JP6646484B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期モータのロータの回転位置（以下、単に「ロータ位置」という）をセンサレスで検出する機能を備えたモータ制御装置に関する。

この種のモータ制御装置の一例として、特許文献１に記載されたモータ制御装置が知られている。特許文献１に記載されたモータ制御装置は、電流波高値、電流電気角及び誘起電圧電気角を検出し、電流波高値と［誘起電圧電気角−電流電気角］とに基づいてロータ位置を検出している。具体的には、前記モータ制御装置は、あらかじめ作成された、電流波高値及び［誘起電圧電気角−電流電気角］をパラメータとするデータテーブルから電流位相又は誘起電圧位相を求め、「ロータ位置＝電流電気角−電流位相−９０°」又は「ロータ位置＝誘起電圧電気角−誘起電圧位相−９０°」で表されるロータ位置計算式を用いてロータ位置を検出している。

特開２０１１−１０４３８号公報

しかし、上述の従来のモータ制御装置においては、例えば高速回転のために弱め磁束制御が行われた場合、換言すれば、ｄ軸電流（負）を増加させるために電流位相を大きく進角させた場合に、ロータ位置を誤検出してしまうおそれがあった。以下、この点について説明する。

図７（Ａ）は、通常制御時のモータベクトル図の一例を示しており、図７（Ｂ）は、弱め磁束制御時のモータベクトル図の一例を示している。図７（Ａ）と図７（Ｂ）とを比較すると、電流波高値Ｉｐと［誘起電圧電気角−電流電気角］に相当する［誘起電圧位相γ−電流位相β］とについては両者で等しいが、電流位相β及び誘起電圧位相γについては両者で異なる。このことは、電流波高値及び［誘起電圧電気角−電流電気角］に対応する電流位相又は誘起電圧位相が一つとは限らないことを示している。このため、電流波高値及び［誘起電圧電気角−電流電気角］をパラメータとする前記データテーブルから電流位相又は誘起電圧位相を求める構成の前記従来のモータ制御装置においては、図７（Ａ）の状態と図７（Ｂ）の状態とが区別されず、例えば弱め磁束制御が行われた場合に、実際の電流位相（又は誘起電圧位相）とは異なる電流位相（又は誘起電圧位相）を用いてロータ位置を検出してしまう（すなわち、ロータ位置を誤検出してしまう）おそれがあった。

そこで、本発明は、通常制御時はもちろん、例えば弱め磁束制御が行われた場合であってもロータ位置を精度よく検出することのできるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、モータ制御装置は、同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部と、前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出部と、前記電流検出部で検出された電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出部と、前記電流検出部で検出された電流と、前記印加電圧検出部で検出された印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出部と、前記誘起電圧波高値と前記同期モータの回転速度とに基づいてロータの鎖交磁束を検出する鎖交磁束検出部と、前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び［前記誘起電圧電気角−前記電流電気角］に基づいて求められる第１電気位相又は第１誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第１ロータ位置検出部と、前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び前記鎖交磁束に基づいて求められる第２電気位相又は第２誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第２ロータ位置検出部と、前記第１ロータ位置検出部及び前記第２ロータ位置検出部のいずれか一方を選択する選択部と、を含む。

本発明の他の側面によると、モータ制御装置は、同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部と、前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出部と、前記電流検出部で検出された電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出部と、前記電流検出部で検出された電流と、前記印加電圧検出部で検出された印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出部と、前記誘起電圧波高値と前記同期モータの回転速度とに基づいてロータの鎖交磁束を検出する鎖交磁束検出部と、前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び［前記誘起電圧電気角−前記電流電気角］に基づいて求められる第１電気位相又は第１誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第１ロータ位置検出部と、前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び前記鎖交磁束に基づいて求められる第２電気位相又は第２誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第２ロータ位置検出部と、前記第１ロータ位置検出部で検出されたロータ位置と、前記第２ロータ位置検出部で検出されたロータ位置との重み付け加算を行って最終的なロータ位置を決定するロータ位置決定部と、を含む。

