更し、前記モー
タの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値よ
り大きい場合においては、あらかじめ前記モータの回転
速度に応じて設定された通電位相を出力することもでき
る。
【００３９】上記の構成によって、モータの回転速度の
前歴値と現在値との差分がある所定値以下の場合におい
てのみ通電位相を変更し、それ以外の場合においては、
あらかじめモータの回転速度に応じて設定された通電位
相を出力するため、モータの回転速度が大幅に変更した
場合においても、通電位相設定値が、その回転速度にお
いてある程度適した通電位相に設定することが可能であ
り、モータの脱調や極端な効率の低下を防止することが
できる。
【００４０】また、前記通電位相設定手段は、前記通電
位相の変更の前後でヒステリシスを具備した通電位相変
更手段を有することもできる。
【００４１】上記の構成によって、通電位相の変更に伴
なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能で
あり、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００４２】また、前記通電位相設定手段は、前記モー
タの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれ
かひとつに応じて設定される前記通電位相の上限値と下
限値の範囲内において前記通電位相設定値を所定の通電
位変化量だけ増減させることもできる。
【００４３】上記の構成によって、通電位相設定値はモ
ータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれか
ひとつに応じて設定される上限値と下限値の範囲内にお
いて通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減さ
せるため、モータの回転速度が大幅に変更した場合にお
いても、最適通電位相の探索処理において、モータの脱
調や極端な効率の低下を防止することが可能であり、位
置センサレス制御における信頼性の向上を図ることが可
能である。
【００４４】また、前記通電位相設定手段は、前記モー
タに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率
あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひ
とつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトル
クの最大値を具現できる位相を保持した通電位相保持手
段をさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電
幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速
度の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相
保持手段から該当する通電位相設定値を前記モータ効率
あるいは前記モータトルクをほぼ最大にする位相として
読み出すこともできる。
【００４５】上記の構成によって、モータに供給する印
加電圧の通電幅もしくは補正通電率あるいはモータの回
転速度の少なくともいずれかひとつに応じて通電位相設
定値を出力するデータテーブルを有することにより、通
電位相の設定に伴なう演算時間を大幅に短縮することが
可能であり、通電位相の設定に伴なう演算が不必要であ
るため、演算誤差を減少させることが可能である。
【００４６】また、前記通電位相設定手段は、前記モー
タに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率
あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひ
とつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトル
クの最大値を得ることができる位相の変化特性を規定す
る値を保持した通電位相設定値保持手段と、前記通電位
相設定値保持手段に保持した値に基づいて通電位相を線
形補間する通電位相線形補間手段とをさらに有し、前記
モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通
電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれ
かひとつに応じて、前記通電位相設定値保持手段から該
当する値を読み出し、前記通電位相線形補間手段により
線形補間し、前記モータ効率あるいは前記モータトルク
を最大にする位相として設定することもできる。
【００４７】上記の構成によって、データテーブル上に
通電位相設定値が無い場合においても、データテーブル
上の値から線形補間をすることにより、より高精度に通
電位相の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を
伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコストアッ
プを防止することが可能である。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。 （実施の形態１）本発明に係るモータ制御装置の一実施
例のシステム構成を図１に示す。図１において、主回路
は直流電源１と、スイッチング素子を直列に２個接続し
たものを３組並列に接続してなり、直流電力を交流電力
に変換するインバータ２と、インバータ２により変換さ
れた交流電力により駆動するモータ３から構成されてい
る。
【００４９】一方、制御回路では、回転子位相検出手段
１１より検出される回転子位相により導出されるモータ
の回転速度ωと予め設定された回転速度設定値ωRとの
速度誤差を演算する速度誤差演算器１２と、速度誤差の
正負判別に基づいて、最大効率制御モードおよび最大ト
ルク制御モードの二つの制御モードを切り替える制御モ
ード切替手段１３と、制御モード切替手段１３の出力信
号に応じて所定時間毎にモータ効率あるいは出力トルク
が最大となるように通電位相設定値を設定する通電位相
設定手段１４と、通電位相設定手段１４により設定され
る通電位相設定値と回転子位相検出手段１１より検出さ
れる回転子位相θとに基づいて、インバータ２のスイッ
チング素子に対するゲート信号を出力する通電分配手段
１５から構成されている。
【００５０】具体的には、速度誤差Δωは、モータの回
転速度ωと回転速度設定値ωＲより式(２)のように表さ
れる。
【数２】 (２)
【００５１】また、制御モード切替手段１３の出力信号
ε は、速度誤差Δωより式(３)のように表される。
【数３】 (３)
【００５２】ここで、速度誤差Δωが正のとき、すなわ
ち、モータの回転速度ωが回転速度設定値ωＲよりも小
さくなる低速領域では、制御モード切替レベルがLowと
なり最大効率制御モードに切替わり、逆に速度誤差Δω
が負のとき、すなわち、モータの回転速度ω が回転速
度設定値ωＲよりも大きくなる高速領域では、制御モー
ド切替レベルがHighとなり最大トルク制御モードに切替
わる。
【００５３】また、通電位相設定手段１４では、制御モ
ード切替手段１３の出力信号ε に基づき、モータに供
給する印加電圧の通電率によって、次のように通電位相
設定値の最適化を図る。
【００５４】まず、制御モード切替レベルがLowの場合
（Δωが正）について説明する。この場合、最大効率制
御モードに切替わるため、モータ効率が最大となる通電
位相の設定を行なう。そこで、通電率の前歴値およびそ
の時の通電位相設定値をそれぞれδｌａｓｔ,β
