JP3328491B2

JP3328491B2 - モータ制御方法

Info

Publication number: JP3328491B2
Application number: JP01287496A
Authority: JP
Inventors: 康文一海; 友邦飯島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH09215369A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気自動車用メ
インモータ、産業用制御モータ等の同期モータを駆動す
るためのモータ制御方法に関するもので、整流センサと
速度発電機を併用して同期モータへの通電電流を制御す
る際の高信頼化対策に係る。

【０００２】

【従来の技術】同期モータへの通電を制御する第１の方
法として、同期モータにロータの磁極の回転位置を例え
ば磁気的に検出する周知の整流センサ（ＣＳ；Commutat
ion Sensor) を付設し、整流センサのロータ位置信号に
基づいて矩形波信号を生成し、矩形波信号に従って同期
モータの各相の電機子巻線に電流を供給する方法があ
る。このように、同期モータを矩形波で駆動制御する方
法では、ロータの回転位相に対して同期モータの各相の
電機子巻線に供給する電流波形の位相を進める弱め界磁
を行うことができず、同期モータの回転数の可変範囲を
広くできない。なお、整流センサとしては、同期モータ
のメインマグネットの回転に伴う磁束の変化をホール素
子で検出する構造、あるいは後述する電磁的な手段で同
期モータのロータの回転位置を検出する構造のものが採
用される。

【０００３】また、同期モータへの通電を制御する第２
の方法として、同期モータにロータの回転位置を例えば
光学的に細かく検出するエンコーダを付設し、エンコー
ダから出力されるＡ相信号，Ｂ相信号およびＺ相信号に
基づいて、波形記憶手段から正弦波の波形データを逐次
読み出してアナログ・デジタル変換することにより同期
モータにロータの回転位置に対応した正弦波を生成し、
この正弦波に従って同期モータの各相の電機子巻線に電
流を供給する方法がある。このように、同期モータを正
弦波で駆動制御する方法では、ロータの回転位相に対し
て同期モータの各相の電機子巻線に供給する電流の位相
を進める弱め界磁を行うことが可能となり、同期モータ
の回転数の可変範囲を広くすることが可能となり、例え
ば、電気自動車において、変速機を使用しなくても、低
速走行から高速走行までの広範な速度レンジで運転が可
能となり、また同期モータの回転を滑らかにできる利点
がある。

【０００４】したがって、同期モータは、主としてエン
コーダによる正弦波駆動制御を行い、起動時等の低速回
転時に補助的に整流センサによる矩形波駆動制御を行う
制御形態が多くなってきている。ところが、例えば電気
自動車等に用いる同期モータの正弦波駆動制御には、上
記のような光学的なエンコーダよりは、安価に製造で
き、また耐熱性や耐振性の良好な速度発電機（ＦＧ；Fr
equency Generator ）を使用するのが好ましい。この速
度発電機は、多極の発電機、例えばステップモータを発
電機として利用する構造がが採用され、歯車状の磁石回
転子に歯に対して、磁性材料からなる櫛歯状の２組の固
定子の歯を位相が９０度異なるように対向配置し、固定
子に検出用の巻線とを設けた構造となっており、同期モ
ータのロータの回転速度に応じた周波数の位相が９０度
異なるＡ相信号およびＢ相信号を出力するようになって
いる。

【０００５】この速度発電機は、その特性上、静止ない
し低速回転状態では、出力信号のレベルが零か、もしく
はきわめて低い値である。したがって、速度発電機によ
る同期モータの正弦波駆動制御は、同期モータの回転数
がある程度まで高くなって速度発電機の出力信号のレベ
ルが十分に高くなってからしか行えず、回転数が低い間
は整流センサのロータ位置信号による矩形波駆動制御を
行うことになる。

【０００６】また、この速度発電機は、通常、Ａ相信号
およびＢ相信号しか出力できず、波形メモリアドレスを
作成するアップダウンカウンタのリセット等を行うため
のＺ相信号を作成できなかったので、整流センサのロー
タ位置信号をロジック処理してＺ相信号を生成し、整流
センサのロータ位置信号に基づいてＺ相信号を生成し、
整流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信
号と速度発電機から出力されるＡ相信号およびＢ相信号
とに基づいて同期モータを正弦波駆動制御するようにし
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、同期モ
ータの制御に、整流センサと速度発電機とを併用してい
る場合において、整流センサのロータ位置信号をロジッ
ク処理してＺ相信号を生成するロジック回路の故障、あ
るいは、その出力配線の断線等によって、整流センサの
ロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号が異常とな
る場合、例えばＺ相信号が全く出力されなくなる場合が
ある。このような場合、整流センサや速度発電機自体に
全く異常がなくても、Ｚ相信号が生成されなくなること
により、同期モータの駆動制御を正しく行えなくなり、
電気自動車等に必要な信頼性を満たすことができなかっ
た。

【０００８】この発明の目的は、整流センサのロータ位
置信号に基づいて生成したＺ相信号が異常となっても、
速度発電機による同期モータの制御を継続することがで
き、信頼性の高いモータ制御方法を提供することであ
る。この発明の他の目的は、整流センサのロータ位置信
号に基づいて生成したＺ相信号が異常となっても、同期
モータの回転停止を防止することができ、電気自動車等
における同期モータの停止による危険を回避することが
できるモータ制御方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のモータ制
御方法は、同期モータのロータの回転位置に対応したロ
ータ位置信号を出力する整流センサと同期モータのロー
タの回転速度に応じた周波数のＡ相信号，Ｂ相信号およ
びＺ相信号を出力する速度発電機とを用いて、同期モー
タへの通電を制御する方法であり、整流センサのロータ
位置信号に基づいてＺ相信号を生成し、整流センサのロ
ータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号と速度発電機
から出力されるＡ相信号およびＢ相信号とに基づいて同
期モータへの通電を制御し、整流センサのロータ位置信
号に基づいて生成したＺ相信号が異常となったときに、
速度発電機から出力されるＡ相信号，Ｂ相信号と速度発
電機から出力されるＺ相信号とに基づいて同期モータへ
の通電を制御する。

