JP3301360B2 - モータ制御装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサレスで同期
モータの運転を制御する技術に関し、詳しくは同期モー
タが無負荷で運転されている場合において、その運転を
制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】多相交流を巻線に流し、該巻線による磁
界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
転させる同期モータで、所望の回転トルクを得るために
は、回転子の位置、即ち電気角に応じて巻線に流す多相
交流を制御する必要がある。この際、ホール素子等のセ
ンサを用いて電気角を検出する方法もあるが、同期モー
タの制御装置の信頼性を確保する観点から、上述したセ
ンサを用いない、いわゆるセンサレスで電気角を検出
し、モータの運転を制御することが望まれている。

【０００３】モータを無負荷で回転させようとする場合
には、巻線に電流を流す必要がないため、敢えて電気角
を検出しモータを制御しなくても、モータ巻線に電流を
流す駆動回路のスイッチング素子を全てオフ状態として
おけば十分である。再度モータに負荷をかけて運転する
場合には、その時点で改めてモータの制御を行うものと
すればよい。但し、この方法では、再度制御を開始した
時点において電気角が正確に検出できないため、モータ
を適切に制御できず、トルク変動等が生じる可能性もあ
る。従って、モータを無負荷で運転している状態から、
負荷をかけて運転する状態にスムーズに移行するため
に、無負荷で運転している最中でも、その電気角を検出
しておくことが望ましい。

【０００４】いわゆる突極型の同期モータについて電気
角をセンサレスで検出する方法として、特にモータが比
較的高速回転で運転（以下、単に高速運転と呼ぶ）して
いる場合には、次式（１）（２）に示す電圧方程式を用
いて電気角をセンサレスで検出する方法が提案されてい
た。 ここで、Ｖはモータに印加される電圧値、Ｉはモータ巻
線に流れる電流値、Ｌは巻線のインダクタンスを示して
いる。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。上式の他の変数について、Ｒは
モータコイル抵抗、ωはモータの回転角速度、φはモー
タの永久磁石によって定まる磁束錯交数を示している。
これらの諸量のうち、モータコイル抵抗Ｒ、インダクタ
ンスＬ、および磁束錯交数φはモータ固有の値であるこ
とから、まとめてモータ定数と呼ぶこともある。また、
ｐは時間微分演算子である。つまり、 ｐ（Ｌｄ・Ｉｄ）＝ｄ（Ｌｄ・Ｉｄ）／ｄｔ である。

【０００５】ｄ軸、ｑ軸について図４を用いて簡単に説
明する。永久磁石型の三相同期モータは図４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、回転子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４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）を用いた電
気角の検出方法について、その概要を説明する。上式
（１）（２）は、ｄ軸、ｑ軸について常に成立する方程
式であるが、センサレスでモータを制御する場合には、
電気角の正確な値が不明である。従って、モータの制御
装置は、ある想定された電気角（図４におけるθｃに相
当）に基づいて上記方程式を演算することになり、当
然、想定された電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角
（図４における△θ）に応じた演算誤差が生じる。逆に
かかる演算誤差に応じて想定された電気角θｃを逐次補
正することにより、電気角を検出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の電気角検出方法
は、永久磁石型モータが比較的高速回転で運転されてい
る場合において、その電気角をセンサレスで精度よく検
出できる優れたものであった。しかし、かかる運転状態
にある同期モータであっても、モータの要求トルクが略
０、即ちモータが無負荷で運転されている場合には、電
気角の検出精度が著しく低下したり、電気角を検出でき
なくなることが確認された。

【０００８】モータが無負荷で運転されている状態にお
ける電気角の検出結果を図８に示す。図８は回転するモ
ータの電気角について、センサを用いて計測した実角度
とセンサレスで検出した検出角度の比較を示したグラフ
である。図８に示す通り、検出角度は、実角度に対し、
看過し得ない誤差を常に有していることが分かる。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになさ
れ、同期モータが無負荷で運転されている場合にも、そ
の電気角を精度良く検出し、モータを適切に制御する技
術を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、本発明では以下の構成を採っ
た。本発明のモータ制御装置は、各相毎にソース側とシ
ンク側とを一組として設けられたスイッチング素子をス
イッチングすることにより生成された多相交流を巻線に
流し、該巻線による磁界と永久磁石による磁界との相互
作用により回転子を回転させる同期モータの運転を制御
するモータ制御装置であって、前記回転子の電気角を想
定し、前記スイッチング素子をデッドタイムを挟んでス
イッチングすることにより、モータが出力すべきトルク
であるトルク指令値に応じた電圧を、該想定された電気
角に基づいて前記巻線に印加する電圧印加手段と、前記
デッドタイムの影響を補正するデッドタイム補正を施し
た電圧値と、前記電圧印加手段により印加された電圧に
応じて前記巻線に流れる電流値と、モータの特性に応じ
て定められるインダクタンスとを少なくとも用いた所定
の演算を行うことにより、前記想定された電気角を補正
する電気角補正手段と、前記トルク指令値が略０である
場合には、前記印加される電圧に関わらず、前記巻線に
有意の電流を流すための所定の電圧を印加するように前
記電圧印加手段を制御する無負荷時電圧制御手段とを備
えることを要旨とする。

【００１１】また、本発明のモータ制御方法は、各相毎
にソース側とシンク側とを一組として設けられたスイッ
チング素子をスイッチングすることにより生成された多
相交流を巻線に流し、該巻線による磁界と永久磁石によ
る磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モー
タの運転を制御するモータ制御方法であって、前記回転
子の電気角を想定し、前記スイッチング素子をデッドタ
イムを挟んでスイッチングすることにより、モータが出
力すべきトルクであるトルク指令値に応じた電圧を、該
想定された電気角に基づいて前記巻線に印加し、前記デ
ッドタイムの影響を補正するデッドタイム補正を施した
電圧値と、前記電圧印加手段により印加された電圧に応
じて前記巻線に流れる電流値と、モータの特性に応じて
定められるインダクタンスとを少なくとも用いた所定の
演算を行うことにより、前記想定された電気角を補正す
る制御に加えて、前記トルク指令値が略０である場合に
は、前記印加される電圧に関わらず、前記巻線に有意の
電流を流すための所定の電圧を印加し、前記電気角の補
正をすることを要旨とする。

【００１２】かかるモータ制御装置またはモータ制御方
法によれば、モータが無負荷で運転されている場合であ
っても、その電気角を精度良く検出することができ、モ
ータを適切に制御することができる。以下、その作用に
ついて説明する。

【００１３】上記発明がなされるためには、まず、従来
の電気角検出方法によっては無負荷で運転されている時
に電気角を検出できなかった原因について解明すること
が必要であった。従来の電気角検出方法について、無負
荷で運転された時に電気角を検出できないという事象お
よびその原因について報告された例は存在しない。そこ
で、本願発明者はまず、種々の実験および解析に基づい
て、上記原因が以下に示す点にあることを明らかにし
た。

【００１４】先に述べた通り、従来の電気角検出方法
は、ある想定された電気角（図４におけるθｃに相当）
に基づいて電圧方程式（１）（２）を演算することによ
り生じる演算誤差に応じて想定された電気角θｃを補正
して、現実の電気角を求めるものである。その演算誤差
は、時間微分（ｄ／ｄｔ）を時間差分（変化量／時間）
に置き換えた上で、電圧方程式を変形することにより次
式（３）〜（５）の通り得られる。 △Ｉｄ＝ Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１） −ｔ（Ｖｄ−ＲＩｄ＋ωＬｑＩｑ）／Ｌｄ ・・・（３） △Ｉｑ＝ Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑ（ｎ−１） −ｔ（Ｖｑ−ＲＩｑ−ωＬｄＩｄ−Ｅ（ｎ−１）） ／Ｌｑ ・・・（４） Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）−Ｋ１△Ｉｑ ・・・（５）