ｌａｓｔとし、通電率の現在値およびその時の通電位相
設定値をそれぞれδｎｏｗ,βｎｏｗとすると、通電率
誤差Δδと通電位相設定値誤差Δβはそれぞれ式(４)の
ように表される。
【数４】 (４)
【００５５】また、通電率誤差Δδと通電位相設定値誤
差Δβを用いると、通電位相設定値βは式(５)のように
設定される。
【数５】 (５)
【００５６】ここで、βδは通電位相変動量である。例
えば、通電位相設定値β を通電位相変動量βδだけ増
加させた場合について考えると、通電率δ が増加した
ときは通電位相設定値β が最適な通電位相からはずれ
てしまうため、次回の通電位相設定値β を減少させる
ように動作させ、逆に通電率δ が減少したときは通電
位相設定値β が最適な通電位相に近づいているため、
次回の通電位相設定値βをさらに増加させるように動作
させることで、通電位相設定値の最適化を図ることが可
能である。
【００５７】次に、制御モード切替レベルがHighの場合
（Δω が負）について説明する。この場合、最大トル
ク制御モードに切替わるため、出力トルクが最大となる
通電位相の設定を行なう。そこで、通電率の現在値およ
びその時の通電位相設定値をそれぞれδｎｏｗ,β
ｎｏｗとし、通電率設定値をδｓとすると、通電率誤差
Δδｓは 式(６)のように表される。
【数６】 (６)
【００５８】また、通電位相設定値β は式(７)のよう
に表される。
【数７】 (７)
【００５９】ここで、先程と同様にβδは通電位相変動
量である。例えば、通電率δ が通電率設定値δｓより
も大きくなった場合は、電圧飽和によって出力トルクが
限界点に達するのを避けるため、次回の通電位相設定値
βδ をさらに増加させるように弱め界磁制御として動
作させることで、出力トルクの限界点をより大きくする
ことが可能である。逆に、通電率δ が通電率設定値δ
ｓよりも小さくなった場合は、前回の通電位相の設定を
継続すれば良い。
【００６０】以上により、低速領域ではモータ効率が最
大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ最大とな
る通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能であ
り、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図るこ
とができ、全速度領域で極めて優れた速度制御が実現で
きる。
【００６１】なお、上記の説明では、回転速度設定値ω
Ｒを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要は
なく、いくつかの回転数設定値を設定し、各領域におい
て最大効率制御モードあるいは最大トルク制御モードを
切り替えるようにしても良い。
【００６２】（実施の形態２）本発明に係るモータ制御
装置の第二の実施例のシステム構成を図２に示す。図１
に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示し
てあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。
【００６３】図２において、制御モード切替手段１３
は、モータに供給する印加電圧の通電率を印加電圧の最
大値により補正演算を行なう通電率補正演算部２１の出
力信号である補正通電率σと予め設定された補正通電率
設定値σＲとの補正通電率誤差Dsを補正通電率誤差演算
器２２により演算し、補正通電率誤差の正負判別に基づ
いて、最大効率制御モードおよび最大トルク制御モード
の二つの制御モードを切り替えるものである。
【００６４】具体的には、補正通電率σ は、通電率δ
と印加電圧の最大値Vdcより式(８)のように表される。
【数８】 (８)
【００６５】ここで、Vdc_nowおよびVdc_lastはそれぞ
れ印加電圧の最大値の現在値と前歴値であり、K1は比例
定数、Pは微分演算子、KP1、KI1はそれぞれ比例ゲイン
および積分ゲインである。電源電圧が急激に変動する場
合に対応するため、式(８)のように、 印加電圧の最大
値の現在値と前歴値との差をPI補償している。
【００６６】また、補正通電率誤差Δσは、補正通電率
σ と補正通電率設定値σＲより式(９)のように表され
る。
【数９】 (９)
【００６７】また、制御モード切替手段１３の出力信号
ε は、補正通電率誤差Δσ より式(１０)のように表さ
れる。
【数１０】 (１０)
【００６８】ここで、補正通電率誤差Δσ が正のと
き、すなわち、補正通電率σ が補正通電率設定値σＲ
よりも小さくなる軽負荷領域では、制御モード切替レベ
ルがLowとなり最大効率制御モードに切替わり、逆に補
正通電率誤差Δσ が負のとき、すなわち、補正通電率
σ が補正通電率設定値σＲよりも大きくなる重負荷領
域では、制御モード切替レベルがHighとなり最大トルク
制御モードに切替わる。また、通電位相設定手段１４の
具体的方法については、実施の形態１の方法を用いれば
良い。
【００６９】以上により、軽負荷領域ではモータ効率が
最大となり、重負荷領域では出力トルクがそれぞれ最大
となる通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能
であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図
ることができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制御が
実現できる。
【００７０】なお、上記の説明では、補正通電率設定値
σＲを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要
はなく、いくつかの補正通電率設定値を設定し、各領域
において最大効率制御モードあるいは最大トルク制御モ
ードを切り替えるようにしても良い。
【００７１】なお、式(８)の補正通電率の補正演算では
PI補償を行なっているが、電源電圧が急激に変動しない
場合には必ずしもPI補償を行なう必要はない。
【００７２】（実施の形態３）本発明に係るモータ制御
装置の第三の実施例のシステム構成を図３に示す。図１
に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示し
てあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。
【００７３】図３において、モータに供給する印加電圧
の通電率を印加電圧の最大値により補正演算を通電率補
正演算部２１で行ない、補正通電率σとモータの回転速
度ωとの積和演算を行なう等価モータ出力演算器３１の
出力信号である等価モータ出力Ｐｏと予め設定された等
価モータ出力設定値ＰｏＲとの等価モータ出力誤差ΔＰ
ｏを等価モータ出力誤差演算器３２で演算し、制御モー
ド切替手段１３は、等価モータ出力誤差ΔＰｏの正負判
別に基づいて、最大効率制御モードおよび最大トルク制
御モードの二つの制御モードを切り替えるものである。
具体的な方法は以下の通りである。
【００７４】まず、通電率補正演算部２１の具体的方法
は、実施の形態２の方法を用いれば良い。
【００７５】次に、等価モータ出力Ｐｏは、補正通電率
σ とモータの回転速度ω より式(１１)のように表され
る。
【数１１】 (１１)
【００７６】ここで、ωｎｏｗおよびωｌａｓｔはそれ
ぞれモータの回転速度の現在値と前歴値であり、Ｋ２は
比例定数、Ｐは微分演算子、ＫＰ２、ＫＩ２はそれぞれ
比例ゲインおよび積分ゲインである。モータの回転速度
が急激に変動する場合に対応するため、式(１１)のよう
に、 モータの回転速度の現在値と前歴値との差をPI補
償している。また、等価モータ出力誤差ΔＰｏは、等価
モータ出力Ｐｏ と等価モータ出力設定値ＰｏＲより式
(１２)のように表される。