前記モータ制御装置によれば、前記選択部が前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部を適宜選択することによって、又は、前記ロータ位置決定部が適切な重み付け係数を用いて前記重み受け加算を行うことによって、通常制御時はもちろん、前記弱め磁束制御が行われた場合であってもロータ位置を精度よく検出することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 正弦波通電が行われているときの相電流波形図である。 正弦波通電が行われているときの誘起電圧波形図である。 ロータ座標（ｄ−ｑ座標）系のモータベクトル図である。 第１ロータ位置検出部で使用されるデータテーブル及び第２ロータ位置検出部で使用されるデータテーブルを説明するための図であり、（Ａ）相電流波高値が低い場合、（Ｂ）相電流波高値が中程度の場合、（Ｃ）相電流波高値が高い場合を示す。 本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 従来のモータ制御装置に関する問題点を説明するための図であり、（Ａ）通常制御時のモータベクトル図の一例、（Ｂ）弱め磁束制御時のモータベクトル図の一例を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。実施形態に係るモータ制御装置１０は、同期モータ１１のロータ位置をセンサレスで検出する機能を備えている。また、モータ制御装置１０は、主にインバータ１２を制御するものであり、インバータ１２は、直流電源１３からの直流電力を交流電力に変換して同期モータ１１に供給するように構成されている。

同期モータ１１は、３相のスター結線型のものであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルを含むステータと、永久磁石を含むロータとを有する。図中にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータコイルのみを示し、その他は図示を省略してある。なお、スター結線型を例として示すがデルタ結線でも同様に適用される。

インバータ１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに上アーム側のスイッチング素子＋Ｕ，＋Ｖ，＋Ｗ及び下アーム側のスイッチング素子−Ｕ、−Ｖ、−Ｗを直流電源１３の高位側と低位側の間に直列接続してある。また、下アーム側スイッチング素子−Ｕ、−Ｖ、−Ｗの低位側には、各相に流れる電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが設けられている。

モータ制御装置１０は、回転制御部２１、インバータ駆動部２２、相電流検出部（電流検出部）２３、印加電圧検出部２４、相電流波高値・電気角検出部（電流波高値・電気角検出部）２５、誘起電圧波高値・電気角検出部２６、鎖交磁束検出部２７、第１ロータ位置検出部２８、第２ロータ位置検出部２９及び選択部３０を含む。

回転制御部２１は、操作部（図示省略）からの運転指令と、ロータ位置θｍとに基づいて、同期モータ１１を所定の回転速度ωで回転させ又は停止させるための制御信号をインバータ駆動部２２に出力する。なお、ロータ位置θｍは、後述するように、第１ロータ位置検出部２８で検出される第１ロータ位置θｍ１又は第２ロータ位置検出部２９で検出する第２ロータ位置θｍ２である。

インバータ駆動部２２は、回転制御部２１からの制御信号に基づいて、インバータ１２の各スイッチング素子＋Ｕ〜−Ｗをオンオフ駆動し、これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータコイルに対して正弦波通電（１８０度通電）を行う。

相電流検出部２３は、シャント抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗにかかる電圧を測定することによって、Ｕ相のステータコイルに流れるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相のステータコイルに流れるＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相のステータコイルに流れるＷ相電流Ｉｗをそれぞれ検出する。

印加電圧検出部２４は、上アーム側スイッチング素子＋Ｕ〜＋ＷからＵ相のステータコイル、Ｖ相のステータコイル、Ｗ相のステータコイルへそれぞれ印加されるＵ相印加電圧Ｖｕ、Ｖ相印加電圧Ｖｖ、Ｗ相印加電圧Ｖｗを検出する。

相電流波高値・電気角検出部２５は、電流検出部２１で検出される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの値に基づいて、相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉ（ステータαβ座標系）を検出する。相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉの検出方法は、次のとおりである。

図２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波通電が行われているときの相電流波形図である。正弦波形を成すＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗにはそれぞれ１２０°の位相差がある。この相電流波形図からすれば、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと相電流波高値Ｉｐと相電流電気角θｉとの間には下式１が成立する。相電流波高値・電気角検出部２５は、相電流検出部２３で検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗに基づき、下式１によって相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉを求める。
［式１］
・Ｉｕ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ）
・Ｉｖ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ−２／３π）
・Ｉｗ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ＋２／３π）