【００１５】ここで、Ｉｄ，Ｉｑはｄ軸、ｑ軸の電流を
示しており、それぞれの変数に付けられた（ｎ）等は、
上記演算が周期的に繰り返し実行されていることを踏ま
えて付されており、（ｎ）は現時点での値であり、（ｎ
−１）は前回に上記演算を実施した時の値であることを
意味している。つまり、Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１）の
部分は、電流Ｉｄについて、高速時モータ制御ルーチン
が前回実行された時から今回までの変化量を表している
ことになる。なお、この演算が実行される周期は、上式
における時間ｔである。

【００１６】その他の変数について、Ｖｄ、Ｖｑは巻線
に印加される電圧値、ωはモータの回転角速度、Ｌｄ，
Ｌｑはｄ軸、ｑ軸方向のインダクタンスである。ωはｒ
ａｄ／ｓｅｃを単位としており、モータの回転数Ｎ（ｒ
ｐｍ）との間には、ω＝２π・Ｎ／６０なる関係があ
る。Ｋ１はＥ（ｎ）、Ｅ（ｎ−１）、△Ｉｑとを関係づ
け、後に示す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。

【００１７】こうして算出された△Ｉｄ，△Ｉｑ，Ｅ
（ｎ）を用いて、前回の電気角検出の結果に基づいて想
定されている電気角θ（ｎ−１）を次式（６）に基づい
て新たな電気角θ（ｎ）に補正する。 但し、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。また、Ｋ２，Ｋ３はＫ
１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。ここでは、モータが高速
運転されていることを前提としているため、モータが回
転していない場合、即ちω＝０である場合は考慮しな
い。

【００１８】モータが無負荷で運転されている場合を考
える。このとき、巻線には一切電流が流れていないた
め、上式（３）〜（６）において、Ｉｄ＝Ｉｑ≒０とな
る。先に示した電圧方程式（１）（２）より明らかな通
り、モータが回転している場合には、電流が値０であっ
ても逆起電力が存在するため、Ｖｄ、Ｖｑは値０とはな
らない。従って、上式（３）〜（６）は次式（７）〜
（１０）となる。 △Ｉｄ＝ｔ・Ｖｄ／Ｌｄ・・・（７） △Ｉｑ＝ｔ・（Ｖｑ−Ｅ（ｎ−１））／Ｌｑ・・・（８） Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）−Ｋ１△Ｉｑ ・・・（９） θ（ｎ）＝θ（ｎ−１）＋ｔＥ（ｎ）／Ｋ２ ・・・（１０）

【００１９】上式（７）〜（１０）において、ｄ軸およ
びｑ軸に印加される電圧値Ｖｄ、Ｖｑは、直接検出する
ことが困難であるため、一般にはモータ巻線に電圧を印
加する指令値が用いられる。ところが、巻線に電圧を印
加するための駆動回路を構成するスイッチング素子は、
回路の短絡を防ぐために、いわゆるデッドタイムを挟ん
でスイッチングされるのが通常である。例えば、ソース
側とシンク側を一組として設けられたスイッチング素子
に、シンク側がオン、ソース側がオフの状態からシンク
側がオフ、ソース側がオンの状態にスイッチングすべき
制御信号が入力された場合、まず該制御信号の入力と同
時にシンク側、ソース側ともにオフの状態にスイッチン
グし、デッドタイムと呼ばれる所定の時間が経過した後
にソース側をオンの状態にスイッチングする。従って、
所望のオンオフ状態が得られるのは、前記制御信号が入
力されてからデッドタイムだけ経過した後になる。この
結果、現実に印加される電圧の印加時間は、制御信号で
指令される電圧印加時間よりもずれることになる。これ
をデッドタイムロスと呼ぶ。

【００２０】上記デッドタイムロスは、デッドタイムを
挟んでスイッチングを行う駆動回路で必ず生じるもので
あるため、通常はデッドタイム補正と呼ばれる補正をか
けることによりその影響を回避している。但し、デッド
タイムロスは、必ずしも電圧の印加時間が短くなる方向
にのみ現れるというものではなく、スイッチング素子を
通って流れる電流の方向によって、電圧の印加時間が短
くなったり長くなったりする。従って、通常は、電流の
方向に基づいてデッドタイムロスが前記いずれの方向に
現れるのかを判断した上で、適切なデッドタイム補正を
かけているのである。

【００２１】ところが、モータが無負荷で運転されてい
る場合には、トルクを発生するための磁界を生じさせる
必要がなく、巻線には電流が流れていないため、デッド
タイム補正を適切にかけることができない。この結果、
上式（７）、（８）はデッドタイムロスに基づく誤差を
包含することになり、上式（９）、（１０）を用いても
電気角の誤差を収束させることができなくなるのであ
る。本願発明者は、モータが無負荷で運転されている際
に電気角が検出できなくなる事象について数多くの要因
が考えられる中、種々の実験および解析に基づいて、本
質的な原因が上記デッドタイム補正との関係にあること
を明らかにした。

【００２２】かかる原因に基づいて、本発明のモータ制
御装置およびモータ制御方法では、モータのトルク指令
値が略０、即ちモータが無負荷で運転される場合でも、
巻線に有意の電流を流すための所定の電圧を印加する。
トルク指令値に基づけば、無負荷で運転されている場合
には、本来巻線に電流を流す必要はないところ、敢えて
有意の電流を流すのである。かかる電流が流れることに
より、先に述べた通り、デッドタイムロスの影響が電圧
印加時間を短くする方向および長くする方向のいずれに
現れるのかを特定することができ、デッドタイム補正を
適切にかけることができるからである。巻線に電流が流
れており、デッドタイム補正を適切にかけることができ
れば、上式（３）〜（６）を用いて電気角を精度良く検
出することができ、モータを適切に制御できるようにな
る。しかも、無負荷以外の通常の運転領域にあるモータ
を制御する制御装置に対し、特別なハードウェアを追加
する必要はないため、比較的容易に上記発明を構成する
ことができる。

【００２３】上記発明はモータを無負荷で運転している
状態から、負荷をかけて運転する状態にスムーズに移行
するためになされたものであるから、モータにトルク指
令値が入力されてからトルク発生までに多少の時間的遅
れが生じても許容される場合や、予めトルクを発生する
タイミングが明らかである場合等は、トルクを発生する
直前にのみ上述した電気角の検出を行うものとしてもよ
い。こうすれば、電気角検出のために有意の電流を流す
時間を低減することができる。

【００２４】なお、有意の電流とは、電流の流れる方向
を特定することができる程度の電流であることを意味
し、その値はモータに応じて実験的に定められる。ま
た、モータが無負荷で運転している際、モータはいわゆ
る空転状態にあり、何ら仕事をしていないことになる
が、本明細書では、電気角に基づいてかかる運転状態を
維持することもモータの制御として捕らえている。

【００２５】上記のモータ制御装置におけるデッドタイ
ム補正としては、デッドタイムロスが生じて現実に印加
される電圧が本来印加すべき電圧と等しくなるようにス
イッチング素子に入力される制御信号を補正する方法、
およびモータ制御装置から出力された電圧指令値を現実
に印加された電圧に相当する値に補正して上式（３）〜
（６）に代入する方法等が考えられる。

【００２６】上記モータ制御装置において、前記無負荷
時電圧制御手段は、前記回転子の回転中心を通り前記永
久磁石による磁界に沿う方向に磁界を生じさせる向きの
有意の電流を流すための所定の電圧を印加するように前
記電圧印加手段を制御する手段とすることが望ましい。