【数１２】 (１２)
【００７７】また、制御モード切替手段１３の出力信号
e は、等価モータ出力誤差ΔＰｏより式(１３)のように
表される。
【数１３】 (１３)
【００７８】ここで、等価モータ出力誤差ΔＰｏ が正
のとき、すなわち、等価モータ出力Ｐｏが等価モータ出
力設定値ＰｏＲよりも小さくなる低出力領域では、制御
モード切替レベルがLowとなり最大効率制御モードに切
替わり、逆に等価モータ出力設定値ΔＰｏ が負のと
き、すなわち、等価モータ出力Ｐｏが等価モータ出力設
定値ＰｏＲよりも大きくなる高出力領域では、制御モー
ド切替レベルがHighとなり最大トルク制御モードに切替
わる。
【００７９】また、通電位相設定手段１４の具体的方法
については、実施の形態１の方法を用いれば良い。
【００８０】以上により、低出力領域ではモータ効率が
最大となり、高出力領域では出力トルクがそれぞれ最大
となる通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能
であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図
ることができ、全負荷領域で極めて優れた速度・トルク
制御が実現できるだけでなく、等価モータ出力を演算に
より導出しているため、電気自動車等で必要とされる高
精度な定出力制御が実現可能である。
【００８１】なお、上記の説明では、等価モータ出力設
定値ＰｏＲ を一つに設定しているが、必ずしも一つで
ある必要はなく、いくつかの等価モータ出力設定値を設
定し、各領域において最大効率制御モードあるいは最大
トルク制御モードを切り替えるようにしても良い。
【００８２】なお、式(１１)の等価モータ出力の積和演
算ではPI補償を行なっているが、モータの回転速度が急
激に変動しない場合には必ずしもPI補償を行なう必要は
ない。
【００８３】（実施の形態４）図４は本発明に係る制御
モード安定切替手段の一実施例であり、実施の形態１の
モータ制御装置において回転速度設定値が一つだけ設定
された場合の制御モード安定切替手段である。
【００８４】回転速度設定値ωＲを境界にωｓの変動幅
を持つヒステリシス特性を付与したものであり、回転速
度設定値ωＲ付近の速度変動に対して安定に制御モード
の切り替えを行なうことが可能である。
【００８５】ここで、変動幅ωｓを適切に選んでやれ
ば、制御モードの切り替えに伴なうモータ効率の低下あ
るいは出力トルクの低下を最小減に抑えることが可能で
ある。なお、図４のヒステリシス特性において、制御モ
ードの切り替わりが急であるが、これに傾きを付与して
制御モードの切り替わりを緩やかにすることで、さらに
制御安定性の向上を図ることが可能である。
【００８６】なお、上記の説明では、回転速度設定値ω
Ｒを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要は
なく、いくつかの回転数設定値を設定し、それぞれにヒ
ステリシス特性を付与しても良い。なお、上記の説明で
は、回転速度設定値に対してヒステリシス特性を付与し
ているが、前述の補正通電率設定値σＲまたは等価モー
タ出力設定値ＰｏＲに対してもそれぞれ変動幅を持たせ
てヒステリシス特性を付与しても良い。
【００８７】（実施の形態５）図５は、本発明に係る通
電分配手段１５の通電幅において、補正通電率設定値σ
Ｒに対して変動幅を付与して通電幅を変更する方法を示
す一実施例であり、実施の形態１のモータ制御装置にお
いて、回転速度設定値ωＲが一つだけ設定された場合
の、制御モードを安定して切替える制御モード切替方法
を示す。
【００８８】モータ回転速度が回転速度設定値ωＲ以下
では、通電幅を基本値に設定し、回転速度設定値ωＲ以
上ではモータ速度に反比例するように通電幅の設定を行
なうことで、例えば、非通電区間を有する矩形波通電時
の位置センサレス運転を行なう際に、高速領域あるいは
重負荷領域においてインバータ２における還流ダイオー
ドを流れる電流の還流期間が増加しても、信頼性を損な
うことなく位置センサレス運転が可能である。
【００８９】特に、インダクタンス値の大きなモータに
対しては、さらに還流期間が増加してしまうため、非常
に有効な手段となり得る。また、この際通電幅の下限値
に達した場合は、通電幅を固定させ、通電幅が狭くなり
過ぎるのを防止することで、モータがトルク不足となっ
て脱調することを防止することが可能である。
【００９０】以上により、高速領域あるいは重負荷領域
における矩形波通電時の位置センサレス制御の信頼性の
向上を図ることが可能であり、基本通電幅で固定する場
合に比べてさらに高速領域あるいは重負荷領域まで位置
センサレス制御が実現可能である。
【００９１】なお、上記の説明では、モータ速度に対し
て反比例するように通電幅の設定を行なっているが、前
述の補正通電率に対して反比例するように通電幅の設定
を行なっても良い。
【００９２】また、図６は本発明に係る上記通電幅を安
定に変更する方法の一実施例を示す図であり、図５に示
す通電幅変更方法において、階段状に通電幅の設定を行
なうものであり、モータ速度が急変した場合に通電幅が
急変するのを防止することで、モータの速度変動あるい
は脱調等の不安定要素を取り除くことができ、これによ
り制御安定性の向上を図ることが可能である。
【００９３】なお、ヒステリシス特性を付与することで
も同等の効果を得ることができる。また、図７は本発明
に係る通電幅変更方法の他の実施例を示し、図５のモー
タ速度ωに反比例するように通電幅の設定を行なう通電
幅変更方法に対して、さらに補正通電率σ に対して反
比例するような通電幅の設定も併せて行なうものであ
る。
【００９４】モータ速度の現在値ωｎｏｗ および補正
通電率の現在値σｎｏｗを読み込み、それぞれモータ速
度−通電幅特性および補正通電率−通電幅特性から該当
する通電幅の設定値ＷωおよびＷσを読み出す。そこ
で、新たな通電幅の設定値Ｗｎ ｏｗはＷωおよびＷσに
より式(１４)のように表される。
【数１４】 (１４)
【００９５】すなわち、モータ速度−通電幅特性から得
られたＷωと補正通電率−通電幅特性から得られたＷσ
との平均値を新たな通電幅の設定値とするものである。
【００９６】以上により、モータ速度および負荷トルク
に応じて最適な通電幅の設定を行なうことが可能であ
る。なお、上記の説明では、ＷωおよびＷσの重みを１
対１として平均値を求めているが、必ずしも１対１で平
均値を求める必要はなく、運転状況に応じて片方の設定
を優先させるため、どちらかに重みをつけて平均値を求
めても良い。
【００９７】（実施の形態６）図８は本発明に係る通電
幅を保持する方法の一実施例を示すものであり、あらか
じめ実験等によりモータ速度ωおよび補正通電率σに対
して、最適な通電幅を測定しておき、この測定結果をテ
ーブルとしてモータ制御装置の記憶部（不図示）に保持
するものである。ただし、この場合にはモータ速度およ
び補正通電率に応じて該当する最適な通電幅設定値をテ
ーブルから読み出すことになる。
【００９８】ここで、運転条件によりテーブル上に通電
幅設定値が無いような場合、例えば、図８においてモー
タ速度が600rpmで補正通電率が13%のときには、Ｗ１１
のように最も運転条件が近いときの通電幅設定値を用い
る。なお、データテーブルを詳細に保持すれば、モータ
効率および出力トルクの低下を防止するが可能となるこ
とは言うまでも無い。
【００９９】また、図９は本発明に係る通電幅線形補間
手段の一実施例であり、それぞれの点は、図８の通電幅
保持手段におけるテーブル上の値をプロットしたもので
ある。ここで、図９のようにモータ速度毎に各点を結ぶ
ことで、テーブル上にモータ速度のデータが存在すれば
全ての補正通電率に対して、線形補償を行なうことで通
電幅の設定を行なうことが可能である。
