JP4110883B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置に関するものであり、特に、複数相のモータコイルを備えた同期モータを、位置センサを用いることなく駆動制御するためのモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数相のコイルを備えた同期モータを駆動する場合に、固定子巻線とロータとの相対位置関係を検出するためにホール素子などの位置検出素子を用いることなく、ゼロクロス電流位相を検出することによりセンサレス運転する旨の技術が特開平５−２３６７８９号公報等にて提案されている。かかる従来技術は、モータ電流ゼロクロス時におけるモータ電圧位相を検出し、この電圧位相を基準とするモータ電流位相を検出して、このモータ電流位相が所望の電流位相となるように電圧指令、あるいは周波数指令を演算するものである。しかしながら、この従来技術は、モータコイル電流のゼロクロスを検出する構成であるので、モータコイル電流にノイズが混入した場合には電流位相の誤検出となり、正確な位相制御を行うことができないという問題がある。そして、このような誤検出に基づくモータ駆動では、モータ端子電圧と逆起電圧との位相が合っていないため、効率のよい通電タイミングでの駆動ができないだけでなく、最悪の場合にはモータが急停止してしまうことが考えられ、さらに過大なモータ電流が流れることにより駆動素子が破壊されてしまうことも懸念される。
【０００３】
このような問題点に鑑みて、特開２００１−１１２２８７号公報では、ノイズによる誤検出を防止するために、モータ駆動電圧位相を基準とした２箇所の位相期間中におけるモータ電流信号面積の面積比を算出してこれを電圧電流位相差とし、この電圧電流位相差が所望値になるように電圧振幅を演算する旨の技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１１２２８７号公報に記載された技術では、ノイズによる誤検出は解決されているものの、電圧電流位相差を算出する際に２箇所の位相期間中でのモータ電流信号面積の除算を行うために計算負荷が過大となるという問題がある。さらに、モータ電流信号面積を算出する際に正確な電流値の絶対値が必要であるため、高精度な電流センサが必要となって製造コストが高くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、簡単且つ安価な構成で同期モータを安定的にセンサレス駆動することができるモータ制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを複数のスイッチング素子により構成されるインバータ回路によって駆動制御するモータ制御装置において、前記複数相のうちの少なくとも一つの相のモータ電流を検出する電流検出手段と、その電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、指令回転数及び印加電圧位相により決定され、振幅が所定値となる印加電圧基本関数を積分して印加電圧基本関数積分値を算出する印加電圧基本関数積分手段と、その印加電圧基本関数積分手段によって算出された前記印加電圧基本関数積分値が、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定する印加電圧位相設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
従って、電流検出手段は、前記複数相のうちの少なくとも一つの相のモータ電流を検出し、印加電圧基本関数積分手段は、その電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、指令回転数及び印加電圧位相により決定され、振幅が所定値となる印加電圧基本関数を積分して印加電圧基本関数積分値を算出し、印加電圧位相設定手段は、その印加電圧基本関数積分手段によって算出された前記印加電圧基本関数積分値が、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定する。
【０００８】
よって、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができる。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載のモータ制御装置は、前記電流検出手段が、前記インバータ回路の少なくとも一つのアームの上段又は下段における電流を検出するように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
従って、アーム電流を検出するためのセンスＭＯＳＦＥＴ等の電流センサを用いることにより、モータ制御装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００１１】
また、請求項３に記載のモータ制御装置は、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出する電流値積分手段と、指令トルク、指令回転数に基づいて設定された目標電流積分値と前記電流値積分手段によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出するトルク外乱検出手段と、を更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
従って、電流値積分手段は、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出し、トルク外乱検出手段は、指令トルク、指令回転数に基づいて設定された目標電流積分値と前記電流値積分手段によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出する。
【００１３】
すなわち、外乱がない場合は、電流値積分手段によって算出される電流積分値と予め設定された目標電流積分値とが一致するが、外乱がある場合には、外乱の大きさに応じて、電流値積分手段によって算出される電流積分値と目標電流積分値との偏差が生じるため、この偏差をトルク外乱信号として検出することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載のモータ制御装置は、前記トルク外乱検出手段によって検出されたトルク外乱信号を前記指令トルクに加算して補正するように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
従って、トルク外乱があった場合においても、常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載のモータ制御装置は、前記印加電圧振幅、印加電圧位相基本値、目標印加電圧基本関数積分値の少なくとも一つが、指令回転数又は指令トルク等に応じて予め設定されたマップを用いて算出されるように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
従って、指令回転数又は指令トルクに応じて予め最大効率又は最大トルクとなるように設定されたマップを用いることで、回転数や負荷トルクが変化した場合にも常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。また、マップを用いることで、最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅、電圧位相、目標印加電圧基本関数積分値を計算なしに求めることができるので、安価なマイクロコンピュータによりモータ制御装置を実現することが可能である。
【００１８】
また、請求項６に記載のモータ制御装置は、前記指令回転数の時間当り変化量は、回転数に応じて予め設定された所定範囲内に設定されることを特徴とする。
【００１９】