【００２７】前記回転子の回転中心を通り前記永久磁石
による磁界に沿う方向とは、先に説明した、いわゆるｄ
軸方向である（図４参照）。一般に知られている通り、
同期モータのトルクに影響を与えるのは主として先に述
べたｑ軸方向の磁界であり、ｄ軸方向の磁界はトルクに
大きな影響を与えない。上記モータ制御装置では、無負
荷運転時にｄ軸に電流を流して電気角の検出およびモー
タの制御を行うため、巻線に電流を流すことによるトル
ク変動をほとんど生じることがない。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（１）実施例の構成 以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説
明する。図１は、本発明の一実施例としての電気角検出
装置を含むモータ制御装置１０の概略構成を示すブロッ
ク図、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、図３はこの三相同期モータ４
０の固定子３０と回転子５０との関係を示す端面図であ
る。

【００２９】まず、図２を用いて、三相同期モータ４０
の全体構造について説明する。この三相同期モータ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。

【００３０】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形した板状回転子５７を複数枚積層したものであ
る。この板状回転子５７は、図３に示すように、直交す
る位置に４箇所の突極７１ないし７４を備える。板状回
転子５７を積層した後、回転軸５５を圧入し、積層した
板状回転子５７を仮止めする。この電磁鋼板を素材とす
る板状回転子５７は、その表面に絶縁層と接着層が形成
されており、積層後所定温度に加熱され、接着層が溶融
することにより、固定される。

【００３１】こうして回転子５０を形成した後、回転子
５０の外周面であって、突極７１ないし７４の中間位置
に、永久磁石５１ないし５４を軸方向に亘って貼付す
る。永久磁石５１ないし５４は、回転子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。この永久磁石５１，５２は、回転子５
０を固定子３０に組み付けた状態では、板状回転子５７
および板状固定子２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図３
破線参照）。

【００３２】固定子３０を構成する板状固定子２０は、
板状回転子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３に示すように、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、固定子３０に回転磁界を発生させ
るコイル３２が巻回されている。尚、板状固定子２０の
外縁部には、固定用のボルト３４を通すボルト孔が設け
られているが、図３では図示を省略してある。

【００３３】固定子３０は、板状の板状固定子２０を積
層し互いに押圧した状態として、接着層を加熱・溶融す
ることで一応固定される。この状態で、コイル３２をテ
ィース２２に巻回して固定子３０を完成した後、これを
ケース６０に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト３４
を通し、これを締め付けて全体を固定する。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、この三相同期モータ４０は完成す
る。

【００３４】固定子３０のコイル３２に回転磁界を発生
するよう励磁電流を流すと、図３に示すように、隣接す
る突極および板状回転子５７，板状固定子２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５１により
形成される磁束が回転子５０を、その回転軸中心を通っ
て径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、回転子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。
つまり、ｄ軸およびｑ軸は回転子５０の回転に伴い回転
する軸である。本実施例では、回転子５０に貼付された
永久磁石５１および５３は外周面がＮ極となっており、
永久磁石５２および５４は外周面がＳ極となっているこ
とから、図３に示す通り、幾何学的にはｄ軸と４５度方
向にある軸がｑ軸となる。図４に本実施例の三相同期モ
ータ４０の等価回路を示す。図４に示す通り、三相同期
モータ４０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を有する等価回路により表され、
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
として貫く軸として表される。また、電気角はＵ相コイ
ルを貫く軸とｄ軸との回転角θとなる。

【００３５】次に、図１に従ってモータ制御装置１０の
構成について説明する。モータ制御装置１０は、外部か
らのトルク指令を受けて三相同期モータ４０の三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のモータ電流を制御する制御用ＥＣＵ
１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ａｕ、Ｖ相電流
Ａｖ、Ｗ相電流Ａｗを検出する電流センサ１０２、１０
３、１０４、検出された電流の高周波ノイズを除去する
フィルタ１０６、１０７、１０８、検出した電流値をデ
ィジタルデータに変換する３個のアナログディジタル変
換器（ＡＤＣ）１１２、１１３、１１４から構成されて
いる。

【００３６】制御用ＥＣＵ１００の内部には、図示する
ように、算術論理演算を行うマイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）１２０、このＣＰＵ１２０が行う処理や必要なデー
タを予め記憶したＲＯＭ１２２、処理に必要なデータ等
を一時的に読み書きするＲＡＭ１２４、計時を行うクロ
ック１２６等が設けられており、バスにより相互に接続
されている。このバスには、入力ポート１１６や出力ポ
ート１１８も接続されており、ＣＰＵ１２０は、これら
のポート１１６，１１８を介して、三相同期モータ４０
のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを読
み込むことができる。

【００３７】また、制御用ＥＣＵ１００には、別途入力
されるトルク指令に基づいて決定されたモータの各相電
流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが得られるようモータの各コイル間
に電圧を印加する電圧印加部１３０が、その出力部に設
けられている。ＣＰＵ１２０からの制御出力Ｇｕ，Ｇ
ｖ，Ｇｗ，ＳＤが、この電圧印加部１３０に出力されて
おり、三相同期モータ４０の各コイルに印加される電圧
を外部から制御することが可能となっている。電圧印加
部１３０の詳細な構成を図５に基づいて説明する。

【００３８】電圧印加部１３０は、大きくはトランジス
タインバータ１３８、ソース側プリドライブ回路１３
２、シンク側プリドライブ回路１３４およびインタフェ
ース部１３６から構成されている。トランジスタインバ
ータ１３８においては、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相ごとに主電源
のソース側およびシンク側に２つのトランジスタが一組
にして接続されており（図５のＴｕ＋，Ｔｕ−，Ｔｖ
＋，Ｔｖ−，Ｔｗ＋，Ｔｗ−）、各トランジスタにはフ
ライホイールダイオードがそれぞれ設けられている（図
５のＤｕ＋，Ｄｕ−，Ｄｖ＋，Ｄｖ−，Ｄｗ＋，Ｄｗ
−）。ソース側プリドライブ回路１３２は、トランジス
タインバータ１３８においてソース側のトランジスタ
（Ｔｕ＋，Ｔｖ＋，Ｔｗ＋）にゲート信号を入力するた
めの回路であり、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相ごとにトランジスタ
インバータ駆動用電源（＋Ｖ，−Ｖ）のソース側とシン
ク側にそれぞれ接続された２つのトランジスタにより構
成されている。シンク側プリドライブ回路１３４の構成
も同様である。また、ソース側プリドライブ回路１３２
およびシンク側プリドライブ回路１３４には、制御用Ｅ
ＣＵ１００からの制御信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗを両者に分
配して伝達するインタフェース部１３６が接続されてい
る。

【００３９】インタフェース部１３６の構成を、Ｕ相を
例に説明する。制御用ＥＣＵ１００からの信号線は、デ
ィレイ回路Ｄｌｙ＋およびアンドゲートＡｇ＋を介して
ソース側プリドライブ回路１３２に接続されている。ま
た、上記ディレイ回路Ｄｌｙ＋に至るまでに分岐され、
インバータＩｎｖ、ディレイ回路Ｄｌｙ−およびアンド
ゲートＡｇ−を介してシンク側プリドライブ回路１３４
にも接続されている。なお、上記ディレイ回路Ｄｌｙ
＋，Ｄｌｙ−は、入力される電圧がハイからロウに変わ
るときには時間遅れなく信号を出力し、ロウからハイに
変わる時には所定の時間（以下、デッドタイムと呼ぶ）
だけ遅れて信号を出力する特性を有しているものであ
る。

