JP3137560B2

JP3137560B2 - 同期モータ制御装置

Info

Publication number: JP3137560B2
Application number: JP07155431A
Authority: JP
Inventors: 康己川端; 善明多賀
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: EP0746088A1; JPH08331884A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正弦波を基本波形とす
るｎ相交流を電源とする同期モータの制御装置に関し、
特に同期モータの特性を自由に制御可能な同期モータ制
御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より同期モータは、同期速度で安定し
た回転特性が得られるために各種分野で利用されてき
た。また、近年では半導体技術の進歩によって電源周波
数が容易に可変できるようになり、同期モータの回転数
を広範囲に制御することも可能となったためにその応用
分野は一層広がっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た同期モータ制御装置では、同期モータの回転数を広い
範囲に亘って可変する手法や、同期モータの回転をでき
るだけ滑らかにするといった改良が重ねられているに過
ぎなかった。

【０００４】例えば、ｎ相交流を電源とする同期モータ
では、その回転磁界において、電気角１８０／ｎ度毎に
主磁束を発生している相の転移を生じ、これに起因する
トルクリップルが生じてしまうから、こうしたトルクリ
ップルによる回転変動を押さえるため、様々な工夫が提
案されている。具体的には、全体的なトルク指令値を下
げたり、各相の電機子捲線の一部を重複させることで相
転移の際の磁束変動を抑えたり、回転子と固定子とのギ
ャップ長を調整するなどの工夫がなされている。

【０００５】これらの改良は、いずれもトルクリップル
を低減するに過ぎず、同期モータの出力トルクを同期モ
ータの回転角度毎に制御するといったものではなかっ
た。

【０００６】本発明の同期モータ制御装置は、全く新し
い着想に立ち、同期モータの出力トルクをその電気角に
応じて制御することを目的としてなされ、次の構成を採
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の同期モータ制御
装置は、正弦波を基本波形とするｎ相交流を、同期モー
タの各相コイルに通電して該同期モータを回転駆動する
同期モータ制御装置において、前記ｎ相交流の各相電流
の電気角を検出する電気角検出手段と、該検出された電
気角に基づき、相電流が正弦波であるときの当該相電流
の各々の絶対値が最大値となる電気角の±１８０／２ｎ
度の期間に亘って、前記相電流の各々について、当該相
電流の極性の方向に、各相電流の絶対値の前記最大値を
上限とする範囲内で増減する補正を行なう相電流補正手
段と、該相電流補正手段による補正が実行される相電流
以外の相電流を増減補正し、総ての相電流の総和を平衡
させる平衡補正手段とを備えることを要旨とする。

【０００８】請求項２記載の同期モータ制御装置は、請
求項１の構成に加えて、同期モータのトルク制御の影響
が現われる運転状態（例えば回転数）を検出する運転状
態検出手段を備え、この運転状態検出手段によりかかる
運転状態が検出された場合のみ、相電流補正手段を動作
させることを要旨とする。

【０００９】

【作用】以上のように構成された請求項１の同期モータ
制御装置では、電気角検出手段により同期モータに回転
磁界におけるｎ相交流の各相電流の電気角を検出し、相
電流補正手段が、検出した電気角に基づき、相電流が正
弦波であるときの相電流の各々の絶対値が最大値となる
電気角の±１８０／２ｎ度の期間に亘って、前記相電流
の各々について、当該相電流の極性の方向に、各相電流
の絶対値の前記最大値を上限とする範囲内で増減する補
正を行なう。と同時に、平衡補正手段が、相電流補正手
段による補正が実行される相電流以外の相電流を増減補
正し、総ての相電流の総和を平衡させる。この結果、同
期モータの出力は、同期モータの電気角に応じて制御さ
れる。

