JP2012228128A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡時におけるロータ位置の検出精度を向上させる。
【解決手段】同期モータ１２のロータ位置をセンサレスで検出する機能を備えたモータ制御装置１０であって、誘起電圧波高値Ｅｐ、電流電気角θｉから誘起電圧電気角θｅを減じた減算値（θｅ−θｉ）の２つのパラメータで規定される電流位相βを予め記憶する位相記憶部と、これに記憶されたβを参照することにより、電流極座標変換部２６で検出されたθｉ、並びに、誘起電圧極座標変換部２８で検出されたＥｐ及びθｅに基づいて、βを選定する位相選定部と、このβを第１の変数とし前記検出されたθｉを第２の変数とするロータ計算式からロータ位置θｍを算出するロータ位置演算部と、を含むロータ位置検出部３０を備えて成る。そして、位相選定部においてβを選定するときに、前記検出されたＥｐ及びθｅを、コイルに流れる電流の変化に応じて補正する補正部３２を更に備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期モータの回転するロータ位置をセンサレスで検出する機能を備えたモータ制御装置に関し、詳しくは、過渡時におけるロータ位置の検出精度を向上させるモータ制御装置に係るものである。

従来のモータ制御装置は、コイル電流及び誘起電圧に関する検出値に基づいて、回転座標系における電流位相等を予め記憶したデータテーブルから電流位相等を選定することにより、ロータ位置を直接的に求めていた。ここで、データテーブルは、同期モータに対する負荷が一定の定常状態において成立する電圧方程式を前提として、誘起電圧波高値又は誘起電圧電気角を含むパラメータで電流位相等を規定している。このデータテーブルを利用することにより、一定の精度下で、かつ、低処理負荷で同期モータのロータ位置検出を可能としている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０４３８号公報

しかし、同期モータの負荷が急激に変動する場合には、コイル電流が短時間で変化して、コイルのインダクタンスに起因した誘起電圧が大きく増減するが、従来のモータ制御装置が用いるデータテーブルは、定常状態で成立する電圧方程式を前提としており、同期モータの急激な負荷変動に伴う誘起電圧の増減を想定していない。したがって、誘起電圧に関する検出値に基づいてデータテーブルから直ちに選定した電流位相は、実際の電流位相とは大きく乖離してしまうため、ロータ位置を精度良く検出できないおそれがある。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、急激な負荷変動によるコイル電流の変化に応じて誘起電圧に関する検出値を補正することで、過渡時におけるロータ位置の検出精度を向上させたモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、同期モータの回転するロータ位置をセンサレスで検出する機能を備えたモータ制御装置であって、同期モータのコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、同期モータのコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、上記電流検出手段で検出された電流に基づいて、電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉを検出するＩｐ及びθｉ検出手段と、上記電流検出手段で検出された電流と上記電圧検出手段で検出された電圧に基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出するＥｐ及びθｅ検出手段と、Ｉｐの値、Ｅｐの値、及びθｅからθｉを減じた減算値（θｅ−θｉ）のうち、少なくとも２つのパラメータで規定される電流位相β又は誘起電圧位相γを予め記憶する位相記憶手段と、上記位相選定手段で選定されたβを第１の変数とし上記Ｉｐ及びθｉ検出手段で検出されたθｉを第２の変数とするロータ位置計算式、又は上記位相選定手段で選定されたγを第１の変数とし上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを第２の変数とするロータ位置計算式、からロータ位置θｍを算出するロータ位置演算手段と、を含んで構成され、上記位相選定手段において電流又は誘起電圧位相を選定するときに、上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅの少なくとも一方であって、電流又は誘起電圧位相を規定する上記少なくとも２つのパラメータに含まれるものを、上記コイルに流れる電流の変化に応じて補正する補正手段を更に備えたものである。

このような構成により、上記補正手段で、上記位相選定手段において電流位相β又は誘起電圧位相γを選定するために上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出したＥｐ又はθｅの少なくとも一方であって、上記電流位相β又は誘起電圧位相γを規定する上記少なくとも２つのパラメータに含まれるものを、上記コイルに流れる電流の変化に応じて補正する。

また、上記補正手段は、上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅを、上記コイルに流れる電流の回転座標系におけるｄ軸成分及びｑ軸成分が所定時間内に変化するコイル電流変化率に基づいて補正するものとしてもよい。これにより、上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅを、上記コイルに流れる電流の回転座標系におけるｄ軸成分及びｑ軸成分が所定時間内に変化するコイル電流変化率に基づいて補正する。