従って、印加電圧位相設定手段によってフィードバック（印加電圧位相の設定）が行われる間隔は、回転数が増大するほど短くなる（換言すれば、回転数が減少するほど長くなる）ので、指令回転数の時間当り変化を回転数に応じた範囲内で設定することによりフィードバックが適切に行われて最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したモータ制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態のモータ制御装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００２２】
モータ制御装置１は、図１に示すように、複数相（３相）のコイルからなるステータと鉄芯ロータを備えた同期モータとしてのシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（以下、単にモータとも称する）２を駆動するために、インバータ回路３と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）４とから構成されている。
【００２３】
インバータ回路３は、図２の回路図に示すように、直流電源３０が接続されると共に、モータ２のＵ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｕｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（アーム下段）、Ｖ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｖｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｖｌ（アーム下段）、Ｗ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｗｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｗｌ（アーム下段）がそれぞれ接続されている。各相のアーム下段は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌが接続されており、各相のアーム下段のゲート信号がＯＮの時に流れるアーム電流信号を検出する構成となっている。モータ電流とアーム電流との関係は、図３のグラフによって示される通りであり、モータ電流の所定時間間隔毎の電流値がアーム電流値となっている。また、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（３１ｖｌ、３１ｗｌ）はアーム電流を分流して電流を検出する。以後、本明細書では、アーム電流をモータ電流として扱うこととする。尚、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ、３１ｖｌ、３１ｗｌが、本発明の電流検出手段を、パワーＭＯＳＦＥＴ３１ｕｈ、３１ｖｈ、３１ｗｈ、及びセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ、３１ｖｌ、３１ｗｌが複数のスイッチング素子をそれぞれ構成するものである。
【００２４】
マイコン４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭによって構成され、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、トルク設定部４１と、回転数設定部４２と、電圧位相基本値設定部４３と、電圧振幅設定部４４と、印加電圧基本関数作成部４５と、印加電圧デューティ作成部４６と、目標印加電圧基本関数積分値設定部４７と、印加電圧基本関数積分器４８と、フィードバック部４９と、電流値積分器５０と、目標電流積分値設定部５１と、トルク外乱検出部５２とを実現するものである。尚、電圧位相基本値設定部４３及びフィードバック部４９が、本発明の印加電圧位相設定手段を、印加電圧基本関数積分器４８が印加電圧基本関数積分手段を、トルク外乱検出部５３がトルク外乱検出手段を、それぞれ構成するものである。。
【００２５】
トルク設定部４１は、モータ制御装置１が組み込まれた上位装置からの指令等に基づいて指令トルクを設定する。
【００２６】
電流値積分器５０は、インバータ回路３から出力される電流信号に基づいて決定される積分期間において電流信号を積分して電流積分値を算出する。より詳細には、図４に示すように、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点（ｔ１）から次に極性が反転した直後のサンプリング時点（ｔ１０）までの期間を積分期間として電流積分値が算出される。
【００２７】
目標電流積分値設定部５１は、トルク設定部４１において設定された指令トルク、及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、目標電流積分値を設定する。より詳細には、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標電流積分値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから目標電流積分値を読み出して設定が行われる。
【００２８】
ここで、トルク外乱がない場合又はトルク外乱がある場合の電流値と積分値との関係について、図５を参照しつつ説明する。トルク外乱がない場合は、図５（ａ）に示されるように、電流積分器５０によって算出される電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定される目標電流積分値とが一致している。一方、外乱がある場合は、図５（ｂ）に示されるように、電流積分器５０によって算出される電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定される目標電流積分値とに偏差が生じている。
【００２９】
そして、トルク外乱検出部５２は、電流値積分器５０によって算出された電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定された目標電流積分値との偏差を算出してトルク外乱信号として検出し、このトルク外乱信号にフィードバック系のゲインを乗じた値を用いてトルク設定部４１において設定された指令トルクを補正する。これにより、トルク外乱があった場合でも、トルク外乱の大きさに応じて指令トルクが適切に補正されるため、常に最適なモータ駆動制御を行うことができる。
【００３０】
回転数設定部４２は、モータ制御装置１が組み込まれた上位装置からの指令等に基づいて指令回転数を設定する。尚、指令回転数の時間当り変化量は、回転数に応じて予め設定された所定範囲内に設定される。従って、フィードバック部４９によって印加電圧位相のフィードバック（印加電圧位相の設定）が行われる間隔は、回転数が増大するほど短くなる（換言すれば、回転数が減少するほど長くなる）ので、指令回転数の時間当り変化を回転数に応じた範囲内で設定することによりフィードバックが適切に行われて最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００３１】
電圧位相基本値設定部４３は、トルク設定部４１において設定された指令トルク、及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、電圧位相基本値を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する電圧位相基本値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから電圧位相基本値を読み出して設定が行われる。