【００１０】請求項２記載の同期モータ制御装置は、運
転状態検出部が、同期モータの運転状態を検出し、同期
モータのトルク制御が現われる運転状態の場合（例えば
回転数が一定回転数以下の場合）に、相電流補正手段を
動作させる。従って、電気角に基づくトルクの制御の影
響が顕著に現われる運転状態に限定して補正を行なうこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例である同期モータ制
御装置１０及び回転制御される同期モータ４０の全体ブ
ロック図、図２は、同期モータ４０の構造を示す断面
図、図３は同じくそのＡ−Ａ′断面図である。

【００１２】まず、説明の都合上、図２，図３を用い
て、同期モータ４０の全体構造について説明する。この
同期モータ４０は、固定子３０と回転子５０とこれらを
収納するケース６０とからなる。回転子５０は、外周に
永久磁石５１ないし５４が貼付されており、その軸中心
に設けられた回転軸５５を、ケース６０に設けられた軸
受６１，６２により回転自在に軸支している。

【００１３】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ５７は、図２に示すように、その外周の４箇
所に、９０度ずつ隔たって突極７１ないし７４が設けら
れている。突極７１ないし７４は、ロータ５７に一体に
構成しても別部材により構成しても差し支えない。ロー
タ５７には、４箇所、組立用のピン５９を挿入する孔が
設けられており、このピン５９により位置決めしつつ積
層した後、積層体の前後にエンドプレート５７Ａ，５７
Ｂを配置する。この状態でピン５９の端部をエンドプレ
ート５７Ａ，５７Ｂに溶接またはかしめることで、積層
したロータ５７を固定する。ロータ５７の中心部は回転
軸５５が圧入されるように抜かれており、更に周り止め
用のキー溝５８が設けられているので、回転軸５５のキ
ー溝にキー５６を打ち込んだ状態で回転軸５５を、積層
されたロータ５７に挿入する。こうして回転子５０が組
み立てられる。

【００１４】回転子５０を形成した後、回転子５０の外
周面に、所定厚さの永久磁石５１ないし５４を軸方向に
亘って貼付する。この永久磁石５１ないし５４は、厚み
方向に磁化されている。この永久磁石５１ないし５４
は、回転子５０を固定子３０に組み付けると、隣接する
永久磁石およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍ
ｇを形成する（図２参照）。

【００１５】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図２に示すように、計１２個のテ
ィース２２を備える。また、ステータ２０の外周には、
固定用の溶接を行なうための切欠３４が８箇所、回り止
めのキーを挿入するキー溝３６が４箇所、各々設けられ
ている。固定子３０は、板状のステータ２０を、治具を
利用して位置決めしつつ積層し、その状態で外周に設け
られた切欠３４を溶接することで固定される。この状態
で、ティース２２間に形成されたスロット２４に、固定
子３０に回転磁界を発生させるコイル３２を巻回する。

【００１６】こうして固定子３０を組み立てた後、ケー
ス６０に設けられたキー溝と、固定子３０の外周のキー
溝とを一致させ、ここに回り止めのキーを介装させつ
つ、ケース６０に固定子３０を組み付ける。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この同期モータ４０は完成する。

【００１７】固定子３０の固定子コイル３２に回転磁界
を発生するよう励磁電流を流すと、これにより隣接する
突極およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍｑが
形成される。尚、このモータ４０において、上述した永
久磁石５２により形成される磁束が回転子５０を径方向
に貫く軸をｄ軸と呼び、固定子３０の固定子コイル３２
により形成される磁束が回転子５０を径方向に貫く軸を
ｑ軸と呼ぶ。この実施例（極数４）では、両軸は電気的
には、９０度の角度をなしている。換言するならば、同
期モータ４０の無負荷誘導起電力Ｅ０と同相の軸がｑ
軸、これとベクトル的に直交する軸がｄ軸であり、これ
らのｄｑ軸に各相電流Ｉをベクトル分解することで同期
モータ４０の動作を簡易に把握し制御することができ
る。

