JPH1014277A - 電気角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気角の測定を行なうときに、一旦、同期モ
ータへの印加電圧をゼロにする必要があり、このときに
異音が発生していた。 【解決手段】 三相同期モータ４０の電気角が巻線間の
インダクタンスに対応することを利用し、所定の巻線の
組合わせに対して計測電圧を印加して（ステップＳ２０
５，Ｓ２２５，Ｓ２４５）各巻線に流れる電流の変化分
を検出する（ステップＳ２１５，Ｓ２３５，Ｓ２５
５）。三相同期モータ４０に駆動用の電流が流れている
場合には、駆動電流が零の場合と比べて、各巻線間に流
れる電流が減衰することから、電流の変化分に基づい
て、テーブル１２２Ａを参照して、電流値を補正する
（ステップＳ２６０）。補正後の電流値に基づき、テー
ブル１２２Ｂを参照して、電気角θを求める（ステップ
Ｓ２７０）。この結果、必ずしも駆動用の電流をゼロに
戻してから計測を行う必要が無くなり、異音の発生を防
止しつつ計測時間を短縮化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期モータにおけ
る電気角を検出する電気角検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、同期モータにおける電気角を、ロ
ータが停止した状態、あるいは低速回転の状態でも、精
度良く検出することができる装置として、本願出願人
は、巻線に流れる電流の挙動を検出し、この挙動に基づ
いて電気角を検出する装置を既に提案している（特開平
７−１７７７８８号公報）。この電気角検出装置は、例
えば三相同期モータの場合、いずれか二つの相に流れる
電流の挙動を検出することにより、電気角を一意に決定
することができるとの知見に基づいてなされたものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる電気角検出装置
は、ロータ（回転子）が停止した状態や低速回転の状態
でも、精度良く電気角を検出することができるという優
れたものであるが、実際に同期モータの電気角検出装置
として使用すると、検出時に異音を生じる場合があっ
た。この点を、詳細に説明する。上記電気角検出装置で
は、電圧を印加する巻線の相間を次々に変えながら測定
を行なう。即ち、図１８（Ａ）および（Ｃ）に示すよう
に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流して
同期モータを駆動しながら、所定のタイミングで、駆動
電流を一旦零としてからまずＵ−ＶＷ間に電圧を印加し
てＵ相に流れる電流値を測定し（図１８（Ｃ）、タイミ
ングｍ１）、次にＶ−ＷＵ間に電圧を印加してＶ相に流
れる電流を測定し（タイミングｍ２）、最後にＷ−ＵＶ
間に電圧を印加してＷ相に流れる電流を測定する（タイ
ミングｍ３）のである。なお、三相に流れる電流の総和
は０なので、電流センサは２箇所（例えばＵ相およびＶ
相）に設けておけば足りる。

【０００４】電気角を検出するために、このように所定
の相間に電圧を印加した場合の各相の電流を三回測定す
ると、電気角の検出に数ミリセカンドの時間を必要とし
てしまう。また、電気角の測定精度をある程度確保しよ
うとすると、十数ミリセカンド毎に電気角の測定を行な
う必要があった。この結果、図１８に示したように、十
数ミリセカンド毎に数ミリセカンドに亘って測定用の電
流を流すことになるが、かかる測定を行なう時には、一
旦、同期モータへの印加電圧をゼロにしてから計測用の
電圧を印加し、計測が終わったら再び元の電圧を印加す
る。従って、このとき異音が発生すると考えられ、同期
モータへのトルク電流が大きくなるに従って異音も大き
くなる傾向が見られた。

【０００５】本発明は、上述した電気角検出装置の問題
を解決するものであり、上記の電気角測定手法の利点を
生かしつつ、異音発生を抑制を図ることを目的としてな
された。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる目的を達成する本発明の第１の電気角検出装置は、
多相交流を巻線に流し、該巻線による磁界と永久磁石に
よる磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モ
ータの該回転子の電気角を検出する電気角検出装置であ
って、前記多相の各巻線間に印加される駆動電圧に重畳
して計測用の電圧を印加し、該印加した計測用の電圧に
応答して変化する各巻線間を流れる電流値に対し、前記
駆動用の電圧による電流分の補正を行なって、前記計測
用の電圧の印加に対応して各巻線間に流れる電流を検出
し、該各巻線間に流れる電流に基づいて、前記回転子の
電気角を求めることを要旨としている。

【０００７】同期モータの巻線にその駆動用の電流が供
給されていない状態では、多相の各巻線に電流が流れる
組合わせに対して所定の計測電圧を印加し、該印加した
計測電圧に応じて多相の各巻線に流れる電流の挙動を計
測すれば、同期モータの電気角は検出できる。これに対
して、同期モータに駆動用の電流を流しながら計測電圧
を印加した場合には、駆動用の電流に応じて計測してい
る電流の挙動は変化する。従って、計測電圧を印加する
際に同期モータに供給されている駆動用の電流に応じた
補正を行なうことにより、計測用の電圧の印加に対応し
て各巻線間を流れる電流を検出して、かかる電流から回
転子の電気角を検出することができる。