【０１００】しかし、図９において（ωｎｏｗ ，σ
ｎｏｗ）の点Ｗｎｏｗのようにテーブル上にモータ速度
のデータが存在しない場合は、前述の線形補間が不可能
となり別の方法が必要である。そこで、前述の（ω
ｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を囲む四つの点から線形補間
を行なう方法について図１０を用いて説明する。図９の
通電幅線形補間方法を示す拡大図を図１０に示す。図１
０において〜の各点が（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の
点を取り囲んでいる。
【０１０１】まず、−を結ぶ直線上でσｎｏｗの点
（3000rpm, σｎｏｗ）と、−を結ぶ直線上でσ
ｎｏｗの点（4000rpm, σｎｏｗ）を線形補間により求
める。次に、（3000rpm, σｎｏｗ）の点の通電幅設定
値Ｗ１−２と（4000rpm, σｎｏ ｗ）の点の通電幅設定
値Ｗ３−４から（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点の通電幅
設定値Ｗｎｏｗを線形補間により求めるものである。
【０１０２】ここで、上述のＷ１−２，Ｗ３−４および
Ｗｎｏｗは〜の各点を用いると以下のように表され
る。 ：Ｗ３０００ｒｐｍ，４０％（ω３０００ｒｐｍ ，
σ４０％），：Ｗ３０ ００ｒｐｍ，５０％（ω
３０００ｒｐｍ ，σ５０％） ：Ｗ４０００ｒｐｍ，４０％（ω３０００ｒｐｍ ，
σ４０％），：Ｗ４０ ００ｒｐｍ，５０％（ω
４０００ｒｐｍ ，σ５０％）
【数１５】 (１５)
【数１６】 (１６)
【数１７】 (１７)
【０１０３】一般的には、式(１５)〜式(１７)におい
て、上述の〜の各点を次にように置き換えて線形補
間を行なえば良い。 ：Ｗｍ，ｎ（ωｍ ，σｎ），：Ｗｍ，ｎ＋１（ω
ｍ ，σｎ＋１） ：Ｗｍ＋１，ｎ（ωｍ＋１ ，σｎ），：Ｗ
ｍ＋１，ｎ＋１（ωｍ＋１ ，σ ｎ＋１）
【０１０４】また、上述の通電幅線形補間動作において
一連の処理の流れを図１１のフローチャートを参照し
て、以下に説明を行なう。
【０１０５】まず、ステップＳ１では、モータ速度およ
び補正通電率の現在値ωｎｏｗ ，σｎｏｗをそれぞれ
読み込み、ステップＳ２においてモータ回転速度の現在
値と前歴値との差分演算Δωｎ＝ωｎｏｗ−ωｌａｓｔ
を行なう。ステップＳ３において速度変動の大きさを判
断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定値α以内であるか（｜
Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの判断が行なわれる。速
度変動が所定値αより大きければ（Ｓ３においてＮ
Ｏ）、後述するステップＳ１０以降の処理を行なう。速
度変動が所定値α以内であれば（Ｓ３においてＹＥ
Ｓ）、ステップＳ４およびＳ５において前述の（ω
ｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点〜が存在
するかどうかの判断を行なう。
【０１０６】（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む
四点が存在しない場合（Ｓ４またはＳ５においてＮ
Ｏ）、後述するステップＳ９以降の処理を行なう。（ω
ｎｏｗ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点が存在する場合
（Ｓ４においてＹＥＳ、かつＳ５においてＹＥＳ）、ス
テップＳ６において（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取
り囲む四点をテーブルから読み出し、ステップＳ７にお
いて式（１５）、（１６）に示すＷ１−２とＷ３−４を
求める演算を行ない、ステップＳ８においてＷ１ −２と
Ｗ３−４の値を用いて式（１７）に示すように、（ω
ｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点の通電幅を線形補間する。
【０１０７】ステップＳ９では、ステップＳ４またはＳ
５でＮＯ、すなわち（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取
り囲む四点が存在しない場合のみ通電幅Ｗを下限値Ｗ
ｌｏｗ ｅｒに設定する。また、ステップＳ１０は、ステ
ップＳ３においてＮＯ、すなわち速度変動が所定値αよ
り大きい場合のみ通電幅を初期値Ｗｉｎｉに設定にす
る。ステップＳ１１では、ωｌａｓｔにはωｎｏｗの値
を、ＷｎｏｗにはＷの値をそれぞれ記憶させて一回目の
処理を終了する。そして、以上のような処理が繰り返さ
れる。
【０１０８】以上により、テーブル上にデータを保持し
ない場合においても、全ての運転条件に対して最適な通
電幅設定を行なうことが可能である。
【０１０９】（実施の形態７）本発明に係る通電位相設
定手段１４の実施例を挙げて、具体的な通電位相の設定
方法について説明する。
【０１１０】図１２は、ある運転条件における通電位相
設定値β に対する補正通電率σ の特性を示すグラフで
ある。図１２の特性１のグラフにおいて、最小の補正通
電率σｍｉｎとなる通電位相βｓ１が最適通電位相であ
り、通電位相をβｓ１に設定することでモータ入力が最
小、つまりモータ効率が最大となる。
【０１１１】なお、図１２において横軸の通電位相設定
値は右に行くほど進み位相となっている。本実施形態に
おける通電位相設定手段は、最大効率制御モードにおい
ては、この補正通電率が最小となる通電位相βｓ１に自
動的に制御するものである。また、最大トルク制御モー
ドにおいては、補正通電率の現在値と予め設定された補
正通電率の基準値とを比較し、補正通電率の現在値が補
正通電率の基準値以上ならば通電位相設定値を所定の通
電位相変化量だけ自動的に増加させるものである。
【０１１２】以下、図１３を参照して、通電位相設定手
段１４における通電位相の設定方法について説明する。
【０１１３】図１３は、本発明に係る通電位相設定手段
における一連の処理の流れを示したフローチャートであ
る。まず、ステップＳ２１において所定時間が経過して
いるかが判断される。所定時間が経過していなければ
（Ｓ２１において、ＮＯ）、所定時間が経過するまで後
述の処理が停止される。ステップＳ２２においてモータ
回転速度の現在値と前歴値との差分演算Δωｎ＝ω
ｎｏｗ−ωｌａｓｔを行なう。ステップＳ２３において
速度変動の大きさを判断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定
値α以内であるか（｜Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの
判断が行なわれる。
【０１１４】速度変動が所定値αより大きければ（Ｓ２
３においてＮＯ）、後述するステップＳ３２以降の処理
を行なう。速度変動が所定値α以内であれば（Ｓ２３に
おいてＹＥＳ）、ステップＳ２４において補正通電率の
現在値σｎｏｗを読み込み、ステップＳ２５において制
御モードの切り替えが行なわれる。制御モード切替レベ
ルがHighならば（Ｓ２５において、ＮＯ）、最大トルク
制御モードに切り替わり、ステップＳ２７において式
(１８)で表される補正通電率の現在値と予め設定された
補正通電率の基準値との差分演算が行なわれ、ステップ
Ｓ２８において上記補正通電率の差分Δσｓの正負判別
が行なわれる。
【数１８】 (１８)
【０１１５】ここで、σｎｏｗは補正通電率の現在値、
σｓは予め設定された補正通電率の基準値である。Δσ
ｓが負ならば（Ｓ２８において、ＮＯ）、後述するステ
ップＳ３２以降の処理を行ない、Δσｓが正ならば（Ｓ
２８において、ＹＥＳ）、後述するステップＳ３１以降