【００１８】図１に示すように、実施例の同期モータ制
御装置１０は、補正演算部１２，２相／３相変換部１
３，ＰＷＭ制御部１４，インバータ部１５，Ａ／Ｄ変換
器１７，３相／２相変換部１８から構成されている。補
正演算部１２は、同期モータ４０の負荷状況などに基づ
いて外部から与えられる電流指令Ｉ＊を補正して、同期
モータ４０の各相電流を補正する演算を行なう。補正演
算部１２からの出力Ｉｓ＊は、３相／２相変換部１８か
らの出力との偏差が演算され、これがフィードバック量
として、以下の制御に供される。これらの演算は、総て
ｄ軸，ｑ軸についての電流Ｉｄ，Ｉｑに対してなされて
いる。

【００１９】２相／３相変換部１３は、Ｉｄ，Ｉｑで求
められた電流値を、実際の各相電流（３相電流）にする
変換する回路である。２相／３相変換部１３では、併せ
て３相電流を各相に印加する電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ
に変換する処理も行なわれる。ＰＷＭ制御部１４は、こ
うして得られた３相の目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、図
示しない直流電源のオンオフにより実現するために、矩
形波のデューティ比に変換する。インバータ部１５は、
ＰＷＭ制御部１４からのオンオフ信号に基づいて、内蔵
する６個のスイッチング素子を制御して、直流電源１６
からの電圧を、同期モータ４０の３相コイルの各々に印
加する。なお、インバータ部１５には、Ｕ相およびＶ相
の電流を検出する電流センサ１１ａ，１１ｂが設けられ
ており、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖを検出している。
電流センサ１１ａ，１１ｂが検出した各相電流Ｉｕ，Ｉ
ｖは、実際にはＡ／Ｄ変換器１７でディジタル量に変換
され、後述する制御に用いられている。同期モータ４０
の制御に必要な電気角θは、同期モータ４０に設けられ
た回転角度センサ１９により検出されている。回転角度
センサ１９は、ホール素子を用いた周知のものである。

【００２０】本実施例の同期モータ制御装置１０は、実
際には、その補正演算部１２，２相／３相変換部１３お
よび３相／２相変換部１８を論理回路により構成してい
る。図４は、その論理回路のブロック図であり、図示す
るようにＣＰＵ２０２，その主記憶となるＲＡＭ２０
３，後述するプログラムを不揮発的に記憶しているＲＯ
Ｍ２０４，入力インタフェイス２０６，出力インタフェ
イス２０８から構成されている。このＲＯＭ２０４に
は、図５にフローチャートを示す電流制御プログラムが
記憶されており、ＣＰＵ２０２はこの電流制御プログラ
ムを適宜処理してＰＷＭ制御部１４に出力する３相電圧
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを決定している。この処理を実行する
ことで、図１に示す各ブロックの機能が実現されている
のである。

【００２１】そこで、図５のフローチャートに沿って、
本実施例の電流制御について説明する。図５に示すよう
にＣＰＵ２０２は、まず入力インタフェイス２０６を介
して相電流Ｉｕ，Ｉｖ及び電気角θを入力し（ステップ
Ｓ１００）、相電流Ｉｕ，Ｉｖを電気角θを用いて、ｄ
ｑ座標軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する（ステップＳ１
１０）。即ち、３相／２相変換を行なうのである。ｄ
軸，ｑ軸の電流値への変換は、実際には、次式（１）に
示す演算により行なわれる。この処理が、図１の３相／
２相変換部１８に相当する。

【００２２】

【数１】

【００２３】その後、必要なトルクに応じて決定され同
期モータ制御装置１０に対して指示される電流指令値Ｉ
ｑ＊，Ｉｄ＊を読み込む処理を行ない（ステップＳ１２
０）、更に、相電流補正処理を行なって、目標電流値Ｉ
ｑ＊，Ｉｄ＊を補正する処理を行なう（ステップＳ１３
０）。この相電流補正処理は、電流指令値Ｉｑ＊，Ｉｄ
＊に、電気角θに応じてマッピングされている補正係数
を積算して、補正した目標電流値Ｉｄｓ＊，Ｉｑｓ＊を
求める処理である。すなわち、目標とすべき出力を得る
ため電流値に更に補正係数を積算し、目標電流値を変更
するのである。ステップＳ１３０における相電流補正処
理の詳細を図６に示す。