さらに、上記補正手段は、上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを、上記コイル電流変化率を用いて求めたθｅの変化量Δθに基づいて補正するものとしてもよい。これにより、上記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを、上記コイル電流変化率を用いて求めたθｅの変化量Δθに基づいて補正する。

さらにまた、上記コイル電流変化率は、上記電流検出手段により現在検出されている電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を、夫々、その検出の直前に検出されたｄ軸成分及びｑ軸成分から減じ、この減算結果を、現在の検出と直前の検出との時間間隔で除して求められる。これにより、上記電流検出手段により現在検出されている電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を、夫々、その検出の直前に検出されたｄ軸成分及びｑ軸成分から減じ、この減算結果を、現在の検出と直前の検出との時間間隔で除して上記コイル電流変化率を求める。

請求項１に係る発明によれば、補正手段で、位相選定手段において電流位相β又は誘起電圧位相γを選定するときに、Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出した誘起電圧波高値Ｅｐ又は誘起電圧電気角θｅの少なくとも一方であって、電流位相β又は誘起電圧位相γを規定する少なくとも２つのパラメータに含まれるものを、コイルに流れる電流の変化に応じて補正することができる。したがって、急激な負荷変動に応じて補正されたＥｐ又はθｅの少なくとも一方を含むパラメータに基づいて電流位相β又は誘起電圧位相γを選定できるので、過渡時におけるロータ位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、請求項２に係る発明によれば、Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅを、コイルに流れる電流の回転座標系におけるｄ軸成分及びｑ軸成分が所定時間内に変化するコイル電流変化率に基づいて補正することができる。したがって、電流位相β又は誘起電圧位相γを規定する少なくとも２つのパラメータに、コイル電流変化率に基づいて補正されたＥｐ又はθｅの補正値を用いることが可能となる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを、コイル電流変化率を用いて求めたθｅの変化量Δθに基づいて補正することができる。したがって、電流位相β又は誘起電圧位相γを規定する少なくとも２つのパラメータに、Δθに基づいて補正されたθｅの補正値を用いることが可能となる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、コイル電流変化率は、電流検出手段により現在検出されている電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を、夫々、その検出の直前に検出されたｄ軸成分及びｑ軸成分から減じ、この減算結果を、現在の検出と直前の検出との時間間隔で除すことにより求めることができる。したがって、電流検出手段による電流の検出毎にその検出時間間隔におけるコイル電流変化率を求めることにより、Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅを実際の誘起電圧変化に近似させて補正することが可能となる。

本発明によるモータ制御装置の一実施例を示す構成図である。 図１におけるロータ位置検出部の内部構成を説明するブロック図である。 電流位相を規定するデータテーブルの一例を説明する説明図である。 電流位相又は誘起電圧位相を規定するパラメータを示す説明図である。 モータベクトル図である。 図１における補正部の内部構成を説明するブロック図である。 本発明のモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。 同期モータにおける各相の電流波形を示す説明図である。 同期モータにおける各相の誘起電圧の波形を示す説明図である。 図７におけるステップＳ５の処理内容を説明するフローチャートである。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明によるモータ制御装置の一実施例を示す図である。このモータ制御装置１０は、同期モータ１２の回転するロータ位置をセンサレスで検出する機能を備え、直流電源１４から同期モータ１２へ電力を供給するインバータ１６を制御するものであって、図示省略のコンピュータを内蔵している。同期モータ１２の軸出力は、例えば、車両用空調装置において、冷凍サイクル中の冷媒を圧縮する圧縮機（図示省略）を駆動させるために用いられるが、車載式又は定置式を含めた冷凍・冷蔵装置などの冷凍サイクルの圧縮機を駆動させるために用いてもよい。

同期モータ１２は、３相ブラシレスモータからなり、Ｕ相のコイルＵｃ、Ｖ相のコイルＶｃ及びＷ相のコイルＷｃの３相のコイルを含む図示しないステータと、永久磁石を含む図示しないロータと、を有している。Ｕ相コイルＵｃ、Ｖ相コイルＶｃ及びＷ相のコイルＷｃは、それぞれの一端が中性点Ｎで電気的に接続されてスター状に結線されるが、デルタ状に結線されてもよい。