【００３２】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる電圧位相角を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図６は、運転条件に対する電圧位相角指令の一例を示すグラフである。
【００３３】
電圧振幅設定部４４は、トルク設定部４１において設定された指令トルク及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、電圧振幅を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する電圧振幅値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから電圧振幅値を読み出して設定が行われる。
【００３４】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図７は、運転条件に対する電圧振幅指令の一例を示すグラフである。
【００３５】
印加電圧基本関数作成部４５は、回転数設定部４２において設定された指令回転数によって決定される周波数、及び電圧位相基本値設定部４３において設定され且つ印加電圧とモータ電圧との位相差に基づいて補正された電圧位相基本値に基づいて印加電圧基本関数を作成する。
【００３６】
印加電圧デューティ作成部４６は、電圧振幅設定部４４において設定された電圧振幅及び印加電圧基本関数作成部４５において作成された印加電圧基本関数より、モータ２を駆動するための印加電圧デューティ（ＰＷＭ信号）を作成してインバータ回路３に供給する。
【００３７】
印加電圧基本関数積分器４８は、印加電圧基本関数作成部４５において作成された印加電圧基本関数を、インバータ回路３から出力される電流信号に基づいて決定される積分期間において積分し、印加電圧基本関数積分値を算出する。
【００３８】
ここで、印加電圧基本関数積分器４８における処理内容について、図８を参照しつつ詳述する。
【００３９】
図８では、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（３１ｖｌ、３１ｗｌ）により計測されたモータ電流値（アーム電流値）のグラフと、印加電圧基本関数のグラフとが上下に並べて表されている。モータ電流値は、所定周期でサンプリングが行われて、各サンプリング値がグラフ上にプロットされた複数の点によって示されている。ここで、モータ電流値の極性は、図６に示すように、サンプリング時点ｔ０で負、ｔ１〜ｔ９で正、ｔ１０〜ｔ１８で負となっている。すなわち、ｔ１で極性が反転して負から正となり、ｔ１０で再び極性が反転して正から負となっている。
【００４０】
そして、電流のサンプリング値の極性が反転して正となった直後のサンプリング時点ｔ１から、次に極性が反転して負となった直後のサンプリング時点ｔ１０までの期間において印加電圧基本関数の積分を行う。ここで、積分期間（ｔ１〜ｔ１０）は、印加電圧基本関数とモータ電流値との位相差によって決定され、印加電圧基本関数の積分値は、積分期間によって決定される関係となっており、これらの逆も成立する関係となっている。
【００４１】
例えば、位相差＝０°のとき、積分値は図９（ａ）の斜線部分によって示され、最大となる。また、０°＜位相差＜９０°のとき、積分値は図９（ｂ）の斜線部分によって示され、最大値と０との中間の値となる。位相差＝９０°のとき、積分値は図９（ｃ）の斜線部分によって示されるように０となる。さらに、位相差＞９０°となった場合には、積分値は負の値となる。
【００４２】
従って、印加電圧基本関数の積分値を算出することにより、モータ電流値と印加電圧基本関数（すなわち、印加電圧）との位相差を認識することができる。
【００４３】
目標印加電圧基本関数積分値設定部４７は、トルク設定部４１において設定された指令トルク及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、目標位相差に対応する印加電圧基本関数の積分値である目標印加電圧基本関数積分値を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する目標印加電圧基本関数積分値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから目標印加電圧基本関数積分値を読み出して設定が行われる。
【００４４】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる目標印加電圧基本関数積分値を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図１０は、運転条件に対する目標印加電圧基本関数積分値の一例を示すグラフである。
【００４５】
そして、印加電圧基本関数積分器４８において算出された印加電圧基本関数積分値と、目標印加電圧基本関数積分値設定部４７により設定された目標印加電圧基本関数積分値との偏差が求められ、その偏差にゲインを乗じた値が、電圧位相基本値設定部４３の出力側にフィードバックされる構造となっている（フィードバック部を図１で符号４９にて示す）。尚、このフィードバック系のゲインは予め算出されてＲＯＭに格納されている。また、電圧位相基本値設定部４３とフィードバック部４９とが、本発明の印加電圧位相設定手段を構成するものである。すなわち、電圧位相基本値設定部４３によって設定された電圧位相基本値は、目標印加電圧基本関数積分値と印加電圧基本関数積分値との偏差によって表されるモータ電流と印加電圧との位相差情報に基づいて補正された後、印加電圧基本関数作成部４５に入力される。従って、モータ電流と印加電圧との位相差が印加電圧位相にフィードバックされる構成となっているので、モータ２は安定的に駆動制御される。
【００４６】
尚、上述したように、モータ電流の極性情報のみを用いるので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価なセンスＭＯＳＦＥＴを電流センサとして用いることができる。さらに、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少なく、モータ電流と印加電圧との位相差を常に正確に検出することができる。
【００４７】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができる。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御することができる。
【００４８】
また、アーム電流を検出するためのセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等の電流センサを用いることにより、モータ制御装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００４９】
また、電流値積分手段としての電流積分器５０は、電流検出手段としてのセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出し、トルク外乱検出部５２は、指令トルク、指令回転数に基づいて目標電流積分値設定部５１によって設定された目標電流積分値と電流値積分器５０によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出する。すなわち、外乱がない場合は、電流積分器５０によって算出される電流積分値と予め設定された目標電流積分値とが一致するが、外乱がある場合には、外乱の大きさに応じて、電流積分器によって算出される電流積分値と目標電流積分値との偏差が生じるため、この偏差をトルク外乱信号として検出することができる。そして、検出されたトルク外乱信号をトルク設定部４１において設定された指令トルクに加算して補正するように構成されているので、トルク外乱があった場合においても、常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００５０】