の処理を行なう。
【０１１６】また、ステップＳ２５において制御モード
切替レベルがLowならば（Ｓ２５において、ＹＥＳ）、
最大効率制御モードに切り替わり、ステップＳ２６にお
いて式(１９)で表される補正通電率の現在値と前歴値と
の差分演算および通電位相設定値の現在値と前歴値との
差分演算が行なわれ、ステップＳ２９においてΔσおよ
びΔβ の正負判別が行なわれる。
【数１９】 (１９)
【０１１７】ここで、σｎｏｗおよびσｌａｓｔはそれ
ぞれ補正通電率の現在値および前歴値であり、βｎｏｗ
およびβｌａｓｔはそれぞれ通電位相設定値の現在値お
よび前歴値である。Δσｎ×Δβｎが負ならば（Ｓ２９
において、ＮＯ）、後述するステップＳ３１以降の処理
を行ない、Δσｎ×Δβｎが正ならば（Ｓ２９におい
て、ＹＥＳ）、ステップＳ３０において通電位相設定値
の現在値から通電位相変化量βδだけ減少させる。
【０１１８】一方、ステップＳ２９でＮＯ、即ち最大効
率制御モードにおいてΔσｎ×Δβ ｎが負、またはステ
ップＳ２８でＹＥＳ、即ち最大トルク制御モードにおい
てΔσｓが正の場合にのみ、ステップＳ３１では、通電
位相設定値の現在値から通電位相変化量βδだけ増加さ
せる。また、ステップＳ３２では、ステップＳ２３また
はＳ２８においてＮＯ、即ち速度変動が所定値αより大
きい場合または最大トルク制御モードにおいてΔσｓが
負の場合のみ、通電位相設定値を初期値βｉｎ ｉに設定
する。ステップＳ３３では、ωｌａｓｔにはωｎｏｗの
値を、σｌａｓ ｔにはσｎｏｗの値を、βｌａｓｔには
βｎｏｗの値を、βｎｏｗにはβの値をそれぞれ記憶さ
せて一回目の処理を終了する。そして、以上のような処
理が所定時間毎に繰り返される。
【０１１９】次に、以上のような最大効率制御モードに
おける処理を、図１２における特性１のグラフに基づい
て具体的に説明する。
【０１２０】まず、初期位相がβ１であった場合、ある
いは速度変動が所定値αより大きい場合にβｉｎｉにな
った場合について考える。そして、この初期位相から通
電位相変化量βδだけ通電位相を進めてβ２にしたとす
る。また、通電位相設定値の大小関係は、β１＜β２で
あり、補正通電率の大小関係はσ２＜σ１である。この
とき、Δσｎ×Δβｎは負であるため、ステップＳ２９
およびＳ３１の処理により、通電位相をさらにβδだけ
進めてβ３とする。その後、図１３で説明したように、
上記と同様の処理を繰り返すことにより、通電位相はβ
ｓ１に収束する。
【０１２１】なお、図１３で説明した処理を繰り返す
と、通電位相はβｓ１が収束した後、図１２の特性１の
グラフにおいて、通電位相はβｓ１を中心としたβ３〜
β４の間で変動することになるが、βδを適切な値に選
ぶことで変動に伴なうモータ効率および出力トルクの低
下を最小限にすることが可能である。
【０１２２】また、図１２において、モータの回転速度
あるいは出力トルクの運転条件が変更し、モータの動作
特性が特性１のグラフから特性２のグラフに変更された
場合には、まず通電位相設定値を初期値βｉｎｉ２に設
定し、上述の処理を繰り返すことにより最適位相βｓ２
へと自動的に制御することが可能である。
【０１２３】以上により、どのような運転状況において
も常に最適な通電位相設定を行なうことができ、モータ
効率または出力トルクが極めて優れたモータ駆動系を実
現できる。
【０１２４】また、図１４は本発明に係る通電位相設定
手段１４における一連の処理の流れを示す第２のフロー
チャートである。まず、ステップＳ４１において所定時
間が経過しているかが判断される。所定時間が経過して
いなければ（Ｓ４１において、ＮＯ）、所定時間が経過
するまで後述の処理が停止される。ステップＳ４２にお
いてモータ速度の現在値と前歴値との差分演算を行な
う。
【０１２５】ステップＳ４３において速度変動の大きさ
の判断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定値α以内であるか
（｜Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの判断が行なわれ
る。速度変動が所定値αより大きければ（Ｓ４３におい
てＮＯ）、後述するステップＳ５３以降の処理を行な
う。速度変動が所定値α以内であれば（Ｓ４３において
ＹＥＳ）、ステップＳ４４において補正通電率の現在値
を読み込み、ステップＳ４５において式(２０)で表され
る通電位相変化量の補正演算を行なう。
【数２０】 (２０)
【０１２６】ここで、βδおよびβδ０は通電位相変化
量の現在値および前歴値であり、σ ｎｏｗおよびβ
ｌａｓｔは補正通電率の現在値および前歴値である。ま
た、δはゼロ割を防止するための微小量である。次に、
ステップＳ４６において制御モードの切り替えが行なわ
れる。
【０１２７】制御モード切替レベルがHighならば（Ｓ４
６において、ＮＯ）、最大トルク制御モードに切り替わ
り、ステップＳ４７において補正通電率の現在値と予め
設定された補正通電率の基準値との差分演算が行なわ
れ、ステップＳ４９において補正通電率の差分Δσｓの
正負判別が行なわれる。Δσｓが負ならば（Ｓ４９にお
いて、ＮＯ）、後述するステップＳ５３以降の処理を行
ない、Δσｓが正ならば（Ｓ４９において、ＹＥＳ）、
後述するステップＳ５２以降の処理を行なう。
【０１２８】また、ステップＳ４６において制御モード
切替レベルがLowならば（Ｓ４６において、ＹＥＳ）、
最大効率制御モードに切り替わり、ステップＳ４８にお
いて補正通電率の現在値と前歴値との差分演算および通
電位相設定値の現在値と前歴値との差分演算が行なわ
れ、ステップＳ５０においてΔσｎ×Δβｎの正負判別
が行なわれる。Δσｎ×Δβｎが負ならば（Ｓ５０にお
いて、ＮＯ）、後述するステップＳ５２以降の処理を行
ない、Δσｎ×Δβｎが正ならば（Ｓ５０において、Ｙ
ＥＳ）、ステップＳ５１において通電位相設定値の現在
値から通電位相変動量βδだけ減少させ、後述するＳ５
５の処理を行なう。
【０１２９】ステップＳ５２では、ステップＳ５０でＮ
ＯまたはステップＳ４９でＹＥＳ、即ち、最大効率制御
モードにおいてΔσｎ×Δβｎが負または最大トルク制
御モードにおいてΔσｓが正の場合にのみ、通電位相設
定値の現在値から通電位相変動量βδだけ増加させ、後
述するステップＳ５５の処理を行なう。また、ステップ
Ｓ５３は、ステップＳ４３またはＳ４９においてＮＯ、
即ち、速度変動が所定値αより大きい場合または最大ト
ルク制御モードにおいてΔσｓが負の場合のみ、通電位
相設定値を初期値βｉｎｉに設定し、ステップＳ５４に
おいて新たに通電位相設定値の上限値βｕｐｐｅｒおよ
び下限値βｌｏｗｅｒを読み込んだ後、後述するステッ
プＳ５７の処理を行なう。
【０１３０】次に、ステップＳ５５では通電位相設定値
が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値βｌｏｗｅｒの範囲
内にあるかが判断される。ステップＳ５５において通電
位相設定値が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値β
ｌｏｗｅｒの範囲内にあるならば（Ｓ５５において、Ｙ
ＥＳ）、後述するステップＳ５７以降の処理を行ない、
通電位相設定値が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値β
ｌｏｗｅｒの範囲内にないならば（Ｓ５５において、Ｎ
Ｏ）、ステップＳ５６において通電位相設定値を上限値
βｕｐｐｅｒまたは下限値βｌｏｗｅｒに設定する。ス
テップＳ５７では、ωｌ ａｓｔにはωｎｏｗの値を、σ
ｌａｓｔにはσｎｏｗの値を、βｌａｓｔにはβ ｎｏｗ
の値を、βｎｏｗにはβの値を、βδ０にはβδの値を
それぞれ記憶させて一回目の処理を終了する。そして、