【００１０】

【００１１】また、同期モータの制御領域が通常制御領
域と弱め界磁制御領域とからなり、通常制御領域で整流
センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号と
速度発電機から出力されるＡ相信号およびＢ相信号とに
基づいて同期モータを通電制御しているときに、整流セ
ンサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号が異
常となると、整流センサのロータ位置信号に基づく同期
モータの通電制御に切り替え、弱め界磁制御領域で整流
センサのロータ位置信号によるＺ相信号と速度発電機か
ら出力されるＡ相信号およびＢ相信号とに基づいて同期
モータを通電制御しているときに、整流センサのロータ
位置信号によるＺ相信号が異常となると、速度発電機か
ら出力されるＡ相信号，Ｂ相信号と速度発電機から出力
されるＺ相信号とを用いて弱め界磁制御領域から通常制
御領域へ減速しながら移行するように通電制御した後、
整流センサのロータ位置信号に基づく同期モータの通電
制御に切り替える。

【００１２】この方法によると、通常は整流センサのロ
ータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号と速度発電機
から出力されるＡ相信号およびＢ相信号と用いて同期モ
ータを制御し、整流センサのロータ位置信号に基づいて
生成したＺ相信号が異常となったときに、速度発電機か
ら出力されるＡ相信号，Ｂ相信号と速度発電機から出力
されるＺ相信号とに基づいて同期モータへの通電を制御
するので、速度発電機による同期モータの制御を継続す
ることができて信頼性が高くなり、また同期モータの回
転停止を防止することができ、電気自動車等における同
期モータの停止による危険を回避することができる。ま
た、通常制御領域では、速度発電機による制御から整流
センサによる制御に切り替え、弱め界磁制御領域では、
速度発電機による制御状態を継続して通常制御領域へ減
速しながら移行させ、通常制御領域に入った後速度発電
機による制御から整流センサによる制御に切り替えるの
で、速度発電機による弱め界磁制御状態から整流センサ
による通常制御状態へ、同期モータの回転数の急変なく
徐々に移行させることができ、同期モータの高速回転中
の異常発生に伴う急激な挙動変化を防止することができ
る。

【００１３】請求項２記載のモータ制御方法は、請求項
１記載のモータ制御方法において、整流センサのロータ
位置信号に基づいて生成したＺ相信号の異常の検出を、
速度発電機から出力されるＺ相信号の一つのパルスの出
現時刻から次のパルスの出現時刻までの間における前記
整流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信
号のパルスの出現の有無の検出により行う。

【００１４】この方法によると、速度発電機から出力さ
れるＺ相信号と整流センサのロータ位置信号に基づいて
生成したＺ相信号とは、異なる系統で生成しているの
で、整流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ
相信号の異常を正確に検出でき、しかも速度発電機から
出力されるＺ相信号に基づいて整流センサのロータ位置
信号に基づいて生成したＺ相信号の異常を検出するの
で、簡単な論理処理を行うだけでＺ相信号の異常を検出
することができる。

【００１５】請求項３記載のモータ制御方法は、請求項
１記載のモータ制御方法において、整流センサのロータ
位置信号に基づいた同期モータの通電制御が矩形波駆動
制御であり、速度発電機から出力されるＡ相信号および
Ｂ相信号に基づいた同期モータの通電制御が正弦波駆動
制御である。この方法によると、請求項１のモータ制御
方法と同様の作用を奏する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。図１にこの発明の実施の形
態のモータ制御装置の回路ブロック図を示す。図１にお
いて、１は例えば電気自動車の駆動源となる同期モータ
である。２は同期モータ１に設けられた回転検出器であ
り、速度発電機（ＦＧ）と整流センサ（ＣＳ）とを組み
合わせて一体化したものであるが、当然別体でもよい。

【００１７】上記の速度発電機としては、例えば図６お
よび図７に示すようなものが採用される。ここで、図６
および図７にＡ相信号、Ｂ相信号およびＺ相信号を出力
可能な速度発電機の構造の一例を示す。特に、図６
（ａ）にはＡ相信号およびＢ相信号の生成部分の正面図
を示し、同図（ｂ）には同じく断面図を示し、同図
（ｃ）には回転子の背面図を示す。また、図７（ａ）に
はＺ相信号の生成部分の正面図を示し、同図（ｂ）には
同じく断面図を示し、同図（ｃ）には回転子の背面図を
示す。なお、図６の構造部分と図７の構造部分は同期モ
ータの回転軸の方向に並べて設けられる。

【００１８】この速度発電機は、図６に示すように、外
周縁に多数の歯車状の凹凸を有する磁石回転子３１と、
この磁石回転子３１を包囲する状態に固定配置したリン
グ状のヨーク３２と、このヨーク３２に内向きに突設さ
れて磁石回転子３１に対向しかつ先端部に磁石回転子３
１と同じピッチの櫛歯状の凹凸を有する４個の磁極３３
〜３６と、４個の磁極に巻装した４個の巻線３７〜４０
とからなる。上記の磁石回転子３１は、同期モータの回
転軸と連動回転する。

