JP3358390B2

JP3358390B2 - 同期電動機の回転角速度検出装置、回転角度検出装置ならびに同期電動機の制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP3358390B2
Application number: JP13739595A
Authority: JP
Inventors: 康己川端; 善明多賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH08308286A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同期電動機の回転角速
度検出装置、回転角度検出装置ならびに同期電動機の制
御装置及び制御方法に関し、詳しくはセンサレスで同期
電動機の回転角速度や回転速度を検出する技術、および
これを用いて同期電動機を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期電動機において、回転子の回転位置
をセンサを用いて検出するのではなく、三相コイルに流
れる電流に基づいて演算しようとする技術が提案されて
いる。例えば、平成５年電気学会産業応用部門全国大会
発表資料「電流制御誤差に基づくセンサレスブラシレス
ＤＣモータ制御の過渡特性」（野村尚史他）には、ベク
トル演算により、コイル電流の実電流とモデルにおける
推定電流との偏差△Ｉに基づいて、回転子の位置を推定
して各相電流を制御するものが開示されている。

【０００３】かかる制御装置では、回転子の回転位置を
検出するレゾルバなどのセンサが必要ないので、構成が
簡略となり、信頼性が向上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術は、円筒型の同期モータをモデルとしており、回転子
の外周に設けられた永久磁石の間に突極を設け、リラク
タンストルクを積極的に利用したモータでは、回路のイ
ンダクタンスが回転子の位置により変動するため、こう
したセンサレス制御を用いることができない。

【０００５】本発明は、突極を有する回転子を備えた同
期電動機の回転角速度を検出し、この回転角速度を利用
して回転子の角度を推定する事を一つの目的とし、更に
この回転子の角度に基づいて三相コイルへの通電を制御
して同期電動機を制御することを目的としてなされた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の同期電
動機の回転角速度検出装置は、複数個の永久磁石の間に
突極を供えた回転子と、三相コイルを備えた固定子とを
有する同期電動機の回転子の角速度を検出する回転角速
度検出装置であって、前記三相コイルに流れる電流に基
づいて、同期電動機のｑ軸電流を演算するｑ軸電流演算
手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記
憶手段と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づい
て演算するδ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回
転角速度と前記モデルに基づいて推定した回転角速度と
の偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ軸電流との電流偏差に
比例するとして、前記回転子の推定回転角速度を、前回
の推定回転角速度と該電流偏差とから求める角速度演算
手段とを備えたことを要旨とする。

【０００７】また、本願の第２請求項の同期電動機の回
転角度検出装置は、複数個の永久磁石の間に突極を供え
た回転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期
電動機の回転子の角速度を検出する回転角度検出装置で
あって、前記推定回転角速度を求める請求項１記載の回
転角速度検出装置と、前記三相コイルに流れる電流に基
づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算するｄ軸電流演算
手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記
憶手段と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のγ軸の電流を、前記モデルに基づい
て演算するγ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回
転角度と前記モデルに基づいて推定した回転角度との偏
差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電流との電流偏差に比例
するとして、前記回転子の推定角度を、前回の推定角度
と前記推定回転角速度と該電流偏差とから求める角度演
算手段とを備えたことを要旨とする。

【０００８】更に、本願の請求項３の同期電動機の回転
角度検出装置は、請求項２記載の同期電動機の回転角度
検出装置であって、前記角速度演算手段に代えて、回転
子の現在位置に先立つ複数回の位置の所定時間当たりの
変化の移動平均として、前記回転子の推定回転角速度を
求める手段を備えたことを要旨とする。

【０００９】本願第４請求項の同期電動機の制御装置
は、同期電動機の回転子の推定角度を求める請求項２ま
たは３記載の回転角度検出装置と、該求めた推定角度を
用いて、前記三相コイルへの通電を制御する制御手段と
を備えたことを要旨とする。