インバータ１６は、６つのスイッチング素子を有し、同期モータ１２の３相の各コイルにおいて中性点Ｎに接続されない他端Ｔｕ、Ｔｖ及びＴｗには、ハイサイドとローサイドのスイッチング素子が２つずつ接続されている。スイッチング素子には、ＩＧＢＴが用いられるが、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどのトランジスタや、ＧＴＯを用いてもよい。
Ｔｕ、Ｔｖ及びＴｗに接続されるスイッチング素子のうち、ハイサイドの上段スイッチング素子Ｕｓｕ、Ｖｓｕ及びＷｓｕについては、夫々、そのエミッタ側がＴｕ、Ｔｖ及びＴｗに接続され、コレクタ側が直流電源１４に接続されている。また、Ｔｕ、Ｔｖ及びＴｗに接続されるスイッチング素子のうち、ローサイドの下段スイッチング素子Ｕｓｌ、Ｖｓｌ及びＷｓｌについては、夫々、そのコレクタ側がＴｕ、Ｔｖ及びＴｗに接続され、エミッタ側が直流電源１４に接続されている。各スイッチング素子のゲートＵｓｕ、Ｕｓｌ、Ｖｓｕ、Ｖｓｌ、Ｗｓｕ及びＷｓｌのゲートは、夫々、後述のインバータ駆動部と接続されている。

また、インバータ１６は、同期モータ１２の各相に流れる電流を検出するためのシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を有する。シャント抵抗Ｒ１は、下段スイッチング素子Ｕｓｌと直流電源１４間に介在し、シャント抵抗Ｒ２は、下段スイッチング素子Ｖｓｌと直流電源１４間に介在し、シャント抵抗Ｒ３は、下段スイッチング素子Ｗｓｌと直流電源１４間に介在している。

本発明のモータ制御装置１０は、図１に示すように、速度制御部１８と、インバータ駆動部２０と、電流検出部２２と、電圧検出部２４と、電流極座標変換部２６と、誘起電圧極座標変換部２８と、ロータ位置検出部３０と、補正部３２と、を含んで構成されている。

速度制御部１８は、図示しない操作部からの目標速度とロータ位置演算部３８で算出されたロータ位置θｍに基づいて、同期モータ１２を所定の回転数で回転または停止させるための制御信号をインバータ駆動部２０に送出する。

インバータ駆動部２０は、速度制御部１８からの制御信号に基づいて、インバータ１６の上段スイッチング素子Ｕｓｕ、Ｖｓｕ及びＷｓｕのゲートと下段スイッチング素子Ｕｓｌ、Ｖｓｌ及びＷｓｌのゲートに各スイッチング素子をオンオフするための駆動信号を送出する。上段スイッチング素子Ｕｓｕ、Ｖｓｕ及びＷｓｕと下段スイッチング素子Ｕｓｌ、Ｖｓｌ及びＷｓｌは、インバータ駆動部２０からの駆動信号によって所定パターンでオンオフされ、この所定パターンに基づく正弦波通電（１８０度通電）を同期モータ１２のＵ相コイルＵｃ、Ｖ相コイルＶｃ及びＷ相コイルＷｃに対して行う。

電流検出部２２は、同期モータ１２のＵ相コイルＵｃ、Ｖ相コイルＶｃ及びＷ相コイルＷｃに流れる電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗ）を検出する電流検出手段となる。この電流検出部２２は、インバータ１６のシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の下段スイッチング素子Ｕｓｌ、Ｖｓｌ及びＷｓｌ側と、夫々接続され、それら接続点で検出された電圧を利用して電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。そして、これら電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを電流極座標変換部２６及び誘起電圧極座標変換部２８に送出する。

電圧検出部２４は、同期モータ１２のＵ相コイルＵｃ、Ｖ相コイルＶｃ及びＷ相コイルＷｃに印加される電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ及びＷ相電圧Ｖｗ）を検出する電圧検出手段となる。この電圧検出部２４は、Ｔｕとスイッチング素子Ｕｓｕ及びＵｓｌを接続する接続線、Ｔｖとスイッチング素子Ｖｓｕ及びＶｓｌを接続する接続線、並びにＴｗとスイッチング素子Ｗｓｕ及びＷｓｌを接続する接続線からの各分岐線と夫々接続される。そして、電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを誘起電圧極座標変換部２８に送出する。

電流極座標変換部２６は、電流検出部２２で検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗに基づいて、電流波高値Ｉｐと電流電気角θｉを検出するＩｐ及びθｉ検出手段となる。

誘起電圧極座標変換部２８は、電流検出部２２で検出された電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗと、電圧検出部２４で検出された電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗと、に基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出するＥｐ及びθｅ検出手段となる。

ロータ位置検出部３０は、電流極座標変換部２６及び誘起電圧極座標変換部２８で検出された検出値に基づいて、ロータ位置θｍを検出し、これを速度制御部１８に送出する。ロータ位置検出部３０の内部構成は、図２に示すように、位相記憶部３４と、位相選定部３６と、ロータ位置演算部３８と、を含んでなる。