【００４０】上記アンドゲートＡｇ＋，Ａｇ−の他方の
入力には、全出力を瞬時にオフとするためのシャットダ
ウン信号（ロウ・アクティブな信号である）を伝達する
線も接続されている。シャットダウン信号は、Ｖ，Ｗ相
に接続される各アンドゲートの一方にも、同様に入力さ
れる。シャットダウン信号（ＳＤ）がロウである場合に
は、これらのアンドゲートの出力はすべてロウとなるた
め、トランジスタインバータ１３８の全てのゲート信号
がロウとなり、モータ４０には、一切電圧が印加されな
い状態となる。シャットダウン信号は通常ハイに維持さ
れているため、制御用ＥＣＵ１００から電圧印加部１３
０に出力された信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗに応じて各アンド
ゲートの出力は決まる。以下、シャットダウン信号ＳＤ
はハイが出力されているものとして説明を進める。

【００４１】インタフェース部１３６の機能を説明す
る。制御用ＥＣＵ１００が、Ｕ相の信号をロウからハイ
に切り替えた場合、ソース側プリドライブ回路１３２の
アンドゲートＡｇ＋にはディレイ回路Ｄｌｙ＋によりデ
ッドタイム分だけ遅れて信号が出力され、その結果ソー
ス側プリドライブ回路１３２にデッドタイム分だけ遅れ
てハイの信号が出力される。従って、Ｕ相に上記信号が
入力されてからデッドタイム分だけ経過した後に、トラ
ンジスタインバータ１３８のソース側のトランジスタＴ
ｕ＋はオン状態となる。一方、シンク側プリドライブ回
路１３４には、上記信号はインバータＩｎｖで逆転して
伝達される。つまり、ディレイ回路Ｄｌｙ−にはハイか
らロウに切り替わる信号が入力される。ディレイ回路は
先に述べた特性を有しているため、この場合は時間遅れ
なく該信号をアンドゲートＡｇ−に出力する。従って、
シンク側プリドライブ回路１３４には制御用ＥＣＵ１０
０からの信号入力とほぼ同時にロウの信号が出力され、
トランジスタインバータ１３８のシンク側のトランジス
タＴｕ−はオフ状態となる。

【００４２】逆にＵ相の信号Ｇｕをハイからロウに切り
替えた場合には、その信号の入力とほぼ同時にトランジ
スタインバータ１３８のソース側のトランジスタＴｕ＋
がオフ状態となり、デッドタイム分だけ遅れてシンク側
のトランジスタＴｕ−がオン状態となる。インタフェー
ス回路１３６は、上述のように、デッドタイムを設ける
ことにより、トランジスタインバータ１３８のソース側
トランジスタＴｕ＋およびシンク側トランジスタＴｕ−
が同時にオン状態にならないようにしているのである。
Ｖ，Ｗ相についても同様である。

【００４３】（２）モータの電流制御 次に本実施例におけるモータ制御装置における電流制御
について図４を用いて説明する。図４においてＵ相に電
流Ａｕを流せば磁界が生じる。この磁界はＵ相を貫く方
向に生じ、かつその大きさは電流Ａｕに応じて変化す
る。従って、Ｕ相電流は、この磁界の方向および大きさ
Ａｕをもつベクトル量として表すことができる。他のＶ
相およびＷ相に流れる電流Ａｖ、Ａｗも同様にベクトル
量として表すことができる。このように電流をベクトル
として考えると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として表される。この２方向を図４
のα方向、β方向にとれば、モータ回転面の任意の方向
に生じる磁界に対応する電流ベクトルは、これらの２相
コイルに流れる電流Ａα、Ａβを用いて表すことができ
る。具体的に、ある電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗと等価な電流
Ａα、Ａβは次式（１１）により求めることができる。 Ａα＝Ａｕ−Ａｖ／２−Ａｗ／２ Ａβ＝√３／２・（Ａｗ−Ａｖ） ・・・（１１）

【００４４】また、逆にＡα、Ａβが求まっていると
き、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の総和が０（Ａｕ＋Ａｖ＋Ａｗ
＝０）となる条件を用いれば、次式（１２）により各相
の電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを求めることもできる。 Ａｕ＝２（√３−３）・Ａα／３ Ａｖ＝ （３−√３）・（Ａα−Ａβ）／３ Ａｗ＝ （３−√３）・（Ａα＋Ａβ）／３ ・・・（１２） これが、一般に知られている３相／２相変換である。以
下、簡単のために２相変換した後の電流Ａα、Ａβを用
いて、モータの電流制御について説明する。

【００４５】上述の電流ベクトルは、図４におけるｄ軸
方向およびｑ軸方向に生じる磁界に対しても定義するこ
とができる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電流ベクトルの
大きさをＡｄ，Ａｑとすると、α方向、β方向の電流Ａ
α、Ａβを用いて、次式（１３）により表される。 Ａｄ＝ Ａα・ｃｏｓθ＋Ａβ・ｓｉｎθ Ａｑ＝−Ａα・ｓｉｎθ＋Ａβ・ｃｏｓθ ・・・（１３）

【００４６】逆に、Ａｄ、Ａｑが求まっていれば、Ａ
α、Ａβは次式（１４）により求められる。 Ａα＝ Ａｄ・ｃｏｓθ−Ａｑ・ｓｉｎθ Ａβ＝ Ａｄ・ｓｉｎθ＋Ａｑ・ｃｏｓθ ・・・（１４）

【００４７】以上より、モータのｄ軸、ｑ軸方向に流す
電流が求まれば、式（１４）より２相電流Ａα、Ａβを
求めることができ、さらに式（１２）により実際にＵ，
Ｖ，Ｗ相に流すべき電流を求めることができる。また、
Ｕ，Ｖ，Ｗ相に印加すべき電圧を求めることもできる。
本実施例におけるモータの電流制御はこのような考え方
に基づいてなされている。もっとも、α方向、β方向を
介在させることなく、直接ｄ軸、ｑ軸方向とＵ，Ｖ，Ｗ
相電流との関係を求めて制御するものとしてもよい。以
下の説明において、例えば「ｄ軸、ｑ軸電流」という場
合には、上記考え方に基づく電流ベクトルの大きさを意
味している。なお、このようにモータに流れる電流をｄ
軸、ｑ軸方向に分けて考えるとき、一般的にｑ軸電流が
モータのトルクを主に支配する電流となることが知られ
ている。

【００４８】（３）無負荷時モータ制御 次に本実施例のモータ制御処理について図６を用いて具
体的に説明する。図６は、トルク指令値が略０、即ち無
負荷で運転されている状態にあるモータを制御する無負
荷時モータ制御ルーチンの流れを示すフローチャートで
ある。このルーチンは、図１に示した制御用ＥＣＵ１０
０のＣＰＵ１２０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。なお、トルク指令値が略０とは、ト
ルク指令値が厳密に値０である必要はなく、値０付近の
所定の範囲で本ルーチンが実行されることを意味してい
る。また、トルク指令値が値０に近い場合に、他の制御
ルーチンとの間でいわゆるチャタリングが生じるのを防
止するために、トルク指令値に基づいて本ルーチンを実
行するか否かの判定に際してヒステリシスを設けるもの
としてもよい。

【００４９】無負荷時モータ制御ルーチンが開始される
と、ＣＰＵ１２０はｄ軸に電圧を印加し、デッドタイム
補正を行う（ステップＳ１００）。ＣＰＵ１２０はこの
時点では、正確な電気角を検出してはいないため、ある
想定された電気角（図４のθｃ）に基づいて定義される
ｄ軸（図４におけるγ軸に相当する）に電圧を印加する
のである。印加すべき電圧は、後述する通り方向を特定
できる程度の電流を巻線に流すことができる電圧であれ
ばよい。本実施例では、モータの定格電流の数パーセン
トに相当する電流を流すことができる程度の電圧を印加
している。