以上のような処理が所定時間毎に繰り返される。
【０１３１】以上により、通電位相設定値を増減させる
単位量となる通電位相変化量が、補正通電率の前歴値と
現在値の変化の割合に基づいて線形補償されるので、図
１３の通電位相設定手段に比べて、通電位相設定値を、
モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件によ
って変動する最適通電位相に高速に設定することが可能
である。
【０１３２】
【発明の効果】上記から明らかなように、請求項１及び
２に記載の発明によれば、低速領域ではモータ効率が最
大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ最大とな
る通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの
制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全速
度領域で極めて優れた速度制御が実現可能であり、さら
に、低速領域では常時モータ効率が最大となるため、消
費電力量の削減が図れることができ、省エネ化が実現可
能であるという効果を奏する。
【０１３３】請求項３に記載の発明によれば、軽負荷領
域ではモータ効率が最大となり、重負荷領域では出力ト
ルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが
可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化
を図ることができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制
御が実現可能であり、さらに、軽負荷領域では常時モー
タ効率が最大となるため、消費電力量の削減が図れるこ
とができ、省エネ化が実現可能であるという効果を奏す
る。
【０１３４】請求項４に記載の発明によれば、低出力領
域ではモータ効率が最大となり、高出力領域では出力ト
ルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが
可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化
を図ることができ、全負荷領域で極めて優れた速度・ト
ルク制御が実現できるだけでなく、等価モータ出力を演
算により導出しているため、電気自動車等で必要とされ
る高精度な定出力制御が実現可能であるという効果を奏
する。
【０１３５】請求項５に記載の発明によれば、制御モー
ドの切り替えに伴なう制御安定性の確保および騒音・振
動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実
現でき、さらに高精度な速度・トルク制御が可能である
という効果を奏する。
【０１３６】請求項６記載の発明によれば、高速領域あ
るいは重負荷領域における矩形波通電時の位置センサレ
ス制御の信頼性の向上を図ることが可能であり、基本通
電幅で固定する場合に比べてさらに高速領域あるいは重
負荷領域まで位置センサレス制御が実現可能であるとい
う効果を奏する。
【０１３７】請求項７記載の発明によれば、通電幅の変
更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が
可能であり、より安定したモータ駆動系を実現でき、位
置センサレス制御における信頼性をさらに向上させるこ
とが可能であるという効果を奏する。
【０１３８】請求項８記載の発明によれば、通電幅の設
定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくとも
いずれかひとつに応じて設定される下限値の範囲内に常
時設定されるため、例えば回転速度が大幅に変更した場
合でも、モータの脱調や大幅な効率低下を防止すること
が可能であり、さらに安定したモータ駆動系を実現でき
るという効果を奏する。
【０１３９】請求項９記載の発明によれば、モータの回
転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに
応じて通電幅設定値を出力するデータテーブルを有する
ことにより、通電幅変更に伴なう演算時間を大幅に短縮
することが可能であり、通電幅変更に伴なう演算が不必
要であるため、演算誤差を減少させることができ、さら
に演算の増加に伴う回路構成の複雑化または演算装置の
容量増大によるコストアップを防止することが可能であ
るという効果を奏する。
【０１４０】請求項１０記載の発明によれば、データテ
ーブル上に通電幅設定値が無い場合においても、データ
テーブル上の値から線形補間をすることにより、より高
精度に通電幅の設定を行なうことができ、しかも大幅な
演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコス
トアップを防止し、同等のコストを維持することができ
るという効果を奏する。
【０１４１】請求項１１記載の発明によれば、最大効率
制御モードでは補正通電率が最小となるように補正通電
率の前歴値およびその時の通電位相設定値と、補正通電
率の現在値およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ
比較し、比較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の
通電位相変化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を
設定しているため、モータの回転速度あるいは負荷トル
ク等の運転条件が変動する場合にも、逐次、最適な通電
位相を探索して設定し、常時モータ効率を最大とするこ
とが可能である。また、最大トルク制御モードでは補正
通電率の現在値と補正通電率の基準値とを比較し、補正
通電率の現在値が補正通電率の基準値以上ならば通電位
相設定値を所定の通電位相変化量だけ増加させるため、
常時出力トルクを最大とすることが可能である。よっ
て、どのような運転状況においても常に最適な通電位相
設定を行なうことができ、モータ効率または出力トルク
が極めて優れたモータ駆動系を実現できるという効果を
奏する。
【０１４２】請求項１２記載の発明によれば、通電位相
設定値を増減させる単位量となる通電位相変化量が、補
正通電率の前歴値と現在値の変化の割合に基づいて線形
補償されるので、通電位相設定値を、モータの回転速度
あるいは負荷トルク等の運転条件によって変動する最適
通電位相に高速に設定することが可能であり、通電位相
設定に伴なう演算時間の短縮を図ることができ、さらに
通電位相設定値が最適通電位相に収束した後の位相変動
も抑制することが可能であるという効果を奏する。
【０１４３】請求項１３記載の発明によれば、モータの
回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下の
場合においてのみ通電位相を変更し、モータの回転速度
の前歴値と現在値との差分がある所定値より大きい場合
においては、あらかじめモータの回転速度に応じて設定
された通電位相を出力するため、モータの回転速度が大
幅に変更した場合においても、通電位相設定値が、その
回転速度においてある程度適した通電位相に設定するこ
とが可能であり、モータの脱調や極端な効率の低下を防
止することができ、モータ駆動系における信頼性の向上
を図ることが可能であるという効果を奏する。
【０１４４】請求項１４記載の発明によれば、通電位相
の変更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低
減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現で