【０００８】すなわち、同期モータに流れる電流を一旦
ゼロに戻すことなく計測電圧を印加することができるの
で、計測電圧印加に伴う電流変化が抑制され、異音の発
生を低減することができる。ここで、駆動用の電圧によ
る電流分の補正は、種々の手法を考えることができる。
結果として、駆動用の電流の影響を除いて電気角を検出
できればよい。

【０００９】こうした手法の一つを採用した本発明の第
２の電気角検出装置は、多相交流を巻線に流し、該巻線
による磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回
転子を回転させる同期モータの電気角検出装置であっ
て、多相の各巻線間に電流が流れる組合わせに対して所
定の計測電圧を印加する計測電圧印加手段と、該計測電
圧印加手段により印加された計測電圧によって多相の各
巻線に流れる電流の挙動を各々検出する電流挙動検出手
段と、前記組合わせに対して所定の計測電圧を印加した
ときに該印加した計測電圧に応じて多相の各巻線間に流
れる電流の挙動と電気角との関係を予め記憶する記憶手
段と、前記計測電圧を印加する際に前記同期モータの各
巻線間に流れている駆動電流を用いて、前記検出された
各巻線間の電流の挙動の変化を補正する補正手段と、前
記補正手段にて補正された電流の挙動に基づき、前記記
憶手段に記憶された関係を参照して、前記回転子の電気
角を０〜２πの間で求める電気角演算手段とを備えたこ
とを要旨とする。

【００１０】ここで、記憶手段には、多相の各巻線に電
流が流れる組合わせに対して所定の計測電圧を印加した
ときに該印加した計測電圧のみに応じて多相の各巻線に
流れる電流の挙動と電気角との関係を予め記憶してい
る。この組合わせに対して計測電圧印加手段は所定の計
測電圧を印加し、電流挙動検出手段は該計測電圧印加手
段により印加された計測電圧によって多相の各巻線に流
れる電流の挙動を各々検出する。一方、補正手段は、前
記計測電圧を印加する際の前記同期モータに供給されて
いる駆動電流を用いて、前記検出された電流の挙動の変
化を補正する。補正された後の電流の挙動に基づき、電
気角演算手段は、前記記憶手段に記憶された関係を利用
して、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める。

【００１１】この構成では、計測電圧の印加に応じて検
出された各巻線間の電流を、駆動用の電流に応じて補正
することにより、駆動用の電流が供給されていない状況
を再現して電気角を演算している。これにより、従来よ
り利用している電流の挙動から電気角を求めるためのデ
ータなどが利用可能となる。

【００１２】駆動用の電流に応じた電流分を補正する他
の手段として、本発明の第３の電気角検出装置は、多相
交流を巻線に流し、該巻線による磁界と永久磁石による
磁界との相互作用により回転子を回転させる同期モータ
の電気角検出装置であって、多相の各巻線間に所定の計
測電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段によ
り印加された計測電圧によって多相の各巻線に流れる電
流の挙動を各々検出する電流挙動検出手段と、前記計測
電圧を印加する時点で前記各巻線間に供給されている駆
動用電流を検出する駆動用電流検出手段と、前記同期モ
ータに駆動用電流を流した状態で、所定の計測電圧を印
加したときに該印加した計測電圧に応じて多相の各巻線
間に流れる電流の挙動と電気角との関係を予め記憶する
記憶手段と、前記記憶手段に記憶された関係を参照し、
前記検出された電流の挙動と前記検出された駆動用電流
とから、前記モータの電気角を０〜２πの間で求める電
気角演算手段とを備えたことを要旨とする。

【００１３】ここで、記憶手段には、同期モータに駆動
用の電流を流した状態で、更に多相の各巻線間に所定の
計測電圧を印加した場合の各巻線に流れる電流の挙動と
電気角との関係を予め記憶している。従って、所定の組
合わせに対して電圧印加手段が所定の計測電圧を印加し
たときに、電流挙動検出手段にて多相の各巻線に流れる
電流の挙動を各々検出するとともに、駆動用電流検出手
段にて同期モータに供給されている駆動用の電流を検出
すれば、前記記憶手段に記憶された関係を利用して、電
気角演算手段は検出された電流の挙動と駆動用電流とに
基づいて、モータの電気角を０〜２πの間で求めること
ができる。かかる構成では、計測電圧の印加に対して検
出した電流を補正するステップが不要となり、計測時間
の短期化を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施の
形態を、実施例を挙げて説明する。図１は本発明の一実
施例としての電気角検出装置を含むモータ制御装置１０
の概略構成を示すブロック図、図２は制御対象となって
いる三相同期モータ４０の概略構成を示す説明図、図３
はこの三相同期モータ４０の固定子３０と回転子５０と
の関係を示す端面図、である。