【００５０】デッドタイム補正は、ｄ軸に電圧を印加す
る前に行う場合と、印加された後に行う場合の２通りが
考えられる。以下、まずデッドタイムの影響について図
７を用いて説明し、デッドタイム補正の具体的内容につ
いて説明する。以下の説明では、簡単のため電気角０
度、即ちｄ軸がＵ相と一致している場合について説明す
る。また、モータは静止しているものとする。

【００５１】図７は、Ｕ相に電圧を印加した場合の各ト
ランジスタのゲート信号の様子およびＵ相に流れる電流
の様子を横軸に時間をとって示したタイミングチャート
である。図７中の符号ａ〜ｐは、各トランジスタのスイ
ッチング状態に応じて分けた領域を示す記号である。な
お、図７では説明の便宜上、Ｕ相に正の電圧（以下、順
方向電圧と呼ぶ）を印加し（領域ｂ〜ｇ）、一定期間経
過した後（領域ｈ，ｉ）、負の電圧（以下、逆方向電圧
とよぶ）を印加した（領域ｊ〜ｏ）場合について示して
いる。現実には、モータの回転と共にｄ軸が回転してい
るため、それに伴ってＵ，Ｖ，Ｗ相の電圧印加状態も変
化することになる。また、図７ではＵ相に印加される電
圧の平均値を調整するための電圧パルスも加えられてい
るが（領域ｄ，ｅ等）、かかるパルスを出力しないもの
としてもよい。

【００５２】図７のＧｕ，Ｇｖ，Ｇｗは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
について制御用ＥＣＵ１００から電圧印加部１３０に出
力される信号を表している。また、Ｇｕ＋はインタフェ
ース部１３６のアンドゲートＡｇ＋の出力、即ちトラン
ジスタインバータ１３８のＵ相のソース側トランジスタ
Ｔｕ＋のゲート信号を表し、Ｇｕ−はインタフェース部
１３６のアンドゲートＡｇ−の出力、即ちトランジスタ
インバータ１３８のＵ相のシンク側トランジスタＴｕ−
のゲート信号を表している。同様に、Ｇｖ＋，Ｇｗ＋は
Ｖ，Ｗ相のソース側トランジスタＴｕ＋，Ｔｗ＋のゲー
ト信号を表し、Ｇｖ−，Ｇｗ−はＶ，Ｗ相のシンク側ト
ランジスタＴｕ−，Ｔｗ−のゲート信号を表している。
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは各トランジスタのスイッチングの結
果生じるＵ，Ｖ，Ｗ相の電位を示している。Ｕ相電流
は、Ｕ相からＶ，Ｗ相に流れる方向を正方向として、モ
ータ４０のコイル巻線に流れる電流の様子を示したもの
であり、実線はデッドタイムがある場合に流れる電流、
点線はデッドタイムがなく理想的にスイッチングがされ
たとした場合に流れる電流を示している。

【００５３】Ｕ相への電圧の印加を開始すべくゲート信
号Ｇｕにハイの信号が出力されると（領域ｂ）、Ｕ相の
シンク側トランジスタＴｕ−はその瞬間にオフとなるが
（図７のＧｕ−）、ソース側トランジスタＴｕ＋はすぐ
にはオンとならず、デッドタイム経過した後の領域ｃに
おいて、初めてオンとなる（図７のＧｕ＋）。従って、
Ｕ相電流も領域ｃで流れ始める。仮にデッドタイムがな
く理想的にスイッチングがなされたとすれば、Ｕ相電流
は図７に点線で示した通り領域ｂで流れ始めることにな
る。従って、デッドタイムの影響により、領域ｂの分
（図７Ｖｕのハッチング部分）だけ順方向電圧が不足し
たことになる。

【００５４】領域ｄにおいて、ゲート信号Ｇｖ，Ｇｗに
ハイの信号が出力されると、Ｖ，Ｗ相のシンク側のトラ
ンジスタＴｖ−、Ｔｗ−はその瞬間にオフとなる（図７
のＧｖ−，Ｇｗ−）。この結果、Ｕ相とＶ，Ｗ相間には
主電源に相当する電圧が印加されないようになるが、コ
イル巻線には誘導起電力が生じるため、この誘導起電力
によってＵ相電流は維持される。このとき、Ｖ，Ｗ相に
流れ込んだ電流はそれぞれソース側トランジスタＴｖ
＋，Ｔｗ＋に並列に備えられたフライホイールダイオー
ドＤＶ＋，Ｄｗ＋を経由して流れるのである。上記信号
の出力からデッドタイム分だけ経過した後、Ｖ，Ｗ相の
ソース側トランジスタＴｖ＋，Ｔｗ＋のゲート信号Ｇｖ
＋，Ｇｗ＋がハイとなるが（領域ｅ）、引き続きフライ
ホイールダイオードＤＶ＋，Ｄｗ＋を経由して電流が流
れる状態には変わりない。また、この状態は、再び、ゲ
ート信号Ｇｖ，Ｇｗにロウの信号が出力され（領域
ｆ）、Ｖ，Ｗ相のソース側のトランジスタＴｖ＋，Ｔｗ
＋のゲート信号Ｇｖ＋，Ｇｗ＋がロウとなっても変化し
ない。この信号の出力からデッドタイム経過して（領域
ｇ）、Ｖ，Ｗ相のシンク側のトランジスタＴｖ−、Ｔｗ
−がオンになると、Ｕ相には再び順方向電圧が印加され
ることになるため、電流値は増加する。デッドタイムが
なく理想的にスイッチングがなされたとすると、図７の
破線の通り領域ｆにおいて電流が流れ始めるため、この
場合もデッドタイムの影響により、領域ｆの分（図７Ｖ
ｖ，Ｖｗのハッチング部分）だけ順方向電圧が不足した
ことになる。

【００５５】その後、ゲート信号Ｇｕにロウの信号が出
力されると（領域ｈ）、Ｕ相のソース側トランジスタＴ
ｕ＋がオフとなり、誘導起電力によりＵ相電流が維持さ
れる。

【００５６】次に逆方向電圧が印加された場合について
説明する。ゲート信号Ｇｖ，Ｇｗにハイの信号が出力さ
れると（領域ｊ）、図７に示す通り、Ｖ，Ｗ相のシンク
側トランジスタＴｖ−，Ｔｗ−はその瞬間にオフとな
る。この結果、電流はＵ相のシンク側トランジスタＴｕ
−に並列に設けられたフライホイールダイオードＤｕ−
を経由して主電源のシンク側から流れ出た電流は、Ｖ，
Ｗ相のソース側トランジスタＴｖ＋，Ｔｗ＋に並列に設
けられたフライホイールダイオードＤｖ＋，Ｄｗ＋を経
由して主電源のソース側に流れ込むようになる。従っ
て、Ｖ，Ｗ相のソース側トランジスタＴｖ＋，Ｔｗ＋が
オンになっていない状態でも、Ｕ相には逆方向電圧が印
加された状態となり、電流値は減少していく。上記信号
の出力からデッドタイム分だけ経過した後、Ｖ，Ｗ相の
ソース側トランジスタＴｖ＋，Ｔｗ＋がオンとなっても
（領域ｋ）、この状態に変わりはない。デッドタイムが
なく理想的にスイッチングされた場合においても、同様
にゲート信号Ｇｖ，Ｇｗにハイの信号が出力された瞬間
（領域ｊ）から電流が減少し始めることから、この場合
にはデッドタイムの影響は現れないことになる。

