JPH1032993A - 永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサレス制御される永久磁石界磁同期電動
機の回転子の界磁磁極の極性を、回転中にも判定し、制
御性を向上させることである。 【解決手段】 制御周期ごとに永久磁石界磁同期電動機
の相電流を検出し、上記回転子の位置角度θ、角速度ω
を算出し、これを永久磁石界磁同期電動機の制御にフィ
ードバックするセンサレス制御方法において、位置角度
θの差分を演算してこれをω’とし（ステップ２０
２）、次いで上記ω’と、永久磁石界磁同期電動機の相
電流等から算出した角速度ωの符号を比較し（ステップ
２０３）、符号が異なる場合は、界磁磁極の極性が間違
って認識されていると判断して位置角度θには、これに
πラジアンを加算する位相補正を行ない、角速度ωに
は、その符号を反転する符号補正を行なう（ステップ２
０４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石界磁同期電
動機を、フィードバック用のエンコーダや速度ジェネレ
ータを使用することなく回転制御を行うセンサレス制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制
御方法については渡辺等の研究が知られている（電気学
会論文誌Ｄ，１１０巻１１号，平成２年，Ｐ．１１９３
〜Ｐ．１２００）。ここでは、永久磁石の回転子を駆動
する三相の電機子巻線の相電流と相電圧より、永久磁石
界磁同期電動機の等価回路の電圧方程式を解いて上記回
転子の位置角度および回転速度を算出し、これらに基づ
いて各電機子巻線に印加する交流電圧の電圧指令値をセ
ンサレスで得ることが提案されている。このようなセン
サレス制御方法が適用される永久磁石界磁同期電動機
は、例えばよく知られるＰＷＭ制御で駆動されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記センサレ
ス制御方法では、上記電圧方程式からは界磁磁極の極性
を特定できないため位置角度のとりうる値が２値存在す
る。このため起動時に界磁磁極の極性を調べ位置角度の
初期値を求め、起動後の制御周期においては前の制御周
期の位置角度の算出値と連続するように位置角度として
上記２値のうち一方を選択する。しかしながら低速時の
ように電圧指令値が小さい場合、デッドタイムにより電
圧指令値と実際にモータに加わる相電圧の差が相対的に
大きくなる等の原因で位置角度の検出誤差が大きくな
る。この結果、界磁磁極の極性を誤って認識、すなわち
実際の位置角度と算出した位置角度との間に約πラジア
ンの位相の誤差が生じるおそれがある。

【０００４】図１０（Ａ）はかかる誤差が生じていない
正常な場合を示しており、回転子の算出した位置角度と
実際の位置角度は一致し、回転速度（図は回転子の角速
度で表している）についても算出した値と実際の値とで
は一致している。一方、図１０（Ｂ）は界磁磁極の極性
を誤って認識した場合を示している。回転子の算出した
位置角度と実際の位置角度の間にπラジアンの誤差があ
る。この誤差により適正な電圧指令値が得られず、この
結果、永久磁石界磁同期電動機の回転が反転している。

【０００５】そこで、本発明はかかる課題を解決するも
ので、永久磁石界磁同期電動機の回転中にも界磁磁極の
極性の検出異常が判定できて適正な電圧指令値が得ら
れ、制御性のよい永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、多相の交流電力発生手段により電圧指令値に応じた
相電圧が印加されて作動する永久磁石界磁同期電動機の
制御周期ごとの相電流を検出し、検出した相電流に応じ
て上記永久磁石界磁同期電動機の回転子の位置角度と回
転速度とを算出し、これに基づいて電圧指令値を逐次設
定する永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御方法に
おいて、算出された位置角度の変化から判断される上記
回転子の回転速度と算出された回転速度とが一致しない
とき、上記算出された位置角度に所定量の位相を加算す
る位相補正を行なう。

【０００７】界磁磁極について極性の検出異常が生じる
と、すなわち算出位置角度と実際の回転子の位置角度と
がずれると、算出回転速度に誤差を生じる。このため算
出位置角度の変化から判断される上記回転子の回転速度
と算出回転速度とが一致しない。この不一致より極性の
検出異常が知られる。回転子の位置角度について位相補
正を行うことで正常な状態に復する。

【０００８】請求項２記載の発明では、算出位置角度の
変化から判断される回転方向と、算出回転速度より判断
される回転方向の異同から、算出位置角度の変化から判
断される上記回転子の回転速度と、算出回転速度との不
一致を判定する。