【００２４】相電流の補正処理が開始されると、まず電
気角θを６０度周期の値に換算する処理を行なう（ステ
ップＳ１３２）。換算値をφとすると、 φ＝θ−６０・ｍ（ｍは正の整数）但し、０≦φ＜６０である。ケース６０度周期に換算するのは、トルクリッ
プルを例示する図７に示すように、３相交流による回転
磁界は電気角６０度毎に回転磁界の主磁束を発生してい
る相が転移し、この相転移に起因してトルクリップルが
発生するからである。そこで本実施例では、周期６０度
で同一の制御繰り返し実行することで、電気角に応じた
補正係数を記憶している補正テーブルの容量を最小限に
している。

【００２５】次に、こうして求めた換算値φが２８度以
下か否かの判断を行なう（ステップＳ１３４）。２８度
以下でなければ何も相電流の補正は行なわず、「ＮＥＸ
Ｔ」に抜けて本処理を終了する。他方、換算値φが２８
度以下であれば、相電流を補正する最大値に補正する処
理を行なう（ステップＳ１３６）。係る補正を電気角の
換算値φが２８度以下で行なうのは、図７に示すよう
に、６０度周期で観察すると、トルクリップルは、特に
２８度以下でトルクの低下として現われるからである。
そこで、２８度以下のトルクを高める処理を行なってい
るのである。尚、図６では、２８度以下でない場合に補
正を行なわないとしたが、補正係数を乗算する処理自体
は行なうものとし、補正係数を１とするものとしても良
い。

【００２６】ステップＳ１３０の後は、この目標電流値
Ｉｄｓ＊，Ｉｑｓ＊を用い、実際のｄ軸，ｑ軸電流Ｉ
ｄ，Ｉｑとの偏差に基づいて、同期モータ４０に所望の
電流を流すための電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを算出し（ステ
ップＳ１４０）、それを現実の３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗに変換するため、２相／３相変換を行なう（ステップ
Ｓ１５０）。この変換は、ステップＳ１１０で行なった
変換の逆変換に相当する。各電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、
次式（２）により求める。この処理が、２相／３相変換
部１３に相当する。

【００２７】

【数２】

【００２８】２相／３相変換した結果は、出力インタフ
ェイス２０８からＰＷＭ制御部１４に出力される（ステ
ップＳ１６０）。ＰＷＭ制御部１４は、この信号を受
け、電圧の大きさをオンオフ信号のデューティ比に変換
し、インバータ部１５に出力するから、結果的に同期モ
ータ４０の各相電流は、所望の値に制御され、図６に示
す電流制御が実現される。

【００２９】以上説明した処理、特に相電流補正処理
（ステップＳ１３０）によりｄｑ座標軸上で実行される
補正を現実の３相交流の状況として、図７を参照しつつ
説明する。３相に流される電流は、正弦波を基本波形と
している。ｄｑ軸上でなされた補正は、正弦波の各相電
流が最大値になる電気角の３０度手前（この点を換算値
φ＝０度とする）から２８度の期間に渡ってその瞬時値
を増減補正し、この期間の相電流を、相電流の最大値に
一致させるよう増減補正することと同一である。従っ
て、その補正係数は、３相座標軸で表現すれば、図７最
上欄に一点鎖線で示すように、リップルの周期である６
０度毎に同じ値を取り、換算値φが０度のとき、値１／
（ｓｉｎ６０）≒１．１５となり、その後１／｛ｓｉｎ
（６０−φ）｝の曲線で漸減し、換算値φが２８度以上
では値１となる。即ち、補正の対象となっている相電流
に対し、そのリップル周期の範囲前半（０≦φ＜）で、
これを増大する補正がなされるのである。

