JP5233262B2 - 回転位置検出装置の位相調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転位置検出装置の位相調整方法に関し、特に、同期モータに対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整する位相調整方法に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動用モータとして、小型で効率の良いモータが求められている。このため、交流同期電動機（以下、同期モータとも称する。）においては、回転子（以下、ロータとも称する。）に永久磁石を備え、その永久磁石による磁極と、固定子（以下、ステータとも称する。）において発生する回転磁界との磁気作用によって回転する永久磁石型モータや、ロータに磁気的な突極性を持たせることにより発生するリラクタンストルクのみを利用したシンクロナスリラクタンスモータ（以下、ＳｙｎＲモータ：Synchronous Reluctance Motorとも称する。）などの様々なモータの研究がなされている。

そして、これらの同期モータを駆動するモータ駆動装置においては、回転磁界によりロータを連続して回転させるために、ロータの回転位置を検出し、ロータの回転位置を示す位置信号に基づいてステータに電流を流すことによって回転磁界を発生させる。したがって、モータ制御においては、ロータの回転位置を確実かつ正確に検出することが重要となる。これには、回転位置検出装置を同期モータの回転軸に取り付ける際に、ロータの回転位置の基準位置となる零点と、回転位置検出装置からの検出値の基準位置となる零点とが正確に一致するように、回転位置検出装置の取り付け位置を周方向に微調整する、いわゆる位相調整を行なうことが必要とされる。

かかる位相調整については、回転位置検出装置が取り付けられる対象が永久磁石型モータである場合には、ロータを一定速度で回転させたときにステータコイルに発生する誘起電圧の時間的変化と、回転位置検出装置により検出される回転位置の時間的変化とが対応するように、モータの回転軸に対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整することにより行なうことができる。

しかしながら、ロータに永久磁石を含まないリラクタンスモータの場合には、ロータを一定速度で回転させてもステータコイルには誘起電圧が発生しないことから、上述した位相調整方法を適用することができない。

ここで、ＳｙｎＲモータと同じリラクタンスモータであって、ステータにも突極構造を有するスイッチトリラクタンスモータに関しては、特開２０００−６９７７９号公報（特許文献１）に、ステータとロータの相対角度と、ロータの角度を検出する角度センサの検出値との整合をとる方法が開示される。これによれば、スイッチトリラクタンスモータの起動開始時に、複数の相をともに励磁し、一定時間後、そのときのロータの角度が基準位置とされる。

また、特開２００４−１５８４９号公報（特許文献２）には、エンコーダの出力信号に基づいてスイッチトリラクタンスモータの通電相を順次切り換えることでロータを回転駆動するモータ制御装置において、電源投入後の初期駆動時に１相通電と２相通電とを交互に切り換えて、エンコーダの出力信号のカウント値とロータの回転位置と通電相との対応関係を学習し、その後に通常駆動時に該学習結果に基づいて通電相を決定する構成が開示される。
特開２０００−６９７７９号公報 特開２００４−１５８４９号公報

上述した特開２０００−６９７７９号公報（特許文献１）に開示される角度センサの整合方法では、ロータを確実に安定点に固定させるために、最初に１つの相を励磁し、その後、２つの相を同時に励磁するようにしている。このような方法に対し、特開２００４−１５８４９号公報（特許文献２）は、最初に１つの相を励磁するのみでは、トルクが小さく、ロータが１つの相に対応する位置まで回転しにくいことを指摘して、１相通電と２相通電とを交互に切り換えることが好ましいとしている。

しかしながら、これらの特許文献に開示される位相調整方法は、ロータの突極を引きつけるように順次通電相を切り換える駆動方法を採用するスイッチトリラクタンスモータに対しては適用可能である一方で、ステータに三相交流電流を流すことで発生する回転磁界に同期してロータが回転する駆動方法を採用するＳｙｎＲモータに対しては、１相だけに通電するという概念が存在しないことから、その適用が困難であった。なお、上記の特許文献には、ＳｙｎＲモータへの適用については何ら検討されていない。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＳｙｎＲモータに対する回転位置検出装置の位相調整を高精度で行なうことができる回転位置検出装置の位相調整方法を提供することである。