【００１５】まず、図２を用いて、三相同期モータ４０
の全体構造について説明する。この三相同期モータ４０
は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケース
６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５２が
貼付されており、その軸中心に設けられた回転軸５５
を、ケース６０に設けられた軸受６１，６２により回転
自在に軸支している。回転子５０は、無方向性電磁鋼板
を打ち抜いて成形したロータ５７を複数枚積層したもの
である。このロータ５７は、図３に示すように、直交す
る位置に４箇所の突極７１〜７４を備える。ロータ５７
を積層した後、回転軸５５を圧入し、積層したロータ５
７を仮止めする。この電磁鋼板を素材とするロータ５７
には、その表面に絶縁層と接着層が形成されており、積
層後所定温度に加熱して接着層を溶融・固定している。

【００１６】こうして回転子５０を形成した後、回転子
５０の外周面であって、突極７１〜７４の中間位置に、
永久磁石５１〜５４を軸方向に亘って貼付する。この永
久磁石は、厚み方向に磁化されている。回転子５０を固
定子３０に組み付けた状態では、一組の永久磁石５１，
５２に着目すると、この永久磁石５１，５２は、ロータ
５７およびステータ２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図
３一点鎖線参照）。

【００１７】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図３に示すように、計１２個のテ
ィース２２を備える。ティース２２間に形成されたスロ
ット２４には、固定子３０に回転磁界を発生させる固定
子コイル３２が巻回されている。尚、ステータ２０の外
周には、固定用のボルト３４を通すボルト孔が設けられ
ているが、図３では図示を省略してある。

【００１８】固定子３０は、板状のステータ２０を積層
し互いに押圧した状態として、接着層を加熱・溶融する
ことで一応固定される。この状態で、固定子コイル３２
をティース２２に巻回して固定子３０を完成した後、こ
れをケース６０に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト
３４を通し、これを締め付けて全体を固定する。更に回
転子５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在
に組み付けることにより、この三相同期モータ４０は完
成する。

【００１９】固定子３０の固定子コイル３２に回転磁界
を発生するよう励磁電流を流すと、図３に示すように、
隣接する突極およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５２により
形成される磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｄ軸と
呼び、固定子３０の固定子コイル３２により形成される
磁束が回転子５０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。この
実施例（極数４）では、両軸は電気的には、９０度の角
度をなしている。

【００２０】次に、図１に従ってモータ制御装置１０の
構成について説明する。モータ制御装置１０は、外部か
らのトルク指令を受けて三相同期モータ４０の三相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のモータ電流を制御するモータ電流制
御回路１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ｉｕ，Ｖ
相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出する電流検出器１
０２，１０４，１０６、検出したＵ相電流ＩｕおよびＶ
相電流Ｉｖに基づいてトルク値を求める電流−トルク換
算器１１０、同じく検出した電流値をディジタルデータ
に変換する３個のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）
１１２，１１４，１１６、電気角の演算を行なう１チッ
プマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１２０、電気角を演算
するためのテーブルを記憶したメモリ１２２から構成さ
れている。電流−トルク換算器１１０により換算された
トルクは、トルク指令値との差分を取るように加えら
れ、三相同期モータ４０の実際のトルクをフィードバッ
ク制御する構成となっている。また、モータ電流制御回
路１００には、トルク指令に基づいて決定されたモータ
の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが得られるようモータの各
コイル間に印加する電圧を決定する電圧印加部１３０
が、その出力段に設けられている。ＣＰＵ１２０からの
制御出力が、この電圧印加部１３０に出力されており、
三相同期モータ４０の各コイルに印加される電圧を外部
から制御することが可能となっている。また、メモリ１
２２には、図１に示したように、二つのテーブルが記憶
されており、一つは電流値を補正するテーブル１２２Ａ
であり、一つは補正された電流値から電気角を求めるた
めのテーブル１２２Ｂである。

【００２１】次に、かかる構成の三相同期モータ４０お
よびこれを制御するモータ制御装置１０において、回転
子５０の電気角を検出する原理および実際の構成につい
て詳しく説明する。図４は、三相同期モータ４０の等価
回路図である。図示するように、三相同期モータ４０の
Ｕ相とＶＷ相間に所定の電圧Ｅ１をステップ関数的に加
えた場合、ここに流れる電流Ｉｕ（ｔ）は、回路のイン
ダクタンス成分Ｌにより定まる過渡応答を示す。この過
渡応答の一例を示したのが、図５のグラフである。な
お、回路のインダクタンスＬは、そのときの回転子５０
の電気角θの関数となっている。即ち、回転子５０が回
転していない状態（静止状態）にあるとすれば、この回
転子５０のｄ軸が電気的にｑ軸に対してなす角（電気
角）により、回路のインダクタンスＬは定まる。