また、電圧振幅設定部４４，印加電圧位相基本値設定部４３，目標印加電圧基本関数積分値設定部４７において、印加電圧振幅、印加電圧位相基本値、目標印加電圧基本関数積分値が、それぞれ指令回転数又は指令トルク等に応じて予め設定されたマップを用いて算出されるように構成されている。よって、指令回転数又は指令トルクに応じて予め最大効率又は最大トルクとなるように設定されたマップを用いることで、回転数や負荷トルクが変化した場合にも常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。また、マップを用いることで、最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅、電圧位相、目標印加電圧基本関数積分値を計算なしに求めることができるので、安価なマイクロコンピュータによりモータ制御装置を実現することが可能である。
【００５１】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００５２】
例えば、前記実施形態では、電流積分器５０は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、モータ電流の積分値を算出するように構成したが、これには限られない。例えば、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間を積分期間としてもよい。図１１は、サンプリング値の極性が反転して負から正となった後、連続して正極性となった２回目のサンプリング時点ｔ２を期間の開始とし、次に極性が反転して正から負となった後、連続して負極性となった２回目のサンプリング時点ｔ１１を期間の終了とした例を示している。この変形例によれば、モータ電流の極性反転後に同一極性が所定回連続した時点を期間の開始、又は終了としているので、モータ電流のチャタリングにより電流極性が小刻みに変化する場合においても、期間の開始・終了時点の誤検出をより確実に防止することができる。
【００５３】
また、同様に、前記実施形態では、印加電圧基本関数積分器４８は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、指令速度及び印加電圧位相により決定される印加電圧基本関数の積分値を算出し、その積分値に基づいてモータ電流と印加電圧との位相差を検出するように構成したが、これには限られない。例えば、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間を積分期間としてもよい。図１２は、サンプリング値の極性が反転して負から正となった後、連続して正極性となった２回目のサンプリング時点ｔ２を期間の開始とし、次に極性が反転して正から負となった後、連続して負極性となった２回目のサンプリング時点ｔ１１を期間の終了とした例を示している。この変形例によれば、モータ電流の極性反転後に同一極性が所定回連続した時点を期間の開始、又は終了としているので、モータ電流のチャタリングにより電流極性が小刻みに変化する場合においても、期間の開始・終了時点の誤検出をより確実に防止することができる。
【００５４】
また、前記実施形態では、本発明をシンクロナスリラクタンスモータの制御装置とした例を示したが、他の種類の同期モータの制御装置として構成することも可能である。例えば、永久磁石をロータ鉄心内に収納してなる内部磁石型永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）や、永久磁石を回転子鉄心の空隙面に配置してなる表面磁石型永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ）の制御装置に本発明を適用してもよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、各相のアーム下段のアーム電流信号を検出する構成としたが、アーム上段のアーム電流信号を検出する構成としても構わない。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のモータ制御装置によれば、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができるという効果を奏する。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御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】 本発明の実施形態におけるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 インバータ回路の回路図である。
【図３】 モータ電流とアーム電流との関係を示すグラフである。
【図４】 モータ電流のサンプリング値と電流積分値との関係を示すグラフである。
【図５】 （ａ）は外乱なしの場合のモータ電流値と積分値との関係を、（ｂ）は外乱有りの場合のモータ電流値と積分値との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図６】 運転条件に対する電圧位相角指令の一例を示すグラフである。
【図７】 運転条件に対する電圧振幅指令の一例を示すグラフである。
【図８】 モータ電流波形及び印加電圧基本関数の積分値算出の一例を示す説明図である。
【図９】 モータ電流と印加電圧との位相差と印加電圧基本関数積分値との関係を示す説明図である。
【図１０】 運転条件に対する目標印加電圧基本関数積分値の一例を示すグラフである。
【図１１】 変形例におけるモータ電流のサンプリング値と電流積分値との関係を示すグラフである。
【図１２】 他の変形例におけるモータ電流波形及び印加電圧基本関数の積分値算出の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、２…シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（同期モータ）、３…インバータ回路、４…マイクロコンピュータ、３１ｕｈ，３１ｖｈ，３１ｗｈ…パワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌ…センスＭＯＳＦＥＴ（電流検出手段、スイッチング素子）、４３…電圧位相基本値設定部、４５…印加電圧基本関数作成部、４８…印加電圧基本関数積分器（印加電圧基本関数積分手段）、４９…フィードバック部、４３，４９…（印加電圧位相設定手段）、５０…電流積分器（電流値積分手段）、５２…トルク外乱検出部（トルク外乱検出手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置に関するものであり、特に、複数相のモータコイルを備えた同期モータを、位置センサを用いることなく駆動制御するためのモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数相のコイルを備えた同期モータを駆動する場合に、固定子巻線とロータとの相対位置関係を検出するためにホール素子などの位置検出素子を用いることなく、ゼロクロス電流位相を検出することによりセンサレス運転する旨の技術が特開平５−２３６７８９号公報等にて提案されている。かかる従来技術は、モータ電流ゼロクロス時におけるモータ電圧位相を検出し、この電圧位相を基準とするモータ電流位相を検出して、このモータ電流位相が所望の電流位相となるように電圧指令、あるいは周波数指令を演算するものである。しかしながら、この従来技術は、モータコイル電流のゼロクロスを検出する構成であるので、モータコイル電流にノイズが混入した場合には電流位相の誤検出となり、正確な位相制御を行うことができないという問題がある。そして、このような誤検出に基づくモータ駆動では、モータ端子電圧と逆起電圧との位相が合っていないため、効率のよい通電タイミングでの駆動ができないだけでなく、最悪の場合にはモータが急停止してしまうことが考えられ、さらに過大なモータ電流が流れることにより駆動素子が破壊されてしまうことも懸念される。