誘起電圧波高値・電気角検出部２６は、相電流検出部２３で検出された相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、印加電圧検出部２４で検出された印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとに基づいて、誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅ（ステータαβ座標系）を検出する。誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅの検出方法は、次のとおりである。

図３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に正弦波通電が行われているときの誘起電圧波形図である。正弦波形を成すＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗにはそれぞれ１２０°の位相差がある。この誘起電圧波形図からすれば、誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと誘起電圧波高値Ｅｐと誘起電圧電気角θｅとの間には下式２が成立する。
［式２］
・Ｅｕ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ）
・Ｅｖ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ−２／３π）
・Ｅｗ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ＋２／３π）

一方、印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとステータコイルの抵抗値Ｒｃｕ、Ｒｃｖ、Ｒｃｗ（モータパラメータとして既知）と誘起電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗとの間には下式３が成立する。
［式３］
・Ｖｕ−Ｉｕ×Ｒｃｕ＝Ｅｕ
・Ｖｖ−Ｉｖ×Ｒｃｖ＝Ｅｖ
・Ｖｗ−Ｉｗ×Ｒｃｗ＝Ｅｗ

誘起電圧波高値・電気角検出部２６は、相電流検出部２３で検出されたＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗと、印加電圧検出部２４で検出されたＵ相印加電圧Ｖｕ、Ｖ相印加電圧Ｖｖ、Ｗ相印加電圧Ｖｗとに基づいて、式３からＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗを求め、そして、求めたＵ相誘起電圧Ｅｕ、Ｖ相誘起電圧Ｅｖ、Ｗ相誘起電圧Ｅｗに基づいて、式２から誘起電圧波高値Ｅｐ及び誘起電圧電気角θｅを求める。

鎖交磁束検出部２７は、誘起電圧波高値・電気角検出部２６で検出された誘起電圧波高値Ｅｐと、回転制御部２１から入力されるロータ回転速度ω（前回値）と、に基づいてロータの鎖交磁束（鎖交磁束数）Ψｐ（＝Ｅｐ／ω）を検出する。

第１ロータ位置検出部２８は、相電流波高値・電気角検出部２５で検出された相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉと、誘起電圧波高値・電気角検出部２６で検出された誘起電圧電気角θｅとに基づいてロータ位置を検出する。具体的には、第１ロータ位置検出部２８は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる電流位相とからロータ位置を検出する。なお、以下の説明において、第１ロータ位置検出部２８によって検出されるロータ位置を「第１ロータ位置θｍ１」といい、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる電流位相を「第１電流位相β１」という。

第１ロータ位置検出部２８は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる第１電流位相β１とを変数として含む第１ロータ位置計算式（下式４）を用いて第１ロータ位置θｍ１を検出する。
［式４］
第１ロータ位置θｍ１＝相電流電気角θｉ−第１電流位相β１−９０°

式４における第１電流位相β１は、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］をパラメータとして予め作成されたデータテーブルＴＡを参照することで選出される。当該データテーブルＴＡは、例えば次のようにして作成されて、あらかじめメモリに保存されている。

図４は、同期モータ１１のロータが回転しているときのモータベクトル図であり、印加電圧Ｖ（Ｖｕ〜Ｖｗ）、電流Ｉ（Ｉｕ〜Ｉｗ）、誘起電圧Ｅ（Ｅｕ〜Ｅｗ）の関係がｄ−ｑ座標にベクトルで表されている。誘起電圧Ｅは［ωΨ］で表される。図４において、Ｖｄは印加電圧Ｖのｄ軸成分、Ｖｑは印加電圧Ｖのｑ軸成分、Ｉｄは電流Ｉのｄ軸成分、Ｉｑは電流Ｉのｑ軸成分、Ｅｄは誘起電圧Ｅのｄ軸成分、Ｅｑは誘起電圧Ｅのｑ軸成分である。また、ｑ軸を基準とした電圧位相がα、ｑ軸を基準とした電流位相がβ、ｑ軸を基準とした誘起電圧位相がγである。さらに、図中のΨａは永久磁石の磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｒはステータコイルの抵抗値（Ｒｃｕ〜Ｒｃｗ）、Ψはロータの鎖交磁束である。

