JP3469218B2 - モータ制御装置 - 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、例えばＩＰＭモー
タなどの多相モータの駆動を制御するモータ制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータに永久磁石を配した多相モ
ータを駆動制御するモータ制御装置に関して、消費され
る電力を最小化するための制御方法として、次のような
方法が提案されている。まず特開平７−３３７０８８号
公報には、電力演算部で計算されたＡＣ電源の電力値が
極小になるように誘導電動機への出力電圧を変更して探
索制御することにより、誘導電動機の駆動電力が最小と
なるように制御する方法が開示されている。

【０００３】また特開２０００−２０９８８６号公報に
は、ロータ内部に永久磁石を埋め込んだ埋込型永久磁石
構造のモータ（以下、ＩＰＭ（Interior Permanent Mag
net）モータと称する）のモータ巻線への通電位相を変
更することによって、駆動電力が最小となるように制御
する方法が開示されている。

【０００４】ここで、ＩＰＭモータについて説明する。
図１６は、ＩＰＭモータのモータロータ断面の形状の一
例を示す断面図である。同図に示すように、ＩＰＭモー
タのモータロータは、ロータ鉄心５１の内部に永久磁石
５２…を配置した構成となっており、さらにエアギャッ
プ５３…を形成することによって磁束がコントロールさ
れている。

【０００５】ＩＰＭモータにおけるトルクの発生原理
は、例えば、文献「リラクタンストルクを利用した回転
機（電気学会論文誌Ｄ，１１４巻９号，’９４）」など
に詳細に示されている。

【０００６】ＩＰＭモータにおいて、通電位相βと、発
生トルクＧＴ、マグネットトルクＭＴ、リラクタンスト
ルクＲＴ、および端子電圧Ｖとの関係は、図１７に示す
ようなものとなる。同図に示すように、マグネットトル
クＭＴは、通電位相βが０°の時に最大となり、その波
形は、位相０°の時の値をピークとするｃｏｓβで表さ
れる。また、リラクタンストルクＲＴは、通電位相βが
４５°の時に最大となり、その波形は、位相４５°の時
の値をピークとするｓｉｎ２βで表される。また、端子
電圧Ｖは、通電位相βが大きくなるにつれて低くなって
おり、いわゆる弱め界磁運転の状態となっている。ま
た、発生トルクＧＴは、マグネットトルクＭＴとリラク
タンストルクＲＴとの加算値となっており、マグネット
トルクのみを用いる通常のモータに比べて大きなトルク
を得ることが可能となっている。このような特性のＩＰ
Ｍモータでは、適切な通電位相βで転流を行うことによ
って、高トルク出力、および高効率運転を実現すること
が可能となっている。なお、最高効率でのモータ駆動が
実現できる通電位相は、モータ回転数、負荷トルクによ
る回転条件で、それぞれ異なっているため、該回転条件
ごとに設定する必要がある事が知られている。

【０００７】特開２０００−２０９８８６号公報には、
図１８に示すような構成のモータ制御装置が開示されて
いる。このモータ制御装置は、交流電源６１、コンバー
タ６２、インバータ６３、ＩＰＭモータ６４、電源電流
検出手段６５、通電位相設定手段６６、通電分配手段６
７、および位相検出手段６８を備えた構成となってい
る。

【０００８】通電位相設定手段６６が、所定時間毎にＩ
ＰＭモータ６４における効率が最大となるように通電位
相設定値を設定する。この際に、前回と今回との間で電
流値および通電位相設定値の比較が行われ、比較結果に
基づいて新たな通電位相設定値が設定される。このよう
に設定された通電位相設定値と位相検出手段６８によっ
て検出された位相とに基づいて、通電分配手段６７がＩ
ＰＭモータ６４への通電タイミングを決定し、ＩＰＭモ
ータ６４が駆動される。このような駆動制御により、モ
ータの高効率駆動が実現される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平７−３
３７０８８号公報に開示されている方法では、最高効率
を探索するために誘導電動機への出力電圧を変更するも
のとなっている。この場合、出力電圧が変更されること
によって、モータ振動の発生もしくはモータ回転数が変
化してしまうという問題が生じることになる。これに対
して、速度制御などを行う回転数制御手段を用いてモー
タ回転数の変動を抑制する制御を行うことになるが、こ
のような制御を行ったとしても、出力電圧を変更した時
点ではモータ回転数の変動が発生してしまい、モータ回
転の精密・高性能運転を実現することは出来ない。

【００１０】また誘導電動機では、出力電圧と出力周波
数の比を決めて誘導電動機に出力する制御、いわゆるＶ
／Ｆ制御と呼ばれる制御方法が提案されており、これに
よって回転数を一定に保つ方式が採用されていることも
ある。しかしながら、この方法においてもモータの定数
などを誤差なく検出し制御することは難しいため、モー
タ回転数の変動を完全に抑制することは出来ない。

【００１１】同様に、上記した特開２０００−２０９８
８６号公報に開示されている構成においても、上記と同
様の問題点が挙げられる。すなわち、負荷トルク、モー
タ端子電圧を変更しない状態で、通電位相だけを変更す
ると、モータ振動およびモータ回転数が変動してしまう
という問題がある。

【００１２】詳しく説明すると、通電位相だけを変更す
る場合、図１７に示すように発生トルクが変化すること
になる。一方で負荷トルクは一定であるため、トルク差
が発生してしまい、モータの振動を引き起こすことにな
る。また結果的にこのトルク差によって、モータ回転数
の変動をも引き起こすことになる。

【００１３】このためにモータ回転数を一定に保つため
の速度制御が行われるが、上記の誘導電動機の場合と同
様に、通電位相の変更時点でモータ回転数が変化するこ
とになる。したがって、モータ回転の精密・高性能運転
を実現することが出来ないという問題がある。

【００１４】また、言うまでもないが、上記したような
モータの振動は、モータおよび装置の性能、寿命にも大
きな悪影響を及ぼすことになる。

【００１５】このように、上記したような従来技術で
は、端子電圧あるいは通電位相など、直接モータを制御
する信号を操作していたため、現在の負荷トルクに対す
るモータ駆動の設定のバランスが崩れることになり、該
信号の変更時にモータの振動やモータ回転数の変動が発
生してしまっている。

【００１６】なお、上記のように、モータの振動やモー
タ回転数の変動が発生してしまうのは、次のような理由
によるものである。すなわち、従来技術では、高効率化
を図る上での、通電位相などの制御パラメータは、フィ
ードバック制御などによって多相モータの安定状態を保
ったまま制御しているものではなく、ある設定値に一義
的に設定しているにすぎないからである。したがって、
上記のような従来技術では、高効率探索制御と、高精度
なモータ制御とを両立することは困難となっている。

【００１７】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、モータ回転条件が変化した
際に、トルクの急激な変動によるモータおよび装置の振
動などを招くことなく、安定回転を維持した状態で、常
に電力を最小とするようなモータ駆動制御を行うモータ
制御装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係るモータ制御装置は、多相モータの駆
動を制御するモータ制御装置であって、上記多相モータ
を駆動する駆動部と、上記多相モータにおけるモータ端
子電圧とモータ端子電流との位相差を検出する位相差検
出部と、上記多相モータの駆動に使用されている電力を
検出する電力検出部と、上記電力検出部によって検出さ
れた電力に基づいて、該電力を最小値に近づける位相差
目標値を決定する電力最小化部と、上記位相差検出部に
よって検出された位相差を、上記位相差目標値に近づけ
るように、上記駆動部による多相モータの駆動をフィー
ドバック制御する制御信号を該駆動部に出力する位相差
制御部とを備え、上記電力最小化部が、所定の周期で上
記位相差目標値を決定するとともに、前回設定した位相
差目標値によって制御が行われた際の電力と、今回設定
する位相差目標値によって制御が行われた際の電力とを
比較し、電力が小さ くなる方向に次回設定する位相差目
標値を変化させることによって電力を最小とする第１位
相差目標値に到達する受動探索モードを実行し、位相差
目標値が前記第１位相差目標値に移行して所定時間が経
過した後に、位相差目標値を、前記第１位相差目標値と
は異なる第２位相差目標値に移動させ、また所定時間が
経過した後に、位相差目標値を前記第１位相差目標値に
戻す、という処理を繰り返し、前記第１位相差目標値と
前記第２位相差目標値とで電力に所定量以上の差が生じ
た場合は、受動探索モードによる位相差目標値の変更を
行うことを特徴としている。