位相記憶部３４は、誘起電圧波高値Ｅｐ、及び誘起電圧電気角θｅから電流電気角θｉを減じた減算値（θｅ−θｉ）、の２つのパラメータで規定される電流位相βを予め記憶する位相記憶手段となる。回転座標系であるｄｑ座標のｑ軸を基準とした電流位相βは、図３に示すように、βを規定する前記２つのパラメータとともにデータテーブルとして位相記憶部３４のＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などに記憶されている。このデータテーブルは、同期モータ１２の負荷が一定の定常状態において、例えば、誘起電圧波高値Ｅｐを１Ｖ毎、かつ減算値（θｅ−θｉ）を１°毎変化させたときの電流位相βからなる。

なお、電流位相βを規定するパラメータは、誘起電圧波高値Ｅｐ及び減算値（θｅ−θｉ）の２つのパラメータに替えて、図４に示すように、電流波高値Ｉｐ及び減算値（θｅ−θｉ）の２つのパラメータ、電流波高値Ｉｐ及び誘起電圧波高値Ｅｐの２つのパラメータ、又は電流波高値Ｉｐ、誘起電圧波高値Ｅｐ及び減算値（θｅ−θｉ）の３つのパラメータで電流位相βを規定してもよい。また、これらのパラメータは、電流位相βに替えて、誘起電圧位相γを規定してもよい。要するに、位相記憶手段３４は、電流波高値Ｉｐ、誘起電圧波高値Ｅｐ及び減算値（θｅ−θｉ）のうち、少なくとも２つのパラメータで規定される電流位相β又は誘起電圧位相γを、データテーブルとして記憶していればよい。

位相選定部３６は、位相記憶部３４にデータテーブルとして記憶された電流位相βを参照することにより、電流極座標変換部２６及び誘起電圧極座標変換部２８で検出された検出値に基づいて電流位相βを選定する位相選定手段となる。そして、選定された電流位相βをロータ位置演算部３８に送出する。なお、位相記憶部３４にデータテーブルとして記憶されているものが誘起電圧位相γである場合には、前記検出値に基づいて誘起電圧位相γを選定し、これをロータ位置演算部３８に送出してもよい。

ロータ位置演算部３８は、位相選定部３６で選定された電流位相βを第１の変数とし、電流極座標変換部２６で検出された電流電気角θｉを第２の変数とするロータ位置計算式から、同期モータ１２のロータ位置θｍを算出するロータ位置演算部となる。そして、算出されたロータ位置θｍを速度制御部１８に送出する。なお、位相選定部３６において誘起電圧位相γを選定した場合には、このγを第１の変数とし、誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧電気角θｅを第２の変数とするロータ位置計算式から、ロータ位置θｍを算出し、これを速度制御部１８に送出してもよい。

ここで、図１に示すように、誘起電圧極座標変換部２８とロータ位置検出部３０との間には、補正手段としての補正部３２が設けられている。この補正部３２は、図２に示す位相選定部３６において電流位相βを選定するときに、誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを、コイルに流れる電流の変化に応じて補正する。なお、補正部３２は、モータ制御装置１０における制御処理の負担を軽減すべく、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅのいずれか一方を補正してもよい。要するに、補正部３２は、位相選定部３６において電流位相βを選定するときに、誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅの少なくとも一方であって、電流位相βを規定する少なくとも２つのパラメータに含まれるものを、コイルに流れる電流の変化に応じて補正すればよい。補正部３２は、位相選定部３６において誘起電圧位相γを選定するときも、電流位相βを選定するときと同様の補正を行う。

次に、補正部３２の目的とする機能について詳述する。
図５は、同期モータ１２のロータが定常状態で回転しているときのモータベクトル図であり、電圧Ｖ、電流Ｉ及び誘起電圧Ｅの関係をｄｑ座標にベクトルで示したものである。図中の記号Ｖｄは電圧Ｖのｄ軸成分、記号Ｖｑは電圧Ｖのｑ軸成分、記号Ｉｄは電流Ｉのｄ軸成分、記号Ｉｑは電流Ｉのｑ軸成分、記号Ｅｄは誘起電圧Ｅのｄ軸成分、記号Ｅｑは誘起電圧Ｅのｑ軸成分、記号αはｑ軸を基準とした電圧位相、記号βはｑ軸を基準とした電流位相、記号γはｑ軸を基準とした誘起電圧位相を示している。また、図中の記号Ψａはロータの永久磁石の磁束数、記号Ｌｄはｄ軸インダクタンス、記号Ｌｑはｑ軸インダクタンス、記号Ｒはステータのコイルの抵抗値、記号Ψはロータの総合鎖交磁束数、記号Ψａは永久磁石の磁束数を示している。