【００５７】その後、ゲート信号Ｇｕにハイの信号が出
力されると（領域ｌ）、その瞬間にＵ相のシンク側トラ
ンジスタＴｕ−がオフとなる。しかし、上述の通り、Ｕ
相電流は既にＵ相のシンク側トランジスタＴｕ−に並列
に設けられたフライホイールダイオードＤｕ−を経由し
て流れている。シンク側トランジスタＴｕ−がオフとな
ってもこの状態は変わらず、電流は減少し続ける。上記
信号の出力からデッドタイム分だけ経過した後、Ｕ相の
ソース側トランジスタＴｕ＋がオンになると（領域
ｍ）、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電位差がなくなるため、誘導起電
力によりＵ相電流が維持されるようになる。デッドタイ
ムがない場合には、領域ｌにおける信号の出力と同時に
電流が減少しなくなるため、この場合はデッドタイムの
影響により領域ｌ（図７のハッチング）の分だけ逆方向
電圧が増加したことになる。

【００５８】その後、ゲート信号Ｇｕにロウの信号が出
力されると（領域ｎ）、領域ｌと同じ状態に戻るため、
Ｕ相電流は再び減少する。デッドタイムがない場合も同
様にＵ相電流が減少することから、この場合はデッドタ
イムの影響がないことになる。Ｕ相電流の減少は、Ｕ相
のシンク側トランジスタＴｕ−のゲート信号Ｇｕ−がハ
イとなっても（領域ｏ）変化しない。なお、領域ｏにお
いてＵ相電流は負の値となり、電流はＶ，Ｗ相から流出
してＵ相に流れ込むようになる。従って、続いてゲート
信号Ｇｖ，Ｇｗにロウの信号が出力されると（領域
ｐ）、誘導起電力によりＵ相電流は維持される。

【００５９】以上で説明した通り、デッドタイムの影響
は必ずしも電圧の印加時間が減少する方向に現れるとは
限らず、印加時間が増大する方向に現れる場合もあれ
ば、全く影響がない場合もある。また、影響の現れ方
は、トランジスタのオンオフ状態のみならず、電流の流
れる方向によっても影響されるものである。図６のステ
ップＳ１００で施すデッドタイム補正は、トランジスタ
のオンオフ状態および電流の方向の組み合わせに応じ
て、上述したデッドタイムの影響を回避する補正を行う
ものである。トランジスタのオンオフ状態および電流の
方向の組み合わせは非常に多くなるため、ここでは具体
的に示すことを避けるが、参考までに原則的な事項を示
せば、フライホイールダイオード（図５のＤｕ＋，Ｄｕ
−・・・）を電流が流れている場合に、該フライホイー
ルダイオードに併設されたトランジスタ（例えば、Ｄｕ
＋に対してはＴｕ＋）をスイッチングする時にはデッド
タイムの影響が現れず、その他のスイッチングにおいて
は電圧印加時間に何らかの影響が現れることになる。

【００６０】なお、上述の通り、デッドタイム補正をす
るためには電流がいずれの方向に流れているのかを特定
する必要がある。この特定には、図１に示した電流セン
サ１０２，１０３，１０４の出力を用いるものとしても
よいし、ＣＰＵ１２０が電流を流す指令を出している方
向、つまり本実施例ではｄ軸方向に指令通りに電流が流
れているとの前提で特定するものとしてもよい。電流セ
ンサ１０２，１０３，１０４の出力を用いた場合には、
電圧印加部１３０のスイッチングに伴う高調波によりチ
ャタリングが生じる可能性があるため、これを回避すべ
く、本実施例ではＣＰＵ１２０の指令値に基づいて電流
の方向を特定している。

【００６１】デッドタイム補正の方法としては、先に述
べた通り、ｄ軸に電圧を印加する前に行う場合と、印加
された後に行う場合の２通りが考えられる。ｄ軸に電圧
を印加する前に行う場合とは、図７に示したゲート信号
Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗを補正して、本来印加されるべき電圧
を印加する方法である。本実施例ではデッドタイム補正
としてこの方法を採用している。

【００６２】例えば、ゲート信号Ｇｕは、図７の領域ｂ
において電流が流れ始めるように出力されている。従っ
て、デッドタイム補正としてゲート信号Ｇｕにハイが出
力される時点をデッドタイム分だけ早め、図７の領域ａ
で出力するのである。かかる信号に対し、デッドタイム
によるスイッチングの遅れが生じることにより、領域ｂ
において電流が流れ始めるようにすることができる。

【００６３】一方、ｄ軸に電圧が印加された後に、デッ
ドタイム補正を行う場合とは、ＣＰＵ１２０から出力さ
れた電圧指令値を補正して、実際に印加された電圧に等
しくする方法である。後述する通りＣＰＵ１２０が出力
した電圧指令値は電気角の補正量を演算する際に用いら
れる。上述のデッドタイム補正は、ここで用いられる電
圧指令値を補正して実際に印加された電圧に等しくしよ
うとするものである。

【００６４】例えば、図７では領域ｂ〜ｇに相当する時
間、Ｕ相のゲート信号にハイが出力されているが、実際
にＵ相のソース側のトランジスタＴｕ＋がオンの状態と
なっているのは、デッドタイムの影響により領域ｃ〜ｇ
までの期間である。従って、デッドタイム補正によりＣ
ＰＵ１２０の電圧指令値を事後的に補正し、電圧指令値
が領域ｃ〜ｇに相当する時間だけＵ相のゲート信号にハ
イを出力するような値であったものとして後の演算を行
うのである。

【００６５】こうしてデッドタイム補正を施した後、次
のステップに進み、ＣＰＵ１２０は電流Ｉｄ，Ｉｑを検
出する（図６のステップＳ１０５）。電流Ｉｄ，Ｉｑ
は、電流センサ１０２，１０３，１０４の出力をフィル
タ１０６，１０７，１０８およびＡＤＣ１１２，１１
３，１１４を介して入力ポート１１６より読み込む。ま
た、こうしてＵ，Ｖ，Ｗ相で検出された電流を、
「（２）モータの電流制御」で説明した方法によりｄ
軸、ｑ軸方向の電流に相変換する。当然かかる相変換も
想定された電気角（図４のθｃ）に基づいて行われる。

【００６６】こうして検出された電流値Ｉｄ，Ｉｑを用
いてＣＰＵ１２０は、△Ｉｄ、△Ｉｑ、Ｅ（ｎ）を算出
する（ステップＳ１１０）。各値は先に説明した（３）
〜（５）式と同じ次式（１５）〜（１７）により算出さ
れる。 △Ｉｄ＝ Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１） −ｔ（Ｖｄ−ＲＩｄ＋ωＬｑＩｑ）／Ｌｄ ・・・（１５） △Ｉｑ＝ Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑ（ｎ−１） −ｔ（Ｖｑ−ＲＩｑ−ωＬｄＩｄ−Ｅ（ｎ−１）） ／Ｌｑ ・・・（１６） Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）−Ｋ１△Ｉｑ ・・・（１７）

【００６７】ここで、Ｉｄ，Ｉｑはｄ軸、ｑ軸の電流を
示している。それぞれの変数に付けられた（ｎ）等は、
無負荷時モータ制御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おり、（ｎ）はステッ
プＳ１０５で検出された値であり、（ｎ−１）は前回に
無負荷時モータ制御ルーチンが実行された際に検出され
た値であることを意味している。つまり、Ｉｄ（ｎ）−
Ｉｄ（ｎ−１）の部分は、電流Ｉｄについて、高速時モ
ータ制御ルーチンが前回実行された時から今回までの変
化量を表していることになる。ｔは無負荷時モータ制御
ルーチンが実行される周期を示している。上式（１５）
（１６）において、単にＩｄ，Ｉｑと記されている部分
には、前回の検出値（Ｉｄ（ｎ−１），Ｉｑ（ｎ−
１））と今回の検出値（Ｉｄ（ｎ），Ｉｑ（ｎ））との
平均値を用いることが望ましいが、前者または後者の値
を用いるものとしてもよい。