【００１９】上記の構成では、まず、位相差検出部によ
って、多相モータにおけるモータ端子電圧とモータ端子
電流との位相差が検出される。また、電力検出部によっ
て検出された電力に基づいて、電力最小化部によって、
電力を最小値に近づける位相差目標値が決定される。そ
して、位相差制御部によって、位相差検出部によって検
出された位相差を、上記位相差目標値に近づけるように
駆動部をフィードバック制御する制御信号が生成され、
この制御信号に基づいて駆動部が多相モータを駆動する
ことになる。すなわち、駆動部に対して、電力を最小と
する位相差となるような制御を直接行うのではなく、位
相差検出部によって検出された多相モータにおける位相
差を、位相差目標値に近づけるようにフィードバック制
御を行う構成となっている。

【００２０】ここで、駆動部に対して、電力を最小とす
る位相差となるような制御を直接行う構成の場合には、
電力を最小とする位相差が変更されると、駆動部におけ
る駆動状態が瞬間的に変更され、これによって、発生ト
ルクが変動し、モータおよびモータを備えた装置が振動
するという問題が生じていた。

【００２１】これに対して、本発明の構成によれば、位
相差検出部によって検出された多相モータにおける位相
差を、位相差目標値に近づけるようにフィードバック制
御を行っているので、位相差目標値が変更された際に
は、モータの安定回転を保ったまま位相差の制御が行わ
れることになる。よって、モータの運転において、回転
条件が時々刻々変化していても、回転速度変動などによ
ってモータの運転性能を劣化させることなく、常に効率
を最高とするようなモータ制御を行うことができる。

【００２２】また、上記の構成では、電力最小化部は、
設定する位相差目標値と、その時の電力を記憶してお
き、前回と今回との電力を比較することによって次回の
位相差目標値が設定されることになる。これにより、比
較的簡単な探索手法によって、電力を最小とする位相差
目標値を求めることができる。

【００２３】また、上記の構成によれば、受動探索モー
ドによって、電力を最小とする位相差目標値に到達した
後に、さらに能動探索モードによって、所定の周期で、
所定の範囲内で位相差目標値を移動させながら電力を検
出している。このように能動探索モードを設けることに
よって、例えばモータ回転条件の変化によって電力と位
相差目標値との関係が変化した場合、能動探索モードに
おいて、移動先の位相差目標値における電力の変化を検
知することによって、新たに電力を最小とする位相差目
標値の探索を行うことが可能となる。よって、モータ回
転条件が時々刻々と変化する構成であっても、常に最高
の効率となるようにモータ駆動の制御を行うことができ
る。

【００２４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記多相モータが、ロータ内部に永
久磁石が埋め込まれており、磁石によるマグネットトル
クと、ロータ位置による磁気抵抗の変化で発生するリラ
クタンストルクとを併用するＩＰＭモータであることを
特徴としている。

【００２５】上記の構成では、多相モータにＩＰＭモー
タを使用している。ＩＰＭモータは、モータ回転条件に
よって最高効率となる通電位相が時々刻々と変化するも
のであるが、本発明の構成によれば、常に最適な通電位
相によるモータ駆動制御を行うことができる。

【００２６】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、交流電源を直流電源に変換する電源
変換部を備えるとともに、上記駆動部が、上記電源変換
部から出力される直流電源に基づいて、上記多相モータ
に供給する多相の周波数の交流電源を生成するインバー
タ部であることを特徴としている。

【００２７】上記の構成によれば、電源変換部によって
交流電源が直流電源に変換され、インバータ部によっ
て、直流電源が多相の周波数の交流電源に変換され、多
相モータに入力される。これにより、もとの交流電源の
周波数の影響を受けることなく、的確に多相モータの駆
動を行うことができる。

【００２８】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力検出部が、上記電源変換部
によって直流電源に変換される前の交流電源の交流電流
を検出することによって電力を検出することを特徴とし
ている。

【００２９】上記の構成によれば、直流電源に変換され
る前の交流電源の交流電流は、従来のモータ制御装置に
おいて、過電流検出用として一般的に備えられているカ
レントトランスを用いて検出することができるので、新
たに構成を追加することなく、電力の検出を行うことが
できる。ここで、電力を検出するには電圧も検出する必
要があるが、電圧は基本的に大きく変動するものではな
く、交流電源の定格電圧をそのまま用いることによっ
て、電力の検出を行うことができる。

【００３０】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力検出部が、上記電源変換部
によって直流電源に変換された後の直流電源の直流電流
および直流電圧を検出することによって電力を検出する
ことを特徴としている。

【００３１】上記の構成によれば、電力の検出を、電源
変換部によって直流電源に変換された後の直流電源の直
流電流および直流電圧に基づいて行うので、力率などに
とらわれずに正確な電力計算が可能となる。これによ
り、より的確に電力の最小化を実現する位相差制御を行
うことができる。

【００３２】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電源変換部を所望の直流電源と
なるように、該電源変換部に対して、直流電源制御信号
を出力する電源変換制御部をさらに備え、上記電力検出
部が、上記電源変換制御部から出力される制御信号に基
づいて電力を検出することを特徴としている。

【００３３】上記の構成では、直流電源を所定の値に正
確に設定することを目的として、電源変換部における交
流から直流への電源変換処理を制御する電源変換制御部
が備えられている。このような構成において、電力検出
部は、この電源変換制御部から出力される制御信号に基
づいて電力を検出している。すなわち、上記のような電
源変換制御部を備えた構成であれば、電力を検出するた
めの構成として新たな構成を追加することなく、電源変
換制御部からの制御信号に基づいて電力を算出すること
が可能となり、装置コストの上昇を招くことなく、的確
に電力の最小化を実現するモータ制御装置を提供するこ
とができる。

【００３４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記多相モータにおける端子電流を
検出するモータ端子電流検出器を備え、上記位相差制御
部から上記駆動部に出力される制御信号がデューティー
基準値であり、上記電力検出部が、上記モータ端子電流
検出器によって検出された端子電流と、上記位相差制御
部から上記駆動部に出力される上記デューティー基準値
に基づいて換算されるモータ端子電圧とに基づいて電力
を検出することを特徴としている。

【００３５】上記の構成では、多相モータにおける位相
を検出するために、多相モータにおける端子電流を検出
するモータ端子電流検出器が備えられている。このよう
な構成において、電力検出部は、この端子電流と、位相
差制御部から駆動部に出力される制御信号を換算するこ
とによって求められる電圧とによって、電力の算出を行
っている。すなわち、上記のようなモータ端子電流検出
器を備えた構成であれば、電力を検出するための構成と
して新たな構成を追加することなく電力を算出すること
が可能となり、装置コストの上昇を招くことなく、的確
に電力の最小化を実現するモータ制御装置を提供するこ
とができる。

【００３６】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力最小化部が、前回と今回と
の位相差目標値の増減方向と、前回と今回との電力の増
減方向との排他的論理和演算を行い、両者の方向が一致
している場合に、次回の位相差目標値を減らすように設
定し、両者の方向が異なっている場合に、次回の位相差
目標値を増やすように設定することを特徴としている。

【００３７】上記の構成によれば、排他的論理和演算に
よって、次回の位相差目標値の増減を設定するので、例
えばExclusiveOR ゲートなどの簡単なデジタル論理回路
によって、位相差目標値の設定に関する処理を行うこと
ができる。したがって、複雑な構成、例えばマイクロプ
ロセッサなどの高価な構成を用いることなく、簡素な構
成によって位相差目標値の探索を行うことが可能とな
り、装置コストの著しい上昇を招くことなく、電力を最
小化する制御を行うモータ制御装置を提供することがで
きる。

【００３８】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記受動探索モードにおける位相差
目標値の変更量を、上記能動探索モードにおける上記第
１位相差目標値と上記第２位相差目標値との間の変更量
よりも大きくなるように設定することを特徴としてい
る。

【００３９】上記の構成によれば、例えば、受動探索モ
ードにおける位相差目標値の変更量を比較的大きな値と
することによって、電力を最小とする位相差目標値に早
く到達することが可能となるとともに、能動探索モード
における位相差目標値の変更量を比較的小さな値とする
ことによって、能動探索モードを行っている際の効率の
低下を最小限に抑えることが可能となる。

【００４０】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記多相モータの回転条件をパラメ
ータとする標準的な位相差目標値を格納する標準目標値
格納部を備えていることを特徴としている。

【００４１】上記の構成によれば、標準目標値格納部に
よって、多相モータの回転条件をパラメータとする標準
的な位相差目標値が記憶されているので、例えば、モー
タ回転条件などが大きく変化した場合などに、まず、こ
の標準目標値格納部に格納されている標準的な位相差目
標値を設定し、この位相差目標値から、上記のような探
索を行うことによって最適な位相差目標値に移行させる
ことが可能となる。これにより、位相差目標値の探索の
初期値が、最適な位相差目標値から大きく外れているこ
とがなくなるので、最適な位相差目標値の探索効率を向
上させることができる。

【００４２】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力最小化部が、上記多相モー
タにおける端子電流の通電位相と、上記位相差目標値と
の関係を格納する位相差特性格納部を備えている構成と
してもよい。