この発明によれば、回転位置検出装置の位相調整方法は、複数の突極を有する回転子を備えた同期モータに対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整する回転位置検出装置の位相調整方法である。同期モータは、３相のコイルを有する。回転位置検出装置は、回転子の回転位置を検出し、その検出した回転位置に応じた回転位置信号を出力する。位相調整方法は、３相のコイルのうちの少なくとも２相のコイルに通電する第１のステップと、少なくとも２相のコイルに発生した起磁力を受けて回転子が安定点で静止したときの回転位置信号を取得する第２のステップと、取得された回転位置信号に基づいて、同期モータに対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整する第３のステップとを備える。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、回転子のみに突極構造を有するＳｙｎＲモータにおいても、回転子を確実に安定点に固定させることができるため、回転位置の零点を正確に得ることができる。これにより、回転位置検出装置の位相調整を高精度に行なうことができる。その結果、回転子の回転位置を正確に検出可能となることから、モータ駆動装置の高効率制御が実現される。

好ましくは、第１のステップは、３相のコイルに通電するステップを含む。第２のステップは、３相のコイルに発生した起磁力を受けて回転子が安定点で静止したときの回転位置信号を取得するステップを含む。第３のステップは、取得された回転位置信号に基づいて、回転位置の基準位置を取得するステップを含む。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、ＳｙｎＲモータの３相のコイルに通電することによって、回転子を所定相の配置方向に一致した回転位置を安定点として固定させることができる。これにより、安定点近傍では、２相のコイルに通電した場合に生じるトルク変動が抑制されるため、回転位置の零点を正確に得ることができる。その結果、回転位置検出装置の位相調整を高精度に行なうことができる。

好ましくは、３相のコイルに通電するステップは、第１相のコイルを通過した電流が第２相および第３相のコイルに分流するように通電経路を形成するステップと、第２相のコイルおよび第３相のコイルの少なくとも一方に直列に可変抵抗素子を接続し、かつ、第２相のコイルの通過電流と第３相のコイルの通過電流とが等しくなるように可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップとを含む。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、固定子の巻線構造によって生じるコイル抵抗のばらつきが可変抵抗素子によって吸収されるため、３相コイルの通電時において、回転子を所定相の配置方向に正確に一致した回転位置を安定点として固定させることができる。その結果、回転位置の零点をより正確に得ることができるため、回転位置検出装置の位相調整をより高精度に行なうことができる。

好ましくは、３相のコイルの各々は、複数の導体セグメントが、固定子に設けられたスロットに挿入され、かつ、その端部同士が接合されてなる。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、ＳｙｎＲモータにセグメント式ステータを採用することによって、コイル抵抗が略均等となるため、３相コイルの通電時において、回転子を所定相の配置方向に正確に一致した回転位置を安定点として固定させることができる。その結果、回転位置の零点をより正確に得ることができるため、回転位置検出装置の位相調整をより高精度に行なうことができる。

好ましくは、第１のステップは、回転子に予め回転力を与えた状態で、３相のコイルに通電する。

上記の回転位置検出装置によれば、回転子が不安定点に固定されるのが抑制されるため、回転子を確実に安定点に固定させることができる。

好ましくは、第１のステップは、３相のコイルのうちの２相のコイルに通電するステップを含む。第２のステップは、２相のコイルに発生した起磁力を受けて回転子が安定点で静止したときの回転位置信号を取得するステップを含む。第３のステップは、取得された回転位置信号と、既知の起磁力の方向と第１相の配置方向との位相差とに基づいて、回転位置の基準位置を取得するステップを含む。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、ＳｙｎＲモータの２相のコイルに通電することによって、回転子を所定相の配置方向から既知の位相差だけずれた回転位置に固定させることができるため、回転位置の零点を正確に得ることができる。これにより、回転位置検出装置の位相調整を高精度に行なうことができる。

好ましくは、第１のステップは、回転子に予め回転力を与えた状態で、２相のコイルに通電する。

上記の回転位置検出装置の位相調整方法によれば、回転子が不安定点に固定されるのが抑制されるため、回転子を確実に安定点に固定させることができる。

この発明によれば、ＳｙｎＲモータにおいて、回転位置検出装置の位相調整を高精度で行なうことができる。その結果、回転子の回転位置を正確に検出することが可能となり、ＳｙｎＲモータの高効率制御が実現される。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による回転位置検出装置が搭載されたモータ駆動装置の概略ブロック図である。

図１を参照して、モータ駆動装置は、交流モータＭ１と、直流電源Ｂと、インバータ１４と、電流センサ２４と、回転位置検出装置３０と、制御装置４０とを備える。

交流モータＭ１は、同期モータの一種であって、ロータに永久磁石や巻線を含まないことを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲモータ）により構成される。ＳｙｎＲモータは、ロータに磁気的な突極性を持たせることにより発生するリラクタンストルク、すなわち磁気吸引力のみを利用して回転力を得るリラクタンスモータである。