【００１０】本願の第５請求項の同期電動機の制御方法
は、複数個の永久磁石の間に突極を供えた回転子と、三
相コイルを備えた固定子とを有する同期電動機の回転子
の角度と回転角速度とを検出し、該同期電動機の回転を
制御する方法であって、前記三相コイルに流れる電流に
基づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算し、前記三相コ
イルに流れる電流に基づいて、同期電動機のｑ軸電流を
演算し、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のγ軸の電流を、前記回転子の回転の
モデルに基づいて演算し、前記回転子の回転角から、直
交二軸変換により、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応し
たγ−δ変換して得られた平面上のδ軸の電流を、前記
モデルに基づいて演算し、前記回転子の実際の回転角度
と前記モデルに基づいて推定した回転角度との偏差が、
前記ｄ軸電流と前記γ軸電流との偏差に比例するとし
て、前記回転子の推定回転角速度を、前回の推定回転角
速度と該電流偏差とから求め、前記回転子の実際の回転
角速度と前記モデルに基づいて推定した回転角速度との
偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ軸電流との偏差に比例す
るとして、前記回転子の推定角度を、前回の推定角度と
前記推定回転角速度と該電流偏差とから求め、該求めた
推定回転角速度に基づいて、前記三相コイルへの通電を
制御することを要旨とする。

【００１１】

【作用】以上のように構成された請求項１の同期電動機
の回転角速度検出装置では、ｑ軸電流演算手段が、同期
電動機の三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動
機のｑ軸電流を演算する。また、δ軸電流演算手段が、
モデル記憶手段に記憶した回転子の回転のモデルに基づ
いて、回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際
の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られ
た平面上のδ軸の電流を、演算する。これらの結果を利
用して、角速度演算手段が、回転子の回転角速度を次の
ようにして求める。即ち、回転子の実際の回転角速度と
モデルに基づいて推定した回転角速度との偏差が、ｑ軸
電流とδ軸電流との電流偏差に比例するとして、回転子
の推定回転角速度を、前回の推定回転角速度と電流偏差
とから求めるのである。

【００１２】また、請求項２記載の回転角度検出装置
は、推定回転角速度を求める請求項１記載の回転角速度
検出装置を備え、この装置が求めた回転角速度を用い
る。また、ｄ軸電流演算手段が、三相コイルに流れる電
流に基づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算する。γ軸
電流演算手段は、モデル記憶手段に記憶された回転子の
回転のモデルをに基づいて、回転子の回転角から直交二
軸変換により、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ
−δ変換して得られた平面上のγ軸の電流を演算する。
そして、角度演算手段が、回転子の実際の回転角度と前
記モデルに基づいて推定した回転角度との偏差が、ｄ軸
電流と前記γ軸電流との電流偏差に比例するとして、回
転子の推定角度を、前回の推定角度と、回転角速度検出
装置が検出した推定回転角速度と電流偏差とから求め
る。

【００１３】請求項３の回転角度検出装置は、請求項２
の角速度演算手段による複雑な演算に代えて、回転子の
現在位置に先立つ複数回の位置の所定時間当たりの変化
の移動平均として、回転子の推定回転角速度を求める。
従って、演算が簡略化される。

【００１４】請求項４の同期電動機の制御装置および請
求項５の制御方法によれば、請求項２または３記載の回
転角度検出装置により回転子の回転角度を推定し、この
回転角度を用いて三相コイルへの通電を、制御手段が制
御する。従って、回転子の回転角度を検出するセンサな
どを用いることなく、同期電動機の回転を制御すること
ができる。

【００１５】

【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２０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。

【００１６】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
に設けられた中空の回転軸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。

【００１７】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。

【００１８】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）。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】図示するように実施例の同期モータ制御装
置１０は、電圧指令演算部１１，２相／３相変換部１
３，ＰＷＭ制御部１４，インバータ部１５，回転角度推
定部１６，３相／２相変換部１８から構成されている。
電圧指令演算部１１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Ｉｑ＊と、実際
に同期モータ４０に流れている３相電流をｄｑ座標軸上
の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換した値との偏差に基づいて、ｄ
ｑ座標軸上の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑを演算する。２相／３
相変換部１３は、電圧指令演算部１１から指令される目
標電圧Ｖｄ，Ｖｑを実際の３相の目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，
Ｖｗに変換する回路である。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、デュ
ーティに変換する。ＰＷＭ制御部１４からのオンオフ信
号に基づいて、インバータ部１５に設けられた６個のス
イッチング素子を制御して、同期モータ４０の三相コイ
ルの各々に印加する電圧が制御される。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。