【０００９】界磁磁極について極性が逆に認識されてい
ても、算出位置角度の変化からは上記回転子の回転方向
が正しく判断される。一方、算出回転速度は、界磁磁極
について極性が逆に認識されていると、回転方向が実際
の回転方向とは逆になる。したがってこれら２つの方法
で判断される上記回転子の回転方向とが逆方向であるこ
とから界磁磁極について極性が逆に認識されていること
が知られる。

【００１０】請求項３記載の発明では、算出位置角度の
変化に基づいて算出された上記回転子の回転速度の大き
さの、算出回転速度の大きさに対する比の大きさから、
算出位置角度の変化から判断される上記回転子の回転速
度と、算出回転速度との不一致を判定する。

【００１１】界磁磁極の極性が逆に認識されると、相電
流は回転子と一体の座標系に変換したとき正負が逆にな
る。このため界磁磁極の極性が正しく認識されている正
常な状態から、界磁磁極の極性が逆に認識されている異
常な状態へ移行する過程においては、変換された相電流
は急激に変化することになり上記相電流の時間微分値は
大きなものになる。これが算出回転速度の値に大きく寄
与し、上記過程において算出回転速度は、算出位置角度
から求めた回転速度との差が拡大する。しかして算出位
置角度から求めた回転速度と算出回転速度とを比較する
ことにより、界磁磁極の極性が逆に認識される状態の前
の段階の、界磁磁極について極性の検出異常を生じてい
る状態が知られる。

【００１２】請求項４記載の発明では、上記位相補正に
おいて、上記所定量の位相をπラジアンとすることによ
り、位置角度が反対の磁極の方向に補正される。

【００１３】請求項５記載の発明では、上記位相補正と
ともに、上記算出回転速度の符号を反転する符号補正を
行なうことにより、速やかに良好な制御性が得られる。

【００１４】請求項６記載の発明によれば、上記位相補
正に続いて、あらためて回転速度を算出し直すことによ
り、速やかに良好な制御性が得られる。

【００１５】請求項７記載の発明では、上記位相補正を
行うとともに、上記回転子の回転速度について算出位置
角度から求めた回転速度の値に変更することで、速やか
に良好な制御性が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図２に本発明になる永久磁石界磁同期
電動機のセンサレス制御方法を実施したセンサレス制御
システムを示す。永久磁石界磁同期電動機たるＩＰＭモ
ータ６は逆突極形の内部永久磁石埋め込み型の同期電動
機で、その三相の電機子巻線に給電するインバータ５と
給電線８で接続してある。インバータ５にはこれに電流
指令値を与える制御ユニット１が接続してある。給電線
８には電流センサ７が設けてあり、インバータ５の三相
の出力のうち２つの相の相電流（例えばｕ相、ｗ相）を
検出して制御ユニット１に入力するようになっている。

【００１７】制御ユニット１はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と、三相のＰＷ
Ｍ波形の出力が可能なタイマインターフェースやＡ／Ｄ
コンバータ等のハードウエアで、その機能は図３に示す
ように一定周期（本実施形態では１００μｓ）ごとにパ
ルス幅変調の周期と同期して起動するように設定された
上記ＤＳＰ上のプログラムとして実現する。このプログ
ラムはＡ／Ｄコンバータを介して電流センサ７で検出さ
れて入力する相電流の値および外部より入力するトルク
指令値に基づいてインバータ５を制御するようになって
いる。

【００１８】図２では制御ユニット１は上記プログラム
がブロックダイアグラムとして表してある。上記プログ
ラムは各ブロックの演算を図中の矢印で示す信号の流れ
に沿って順次実行し、ＰＷＭブロック３５に出力する電
圧指令値を演算するようになっている。そして電圧指令
値に基づいてＰＷＭブロック３５から三相のパルス幅変
調信号がインバータ５に出力するようになっている。Ｐ
ＷＭブロック３５とインバータ５が交流電力発生手段を
形成する。そして制御ユニット１の制御周期は、電圧指
令値を演算する「計算」と、「待ち」を含み（図３の
（１））、先の制御周期の最後段で電圧指令値Ｖu ，Ｖ
v , Ｖw の出力（図中、指令電圧出力と記す）を実行す
るとともに、これに続く制御周期の最前段で相電流ｉu
，ｉw の検出と制御ユニット１への入力（図中、相電
流検出と記す）を行っている。ＰＷＭブロック３５は、
入力する電圧指令値Ｖu ，Ｖv , Ｖw と上記制御周期に
等しい周期で変化する比較三角波とを比べて（図３の
（２））電圧指令値が大きければ高いレベルの電圧（図
中、ＨＩ）、小さければ低いレベルの電圧をインバータ
５に出力する（図３の（３））。なおＰＷＭ変調と相電
流検出のタイミングを図のようにするのは電流の時間微
分による誤差を低減するためである。