図２は、図１の交流モータＭ１の断面図である。
図２を参照して、交流モータＭ１は、ロータに突極構造を有する。図２には、３相、ロータの突極数が８の突極構造が例示される。なお、交流モータＭ１は、ロータのみに突極構造を有しており、同じリラクタンスモータであって、ロータ、ステータともに突極構造を有するスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）とは異なるものである。

ロータ２２は、例えば、鉄を主成分とする軟磁性粉末を加圧成形した成形体により形成される。もしくは、軟磁性材料からなる電磁鋼板を突極状に打ち抜いたものを回転軸方向に積層することにより形成してもよい。ロータ２２には図示しない回転軸が固設され、ロータ２２と連動して回転することによって、ロータ２２に発生した回転力を交流モータＭ１の外部へ出力する。

ステータ２０は、円周方向に沿って内周側に７２個のティースと、７２個のスロットとを有する。ティースの各々には、コイルが分布巻によって巻回され、その巻回されたコイルに電流が流されることによって、流された電流の方向に応じた磁界が発生する。図２には代表的に、一部のＵ相のステータコイル１１０，１１２，１１４が例示されるが、各相についてステータコイルが配設されている。

再び図１を参照して、３相のＳｙｎＲモータである交流モータＭ１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの一端は、中性点で互いに接続され、その他端は、インバータ１４のＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７とそれぞれ接続される。インバータ１４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング制御により、直流電源Ｂと交流モータＭ１との間で双方向の電力変換を行なう。

詳細には、インバータ１４は、一般的な３相インバータの構成を有し、電源ラインＬ１とアースラインＬ２との間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。

Ｕ相アーム１５は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなり、Ｖ相アーム１６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム１７は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。

直流電源Ｂは、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなる。電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れる３相分のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、その検出したモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを制御装置４０へ出力する。なお、３相分のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの瞬時値の和は零であるので、電流センサ２４は２相分のモータ電流を検出するように配置してもよい。

回転位置検出装置３０は、例えば、レゾルバ、ロータリーエンコーダまたはホール効果素子などからなる。回転位置検出装置３０は、交流モータＭ１の回転軸に取り付けられており、交流モータＭ１のロータの回転位置θｄを検出する。そして、回転位置検出装置３０は、その検出した回転位置θｄに応じた回転位置信号を制御装置４０へ出力する。

制御装置４０は、図示しない外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値を受け、電流センサ２４からモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを受け、回転位置検出装置３０から回転位置信号（すなわち、回転位置θｄ）を受けると、これらの入力信号に基づいて、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。

インバータ１４は、制御装置４０からの信号ＰＷＭＩに応答したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング制御により、電源ラインＬ１から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧を交流モータＭ１へ出力する。これにより、交流モータＭ１は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した３相交流電圧を制御装置４０によるスイッチング制御に従って直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＬ１に出力する。

以上に述べた図１のモータ駆動装置において、交流モータＭ１の駆動制御を行なうには、ロータ２２の回転位置の正確な検出が必要とされる。これには、回転位置検出装置３０から出力される回転位置の検出値θｄが、実際のロータの回転位置θｉに正確に一致していることが重要となる。

これに対しては、回転位置検出装置３０を交流モータＭ１の回転軸に取り付ける際に、ロータ２２の回転位置θｉの基準位置となる零点（すなわち、θｉ＝０［ｄｅｇ］）と、回転位置の検出値θｄの基準位置となる零点（すなわち、θｄ＝０［ｄｅｇ］）とが正確に一致するように、回転位置検出装置３０の取り付け位置を周方向に微調整する、いわゆる位相調整が行なわれる。以下に、この発明の実施の形態による位相調整方法について説明する。

［回転位置検出装置の位相調整方法］
本発明の実施の形態による位相調整方法は、交流モータＭ１の３相（Ｕ、ＶおよびＷ相）のうちの２相のコイルに通電し、当該２相を励磁することによって行なわれる。

図３は、交流モータＭ１に対する通電動作を説明するための図である。
図３を参照して、交流モータＭ１への通電は、交流モータＭ１のＵ相コイルおよびＶ相コイルを経路として直流電流が流れるように、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフ動作を制御することによって行なわれる。