【００６８】その他の変数について、Ｖｄ、Ｖｑは巻線
に印加される電圧値、ωはモータの回転角速度、Ｌｄ，
Ｌｑはｄ軸、ｑ軸方向のインダクタンスである。ωはｒ
ａｄ／ｓｅｃを単位としており、モータの回転数Ｎ（ｒ
ｐｍ）との間には、ω＝２π・Ｎ／６０なる関係があ
る。Ｋ１はＥ（ｎ）、Ｅ（ｎ−１）、△Ｉｑとを関係づ
け、後に示す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。電圧値Ｖｄ，Ｖｑには
ＣＰＵ１２０が出力する電圧指令値を代入する。

【００６９】こうして算出された△Ｉｄ，△Ｉｑ，Ｅ
（ｎ）を用いて、前回の電気角検出の結果に基づいて想
定されている電気角θ（ｎ−１）（図４におけるθｃに
相当）を次式（１８）に基づいて新たな電気角θ（ｎ）
に補正する（ステップＳ１１５）。 但し、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。また、Ｋ２，Ｋ３はＫ
１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。ここでは、モータが高速
運転していることを前提としているため、モータが回転
していない場合、即ちω＝０である場合は考慮しない。

【００７０】ＣＰＵ１２０は、次のステップで次式（１
９）により、ωを算出する。 ここで算出されたωの値は、次に無負荷時モータ制御ル
ーチンが実行された際に、上式（１５）（１６）の演算
に用いられる。ωの値は、ステップＳ１１０またはＳ１
１５において、△Ｉｄ等とともに演算するものとしても
よい。

【００７１】また、ＣＰＵ１２０は、以上の処理を繰り
返し実行することにより、電気角を逐次補正しながら、
モータの制御を行う。なお、上記説明では、無負荷時モ
ータ制御ルーチンを、モータが無負荷で運転されている
ときに実行される独立のルーチンとして説明したが、こ
のルーチンをモータに負荷がかけられつつ、高速で運転
されている状態の高速時モータ制御ルーチンと併せて構
成することもできる。

【００７２】高速時モータ制御ルーチンは、基本的には
図６に示した処理と同じ処理を実行するルーチンであ
る。但し、高速時モータ制御ルーチンでは、ｄ軸への電
圧Ｖｄの印加（図６のステップＳ１００）は行わない。
また、ωの算出（ステップＳ１２０）の後に、モータ巻
線に流す電流を制御する電流制御処理を行う。電流制御
処理とは、モータの要求トルクに応じて、ｄ軸、ｑ軸に
流すべき電流を設定し、先に「（２）モータの電流制
御」で説明した方法によりＵ，Ｖ，Ｗ相の電流に相変換
した上で各相に電流を流す処理である。この際、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相に印加すべき電圧に対してデッドタイム補正を
行う。

【００７３】従って、図６に示した無負荷時モータ制御
ルーチンにおいて、まず、要求トルク値が略０である場
合には、ステップＳ１００の処理を実行し、その他の場
合にはステップＳ１００の処理をスキップするような分
岐を設ければよい。また、ωの算出（ステップＳ１２
０）の後に電流制御処理を付加し、要求トルク値が略０
である場合にはこの処理をスキップする分岐を設ければ
よい。かかる手段を採ることにより、高速時モータ制御
ルーチンと無負荷時モータ制御ルーチンとを一つのルー
チンに併合することができる。

【００７４】また、両者の併合は、次のような手段によ
るものとしてもよい。まず、図６に示した無負荷時モー
タ制御ルーチンにおいて、ステップＳ１００の処理を削
除し、ωの算出（ステップＳ１２０）の後に電流制御処
理を付加する。この電流制御処理において、モータの要
求トルク値が略０でない場合には、要求トルク値に応じ
た電流が巻線に流れるように制御し、要求トルク値が略
０である場合には、ｄ軸に電流が流れるように制御する
のである。このように構成された制御ルーチンを繰り返
し実行すれば、図６のステップＳ１００が実行されたと
同じ状態が生じることになる。

【００７５】以上で説明したモータ制御装置によれば、
モータが無負荷で運転されている場合にも電気角を精度
良く検出することができ、モータを適切に制御すること
ができる。しかも、このために特別なハードウェアを追
加する必要もない。また、通常の高速時のモータ制御ル
ーチンと併合することも可能であるため、ソフトウェア
的にも非常に容易に実現することができる。

【００７６】上記効果について実験結果を図８、図９に
示す。図８は無負荷で回転するモータについて、従来の
電気角検出方法により検出された電気角（以下、検出角
度とよぶ）と回転角センサを用いて実測した電気角（以
下、実角度とよぶ）との比較を示した図である。図８
は、横軸に時間をとり、縦軸に電気角をとって表してい
る。無負荷で回転しているので、モータにはほとんど電
流が流れていない。図８から明らかな通り、検出角度と
実角度との間には、全ての時間にわたって看過し得ない
角度誤差が生じていることが分かる。

【００７７】図９は、本実施例による検出角度と実角度
との比較を示した図である。本実施例では、ｄ軸に電流
を流すためモータ電流が流れている。モータ電流が周期
的に変化するのは、Ｕ相電流をモータ電流として示して
おり、Ｕ相電流は電気角に応じて変化するからである。
相変換されたｄ軸電流をとれば概ね一定値となる。図９
から明らかな通り、検出角度と実角度との角度誤差は図
８に比べて激減し、ほとんど誤差が生じていないことが
分かる。

【００７８】なお、上記説明では、図６のステップＳ１
００においてｄ軸に電圧を印加しているが、これはｄ軸
に電圧を印加した場合にはトルクにほとんど影響を与え
ないからであり、原理的にはｑ軸に電圧を印加するもの
としてもよい。但し、トルク変動が実用的に許容できる
範囲に収まる微少な電圧を印加することが望ましい。ま
た、ｄ軸、ｑ軸に関わらず特定の相、例えば、Ｕ相に電
圧を印加するものとしてもよい。特定の相に電圧を印加
するものとすれば、図６のステップＳ１００を容易に構
成できる利点がある。この場合もトルク変動が実用的に
許容できる範囲に収まる電圧を印加することが望ましい
のは当然である。

【００７９】（５）モータ制御装置の適用例 本実施例におけるモータ制御装置および該制御装置を備
えたモータの有用性を示すため、これらの適用例につい
て図１０を用いて説明する。図１０は、これらを適用し
たハイブリッドカーの概略構成を示す説明図である。ハ
イブリッドカーとは、エンジンとモータの双方を搭載し
た車両をいう。図１０に示すハイブリッドカーは以下で
説明する通り、エンジンの動力が直接は駆動輪に伝達さ
れない構成となっている。かかるハイブリッドカーを特
にシリーズ・ハイブリッドカーと呼ぶ。

【００８０】まず、図１０に示したハイブリッドカーの
概略構成を説明する。エンジンＥＧは通常の車両に用い
られているガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン
である。エンジンＥＧのクランクシャフトは発電機Ｇの
回転軸に機械的に結合されており、エンジンＥＧを運転
することにより発電機Ｇで電力を発生することができる
ようになっている。発電された電力は、発電機に接続さ
れた駆動回路２０４を解してバッテリ２０２に蓄電され
る。一方、バッテリ２０２の電力は、駆動回路１３０ａ
を介してモータ４０ａに供給され、モータ４０ａを回転
させる。モータ４０ａから出力される動力は、動力伝達
ギヤ２０６，ディファレンシャルギヤ２０８を介して駆
動輪２１０に伝えられ、車両を駆動する。