【００１９】制御ユニット１には本発明の特徴部分であ
る極性判別ブロック４が設けてあり、算出した位置角
度、角速度の補正を行なうようになっている。

【００２０】上記センサレス制御システムの作動ととも
に本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御方
法を説明する。

【００２１】制御ユニット１は、起動時にＩＰＭモータ
６の回転子の界磁磁極の極性を判定する。回転子が回転
しないように任意の相に瞬間的に電圧を印加し、その電
流応答から位置角度として取りうる２値を算出する。次
いでこの２値の示す方向（互いに反対方向）に短時間の
電圧パルスを印加し、電流センサ７で検出される電流の
ピーク値を比較する。ＩＰＭモータ６の電機子鉄芯の磁
化特性の非線形性からピーク値が大きい方がＮ極、ピー
ク値が小さい方がＳ極と決定できる。しかして位置角度
の初期値が定められる。

【００２２】三相の電圧指令値Ｖu ，Ｖv , Ｖw に基づ
いてＰＷＭブロック３５より出力されるパルス幅変調信
号が制御ユニット１外のインバータ５に入力し、パルス
幅変調信号に応じてＩＰＭモータ６の各電機子巻線にパ
ルス通電がなされる。電機子巻線の三相の相電流ｉu ，
ｉw は電流センサ７により検出され、上記Ａ／Ｄコンバ
ータを経て３相−２相変換ブロック２１に入力する。３
相−２相変換ブロック２１では残る相電流ｉv を式
（１）により上記相電流ｉu ，ｉw から算出するととも
に、これら三相の相電流ｉu ，ｉv ，ｉw を式（２）に
より所定の直交する静止座標系ｘ−ｙ上の二相電流ｉx
，ｉy に変換する。上記静止座標系ｘ−ｙは、図４に
示す如く、回転子と一体の直交する回転座標系ｄ−ｑと
相対角度が回転子の位置角度θだけ異なっている。

【００２３】

【数１】

【００２４】３相−２相変換ブロック２１から出力され
る二相電流ｉx ，ｉy は回転子位置検出ブロック２６に
入力し、回転子位置検出ブロック２６では式（３）を使
用して位置角度θを算出する。式中のＲd ，Ｌd ，Ｌq
はＩＰＭモータ６の等価回路における回転座標系ｄ−ｑ
上のそれぞれｄ軸、ｑ軸の巻線抵抗およびインダクタン
スであり、ｐは微分演算子（ｄ／ｄｔ）である。またＶ
y ，Ｖx は、電流制御ブロック３２の後段に設けた座標
変換ブロック３３から出力される静止座標ｘ−ｙ上の二
相の電圧指令値を使用する。なお角速度ωは現制御周期
のものが算出されていないから前制御周期で角速度バッ
ファ２５から出力されたものを使用する。角速度ωは一
周期で急激に変化することはないから、前制御周期のも
のを使用しても問題はない。またＬＰＦブロック２４は
通過帯域幅固定である。

【００２５】

【数２】

【００２６】なお式（３）を満たす位置角度θは−π≦
θ＜πの範囲でπラジアン異なる２値を取りうるが、前
の制御周期のθと連続する方を選択する。

【００２７】位置角度θは、角速度バッファ２５から出
力された角速度ωf とともに可変ＬＰＦブロック２７に
入力する。可変ＬＰＦブロック２７は一次遅れ型アナロ
グフィルタと等価なデジタルフィルタでソフトウエアに
より実現されており、角速度ωf が小さいほど通過帯域
が狭くなるようになっている。

【００２８】可変ＬＰＦブロック２７では、式（４）が
実行される。式中、θ（ｎ）は現制御周期において式
（３）により得られた位置角度で、θf （ｎ−１）は前
の制御周期において可変ＬＰＦブロック２７から出力さ
れた位置角度で、ａはフィルタ定数である。