詳細には、インバータ１４において、Ｕ相アーム１５の正側のスイッチング素子Ｑ１とＶ相アーム１６の負側のスイッチング素子Ｑ４とを同時に導通させる。これにより、インバータ１４と交流モータＭ１との間には、図中の矢印で示される電流経路が形成される。すなわち、電源ラインＬ１〜Ｕ相アーム１５の中間点〜交流モータＭ１のＵ相コイル〜Ｖ相コイル〜Ｖ相アーム１６の中間点〜アースラインＬ２を経路として電流Ｉが流れる。

なお、交流モータＭ１の通電方法としては、上述したインバータ１４のスイッチング制御による構成のほかに、交流モータＭ１のＵ相コイルおよびＶ相コイルの各相端の間に直流電源を接続する構成としてもよい。

図４に、２相のコイルに通電したときのＳｙｎＲモータのモデルを示す。Ｕ相コイルおよびＶ相コイルが通電されることによって、ステータ２０では、図中の矢印で示される方向を中心として起磁力Ｆが発生する。この起磁力Ｆは、コイルを流れる電流の大きさ（すなわち、電流Ｉ）と、一相あたりの巻線数とに比例した大きさとなる。

より詳細には、図４において、Ｕ相巻線軸、Ｖ相巻線軸、およびＷ相巻線軸はそれぞれ、電気角が１２０度の間隔で配置されている。本実施の形態では、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルのそれぞれに電流Ｉを流すことにより、Ｕ相巻線軸方向およびＶ相巻線軸方向には、互いに等しい大きさの起磁力がそれぞれ発生する。そして、これらの起磁力が合成されて、図４のような起磁力Ｆとなる。したがって、合成された起磁力Ｆは、Ｕ相巻線軸とＶ相巻線軸との中心線をその方向とするように形成され、Ｕ相巻線軸に対しては３０度の位相差αを有することとなる（α＝３０［ｄｅｇ］）。

図５は、２相のコイルに通電したときの交流モータＭ１を説明する図である。
図５を参照して、Ｕ相巻線軸は、Ｕ相のステータコイル１１０，１１２，１１４（図２）が巻回されるティース群（Ｕ＋，Ｕ−）の中心を通るように配置される。起磁力Ｆは、このＵ相巻線軸から位相差αだけずれた方向に発生している。起磁力Ｆは、ロータ２２の突極を引きつけるようにして、トルクを発生させる。そして、ロータ２２の突極が起磁力Ｆの方向に完全に重なる位置になるとき、磁路のリラクタンス（磁気抵抗）は最小となり、吸引力は径方向のみとなる。すなわち、トルクが零となってロータ２２が静止する。ロータ２２が静止した状態において、ロータ２２およびステータ２０には、図５に示すような磁束の通路（磁路）が形成されている。

ここで、ＳｙｎＲモータでは、磁束の通りやすい磁気的な突極がなる方向をｄ軸とし、かつ、通りにくい方向をｑ軸と定義される。したがって、ロータ２２が静止した状態において、その回転位置は、ロータ２２の突極の中心線がｄ軸となるように固定される。すなわち、ロータ２２が静止した状態では、Ｕ相巻線軸とｄ軸との間には、位相差α（＝３０［ｄｅｇ］）に等しいずれが生じていることとなる。

そこで、本実施の形態による位相調整方法は、２相のコイルに通電したときに固定されたロータ２２の回転位置に対して、位相差α（＝３０［ｄｅｇ］）を補正した回転位置を、ロータ２２の回転位置θｉの基準位置となる零点（θｉ＝０［ｄｅｇ］）に設定する構成とする。なお、位相差αは、先の図３のモータモデルで示されるように、２相通電時において既知の値である。

そして、回転位置の検出値θｄの零点（θｄ＝０［ｄｅｇ］）が、この回転位置θｉの零点と正確に一致するように、回転位置検出装置の取り付け位置を周方向に微調整する構成とする。

このような構成としたことにより、ＳｙｎＲモータにおいても、回転位置検出装置３０の位相調整を高精度に行なうことが可能となる。その結果、ロータ２２の回転位置を正確に検出可能となることから、モータ駆動装置の高効率制御が実現される。

ここで、交流モータＭ１の２相のコイルに通電した場合には、ロータ２２は、最終的にトルクが零となる回転位置で固定されるが、このときの回転位置には、図６に示されるように、安定点と不安定点とが存在する。図６は、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルを通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明する図である。

図６を参照して、ロータ２２の回転位置θｉは、時計方向に増加する。回転位置θｉの零点（θｉ＝０［ｄｅｇ］）は、トルクが零となる回転位置から位相差αに相当する３０度だけずれた位置となっている。