【０００３】
このような問題点に鑑みて、特開２００１−１１２２８７号公報では、ノイズによる誤検出を防止するために、モータ駆動電圧位相を基準とした２箇所の位相期間中におけるモータ電流信号面積の面積比を算出してこれを電圧電流位相差とし、この電圧電流位相差が所望値になるように電圧振幅を演算する旨の技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１１２２８７号公報に記載された技術では、ノイズによる誤検出は解決されているものの、電圧電流位相差を算出する際に２箇所の位相期間中でのモータ電流信号面積の除算を行うために計算負荷が過大となるという問題がある。さらに、モータ電流信号面積を算出する際に正確な電流値の絶対値が必要であるため、高精度な電流センサが必要となって製造コストが高くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、簡単且つ安価な構成で同期モータを安定的にセンサレス駆動することができるモータ制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、複数相のモータコイルを備えた同期モータを複数のスイッチング素子により構成されるインバータ回路によって駆動制御するモータ制御装置において、前記複数相のうちの少なくとも一つの相のモータ電流を検出する電流検出手段と、その電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、指令回転数及び印加電圧位相により決定され、振幅が所定値となる印加電圧基本関数を積分して印加電圧基本関数積分値を算出する印加電圧基本関数積分手段と、その印加電圧基本関数積分手段によって算出された前記印加電圧基本関数積分値が、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定する印加電圧位相設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
従って、電流検出手段は、前記複数相のうちの少なくとも一つの相のモータ電流を検出し、印加電圧基本関数積分手段は、その電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、指令回転数及び印加電圧位相により決定され、振幅が所定値となる印加電圧基本関数を積分して印加電圧基本関数積分値を算出し、印加電圧位相設定手段は、その印加電圧基本関数積分手段によって算出された前記印加電圧基本関数積分値が、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定する。
【０００８】
よって、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができる。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載のモータ制御装置は、前記電流検出手段が、前記インバータ回路の少なくとも一つのアームの上段又は下段における電流を検出するように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
従って、アーム電流を検出するためのセンスＭＯＳＦＥＴ等の電流センサを用いることにより、モータ制御装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００１１】
また、請求項３に記載のモータ制御装置は、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出する電流値積分手段と、指令トルク、指令回転数に基づいて設定された目標電流積分値と前記電流値積分手段によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出するトルク外乱検出手段と、を更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
従って、電流値積分手段は、前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出し、トルク外乱検出手段は、指令トルク、指令回転数に基づいて設定された目標電流積分値と前記電流値積分手段によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出する。
【００１３】
すなわち、外乱がない場合は、電流値積分手段によって算出される電流積分値と予め設定された目標電流積分値とが一致するが、外乱がある場合には、外乱の大きさに応じて、電流値積分手段によって算出される電流積分値と目標電流積分値との偏差が生じるため、この偏差をトルク外乱信号として検出することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載のモータ制御装置は、前記トルク外乱検出手段によって検出されたトルク外乱信号を前記指令トルクに加算して補正するように構成されたことを特徴とする。
【００１５】
従って、トルク外乱があった場合においても、常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載のモータ制御装置は、前記印加電圧振幅、印加電圧位相基本値、目標印加電圧基本関数積分値の少なくとも一つが、指令回転数又は指令トルク等に応じて予め設定されたマップを用いて算出されるように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
従って、指令回転数又は指令トルクに応じて予め最大効率又は最大トルクとなるように設定されたマップを用いることで、回転数や負荷トルクが変化した場合にも常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。また、マップを用いることで、最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅、電圧位相、目標印加電圧基本関数積分値を計算なしに求めることができるので、安価なマイクロコンピュータによりモータ制御装置を実現することが可能である。
【００１８】
また、請求項６に記載のモータ制御装置は、前記指令回転数の時間当り変化量は、回転数に応じて予め設定された所定範囲内に設定されることを特徴とする。
【００１９】
従って、印加電圧位相設定手段によってフィードバック（印加電圧位相の設定）が行われる間隔は、回転数が増大するほど短くなる（換言すれば、回転数が減少するほど長くなる）ので、指令回転数の時間当り変化を回転数に応じた範囲内で設定することによりフィードバックが適切に行われて最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したモータ制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態のモータ制御装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００２２】
モータ制御装置１は、図１に示すように、複数相（３相）のコイルからなるステータと鉄芯ロータを備えた同期モータとしてのシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（以下、単にモータとも称する）２を駆動するために、インバータ回路３と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）４とから構成されている。
【００２３】