【００２９】

【数３】

【００３０】フィルタ定数ａは角速度ωf が大きいほど
小さな値に設定され、通過帯域を広くすることで、位置
角度θf の位相遅れの低減効果および適度なリプル低減
効果を得ている。

【００３１】可変ＬＰＦブロック２７の出力θf は位置
角度バッファ２８に入力する。

【００３２】座標変換ブロック２２では式（５）の関係
を用いて、静止座標系ｘ−ｙ上の二相電流ｉx ，ｉy を
回転座標系ｄ−ｑ上の二相電流ｉd ，ｉq に変換する。
この変換式における位置角度θとして位置角度バッファ
２８から出力される位置角度θf が使用される。

【００３３】

【数４】

【００３４】座標変換ブロック２２より出力される二相
電流ｉd ，ｉq は電流制御ブロック３２に入力するとと
もに回転数検出ブロック２３にも入力し、式（６）によ
り角速度ωが算出される。式中、回転座標系ｄ−ｑ上の
ｑ軸相電圧Ｖq は上記電流制御ブロック３２の出力とし
て得られるものである。またφｆは回転子磁束である。
算出された角速度ωはＬＰＦブロック２４に入力する。

【００３５】

【数５】

【００３６】ＬＰＦブロック２４では、式（７）が実行
されリップルが除去される。式中、ω（ｎ）は現制御周
期において式（６）により得られた角速度で、ωf （ｎ
−１）は前の制御周期においてＬＰＦブロック２４から
出力された角速度で、ｂはフィルタ定数である。

【００３７】

【数６】

【００３８】ＬＰＦブロック２４のフィルタ機能は、Ｉ
ＰＭモータ６の出力トルクと、負荷を含めたＩＰＭモー
タ６の慣性モーメントから考えられる最大加速度に十分
追従できるように帯域幅が設定してある。ＬＰＦブロッ
ク２４の出力は、角速度ωfとして角速度バッファ２５
を経て回転子位置検出ブロック２６および可変ＬＰＦブ
ロック２７に入力するとともに電流制御ブロック３２に
入力する。

【００３９】電流指令発生ブロック３１は、制御ユニッ
ト１外より与えられるトルク指令に基づいて電流指令値
ｉd ＊，ｉq ＊を出力し、この電流指令値ｉd ＊，ｉq
＊を受けた電流制御ブロック３２は式（８），式（９）
を使用して、回転座標系ｄ−ｑ上の二相の電圧指令値Ｖ
d ，Ｖq を出力する。式中、Ｋdp，Ｋqpはそれぞれｄ
軸，ｑ軸の比例ゲイン、Ｋdi，Ｋqiはそれぞれｄ軸，ｑ
軸の積分ゲインである。

【００４０】

【数７】

【００４１】上記電圧指令値Ｖd ，Ｖq は座標変換ブロ
ック３３に入力し、式（１０）により静止座標系ｘ−ｙ
上の二相の電圧指令値Ｖx ，Ｖy に変換される。

【００４２】

【数８】

【００４３】続く２相−３相変換ブロック３４では、上
記電圧指令値Ｖx ，Ｖy を式（１１）によりＩＰＭモー
タ６の電機子巻線への三相の電圧指令値Ｖu ，Ｖv , Ｖ
w に変換してＰＷＭブロック３５へ出力する。

【００４４】

【数９】

【００４５】次に本発明の特徴部分である極性判別ブロ
ック４について説明する。図１は極性判別ブロック４で
実行されるプログラムを説明するフローチャートで、１
制御周期ごとに実行される。既に説明したように電流セ
ンサ７が三相電流ｉu ，ｉwを検出し（ステップ１０
１）、次いで位置角度θ、角速度ωが計算（可変ＬＰＦ
ブロック２７、ＬＰＦブロック２４におけるフィルタ処
理含む）される（ステップ１０２，１０３）。その結果
が角速度バッファブロック２５，位置角度バッファブロ
ック２８に出力されると、ステップ１０４において制御
周期カウント変数ｃｎｔがＮかどうかを判定する。ここ
でＮは予め上記プログラム上に設定される数値で、ＩＰ
Ｍモータ６の回転中に界磁磁極の極性の判定を行なう頻
度を示している。