【００２３】回転角度推定部１６は、このＵ相電流Ｉｕ
およびＶ相電流Ｉｖに基づいて、同期モータ４０の回転
子の回転角度を推定する回路である。回転角度推定部１
６の詳細な構成については後述する。３相／２相変換部
１８は、この回転角度推定部１６にて推定された回転角
度θとインバータ部１５で検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ
からｄｑ座標軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する。

【００２４】回転角度推定部１６とは、電流角速度計算
部１６１，電流推定部１６２，比較部１６３，電気角推
定部１６４から構成されている。電流角速度計算部１６
１は、回転角度推定部１６の内部に記憶している同期モ
ータ４０のモデルの電流ＩｄＭ，ＩｑＭを演算すると共
に、回転子の角速度αを演算するものである。実際に
は、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖとｄｑ座標軸上の目
標電圧Ｖｄ，Ｖｑとから、電流ＩｄＭ，ＩｑＭおよび回
転子の角速度αを演算する。演算の詳細については、後
述する。また、電流推定部１６２は、各相電流Ｉｕ，Ｉ
ｖからｄｑ座標に変換した電流Ｉｄ，Ｉｑを推定する。
更に比較部１６３は、電流角速度計算部１６１と電流推
定部１６２とで算出あるいは推定された電流Ｉを比較す
る。そして、電気角推定部１６４は、この比較部１６３
の比較結果ΔＩと電流角速度計算部１６１にて算出され
た角速度αとから回転子の回転角度θ（即ち電気角）を
推定し、前記３相／２相変換部１８に出力するのであ
る。

【００２５】上記のごとく構成される同期モータ制御装
置１０は、回転子５０の回転角速度を求める回転角速度
検出装置，回転子５０の回転角度（電気角）を検出する
回転角度検出装置を内蔵し、検出した回転角度を用い
て、公知のｄｑ変換法により３相／２相変換した２軸の
電流Ｉｄ，Ｉｑを制御することで、同期モータ４０の入
力電気エネルギを直流値に変換した制御を行なう制御装
置として働く。

【００２６】本実施例の同期モータ制御装置１０は、実
際には、その電圧指令値演算部１１，２相／３相変換部
１３，回転角度推定部１６及び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ＲＡＭ２０３，後述するプログラムを不揮
発的に記憶しているＲＯＭ２０４，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１
４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。

【００２７】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に示した角
度演算，モータ制御ルーチンが開始されると、ＣＰＵ２
０２は、入力インタフェイス２０６を介して、まずイン
バータ部１５の図示しない電流センサから、Ｕ相，Ｖ相
電流Ｉｕ，Ｉｖを読み込む処理を行なう（ステップＳ３
００）。なお、処理が離散的に行なわれる関係で、現在
の値を示す場合には、各変数名の後にサフィックス（ｎ
＋１）を付けて表示する。従って、Ｉｕ（ｎ＋１）であ
れば、処理している時点でのＵ相電流の値を示し、Ｉｕ
（ｎ）であれば前回値を示すことになる。なお、処理の
時点を問題にしない場合には、サフィックスを付けずに
表示することがある。

【００２８】Ｉｕ，Ｉｖを読み込んだ後、この電流値Ｉ
ｕ，Ｉｖと電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとから、同期モータ制
御装置１０の内部に用意されたモータのモデルにおける
回転角速度αと電流推定値ＩｄＭ，ＩｑＭを演算する処
理、およびモデルにおける回転角度θＭを推定する演算
処理を行なう（ステップＳ３１０）。この演算は、次式
（１）に従って行なわれる。

【００２９】

【数１】

【００３０】なお、上記式（１）において、Ｌｄは同期
モータ４０のｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダク
タンスであり、これらは電気角によって変動するから、
サフィックス（ｎ）が異なれば、本来異なる値となる
が、本実施例ではＬｑ，Ｌｄは三相コイル３２に流れる
電流から求められるインダクタンスのうち、最高インダ
クタンスをＬｑとし、最低インダクタンスをＬｄとして
計算に用いた。