図６の関係において、トルクが零となる回転位置が−３０度の付近では、−３０度よりも位相が進んだ位置では逆回転（反時計方向）のトルクがかかり、−３０度よりも位相が遅れた位置では、正回転（時計方向）のトルクがかかる。そのため、回転位置θｉ＝−３０度がロータ２２の安定点ＳＰとなる。

その一方で、図６の関係では、回転位置θｉ＝−１２０度（６０度）のときにもトルクが零となっている。この回転位置θｉが−１２０度付近では、−１２０度よりも位相が進んだ位置では正回転（時計方向）のトルクがかかり、−１２０度よりも位相が遅れた位置では逆回転（反時計方向）のトルクがかかる。すなわち、回転位置θｉ＝−１２０度は、一応トルクが零となってロータ２２が固定されるものの、わずかな外力の作用によって安定点ＳＰへの移動現象が生じてしまう、不安定点ＵＳＰとなる。万一ロータ２２がこの不安定点ＵＳＰに固定されてしまうと、回転位置θｉの零点を誤って認識することとなる。

そこで、本実施の形態による位相調整方法では、ロータ２２が不安定点ＵＳＰに固定されるのを防止するために、上述した２相のコイルの通電動作に先立って、ロータ２２に予め回転力を与えておく構成とする。

これによれば、ロータ２２が不安定点ＵＳＰで静止しようとしても回転力が作用しているため、回転位置が安定点ＳＰまで移動して静止することになる。したがって、ロータ２２を正確に安定点ＳＰに固定することができる。その結果、確実に回転位置θｉの零点が得られるため、回転位置検出装置３０の位相調整を高精度に行なうことができる。

図７は、この発明の実施の形態１による回転位置検出装置の位相調整方法を説明するためのフローチャートである。

図７を参照して、最初に、交流モータＭ１の外部からロータ２２に対して回転力を与える（ステップＳ０１）。そして、ロータ２２が回転している状態で、制御装置４０は、交流モータＭ１のＵ相コイルおよびＶ相コイルを通電してＵ相およびＶ相を励磁する（ステップＳ０２）。

ステップＳ０２において、２相を励磁したことにより、ステータ２０には、Ｕ相巻線軸から位相差α（３０度）だけずれた方向に、Ｕ相およびＶ相の合成起磁力が生じる。そして、この合成起磁力にロータ２２の突極が吸引されてトルクが発生し、ロータ２２が回転する。最終的に、ロータ２２は、その突極の中心線がＵ相巻線軸に対して位相差αだけずれた回転位置に固定される。この固定された回転位置が２相を励磁したときの安定点ＳＰ（図６）である。

そして、ロータ２２が安定点ＳＰに固定されると、制御装置４０は、回転位置検出装置３０から出力される回転位置信号を取得する（ステップＳ０３）。なお、回転位置信号は、回転位置検出装置３０にて検出される回転位置θｄに応じた信号である。

次に、取得された回転位置θｄと既知の位相差αとに基づいて、回転位置検出装置３０の位相調整が行なわれる（ステップＳ０４）。具体的には、回転位置θｄから位相差αだけ補正した回転位置が、回転位置θｄの零点となるように、回転位置検出装置３０と交流モータＭ１の回転軸との相対的な位相を調整する。最後に、回転位置検出装置３０は、その調整された位相を保持するように、ボルト等によって交流モータＭ１の回転軸に固定される。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、ＳｙｎＲモータの２相のコイルを通電したときのロータの回転位置と既知の位相差とに基づいて、ロータの回転位置の零点が得られるため、回転位置検出装置の位相調整を精度良く行なうことができる。その結果、回転子の回転位置を正確に検出可能となり、モータ駆動装置の高効率制御が実現される。

［実施の形態２］
上述の本発明による回転位置検出装置の位相調整は、ＳｙｎＲモータの３相のコイルに通電することによっても行なうことができる。本実施の形態では、３相のコイルに通電した場合の位相調整方法について説明する。

図８は、この発明の実施の形態２による交流モータＭ１に対する通電動作を説明するための図である。

図８を参照して、交流モータＭ１への通電は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを経路として直流電流が流れるように、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフ動作を制御することによって行なわれる。