【００１９】ここで、磁石回転子３１および４個の磁極
３３〜３６の構造について説明する。すなわち、この磁
石回転子３１は、図６に示すように、外周縁に多数の歯
車状の凹凸を有する鉄製の円板３１ａと凹凸のない鉄製
の円板３１ｂ（円板３１ａと同じ構造でもよい）とで図
示のように極性のリング状の永久磁石３１ｃを挟んだ構
造となっており、円板３１ａの外周縁から出て円板３１
ｂの外周縁から入るような磁束が生成されるようになっ
ている。

【００２０】また、４個の磁極３３〜３６のうち、２個
の磁極３３と磁極３５は磁石回転子３１の凹凸に対して
同じ位相関係に配置され、残りの２個の磁極３４と磁極
３６も磁石回転子３１の凹凸に対して同じ位相関係に配
置され、磁極３３と磁極３４および磁極３５と磁極３６
とは磁石回転子３１の凹凸に対して９０度ずれた位相関
係に配置されている。この場合、磁石回転子３１の凸部
と磁極３３〜３６の凸部とが対向したときに、磁束が最
も通りやすくなり、磁石回転子３１の凸部と磁極３３〜
３６の凹部とが対向したときに、磁束が最も通りにくく
なる。そして、この磁束の変化を巻線３７〜４０で検出
し、それを速度発電機検波回路１４で検波することで、
Ａ相信号およびＢ相信号を生成することができる。

【００２１】具体的に説明すると、磁極３３，３５に巻
装された巻線３７，３９はＡ相信号を取り出すもので、
直列接続され、それらの両端には同期モータのロータの
回転速度に比例した周波数で、かつ回転速度の増加とと
もに振幅が増大する交流電圧が現れることになり、これ
を速度発電機検波回路１４で検波することでＡ相信号が
得られる。また、磁極３４，３６に巻装された巻線３
８，４０はＢ相信号を取り出すもので、直列接続されて
おり、それらの両端には同期モータのロータの回転速度
に比例した周波数で、かつ回転速度の増加とともに振幅
が増大する交流電圧が現れることになり、この電圧は巻
線３７，３９に現れる電圧とは位相が９０度ずれてお
り、これを速度発電機検波回路１４で検波することでＢ
相信号が得られる。

【００２２】上記した速度発電機は、ある程度回転数が
上がった高速回転時の使用を前提にしているため、パル
スの多い、つまり分解能の高い構造のものでも、十分高
い信号レベルを得ることができ、Ｓ／Ｎ比は良好であ
り、同期モータの制御の際に、パルスの検出抜け等が生
じることはなく、精度よく同期モータの制御を行うこと
ができるものである。しかも、コスト的には、エンコー
ダに比べて十分に低く、また電磁式であって半導体素子
を使用しないため、耐熱性も良好である。

【００２３】また、この速度発電機は、図７に示すよう
に、外周縁に２個の凸部４１ａ，４１ｂを有する磁石回
転子４１と、この磁石回転子４１を包囲する状態に固定
されてたリング状のヨーク４２と、ヨーク４２の内周面
に磁石回転子４１に対向するように内向きに突設して先
端部にそれぞれ凸部４３ａ，４４ａを有する２個の磁極
４３，４４と、磁極４３，４４に巻回して直列に接続さ
れた巻線４５，４６とからなる。磁石回転子４１は、同
期モータの回転軸と連動回転し、外周縁の２個の凸部４
１ａ，４１ｂは、ロータの回転軸に対して非対称の位
置、例えば凸部４１ａと回転軸を結ぶ直線と凸部４１ｂ
と回転軸を結ぶ直線とが９０度の角度をもつ状態に形成
されているが、９０度に限らない。

【００２４】ここで、磁石回転子４１の構造について、
詳しく説明する。すなわち、この磁石回転子４１は、外
周縁に２個の凸部４１ａ，４１ｂを有する鉄製の円板４
１ａと凹凸のない鉄製の円板４１ｂ（円板４１ａと同じ
凹凸があってもよい）とで図示のように極性のリング状
の永久磁石４１ｃを挟んだ構造となっており、円板４１
ａの外周縁から出て円板４１ｂの外周縁から入るような
磁束が生成されるようになっている。

【００２５】また、磁極４３，４４の先端の凸部４３
ａ，４４ａは、磁石回転子４１の凸部４１ａ，４１ｂと
同じ幅に形成され、かつ凸部４１ａが凸部４３ａに対向
した状態で、凸部４１ｂが対して凸部４４ａに対向する
状態となるように、形成位置を決めてあり、凸部４１
ａ，４１ｂと凸部４３ａ，４４ａとがそれぞれ対向した
状態が最も磁石回転子４１の磁束がヨーク４２，磁極４
３，４４を通りやすくなり、同期モータのロータが１回
転する毎に１回磁束が通りやすい状態が生じることにな
り、この磁束の変化を巻線４５，４６で検出し、それを
速度発電機検波回路１４で検波することで、Ｚ相信号を
生成することができる。

【００２６】なお、磁石回転子４１の２個の凸部４１
ａ，４１ｂがそれぞれ磁極４３，４４の先端の凸部４１
ａ，４１ｂにちょうど対向したときの磁石回転子４１の
回転位置と、整流センサのＵ相のロータ位置信号の立ち
上がり位置とが合致するように同期モータのロータの回
転軸に対して位置決めしてある。つぎに、回転検出器２
における整流センサは、例えば、周知の磁気的な手段で
構成されており、同期モータ１のロータの磁極の回転位
置に対応したロータ位置信号を出力するものであり、そ
の構成を以下に説明する。