【００４３】上記の構成では、位相差特性格納部によっ
て、多相モータにおける端子電流の通電位相と、上記位
相差目標値との関係が記憶されている。通電位相と位相
差目標値との関係は、基本的には線型の関係があるが、
上記の構成のように、通電位相と位相差目標値とのより
精密な関係を用いることにより、多相モータの特性に直
接関係する通電位相に基づいて、位相差目標値を設定す
ることが可能となる。よって、さらに高い精度で、電力
を最小とするモータ制御を実現することができる。

【００４４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力最小化部が、モータ回転数
あるいは負荷トルクからなる回転条件をパラメータとし
て位相差目標値の変更許容範囲を設定することを特徴と
している。

【００４５】例えば、位相差目標値が所定値以下になる
と、モータを駆動する上での発生トルクが負荷トルクを
下回ってしまいモータが停止してしまう。また位相差目
標値が所定値以上になると、モータ端子電流が増加して
しまい、インバータ部において過電流機能が働いてモー
タを停止させてしまう。よって、万が一ノイズなどによ
って誤動作が生じ、これによりモータが停止してしまう
ことを防ぐために、上記の構成のように、電力最小化部
が位相差目標値を変更する際に、変更許容範囲を設けて
おく方が信頼性が高まることになる。

【００４６】また、この変更許容範囲の上限値および下
限値は、モータの回転条件によって変化していくもので
あるので、上記のように、あらかじめモータ回転数、負
荷トルクなどをパラメータとする変更許容範囲テーブル
を作成、記憶しておき、該当する変更許容範囲を呼び出
して使用することによって、モータの回転条件に応じた
変更許容範囲を設定することが可能となる。

【００４７】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記の構成において、上記電力最小化部が、上記位相差制
御部による位相差目標値に対する実位相差情報の追従が
完了するまでの時間を、上記最小化処理の処理間隔とし
て設定することを特徴としている。

【００４８】電力最小化部によって位相差目標値が変更
された際には、フィードバック制御における追従特性に
より、瞬時に位相差情報が追従するわけではなく、所定
の時間が経過した後に追従が完了することになる。よっ
て、上記の構成のように、位相差制御部による位相差目
標値に対する実位相差情報の追従特性を考慮し、最小化
処理の処理間隔を、上記追従特性に基づいて設定するこ
とによって、電力の検出を、位相差情報が安定した後に
開始することが可能となる。これにより、非常に精度の
高い電力検出を実現することができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

【００５０】図１は、本実施形態に係るモータ制御装置
の概略構成を示すブロック図である。同図に示すよう
に、モータ制御装置は、多相モータ１、インバータ部
２、電源変換部３、交流電源４、電流センサ５、モータ
電流検出アンプ部６、電源電流検出器７、フィルタ回路
８、および制御マイコン９を備えた構成となっている。

【００５１】多相モータ１は、例えばＩＰＭモータなど
によって構成されるものである。ＩＰＭモータは、電機
子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って
発生するリラクタンストルクと、永久磁石の磁束および
電機子電流に伴って発生するフレミングトルクとを併用
して利用する種類のブラシレスモータから構成されてい
るものである。該ＩＰＭモータは、前記したように、ロ
ータ内部に永久磁石を埋め込んだ埋込型永久磁石構造と
なっている。

【００５２】交流電源４は、多相モータ１に電源を供給
するものであり、例えばＡＣ１００Ｖの電源などが用い
られる。電源変換部３は、交流電源４からの交流を一旦
直流に変換し、次のインバータ部２に直流電流を供給す
るものである。

【００５３】インバータ部２は、電源変換部３から供給
された直流電源から、任意の周波数の交流電源を生成
し、多相モータ１に所望の周波数を有する交流電源を供
給するものである。これにより、多相モータ１の回転数
を任意の値に滑らかに変化させることが可能となる。

【００５４】電流センサ５は、多相モータ１におけるモ
ータコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗ相の中で、特定の相（図１に
おいてはＵ相）に流れるモータ電流を検出するモータ端
子電流検出器によって構成されるものである。モータ電
流検出アンプ部６は、電流センサ５において検出された
モータ端子電流を所定量増幅し、オフセット量を加算し
た後に、モータ電流信号を制御マイコン９に向けて出力
するものである。

【００５５】電源電流検出器７は、交流電源４の出力ラ
インに取り付けられており、電源電流を検出するもので
あり、たとえばカレントトランス（Ｃ．Ｔ．）などによ
って構成される。フィルタ回路８は、電源電流検出器７
によって検出された電流を増幅する、あるいはフィルタ
リングをする回路であり、この出力がマイコン制御部９
に向けて出力される。

【００５６】マイコン制御部９は、位相差制御部１０、
電力検出部１７、および電力最小化部１８を備えた構成
となっている。位相差制御部１０は、モータ端子電圧と
モータ電流信号との位相差を制御するためのブロックで
ある。この位相差制御部１０は、位相差検出部１１、回
転数設定部１２、位相差目標設定部１３、加算器１４、
ＰＩ演算器１５、およびＰＷＭ作成部１６から構成され
ている。

【００５７】位相差検出部１１は、モータ電流検出アン
プ部から出力されるモータ電流信号と、モータ端子電圧
との位相差情報を検出するブロックである。回転数設定
部１２は、モータ回転数を設定し、各相への駆動波形を
出力するブロックである。位相差目標設定部１３は、位
相差制御における位相差の目標値を設定するブロックで
ある。加算器１４は、位相差目標設定部１３において設
定された位相差の目標値と、位相差検出部１１において
検出された実際の位相差情報との誤差データを検出する
ブロックである。

【００５８】ＰＩ演算器１５は、加算器１４において検
出された誤差データにしたがってＰＩ（Proportional I
ntegral ）演算を行い、デューティ基準値を出力するブ
ロックである。ここで、ＰＩ演算とは、誤差データに対
して比例ゲインを乗算するＰ演算と、誤差データを集積
し、積算量に積分ゲインを乗算するＩ演算を行い、両演
算結果を加算する演算を行うものである。Ｐ演算では、
その都度の誤差データに対する制御信号が計算されるの
で、周波数の高い誤差に対して抑制する働きをし、Ｉ演
算では、積算された長期間の誤差データに対する制御信
号が計算されるので、周波数の低い誤差に特化して抑制
する働きをしている。このようなＰＩ演算器１５による
フィードバック制御によれば、Ｐ演算による制御によっ
て、定常的に発生する目標との微小誤差を抑制できるの
で、モータ回転数の変動を極小に抑制しながら、位相差
目標変更に対して瞬時に、かつ正確に目標値に移行・追
従できる。

【００５９】なお、上記のようなＰＩ制御の他に、ＰＩ
制御にＤ(Differential)演算も付加したＰＩＤ制御を行
ってもよい。このＰＩＤ制御は、高速追従性を高めた制
御であり、更に微小な誤差に素早く対応するような作用
を有している。しかしながら、各制御ゲインの調整の困
難さ、実質的な効果などを考慮すると、ＰＩ制御を行う
構成とする方が現状では好ましいといえる。

【００６０】ＰＷＭ作成部１６は、回転数設定部１２か
ら出力された駆動波形と、ＰＩ演算器１５から出力され
たデューティ基準値とから、各相ごとにインバータ部２
の各駆動素子にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形
を出力するブロックである。

【００６１】電力検出部１７は、フィルタ回路８から出
力された電源電流信号に基づいて電力を検出するブロッ
クである。電力最小化部１８は、電力検出部１７で検出
された電力が最小となるように位相差目標設定部１３に
指令を出力するブロックである。

【００６２】次に、位相差制御部１０における多相モー
タ１の制御・駆動方法について説明する。まず、多相モ
ータ１におけるモータ回転数が回転数設定部１２によっ
て任意に設定される。ここで設定されるモータ回転数
は、例えば他のシステムマイコンなどから、多相モータ
１の回転数に関する指令が入力されることによって設定
される。

【００６３】そして多相モータ１の各相に、設定された
モータ回転数に見合った周波数の信号の波形が入力され
る。例えば、多相モータ１として、前記した図１６に示
す構成のようなロータ永久磁石を備えたＩＰＭモータを
用いる場合、モータ回転数の２倍となる周波数の信号が
入力される。ここで入力される信号の波形は、正弦波、
台形波、あるいは誘起電圧と同じ波形などが挙げられる
が、使用する多相モータ１の種類によって効率などを考
慮して適宜波形を設定すればよい。

【００６４】このように回転数設定部１２によって決定
されたモータ回転数が、ＰＷＭ作成部１６に入力され、
駆動波形およびデューティ基準値に基づいて、各相への
ＰＷＭ波形が生成される。そして、生成された各相に対
応するＰＷＭ波形がインバータ部２に出力され、インバ
ータ部２から多相モータ１の各相に対して信号が入力さ
れ、モータ駆動がなされる。