詳細には、インバータ１４において、Ｕ相アーム１５の正側のスイッチング素子Ｑ１と、Ｖ相アーム１６の負側のスイッチング素子Ｑ４と、Ｗ相アーム１７の負側のスイッチング素子Ｑ６とを同時に導通させる。これにより、インバータ１４と交流モータＭ１との間には、図中の矢印で示される電流経路が形成される。すなわち、電源ラインＬ１〜Ｕ相アーム１５の中間点〜交流モータＭ１のＵ相コイルを経路として流れた電流Ｉは、その後、Ｖ相コイル〜Ｖ相アーム１６の中間点〜アースラインＬ２を第１の経路として流れる電流と、Ｗ相コイル〜Ｗ相アーム１７の中間点〜アースラインＬ２を第２の経路として電流とに分岐される。

なお、交流モータＭ１の通電方法としては、上述したインバータ１４のスイッチング制御による構成のほかに、交流モータＭ１のＵ相コイルおよびＶ相コイルの各相端の間およびＵ相コイルおよびＷ相コイルの各相端の間に直流電源を接続する構成としてもよい。

さらに、本実施の形態では、第１の経路を流れる電流と第２の経路を流れる電流とが互いに等しくなるように、電流値を調整する構成とする。これにより、ステータコイルの巻線構造に起因して生じるコイル抵抗のばらつきを吸収することができる。

具体的には、図８に示すように、Ｖ相コイルとスイッチング素子Ｑ４との間には、可変抵抗素子Ｒ１が直列に接続される。そして、制御装置４０は、電流センサ２４からＶ相のモータ電流ＩｖおよびＷ相のモータ電流Ｉｗを取得すると、その取得したモータ電流Ｉｖとモータ電流Ｉｗとが互いに等しくなるように、可変抵抗素子Ｒ１の抵抗値の調整を行なう。

なお、可変抵抗素子Ｒ１は、ステータコイルの巻線構造に基づいて相対的にコイル長が長くなる相に対して設けられる。したがって、Ｗ相コイルとスイッチング素子Ｑ６との間に可変抵抗素子Ｒ１を配置する構成としても良い。

以上のような可変抵抗素子Ｒ１の抵抗値の調整を行なうことにより、図８に示した電流経路では、Ｖ相コイルを通過する第１の経路と、Ｗ相コイルを通過する第２の経路とには、電流Ｉ／２ずつが流れることになる。これにより、ステータ２０には、図９の矢印で示される方向を中心として起磁力Ｆが発生する。

図９は、３相のコイルに通電したときのＳｙＲｎモータのモデルである。図９において、Ｕ相巻線軸、Ｖ相巻線軸およびＷ相巻線軸はそれぞれ、電気角が１２０度の間隔で配置されている。

図９を参照して、Ｕ相コイルを流れた電流Ｉが、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの間でＩ／２ずつ流れるように調整したことによって、Ｖ相巻線軸方向およびＷ相巻線軸方向には、互いに等しい大きさの起磁力がそれぞれ発生する。なお、Ｖ相巻線軸方向およびＷ相巻線方向のそれぞれに発生する起磁力は、Ｕ相巻線軸方向に発生する起磁力の略半分の大きさとなっている。

そして、これら３つの起磁力が合成されて、図９のような起磁力Ｆとなる。合成された起磁力Ｆは、Ｕ相巻線軸に一致した方向を有している。この起磁力Ｆは、ロータ２２の突極を引きつけるようにして、トルクを発生させる。そして、ロータ２２の突極が起磁力の方向に完全に重なる位置になるとき、磁路のリラクタンスは最小となり、吸引力は径方向のみとなる。すなわち、トルクが零となってロータ２２が静止する。ロータ２２が静止した状態では、ロータ２２とステータ２０には、図１０に矢印で示されるような磁路が形成される。

図１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明するための図である。

図１０を参照して、ロータ２２は、その突極の中心線がｄ軸となるように、その回転位置が固定される。上述したように、Ｕ相巻線軸と一致した方向に起磁力Ｆを発生させたことによって、ロータ２２が静止した状態では、ｄ軸とＵ相巻線軸とが一致している。

そこで、本実施の形態による位相調整方法は、３相コイルに通電したときに固定されたロータ２２の回転位置を、ロータ２２の回転位置θｉの基準点となる零点（θｉ＝０［ｄｅｇ］）に設定し、回転位置の検出値θｄの零点（θｄ＝０［ｄｅｇ］）が、その設定した回転位置θｉの零点と正確に一致するように、回転位置検出装置の取り付け位置を周方向に微調整する構成とする。