【００２７】図８は図１の同期電動機の制御装置に使用
する整流センサの構造の一例を示す概略図である。この
整流センサは、同期モータの回転軸と連動回転する磁性
体の回転子２０と、この回転子２０を包囲する状態に固
定配置したリング状のヨーク２１と、ヨーク２１に内向
きに突設されて回転子２０に対向した３個の励磁用磁極
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、ヨーク２１に内向きに突設
されて回転子２０に対向した３個の検出用磁極２３Ａ，
２３Ｂ，２３Ｃと、励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ
に巻装した励磁用巻線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、検出
用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに巻装した検出用巻線２
５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃとからなる。

【００２８】３個の励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ
は、同期モータの電機子に対して所定の位相関係に配置
され、互いに１２０度の位相差をもって配置されてい
る。同様に、３個の検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ
は、同期モータの電機子に対して所定の位相関係に配置
され、互いに１２０度の位相差をもって配置されてい
る。３個の励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと３個の
検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、６０度の位相差
を互いに６０度の位相差をもって配置されている。つま
り、６個の磁極を６０度ずつずらして配置し、そのうち
の１つおきの３個を励磁磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと
し、残りの３個を検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと
している。

【００２９】そして、励磁用巻線２４Ａ，２４Ｂ，２４
Ｃを並列に接続し、これらの励磁用巻線２４Ａ，２４
Ｂ，２４Ｃに高周波電源２６から高周波電流を流して励
磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを高周波励磁すると、
回転子２０と検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとの位
置関係によって決まる高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が検
出用巻線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃから誘起し、回転子２
０が回転すると、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよ
うに、誘起する高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の包絡線が
正弦波状に変化し、検出用巻線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ
から誘起する高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の包絡線の位
相は、ちょうど１２０ずつ位相のずれたものとなる。こ
の図９（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形を整流センサ検波
回路１３で検波し、所定のしきい値で波形整形すること
により、整流センサのロータ位置信号が得られる。

【００３０】速度発電機は回転が止まると出力電圧も無
くなるが、上記図８のような構造にすると、同期モータ
の回転速度とは無関係に、同期モータの回転子の位置の
みによってに出力レベルが変化するものであり、回転子
が静止していても位置に応じた出力を取り出すことがで
き、整流センサとして使用することができるのである。

【００３１】このように、図８の構造の整流センサは、
分解能は低いが、静止状態でも出力を取り出すことがで
き、電磁式の構造であり、安価であり、耐熱性も十分に
あり、高温下でも使用が可能である。なお、回転検出器
２における速度発電機の出力信号は、上述したように、
速度発電機検波回路１４で検波されることにより、同期
モータ１のロータの回転速度に応じた周波数のＡ相信
号，Ｂ相信号およびＺ相信号に変換されて、後段の回路
へ入力されることになるが、以下では、速度発電機が速
度発電機検波回路１４を含むものとして、速度発電機の
動作を説明することにする。また、回転検出器２におけ
る整流センサの出力信号は、上記したように、整流セン
サ検波回路１３で検波されることにより、同期モータ１
のロータの磁極の回転位置に応じたロータ位置信号に変
換されて、後段の回路へ入力されることになるが、以下
では、整流センサが整流センサ検波回路１３を含むもの
として、整流センサの動作を説明することにする。

【００３２】１１は回転検出器２の整流センサの出力で
あるロータ位置信号をロジック処理してＺ相信号を生成
するＺ相信号生成回路である。なお、このＺ相信号は、
同期モータ１のロータが１回転する毎に１回パルスが立
ち上がることになる。３はＺ相信号生成回路１１で生成
されるＺ相信号と回転検出器２の速度発電機から出力さ
れる互いに９０度位相差をもったＡ相信号およびＢ相信
号とに基づいてＺ相信号をリセットパルスとし例えばＡ
相信号をカウント入力とするアップ／ダウンカウント手
段（Ａ相とＢ相の位相関係でアップダウンが切り替わ
る）等により同期モータ１のロータ位置に対応したデジ
タルアドレス信号（正弦波データ読み出し用）を生成
し、また整流センサのロータ位置信号をロジック処理す
るなどして、デジタルアドレス信号（矩形波デジタル読
み出し用）を生成するアドレス生成手段である。

【００３３】なお、このアドレス生成手段３は、Ｚ相信
号生成回路１１で生成されるＺ相信号の異常時には、回
転検出器２の速度発電機から出力される互いに９０度位
相差をもったＡ相信号およびＢ相信号と回転検出器２の
速度発電機から出力されるＺ相信号とに基づいて同期モ
ータ１のロータ位置に対応したデジタルアドレス信号を
生成することになる。

【００３４】４はトルクまたは速度指令入力（アクセル
入力，ブレーキ入力）と回転検出器２の速度発電機から
出力されるＡ相信号もしくはＢ相信号または整流センサ
から出力されるロータ位置信号から求まる同期モータ１
の回転速度との差に対応してトルク制御指令信号を出力
するＣＰＵ等からなるトルク／速度制御手段である。５
は同期モータ１の駆動用の例えば３相の矩形波および正
弦波の波形データをそれぞれ１サイクル分記憶しアドレ
ス生成手段３から出力されるデジタルアドレス信号をア
ドレス入力として同期モータ１の駆動用の矩形波もしく
は正弦波の波形データを同期モータ１のロータ位置に対
応して読み出すＲＯＭ等からなる波形記憶手段である。
波形データは、２相分格納しておけば、残りの１相は演
算により求めることができる。