【００６５】次に、モータ端子電流の通電位相の制御に
ついて説明する。ロータに永久磁石を配した多相モータ
１の場合、通電位相の制御がモータ駆動、あるいはモー
タ高効率化において大きな制御要素となっている。例え
ば、永久磁石の磁極に対してモータ端子電流の通電位相
が一定でないと、フレミングの法則による発生トルクの
方向が正逆してしまったり、所望のトルクが発生できな
いなどの問題が生じ、モータが停止するなどの脱調が生
じることになる。

【００６６】また、図１６に示すような構成のＩＰＭ構
造の多相モータ１の場合、図１７を参照しながら説明し
たように、リラクタンストルク効果の影響などにより、
最高効率となる通電位相は回転条件によって変化するも
のとなっている。よって、通電位相は、精密に制御され
る必要がある。

【００６７】従来の永久磁石モータでは、前記した従来
の技術で述べたように、通電位相を回転位置検出値から
一義的に設定している。本実施形態に係るモータ制御装
置における位相差制御では、位相差検出部１１、位相差
目標設定部１３、加算器１４、およびＰＩ演算器１５に
よってモータ端子電圧とモータ端子電流との位相差情報
を制御するフィードバックループで、通電位相を間接的
に制御している。

【００６８】図２は、通電位相と位相差目標値との関係
を実測によって求めた結果を示している。ここで、本実
施形態では、位相差制御を実施しているので、位相差目
標値は、実質的に位相差情報とみなすことが出来る。こ
の図に示すように、通電位相と位相差目標値とは１対１
で対応しており、位相差情報を制御することによって通
電位相を間接的に制御できることが分かる。

【００６９】図３は、位相差目標値と効率の関係を実測
によって求めた結果を示している。この図に示すよう
に、位相差情報として位相差目標値を適正値に制御する
ことによって、多相モータ１の高効率運転を実現するこ
とができることがわかる。

【００７０】以上のことより、位相差制御は、ロータに
永久磁石を配した多相モータ１の制御において、特に位
置センサレスで高効率制御する際に非常に効果的な駆動
・制御方法であることがわかる。

【００７１】位相差検出部１１における位相差情報の検
出方法は、モータ端子電圧とモータ端子電流のゼロクロ
ス信号比較によるものでも構わないが、次に説明する方
法によれば更に効果的である。

【００７２】図４は、電流センサ５で求めたモータ端子
電流をモータ電流検出アンプ回路６で増幅した後のモー
タ電流信号の時間変化と、モータ端子電圧の時間変化と
を示したグラフである。なお実際には、モータ電流信号
は、駆動波形、誘起電圧波形の影響により純粋な正弦波
ではなく、また、モータ端子電圧波形も駆動波形の影響
によって正弦波ではない場合があるが、図４ではイメー
ジ的にどちらも正弦波で示している。

【００７３】図４において、モータ端子電圧の位相０度
のポイントをサンプリング開始位置とし、位相１８０度
までの間を等しい時間間隔ａで計１０個のサンプリング
タイミングｓ０〜ｓ９を設定する。そして、各サンプリ
ングタイミングにおいて、モータ電流信号をサンプリン
グし、これらの値をサンプリングデータ値Ｉ０〜Ｉ９と
する。

【００７４】そして、前半５回のサンプリングタイミン
グＳ０〜Ｓ４（位相Ｏ〜９０度）におけるサンプリング
データ値Ｉ０〜Ｉ４のサンプリングデータ積算値（Ｉ０
＋Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）と、後半５回のサンプリン
グタイミングＳ５〜Ｓ９（位相９０〜１８０度）におけ
るサンプリングデータ値Ｉ５〜Ｉ９のサンプリングデー
タ積算値（Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ８＋Ｉ９）との比を計
算し、これを位相差情報として扱う。

【００７５】この方法は、モータ電流信号を時間で積分
した際の面積を、前半と後半とで分割し、前半の面積と
後半の面積との比（Ｉｓ０／Ｉｓ１）を検出することと
実質的に同等となる。このような方法によって位相差情
報を検出すれば、一般的なゼロクロス検出方法のよう
に、ゼロクロス位置の誤差に検出性能が左右されるとい
うような問題がなく、正確な位相差情報を検出すること
ができる。

【００７６】そして、位相差目標設定部１３からの位相
差目標値と、上記のようにして検出された位相差情報と
の誤差が加算器１４で検出され、ＰＩ演算器１５におい
てＰＩ演算を行うことによってデューティ基準値を出力
するフィードバックループが形成される。

【００７７】続いて、モータ駆動電力を最小に制御する
方法について以下に説明する。Ｃ．Ｔ．などからなる電
源電流検出器７によって検出された電源電流は、フィル
タ回路８において直流信号に変換され、制御マイコン９
における電力検出部１７に入力される。電力検出部１７
では、入力された電源電流信号に基づいて電力を算出す
る。この場合、交流電源４の電圧の検出は行っていない
が、通常の使用では、交流電源４の電圧はＡＣ１００Ｖ
で一定であることが多いので、これを定数として取り扱
うことにする。

【００７８】なお、交流電源４の電圧を定数として扱う
場合、力率を考慮した電力計算が出来ないことになる
が、多くの場合、力率を考慮しなくても充分な演算精度
を保つことが可能であり、また、電圧検出に関わる部
品、端子を減らすことができるので、装置コストの面で
もメリットがある。しかしながら、交流電源４の電圧の
変動が大きい場合や、力率を含めた非常に繊細な制御が
要求される場合には、電圧の検出も行い、電力検出部１
７で電圧変化を考慮した電力算出の演算を行えばよい。

【００７９】なお、上記の電力検出は、電流のサンプリ
ングを複数回行い、これらを平均化することによって精
度を高めることが出来る。

【００８０】電力検出部１７において求められた電力
は、電力最小化部１８に入力される。電力最小化部１８
は、位相差目標設定部１３に対して、電力が最小となる
ような位相差目標値に設定する指令を出力する。この電
力最小化部１８における、電力が最小となるような位相
差目標値を算出する方法について以下に説明する。

【００８１】図５は、位相差目標値と電力との関係を示
すグラフである。まず、初期の位相差目標値がβ１であ
ったとする。この時の電力を記憶しておき、位相差目標
値を、β１に所定の値を加え、右側に移動させたβ２に
変更する（）。そして所定時間経過後にβ２における
電力を検出し、β１における電力と比較する。図５に示
す例では、β２における電力の方が小さいので、更に最
小値を求めて、位相差目標値を、β２に所定の値を加
え、さらに右側に移動させたβ３に移行させる（）。
そして、同様にβ３における電力を検出し、記憶してお
いたβ２における電力との比較を行う。図５に示す例で
は、β３における電力の方が小さいので、更に最小値を
求めて、位相差目標値を、β３に所定の値を加え、さら
に右側に移動させたβ４に移行させる（）。このβ４
における電力は、β３における電力より大きくなるの
で、この位相差目標値の変更は間違いであることがわか
る。よって、位相差目標値をβ３に戻し（）、これを
最終的な位相差目標値として設定する。

【００８２】なお、初期の位相差目標値移行方向が、図
５においてβ１の左側のβ０であったとしても、β０に
おける電力は、β１における電力よりも大きくなるの
で、次に設定される位相差目標値は、β０に所定の値を
加え、右側に移動させたβ１となり、以降、上記と同様
の処理が行われ、同様の結果となる。

【００８３】ここで、位相差目標値の変更後、位相差制
御によって位相差目標値が位相差情報と等しくなるよう
に制御されるので、図５の横軸を位相差情報と置き換え
ても差し支えない。

【００８４】なお、上記において、図２を参照しながら
説明したように、位相差情報と通電位相とにはほぼ線形
な関係がある。よって、上記のような電力最小化制御
は、結果的に、通電位相を、電力が最小となる通電位相
に変更していることになる。しかしながら、本実施形態
における電力最小化制御では、位相差清報（通電位相）
が直接的に制御されるのではなく、位相差目標値のみが
変更され、位相差制御によるフィードバックループによ
って位相差情報が該位相差目標値と同値に制御されるこ
とになる。したがって、本実施形態における電力最小化
制御によれば、目標値が変更されると位相差制御部によ
ってモータの安定回転を保ったまま最小化処理を行うこ
とが可能となっており、従来の通電位相による電力最小
化制御のように、最小化処理直後に位相差情報（通電位
相）が瞬時に変化することによって発生トルクが変動
し、これによってモータおよび装置が振動したり、ある
いはモータ回転数が変動したりする問題は生じないこと
になる。