このモータベクトル図からすれば、下式５が成立し、下式５の右辺からωに関する値を左辺に移して下式６が得られる。
［式５］
［式６］

このように図４のモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎としてデータテーブルＴＡが予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、［誘起電圧位相γ−電流位相β］が所定値のときの電流位相βを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、［誘起電圧位相γ−電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］と、をパラメータとした電流位相（第１電流位相β１）のデータテーブルＴＡを作成する。

詳しくは、例えば、電流位相βを−１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、同期モータ１１に固有のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑを利用して、モータベクトル図を基に電圧位相α、電流位相β、誘起電圧位相γを求める。そして、［誘起電圧位相γ−電流位相β］が１°，２°，３°，…のときの電流位相βを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、［誘起電圧位相γ−電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］をもう１つのパラメータとした第１電流位相β１のデータテーブルＴＡが作成される。

そして、第１ロータ位置検出部２８は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づきデータテーブルＴＡから選出される第１電流位相β１とを上述の第１ロータ位置計算式（式４）に代入することによって第１ロータ位置θｍ１を検出（算出）する。

第２ロータ位置検出部２９は、相電流波高値・電気角検出部２５で検出された相電流波高値Ｉｐと、鎖交磁束検出部２７で検出された鎖交磁束Ψｐとに基づいてロータ位置を検出する。具体的には、第２ロータ位置検出部２９は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束数Ψｐに基づいて求められる電流位相とからロータ位置を検出する。なお、以下の説明において、第２ロータ位置検出部２９によって検出されるロータ位置を「第２ロータ位置θｍ２」といい、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束Ψｐに基づいて求められる電流位相を「第２電流位相β２」という。

第２ロータ位置検出部２９は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる第２電流位相β２とを変数として含む第２ロータ位置計算式（下式７）を用いて第２ロータ位置θｍ２を検出する。
［式７］
第２ロータ位置θｍ２＝相電流電気角θｉ−第２電流位相β２−９０°

式７における第２電流位相β２は、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束Ψｐをパラメータとして予め作成されたデータテーブルＴＢを参照することで選出される。当該データテーブルＴＢは、例えば次のようにして作成されて、あらかじめメモリに保存されている。

この場合のデータテーブルＴＢも、図４のモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎として予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、鎖交磁束Ψが所定値のときの電流位相βを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、鎖交磁束Ψに相当する鎖交磁束検出部２７で検出される鎖交磁束Ψｐとをパラメータとした電流位相（第２電流位相β２）のデータテーブルＴＢを作成する。

詳しくは、例えば、電流位相Ｉθを−１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、誘起電圧位相γ及び鎖交磁束数Ψを求める。そして、各鎖交磁束Ψに対応する電流位相βを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、鎖交磁束Ψに相当する鎖交磁束検出部２７で検出される鎖交磁束Ψｐをもう１つのパラメータとした第２電流位相β２のデータテーブルＴＢが作成される。

そして、第２ロータ位置検出部２９は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束Ψｐに基づきデータテーブルＴＢから選出される第２電流位相β２とを上述の第２ロータ位置計算式（式７）に代入することによって第２ロータ位置θｍ２を検出（算出）する。

選択部３０は、第１ロータ位置検出部２８及び第２ロータ位置検出部２９のいずれか一方を選択する。第１ロータ位置検出部２８が選択された場合には、第１ロータ位置検出部２８によって検出された第１ロータ位置θｍ１がロータ位置θｍとして回転制御部２１に入力され、第２ロータ位置検出部２９が選択された場合には、第２ロータ位置検出部２９によって検出される第２ロータ位置θｍ２がロータ位置θｍとして回転制御部２１に入力される。以下、選択部３０による第１ロータ位置検出部２８又は第２ロータ位置検出部２９の選択について説明する。