【００４６】制御周期カウント変数ｃｎｔがＮのとき、
極性判定ルーチンＡに移行する。制御周期カウント変数
ｃｎｔを０とするステップ２０１を経てステップ２０２
に進む。ステップ２０２ではステップ１０２で算出した
現制御周期の位置角度θと前の制御周期の位置角度θの
差分を計算し、これを位置角度から求めた角速度ω’と
する。ステップ１０２で算出した位置角度θが実際の位
置角度との間に約πラジアンの誤差を生じていてもいな
くても、上記位置角度θの差分であるω’の取る値はそ
の符号が正確に回転子の回転方向を示している。次いで
位置角度θから求めた角速度ω’とステップ１０３で算
出した角速度ωとで符号を比較する（ステップ２０
３）。

【００４７】上記式（３）を満たす２値から実際の位置
角度が選択されていなければ、位置角度θは実際の位置
角度との間にπラジアンの誤差がある。この結果、座標
変換ブロック２２において式（５）により静止座標系ｘ
−ｙ上の二相電流ｉx ，ｉyを回転座標系ｄ−ｑ上の二
相電流ｉd ，ｉq に変換するとき、二相電流ｉd ，ｉq
は実際の相電流に対して符号が反転する。またこれらに
基づいて演算されるＶq も符号が反転する。この結果、
式（６）により算出されるωは、一般的にφfの方がＬd
ｉd より遙かに大きいから、符号が式（６）の分子の
符号で決定し、実際の角速度の符号と逆になる。

【００４８】したがって位置角度θから求めた角速度
ω’と算出される角速度ωの符号が異なる場合には、位
置角度θが上記式（３）を満たす２値から適正に選択さ
れておらず界磁磁極の極性が間違って認識されているこ
とが分かる。また位置角度θから求めた角速度ω’と算
出される角速度ωの符号が同じであれば、界磁磁極の極
性が正しく認識されていることが分かる。

【００４９】比較の結果、ωとω’の符号が異符号の場
合にはステップ２０４に進み、位置角度θにπラジアン
を加算してこれをあらためて位置角度θとする位相補正
を行なう。そして角速度ωの符号を反転して、すなわち
−ωをあらためてωとする符号補正を行なう（ステップ
２０４）。

【００５０】位相補正された位置角度θは位置角度バッ
ファブロック２８から座標変換ブロック３３と、次の制
御周期には座標変換ブロック２２に出力される。また符
号補正された角速度ωが角速度バッファブロック２５か
ら回転子位置検出ブロック２６および可変ＬＰＦブロッ
ク２７、電流制御ブロック３２に出力されて電圧指令値
Ｖu ，Ｖv ，Ｖw がＰＷＭブロック３５に出力される
（ステップ１０６）。そして次の制御周期で再びステッ
プ１０１からの手順が実行される。またステップ２０３
でωとω’が同符号であれば界磁磁極の極性が正しく認
識されているものと判断し、角速度バッファブロック２
５、位置角度バッファブロック２８からは位相補正や符
号補正が行われない角速度ω、位置角度θが出力され
る。

【００５１】なおステップ１０４で制御周期カウント変
数ｃｎｔがＮでなければ極性判別ルーチンＡには移行せ
ず、制御周期カウント変数ｃｎｔを１ステップ、インク
レメントし（ステップ１０５）、ステップ１０６に進
む。しかして制御周期カウント変数ｃｎｔは、制御周期
ごとに増加し、Ｎ回の制御周期ごとに極性判別ルーチン
Ａが実行され、界磁磁極の極性が正しく認識されていな
ければ位置角度θ、角速度ωに位相補正、符号補正が行
われる。この結果、正確な位置角度θ、角速度ωに基づ
いてＩＰＭモータ６の制御が行われる。

【００５２】以上に説明したセンサレス制御システムに
よりＩＰＭモータを駆動した場合のシミュレーション結
果を図５に示す。なおＩＰＭモータの条件は、定格出力
２．２ｋＷ、定格電流８Ａ、定格回転数３０００ｒｐ
ｍ、ｄ軸インダクタンス９．５ｍＨ、ｑ軸インダクタン
ス１８．２ｍＨ、回転子磁束０．３０７Ｗｂである。

【００５３】時間が０．１（sec ）の時点より前では実
際の位置角度と算出した位置角度（図中、位置角度を位
置角と記す）にはπラジアンの誤差があり、実際の角速
度と算出した角速度とで符号が逆転している。時間が
０．１（sec ）の時点における制御周期において、図１
の極性判別ルーチンＡに移行し位置角度、角速度の補正
が実行されて、位置角度および角速度ともに算出した値
と実際の値とが一致している。このように本センサレス
制御方法によれば、界磁磁極の極性がＩＰＭモータの回
転中に周期的に判定されて位置角度および角速度が正確
に算出される。そしてこれに応じて適正な電圧指令値が
得られ、制御性が向上する。