【００３５】６は波形記憶手段５から出力される同期モ
ータ１の駆動用の波形データに対しトルク／速度制御手
段４から出力されるトルク制御指令信号を乗算するとと
もに乗算結果に対しデジタル・アナログ変換（以下、Ｄ
／Ａ変換と記す）を行う積算Ｄ／Ａ変換手段である。な
お、積算は乗算の意味で使用している。７は積算Ｄ／Ａ
変換手段６の出力信号と同期モータ１に流れる負荷電流
の変流器（図示せず）等による検出信号のとの誤差信号
を出力する電流制御回路である。

【００３６】８は電流制御回路７の出力信号に応じてパ
ルス幅変調信号を生成するパルス幅変調（以下、ＰＷＭ
と記す）制御回路である。９はＰＷＭ制御回路８の出力
信号に応じて同期モータ１を駆動するＰＷＭインバータ
である。１０は異常検出回路で、回転検出器２における
速度発電機のＡ相信号のタイミングで発生するＺ相信号
とに基づいて、Ｚ相信号生成回路１１から出力されるＺ
相信号、つまり整流センサのロータ位置信号に基づいて
生成されるＺ相信号が異常かどうかを判断する。具体的
には、速度発電機によるＺ相信号のパルスが入力された
後、次のＺ相信号のパルスが入力されるまでに、整流セ
ンサのＺ相信号のパルスが入力されるかどうかを監視
し、入力がなければ、異常と判断する。

【００３７】１２は回転検出器２の出力信号（速度発電
機のＡ相信号，Ｂ相信号もしくは整流センサのロータ位
置信号）を速度信号に変換する速度変換手段であり、そ
の出力信号をトルク／速度制御手段４へ送る。この図の
場合、回転検出器２の出力信号は、異常検出回路１０か
ら得ている。ここで、回転検出器２の出力信号について
説明する。

【００３８】回転検出器２の整流センサから出力される
ロータ位置信号は、同期モータ１のロータの磁極の位置
を検出した信号であり、ロータの磁極の位置を検出し、
どのコイルへ通電するかを決めるためのものであり、ロ
ータの回転速度に係わらずロータの磁極の位置に対応し
た信号が出力される。また、回転検出器２の速度発電機
からは、ロータの回転位置を検出する信号として、一般
的に、基準パルス（Ｚ相信号；３６０度＝１回転に１パ
ルス）と９０度位相のずれた２相のパルス列、つまりＡ
相信号およびＢ相信号を出力する。この位相のずれによ
り、回転方向を検知し、また、Ａ相信号またはＢ相信号
のパルス列をカウントすることによってロータの回転角
を検出することができる。なお、速度発電機は、その特
性上、ロータの回転数がある程度まで上昇しないと、Ａ
相信号、Ｂ相信号およびＺ相信号を出力できない。

【００３９】回転角および回転速度の検出は、以下のよ
うにして行う。例えばＡ相信号およびＢ相信号の立ち上
がりのみをカウントし、１回転に１０００パルス発生す
るものとする。このとき、Ｚ相信号から数えて５００パ
ルス目はロータの位相が１８０度に相当する。また、一
定時間間隔内のＡ相信号またはＢ相信号のパルス数をカ
ウントすることで、同期モータ１の速度を検出する。例
えば、１秒間に２０００パルスカウントすれば、１秒間
に２回転していることになり、１２０ｒｐｍで回転して
いることがわかる。同様にして、整流センサのロータ位
置信号をカウントすることによっても、同期モータ１の
速度を検出する。

【００４０】Ｚ相信号とＡ相信号およびＢ相信号があれ
ば、基本的に整流センサのロータ位置信号は不要に思え
る。なぜなら、ロータの回転角度がＺ相信号とＡ相信号
およびＢ相信号から求まるからである。しかし、Ｚ相信
号とＡ相信号およびＢ相信号を有効に使えるのは、基準
となるＺ相信号が入力されてからである。また、同期モ
ータ１の回転数が速度発電機に必要な回転数にならない
と、速度発電機からＺ相信号とＡ相信号およびＢ相信号
が発生しないので、その回転数以上になり、かつＺ相信
号が入力されるまでは、整流センサのロータ位置信号に
応じて同期モータ１の巻線への転流の制御を行う。上記
の必要回転数に達し、またＺ相信号が入力されてから
は、Ｚ相信号を基準にして同期モータ１の巻線への転流
の制御を行う。

【００４１】以上のような構成のモータ制御装置の動作
を、モータ制御方法とともに以下に説明する。同期モー
タ１に設けた回転検出器２の出力信号に基づいてアドレ
ス生成手段３により同期モータ１のロータ位置に対応し
たデジタルアドレス信号が生成される。この場合、同期
モータ１の起動時直後や停止直前等の回転数が低いとき
や、Ｚ相信号が入力される前においては、回転検出器２
の整流センサのロータ位置信号に基づいて矩形波の波形
データを読み出すためのデジタルアドレス信号を生成
し、同期モータ１の回転数が速度発電機に必要な回転数
まで上がり、かつＺ相信号が入力された後、Ｚ相信号と
Ａ相信号およびＢ相信号に基づいて正弦波の波形データ
を読み出すためのデジタルアドレス信号を生成する。な
お、Ｚ相信号としては、Ｚ相信号生成回路１１で整流セ
ンサのロータ位置信号から生成されるＺ相信号が用いら
れ、このＺ相信号が異常となったときには、代わりに速
度発電機から出力されるＺ相信号を用いる。矩形駆動制
御から正弦波駆動制御への切り替えは、速度発電機のＡ
相信号もしくはＢ相信号のレベルを検出して電圧判定手
段によりレベル判定し、その値が所定値を超えたときに
行われる。