【００２２】図４に示す等価回路において流れる電流
（以下、Ｕ相電流と呼ぶ）Ｉｕ（ｔ）は、次式（１）の
応答を示す。 Ｉｕ（ｔ）＝｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝Ｅ１／Ｒ … （１） ここで、ｅｘｐ（）は、指数関数を示し、Ｒは回路のイ
ンピーダンスを、ｔは時間を示す。この場合のＵ相電流
Ｉｕ（ｔ）は、インダクタンスＬが大きければ電流の増
加は遅く、電圧印加後の所定時間で電流を計測すれば、
インダクタンスＬを介して電気角θを計測することがで
きることになる。

【００２３】しかしながら、走行中、すなわち、既にＵ
相に対して駆動用の電流が流れている状態のまま、イン
ダクタンス測定用の電圧を印加すると、駆動用の電流の
影響を受けてＵ相電流Ｉｕ（ｔ）は上記（１）式で導か
れる過渡応答より減衰してしまう。かかる減衰量と駆動
用電流との関係は、予め計測することができる。本実施
例で用いた三相同期モータ４０の場合の一例を、図６の
グラフに示した。従って、各相の駆動電流が分かればこ
のグラフから減衰量を知ることができ、求められた減衰
量を各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに加えれば本来のＵ相電
流Ｉｕ（ｔ），Ｖ相電流Ｉｖ（ｔ），Ｗ相電流Ｉｗ
（ｔ）を求めることができる。メモリ１２２における一
方のテーブル１２２Ａは、各相の駆動用電流から減衰量
を求めるこのグラフが記憶されている。

【００２４】このようにして各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗの変化からそれぞれのインダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌ
ｗを演算にて求めることができ、インダクタンスが求め
られれば電気角を知ることができる。なお、電気角を知
るには必ずしも三相全てのインダクタンスが必要となる
わけではなく、二相のインダクタンスがあれば十分であ
る。本実施例では、予め、様々な電気角でのインダクタ
ンスＬｕ，Ｌｖを計測し、これをメモリ１２２に記憶し
ている。この関係の一例を、図７に示す。同図におい
て、実線はＵ−ＶＷ間のインダクタンスと電気角の関係
の実測値の一例を示し、波線はＶ−ＷＵ間のインダクタ
ンスと電気角の関係の実測値の一例を示している。メモ
リ１２２におけるもう一方のテーブルである補正された
電流値から電気角を求めるためのテーブル１２２Ｂには
このグラフに示す巻線間インダクタンスの実測値と電気
角との関係が、記憶されている。

【００２５】まず、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を印加してその
インダクタンスＬ２を測定し、次にＶ−ＷＵ相間に電圧
を印加してそのインダクタンスＬ１を測定する。Ｕ−Ｖ
Ｗ相間のインダクタンスがＬ２となり、Ｖ−ＷＵ相間の
インダクタンスがＬ１となると回転子５０の角度（電気
角）は、電気角０〜２πの間でただ一カ所（α１＝β１
の電気角）に定まるから、相電流Ｉｕ，Ｉｖを測定する
ことにより、回転子５０の電気角θを求めることができ
る。なお、以上の説明では、各相間のインダクタンスＬ
を求めるのに、図５に示したように、各相間に流れる電
流が所定値になるまでの時間Ｔθを測定するものとした
が、図８に示すように、各相間に所定時間幅の所定電圧
を印加し、電圧を印加している間に到達した電流値Ｉｍ
から、インダクタンスを求めることも可能である。実際
の電気角の検出では、処理時間が均一になることから、
図８に示した後者の手法が用いられる。

【００２６】また、図７に示した実測値では、電気角と
インダクタンスとの関係は０〜πとπ〜２πとで異なっ
ているが、電気角とインダクタンスとは、図９に示すよ
うに、本質的には０〜πとπ〜２πとで同一の関係を示
すものである。従って、相電流Ｉｕ，Ｉｖから各相間の
インダクタンスＬ２，Ｌ１を求めると、両者を満足する
解は、２つ求められることになる。そこで、本実施例に
おいては、固定子３０と回転子５０における磁気的な関
係を非対称にすることによって、図７に示すように、電
気角θとインダクタンスＬとの関係の非対象性を実現し
ている。即ち、本実施例では、永久磁石５２，５４の磁
化された片面および突極７２，７４の表面に、磁性体８
６〜８９を貼付し、固定子３０と回転子５０との磁気的
な関係を非対象している。図１０は、同期モータの回転
子５０と固定子３０とを、理解の便を図るために直線的
に書き直した説明図である。図示するように、回転子５
０の永久磁石５２の下面に磁性体８６が、永久磁石５４
の下面に磁性体８８が、突極７２の表面に磁性体８７
が、突極７４の表面に磁性体８９が、それぞれ設けられ
ている。この場合、磁極を構成する一対の永久磁石５
１，５２に着目すると、磁性体８６，８７が存在する場
合と存在しない場合でその特性は異なるから、電気角と
各相に流れる電流との関係は、磁性体８６，８７の存在
しない１８０度（０〜π）と、磁性体８８，８９の存在
する１８０度（π〜２π）とで異なったものとなってい
る。