このモータベクトル図からすれば、ロータの回転数をωとすると、
の式が成り立ち、Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｉｄ×Ｒ、Ｅｑ＝Ｖｑ−Ｉｑ×Ｒで表される誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑを用いると、
の式が成り立つ。

位相記憶部３４に記憶されたデータテーブルは、この定常状態における電圧方程式が成立することを前提として、誘起電圧波高値Ｅｐ、及び誘起電圧電気角θｅから電流電気角θｉを減じた減算値（θｅ−θｉ）、の２つのパラメータで電流位相βを規定している。モータベクトル図上、誘起電圧波高値Ｅｐは、
という式で表され、減算値（θｅ−θｉ）は、誘起電圧位相γから電流位相βを減じた減算値（γ−β＝ｔａｎ（Ｅｑ／Ｅｄ）−ｔａｎ（Ｉｑ／Ｉｄ））に相当する。

しかし、同期モータ１２の負荷が急激に変動する非定常状態の場合には、コイル電流が短時間で変化して、コイルのインダクタンスに起因した誘起電圧が大きく変化するため、ｐを時間微分の演算子とすると、
の式で示されるように、ｐＬｄ・Ｉｄ及びｐＬｑ・Ｉｑの項が加わり、Ｅｄ及びＥｑの値が定常状態に比べて変化する。すなわち、定常状態に比べ、誘起電圧波高値Ｅｐ及び減算値（θｅ−θｉ）が変化する。したがって、非定常状態において誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅに基づいて、定常状態において成立する式を前提としたデータテーブルを参照し、電流位相βを選定しても、この電流位相βは、実際の電流位相と大きく乖離してしまうため、ロータ位置θｍを精度良く検出できない。

補正部３２は、非定常状態において誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅから、ｐＬｄ・Ｉｄの値、及びｐＬｑ・Ｉｑの値による定常状態に対するズレ量を取り除いて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを、夫々、補正値Ｅｐ´及び補正値θｅ´に補正する。

補正部３２は、図６に示すように、ｄｑ値演算部４０と、Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２と、
ΔＩｄ及びΔＩｑ演算部４４と、ΔＥｄ及びΔＥｑ演算部４６と、Δθ演算部４８と、補正値θｅ´演算部５０と、補正値Ｅｐ´演算部５２と、を含んで構成される。

ｄｑ値演算部４０は、図１の電流極座標変換部２６で検出された電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉと、図１の誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅと、前回のロータ位置θｍの算出過程において、図２の位相選定部３６で既に選定されている電流位相βと、に基づいて、回転座標系であるｄｑ座標系における、電流Ｉのｄ軸成分Ｉｄ及びｑ軸成分Ｉｑ、並びに誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑを算出する。そして、電流Ｉのｄ軸成分Ｉｄ及びｑ軸成分Ｉｑは、Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２とΔＩｄ及びΔＩｑ演算部４４とに送出され、誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑは、Δθ演算部４８及び補正値Ｅｐ´演算部５２に送出される。なお、前回のロータ位置θｍの算出過程において位相選定部３６が誘起電圧位相γを選定している場合には、電流位相βに替えて誘起電圧位相γを用いてＩｄ、Ｉｑ、Ｅｄ及びＥｑを算出してもよい。

Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２は、ｄｑ値演算部４０で算出された電流Ｉのｄ軸成分Ｉｄ及びｑ軸成分Ｉｑを、かかる算出毎に記憶する。

ΔＩｄ及びΔＩｑ演算部４４は、ｄｑ値演算部４０で算出されたＩｄ及びＩｑと、Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２で記憶されたＩｄ及びＩｑのうち、前回のロータ位置θｍの算出過程で記憶されたＩｄ（−１）及びＩｑ（−１）と、に基づいて、電流Ｉの変化量におけるｄ軸成分ΔＩｄ及びｑ軸成分ΔＩｑを算出し、これらをΔＥｄ及びΔＥｑ演算部４６に送出する。

ΔＥｄ及びΔＥｑ演算部４６は、ΔＩｄ及びΔＩｑ演算部４４で算出された電流Ｉの変化量ΔＩｄ及び減算値ΔＩｑに基づいて、誘起電圧Ｅの変化量のうち前述のｐＬｄ・Ｉｄに相当するｄ軸成分ΔＥｄ、及び誘起電圧Ｅの変化量のうち前述のｐＬｑ・Ｉｑに相当するｑ軸成分ΔＥｑを算出し、これらをΔθ演算部４８及び補正値Ｅｐ´演算部５２に送出する。