【００８５】なお、本発明に係る電力最小化制御は、図
１７に示すような特性のＩＰＭモータにおいて、特にそ
の効果を発揮するものとなっている。すなわち、ＩＰＭ
モータは、マグネットトルクとリラクタンストルクとを
併用しており、回転条件によって時々刻々と複雑に最高
効率通電位相が変化するものであるので、効率を向上さ
せるには、常に通電位相の調整が必要となっている。こ
れに対して、本発明に係る電力最小化制御によれば、ト
ルク変動による振動や回転数変動を生じさせることな
く、リアルタイムで電力最小化を実現する最適な通電位
相の制御を行うことが可能となる。

【００８６】上述した電力最小化部１８における電力最
小化制御は、次に示すようなロジック的な処理とするこ
とによって、処理内容を簡便にすることができる。図６
（ａ）は、電力最小化部１８の機能的な構成の一例を示
すブロック図である。同図に示すように、電力最小化部
１８は、電力変化方向判別部１８Ａ、目標変更方向判別
部１８Ｂ、およびExclusiveOR ゲート１８Ｃからなる機
能ブロックを有している。

【００８７】ExclusiveOR ゲート１８Ｃの端子ａには、
目標変更方向判別部１８Ｂから位相差目標値の変更方向
が入力される。例えば前回に比べて位相差目標値を大き
くした場合には、端子ａに１を示す信号が入力される。
また、ExclusiveOR ゲート１８Ｃの端子ｂには、電力変
化方向判別部１８Ａから電力の変化方向が入力される。
例えば前回に比べて電力が大きくなった場合には、端子
ｂに１を示す信号が入力される。

【００８８】ExclusiveOR ゲート１８Ｃは、排他的論理
和を行うブロックであり、図６（ｂ）に示す入出力表の
ように、端子ａおよび端子ｂに入力される値に応じて、
端子ｃから出力を行う。端子ｃからの出力が０のときに
は、位相差目標値を小さくする指令が出力され、端子ｃ
からの出力が１のときには、位相差目標値を大きくする
指令が出力される。

【００８９】以上の構成において、位相差目標値を小さ
くしたとき、すなわち、目標変更方向判別部１８Ｂから
端子ａに０が入力されたときに、電力が小さくなってい
る、すなわち、電力変化方向判別部１８Ａから端子ｂに
０が入力された場合、更なる電力最小化を求めて位相差
目標値を更に小さくする指令０が出力される。また、位
相差目標値を小さくしたとき、すなわち、端子Ａに０が
入力されたときに、電力が大きくなっている、すなわ
ち、端子ｂに１が入力された場合、位相差目標値の変更
方向が間違っていたと判断され、位相差目標値を大きく
する指令１が出力される。また、位相差目標値を大きく
したとき、すなわち、端子ａに１が入力されたときに、
電力が小さくなっている、すなわち、端子ｂに０が入力
された場合、更なる電力最小化を求めて位相差目標値を
更に大きくする指令１が出力される。また、位相差目標
値を大きくしたとき、すなわち、端子ａに１が入力され
たときに、電力が大きくなっている、すなわち、端子ｂ
に１が入力された場合、位相差目標値の変更方向が間違
っていた判断され、位相差目標値を小さくする指令０が
出力される。

【００９０】以上のように、電力最小化部１８における
電力最小化制御を、ロジック的な考えを導入することに
よって実現することにより、処理自体が非常に簡便なも
のとなり、煩雑な制御系の設計を不要とすることができ
る。

【００９１】また、電力最小化制御を、次に示すような
処理によって実現すると、更に高性能な制御を行うこと
ができる。図７は、この電力最小化制御における処理を
説明するための、位相差目標値と電力との関係を示すグ
ラフである。

【００９２】ここで、上記した電力最小化制御と同様
に、電力を比較していくことによって電力が最小となる
位相差を探索する処理を、受動探索モードと呼ぶことに
する。あるモータ回転条件において、位相差目標値と電
力との関係が図中特性１で示す状態となっている際に、
受動探索モードによって電力を最小とする位相差目標値
β２への移行を行う。その後、電力変化のあるなしに拘
らず、位相差目標値を変更する能動探索モードを行う。
この能動探索モードは、位相差目標値がβ２に移行して
所定時間が経過した後に、位相差目標値をβ３に移動さ
せ、また所定時間が経過した後に、位相差目標値をβ２
に戻す、という処理を繰り返すものである。ここで、β
２とβ３とで電力に所定量以上の差が生じた場合は、受
動探索モードによる位相差目標値の変更が行われる。

【００９３】このように能動探索モードを設けることに
よって、例えばモータ回転条件の変化によって位相差目
標値と電力との関係が特性２のように変化したとして
も、β３の電力の変化によって受動探索モードによる最
小値探索が再実行され、新たに電力を最小とする位相差
目標値の探索が行われることになる。なお、この能動探
索モードにおける位相差目標値の変更は、上記のように
β２とβ３の２つの位相差目標値の間で繰り返すだけで
なく、３つの位相差目標値の間で繰り返してもよい。こ
の場合には、まん中の位相差目標値が最小の電力となっ
ていることを確認し、この状態が崩れた場合に、受動探
索モードによる位相差目標値の変更を行うようにすれば
よい。

【００９４】以上のような電力最小化制御によれば、モ
ータ回転条件が変化したとしても、これをすぐに検知し
て位相差目標値を最適な値に設定することができる。よ
って、常に最高効率の通電位相によるモータ制御を精度
よく実現することが可能となる。

【００９５】なお、受動探索モード、能動探索モードに
おける位相差目標値の変更に関して、次に示すような処
理を行うことによってさらに効果的な制御を行うことが
できる。まず、探索において位相差目標値を移動させる
際の所定の変更量に関して、受動探索モード、能動探索
モードとも同じ変更量であっても構わないが、各モード
ごとに異なる変更量を設定することも可能である。この
ように設定した場合、不要な位相差目標値の移動がなく
なるので、効率面でより効果的となる。以下にこのモー
ドごとに異なる変更量を設定する電力最小化制御につい
て説明する。

【００９６】図８は、この電力最小化制御における処理
を説明するための、位相差目標値と電力との関係を示す
グラフである。この処理では、受動探索モードにおいて
は変更量をΔβ０とし、能動探索モードにおいては変更
量を△β１としている。ここでΔβ０＞Δβ１と設定し
ている。このように、受動探索モードでの変更量を比較
的大きな値に設定することによって、最高効率の位相差
目標値に早期に移行することが可能となるとともに、能
動探索モードでの変更量を比較的小さな値に設定するこ
とによって、能動探索モードにおける効率の低下を抑え
ることができ、また変更に伴う位相差制御の負担も軽減
することができる。

【００９７】なお、受動探索モードは、上記のように、
電力変化によって位相差目標値を変更していくものであ
るが、この時の変更量を、位相差目標値の変更量に対す
る電力変化量の割合に応じて設定すれば、より早急な電
力最小化制御が実現できる。図９は、この電力最小化制
御における処理を説明するための、位相差目標値と電力
との関係を示すグラフである。

【００９８】同図に示すように、位相差目標値と電力と
の関係を示す特性曲線において、傾斜の大きい部分、す
なわち変化割合が大きい部分では、位相差目標値の変更
量Δβｂを比較的大きく設定する。そして、電力が最小
値をとる付近、すなわち変化割合が小さい部分では、位
相差目標値の変更量△βｓを比較的小さく設定する。こ
のような処理によれば、消費電力が大きく効率が悪い位
相差目標値付近を早期に脱するとともに、電力が最小値
をとる付近においては、最適な位相差目標値の探索を精
度よく行うことができる。

【００９９】次に、具体的に変更量をどれくらいに設定
するかの一例を説明する。Ｃ．Ｔ．をはじめ後述する検
出器、および制御マイコン９に取り込む際の（図示しな
い）Ａ／Ｄ変換器には、それぞれ検出分解能（検出誤
差）、変換分解能（変換誤差）が存在する。これらの分
解能（誤差）から電力検出部１７における電力検出分解
能が求められる。そして、この電力検出分解能を電力−
位相差目標値特性に当てはめ、検出分解能（誤差）をカ
バーできるような値、すなわち、電力の変化が正確に検
出できるように、検出分解能以上の電力変化となるよう
な値の位相差目標値幅を変更量として設定すればよい。
このように変更量を設定することによって、検出誤差に
よる誤動作を抑制できるとともに、不要な処理をなくす
ことが可能となり、信頼性を高めることができる。

【０１００】次に、制御マイコン９に関して、図１に示
す構成とは異なる構成について説明する。図１０は、制
御マイコン９の他の構成例を示すブロック図である。同
図に示すように、この制御マイコン９は、図１に示す構
成と比較して、位相差特性格納部１９が設けられている
点が異なっている。その他の構成については図１に示す
構成と同様である。