き、電源電圧・電流の変動を抑制することが可能である
という効果を奏する。
【０１４５】請求項１５記載の発明によれば、通電位相
設定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくと
もいずれかひとつに応じて設定される上限値と下限値の
範囲内において通電位相設定値を所定の通電位相変化量
だけ増減させるため、モータの回転速度が大幅に変更し
た場合においても、最適通電位相の探索処理において、
モータの脱調や極端な効率の低下を防止することが可能
であり、位置センサレス制御における信頼性の向上を図
り、安定したモータ駆動系の実現が可能であるという効
果を奏する。
【０１４６】請求項１６記載の発明によれば、モータに
供給する印加電圧の通電幅もしくは補正通電率あるいは
モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて
通電位相設定値を出力するデータテーブルを有すること
により、通電位相の設定に伴なう演算時間を大幅に短縮
することが可能であり、通電位相の設定に伴なう演算が
不必要であるため、演算誤差を減少させることができ、
さらに演算の増加に伴う回路構成の複雑化または演算装
置の容量増大によるコストアップを防止することが可能
であるという効果を奏する。
【０１４７】請求項１７記載の発明によれば、データテ
ーブル上に通電位相設定値が無い場合においても、デー
タテーブル上の値から線形補間をすることにより、より
高精度に通電位相の設定を行なうことができ、しかも大
幅な演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大による
コストアップを防止し、同等のコストを維持することが
できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すモータ制御装置のブ
ロック図
【図２】 本発明の他の実施例を示すモータ制御装置の
ブロック図
【図３】 本発明の他の実施例を示すモータ制御装置の
ブロック図
【図４】 本発明に係る制御モード安定切替方法の一実
施例を示す図
【図５】 本発明に係る通電幅変更方法の一実施例を示
す図
【図６】 本発明に係る通電幅安定変更方法の一実施例
を示す図
【図７】 本発明に係る通電幅変更方法の他の実施例を
示す図
【図８】 本発明に係る通電幅保持手段の一実施例を示
す表
【図９】 本発明に係る通電幅線形補間方法の一実施例
を示す図
【図１０】 同一実施例における通電幅線形補間方法の
拡大図
【図１１】 本発明に係る通電幅変更動作を示すフロー
チャート
【図１２】 ある運転条件における通電位相設定値に対
する補正通電率の特性を示すグラフ
【図１３】 本発明に係る通電位相設定動作の一実施例
を示すフローチャート
【図１４】 本発明に係る通電位相設定動作の他の実施
例を示すフローチャート
【図１５】 従来のＩＰＭモータにおける通電位相と発
生トルクの関係の一例を示す図
【図１６】 従来例のモータ制御装置を示すブロック図
【符号の説明】
１ 直流電源 ２ インバータ ３ モータ １１ 回転子位置検出回路 １２ 速度誤差演算器 １３ 制御モード切替手段 １４ 通電位相設定手段 １５ 通電分配手段 ２１ 通電率補正演算部 ２２ 補正通電率誤差演算器 ３１ 等価モータ出力演算器 ３２ 等価モータ出力誤差演算器 １６１ 交流電源 １６２ ＡＣ−ＤＣコンバータ １６３ ＩＰＭモータ １６４ 電源電流検出手段 １６５ 通電位相設定手段
フロントページの続き (72)発明者 松井 敬三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H550 AA16 BB02 CC02 DD08 DD09 EE03 FF03 FF07 FF08 GG01 GG06 GG07 GG08 HA06 HB12 JJ03 LL15 LL23 LL33 5H560 AA08 BB04 BB17 BB18 DA13 DB13 DC13 EB01 SS02 TT15 UA10 XA03 XA05 XA06 XA15 5H576 AA15 BB02 CC02 DD02 DD07 DD09 EE19 FF03 GG01 GG05 GG06 GG07 HA01 HB01 JJ03 LL16 LL25 LL39 LL41

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも電機子巻線のインダクタンス
    変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンスト
    ルクを利用するモータの制御装置であって、 回転子の回転位相を検出する回転子位相検出手段と、 前記回転子位相検出手段で検出された回転位相より得ら
    れる前記モータの回転出力に関する値と、予め設定され
    た回転出力に関する基準値とを比較する比較手段と、 前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モードを
    切り替え設定する制御モード切替手段と、 前記制御モード切替手段により切り替え設定された制御
    モードに基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通
    電位相設定手段と、 前記回転子位相検出手段で検出された回転位相と前記通
    電位相設定手段で設定された通電位相値から、前記モー
    タにおける各駆動素子毎に通電信号を分配する通電分配
    手段とを有し、 前記比較手段により、前記モータの回転出力に関する値
    が前記設定された基準値以下であると判定された場合
    は、前記制御モード切替手段は最大効率制御モードを選
    択して前記通電位相設定手段は前記モータのモータ効率
    が最大となる通電位相を設定し、前記比較手段により、
    前記モータの回転出力に関する値が前記設定された基準
    値よりも大きいと判定された場合は、前記制御モード切
    替手段は最大トルク制御モードを選択して前記通電位相
    設定手段は前記モータの出力トルクが最大となる通電位
    相を設定することを特徴とするモータ制御装置。
  2. 【請求項２】 前記モータの回転出力に関する値は前記
    モータの回転速度であり、前記予め設定された基準値は
    回転速度設定基準値である請求項１記載のモータ制御装
    置。
  3. 【請求項３】 前記モータの回転出力に関する値は、前
    記モータに供給する印加電圧の通電率と前記モータに供
    給する印加電圧の最大値により一義的に導かれる補正通
    電率であり、前記予め設定された基準値は補正通電率設
    定基準値である請求項１記載のモータ制御装置。
  4. 【請求項４】 前記モータの回転出力に関する値は、前
    記補正通電率と前記モータの回転速度とにより一義的に
    導かれる等価モータ出力であり、前記予め設定された基
    準値は等価モータ出力設定基準値である請求項３記載の
    モータ制御装置。
  5. 【請求項５】 前記制御モード切替手段は、前記制御モ
    ードの切り替えの前後でヒステリシスを具備することに
    より、制御モードの切替えを安定して行う手段を有する
    ことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項記載のモー
    タ制御装置。
  6. 【請求項６】 前記最大効率制御モードでは、前記モー
    タに供給する印加電圧の通電幅を基本通電幅に設定し、
    前記最大トルク制御モードでは、前記モータの回転速度
    または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応