Δθ演算部４８は、ｄｑ値演算部４０で算出されたＥｄ及びＥｑと、ΔＥｄ及びΔＥｑ演算部４６で算出されたΔＥｄ及びΔＥｑと、に基づいて、誘起電圧電気角θｅの変化量Δθを算出し、これを補正値θｅ´演算部５０に送出する。

補正値θｅ´演算部５０は、図１の誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧電気角θｅと、Δθ演算部４８で算出されたΔθと、に基づいて、誘起電圧電気角θｅの補正値θｅ´を算出し、これを位相選定部３６に送出する。

補正値Ｅｐ´演算部５２は、ｄｑ値演算部４０で算出されたＥｄ及びＥｑと、ΔＥｄ及びΔＥｑ演算部４６で算出されたΔＥｄ及びΔＥｑとに基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐの補正値Ｅｐ´を算出し、これを位相選定部３６に送出する。

次に、このように構成されたモータ制御装置の動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、ロータ位置演算部３８において、少なくとも２度、ロータ位置θｍが算出されているものとする。まず、同期モータ１２における、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗ、並びに各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを検出する（ステップＳ１）。

次に、各相の誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗを検出する。具体的には、以下の算出を行うことにより検出する。すなわち、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ及びＷ相電圧Ｖｗと、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗと、Ｕ相コイル抵抗Ｒｕ、Ｖ相コイル抵抗Ｒｖ及びＷ相コイル抵抗Ｒｗと、Ｕ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ及びＷ相誘起電圧Ｅｗと、の間には、Ｖｕ−Ｉｕ×Ｒｕ＝Ｅｕ、Ｖｖ−Ｉｖ×Ｒｖ＝Ｅｖ及びＶｗ−Ｉｗ×Ｒｗ＝Ｅｗの関係式が成立する。この関係式に、ステップＳ１で検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗの各値、並びに各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの各値を代入して、各相の誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗを算出する（ステップＳ２）。

次に、電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉを検出する。具体的には、以下の算出を行うことにより検出する。すなわち、図８に示すように、正弦波通電（１８０°通電）を行っているときの各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗと、電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉとの間には、Ｉｕ＝Ｉｐ×ｃｏｓθｉ、Ｉｖ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ−１２０°）及びＩｗ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ＋１２０°）の関係式が成立する。この関係式に、ステップＳ１で検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗの各値を代入して、Ｉｐ及びθｉについての連立方程式を解くことで電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉを算出する（ステップＳ３）。

次に、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出する。具体的には、以下の算出を行うことにより検出する。すなわち、図９に示すように、正弦波通電（１８０°通電）を行っているときの各相の誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗと、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅとの間には、Ｅｕ＝Ｅｐ×ｃｏｓθｅ、Ｅｖ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ−１２０°）及びＥｗ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ＋１２０°）の関係式が成立する。この関係式に、ステップＳ２で検出された各相の誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ及びＥｗの各値を代入して、Ｅｐ及びθｅについての連立方程式を解くことで誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを算出する（ステップＳ４）。

そして、ステップＳ３で検出された電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉと、ステップＳ４で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅと、前回のロータ位置θｍの算出過程において、位相選定部３６で既に選定されている電流位相βと、に基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐの補正値Ｅｐ´及び誘起電圧電気角θｅの補正値θｅ´を算出する（ステップＳ５）。本ステップの詳細については後述する。

次に、位相記憶部３４に記憶されたデータテーブルを参照して、電流位相βを選定する。具体的には、ステップＳ５で算出された補正値Ｅｐ´をパラメータＥｐとし、ステップ５で算出された補正値θｅ´からステップＳ３で検出された電流電気角θｉを減じた減算値（θｅ´−θｉ）をパラメータ（θｅ−θｉ）として、これらのパラメータで規定される電流位相βを選定する（ステップＳ６）。

さらに、ロータ位置θｍを算出する。具体的には、電流位相βを第１の変数として含み、電流電気角θｉを第２の変数として含むロータ計算式（θｍ＝θｉ−β）に、ステップＳ６で選定された電流位相βの値と、ステップＳ３で検出された電流電気角θｉの値を代入してロータ位置θｍを算出する（ステップＳ７）。

前記ステップＳ５における補正値Ｅｐ´及び補正値θｅ´の算出について、図１０のフローチャートを参照して詳述する。まず、前回のロータ位置θｍの算出過程において、位相選定部３６で既に選定されている電流位相β、及びステップＳ３で検出された電流波高値Ｉｐを、Ｉｄ＝Ｉｐ×ｓｉｎβ及びＩｑ＝Ｉｐ×ｃｏｓβで表される式に代入して、電流Ｉのｄ軸成分Ｉｄ及びｑ軸成分Ｉｑを算出する（ステップＳ１１）。