図５は、第１ロータ位置検出部２８で使用されるデータテーブルＴＡ及び第２ロータ位置検出部２９で使用されるデータテーブルＴＢを説明するための図であり、図５（Ａ）は相電流波高値Ｉｐが低い場合（例えば、Ｉｐ＝５Ａ）を示し、図５（Ｂ）は相電流波高値Ｉｐが中程度である場合（例えば、Ｉｐ＝３０Ａ）を示し、図５（Ｃ）相電流波高値Ｉｐが高い場合（例えば、Ｉｐ＝５５Ａ）を示している。なお、図５において、電流位相βと［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］との関係を示す曲線ＣＡ（実線）がデータテーブルＴＡに相当し、電流位相βと鎖交磁束Ψｐとの関係を示す曲線ＣＢ（破線）がデータテーブルＴＢに相当する。

相電流波高値Ｉｐが低い場合及び中程度の場合（図５（Ａ）、（Ｂ））、電流位相βの変化に対する鎖交磁束数Ψｐの変化量（曲線ＣＢ参照）は、電流位相βの変化に対する「誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］の変化量（曲線ＣＡ参照）に比べて、非常に小さい。また、電流位相βと［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］との関係を示す曲線ＣＡは、変曲点を有しておらず、電流位相βと［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］とが一対一で対応している。

相電流波高値Ｉｐが高い場合（図５（Ｃ））、電流位相βと［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］との関係を示す曲線ＣＡは、電流位相βが７０°付近で変曲点を有している。このことは、電流位相βを大きく進角させた領域においては、データテーブルＴＡから電流位相βを精度よく求められないことを示している。一方、電流位相βと鎖交磁束数Ψｐとの関係を示す曲線ＣＢは、電流位相βを進角させた領域において変曲点を有しておらず、電流位相βの変化に対する鎖交磁束数Ψｐの変化量も大きい。そして、既述したように、電流位相βは、主に弱め磁束制御が行わる場合に（すなわち、高速回転領域において）大きく進角されるものである。

そこで、本実施形態において、選択部３０は、弱め磁束制御が行われる高速回転領域（以下「弱め磁束領域」という）では、データテーブルＴＢ（曲線ＣＢ）から電流位相（第２電流位相β２）を求め、求めた電流位相（第２電流位相β２）を用いてロータ位置（第２ロータ位置θｍ２）を検出する第２ロータ位置検出部２９を選択する。一方、それ以外の通常領域では、選択部３０は、データテーブルＴＡ（曲線ＣＡ）から電流位相（第１電流位相β１）を求め、求めた電流位相（第１電流位相β１）を用いてロータ位置（第１ロータ位置θｍ１）を検出する第１ロータ位置検出部２８を選択する。

以上説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置１０は、第１ロータ位置検出部２８と、第２ロータ位置検出部２９と、第１ロータ位置検出部２８又は第２ロータ位置検出部２９を選択する選択部３０と、を含む。そして、選択部３０は、前記弱め磁束領域以外の通常領域では第１ロータ位置検出部２８を選択し、前記弱め磁束領域では第２ロータ位置検出部２９を選択する。このため、モータ制御装置１０によれば、従来に比べて、前記通常領域と前記弱め磁束領域との双方においてロータ位置を精度よく検出することができ、この結果、同期モータ１１の運転可能な回転速度範囲（特に高速回転領域）を拡大することが可能になる。

次に、上述の実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
上述の実施形態において、第１ロータ位置検出部２８は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる第１電流位相β１とからロータ位置（第１ロータ位置θｍ１）を検出している。しかし、これに限るものではない。第１ロータ位置検出部２８は、誘起電圧電気角θｅと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいて求められる第１誘起電圧位相γ１とから第１ロータ位置θｍ１を検出するように構成され得る。この場合、第１ロータ位置検出部２８は、下式８に示される第３ロータ位置計算式を用いて第１ロータ位置θｍ１を検出する。
［式８］
第１ロータ位置θｍ１＝誘起電圧電気角θｅ−第１誘起電圧位相γ１−９０°

式８における第１誘起電圧位相γ１は、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］をパラメータとして予め作成されたデータテーブルＴＣを参照することで選出される。当該データテーブルＴＣは、例えば次のようにして作成されて、あらかじめメモリに保存される。