【００３１】式（１）の根拠を示す。図６は、同期モー
タ４０における回転子５０の位置を模式的に示す説明図
である。図示するように、同期モータ４０の回転子５０
の回転角度をθ、、同期モータ制御装置１０が内部のモ
デルとして推定している回転角度をθＭとする。即ち、
実際の回転角度θに対して推定している角度θＭが、△
θだけずれているとする。回転子５０の実際の回転角度
θに対応した直交二軸（ｄ−ｑ軸）変換と同様に、モデ
ルにより推定した角度θＭによってこれを直交二軸変換
した平面をγ−δ平面とする。両角度のずれ△θが十分
に小さければ、ｓｉｎ△θ≒△θ ｃｏｓ△θ≒１と近似できるから、突極を備えた同期モータ４０の電圧
方程式は、次式（２）により表わすことができる。

【００３２】

【数２】

【００３３】上式（２）をオイラー近似を用いて離散系
にして整理すると、次式（３）を得る。なお、Ｔはサン
プリングタイムであり、本実施例では２００マイクロセ
カンドである。

【００３４】

【数３】

【００３５】これを電流について解くと、次式（４Ａ）
を得る。また、モデルに関してモデル電流ＩｄＭ、Ｉｑ
Ｍを考えて、これについて解くと、△θ（ｎ）＝０とな
るため、次式（４Ｂ）を得る。

【００３６】

【数４】

【００３７】両電流の偏差△Ｉγ（ｎ＋１），△Ｉδ
（ｎ＋１）を、 △Ｉγ（ｎ＋１）＝Ｉγ（ｎ＋１）−ＩγＭ（ｎ＋１） △Ｉδ（ｎ＋１）＝Ｉδ（ｎ＋１）−ＩδＭ（ｎ＋１）と定義すると、上式（４Ａ），（４Ｂ）から、次式
（５）を得る。

【００３８】

【数５】

【００３９】式（５）を用いて、△θ（ｎ）と△α
（ｎ）についてまとめると、次式（６）を得る。

【００４０】

【数６】

【００４１】以上の計算の結果、実際の同期モータ４０
の回転角度とモデルを用いて推定した回転角度との偏差
△θは、実際のモータ電流Ｉγ（ｄ軸電流Ｉｄに相当す
る電流）とモデルの電流Ｉγとの差に比例し、実際の同
期モータ４０の回転角速度とモデルを用いて推定した回
転角速度との偏差△αは、実際のモータ電流Ｉδ（ｑ軸
電流Ｉｑに相当する電流）とモデルの電流Ｉδとの差に
比例することが分かる。

【００４２】次に、式（６）を、前回値に差分を加えて
現在値を求めると考えて変形し回転角度の推定値θＭと
角速度の推定値αＭとを求める次式（７Ａ）を導き、更
にここから回転角速度αＭおよび回転角度θＭを推定す
る処理を施して、次式（７Ｂ）を得た。

【００４３】

【数７】

【００４４】実際の回転角度とモデルを用いて推定した
角度とが良く一致していれば、△θ≒０となるので、△
Ｉγ≒△Ｉｄ、△Ｉδ≒△Ｉｑと置き換えることができ
る。この置き換えをすることで、ステップＳ３１０での
演算用いた式（１）が得られる。なお、ステップＳ３１
０での処理が、図１の回転角度推定部１６に相当する。

【００４５】こうして回転子５０の回転角度θＭを推定
した後、この角度θＭを用いて、同期モータ４０の固定
子コイル３２の電流Ｉｕ，Ｉｖから、ｄ軸，ｑ軸の電流
に変換する処理を行なう（ステップＳ３３０）。電流は
Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなの
で、二つの相に流れる電流Ｉｕ，ｉｖを測定すれば、電
流Ｉｗについては測定する必要はない。同期モータ４０
のｄ軸，ｑ軸の電流値への変換は、次式（８）に示す演
算により行なわれる。なお、この処理が、図１の３相／
２相変換部１８に相当する。

