JPH1014277A - 電気角検出装置 - Google Patents

電気角検出装置

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JPH1014277A
JPH1014277A JP18409196A JP18409196A JPH1014277A JP H1014277 A JPH1014277 A JP H1014277A JP 18409196 A JP18409196 A JP 18409196A JP 18409196 A JP18409196 A JP 18409196A JP H1014277 A JPH1014277 A JP H1014277A
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善明 多賀
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

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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。
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