【００２７】以上、Ｕ−ＶＷ間とＶ−ＷＵ間に電圧を印
加してｕ相とｖ相に流れる電流を測定し、この電流値に
基づいて電気角θを検出する手法の概要について説明し
た。そこで、次に、本実施例のＣＰＵ１２０が行なって
いる電気角検出処理について説明する。図１１は、ＣＰ
Ｕ１２０が実施する電気角検出処理ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この電気角検出処理ルーチンは、１
６ｍｓｅｃごとに一回ずつタイマー割り込みにて起動さ
れ、概ね１ｍｓｅｃで終了する。なお、図１２は、Ｕ相
の電流の実測値の様子を示すグラフであり、図１３は、
本実施例における各相の変化電流値△Ｉの計測の様子を
示す説明図ある。なお、図１３の下欄は、図１２の符号
Ａの領域を拡大して示したものに相当する。

【００２８】ＣＰＵ１２０は、電源が投入され、三相同
期モータ４０の運転が必要な状態になると、まず各巻線
間に所定電圧を順次印加し、巻線間のインダクタンスを
測定し、停止している回転子５０の電気角θを、図５お
よび図７に示した原理に基づいて検出する。ＣＰＵ１２
０は、この電気角θに従って、各相に駆動用電流を流
し、三相同期モータ４０を起動する。その後は、図１１
の処理を行なって回転子５０の電気角を検出しつつ、各
相に電流を流して三相同期モータ４０を運転する。

【００２９】図１１に示した処理が起動されると、ＣＰ
Ｕ１２０は、まずＵ相における現在の電流値Ｉｕ１を測
定し（ステップＳ２００）、次に、Ｕ−ＶＷ間に所定電
圧（計測電圧）Ｅ１をステップ関数的に加える（ステッ
プＳ２０５）。図１３に示したように、駆動用の電圧の
他に計測用の電圧を加えることで、Ｕ−ＶＷ相間に流れ
る電流は変化する。そこで、計測用電圧の印加の終了の
タイミングで、その時点でのＵ相の電流値Ｉｕ２を測定
し（ステップＳ２１０）、計測用電圧の印加の前後にお
ける変化幅ΔＩｕを演算する処理を行なう（ステップＳ
２１５）。これらの電流値の測定は、電流検出器１０２
の出力をＡＤＣ１１２にてアナログディジタル変換し、
ＣＰＵ１２０内に読み込むことにより行なう。この後、
同様にＶ相、Ｗ相についても、計測開始時の電流値Ｉｖ
１，Ｉｗ１の測定（ステップＳ２２０，Ｓ２４０）、計
測用電圧の印加（ステップＳ２２５，Ｓ２４５）および
その後の電流値Ｉｖ２，Ｉｗ２の測定（ステップＳ２３
０，Ｓ２５０）を行ない、それぞれの変化幅ΔＩｖ，Δ
Ｉｗを演算する処理を行なう（ステップＳ２３５，Ｓ２
５５）。なお、上述したように少なくとも二相分のイン
ダクタンスを求めることができれば電気角は演算できる
ので、例えば、ステップＳ２４０〜ステップＳ２５５に
おけるＷ相の計測は省略しても良い。

【００３０】これらの変化幅ΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗに
ついては、上述したように、駆動用の電流が流れている
ときに計測されたものであり、駆動用電流を０にして測
定した場合と比べると、本来の変化幅よりも減衰してい
る。従って、これを補正すべく、計測開始時の電流値Ｉ
ｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１に基づいて、ＣＰＵ１２０はメモ
リ１２２における一方のテーブル１２２Ａを参照し、そ
れぞれの電流値に応じた減衰量を読み出し、これを各変
化幅△Ｉｕ，△Ｉｖ，△Ｉｗに加える補正を行なうこと
により、駆動用電流を０として測定した場合と等価な各
相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求める処理を行なう（ステ
ップＳ２６０）。