【００４２】また、トルク／速度制御手段４より速度指
令入力と回転検出器２から出力されるＡ相信号およびＢ
相信号もしくはロータ位置信号から求まる同期モータ１
の回転速度との差に対応して速度制御指令信号が出力さ
れる。なお、同期モータ１の回転速度は、同期モータ１
の起動時直後や停止直前等の回転数が低いときや、Ｚ相
信号が入力される前においては、回転検出器２の整流セ
ンサのロータ位置信号に基づいて求め、同期モータ１の
回転数が速度発電機に必要な回転数まで上がり、かつＺ
相信号が入力された後、Ｚ相信号とＡ相信号およびＢ相
信号に基づいて求める。

【００４３】また、アドレス生成手段３より出力される
デジタルアドレス信号が波形記憶手段５へ供給される。
この結果、波形記憶手段５より実際のロータ位置に対応
したモータ駆動用の例えばＵ相，Ｖ相の正弦波もしくは
矩形波の波形データが読み出されることになる。さら
に、積算Ｄ／Ａ変換手段６にて、波形記憶手段５から出
力される同期モータ１の駆動用のＵ相，Ｖ相の波形デー
タに対しトルク／速度制御手段４から出力される速度制
御指令信号が加算されるとともに加算結果に対しＤ／Ａ
変換が行われ、積算Ｄ／Ａ変換手段６からＵ相, Ｖ相の
出力信号が発生し、この積算Ｄ／Ａ変換手段６の出力信
号が電流制御回路７へ送られる。

【００４４】そして、電流制御回路７でＵ相, Ｖ相の出
力信号と同期モータ１に実際に流れる負荷電流の検出信
号に基づいてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電流指示信号（実際の
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電流指示値）が出力され、ＰＷＭ制
御回路８で電流制御回路７の出力信号に応じてパルス幅
変調信号が生成され、つまり電圧変換される。そして、
ＰＷＭインバータ９によりＰＷＭ制御回路８の出力信号
に応じて同期モータ１が駆動される。

【００４５】このモータ制御装置では、Ｚ相信号生成回
路１１により生成されたＺ相信号（整流センサのロータ
位置信号に基づいて生成）を基準として例えば速度発電
機のＡ相信号（Ｂ相信号でもよい）のパルス数をカウン
トし、同期モータ１のロータの角度に対応するデジタル
アドレスをＲＯＭからなる波形記憶手段５に入力する
か、もしくは整流センサのロータ位置信号によって同期
モータ１のロータの角度に対応するデジタルアドレスを
ＲＯＭからなる波形記憶手段５に入力する。よって、波
形記憶手段５より正弦波もしくは矩形波が出力され、Ｃ
ＰＵからなるトルク／速度制御手段４の速度指示値とを
積算した正弦波もしくは矩形波がアナログ状態で出力さ
れる。その状態を図２および図３に示す。図２には、Ｚ
相信号、反転Ｚ相信号、Ａ相信号、反転Ａ相信号、Ｂ相
信号、反転Ｂ相信号、ＣＳ₁信号、反転ＣＳ₁信号、Ｃ
Ｓ₂信号、反転ＣＳ₂信号、ＣＳ₃信号、反転ＣＳ₃信
号、波形記憶手段（ＲＯＭ）５のＵ，Ｖ，Ｗの各相の出
力信号（正弦波）をそれぞれ示している。なお、ＣＳ_i
信号はＶ，Ｖ，Ｗの３相（ｉ＝１〜３）のロータ位置信
号を示す。また、図３には、ＣＳ₁信号、ＣＳ₂信号お
よびＣＳ₃信号と波形記憶手段（ＲＯＭ）５のＵ，Ｖ，
Ｗの各相の出力信号（矩形波）をそれぞれ示している。

【００４６】ここで、異常検出回路１０は、回転検出器
２の速度発電機から出力されるＺ相信号とに基づいて、
Ｚ相信号生成回路１０で生成されるＺ相信号が正常か異
常かを監視し、異常の場合、トルク／速度変換手段４に
おけるＣＰＵ（図示せず）に信号を発信する。この場
合、図４の通常制御領域Ｉ内で同期モータ１が運転され
ておれば、ＣＰＵはアドレス生成手段３に対して、正弦
波駆動制御から矩形波駆動制御に切り替える信号を送
る。アドレス生成手段３は、回転検出器２から送られる
ロータ位置信号に基づいて矩形波の波形データを出力す
るデジタルアドレスを波形記憶手段５へ与えることにな
る。この動作は、回転検出器２から送られるロータ位置
信号が正常に出力されていることが前提となる。

【００４７】また、図４の弱め界磁制御領域II内であれ
ば、ＣＰＵは、Ｚ相信号生成回路１０で生成されるＺ相
信号の代わりに、回転検出器２の速度発電機から出力さ
れるＺ相信号と同じくＡ相信号およびＢ相信号を利用し
て正弦波駆動制御を継続し、電流指示を０にするか、ま
たは回生指示をすることにより、減速させながら通常制
御領域Ｉ内に移行させ、通常制御領域Ｉ内に入れば、Ｃ
ＰＵはアドレス生成手段３に対して正弦波駆動制御から
矩形波駆動制御に切り替える信号を送る。アドレス生成
手段３は、回転検出器２から送られるロータ位置信号に
基づいて矩形波の波形データを出力するデジタルアドレ
スを波形記憶手段５へ与えることになる。この結果、Ｚ
相信号生成回路１０で生成されるＺ相信号が異常となっ
た後、弱め界磁制御を行わない通常制御領域Ｉのみの矩
形波駆動制御の運転となる。