【００８１】一方、エンジンＥＧはＥＦＩＥＣＵ２００
を介して制御用ＥＣＵ１００ａに接続され、発電機Ｇお
よびモータ４０ａはそれぞれ駆動回路２０４、１３０ａ
を介して制御用ＥＣＵ１００ａに接続されている。ＥＦ
ＩＥＣＵ２００はエンジンＥＧの運転を制御する制御ユ
ニットである。制御用ＥＣＵ１００ａは、エンジンを制
御するために必要となる情報をＥＦＩＥＣＵ２００に出
力することにより、間接的にエンジンＥＧの運転を制御
している。また、制御用ＥＣＵ２００は、駆動回路２０
４、１３０ａのスイッチングを制御することにより発電
機Ｇ、モータ４０ａの運転を制御している。本実施例に
おけるモータ制御装置１０（図１）との対応を示すと、
制御用ＥＣＵ１００ａが制御用ＥＣＵ１００に相当し、
駆動回路１３０ａは電圧印加部１３０に相当し、モータ
４０ａがモータ４０に相当する。電流センサ１０２，１
０３，１０４、フィルタ１０６，１０７，１０８および
ＡＤＣ１１２，１１３，１１４については図１０では図
示を省略した。

【００８２】上記構成によるハイブリッドカーでは、制
御用ＥＣＵ１００ａはアクセル等を通じて入力される運
転者の意思や車両の走行状態に応じて、モータ４０ａの
制御を行っている。例えば、車両が停止状態から加速す
る過程においてはモータ４０ａには低回転かつ高トルク
での運転が要求され、通常走行においては高速回転かつ
低トルクでの運転が要求される。

【００８３】本実施例に示した無負荷時のモータ制御
は、上記ハイブリッドカーが坂を下っているような場
合、即ち降坂時に適用される。降坂時には駆動輪２１０
の回転はディファレンシャルギヤ２０８，動力伝達ギヤ
２０６を介してモータ４０ａの出力軸に伝達される。こ
のとき、モータ４０ａで発電することにより車両に制動
力をかける場合にはモータ４０ａは負のトルクで運転さ
れることになり、特に制動力をかけず重力によって自然
に走行する状態とする場合にはモータ４０ａは無負荷で
運転されることになる。

【００８４】当然、ハイブリッドカーは坂を下った後
は、モータ４０ａのトルクで走行するようになるため、
モータ４０ａは無負荷の運転状態から負荷がかかった運
転状態にスムーズに移行する必要がある。無負荷の状態
ではモータ４０ａの電気角を検出できていないとすれ
ば、負荷がかかった運転状態に移行する際に、必ずトル
ク変動を生じることになり、ハイブリッドカーのライド
クォリティを著しく低下させることになる。本実施例の
モータ制御装置を備えていれば、降坂時のようにモータ
４０ａが無負荷で運転されている状態でも電気角が精度
良く検出できているため、その後、走行状態が変わった
場合にもトルク変動を生じることなくスムーズに所望の
トルクを出力することができる。

【００８５】以上で説明した通り、本発明のモータ制御
装置は、モータが無負荷で運転されている状態から負荷
がかかった運転状態にスムーズに移行する必要がある場
合に非常に有用なものである。上記説明では、一例とし
てハイブリッドカーを挙げたが、本発明のモータ制御装
置の適用例はこれに限定されるものではない。

【００８６】以上、本発明の種々の実施例について説明
してきたが、本発明はこれらに限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の形態による実
施が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】モータ制御装置１０の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】三相同期モータ４０の概略構成を示す説明図で
ある。

【図３】三相同期モータ４０の固定子３０と回転子５０
との関係を示す端面図である。

【図４】三相同期モータ４０の等価回路図である。

【図５】電圧印加部１３０の構成を示す回路図である。

【図６】無負荷時モータ制御ルーチンの処理内容を示す
フローチャートである。

【図７】Ｕ相に電圧を印加した場合のデッドタイムの影
響を示す説明図である。

【図８】従来の電気角検出方法による電気角検出結果を
示すグラフである。

【図９】本実施例による電気角検出結果を示すグラフで
ある。

【図１０】本実施例を適用したハイブリッドカーの概略
構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…モータ制御装置 ２０…板状固定子 ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…コイル ３４…ボルト ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５１，５２，５３，５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…板状回転子 ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１，７２，７３，７４…突極 １００，１００ａ…制御用ＥＣＵ １０２，１０３，１０４…電流センサ １０６，１０７，１０８…フィルタ １１２，１１３，１１４…ＡＤＣ １１６…入力ポート １１８…出力ポート １２０…ＣＰＵ １２２…ＲＯＭ １２４…ＲＡＭ １２６…クロック １３０…電圧印加部 １３０ａ…モータ用駆動回路 １３２…ソース側プリドライブ回路 １３４…シンク側プリドライブ回路 １３６…インタフェース部 １３８…トランジスタインバータ ２００…ＥＦＩＥＣＵ ２０２…バッテリ ２０４…発電機用駆動回路 ２０６…動力伝達ギヤ ２０８…ディファレンシャルギヤ ２１０…駆動輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 21/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各相毎にソース側とシンク側とを一組と
   して設けられたスイッチング素子をスイッチングするこ
   とにより生成された多相交流を巻線に流し、該巻線によ
   る磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子
   を回転させる同期モータの運転を制御するモータ制御装
   置であって、 前記回転子の電気角を想定し、前記スイッチング素子を
   デッドタイムを挟んでスイッチングすることにより、モ
   ータが出力すべきトルクであるトルク指令値に応じた電
   圧を、該想定された電気角に基づいて前記巻線に印加す
   る電圧印加手段と、 前記デッドタイムの影響を補正するデッドタイム補正を
   施した電圧値と、前記電圧印加手段により印加された電
   圧に応じて前記巻線に流れる電流値と、モータの特性に
   応じて定められるインダクタンスとを少なくとも用いた
   所定の演算を行うことにより、前記想定された電気角を
   補正する電気角補正手段と、 前記トルク指令値が略０である場合には、前記印加され
   る電圧に関わらず、前記巻線に有意の電流を流すための
   所定の電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御す
   る無負荷時電圧制御手段とを備えるモータ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１のモータ制御装置であって、 前記無負荷時電圧制御手段は、前記回転子の回転中心を
   通り前記永久磁石による磁界に沿う方向に磁界を生じさ
   せる向きに有意の電流を流すための所定の電圧を印加す
   るように前記電圧印加手段を制御する手段であるモータ
   制御装置。
3. 【請求項３】 各相毎にソース側とシンク側とを一組と
   して設けられたスイッチング素子をスイッチングするこ
   とにより生成された多相交流を巻線に流し、該巻線によ
   る磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子
   を回転させる同期モータの運転を制御するモータ制御方
   法であって、 前記回転子の電気角を想定し、前記スイッチング素子を
   デッドタイムを挟んでスイッチングすることにより、モ
   ータが出力すべきトルクであるトルク指令値に応じた電
   圧を、該想定された電気角に基づいて前記巻線に印加
   し、 前記デッドタイムの影響を補正するデッドタイム補正を
   施した電圧値と、前記電圧印加手段により印加された電
   圧に応じて前記巻線に流れる電流値と、モータの特性に
   応じて定められるインダクタンスとを少なくとも用いた
   所定の演算を行うことにより、前記想定された電気角を
   補正する制御に加えて、 前記トルク指令値が略０である場合には、前記印加され
   る電圧に関わらず、前記巻線に有意の電流を流すための
   所定の電圧を印加し、前記電気角の補正をするモータ制
   御方法。