【００３１】その後、ＣＰＵ１２０は、減衰量の補正を
行なって求めた各相電流値から電気角を求める処理を行
なう（ステップＳ２７０）。この処理は、原理的には、
以下の手順で行なわれる。まず、補正された電流値から
インダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを演算により、あるい
は予め記憶したテーブルを参照するとにより求めるとと
もに、メモリ１２２における他方のテーブル１２２Ｂを
参照し、三つのインダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗから対
応する電気角θを求める。このとき、テーブル内にデー
タとして記憶されている各相のインダクタンスＬｕ０，
Ｌｖ０，Ｌｗ０と演算にて求められた三つのインダクタ
ンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとを比較してそれらの差の合計が
最も小さいところの電気角θ０を読み出す。なお、一つ
のデータが計測不良であることも考えられるので、一つ
のデータを予備として扱うことも現実的である。例え
ば、テーブル内の二つのインダクタンスＬｕ０，Ｌｖ０
と演算された二つのインダクタンスＬｕ，Ｌｖとを比較
し、それらの差の合計が所定値以下となれば電気角θ０
を読み出すものの、所定値以下とならない場合には、テ
ーブル内の二つのインダクタンスＬｖ０，Ｌｗ０と演算
された二つのインダクタンスＬｖ，Ｌｗとを比較すると
いうように組合せを変えるようにしても良い。

【００３２】本来であれば、このように各相電流値から
一旦インダクタンスを求めてから電気角を求めることに
なるが、インダクタンスは電流値から演算されるのであ
るから、本実施例では、電流値からインダクタンスを演
算する作業を省き、電流値から電気角を直に参照するテ
ーブル１２２Ｂをメモリ１２２に記憶させている。従っ
て、補正された電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとテーブル内の
Ｉｕ０，Ｉｖ０，Ｉｗ０とを比較して電気角を求めるこ
とになる（ステップＳ２７０）。

【００３３】上述したように、各相にステップ電圧Ｅ１
を印加するにあたってトルク電流をゼロに戻す必要がな
い。従って、計測を開始するまでの時間を短縮でき、更
に、計測の完了後、計測前の電流に戻るまでの時間も短
縮することができる。この結果、全体として、電気角の
計測に要する時間を格段に短縮することができる。更
に、各巻線間に流す電流を一旦ゼロに戻す必要がないこ
とから、時間当たりの電流の変化を小さくでき、異音の
発生を防止しすることができるという効果も得られる。

【００３４】こうして求められた電気角θは、モータ制
御回路１００に出力され、三相同期モータ４０を運転制
御する際の回転子５０の回転位置の情報として、固定子
コイル３２のＵ，Ｖ，Ｗ各相に駆動電圧を印加する位相
の設定に用いられる。上述した実施例においては、固定
子３０と回転子５０との磁気的な関係を、０〜π、π〜
２πで非対称にすることによって、電気角を一義的に求
められるようにしている。しかしながら、対称な関係で
あっても、最初に回転子５０の電気角がいずれの１８０
度の範囲にあるかの計測を行なっておき、その後は、回
転子５０の回転速度からいずれの範囲に属しているを順
次推定していけば、電気角を０〜２πの範囲で常に正し
く判断することができる。

【００３５】例えば、Ｕ−ＶＷ間に磁気飽和を生じさせ
る程度の電圧を、印加する電圧の極性を異ならせて２度
印加し、各電圧に対応してＵ相コイルに流れる電流を測
定する。図１４はそれぞれの極性の場合にＵ相に流れた
電流をロータの電気角θに応じて示したグラフである。
Ｕ−ＶＷ相間に負の電圧をかけた場合におけるＵ相に流
れた電流値を、その符号を反転し、Ｕ−ＶＷ相間に正の
電圧をかけた場合における電流値と重ね合わせて示した
のが図１５である。両図では、０〜２πの間の区分がよ
り分かりやすいように１２個の区分に細分している。

【００３６】図１５に示すように、磁気飽和を生じさせ
る程度の電流を流す場合には、印加した電圧の極性によ
り、ロータの電気角θと電流値とは、異なる関係を示
す。ここで区分１〜３と区分４’〜６’においては、正
の電圧を印加したときの電流の方が大きいし、区分４〜
６と区分１’〜３’においては、負の電圧を印加したと
きの電流の方が大きい。この関係を利用することによ
り、回転子５０が、電気角の０〜πかπ〜２πのいずれ
の範囲に属しているかを知ることができる。従って、図
１１，図１３を用いて詳述した手法により、０〜πかπ
〜２πのいずれかの区間内での電気角が分かれば、０〜
２πの範囲内での絶対的な電気角を求めることができ
る。