インバータ回路３は、図２の回路図に示すように、直流電源３０が接続されると共に、モータ２のＵ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｕｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（アーム下段）、Ｖ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｖｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｖｌ（アーム下段）、Ｗ相に電力を供給するパワーＭＯＳＦＥＴ３１ｗｈ（アーム上段）、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｗｌ（アーム下段）がそれぞれ接続されている。各相のアーム下段は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌが接続されており、各相のアーム下段のゲート信号がＯＮの時に流れるアーム電流信号を検出する構成となっている。モータ電流とアーム電流との関係は、図３のグラフによって示される通りであり、モータ電流の所定時間間隔毎の電流値がアーム電流値となっている。また、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（３１ｖｌ、３１ｗｌ）はアーム電流を分流して電流を検出する。以後、本明細書では、アーム電流をモータ電流として扱うこととする。尚、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ、３１ｖｌ、３１ｗｌが、本発明の電流検出手段を、パワーＭＯＳＦＥＴ３１ｕｈ、３１ｖｈ、３１ｗｈ、及びセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ、３１ｖｌ、３１ｗｌが複数のスイッチング素子をそれぞれ構成するものである。
【００２４】
マイコン４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭによって構成され、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、トルク設定部４１と、回転数設定部４２と、電圧位相基本値設定部４３と、電圧振幅設定部４４と、印加電圧基本関数作成部４５と、印加電圧デューティ作成部４６と、目標印加電圧基本関数積分値設定部４７と、印加電圧基本関数積分器４８と、フィードバック部４９と、電流値積分器５０と、目標電流積分値設定部５１と、トルク外乱検出部５２とを実現するものである。尚、電圧位相基本値設定部４３及びフィードバック部４９が、本発明の印加電圧位相設定手段を、印加電圧基本関数積分器４８が印加電圧基本関数積分手段を、トルク外乱検出部５３がトルク外乱検出手段を、それぞれ構成するものである。。
【００２５】
トルク設定部４１は、モータ制御装置１が組み込まれた上位装置からの指令等に基づいて指令トルクを設定する。
【００２６】
電流値積分器５０は、インバータ回路３から出力される電流信号に基づいて決定される積分期間において電流信号を積分して電流積分値を算出する。より詳細には、図４に示すように、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点（ｔ１）から次に極性が反転した直後のサンプリング時点（ｔ１０）までの期間を積分期間として電流積分値が算出される。
【００２７】
目標電流積分値設定部５１は、トルク設定部４１において設定された指令トルク、及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、目標電流積分値を設定する。より詳細には、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標電流積分値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから目標電流積分値を読み出して設定が行われる。
【００２８】
ここで、トルク外乱がない場合又はトルク外乱がある場合の電流値と積分値との関係について、図５を参照しつつ説明する。トルク外乱がない場合は、図５（ａ）に示されるように、電流積分器５０によって算出される電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定される目標電流積分値とが一致している。一方、外乱がある場合は、図５（ｂ）に示されるように、電流積分器５０によって算出される電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定される目標電流積分値とに偏差が生じている。
【００２９】
そして、トルク外乱検出部５２は、電流値積分器５０によって算出された電流積分値と目標電流積分値設定部５１によって設定された目標電流積分値との偏差を算出してトルク外乱信号として検出し、このトルク外乱信号にフィードバック系のゲインを乗じた値を用いてトルク設定部４１において設定された指令トルクを補正する。これにより、トルク外乱があった場合でも、トルク外乱の大きさに応じて指令トルクが適切に補正されるため、常に最適なモータ駆動制御を行うことができる。
【００３０】
回転数設定部４２は、モータ制御装置１が組み込まれた上位装置からの指令等に基づいて指令回転数を設定する。尚、指令回転数の時間当り変化量は、回転数に応じて予め設定された所定範囲内に設定される。従って、フィードバック部４９によって印加電圧位相のフィードバック（印加電圧位相の設定）が行われる間隔は、回転数が増大するほど短くなる（換言すれば、回転数が減少するほど長くなる）ので、指令回転数の時間当り変化を回転数に応じた範囲内で設定することによりフィードバックが適切に行われて最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００３１】
電圧位相基本値設定部４３は、トルク設定部４１において設定された指令トルク、及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、電圧位相基本値を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する電圧位相基本値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから電圧位相基本値を読み出して設定が行われる。
【００３２】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる電圧位相角を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図６は、運転条件に対する電圧位相角指令の一例を示すグラフである。
【００３３】
電圧振幅設定部４４は、トルク設定部４１において設定された指令トルク及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、電圧振幅を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する電圧振幅値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから電圧振幅値を読み出して設定が行われる。
【００３４】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図７は、運転条件に対する電圧振幅指令の一例を示すグラフである。
【００３５】
印加電圧基本関数作成部４５は、回転数設定部４２において設定された指令回転数によって決定される周波数、及び電圧位相基本値設定部４３において設定され且つ印加電圧とモータ電圧との位相差に基づいて補正された電圧位相基本値に基づいて印加電圧基本関数を作成する。
【００３６】
印加電圧デューティ作成部４６は、電圧振幅設定部４４において設定された電圧振幅及び印加電圧基本関数作成部４５において作成された印加電圧基本関数より、モータ２を駆動するための印加電圧デューティ（ＰＷＭ信号）を作成してインバータ回路３に供給する。