【００４６】

【数８】

【００４７】ここで座標変換を行なうのは、永久磁石型
の同期電動機においては、ｄ軸およびｑ軸の電流が、ト
ルクを制御する上で本質的な量だからである。もとよ
り、三相のまま制御することも可能である。２軸の電流
値に変換した後、電流指令値Ｉｑ＊を読み込み（ステッ
プＳ３４０）、読み込んだ電流指令値Ｉｑ＊とステップ
Ｓ３３０で変換した電流Ｉｑと偏差を求め、各軸の電圧
指令値Ｖｄ，Ｖｑを求める処理を行なう（ステップＳ３
５０）。

【００４８】こうして求めた電圧指令値をステップＳ３
３０で行なった変換の逆変換に相当する座標変換（二相
−三相変換）を行ない（ステップＳ３６０）、実際に三
相コイル３２に印加する電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを求める
処理を行なう。各電圧は、次式（９）により求める。こ
の処理が、２相／３相変換部１３に相当する。

【００４９】

【数９】

【００５０】こうして各相に印加すべき電圧を求めた
後、更にこの電圧をＰＷＭにより実現すべく、パルス幅
に変換する処理を行なう（ステップＳ３７０）。この処
理がＰＷＭ制御部１４に相当する。以上の処理の後、
「ＥＮＤ」に抜けて本処理ルーチンを終了する。

【００５１】以上説明した処理を繰り返すことにより、
同期モータ４０の回転子５０の回転に伴って、回転角度
推定部１６は、内部的には回転角速度の推定を伴いつ
つ、回転子５０の回転角度をモデルを用いて次々と推定
して行く。この回転角度の推定を受けて、同期モータ制
御装置１０は同期モータ４０の固定子コイル３２に流れ
る電流を制御し、必要なトルクで同期モータ４０を運転
する。

【００５２】本実施例において回転子５０の回転角度を
推定した一例を図７に示す。この例では同期モータ４０
の回転軸５５にレゾルバを設けて実際の回転角度を計測
した。これが図７の実線Ｊである。これに対して、同期
モータ制御装置１０の回転角度推定部１６により推定し
た回転角度を破線ＢＢとして示した。図示するように、
中高速で回転する回転子５０の回転角度を精度良く推定
できることが分かる。実際、推定した回転角度を用いて
固定子コイル３２の電流を制御することができ、その場
合の効率は、回転角度を検出するセンサを設けた場合と
較べてほとんど変わらなかった。

【００５３】以上説明したように、本実施例の同期モー
タ制御装置１０によれば、同期モータ４０の回転角度を
検出するセンサを設けることなく、固定子コイル３２に
流れる電流のみから、突極７１を有する同期モータ４０
の回転角度を精度良く検出することができる。また、検
出した回転角度に基づいて、同期モータ４０の運転を高
効率で制御することができる。

【００５４】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例の同期モータ制御装置１０は、第１実施
例で示した式（１）における回転角速度αの演算を、次
式により行なうものである。即ち、式（１）におけるα
Ｍ（ｎ＋１），αＭ（ｎ）を、それぞれ式（１０Ａ）
（１０Ｂ）により演算するのである。それ以外のハード
ウェア、ソフトウェア上の構成は、第１実施例と同一で
ある。

【００５５】

【数１０】

【００５６】上記第２実施例によれば、角速度の推定を
行なう演算が簡略になり、計算を求めるまでの時間を大
幅に短縮することができる。もとより演算速度は、ＣＰ
Ｕ２０２の能力やバスの能力等によっても相違するが、
本実施例では、同一のＣＰＵ２０２を用いた第１実施例
と較べて、演算時間を約半分に短縮することができた。
この結果、図５に示した同期モータ４０の制御の１サイ
クルに要する時間も短縮でき、サンプリングタイムＴを
１００マイクロセカンドに短縮することができた。

【００５７】第２実施例で用いた式（１０Ａ）（１０
Ｂ）は、回転子５０の回転速度の急激な変動がないとの
前提での近似を行なっており、回転角速度の演算精度は
本来僅かに低下する（特に過渡時）。しかし、サンプリ
ングタイムＴを短くできることにより精度は改善される
から、全体としては第１実施例と第２実施例とで、回転
角度検出上の精度の差は認められず、定常運転時には、
第２実施例のによる検出の方が高い精度を示した。