この場合のデータテーブルＴＣも、図４のモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎として予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、［誘起電圧位相γ−電流位相β］が所定値のときの誘起電圧位相γを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、［誘起電圧位相γ−電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］と、をパラメータとした第１誘起電圧位相γ１のデータテーブルＴＣを作成する。

詳しくは、例えば、電流位相βを−１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、同期モータＭに固有のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑを利用して、モータベクトル図を基に電圧位相α、電流位相β、誘起電圧位相γを求める。そして、［誘起電圧位相γ−電流位相β］が１°，２°，３°，…のときの誘起電圧位相γを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、且つ、［誘起電圧位相γ−電流位相β］に相当する［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］をもう１つのパラメータとした第１誘起電圧位相γ１のデータテーブルＴＣが作成される。

そして、第１ロータ位置検出部２８は、誘起電圧電気角θｅと、相電流波高値Ｉｐ及び［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に基づいてデータテーブルＴＣから選出される第１誘起電圧位相γ１とを上述の第３ロータ位置計算式（式８）に代入することによって第１ロータ位置θｍ１を検出（算出）する。

（変形例２）
上述の実施形態において、第２ロータ位置検出部２９は、相電流電気角θｉと、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束数Ψｐに基づいて求められる第２電流位相β２とから第２ロータ位置θｍ２を検出（算出）している。しかし、これに限るものではない。第２ロータ位置検出部２９は、誘起電圧電気角θｅと、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束数Ψｐに基づいて求められる第２誘起電圧位相γ２とから第２ロータ位置θｍ２を検出（算出）するように構成され得る。この場合、第２ロータ位置検出部２９は、下式９に示される第４ロータ位置計算式を用いて第２ロータ位置θｍ２を検出する。
［式９］
第２ロータ位置θｍ２＝誘起電圧電気角θｅ−第２誘起電圧位相γ２−９０°

式９における第２誘起電圧位相γ２は、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束数Ψｐをパラメータとして予め作成されたデータテーブルＴＤを参照することで選出される。当該データテーブルＴＤは、例えば次のようにして作成されて、あらかじめメモリに保存される。

この場合のデータテーブルＴＤも、図４のモータベクトル図下で式５、式６が成り立つことを基礎として予め作成される。すなわち、モータベクトル図に示される電流位相β及び電流Ｉをそれぞれ所定範囲内で段階的に増加させながら、鎖交磁束数Ψが所定値のときの誘起電圧位相γを保存し、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐと、鎖交磁束Ψに相当する鎖交磁束検出部２７で検出される鎖交磁束Ψｐとをパラメータとした第２誘起電圧位相γ２のデータテーブルＴＤを作成する。

詳しくは、例えば、電流位相Ｉθを−１８０°から１８０°まで０．００１°ずつ増加させ、且つ、電流Ｉを０Ａから６４Ａまで１Ａずつ増加させながら、誘起電圧位相γ及び鎖交磁束数Ψを求める。そして、各鎖交磁束数Ψに対応する誘起電圧位相γを保存する。これにより、電流Ｉに相当する相電流波高値Ｉｐを１つのパラメータとし、鎖交磁束Ψに相当する鎖交磁束検出部２７で検出される鎖交磁束Ψｐをもう１つのパラメータとした第２誘起電圧位相γ２のデータテーブルＴＤが作成される。

そして、第２ロータ位置検出部２９は、誘起電圧電気角θｅと、鎖交磁束数Ψｐに基づきデータテーブルＴＤから選出される第２誘起電圧位相γ２とを上述の第４ロータ位置計算式（式９）に代入することによって第２ロータ位置θｍ２を検出（算出）する。

なお、変形例１と変形例２とは基本的に同時に採用される。すなわち、第１ロータ位置検出部２８が前記第３ロータ位置計算式（式８）を用いて第１ロータ位置θｍ１を検出する場合には、第２ロータ位置検出部２９は第４ロータ位置計算式（式９）を用いて第２ロータ位置θｍ２を検出するのが好ましい。