【０１０１】位相差特性格納部１９は、図２に示す位相
差目標値−通電位相の関係を記憶するブロックであり、
電力最小化部１８に接続されている。電力最小化部１８
は、位相差目標値を変更する際に、この位相差特性格納
部１９を参照することによって、例えば位相差目標値の
変更量を、通電位相として一定の変更量となるような値
に設定する。位相差目標値と通電位相との関係はほぼ線
形な特性となっているが、上記のように通電位相を基準
として位相差目標値を変更することで、更に高精度で非
常に繊細な制御を実現することができる。

【０１０２】また、位相差目標値を変更する際に、変更
許容範囲を設けておく方が信頼性が高まることになる。
図３に示すように、位相差目標値をβｕｎ以下にしてし
まうとモータを駆動する上での発生トルクが負荷トルク
を下回ってしまいモータが停止してしまう。また位相差
目標値をβｕｐ以上にしてしまうとモータ端子電流が増
加してしまい、インバータ部２において過電流機能が働
いてモータを停止させてしまう。

【０１０３】すなわち、万が一ノイズなどによって誤動
作が生じ、これによりモータが停止してしまうことを防
ぐために、βｕｎ〜βｕｐという変更許容範囲を設けて
おき、位相差目標値がこの範囲を超えないように制御す
ることによって、信頼性を高めることが可能となる。具
体的には、この変更許容範囲の値を、位相差目標設定部
１３もしくは電力最小化部１８に記憶させておき、その
範囲を超える指令となったときには、位相差目標値を限
界値βｕｎあるいはβｕｐに固定させ、変更は行わない
ように設定すればよい。

【０１０４】ここで、上記の変更許容範囲を、図３の実
際の駆動限界βｕｎおよびβｕｐより多少余裕を見て設
定しておく方が信頼性、効率低下防止などにおいて有利
である。また、この変更許容範囲の上限および下限とな
るβｕｎおよびβｕｐの値は、モータの回転条件によっ
て変化していくものであるので、あらかじめモータ回転
数、負荷トルクなどをパラメータとする変更許容範囲テ
ーブルを作成、記憶しておき、該当する変更許容範囲を
呼び出して使用することが望ましい。

【０１０５】次に、制御マイコン９に関して、図１およ
び図１０に示す構成とは異なる構成について説明する。
図１１は、制御マイコン９のさらに他の構成例を示すブ
ロック図である。同図に示すように、この制御マイコン
９は、図１に示す構成と比較して、標準目標値格納部２
０が設けられている点が異なっている。その他の構成に
ついては図１に示す構成と同様である。

【０１０６】標準目標値格納部２０は、各モータ回転条
件における標準的な位相差目標値を格納するブロックで
あり、この標準目標値格納部２０の出力が位相差目標設
定部１３に入力されるようになっている。この標準目標
値格納部２０には、あらかじめ測定などを行うことによ
って検出された各モータ回転条件における効率が最高付
近となる標準的な位相差目標値が、該モータ回転条件を
パラメータとするテーブルなどの形式で記憶されてい
る。ここで、モータ回転数あるいは負荷トルクなどのモ
ータ回転条件が変化した直後には、電力最小化部１８に
よる位相差目標値変更設定が無視され、位相差目標値を
該標準目標値格納部２０から出力された値に設定してモ
ータ制御が行われる。その後、所定の時間が経過した後
に、電力最小化部１８による最小化処理が許可され、電
力最小化制御が行われる。これにより、モータ回転条件
が変化した直後では、標準目標値格納部２０に記憶され
ている標準的な位相差目標値に設定されるので、最適な
位相差目標値から遠く離れた値に位相差目標値が設定さ
れることを防止することが可能となる。よって、より正
確に、より迅速に、より信頼性の高い制御を行うことが
できる。

【０１０７】また、位相差目標値が変更許容範囲の限界
に到達した場合に、位相差目標値を標準目標値格納部２
０からの出力値に設定するようにしてもよい。このよう
な処理によれば、位相差目標値が変更許容範囲の限界に
到達時に、効率の悪い位相差目標値からある程度効率の
良い位相差目標値に移行することができるので、効率の
低下を抑制することができる。

【０１０８】このように、モータ回転数などのモータ回
転条件が変更する際には、電力最小化部１８による電力
最小化制御処理を中止し、位相差目標値を、例えば標準
目標値格納部２０からの出力値に設定することが望まし
い。これはモータ回転条件の変化による電力変化と、実
際の位相差目標値の変更による電力変化とを区別し、電
力最小化処理による制御の誤動作を防止するためであ
る。

【０１０９】次に、フィルタ回路８におけるフィルタ特
性の設定方法、および電力最小化部１８における電力検
出の所定時間設定方法について述べる。図１２は、位相
差目標値に対する実際の位相差情報の応答を示してい
る。図のように位相差目標値を変更しても瞬時に位相差
情報が追従するわけではなく、時間Ｔ１経過後に追従が
完了するようになっている。これはフィードバック制御
における追従特性によるものである。この時間Ｔ１を短
縮化するほど制御特性が良いと言えるが、実際には、安
定な制御系を実現するためには多少の時間遅れが発生す
ることになる。したがって、電力の検出は、この時間Ｔ
１経過後の位相差情報が安定した後に開始することが望
ましい。本実施形態においては、位相差情報が位相差目
標値に対して所定のレンジ内、すなわち＋△βｅ〜−Δ
βｅに入ったことを検出してから電力の検出を行うよう
にしている。このように、位相差制御における追従特性
を考慮して電力の検出を行うことによって、非常に精度
の高い電力検出を実現することができる。

【０１１０】なお、位相差目標値に対する追従時間はほ
ぼ一定であるので、必ずしも前記のように所定レンジを
設けておく必要はなく、時間Ｔ１分だけ待機しておき、
その後電力検出を行うようにしてもよい。この場合に
は、位相差情報がレンジ内に入ったかを監視する処理を
省くことができるので、構成の簡素化を図ることができ
る。

【０１１１】また、フィルタ回路８においても、上記と
同様の考え方を導入することが望ましい。すなわち、電
源電流検出器７のＣ．Ｔ．から検出された信号をフィル
タリングする際に、そのフィルタの定数として時間Ｔ１
を考慮するようにする。これにより、フィルタ定数が小
さすぎるために生じるノイズ成分の重畳による誤検出、
および、フィルタ定数が大きすぎるために生じる電流変
化の遅れによる誤検出を回避することができ、精度のよ
い電力検出が実現できる。

【０１１２】また、負荷トルクの変動周期が既知であっ
て、かつ、この負荷トルクの変動が、正確な電力検出に
影響する可能性のある場合には、この負荷トルク変動に
見合った所定時間をフィルタ定数に設定することによっ
て、正確な電力検出が実現できる。

【０１１３】なお、電力検出用の検出器として、従来か
ら過電流検出用として付けられているＣ．Ｔ．などの電
源電流検出器７を使用することによって、装置コストの
上昇を招くことがないという効果を奏するが、これに限
定されるものではない。以下電力検出用の検出器の他の
例について説明する。

【０１１４】図１３は、図１に示す電源電流検出器７と
は異なる構成の電力検出用の検出器およびその周辺の構
成を示す説明図である。同図に示すように、この構成で
は、電源電流検出器７の代わりに、直流電流検出器２１
および直流電圧検出器２２を備えた構成となっている。
直流電流検出器２１は、シャント抵抗、電流センサなど
によって直流電流を検出するものである。また、直流電
圧検出器２２は、直流電圧を抵抗などによって分圧した
信号を検出するものである。そして、電力検出部１７に
おいて、両信号の乗算が行われ、電力が検出される。

【０１１５】このような構成の場合、検出される電流お
よび電圧が直流電源の値となるので、力率などにとらわ
れずに正確な電力計算が可能となる。なお、交流電源の
電力を検出する際には電圧値の検出を省略することも可
能であったが、直流電圧は負荷などによって変化する可
能性があるため、上記のように電圧値も検出する方がよ
り正確に電力を検出することができる。この直流電流検
出器２１は、インバータ部２で使用される（図示しな
い）過電流検出器を利用しても良い。

【０１１６】次に、直流電源を能動的に制御する構成に
ついて説明する。図１４は、図１に示すモータ制御装置
において、電源電流検出器７およびフィルタ回路８の代
わりに、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御部
２３を設けた構成を示すブロック図である。

【０１１７】近年、モータ制御装置の高性能化によっ
て、電源変換部３を所望の直流電源となるように制御す
る、いわゆるＰＡＭ制御の構成のものが増えてきてい
る。この構成の場合、ＰＡＭ制御部２３は、電源電圧を
一定に制御するために、電源変換部３に対して、直流電
源制御信号を出力する。この直流電源制御信号は、電力
が大きくなり電圧が下がり気味になった場合には電圧を
上げようとする信号に、逆に電力が小さくなり電圧が上
がり気味になった場合には電圧を下げようとする信号と
なる。したがって、この直流電源制御信号を検出すれ
ば、電力に相当する信号を検出することができることに
なる。そこで、電力検出部１７は、直流電源制御信号に
基づいて電力を検出する処理を行う。なお、直流電源制
御信号は目標とする電圧値によって変化するので、目標
電圧値も同時に検出しておくことによって、電力検出部
１７における電力の検出を正確に行うことができる。