次に、ステップＳ１１で算出されたＩｄ及びＩｑを、Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２で記憶する（ステップＳ１２）。

また、ステップＳ３で算出された電流電気角θｉ、ステップＳ４で算出された誘起電圧波高値Ｅｐ、並びに、前回のロータ位置θｍの算出過程において、位相選定部３６で既に選定されている電流位相β、及び補正値θｅ´演算部５０で既に算出されている補正値θｅ´を、Ｅｄ＝Ｅｐ×ｓｉｎ（β＋θｅ´−θｉ）及びＥｑ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（β＋θｅ´−θｉ）で表される式に代入して、誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑを算出する（ステップＳ１３）。

次に、電流Ｉの変化量におけるｄ軸成分ΔＩｄ及びｑ軸成分ΔＩｑを算出する。具体的には、Ｉｄ及びＩｑ記憶部４２で記憶されたＩｄ及びＩｑのうち、前回のロータ位置θｍの算出過程で記憶されたＩｄ（−１）及びＩｑ（−１）から、夫々、ステップＳ１１で算出されたＩｄ及びＩｑを減じた減算値（Ｉｄ（−１）−Ｉｄ）及び減算値（Ｉｑ（−１）−Ｉｑ）を、ΔＩｄ及びΔＩｑとして算出する（ステップＳ１４）。

次に、ステップＳ１５において、誘起電圧Ｅの変化量におけるｄ軸成分ΔＥｄ及びｑ軸成分ΔＥｑを算出する。まず、ステップＳ１４で算出された、電流Ｉの変化量におけるｄ軸成分ΔＩｄ及びｑ軸成分ΔＩｑから、夫々、所定時間Δｔにおけるｄ軸成分の電流変化率（ΔＩｄ／Δｔ）及びｑ軸成分の電流変化率（ΔＩｑ／Δｔ）を算出する。所定時間Δｔとしては、電流検出部２２及び電圧検出部２４における検出の時間間隔を用いる。

そして、ｄ軸成分の電流変化率（ΔＩｄ／Δｔ）に対して、コイルＵｃ、Ｖｃ及びＷｃのインダクタンスをｄ軸に投影した成分Ｌｄ（定数）を乗じて、ΔＥｄ（＝Ｌｄ×ΔＩｄ／Δｔ）を算出する。同様に、ｑ軸成分の電流変化率（ΔＩｑ／Δｔ）に対して、コイルＵｃ、Ｖｃ及びＷｃのインダクタンスをｑ軸に投影した成分Ｌｑ（定数）を乗じて、ΔＥｑ（＝Ｌｑ×ΔＩｑ／Δｔ）を算出する。

さらに、ステップＳ１５で算出された、誘起電圧Ｅの変化量におけるｄ軸成分ΔＥｄ及びｑ軸成分ΔＥｑに応じて、ステップＳ４で検出された誘起電圧波高値Ｅｐの補正値Ｅｐ´を算出する。具体的には、誘起電圧波高値Ｅｐと誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑとの関係式を、誘起電圧Ｅの変化量におけるｄ軸成分ΔＥｄ及びｑ軸成分ΔＥｑを考慮して補正した、
という関係式に、ステップＳ１３で算出された誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑ、並びにステップＳ１５で算出されたΔＥｄ及びΔＥｑの各値を代入して補正値Ｅｐ´を算出する（ステップＳ１６）。

次に、ステップＳ１５で算出された、誘起電圧Ｅの変化量におけるｄ軸成分ΔＥｄ及びｑ軸成分ΔＥｑに応じて、ステップＳ４で検出された誘起電圧電気角θｅの変化量Δθを算出する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７について更に詳述すると、誘起電圧Ｅの変化による影響を受けた誘起電圧電気角θｅが、θｅ＝ｔａｎ^-1（Ｅｑ／Ｅｄ）で表され、誘起電圧Ｅの変化による影響を除去した誘起電圧電気角θｅ´が、θｅ´＝ｔａｎ^-1｛（Ｅｑ−ΔＥｑ）／（Ｅｄ−ΔＥｄ）｝で表される。したがって、変化量Δθは、Δθ＝θｅ−θｅ´で表されることから、
という式で近似的に表され、この式に、ステップＳ１３で算出された誘起電圧Ｅのｄ軸成分Ｅｄ及びｑ軸成分Ｅｑ、並びにステップＳ１５で算出された、誘起電圧Ｅの変化量におけるｄ軸成分ΔＥｄ及びｑ軸成分ΔＥｑの各値を代入して変化量Δθを算出する。