【００４８】異常検出回路１０から矩形波駆動のため
に、整流センサのロータ位置信号が速度変換手段１２へ
送られる。速度変換手段１２では、整流センサのロータ
位置信号に基づいて同期モータ１の回転速度を検出し、
速度検出信号をトルク／速度制御手段４へ送る。この結
果、矩形波駆動制御の場合も、正弦波駆動制御の場合と
同様にしてトルク／速度制御手段４が電流制御回路７へ
信号を与えることにより、アクセル入力、ブレーキ入力
および速度変換手段１２の出力信号に基づいて速度制御
を行うことになる。

【００４９】ここで、整流センサによるＺ相信号と速度
発電機によるＺ相信号との両方があって、整流センサに
よるＺ相信号を使用しなくても正弦波制御が可能な場合
において、整流センサによるＺ相信号を主として使用
し、整流センサによるＺ相信号の異常時に速度発電機に
よるＺ相信号を補助的に用いる理由について、以下に説
明する。

【００５０】すなわち、速度発電機は低速時には発電力
が不足し、速度発電機の出力信号は使用できないという
構造上の特性があるので、速度発電機のＺ相信号を使用
している場合において、同期モータの回転数が極端に低
下したときに、Ｚ相信号が急に得られなくなり、不安定
制御が生じるおそれがある。この不安定制御とは、発電
力不足領域へ急激に移行した場合（Ｚ相信号入力から次
のＺ相信号入力までの間に変化した場合等）に安定した
制御が不能となることを意味している。

【００５１】一方、整流センサによるＺ相信号を使用し
ておれば、同期モータの回転数が極端に低下したときに
も、Ｚ相信号は継続して得ることができ、速度発電機の
Ｚ相信号を使用している場合のような不安定制御は生じ
ず、信頼性を高めることができるからである。また、異
常時に同期モータの正弦波制御を継続するのではなく、
同期モータを最終的に矩形波制御に移行させているが、
その理由は、上記と同様に、速度発電機のＺ相信号を使
用している場合において、同期モータの回転数が極端に
低下したときに、Ｚ相信号が急に得られなくなり、不安
定制御が生じることを回避するためである。

【００５２】図５に上記のような処理を行うＣＰＵのフ
ローチャートを示し、このフローチャートに従ってＣＰ
Ｕの動作を説明する。ＣＰＵは、整流センサのロータ位
置信号により生成したＺ相信号が正常か異常かの判定を
繰り返し行う（ステップＳ１）、整流センサのロータ位
置信号により生成したＺ相信号が異常である場合は、速
度発電機から出力されるＺ相信号による正弦波駆動制御
動作への切り替えを指示する（ステップＳ２）。そし
て、同期モータの制御領域が弱め界磁制御領域であるか
ないかを判定し（ステップＳ３）、弱め界磁制御領域で
ある場合は、弱め界磁制御領域から出て通常制御領域に
入るまで減速指示を出し（ステップＳ４）、弱め界磁制
御領域から出て通常制御領域に入ると、正弦波駆動制御
から矩形波駆動制御に切り替える指示を出す（ステップ
Ｓ５）。

【００５３】この実施の形態のモータ制御装置によれ
ば、異常検出回路１０によりＺ相信号生成回路１１によ
り生成されるＺ相信号の異常を検出し、その異常時は、
Ｚ相信号生成回路１１により生成されるＺ相信号に代え
て回転検出器２の速度発電機から出力されるＺ相信号
と、同じく速度発電機から出力されるＡ相信号およびＢ
相信号を用いて正弦波制御を継続するので、速度発電機
による同期モータの制御を継続することができて同期モ
ータ１の回転を継続させることができ、信頼性が高くな
り、また同期モータ１の回転停止を防止することがで
き、危険な場所で故障が発生しても、その場所で停止す
ることなく電気自動車を安全な場所に退避させたり、修
理工場まで移動させることができるなど、電気自動車の
停止による危険を回避することができる。

【００５４】また、通常制御領域では、速度発電機によ
る制御から整流センサによる制御に切り替え、弱め界磁
制御領域では、速度発電機による制御状態を継続して通
常制御領域へ減速しながら移行させ、通常制御領域に入
った後速度発電機による制御から整流センサによる制御
に切り替えるので、速度発電機による弱め界磁制御状態
から整流センサによる通常制御状態へ徐々に移行させる
ことができ、速度発電機による弱め界磁制御状態から整
流センサによる通常制御状態へ、同期モータの回転数の
急変なく徐々に移行させることができ、同期モータの高
速回転中の異常発生に伴う急激な挙動変化を防止するこ
とができる。したがって、例えば電気自動車を運転して
いる人に不安感を与えることがない。また、整流センサ
のロータ位置信号により生成したＺ相信号の異常を、整
流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号
とは、異なる系統で生成した速度発電機から出力される
Ｚ相信号との比較で検出するようにしているので、整流
センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号の
異常を正確に検出でき、しかも速度発電機から出力され
るＺ相信号に基づいて整流センサのロータ位置信号に基
づいて生成したＺ相信号の異常を検出するので、簡単な
論理処理を行うだけでＺ相信号の異常を検出することが
できる。

【００５５】なお、上記実施の形態では、整流センサに
よるＺ相信号が異常となったときに、最終的に同期モー
タを矩形波駆動制御に切り替えるようにしたが、正弦波
駆動制御のまま同期モータの運転を継続させてもよい。