【００５８】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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
同期電動機の回転角速度検出装置では、特別なセンサを
設けることなく、突極を有する同期電動機の回転角速度
を検出することができるという優れた効果を奏する。

【００６０】また、請求項２または３記載の同期電動機
の回転角度検出装置によれば、特別センサを設けること
なく、突極を有する同期電動機の回転角度、延いては電
気角を検出することができるという優れた効果を奏す
る。

【００６１】請求項４記載の同期電動機の制御装置およ
び請求項５記載の制御方法によれば、回転子の回転角度
を検出するセンサなどを用いることなく、同期電動機の
回転を精度良く制御することができるという優れた効果
を奏する。

【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１
０の機能上の構成を示すブロック図である。

【図２】同期モータ４０の構成を示す断面図である。

【図３】同じく図２のＡ−Ａ′断面図である。

【図４】同期モータ制御装置１０の一部のハードウェア
構成を示すブロック図である。

【図５】ＣＰＵ２０２が実行する角度演算モータ制御ル
ーチンを示すフローチャートである。

【図６】同期モータ４０を制御する上でのモデルを説明
する説明図である。

【図７】実施例における回転角度の推定の様子を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０…同期モータ制御装置１１…電圧指令演算部１３…２相／３相変換部１４…ＰＷＭ制御部１５…インバータ部１６…回転角度推定部１８…３相／２相変換部２０…ステータ２０…同期モータ制御装置２２…ティース２４…スロット３０…固定子３２…三相コイル３４…切欠３６…キー溝４０…モータ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１６１…電流角速度計算部１６２…電流推定部１６３…比較部１６４…電気角推定部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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 H02P 5/28 - 5/412 H02P 6/00 - 6/24 H02P 4/00 - 7/01 H02P 7/36 - 7/632

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の永久磁石の間に突極を供えた回
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角度を検出する回転角速度検出装置であっ
て、前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｑ軸電流を演算するｑ軸電流演算手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記憶手段
と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算する
δ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回転角速度と前記モデルに基づいて
推定した回転角速度との偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ
軸電流との電流偏差に比例するとして、前記回転子の推
定回転角速度を、前回の推定回転角速度と該電流偏差と
から求める角速度演算手段とを備えた同期電動機の回転
角速度検出装置。
【請求項２】複数個の永久磁石の間に突極を供えた回
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角速度を検出する回転角度検出装置であっ
て、前記推定回転角速度を求める請求項１記載の回転角速度
検出装置と、前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｄ軸電流を演算するｄ軸電流演算手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記憶手段
と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のγ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算する
γ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づいて推
定した回転角度との偏差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電
流との電流偏差に比例するとして、前記回転子の推定角
度を、前回の推定角度と前記推定回転角速度と該電流偏
差とから求める角度演算手段とを備えた同期電動機の回
転角度検出装置。
【請求項３】請求項２記載の同期電動機の回転角度検
出装置であって、前記角速度演算手段に代えて、回転子の現在位置に先立
つ複数回の位置の所定時間当たりの変化の移動平均とし
て、前記回転子の推定回転角速度を求める手段を備えた
同期電動機の回転角度検出装置。
【請求項４】同期電動の回転子の推定角度を求める請
求項２または３記載の回転角度検出装置と、該求めた推定角度を用いて、前記三相コイルへの通電を
制御する制御手段とを備えた同期電動機の制御装置。
【請求項５】複数個の永久磁石の間に突極を供えた回
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角度と回転角速度とを検出し、該同期電動
機の回転を制御する方法であって、前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｄ軸電流を演算し、前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｑ軸電流を演算し、前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のγ軸の電流を、前記回転子の回転のモデルに基
づいて演算し、前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算し、前記回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づいて推
定した回転角度との偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ軸電
流との偏差に比例するとして、前記回転子の推定回転角
速度を、前回の推定回転角速度と該電流偏差とから求
め、前記回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づいて推
定した回転角度との偏差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電
流との偏差に比例するとして、前記回転子の推定角度
を、前回の推定角度と前記推定回転角速度と該電流偏差
とから求め、該求めた推定回転角度に基づいて、前記三相コイルへの
通電を制御する同期電動機の制御方法。