【００３０】図７には、最上欄の補正係数に併せて、補
正前の３相電流および補正後の各相電流の状態も示し
た。各相補正係数による相電流波形の変化を、実線矢印
で示している。回転磁束のうち、最もトルクに寄与する
主磁束を作り出す相電流が、次の相に移行するとき、次
に主磁束を作り出す相電流を最大値（図７中に実線矢印
で示した変化）に補正するのである。なお、便宜上、図
７の補正係数には主磁束を作り出す相の補正係数のみ示
している。この補正がなされるとき、主磁束を作り出す
相以外の２相の電流には３相交流の平衡状態を維持する
ための補正がなされている。その様子を図８に示す。他
の２相の電流も補正されることにより、３相交流の電流
の総和は、０に保たれている。

【００３１】この様な補正を同期モータ４０に実行した
とき、同期モータ４０に現れる電気角６０度周期のトル
クリップル波形を図９に示す。図示するように、補正を
行なわない場合の正弦波相電流では電気角２３〜２４度
に現れていた最低トルク（図９破線・■）が、本実施例
の同期モータ制御装置１０による補正後には大きく引き
上げられていること（図９実線・■）ことが分かる。
尚、図９の符号「□」は、電気角６０度の全期間に渡っ
て相電流を最大値に補正（以下、台形補正という）した
場合のトルクリップル波形を示している。この様に、主
磁束を発生している相電流の電流値を常に最大値に維持
するならば、同期モータ４０の平均トルクは向上するも
のの最低トルクと最大トルクとの差、すなわちトルクリ
ップルは一層大きくなる。そこで、本実施例の同期モー
タ制御装置１０では、発生トルクが落ち込む期間を電気
角から検出し、その期間に限って相電流値を最大値に一
致させるように補正するのである。

【００３２】以上のように本実施例の同期モータ制御装
置１０は、回転磁界を発生している相電流に転移が発生
するとき、転移後の相電流を直ちに最大値とすべく電流
値が補正される。従って、従来ならば相転移点を起点と
して電気角２３〜２４度を底として発生していた最低ト
ルクを大きく引き上げ、トルクリップルを軽減すること
ができる。しかも、この補正は、平均トルク自体を抑制
するもの（図９一点鎖線・○）ではなく、同期モータ４
０の平均トルクを向上させつつトルクリップルを軽減す
る。従って、単位重量当りの出力トルクを大きくし、か
つ、トルクリップルを軽減するという従来背反していた
目的を両立させることができる。上記実施例では、トル
クリップルは約３０パーセント低減され、平均トルクは
約７パーセント向上した。

【００３３】また、実施例の同期モータ制御装置１０
は、この様な電気角に依存する複雑な補正処理をｄｑ座
標上で実行しているためプログラムが簡単となり、また
３相それぞれに補正を実行する必要がない。

【００３４】次に、第２実施例として、電気自動車用の
同期モータを制御する同期モータ制御装置について説明
する。電気自動車では、乗り心地向上のために同期モー
タのトルクリップルを搭乗者に体感させないことが重要
となる。駆動源である同期モータのトルクリップルは、
特に同期モータが低速回転しており、負荷の慣性力が小
さいときに体感される。従って、少なくとも同期モータ
の低速回転時は、トルクリップルを可能な限り低減する
ことが望ましい。そこで、第２実施例の同期モータ制御
装置は、同期モータの運転状態の一つである回転数をパ
ラメータとして電流制御の方式を切り替えている。

【００３５】なお、この第二実施例の同期モータ制御装
置は、上記電流制御プログラム（図５）のステップＳ１
３０（相電流補正処理）のみ異なり、他の構成は同一で
ある。従って、同期モータ制御装置１０Ａについては、
全体構成の図示を省略し、かつ説明の重複を避けるた
め、上記実施例と同じ構成要素については同一の符号を
用い、その説明は省略する。