そして、ステップＳ１８において、ステップＳ４で検出された誘起電圧電気角θｅから、ステップＳ１７で算出された変化量Δθを減じた減算値（θｅ−Δθ）を、補正値θｅ´として算出する。

このようなモータ制御装置１０によれば、補正部３２が、誘起電圧極座標変換部２８で検出された誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅから、ｐＬｄ・Ｉｄの値、及びｐＬｑ・Ｉｑの値による定常状態に対するズレ量を取り除いて、これら誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを、夫々、補正値Ｅｐ´及び補正値θｅ´に補正することができる。このため、急激な負荷変動に応じて補正された補正値Ｅｐ´及び補正値θｅ´を含むパラメータに基づいて電流位相β又は誘起電圧位相γを選定できるので、過渡時におけるロータ位置の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、前述のモータ制御装置１０において、位相選定部３６は、データテーブルの各パラメータ値間における電流位相β又は誘起電圧位相γを補間する公知の補間技術を用いることにより、電流位相β又は誘起電圧γを選定してもよい。図３において、例えば、誘起電圧波高値Ｅｐが４５Ｖで、誘起電圧極座標変換部２８で検出されたθｅと電流極座標変換部２６で検出されたθｉとの減算値（θｅ−θｉ）が２５．５°と検出された場合、位相選定部３６は、線形補間により電流位相βを−１．５°と選定してもよい。

また、前述のモータ制御装置１０において、電圧検出部２４は、同期モータ１２とインバータ１６との接続線からの分岐線により、コイルに印加される電圧を検出していたが、直流電源１４の電圧と、インバータ１６のスイッチング素子を駆動させる信号のオンオフ比（例えばＰＷＭ信号のデューティ比）と、からコイルに印加される電圧を検出してもよい。これにより、スイッチング素子の駆動信号をモータ制御装置１０の内部で検出できるので、直流電源１４の電圧を検出するために分岐線を１つに減らすことができる。

１０…モータ制御装置
１２…同期モータ
２２…電流検出部
２４…電圧検出部
２６…電流極座標変換部
２８…誘起電圧極座標変換部
３２…補正部
３４…位相記憶部
３６…位相選定部
３８…ロータ位置演算部
４０…ｄｑ値演算部
４２…Ｉｄ及びＩｑ演算部
４４…ΔＩｄ及びΔＩｑ演算部
４６…ΔＥｄ及びΔＥｑ演算部

Claims (4)

1. 同期モータの回転するロータ位置をセンサレスで検出する機能を備えたモータ制御装置であって、
   同期モータのコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   同期モータのコイルに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段で検出された電流に基づいて、電流波高値Ｉｐ及び電流電気角θｉを検出するＩｐ及びθｉ検出手段と、
   前記電流検出手段で検出された電流と前記電圧検出手段で検出された電圧に基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを検出するＥｐ及びθｅ検出手段と、
   Ｉｐの値、Ｅｐの値、及びθｅからθｉを減じた減算値（θｅ−θｉ）のうち、少なくとも２つのパラメータで規定される電流位相β又は誘起電圧位相γを予め記憶する位相記憶手段と、
   前記位相記憶手段に記憶されたβ又はγを参照することにより、前記Ｉｐ及びθｉ検出手段で検出されたＩｐ及びθｉ、並びに、前記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ及びθｅに基づいてβ又はγを選定する位相選定手段と、
   前記位相選定手段で選定されたβを第１の変数とし前記Ｉｐ及びθｉ検出手段で検出されたθｉを第２の変数とするロータ位置計算式、又は前記位相選定手段で選定されたγを第１の変数とし前記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを第２の変数とするロータ位置計算式、からロータ位置θｍを算出するロータ位置演算手段と、を含んで構成され、
   前記位相選定手段においてβ又はγを選定するときに、前記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅの少なくとも一方であって、β又はγを規定する前記少なくとも２つのパラメータに含まれるものを、前記コイルに流れる電流の変化に応じて補正する補正手段を更に備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記補正手段は、前記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたＥｐ又はθｅを、前記コイルに流れる電流の回転座標系におけるｄ軸成分及びｑ軸成分が所定時間内に変化するコイル電流変化率に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記補正手段は、前記Ｅｐ及びθｅ検出手段で検出されたθｅを、前記コイル電流変化率を用いて求めたθｅの変化量Δθに基づいて補正することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記コイル電流変化率は、前記電流検出手段により現在検出されている電流のｄ軸成分及びｑ軸成分を、夫々、その検出の直前に検出された電流のｄ軸成分及びｑ軸成分から減じ、この減算結果を、現在の検出と直前の検出との時間間隔で除して求められることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ制御装置。