【００５４】なお本実施形態では、図１のステップ２０
４で位置角度θの位相補正と角速度ωの符号補正とを行
なったが、符号補正を行うのではなく位置角度θの位相
補正に次いで、補正した位置角度θを用いてあらためて
ステップ１０３を実行し直してもよい。すなわち式
（５）の関係を用いて、静止座標系ｘ−ｙ上の二相電流
ｉx ，ｉy を回転座標系ｄ−ｑ上の二相電流ｉd ，ｉq
に変換し、式（６）により角速度ωを算出する。この場
合も補正された位置角度θとあらためて算出された角速
度ωとに基づいて適正な電圧指令値が得られ、制御性が
向上する。

【００５５】（第２実施形態）図６は、図２に示すブロ
ックダイアグラムの極性判別ブロック４の内容を別の構
成としたものを説明するフローチャートで、図１の極性
判別ルーチンＡに代えて別の極性判別ルーチンＢとした
点が実質的な相違点である。以下に第１実施形態との相
違点を中心に説明する。位置角度θ、角速度ωが計算さ
れ（ステップ１０２，１０３）、その結果が角速度バッ
ファブロック２５，位置角度バッファブロック２８に出
力されると、ステップ３０１において制御周期カウント
変数ｃｎｔがＮかどうかを判定する。ＮはＩＰＭモータ
６の界磁磁極について極性の検出異常が起きているかど
うかを判定する頻度を決めている。

【００５６】制御周期カウント変数ｃｎｔは後述するよ
うにＮ＋１回の制御周期ごとに０にリセットする。この
ときのステップ１０２で算出された位置角度θは極性判
別ルーチンＢで用いられる変数θ1 として記憶される
（ステップ３０２）。変数θ1は連続するＮ＋１回の制
御周期の最初の制御周期における位置角度である。

【００５７】ステップ３０１で制御周期カウント変数ｃ
ｎｔがＮ，０のいずれでもなければ、制御周期カウント
変数ｃｎｔを１ステップ、インクレメントし（ステップ
１０５）、ステップ１０６に進む。しかして制御周期カ
ウント変数ｃｎｔは、０にリセットされた以降、制御周
期ごとに増加する。

【００５８】制御周期カウント変数ｃｎｔがＮのとき、
極性判別ルーチンＢに移行する。ステップ１０２におい
て算出した位置角度θは、本ルーチンにおいて用いられ
る変数θ2 として記憶される（ステップ４０１）。変数
θ2 は連続するＮ＋１回の制御周期の最後の制御周期に
おける位置角度である。制御周期カウント変数ｃｎｔを
０とするステップ４０２を経てステップ４０３に進む。
ステップ４０３は、第１実施形態における図１のステッ
プ２０２と同じく位置角度から求めた角速度ω’を求め
る手順で、Δｔを制御周期として式（１２）により算出
する。 ω’＝（θ2 −θ1 ）／（Ｎ×Δｔ）……（１２）

【００５９】ここでＮ×Δｔは上記Ｎ＋１回の制御周期
の最初と最後の間隔である。したがってω’はこの間に
おける平均の角速度であり、θの算出誤差等の影響を抑
制し、極性判別の確度を高めるようになっている。Ｎ×
Δｔは、制御周期Δｔを１００μｓｅｃのとき、Ｎを５
０とすれば５ｍｓｅｃであり、通常のモータでは実質的
に同時とみなせる時間間隔である。

【００６０】次いで位置角度θから求めた角速度ω’と
ステップ１０３で算出した角速度ωとを比較する（ステ
ップ４０４）。

【００６１】ステップ４０４は式（１３），（１４）を
満たすかどうかを判定するもので、式（１４）は第１実
施形態における符号判定と同じで、ω，ω’の符号が異
なるときに成り立つ。 ｜ω｜＞ ｜ω’｜ ×２……（１３） ω ×ω’＜ ０……（１４）

【００６２】式（１３），（１４）のいずれかを満たす
場合、極性の検出異常と判断し、ステップ４０５に進
み、位置角度θにπラジアンを加算してこれをあらため
て位置角度θとする位相補正を行なう。そして位置角度
θの変化から求めた角速度ω’の値を、ステップ１０６
で用いられる角速度ωとする。かくして極性判別ルーチ
ンが終了しステップ１０６に戻り、次の制御周期で再び
ステップ１０１からの手順が実行される。