【００３６】第２実施例の同期モータ制御装置１０Ａ
は、相電流補正処理（ステップＳ１３０）として、図１
０のフローチャートに示す処理を実行する。この処理で
は、初めに同期モータ４０の回転数Ｎを算出する（ステ
ップＳ１３１Ａ）。この算出は、回転子５０の電気角θ
の微分計算、車速とギヤ比からの演算などの公知の方法
が適用可能である。そして、現在の同期モータ４０の回
転数Ｎが所定値ＮＸにβを加算した値（＝ＮＸ＋β）よ
り小さいか否かを判断する（ステップＳ１３２Ａ）。所
定値ＮＸとは、同期モータ制御装置１０Ａが搭載される
車両の特性に応じて決定される値であり、同期モータ４
０のトルクリップルによる振動が人体に体感されるか否
かの臨界的な回転数である。従って、所定値ＮＸは、体
感試験あるいは振動計などを用いて適宜決定される。本
実施例では６００［ｒｐｍ］とした。また、βは、ステ
ップＳ１３２Ａの判断にヒステリシスを付与するための
定数である。

【００３７】ステップＳ１３２Ａにて現在の回転数Ｎが
ＮＸ＋β以上であると判断されたときは、相電流を台形
補正し（ステップＳ１３３Ａ）、ヒステリシス防止のた
めの変数βに値−αを代入し（ステップＳ１３４Ａ）、
本処理を終了する。すなわち、この場合には、現実の３
相座標軸で表現したとき、各相電流を、図１１に実線で
示すような台形形状の波形に一致させる補正が実行され
る。台形補正は、回転磁界の主磁束を作り出している相
電流を常に最大値に保つ（電気角６０度の全期間に渡っ
て相電流を最大値とする）ものであり、図９の符号
「□」で示したように、同期モータ４０の平均トルクを
最大とすることができる。そこで、同期モータ４０の回
転数ＮがＮＸ＋β以上であって、トルクリップルが体感
され難い領域では、モータの単位重量当りの出力を最大
とするために台形補正（ステップＳ１３３Ａ）を選択す
るのである。図１２は、補正係数を示すグラフであり、
破線で示す補正係数が台形補正の時のものである。この
グラフは、リップルの周期二つ分の１２０度に亘る補正
係数を示す。補正係数は、６０度毎に同じ値を取り、各
相電流の絶対値が最も大きいとき（この点を０度とす
る）、値１となり、３０度のとき、値１／（ｃｏｓ３
０）≒１．１５となる。即ち、相電流が最大の時には補
正はなされず、補正の対象となっている相電流（正弦
波）がそのリップル周期の範囲内で最小になる場合に、
最大の補正がなされるのである。

【００３８】一方、ステップＳ１３２Ａにて現在の回転
数ＮがＮＸ＋βより小さいと判定されたとき、すなわち
同期モータ４０のトルクリップルが搭乗者に体感され易
い低回転時であると判断されたときは、上記台形補正
（ステップＳ１３３Ａ）に代わってトルク平滑補正（ス
テップＳ１３６Ａ）が実行され、その後変数βに＋αが
代入される（ステップＳ１３７Ａ）。ここでステップＳ
１３６Ａのトルク平滑補正とは、図１２に符号「○」で
示した補正係数Ｋを目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に乗算する
処理である。係る補正がなされる結果、その時の各相電
流は図１２に符号「○」で示すよう制御される。

【００３９】このトルク平滑補正で用いられる図１２の
補正係数Ｋは、次の様にして求められる。図１３に示す
ように、相電流の補正を行なわない場合の同期モータ４
０のトルク（●）は、台形補正を実行することで最低ト
ルク及び最大トルク共に大きく引き上げられる（同図
△）。従って台形補正は、平均トルクを大きくすること
ができる反面、トルクリップルを大きくしてしまう。そ
こで、この台形補正による最低トルクに対応した電流値
を基準値ＲＥＦとして設定し、各電気角で得られる台形
補正の電流値をこの基準値ＲＥＦで除算し、その除算値
を台形補正値に乗算するのである。尚、電流値ではな
く、トルク値を用いて除算値を演算しても良い。