【００３７】
印加電圧基本関数積分器４８は、印加電圧基本関数作成部４５において作成された印加電圧基本関数を、インバータ回路３から出力される電流信号に基づいて決定される積分期間において積分し、印加電圧基本関数積分値を算出する。
【００３８】
ここで、印加電圧基本関数積分器４８における処理内容について、図８を参照しつつ詳述する。
【００３９】
図８では、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ（３１ｖｌ、３１ｗｌ）により計測されたモータ電流値（アーム電流値）のグラフと、印加電圧基本関数のグラフとが上下に並べて表されている。モータ電流値は、所定周期でサンプリングが行われて、各サンプリング値がグラフ上にプロットされた複数の点によって示されている。ここで、モータ電流値の極性は、図６に示すように、サンプリング時点ｔ０で負、ｔ１〜ｔ９で正、ｔ１０〜ｔ１８で負となっている。すなわち、ｔ１で極性が反転して負から正となり、ｔ１０で再び極性が反転して正から負となっている。
【００４０】
そして、電流のサンプリング値の極性が反転して正となった直後のサンプリング時点ｔ１から、次に極性が反転して負となった直後のサンプリング時点ｔ１０までの期間において印加電圧基本関数の積分を行う。ここで、積分期間（ｔ１〜ｔ１０）は、印加電圧基本関数とモータ電流値との位相差によって決定され、印加電圧基本関数の積分値は、積分期間によって決定される関係となっており、これらの逆も成立する関係となっている。
【００４１】
例えば、位相差＝０°のとき、積分値は図９（ａ）の斜線部分によって示され、最大となる。また、０°＜位相差＜９０°のとき、積分値は図９（ｂ）の斜線部分によって示され、最大値と０との中間の値となる。位相差＝９０°のとき、積分値は図９（ｃ）の斜線部分によって示されるように０となる。さらに、位相差＞９０°となった場合には、積分値は負の値となる。
【００４２】
従って、印加電圧基本関数の積分値を算出することにより、モータ電流値と印加電圧基本関数（すなわち、印加電圧）との位相差を認識することができる。
【００４３】
目標印加電圧基本関数積分値設定部４７は、トルク設定部４１において設定された指令トルク及び回転数設定部４２において設定された指令回転数に基づいて、目標位相差に対応する印加電圧基本関数の積分値である目標印加電圧基本関数積分値を設定する。より詳細には、指令トルク及び指令回転数に対する目標印加電圧基本関数積分値のデータ列からなるデータテーブルがＲＯＭ内に格納されており、指令トルク及び指令回転数に基づいて当該データテーブルから目標印加電圧基本関数積分値を読み出して設定が行われる。
【００４４】
データテーブルは、例えば、運転条件（回転数及び負荷トルク）に対して最大効率又は最大トルクとなる目標印加電圧基本関数積分値を予め実験により求めてマップ化することにより作成される。尚、図１０は、運転条件に対する目標印加電圧基本関数積分値の一例を示すグラフである。
【００４５】
そして、印加電圧基本関数積分器４８において算出された印加電圧基本関数積分値と、目標印加電圧基本関数積分値設定部４７により設定された目標印加電圧基本関数積分値との偏差が求められ、その偏差にゲインを乗じた値が、電圧位相基本値設定部４３の出力側にフィードバックされる構造となっている（フィードバック部を図１で符号４９にて示す）。尚、このフィードバック系のゲインは予め算出されてＲＯＭに格納されている。また、電圧位相基本値設定部４３とフィードバック部４９とが、本発明の印加電圧位相設定手段を構成するものである。すなわち、電圧位相基本値設定部４３によって設定された電圧位相基本値は、目標印加電圧基本関数積分値と印加電圧基本関数積分値との偏差によって表されるモータ電流と印加電圧との位相差情報に基づいて補正された後、印加電圧基本関数作成部４５に入力される。従って、モータ電流と印加電圧との位相差が印加電圧位相にフィードバックされる構成となっているので、モータ２は安定的に駆動制御される。
【００４６】
尚、上述したように、モータ電流の極性情報のみを用いるので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価なセンスＭＯＳＦＥＴを電流センサとして用いることができる。さらに、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少なく、モータ電流と印加電圧との位相差を常に正確に検出することができる。
【００４７】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができる。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御することができる。
【００４８】
また、アーム電流を検出するためのセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等の電流センサを用いることにより、モータ制御装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００４９】
また、電流値積分手段としての電流積分器５０は、電流検出手段としてのセンスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出し、トルク外乱検出部５２は、指令トルク、指令回転数に基づいて目標電流積分値設定部５１によって設定された目標電流積分値と電流値積分器５０によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出する。すなわち、外乱がない場合は、電流積分器５０によって算出される電流積分値と予め設定された目標電流積分値とが一致するが、外乱がある場合には、外乱の大きさに応じて、電流積分器によって算出される電流積分値と目標電流積分値との偏差が生じるため、この偏差をトルク外乱信号として検出することができる。そして、検出されたトルク外乱信号をトルク設定部４１において設定された指令トルクに加算して補正するように構成されているので、トルク外乱があった場合においても、常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。
【００５０】
また、電圧振幅設定部４４，印加電圧位相基本値設定部４３，目標印加電圧基本関数積分値設定部４７において、印加電圧振幅、印加電圧位相基本値、目標印加電圧基本関数積分値が、それぞれ指令回転数又は指令トルク等に応じて予め設定されたマップを用いて算出されるように構成されている。よって、指令回転数又は指令トルクに応じて予め最大効率又は最大トルクとなるように設定されたマップを用いることで、回転数や負荷トルクが変化した場合にも常に最適なモータ駆動制御を実現することができる。また、マップを用いることで、最大効率又は最大トルクとなる電圧振幅、電圧位相、目標印加電圧基本関数積分値を計算なしに求めることができるので、安価なマイクロコンピュータによりモータ制御装置を実現することが可能である。
【００５１】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００５２】
例えば、前記実施形態では、電流積分器５０は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、モータ電流の積分値を算出するように構成したが、これには限られない。例えば、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間を積分期間としてもよい。図１１は、サンプリング値の極性が反転して負から正となった後、連続して正極性となった２回目のサンプリング時点ｔ２を期間の開始とし、次に極性が反転して正から負となった後、連続して負極性となった２回目のサンプリング時点ｔ１１を期間の終了とした例を示している。この変形例によれば、モータ電流の極性反転後に同一極性が所定回連続した時点を期間の開始、又は終了としているので、モータ電流のチャタリングにより電流極性が小刻みに変化する場合においても、期間の開始・終了時点の誤検出をより確実に防止することができる。