【００３７】停止状態の時にこのようにしてＵ−ＶＷ相
間に磁気飽和を生じさせる程度の電流を流して一義的に
電気角θを求め、以後は、回転子５０の回転速度から、
電気角がいずれの１８０度に属するかを逐次更新してい
くようにすれば、磁気的な関係を対称に維持しつつ磁気
飽和しない程度の計測電圧Ｅ１を印加するだけで、電気
角θを正確に検出し続けることができる。また、上述し
た説明においては１６ｍｓｅｃごとに上記電気角検出処
理ルーチンを起動しているが、高速回転時には逆起電力
を利用して電気角を検出することも可能である。この逆
起電力を利用する電気角の検出は、一般に最高回転数か
ら最高回転数の１／５までの範囲で可能であり、この回
転数付近まではインダクタンスを用いた手法で電気角を
検出し、これを超えた範囲で逆起電力による電気角を検
出できれば、停止状態から最高回転数まで、電気角を別
個のセンサなしで検出することが可能となる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。この実施例のモータ制御装置３１０は、ＣＰＵ１
２０にて電流値の補正を行うことなく電気角の検出を実
行しようとするものである。本実施例では、メモリ１２
２には、駆動用電流をゼロとして計測を行なった場合の
電流値から電気角を求めるためのテーブル（第一実施例
のテーブル１２２Ｂ）だけを記憶している。また、本実
施例では、駆動用の電流を各相に流しつつ電気角の計測
を行なうために必要となる電流値の補正を行なう三つの
演算ユニット１３２，１３４，１３６を、ＡＤＣ１１
２，１１４，１１６とＣＰＵ１２０との間に備えてい
る。

【００３９】演算ユニット１３２ないし１３６は、ＡＤ
Ｃ１１２，１１４，１１６とＣＰＵ１２０との間に介在
されてデータ変換を行なうものであり、上記ＡＤＣ１１
２，１１４，１１６の出力データと、モータ電流制御回
路１００から出力される駆動用電流に対応した電圧信号
をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器
（以下、ＡＤＣと呼ぶ）１１８の出力データとが入力さ
れている。なお、モータ電流制御回路１００は三相のそ
れぞれについてトルク電流を出力しており、上記ＡＤＣ
１１８は各相に応じて個別にディジタル変換している。

【００４０】Ｕ相を例にして説明すると、演算ユニット
１３２は、ＣＰＵ１２０からのタイミング信号を入力し
て電流値Ｉｕ１，Ｉｕ２をラッチし、その差を演算する
とともに、その際の駆動用電流を入力してテーブルを参
照し、補正された電流値（即ち、駆動用電流が０の場合
の測定値と等価な電流値）としてＣＰＵ１２０に出力す
る。従って、ＣＰＵ１２０は、演算ユニット１３２に対
してタイミング信号を出力するだけで、計測用の電圧の
印加に対応してＵ相に流れる電流値を入力することがで
きる。同様に、ＣＰＵ１２０は、演算ユニット１３４お
よび１３６から、計測用の電圧の印加に対応してＶ相お
よびＷ相に流れる電流を入力することができる。この結
果、ＣＰＵ１２０は、各電流値に基づいてメモリ１２２
を参照し、回転子５０の電気角を検出することができ
る。

【００４１】さらに、本発明の第３の実施例のモータ制
御装置４１０について、図１７を参照しつつ説明する。
本実施例においても、ＣＰＵ１２０にて電流値の補正を
行なうことなく電気角を検出しようとするものである。
本実施例においては、第２の実施例と同様にモータ電流
制御回路１００から出力される駆動電流に相当する信号
をディジタル変換するアナログディジタル変換器（ＡＤ
Ｃ）４１８を備えるとともに、その出力データをメモリ
４２２に入力し、予め記憶したテーブルを参照するのに
利用している。すなわち、メモリ４２２には、駆動用の
電流を流したまま計測用電圧を印加しこれに対応して計
測された各相の電流値と、その時点の駆動用電流とか
ら、対応する電気角を読み出すためのテーブルを記憶さ
せている。従って、第１の実施例のステップＳ２００〜
Ｓ２５５（図１１参照）にて各相の電流値の変化幅ΔＩ
ｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗを求めたら、ステップＳ２６０にお
ける補正の処理を実行することなく、各相電流の変化幅
から直接電気角を検出するのである。

【００４２】すなわち、本実施例では、メモリ４２２
に、駆動電流と計測用の電流変化分△Ｉと電気角との関
係を記憶した三次元のテーブルを記憶しておくことによ
り、第１実施例で行なった計測電流の駆動用電流による
減衰分の補正を行なうことなく、電気角を検出する。本
実施例によれば、第１，第２実施例と同様、異音の発生
を防止しつつ計測時間を短縮化することができ、補正の
処理を行なう必要がないことから、電気角の演算時間を
更に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】実施例の固定子３０を組み込んだ三相同期モー
タ４０の構造を示す断面図である。