（変形例３）
上述の実施形態において、選択部３０は、前記通常領域においては第１ロータ位置検出部２８を選択し、前記弱め磁束領域においては第２ロータ位置検出部２９を選択する。しかし、これに限るものではない。選択部３０は、相電流波高値Ｉｐが低い及び中程度の場合、換言すれば、相電流波高値Ｉｐが所定値以下の場合に第１ロータ位置検出部２８を選択し、相電流波高値Ｉｐが高い場合、換言すれば、相電流波高値Ｉｐが前記所定値を超える場合に第２ロータ位置検出部２９を選択するように構成されてもよい。

（変形例４）
また、選択部３０は、第１ロータ位置検出部２８において求められる第１電流位相β１又は第２ロータ位置検出部２９において求められる第２電流位相β２に基づいて、第１ロータ位置検出部２８又は第２ロータ位置検出部２９の選択（切り替え）を行うように構成されてもよい。例えば、選択部３０は、同期モータ１１が起動されると第１ロータ位置検出部２８を選択すると共に、第１ロータ位置検出部２８においてデータテーブルＴＡから選出される第１電流位相β１を監視する。そして、選択部３０は、第１電流位相β１が第１閾値を超えると第２ロータ位置検出部２９を選択し、これによって、第１ロータ位置検出部２８から第２ロータ位置検出部２９に切り替えるように構成され得る。この場合、選択部３０は、第２ロータ位置検出部２９が選択された後においては、第２ロータ位置検出部２９においてデータテーブルＴＢから選出される第２電流位相β２を監視し、第２電流位相β２が前記第１閾値又はこれよりも小さい第２閾値以下となると第１ロータ位置検出部２８を選択し、これによって、第２ロータ位置検出部２９から第１ロータ位置検出部２８に切り替えるように構成され得る。前記第１閾値及び前記第２閾値は、同期モータ１１の特性等に応じて適宜設定され得るが、例えば、０°よりも大きく、かつ、図５（Ｃ）に示される曲線ＣＡの変曲点となる位相（７０°付近）よりも小さい値とされ得る。

ここで、変形例１と変形例２とが同時に採用されている場合には、第１電流位相β１が第１誘起電圧位相γ１に置き換えられ、第２電流位相β２が第２誘起電圧位相γ２に置き換えられる。すなわち、選択部３０は、同期モータ１１が起動されると第１ロータ位置検出部２８を選択すると共に、第１ロータ位置検出部２８においてデータテーブルＴＣから選出される第１誘起電圧位相γ１を監視する。そして、選択部３０は、第１誘起電圧位相γ１が第３閾値を超えると第２ロータ位置検出部２９を選択し、これによって、第１ロータ位置検出部２８から第２ロータ位置検出部２９に切り替えるように構成され得る。また、第２ロータ位置検出部２９が選択された後において、選択部３０は、第２ロータ位置検出部２９においてデータテーブルＴＤから選出される第２誘起電圧位相γ２を監視し、第２誘起電圧位相γ２が前記第３閾値又はこれよりも小さい第４閾値以下となると第１ロータ位置検出部２８を選択し、これによって、第２ロータ位置検出部２９から第１ロータ位置検出部２８に切り替えるように構成され得る。なお、前記第１閾値又は前記第３閾値が本発明の「第１の閾値」に相当し、前記第２閾値又は前記第３閾値が本発明の「第２の閾値」に相当する。

次に、他の実施形態のモータ制御装置１００について説明する。図６は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置１００のブロック図である。上述の実施形態に係るモータ制御装置１０（図１）と相違点は、図６に示されるモータ制御装置１００では、選択部３０に代えて、ロータ位置決定部３１を有していることである。なお、ロータ位置決定部３１以外の構成については、上述の実施形態に係るモータ制御装置１０と同じである。

モータ制御装置１００において、ロータ位置決定部３１は、第１ロータ位置検出部２８で検出された第１ロータ位置θｍ１と、第２ロータ位置検出部２９で検出された第２ロータ位置θｍ２との重み付け加算を行って最終的なロータ位置θｍを決定する。ロータ位置決定部３１は、具体的には、下式１０によってロータ位置θｍを決定（算出）する。
［式１０］
θｍ＝（１−ｎ）×θｍ１＋ｎ×θｍ２