    じて、前記通電幅を変更する通電幅変更手段を有するこ
    とを特徴とする請求項１〜５いずれか一項記載のモータ
    制御装置。
  7. 【請求項７】 前記通電幅変更手段は、前記通電幅の変
    更の前後でヒステリシスを具備することにより、通電幅
    の変更を安定して行う手段を有することを特徴とする請
    求項６記載のモータ制御装置。
  8. 【請求項８】 前記通電幅変更手段は、前記モータの回
    転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひと
    つに応じて設定される前記通電幅の下限値の範囲内にお
    いて前記通電幅を変更することを特徴とする請求項６ま
    たは請求項７記載のモータ制御装置。
  9. 【請求項９】 前記通電幅変更手段は、前記モータの回
    転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひと
    つに対して、前記モータの通電幅設定値を出力する通電
    幅保持手段をさらに有し、前記モータの回転速度または
    前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて前
    記通電幅保持手段から該当する通電幅を読み出すことを
    特徴とする請求項１〜６いずれか一項記載のモータ制御
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記通電幅変更手段は、前記モータの
    回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひ
    とつに対して、前記モータの通電幅の変化特性を規定す
    る値を保持した通電幅設定値保持手段と、前記通電幅設
    定値保持手段に保持した値に基づいて通電幅を線形補間
    する通電幅線形補間手段とをさらに有し、前記モータの
    回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひ
    とつに応じて前記通電幅設定値保持手段から該当する値
    を読み出し、前記通電幅線形補間手段により線形補間す
    ることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項記載のモ
    ータ制御装置。
  11. 【請求項１１】 前記通電位相設定手段は、前記最大効
    率制御モードでは前記補正通電率が最小となるように前
    記補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値
    と、前記補正通電率の現在値およびその時の通電位相設
    定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位
    相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな
    通電位相設定値を設定し、前記最大トルク制御モードで
    は前記補正通電率の現在値と前記補正通電率の基準値と
    を比較し、前記補正通電率の現在値が前記補正通電率の
    基準値以上ならば前記通電位相設定値を所定の通電位相
    変化量だけ増加させることを特徴とする請求項１〜１０
    いずれか一項記載のモータ制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記通電位相設定手段は、前記補正通
    電率の前歴値と現在値との差分により、前記通電位相変
    化量を補償することを特徴とする請求項１１記載のモー
    タ制御装置。
  13. 【請求項１３】 前記通電位相設定手段は、前記モータ
    の回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下
    の場合においてのみ前記通電位相を変更し、前記モータ
    の回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値より
    大きい場合においては、あらかじめ前記モータの回転速
    度に応じて設定された通電位相を出力することを特徴と
    する請求項１１または１２記載のモータ制御装置。
  14. 【請求項１４】 前記通電位相設定手段は、前記通電位
    相の変更の前後でヒステリシスを具備した通電位相変更
    手段を有することを特徴とする請求項１１〜１３いずれ
    か一項記載のモータ制御装置。
  15. 【請求項１５】 前記通電位相設定手段は、前記モータ
    の回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれか
    ひとつに応じて設定される前記通電位相の上限値と下限
    値の範囲内において前記通電位相設定値を所定の通電位
    相変化量だけ増減させることを特徴とする請求項１１〜
    １４いずれか一項記載のモータ制御装置。
  16. 【請求項１６】 前記通電位相設定手段は、前記モータ
    に供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あ
    るいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひと
    つに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルク
    の最大値を具現できる位相を保持した通電位相保持手段
    をさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電幅
    もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度
    の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相保
    持手段から該当する通電位相設定値を前記モータ効率あ
    るいは前記モータトルクをほぼ最大にする位相として読
    み出すことを特徴とする請求項１〜１０いずれか一項記
    載のモータ制御装置。
  17. 【請求項１７】 前記通電位相設定手段は、前記モータ
    に供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あ
    るいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひと
    つに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルク
    の最大値を得ることができる位相の変化特性を規定する
    値を保持した通電位相設定値保持手段と、前記通電位相
    設定値保持手段に保持した値に基づいて通電位相を線形
    補間する通電位相線形補間手段とをさらに有し、前記モ
    ータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電
    率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれか
    ひとつに応じて、前記通電位相設定値保持手段から該当
    する値を読み出し、前記通電位相線形補間手段により線
    形補間し、前記モータ効率あるいは前記モータトルクを
    最大にする位相として設定することを特徴とする請求項
    １〜１０いずれか一項記載のモータ制御装置。
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