【図３】実施例で用いた三相同期モータ４０の固定子３
０と回転子５０との関係を示す端面図である。

【図４】実施例における三相同期モータの等価回路を示
す説明図である。

【図５】Ｕ−ＶＷ間に電圧Ｅ１を印加した場合のＵ相電
流Ｉｕ（ｔ）の過渡応答を示すグラフである。

【図６】実施例におけるメモリ１２２内のテーブル１２
２Ａとして記憶した駆動電流と減衰量との関係を示すグ
ラフである。

【図７】巻線のインダクタンスと電気角θとの関係を示
すグラフである。

【図８】所定電圧の印加中の電流の挙動からインダクタ
ンスを求める手法を例示する説明図である。

【図９】電気角とインダクタンスの関係を示すグラフで
ある。

【図１０】三相同期モータ４０のロータとステータとの
関係を直線上に展開して示す説明図である。

【図１１】第１実施例における電気角検出処理ルーチン
を示すフローチャートである。

【図１２】各相の検出電流の実例を示すグラフである。

【図１３】印加電圧に対する検出電流の実例を示すグラ
フである。

【図１４】Ｕ−ＶＷ相間に極性の異なる電圧をそれぞれ
印加した場合の電流の様子を示すグラフである。

【図１５】磁気飽和を利用して電気角の属する範囲を特
定する方法を示すグラフである。

【図１６】第２実施例における電気角検出装置および同
期モータ４０のモータ制御装置３１０の概略構成を示す
ブロック図である。

【図１７】第３実施例における電気角検出装置および同
期モータ４０のモータ制御装置４１０の概略構成を示す
ブロック図である。

【図１８】従来技術における電気角の測定の様子を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０…モータ制御装置 ２０…ステータ ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…固定子コイル ３４…ボルト ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５１〜５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…ロータ ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１〜７４…突極 ８６〜８９…磁性体 １００…モータ電流制御回路 １０２，１０４，１０６…電流検出器 １１０…電流−トルク換算器 １１２，１１４，１１６，１１８…アナログディジタル
変換器（ＡＤＣ） １２０…ＣＰＵ １２２…メモリ １３０…電圧印加部 １３２，１３４，１３６…演算ユニット ３１０…モータ制御装置 ４１０…モータ制御装置 ４１８…アナログディジタル変換器 ４２２…メモリ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相交流を巻線に流し、該巻線による磁
   界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
   転させる同期モータの該回転子の電気角を検出する電気
   角検出装置であって、 前記多相の各巻線間に印加される駆動電圧に重畳して計
   測用の電圧を印加し、 該印加した計測用の電圧に応答して変化する各巻線間を
   流れる電流値に対し、前記駆動用の電圧による電流分の
   補正を行なって、前記計測用の電圧の印加に対応して各
   巻線間に流れる電流を検出し、 該各巻線間に流れる電流に基づいて、前記回転子の電気
   角を求める電気角検出装置。
2. 【請求項２】 多相交流を巻線に流し、該巻線による磁
   界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
   転させる同期モータの電気角検出装置であって、 多相の各巻線間に電流が流れる組合わせに対して所定の
   計測電圧を印加する計測電圧印加手段と、 該計測電圧印加手段により印加された計測電圧によって
   多相の各巻線に流れる電流の挙動を各々検出する電流挙
   動検出手段と、 前記組合わせに対して所定の計測電圧を印加したときに
   該印加した計測電圧に応じて多相の各巻線間に流れる電
   流の挙動と電気角との関係を予め記憶する記憶手段と、 前記計測電圧を印加する際に前記同期モータの各巻線間
   に流れている駆動電流を用いて、前記検出された各巻線
   間の電流の挙動の変化を補正する補正手段と、 前記補正手段にて補正された電流の挙動に基づき、前記
   記憶手段に記憶された関係を参照して、前記回転子の電
   気角を０〜２πの間で求める電気角演算手段とを備えた
   電気角検出装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２に記載の電
   気角検出装置において、前記電流の補正は、前記計測用
   の電圧の印加に対応して流れた電流から、前記各巻線間
   に駆動用の電圧が印加されていない場合の電流を求める
   処理である電気角検出装置。
4. 【請求項４】 多相交流を巻線に流し、該巻線による磁
   界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子を回
   転させる同期モータの電気角検出装置であって、 多相の各巻線間に所定の計測電圧を印加する電圧印加手
   段と、 該電圧印加手段により印加された計測電圧によって多相
   の各巻線に流れる電流の挙動を各々検出する電流挙動検
   出手段と、 前記計測電圧を印加する時点で前記各巻線間に供給され
   ている駆動用電流を検出する駆動用電流検出手段と、 前記同期モータに駆動用電流を流した状態で、所定の計
   測電圧を印加したときに該印加した計測電圧に応じて多
   相の各巻線間に流れる電流の挙動と電気角との関係を予
   め記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された関係を参照し、前記検出され
   た電流の挙動と前記検出された駆動用電流とから、前記
   モータの電気角を０〜２πの間で求める電気角演算手段
   とを備えた電気角検出装置。