式１０における重み付け係数ｎは、１未満の値（０を含む）であって、任意に設定され得る。例えば、前記通常領域においては重み付け係数ｎ＝０とされ、前記弱め磁束領域においては重み付け係数ｎ＝１とされ得る。また、相電流波高値Ｉｐが高いほど重み付け係数ｎは大きな値に設定され得る。さらに、第１電流位相β１又は第１誘起電圧位相γ１が大きいほど（すなわち、進角するほど）重み付け係数ｎは大きな値に設定され得る。

かかるモータ制御装置１００においても、モータ制御装置１０と同様、前記通常領域と前記弱め磁束領域との双方においてロータ位置を精度よく検出することができ、これにより、従来に比べて、同期モータ１１の運転可能な回転速度範囲を拡大できる。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能である。

１０…モータ制御装置
１１…同期モータ
１２…インバータ
１３…直流電源
２１…回転制御部
２２…インバータ駆動部
２３…相電流検出部（電流検出部）
２４…印加電圧検出部
２５…相電流波高値・電気角検出部（電流波高値・電気角検出部）
２６…誘起電圧波高値・電気角検出部
２７…鎖交磁束数検出部
２８…第１ロータ位置検出部
２９…第２ロータ位置検出部
３０…選択部
３１…ロータ位置決定部

Claims (6)

1. 同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流と、前記印加電圧検出部で検出された印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出部と、
   前記誘起電圧波高値と前記同期モータの回転速度とに基づいて前記同期モータのロータの鎖交磁束を検出する鎖交磁束検出部と、
   前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び［前記誘起電圧電気角−前記電流電気角］に基づいて求められる第１電気位相又は第１誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第１ロータ位置検出部と、
   前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び前記鎖交磁束に基づいて求められる第２電気位相又は第２誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第２ロータ位置検出部と、
   前記第１ロータ位置検出部及び前記第２ロータ位置検出部のいずれか一方を選択する選択部と、
   を含む、モータ制御装置。
2. 前記選択部は、弱め磁束領域以外の通常領域では前記第１ロータ位置検出部を選択し、前記弱め磁束領域では前記第２ロータ位置検出部を選択する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記選択部は、前記電流検出部で検出された電流が所定値以下の場合に前記第１ロータ位置検出部を選択し、前記電流検出部で検出された電流が前記所定値を超える場合に前記第２ロータ位置検出部を選択する、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記選択部は、前記同期モータが起動されると前記第１ロータ位置検出部を選択し、その後、前記第１ロータ位置検出部において求められる前記第１電流位相又は前記第１誘起電圧位相が第１の閾値を超えると前記第２ロータ位置検出部を選択する、請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記選択部は、前記第２ロータ位置検出部を選択した後、前記第２ロータ位置検出部において求められる前記第２電流位相又は前記第２誘起電圧位相が前記第１の閾値又はこれよりも小さい第２の閾値以下となると前記第１ロータ位置検出部を選択する、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 同期モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記ステータコイルに印加される印加電圧を検出する印加電圧検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流に基づいて電流波高値及び電流電気角を検出する電流波高値・電気角検出部と、
   前記電流検出部で検出された電流と、前記印加電圧検出部で検出された印加電圧とに基づいて誘起電圧波高値及び誘起電圧電気角を検出する誘起電圧波高値・電気角検出部と、
   前記誘起電圧波高値と前記同期モータの回転速度とに基づいて前記同期モータのロータの鎖交磁束を検出する鎖交磁束検出部と、
   前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び［前記誘起電圧電気角−前記電流電気角］に基づいて求められる第１電気位相又は第１誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第１ロータ位置検出部と、
   前記電流電気角又は前記誘起電圧電気角と、前記電流波高値及び前記鎖交磁束に基づいて求められる第２電気位相又は第２誘起電圧位相とを変数として含むロータ位置計算式を用いて前記同期モータのロータ位置を検出する第２ロータ位置検出部と、
   前記第１ロータ位置検出部で検出されたロータ位置と、前記第２ロータ位置検出部で検出されたロータ位置との重み付け加算を行って最終的なロータ位置を決定するロータ位置決定部と、
   を含む、モータ制御装置。