【００４０】これらの演算は、台形補正によるトルクの
行き過ぎを修正するため、台形補正による最低トルクを
基準値として設定し、最低トルクよりも大きなトルクが
発生する電気角では台形補正の補正値を、行き過ぎの分
だけ小さくするのである。この様なトルク平滑補正によ
り、同期モータ４０の発生トルクは図１３に符号「○」
で示すように台形補正時の最低トルク値Ｔｒｅｆに一致
した平滑な特性となる。即ち、この場合には、トルクリ
ップルは実質０に制御されることになる。

【００４１】以上説明したように第２実施例の同期モー
タ制御装置１０Ａによれば、電気自動車の動力源として
用いられる同期モータ４０の出力特性を、回転数Ｎに応
じて変更することができる。すなわち、トルクリップル
低減あるいは平均トルクの向上など同期モータ４０に主
として要求される特性を回転数Ｎから判断し、その回転
数Ｎでの要求特性に合致させるべく同期モータ４０の出
力を変更することができる。しかも、この要求特性の変
更は、上述のごとく電気角に対応した補正係数を変更す
るだけでよい。従って、それぞれの補正係数をテーブル
化しておき、回転数Ｎに応じて補正係数Ｋを読み出すテ
ーブルのアドレスを変更するなど簡単なソフトで対応可
能である。

【００４２】また、低回転時に実行されるトルク平滑補
正（ステップＳ１３６Ａ）は、図１３に示すように、正
弦波の３相交流により同期モータ４０を駆動したときの
最低トルクＴｍｉｎを大きく上回るトルク値で、リップ
ルの無い平滑なトルクを発生させることができる。従っ
て、単純にトルク指令値を下げる従来の方法に比較し、
最低トルクの向上、平均トルクの向上、トルクリップル
の低減という総ての面で優れた制御を実現することがで
きる。

【００４３】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない種々なる態様により具現化さ
れることは勿論である。例えば、３相／２相変換法を使
用せずに直接３相電流を補正してもよい。また、回転角
度をセンサにより検出する代わりに各相電流から推定す
る構成としても良い。また、補正した相電流を同期モー
タ４０に実際に流すための電源もＰＷＭ制御のインバー
タ回路に限定されるものではない。

【００４４】また、第２実施例では同期モータ４０の回
転数に応じて２つの相電流補正を切り替えて実行してい
るが、回転数に応じて台形補正やトルク平滑補正を適宜
組み合わせてもよい。また、補正方式切り替えのパラメ
ータとして回転数を使用するばかりでなく、車両のその
他の走行状況、例えば走行速度、車両加速度、アクセル
やブレーキなどの操作状況などをパラメータとして利用
してもよい。実施例では、トルクリップルを低減する補
正を中心に説明したが、トルクリップルを増加するよう
な補正を行なうことも可能である。

【００４５】更に、上記２つの実施例では、台形補正や
トルク平滑補正などの補正方式を例示しているが、電気
角に応じた相電流の補正は台形補正によるものを上限と
して任意に選択されるものである。例えば、台形補正に
より電気角２３〜２４度で発生していたトルクリップル
の最低トルクが底上げされることから、少なくともこの
電気角では台形補正と同一の補正係数を選択し、その他
の電気角での補正係数は同期モータ４０に要求されるそ
の他の出力特性に基づき任意に設定してもよい。また、
トルクやトルクリップルとは無関係に、各相電流を補正
しても良く、様々な要因に対応して、各相電流を自由に
制御し、必要な特性を同期モータから取り出すことがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の同期モー
タ制御装置は、電気角検出手段により同期モータに回転
磁界を発生させるｎ相交流の各相電流の電気角を検出
し、相電流補正手段が、その電気角に基づき、相電流が
正弦波であるときの相電流の各々の絶対値が最大値とな
る電気角の±１８０／２ｎ度の期間に亘って、前記相電
流の各々について、当該相電流の極性の方向に、各相電
流の絶対値の前記最大値を上限とする範囲内で増減する
補正を行なう。従って、相電流補正手段による補正を適
宜設定することで同期モータの出力トルク波形を任意に
制御することができるという優れた効果を奏する。この
結果、同期モータの単位重量当りの機械的出力の向上と
トルクリップルの低減を同時に満足するといった制御を
行なうことが可能となる。