【０１１８】以上のように、ＰＡＭ制御部２３を設ける
構成によれば、外部に電力検出用の検出器を設ける必要
がないので、装置コストの上昇を抑制することができ
る。

【０１１９】次に、多相モータ１におけるモータ端子電
流を検出することによって、電力の検出を行う構成につ
いて説明する。図１５は、図１に示すモータ制御装置に
おいて、電源電流検出器７を設けずに、モータ電流検出
アンプ部６からの出力が電力検出部１７に入力される構
成を示すブロック図である。この構成では、位相差制御
に使用している電流センサ５およびモータ電流検出アン
プ部６を、電力検出にも併用して使用することになり、
装置コストの上昇を抑制することができる。また、モー
タ端子電圧の振幅は位相差制御でのデューティ基準値か
ら換算することができるので、電圧検出は必要ない。す
なわち、電力検出部１７は、モータ電流検出アンプ部６
からモータ端子電流を入力するとともに、ＰＩ演算器１
５からデューティ基準値を入力し、これらに基づいて電
圧の検出を行うことになる。この構成によれば、多相モ
ータ１における電力が検出できるので、特に多相モータ
１の効率を最高にしようとする用途において有効であ
る。

【０１２０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るモータ制御
装置は、多相モータの駆動を制御するモータ制御装置で
あって、上記多相モータを駆動する駆動部と、上記多相
モータにおけるモータ端子電圧とモータ端子電流との位
相差を検出する位相差検出部と、上記多相モータの駆動
に使用されている電力を検出する電力検出部と、上記電
力検出部によって検出された電力に基づいて、該電力を
最小値に近づける位相差目標値を決定する電力最小化部
と、上記位相差検出部によって検出された位相差を、上
記位相差目標値に近づけるように、上記駆動部による多
相モータの駆動をフィードバック制御する制御信号を該
駆動部に出力する位相差制御部とを備え、上記電力最小
化部が、所定の周期で上記位相差目標値を決定するとと
もに、前回設定した位相差目標値によって制御が行われ
た際の電力と、今回設定する位相差目標値によって制御
が行われた際の電力とを比較し、電力が小さくなる方向
に次回設定する位相差目標値を変化させることによって
電力を最小とする第１位相差目標値に到達する受動探索
モードを実行し、位相差目標値が前記第１位相差目標値
に移行して所定時間が経過した後に、位相差目標値を、
前記第１位相差目標値とは異なる第２位相差目標値に移
動させ、また所定時間が経過した後に、位相差目標値を
前記第１位相差目標値に戻す、という処理を繰り返し、
前記第１位相差目標値と前記第２位相差目標値とで電力
に所定量以上の差が生じた場合は、受動探索モードによ
る位相差目標値の変更を行う構成である。

【０１２１】これにより、位相差目標値が変更された際
には、モータの安定回転を保ったまま位相差の制御が行
われることになるので、モータの運転において、回転条
件が時々刻々変化していても、回転速度変動などによっ
てモータの運転性能を劣化させることなく、常に効率を
最高とするようなモータ制御を行うことができるという
効果を奏する。

【０１２２】また、比較的簡単な探索手法によって、電
力を最小とする位相差目標値を求め ることができるとい
う効果を奏する。

【０１２３】また、例えばモータ回転条件の変化によっ
て電力と位相差目標値との関係が変化した場合、能動探
索モードにおいて、移動先の位相差目標値における電力
の変化を検知することによって、新たに電力を最小とす
る位相差目標値の探索を行うことが可能となる。よっ
て、モータ回転条件が時々刻々と変化する構成であって
も、常に最高の効率となるようにモータ駆動の制御を行
うことができるという効果を奏する。

【０１２４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記多相モータが、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれて
おり、磁石によるマグネットトルクと、ロータ位置によ
る磁気抵抗の変化で発生するリラクタンストルクとを併
用するＩＰＭモータである構成である。

【０１２５】これにより、上記の構成による効果に加え
て、ＩＰＭモータのように、モータ回転条件によって最
高効率となる通電位相が時々刻々と変化する多相モータ
であっても、常に最適な通電位相によるモータ駆動制御
を行うことができる。

【０１２６】また、本発明に係るモータ制御装置は、交
流電源を直流電源に変換する電源変換部を備えるととも
に、上記駆動部が、上記電源変換部から出力される直流
電源に基づいて、上記多相モータに供給する多相の周波
数の交流電源を生成するインバータ部である構成であ
る。

【０１２７】これにより、上記の構成による効果に加え
て、もとの交流電源の周波数の影響を受けることなく、
的確に多相モータの駆動を行うことができるという効果
を奏する。

【０１２８】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電力検出部が、上記電源変換部によって直流電源に変
換される前の交流電源の交流電流を検出することによっ
て電力を検出する構成である。

【０１２９】これにより、上記の構成による効果に加え
て、従来のモータ制御装置において、過電流検出用とし
て一般的に備えられているカレントトランスを用いるこ
とによって、新たに構成を追加することなく、電力の検
出を行うことができるという効果を奏する。

【０１３０】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電力検出部が、上記電源変換部によって直流電源に変
換された後の直流電源の直流電流および直流電圧を検出
することによって電力を検出する構成である。

【０１３１】これにより、上記の構成による効果に加え
て、力率などにとらわれずに正確な電力計算が可能とな
る。これにより、より的確に電力の最小化を実現する位
相差制御を行うことができるという効果を奏する。

【０１３２】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電源変換部を所望の直流電源となるように、該電源変
換部に対して、直流電源制御信号を出力する電源変換制
御部をさらに備え、上記電力検出部が、上記電源変換制
御部から出力される制御信号に基づいて電力を検出する
構成である。

【０１３３】これにより、上記の構成による効果に加え
て、電力を検出するための構成として新たな構成を追加
することなく、電源変換制御部からの制御信号に基づい
て電力を算出することが可能となり、装置コストの上昇
を招くことなく、的確に電力の最小化を実現するモータ
制御装置を提供することができるという効果を奏する。

【０１３４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記多相モータにおける端子電流を検出するモータ端子電
流検出器を備え、上記位相差制御部から上記駆動部に出
力される制御信号がデューティー基準値であり、上記電
力検出部が、上記モータ端子電流検出器によって検出さ
れた端子電流と、上記位相差制御部から上記駆動部に出
力される上記デューティー基準値に基づいて換算される
モータ端子電圧とに基づいて電力を検出する構成であ
る。

【０１３５】これにより、上記の構成による効果に加え
て、電力を検出するための構成として新たな構成を追加
することなく電力を算出することが可能となり、装置コ
ストの上昇を招くことなく、的確に電力の最小化を実現
するモータ制御装置を提供することができるという効果
を奏する。

【０１３６】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電力最小化部が、前回と今回との位相差目標値の増減
方向と、前回と今回との電力の増減方向との排他的論理
和演算を行い、両者の方向が一致している場合に、次回
の位相差目標値を減らすように設定し、両者の方向が異
なっている場合に、次回の位相差目標値を増やすように
設定する構成である。

【０１３７】これにより、上記の構成による効果に加え
て、例えばExclusiveOR ゲートなどの簡単なデジタル論
理回路によって、位相差目標値の設定に関する処理を行
うことができる。したがって、複雑な構成、例えばマイ
クロプロセッサなどの高価な構成を用いることなく、簡
素な構成によって位相差目標値の探索を行うことが可能
となり、装置コストの著しい上昇を招くことなく、電力
を最小化する制御を行うモータ制御装置を提供すること
ができるという効果を奏する。

【０１３８】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記受動探索モードにおける位相差目標値の変更量を、上
記能動探索モードにおける上記第１位相差目標値と上記
第２位相差目標値との間の変更量よりも大きくなるよう
に設定する構成である。

【０１３９】これにより、上記の構成による効果に加え
て、例えば、受動探索モードにおける位相差目標値の変
更量を比較的大きな値とすることによって、電力を最小
とする位相差目標値に早く到達することが可能となると
ともに、能動探索モードにおける位相差目標値の変更量
を比較的小さな値とすることによって、能動探索モード
を行っている際の効率の低下を最小限に抑えることが可
能となるという効果を奏する。

【０１４０】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記多相モータの回転条件をパラメータとする標準的な位
相差目標値を格納する標準目標値格納部を備えている構
成である。