さらに、本実施の形態においても、ロータ２２が不安定点に固定されるのを防止するために、３相のコイルの通電動作に先立って、ロータ２２に予め回転力を与えておく構成とする。

図１１は、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルを通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明する図である。

図１１を参照して、ロータ２２の回転位置θｉは、時計方向に増加する。回転位置θｉの零点（０［ｄｅｇ］）は、トルクが零となる回転位置となっている。図１１の関係において、トルクが零となる回転位置θｉ＝０［ｄｅｇ］は、ロータ２２の安定点ＳＰとなる。これに対して、回転位置θｉ＝−９０［ｄｅｇ］は、ロータ２２の不安定点ＵＳＰとなる。

したがって、通電動作に先立ってロータ２２に予め回転力を与えておくことにより、ロータ２２が不安定点ＵＳＰで静止しようとしても回転力が作用するため、回転位置が安定点ＳＰまで移動して静止することになる。したがって、ロータ２２を確実に安定点ＳＰに固定することができる。

ここで、先の図６に示した２相通電時のトルクと回転位置との関係と、図１１に示した３相通電時のトルクと回転位置との関係とを比較すると、図６に示した関係では、安定点ＳＰ付近においてトルクに若干の変動が生じている。かかるトルクの変動は、Ｕ相巻線方向およびＶ相巻線方向にそれぞれ発生した起磁力の影響によるものである。これに対して、図１１に示した関係では、Ｕ相巻線方向のみに起磁力が生じているため、トルクに変動が見られない。したがって、３相通電時には、２相通電時に対して、ロータ２２をより確実に安定点ＳＰに固定することが可能となる。

図１２は、この発明の実施の形態による回転位置検出装置の位相調整方法を説明するためのフローチャートである。

図１２を参照して、最初に、交流モータＭ１の外部からロータ２２に回転力を与える（ステップＳ１１）。そして、ロータ２２が回転している状態で、制御装置４０は、交流モータＭ１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを通電し、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を励磁する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で３相コイルの通電が行なわれると、制御装置４０は、電流センサ２４からモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを取得する（ステップＳ１３）。そして、その取得したモータ電流のうちのモータ電流Ｉｖとモータ電流Ｉｗとが互いに等しい電流値となるように、可変抵抗素子Ｒ１の抵抗値を調整する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４においてモータ電流Ｉｖおよびモータ電流Ｉｗが互いに等しくなるように、３相のコイルを通電したことにより、ステータ２０には、Ｕ相巻線軸と一致した方向に、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の合成起磁力が生じる。そして、この合成起磁力にロータ２２の突極が吸引されてトルクが発生することによって、ロータ２２が回転する。最終的に、ロータ２２は、その突極の中心線がＵ相巻線軸と一致した位置に固定される。この固定された回転位置が３相を励磁したときの安定点ＳＰ（図１１）である。

そして、ロータ２２が安定点ＳＰで固定されると、回転位置検出装置３０から出力される回転位置信号が取得される（ステップＳ１５）。なお、回転位置信号は、回転位置検出装置３０にて検出される回転位置θｄに応じた信号である。

次に、取得した回転位置θｄに基づいて、回転位置検出装置３０の位相調整が行なわれる（ステップＳ１６）。具体的には、取得した回転位置θｄが零点となるように、回転位置検出装置３０と交流モータＭ１の回転軸との相対的な位相を調整する。最後に、回転位置検出装置３０は、その調整された位相を保持するように、ボルト等によって交流モータＭ１の回転軸に固定される。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、ＳｙｎＲモータの３相のコイルを通電したときのロータの回転位置をＵ相巻線軸に一致させることができるため、より正確にロータの回転位置の零点を得ることが可能となる。その結果、回転位置検出装置の位相調整の精度が高められる。

［変形例］
先の実施の形態２で示したモータ電流Ｉｖおよびモータ電流Ｉｗの間における電流値の調整については、交流モータＭ１のステータ２０に、ステータコイルに導体セグメントを使用したセグメント式ステータを採用することにより、その工程を省略することが可能となる。

図１３は、セグメント式ステータを採用したステータ２０のコイルエンド部分を示した斜視図である。

図１３を参照して、導体セグメント１２０は、矩形断面の線形平角形状をした銅等の電気導体に絶縁被膜を被覆して形成された線材である。導体セグメント１２０は、複数本が１つのスロット２６内に挿入され、スロット２６から出た軸方向端部において屈曲および捻りが加えられる。この軸方向端部は、他のスロットに挿入された導体セグメントと溶接などによって接合されてコイルエンド部を構成する。