【００４７】更に、請求項２の同期モータ制御装置によ
れば、モータのトルク制御が現われる運転状態か否かに
より相電流の補正の有無を切り換えるので、モータの運
転状態に応じたトルク特性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である同期モータ制御装置を
利用した同期モータ制御回路のブロック図である。

【図２】同期モータの回転子の断面図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ′断面図である。

【図４】同期モータ制御装置を構成する論理回路のブロ
ック図である。

【図５】その論理回路で処理される電流制御プログラム
を示すフローチャートである。

【図６】その電流制御プログラムで実行される相電流補
正処理を示すフローチャートである。

【図７】相電流補正処理における３相交流と補正係数と
の関係を示すグラフである。

【図８】他の相の補正も併せ示すグラフである。

【図９】実施例における同期モータのトルクリップルの
波形を示すグラフである。

【図１０】第２実施例におけるトルク補正処理を示すフ
ローチャートである。

【図１１】そのトルク補正処理による相電流の変化を示
すグラフである。

【図１２】そのトルク補正処理で利用される補正係数の
一例を示す説明図である。

【図１３】同期モータのトルクリップルの様子を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０…同期モータ制御装置１０Ａ…同期モータ制御装置１１ａ，１１ｂ…電流センサ１２…補正演算部１３…２相／３相変換部１４…ＰＷＭ制御部１５…インバータ部１６…直流電源１７…Ａ／Ｄ変換器１８…３相／２相変換部１９…回転角度センサ２０…ステータ２２…ティース２４…スロット３０…固定子３２…固定子コイル３４…切欠３６…キー溝４０…同期モータ５０…回転子５１〜５４…永久磁石５５…回転軸５６…キー５７…ロータ５７Ａ，５７Ｂ…エンドプレート５８…キー溝５９…ピン６０…ケース６１，６２…軸受７１〜７４…突極２０２…ＣＰＵ２０３…ＲＡＭ２０４…ＲＯＭ２０６…入力インタフェイス２０８…出力インタフェイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官山下喜代治 (56)参考文献特開平７−39186（ＪＰ，Ａ) 特開平５−300785（ＪＰ，Ａ) 特開平４−295294（ＪＰ，Ａ) 特開平６−276781（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正弦波を基本波形とするｎ相交流を、同
期モータの各相コイルに通電して該同期モータを回転駆
動する同期モータ制御装置において、前記ｎ相交流の各相電流の電気角を検出する電気角検出
手段と、該検出された電気角に基づき、相電流が正弦波であると
きの当該相電流の各々の絶対値が最大値となる電気角の
±１８０／２ｎ度の期間に亘って、前記相電流の各々に
ついて、当該相電流の極性の方向に、各相電流の絶対値
の前記最大値を上限とする範囲内で増減する補正を行な
う相電流補正手段と、該相電流補正手段による補正が実行される相電流以外の
相電流を増減補正し、総ての相電流の総和を平衡させる
平衡補正手段とを備える同期モータ制御装置。
【請求項２】請求項１記載の同期モータ制御装置であ
って、前記同期モータのトルク制御の影響が現われる運転状態
を検出する運転状態検出部を備え、該検出された運転状態が検出された場合のみ、前記相電
流補正手段を動作させる同期モータ制御装置。