【００５３】
また、同様に、前記実施形態では、印加電圧基本関数積分器４８は、センスＭＯＳＦＥＴ３１ｕｌ等によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間において、指令速度及び印加電圧位相により決定される印加電圧基本関数の積分値を算出し、その積分値に基づいてモータ電流と印加電圧との位相差を検出するように構成したが、これには限られない。例えば、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間を積分期間としてもよい。図１２は、サンプリング値の極性が反転して負から正となった後、連続して正極性となった２回目のサンプリング時点ｔ２を期間の開始とし、次に極性が反転して正から負となった後、連続して負極性となった２回目のサンプリング時点ｔ１１を期間の終了とした例を示している。この変形例によれば、モータ電流の極性反転後に同一極性が所定回連続した時点を期間の開始、又は終了としているので、モータ電流のチャタリングにより電流極性が小刻みに変化する場合においても、期間の開始・終了時点の誤検出をより確実に防止することができる。
【００５４】
また、前記実施形態では、本発明をシンクロナスリラクタンスモータの制御装置とした例を示したが、他の種類の同期モータの制御装置として構成することも可能である。例えば、永久磁石をロータ鉄心内に収納してなる内部磁石型永久磁石同期モータ（ＩＰＭモータ）や、永久磁石を回転子鉄心の空隙面に配置してなる表面磁石型永久磁石同期モータ（ＳＰＭモータ）の制御装置に本発明を適用してもよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、各相のアーム下段のアーム電流信号を検出する構成としたが、アーム上段のアーム電流信号を検出する構成としても構わない。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のモータ制御装置によれば、モータ電流の極性情報のみを用いてサンプリング期間を決定するので、電流センサのゲイン誤差を考慮する必要が無く、安価な電流センサを用いることができるという効果を奏する。また、印加電圧基本関数の積分値を用いるので、計算負荷が軽く、安価なマイクロコンピュータ等を用いて計算処理を行うことができるとともに、モータ電流にノイズが混入して積分期間に誤差が生じた場合でも積分値への影響は少ないという利点がある。そして、印加電圧基本関数積分値が目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定するので、同期モータを安定的に駆動制御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】 本発明の実施形態におけるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 インバータ回路の回路図である。
【図３】 モータ電流とアーム電流との関係を示すグラフである。
【図４】 モータ電流のサンプリング値と電流積分値との関係を示すグラフである。
【図５】 （ａ）は外乱なしの場合のモータ電流値と積分値との関係を、（ｂ）は外乱有りの場合のモータ電流値と積分値との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図６】 運転条件に対する電圧位相角指令の一例を示すグラフである。
【図７】 運転条件に対する電圧振幅指令の一例を示すグラフである。
【図８】 モータ電流波形及び印加電圧基本関数の積分値算出の一例を示す説明図である。
【図９】 モータ電流と印加電圧との位相差と印加電圧基本関数積分値との関係を示す説明図である。
【図１０】 運転条件に対する目標印加電圧基本関数積分値の一例を示すグラフである。
【図１１】 変形例におけるモータ電流のサンプリング値と電流積分値との関係を示すグラフである。
【図１２】 他の変形例におけるモータ電流波形及び印加電圧基本関数の積分値算出の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、２…シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）（同期モータ）、３…インバータ回路、４…マイクロコンピュータ、３１ｕｈ，３１ｖｈ，３１ｗｈ…パワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３１ｕｌ，３１ｖｌ，３１ｗｌ…センスＭＯＳＦＥＴ（電流検出手段、スイッチング素子）、４３…電圧位相基本値設定部、４５…印加電圧基本関数作成部、４８…印加電圧基本関数積分器（印加電圧基本関数積分手段）、４９…フィードバック部、４３，４９…（印加電圧位相設定手段）、５０…電流積分器（電流値積分手段）、５２…トルク外乱検出部（トルク外乱検出手段）。
Claims (6)
- 複数相のモータコイルを備えた同期モータを複数のスイッチング素子により構成されるインバータ回路によって駆動制御するモータ制御装置において、
前記複数相のうちの少なくとも一つの相のモータ電流を検出する電流検出手段と、
その電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、指令回転数及び印加電圧位相により決定され、振幅が所定値となる印加電圧基本関数を積分して印加電圧基本関数積分値を算出する印加電圧基本関数積分手段と、
その印加電圧基本関数積分手段によって算出された前記印加電圧基本関数積分値が、指令回転数及び指令トルクに応じて予め設定された目標印加電圧基本関数積分値に合致するように、前記同期モータに印加する印加電圧の位相を設定する印加電圧位相設定手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記電流検出手段は、前記インバータ回路の少なくとも一つのアームの上段又は下段における電流を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記電流検出手段によって検出されたモータ電流を所定周期でサンプリングするとともに、サンプリング値の極性が反転した直後のサンプリング時点から次に極性が反転した直後のサンプリング時点までの期間、又は、サンプリング値の極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点から次に極性が反転した後に同一極性が２以上の所定回連続したサンプリング時点までの期間において、そのサンプリング値を積分して電流積分値を算出する電流値積分手段と、
指令トルク、指令回転数に基づいて設定された目標電流積分値と前記電流値積分手段によって算出された電流積分値との偏差をトルク外乱信号として検出するトルク外乱検出手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。 - 前記トルク外乱検出手段によって検出されたトルク外乱信号を前記指令トルクに加算して補正するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
- 前記印加電圧振幅、印加電圧位相基本値、目標印加電圧基本関数積分値の少なくとも一つが、指令回転数又は指令トルク等に応じて予め設定されたマップを用いて算出されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
- 前記指令回転数の時間当り変化量は、回転数に応じて予め設定された所定範囲内に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置。
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