ステータ２０にセグメント式ステータを採用することによって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルエンド部が均等に配置される。これにより、各相のコイル長が等しくなり、コイル抵抗が均一となる。その結果、上述した３相コイルの通電時においてモータ電流Ｉｖおよびモータ電流Ｉｗが等しくなるため、可変抵抗素子Ｒ１（図８）を用いた電流値の調整を行なうことなく、容易にＳｙｎＲモータのｄ軸とＵ相巻線軸とを一致させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ＳｙｎＲモータの回転子の回転位置を検出する回転位置検出装置およびそれを備えるモータ駆動装置に適用することができる。

この発明の実施の形態１による回転位置検出装置が搭載されたモータ駆動装置の概略ブロック図である。 図１の交流モータの断面図である。 交流モータに対する通電動作を説明するための図である。 ２相のコイルに通電したときのＳｙｎＲモータのモデルである。 ２相のコイルに通電したときの交流モータＭ１を説明する図である。 Ｕ相コイルおよびＶ相コイルに通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１による回転位置検出装置の位相調整方法を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２による交流モータＭ１に対する通電動作を説明するための図である。 ３相を通電したときのＳｙＲｎモータのモデルである。 Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明するための図である。 Ｕ相コイルおよびＶ相コイルに通電した場合のトルクと回転位置との関係を説明する図である。 この発明の実施の形態による回転位置検出装置の位相調整方法を説明するためのフローチャートである。 セグメント式ステータを採用したステータのコイルエンド部分を示した斜視図である。

符号の説明

１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ ステータ、２２ ロータ、２４ 電流センサ、２６ スロット、３０ 回転位置検出装置、４０ 制御装置、１１０，１１２，１１４ ステータコイル、１２０ 導体セグメント、Ｂ 直流電源、Ｄ１〜Ｄ６ 逆並列ダイオード、Ｌ１ 電源ライン、Ｌ２ アースライン、Ｍ１ 交流モータ、Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子、Ｒ１ 可変抵抗素子。

Claims (4)

1. 複数の突極を有する回転子を備えた同期モータに対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整する回転位置検出装置の位相調整方法であって、
   前記同期モータは、３相のコイルを有し、
   前記回転位置検出装置は、前記回転子の回転位置を検出し、その検出した回転位置に応じた回転位置信号を出力し、
   前記位相調整方法は、
   前記回転子に予め回転力を与えた状態で前記３相のコイルに通電する第１のステップと、
   前記３相のコイルに発生した起磁力を受けて前記回転子が安定点で静止したときの前記回転位置信号を取得する第２のステップと、
   取得された前記回転位置信号に基づいて前記回転位置の基準位置を取得することにより、前記同期モータに対する前記回転位置検出装置の相対的な位置を調整する第３のステップとを備える、回転位置検出装置の位相調整方法。
2. 前記３相のコイルに通電するステップは、
   第１相のコイルを通過した電流が第２相および第３相のコイルに分流するように通電経路を形成するステップと、
   前記第２相のコイルおよび前記第３相のコイルの少なくとも一方に直列に可変抵抗素子を接続し、かつ、前記第２相のコイルの通過電流と前記第３相のコイルの通過電流とが等しくなるように前記可変抵抗素子の抵抗値を調整するステップとを含む、請求項１に記載の回転位置検出装置の位相調整方法。
3. 前記３相のコイルの各々は、複数の導体セグメントが、固定子に設けられたスロットに挿入され、かつ、その端部同士が接合されてなる、請求項１に記載の回転位置検出装置の位相調整方法。
4. 複数の突極を有する回転子を備えた同期モータに対する回転位置検出装置の相対的な位相を調整する回転位置検出装置の位相調整方法であって、
   前記同期モータは、３相のコイルを有し、
   前記回転位置検出装置は、前記回転子の回転位置を検出し、その検出した回転位置に応じた回転位置信号を出力し、
   前記位相調整方法は、
   前記回転子に予め回転力を与えた状態で前記３相のコイルのうちの２相のコイルに通電する第１のステップと、
   前記２相のコイルに発生した起磁力を受けて前記回転子が安定点で静止したときの前記回転位置信号を取得する第２のステップと、
   取得された前記回転位置信号と、既知の前記起磁力との方向および第１層の配置方向との位相差とに基づいて、前記回転位置の基準位置を取得することにより、前記同期モータに対する前記回転位置検出装置の相対的な位置を調整する第３のステップとを備える、回転位置検出装置の位相調整方法。

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