【００６３】なおステップ４０４で、式（１３），（１
４）のいずれも満たさない場合は正常と判断し、角速度
ω、位置角度θは位相補正や符号補正が行われない。

【００６４】極性判別ルーチンＢはＮ＋１回の制御周期
ごとに実行され、界磁磁極の極性の検出異常が生じてい
れば位置角度θ、角速度ωが補正される。

【００６５】図７、図８、図９は界磁磁極の極性が正し
く認識されている正常な状態から、界磁磁極の極性が逆
に認識されている異常な状態へ移行する過程をシミュレ
ーションしたもので、図７は回転子の位置角度の経時変
化を示している。図中、実線が実際の位置角度で、破線
がステップ１０２において算出された位置角度θを示し
ている。Ｉ領域では実際の位置角度と算出位置角度θと
が一致し界磁磁極の極性が正しく認識されている。続く
II領域では、式（３）の２つの解のうち間違った解を選
択した結果、算出位置角度θが実際の位置角度の値から
ずれはじめる。連続的にずれるのは可変ＬＰＦ２７の作
用によるものである。次いで実際の位置角度と算出位置
角度θとのずれがπになる。この状態は界磁磁極の極性
が完全に逆に認識された状態であり、算出位置角度θと
実際の位置角度の差はπのまま安定する（III 領域）。

【００６６】図８は電流センサ７で検出した相電流ｉu
，ｉw を、上記の算出されたθを用いて式（１），
（２），（５）により変換した二相電流の算出値ｉd ，
ｉq の経時変化を示すものである。II領域においては算
出位置角度θが実際の位置角度からずれていくため、ｉ
d は０から凸形に変化し、ｉq は一方向に変化する。ｉ
qはこのII領域において大きな微分値をとる。ｉd が極
値をとりかつｉq が０となる時点は、算出位置角度θと
実際の位置角度の差がπ／２である。そして算出位置角
度θと実際の位置角度の差がπとなるIII 領域では、ｉ
d は０に戻りｉq は正負が反転する。

【００６７】図９は回転子の回転速度（角速度）を示す
もので、実線は式（６）により算出した角速度ωであ
り、破線は算出位置角度θから式（１２）により算出し
た角速度ω’である。界磁磁極の極性が正しく認識され
ているＩ領域では両者は一致し、かつ実際の角速度を示
している（図略）。

【００６８】II領域では、ωはきわめて大きな値とな
る。シミュレーションではＩ領域における角速度の５０
倍以上に増加する。これは位置角度θがずれていく過程
で式（６）におけるｐｉq の項の大きさが大きくなるた
めである。一方、式（１２）からもとめたω’は、算出
される位置角度θと実際の位置角度の差が可変ＬＰＦ２
７の作用で単調変化するため、実際の回転速度に対し若
干ずれるが、そのずれ量は、算出角速度よりも小さい。

【００６９】したがってII領域においてはωはω’に比
してその大きさが著しく大きい。したがって式（１３）
を満たし界磁磁極について極性の検出異常が知られる。
しかしてステップ４０５においてθおよびωを補正する
ことにより適正な電圧指令値が得られる。

【００７０】界磁磁極の極性が逆に認識されているIII
領域では、ωは正負が反転し、ω’はもとの符号のまま
である。これは第１実施形態において述べたとおりであ
る。したがって何らかの理由で、III 領域に入ってしま
った場合や、ＩＰＭモータ６の始動時における界磁磁極
の極性が逆に認識され、はじめからIII 領域にある場合
には、第１実施形態の条件と等価な式（１４）により極
性異常が検出できる。

【００７１】なお式（１２）の｜ω’｜の係数の「２」
は、必ずしもこれに限定されるものではない。｜ω｜が
｜ω’｜よりも十分大きいことが判断できればよい。但
しωの算出誤差や極性の検出異常の検出感度等を考慮し
てあまり１に近い値や大きすぎる値を避けて設定する。
上記のようなシミュレーションや実験等で適当な値を求
めるのがよい。

【００７２】ステップ４０５において位置角度θの変化
から求めた角速度ω’の値を、ステップ１０６で用いら
れる角速度ωとしたが、第１実施形態において述べたよ
うに角速度ωは、符号補正や算出のやり直しにより適正
値に修正してもよい。