【００５６】

【発明の効果】この発明のモータ制御方法によれば、通
常は整流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ
相信号と速度発電機から出力されるＡ相信号およびＢ相
信号と用いて同期モータを制御し、整流センサのロータ
位置信号に基づいて生成したＺ相信号が異常となったと
きに、速度発電機から出力されるＡ相信号，Ｂ相信号と
速度発電機から出力されるＺ相信号とに基づいて同期モ
ータへの通電を制御するので、速度発電機による同期モ
ータの制御を継続することができ、信頼性を高くでき、
また同期モータの回転停止を防止することができ、電気
自動車等における同期モータの停止による危険を回避す
ることができる。

【００５７】また、同期モータの通常制御領域では、速
度発電機による制御から整流センサによる制御に切り替
え、弱め界磁制御領域では、速度発電機による制御状態
を継続して通常制御領域へ減速しながら移行させ、通常
制御領域に入った後速度発電機による制御から整流セン
サによる制御に切り替えるので、速度発電機による弱め
界磁制御状態から整流センサによる通常制御状態へ徐々
に移行させることができ、速度発電機による弱め界磁制
御状態から整流センサによる通常制御状態へ、同期モー
タの回転数の急変なく徐々に移行させることができ、同
期モータの高速回転中の異常発生に伴う急激な挙動変化
を防止することができる。したがって、例えば電気自動
車を運転している人に不安感を与えることがない。

【００５８】また、速度発電機から出力されるＺ相信号
と整流センサのロータ位置信号に基づいて生成したＺ相
信号とは、異なる系統で生成しているので、整流センサ
のロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号の異常を
正確でき、しかも速度発電機から出力されるＺ相信号に
基づいて整流センサのロータ位置信号に基づいて生成し
たＺ相信号の異常を検出するので、簡単な論理処理を行
うだけでＺ相信号の異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のモータ制御方法の実施の形態におけ
るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】モータ制御装置の各部のタイムチャートであ
る。

【図３】同じくモータ制御装置の各部のタイムチャート
である。

【図４】同期モータのトルクと回転数の関係を示す特性
図である。

【図５】ＣＰＵの動作を示すフローチャートである。

【図６】（ａ）は速度発電機のＡ相信号およびＢ相信号
の生成部分の正面図、（ｂ）は同じく断面図、（ｃ）は
回転子の背面図である。

【図７】速度発電機のＺ相信号の生成部分の正面図、
（ｂ）は同じく断面図、（ｃ）は回転子の背面図であ
る。

【図８】整流センサの構造を示す概略図である。

【図９】整流センサの動作を示す波形図である。

【符号の説明】

１同期モータ２回転検出器（整流センサ、速度発電機）３アドレス生成手段４トルク／速度制御手段５波形記憶手段６積算Ｄ／Ａ変換手段７電流制御回路８ＰＷＭ制御回路９ＰＷＭインバータ１０異常検出回路１１Ｚ相信号検出回路１２速度変換手段１３整流センサ検波回路１４速度発電機検波回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−87777（ＪＰ，Ａ) 特開平４−312388（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−109487（ＪＰ，Ａ) 特開平７−274567（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 H02P 7/63

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同期モータのロータの回転位置に応じた
ロータ位置信号を出力する整流センサと前記同期モータ
のロータの回転速度に応じた周波数のＡ相信号，Ｂ相信
号およびＺ相信号を出力する速度発電機とを用いて、前
記同期モータへの通電を制御するモータ制御方法であっ
て、前記整流センサのロータ位置信号に基づいてＺ相信号を
生成し、前記整流センサのロータ位置信号に基づいて生
成したＺ相信号と前記速度発電機から出力されるＡ相信
号およびＢ相信号とに基づいて前記同期モータへの通電
を制御し、前記整流センサのロータ位置信号に基づいて
生成したＺ相信号が異常となったときに、前記速度発電
機から出力されるＡ相信号，Ｂ相信号と前記速度発電機
から出力されるＺ相信号とに基づいて前記同期モータへ
の通電を制御し、同期モータの制御領域は通常制御領域と弱め界磁制御領
域とからなり、前記通常制御領域で整流センサのロータ
位置信号に基づいて生成したＺ相信号と速度発電機から
出力されるＡ相信号およびＢ相信号とに基づいて前記同
期モータを通電制御しているときに、前記整流センサの
ロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号が異常とな
ると、前記整流センサのロータ位置信号に基づく前記同
期モータの通電制御に切り替え、前記弱め界磁制御領域
で前記整流センサのロータ位置信号によるＺ相信号と前
記速度発電機から出力されるＡ相信号およびＢ相信号と
に基づいて前記同期モータを通電制御しているときに、
前記整流センサのロータ位置信号によるＺ相信号が異常
となると、前記速度発電機から出力されるＡ相信号，Ｂ
相信号と前記速度発電機から出力されるＺ相信号とを用
いて前記弱め界磁制御領域から前記通常制御領域へ減速
しながら移行するように通電制御した後、前記整流セン
サのロータ位置信号に基づく前記同期モータの通電制御
に切り替えることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項２】整流センサのロータ位置信号に基づいて
生成したＺ相信号の異常の検出を、前記速度発電機から
出力されるＺ相信号の一つのパルスの出現時刻から次の
パルスの出現時刻までの間における前記整流センサのロ
ータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号のパルスの出
現の有無の検出により行うことを特徴とする請求項１記
載のモータ制御方法。
【請求項３】整流センサの出力信号に基づく同期モー
タの通電制御が矩形波駆動制御であり、前記整流センサ
のロータ位置信号に基づいて生成したＺ相信号および速
度発電機から出力されるＺ相信号の何れかと前記速度発
電機から出力されるＡ相信号およびＢ相信号とに基づく
前記同期モータの通電制御が正弦波駆動制御である請求
項１記載のモータ制御方法。