【０１４１】これにより、上記の構成による効果に加え
て、例えば、モータ回転条件などが大きく変化した場合
などに、まず、この標準目標値格納部に格納されている
標準的な位相差目標値を設定し、この位相差目標値か
ら、上記のような探索を行うことによって最適な位相差
目標値に移行させることが可能となる。これにより、位
相差目標値の探索の初期値が、最適な位相差目標値から
大きく外れていることがなくなるので、最適な位相差目
標値の探索効率を向上させることができるという効果を
奏する。

【０１４２】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電力最小化部が、モータ回転数あるいは負荷トルクか
らなる回転条件をパラメータとして位相差目標値の変更
許容範囲を設定する構成である。

【０１４３】これにより、上記の構成による効果に加え
て、万が一ノイズなどによって誤動作が生じ、これによ
りモータが停止してしまうことを防ぐことができ、信頼
性を高めることができるという効果を奏する。また、モ
ータの回転条件に応じた変更許容範囲を設定することが
可能となるという効果を奏する。

【０１４４】また、本発明に係るモータ制御装置は、上
記電力最小化部が、上記位相差制御部による位相差目標
値に対する実位相差情報の追従が完了するまでの時間
を、上記最小化処理の処理間隔として設定する構成であ
る。

【０１４５】これにより、上記の構成による効果に加え
て、電力の検出を、位相差情報が安定した後に開始する
ことが可能となるので、非常に精度の高い電力検出を実
現することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るモータ制御装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】通電位相と位相差目標値との関係を実測によっ
て求めた結果を示すグラフである。

【図３】位相差目標値と効率の関係を実測によって求め
た結果を示すグラフである。

【図４】電流センサで求めたモータ端子電流をモータ電
流検出アンプ回路で増幅した後のモータ電流信号の時間
変化と、モータ端子電圧の時間変化とを示したグラフで
ある。

【図５】電力最小化制御の一例を説明するための、位相
差目標値と電力との関係を示すグラフである。

【図６】同図（ａ）は、電力最小化部の機能的な構成の
一例を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、Exclusiv
eOR ゲートにおける入出力表である。

【図７】電力最小化制御の他の例を説明するための、位
相差目標値と電力との関係を示すグラフである。

【図８】電力最小化制御のさらに他の例を説明するため
の、位相差目標値と電力との関係を示すグラフである。

【図９】電力最小化制御のさらに他の例を説明するため
の、位相差目標値と電力との関係を示すグラフである。

【図１０】制御マイコンの他の構成例を示すブロック図
である。

【図１１】制御マイコンのさらに他の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１２】位相差目標値に対する実際の位相差情報の応
答を示しグラフである。

【図１３】図１に示す電源電流検出器とは異なる構成の
電力検出用の検出器およびその周辺の構成を示す説明図
である。

【図１４】図１に示すモータ制御装置において、電源電
流検出器およびフィルタ回路の代わりに、ＰＡＭ制御部
を設けた構成を示すブロック図である。

【図１５】図１に示すモータ制御装置において、電源電
流検出器を設けずに、モータ電流検出アンプ部からの出
力が電力検出部に入力される構成を示すブロック図であ
る。

【図１６】ＩＰＭモータのモータロータ断面の形状の一
例を示す断面図である。

【図１７】ＩＰＭモータにおいて、通電位相と、発生ト
ルク、マグネットトルク、リラクタンストルク、および
端子電圧との関係を示すグラフである。

【図１８】従来のモータ制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 多相モータ ２ インバータ部 ３ 電源変換部 ４ 交流電源 ５ 電流センサ ６ モータ電流検出アンプ部 ７ 電源電流検出器 ８ フィルタ回路 ９ 制御マイコン １０ 位相差制御部 １１ 位相差検出部 １２ 回転数設定部 １３ 位相差目標設定部 １４ 加算器 １５ ＰＩ演算器 １６ ＰＷＭ作成部 １７ 電力検出部 １８ 電力最小化部 １９ 位相差特性格納部 ２０ 標準目標値格納部 ２１ 直流電流検出器 ２２ 直流電圧検出器 ２３ ＰＡＭ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/08

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多相モータの駆動を制御するモータ制御装
   置であって、 上記多相モータを駆動する駆動部と、 上記多相モータにおけるモータ端子電圧とモータ端子電
   流との位相差を検出する位相差検出部と、 上記多相モータの駆動に使用されている電力を検出する
   電力検出部と、 上記電力検出部によって検出された電力に基づいて、該
   電力を最小値に近づける位相差目標値を決定する電力最
   小化部と、 上記位相差検出部によって検出された位相差を、上記位
   相差目標値に近づけるように、上記駆動部による多相モ
   ータの駆動をフィードバック制御する制御信号を該駆動
   部に出力する位相差制御部とを備え、 上記電力最小化部が、所定の周期で上記位相差目標値を
   決定するとともに、前回設定した位相差目標値によって
   制御が行われた際の電力と、今回設定する位相差目標値
   によって制御が行われた際の電力とを比較し、電力が小
   さくなる方向に次回設定する位相差目標値を変化させる
   ことによって電力を最小とする第１位相差目標値に到達
   する受動探索モードを実行し、 位相差目標値が前記第１位相差目標値に移行して所定時
   間が経過した後に、位相差目標値を、前記第１位相差目
   標値とは異なる第２位相差目標値に移動させ、また所定
   時間が経過した後に、位相差目標値を前記第１位相差目
   標値に戻す、という処理を繰り返し、 前記第１位相差目標値と前記第２位相差目標値とで電力
   に所定量以上の差が生じた場合は、受動探索モードによ
   る位相差目標値の変更を行う ことを特徴とするモータ制
   御装置。
2. 【請求項２】上記多相モータが、ロータ内部に永久磁石
   が埋め込まれており、磁石によるマグネットトルクと、
   ロータ位置による磁気抵抗の変化で発生するリラクタン
   ストルクとを併用するＩＰＭモータであることを特徴と
   する請求項１記載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】交流電源を直流電源に変換する電源変換部
   を備えるとともに、 上記駆動部が、上記電源変換部から出力される直流電源
   に基づいて、上記多相モータに供給する多相の周波数の
   交流電源を生成するインバータ部であることを特徴とす
   る請求項１または２記載のモータ制御装置。
4. 【請求項４】上記電力検出部が、上記電源変換部によっ
   て直流電源に変換される前の交流電源の交流電流を検出
   することによって電力を検出することを特徴とする請求
   項３記載のモータ制御装置。
5. 【請求項５】上記電力検出部が、上記電源変換部によっ
   て直流電源に変換された後の直流電源の直流電流および
   直流電圧を検出することによって電力を検出することを
   特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
6. 【請求項６】上記電源変換部を所望の直流電源となるよ
   うに、該電源変換部に対して、直流電源制御信号を出力
   する電源変換制御部をさらに備え、 上記電力検出部が、上記電源変換制御部から出力される
   直流電源制御信号に基づいて電力を検出することを特徴
   とする請求項３記載のモータ制御装置。
7. 【請求項７】上記多相モータにおける端子電流を検出す
   るモータ端子電流検出器を備え、上記位相差制御部から上記駆動部に出力される制御信号
   がデューティー基準値であり、 上記電力検出部が、上記モータ端子電流検出器によって
   検出された端子電流と、上記位相差制御部から上記駆動
   部に出力される上記デューティー基準値に基づいて換算
   されるモータ端子電圧とに基づいて電力を検出すること
   を特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
8. 【請求項８】上記電力最小化部が、上記受動探索モード
   を行う際に、前回と今回との位相差目標値の増減方向
   と、前回と今回との電力の増減方向との排他的論理和演
   算を行い、両者の方向が一致している場合に、次回の位
   相差目標値を減らすように設定し、両者の方向が異なっ
   ている場合に、次回の位相差目標値を増やすように設定
   することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
9. 【請求項９】上記受動探索モードにおける位相差目標値
   の変更量を、上記能動探索モードにおける上記第１位相
   差目標値と上記第２位相差目標値との間の変更量よりも
   大きくなるように設定することを特徴とする請求項１記
   載のモータ制御装置。
10. 【請求項１０】上記多相モータの回転条件をパラメータ
    とする標準的な位相差目標値を格納する標準目標値格納
    部を備えていることを特徴とする請求項１ないし９のい
    ずれか一項に記載のモータ制御装置。
11. 【請求項１１】上記電力最小化部が、モータ回転数ある
    いは負荷トルクからなる回転条件をパラメータとして位
    相差目標値の変更許容範囲を設定することを特徴とする
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のモータ制御
    装置。
12. 【請求項１２】上記電力最小化部が、上記位相差制御部
    による、位相差目標値に対する実位相差情報の追従が完
    了するまでの時間を、上記最小化処理の処理間隔として
    設定することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれ
    か一項に記載のモータ制御装置。