【００７３】また本発明は起動時の界磁磁極の極性判定
にも適用することもできる。すなわち式（３）を満たす
２値のうち任意に初期値を設定しておけば、極性判別ル
ーチンの実行により、上記初期値において界磁磁極の極
性が正しく認識されているかどうかが判定され、間違っ
て認識されている場合には位置角度および角速度が補正
される。またＩＰＭモータが回転した状態から起動する
場合の界磁磁極の極性の判定に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法の要部のフローチャートである。

【図２】本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法を実施したセンサレス制御装置の全体ブロック
構成図である。

【図３】本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法を実施したセンサレス制御装置の作動状態を示
すタイムチャートである。

【図４】本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法で用いられる２つの座標系の関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の永久磁石界磁同期電動機のセンサレス
制御方法の効果を説明するグラフである。

【図６】本発明の別の永久磁石界磁同期電動機のセンサ
レス制御方法の要部のフローチャートである。

【図７】本発明の別の永久磁石界磁同期電動機のセンサ
レス制御方法の作用を説明する第１のグラフである。

【図８】本発明の別の永久磁石界磁同期電動機のセンサ
レス制御方法の作用を説明する第２のグラフである。

【図９】本発明の別の永久磁石界磁同期電動機のセンサ
レス制御方法の作用を説明する第３のグラフである。

【図１０】（Ａ），（Ｂ）は従来技術の問題点を説明す
る第１、第２のグラフである。

【符号の説明】

１ 制御ユニット ３５ ＰＷＭブロック（交流電力発生手段） ４ 極性判別ブロック ５ インバータ（交流電力発生手段） ６ ＩＰＭモータ（永久磁石界磁同期電動機）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 浩也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 大林 和良 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧指令値を入力とする多相の交流電力
   発生手段により上記電圧指令値に応じた相電圧が印加さ
   れて作動する永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御
   方法であって、制御周期ごとに上記電圧指令値に応答す
   る上記永久磁石界磁同期電動機の相電流を検出し、検出
   した相電流に応じて上記永久磁石界磁同期電動機の回転
   子の位置角度と回転速度とを算出し、これら算出した位
   置角度と回転速度とをフィードバックして上記電圧指令
   値を逐次設定し、上記永久磁石界磁同期電動機の制御を
   行なう永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御方法に
   おいて、算出された位置角度の変化から判断される上記
   回転子の回転速度と算出された回転速度とが一致しない
   とき、上記演算された位置角度に所定量の位相を加算す
   る位相補正を行なうことを特徴とする永久磁石界磁同期
   電動機のセンサレス制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の永久磁石界磁同期電動機
   のセンサレス制御方法において、算出位置角度の変化か
   ら判断される回転方向と、算出回転速度より判断される
   回転方向とが異なるとき、算出位置角度の変化から判断
   される上記回転子の回転速度と、算出回転速度とが一致
   しないものと判定する永久磁石界磁同期電動機のセンサ
   レス制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２いずれか記載の永久磁
   石界磁同期電動機のセンサレス制御方法において、算出
   位置角度の変化に基づいて算出された上記回転子の回転
   速度の大きさの、算出回転速度の大きさに対する比が所
   定の値よりも大きいとき、算出位置角度の変化から判断
   される上記回転子の回転速度と、算出回転速度とが一致
   しないものと判定する永久磁石界磁同期電動機のセンサ
   レス制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の永久磁
   石界磁同期電動機のセンサレス制御方法において、上記
   所定量の位相をπラジアンとする永久磁石界磁同期電動
   機のセンサレス制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４いずれか記載の永久磁
   石界磁同期電動機のセンサレス制御方法において、上記
   回転子の位置角度について上記位相補正を行うととも
   に、上記回転子の回転速度について演算回転速度の符号
   を反転する符号補正を行なう永久磁石界磁同期電動機の
   センサレス制御方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４いずれか記載の永久磁
   石界磁同期電動機のセンサレス制御方法において、上記
   回転子の位置角度について上記位相補正を行い、上記回
   転子の回転速度について補正後の演算位置角度を用いて
   算出し直す永久磁石界磁同期電動機のセンサレス制御方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし４いずれか記載の永久磁
   石界磁同期電動機のセンサレス制御方法において、上記
   回転子の位置角度について上記位相補正を行うととも
   に、上記回転子の回転速度について算出位置角度から求
   めた回転速度に変更する永久磁石界磁同期電動機のセン
   サレス制御方法。