JPH1155988A - 電気角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧印加パルスの微妙なチューニングを必要
とせずに、センサレスでモータ電気角を検出できる装置
を提供する。 【解決手段】 三相同期モータの各相に電圧を印加し、
該印加された電圧に応じて流れる電流値を電流センサで
検出する。この電流の挙動が、モータの電気角に応じて
周期πで変化する特性に基づいて電気角を０〜πまたは
π〜２πの範囲で算出する。次に電圧を順方向に印加
し、モータのティースの磁気飽和によりコイル巻線に流
れる電流の変化率が急激に増大するまでの電流立ち上が
り時間Ｔ１を計測する。また、電圧を逆方向に印加した
場合の電流立ち上がり時間Ｔ２も計測する。両者の大小
関係を比較することにより、電気角が０〜πまたはπ〜
２πのいずれの区間に属しているかの極性判定をするこ
とができるため、電気角を０〜２πの範囲で検出するこ
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検出装置に関し、詳しくは回転子の
回転位置の検出に専用のセンサを用いない、いわゆるセ
ンサレスで電気角を検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】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で、所望の回転トルクを得るために
は、回転子の位置、即ち電気角に応じて巻線に流す多相
交流を制御する必要がある。従来、センサレスで回転子
の電気角を検出する方法としては、巻線間に高周波電圧
を加え、巻線間の電圧波形から回転子電気角を検出する
装置が提案されている。これは、永久磁石を用いた同期
モータの場合、回転子の回転により巻線間に逆起電力が
生じることを利用したものである。一方、この装置は、
回転子が停止中や低回転中には、上記起電力は生じたと
しても非常に微少であるため、精度よく電気角を検出す
ることはできなかった。

【０００３】このような課題に鑑み、出願人は、回転子
が停止中または低回転中においても、精度良く回転子の
電気角を検出する装置を提案している（特開平７−１７
７７８８）。これは、モータの巻線間に電圧を印加し、
該印加された電圧に応じて流れる電流の挙動を検出する
ことにより、電気角を検出するものである。

【０００４】具体的に、電気角を検出する原理の一例を
示せば次の通りである。なお、電気角は図４に示した等
価回路におけるθに相当する。Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる三
相モータにおいて各相に比較的小さな電圧をかけた場合
の電気角と電流値の関係を図７に示す。各相の電流は１
２０度ずつ位相がずれているため、電気角に応じて各相
に流れる電流の大小関係が変化する。具体的には、電気
角０〜１８０度の範囲を３０度ずつ６つの区分に分けた
場合、図７における区分１および区分４ではＶ相、区分
２および区分５ではＵ相、区分３および区分６ではＷ相
の電流が三相の内、中間の大きさとなる（以下、この電
流を「中間電流」と呼ぶ）。また、図７から分かる通
り、各相の電流は周期的に変化しているが、中間電流は
直線で近似することができる。従って、各相の電流値の
大小関係の比較により、電気角が図７のいずれの区分に
属するかを特定した後、中間電流の電流値と電気角との
関係を示す近似式を用いることにより、０〜１８０度の
範囲で電気角を特定することができる。一方、電気角１
８０度〜３６０度（図７の区分１’〜区分６’）の範囲
でも同様の関係が成立しているため、同じく電気角を特
定することができる。

【０００５】但し、この場合には、電気角０度〜１８０
度の区間と電気角１８０度〜３６０度の区間で、電気角
が１８０度ずれて対応する区分（例えば区分１と区分
１’）の内、いずれの状態にあるのかを特定することが
できない。具体的には区分１における電気角３０度の状
態と、区分１’における電気角２１０度の状態とが判別
できない。従って、磁石のＮ極とＳ極のいずれの磁極が
Ｕ相のコイルに近いかという極性判定を別途行うことに
より、電気角がいずれの区間に属しているかを特定する
必要がある。

【０００６】区間の特定を実現する方法としては、例え
ば図１１に示す磁気飽和特性を利用した方法が提案され
ている。図１１は、モータのステータを形成する磁性体
に外部から加えられる磁束Ｈと磁性体内部の磁束Ｂとの
関係を示したものである。ロータに貼付された永久磁石
のＮ極がステータのコイルに近い位置にある場合（図１
１の点ａ）では、磁性体にあらかじめ永久磁石による磁
束が加えられている。この状態でコイルへの通電を行う
と、該通電によって生じる磁束が付加されることによ
り、磁性体内の磁束は非線形に変化する領域に入る（図
１１の点ｂ）。一方、Ｓ極がステータのコイルに近い位
置にある場合（図１１の点ｃ）では、コイルへの通電に
よる磁束が付加されても磁性体内の磁束は線形に変化す
る領域に止まる（図１１の点ｄ）。

【０００７】このような磁気飽和特性は、コイルのイン
ダクタンスひいては検出される電流値に影響を与えるも
のであるため、一定期間電圧を印加した後の電流のピー
ク値を計測したり、または電流が所定値となるまでに要
する電圧印加時間を計測すれば、コイルと磁極との位置
関係を知ることができる。つまり、コイルにＮ極が近い
状態（電気角が０度〜９０度または２７０度〜３６０度
の区間）にあるのか、Ｓ極が近い状態（９０度〜２７０
度の区間）にあるのかを知ることができる。この結果、
先に１８０度ずれて検出された２つの電気角の内、実際
の電気角が０度〜１８０度の区間または１８０度〜３６
０度の区間のいずれに属しているのかを特定することが
でき、電気角を０度〜３６０度の範囲で一義的に検出す
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電流のピーク
値を計測したり、または電流が所定値となるまでに要す
る電圧印加時間を計測することにより磁気飽和が生じて
いるか否かを判断する区間判定方法においては、印加す
る電圧パルスを設定することが非常に困難であった。つ
まり、コイルと磁極の位置関係が、図１１の点ａにおけ
る状態にある場合でも、印加する電圧が低ければ、磁性
体内部の磁束密度は飽和状態に至らないことが起こりう
る。従って、コイルと磁極との関係が図１１における原
点付近にある場合であっても、磁気飽和に達し得るよう
な十分高い電圧を印加する必要がある。一方、コイルと
磁極との関係が図１１の点ｃにあるような場合に、あま
りに高い電圧を印加すると同図の点ｄ，ａの状態を通り
過ぎ、磁気飽和が生じる可能性もある。また、印加する
電圧値および印加時間は、モータの駆動を制御するトラ
ンジスタインバータの定格を超えないようにする必要も
ある。区間判定方法で印加する電圧パルスは実験的に定
めることになるが、以上の条件を満足する電圧パルスは
非常に限られているため、適切な電圧パルスを設定する
ことが困難であった。

【０００９】また、モータは、ロータに使用される永久
磁石の経年変化やモータ設計時の仕様変化等により、特
性が変化する。従って、区間判定方法における印加電圧
として適切なパルスを実験的に設定できた場合でも、モ
ータの特性変化が生じた場合には、再度電圧パルスの設
定をし直す必要があった。さらに、モータに電力を供給
するバッテリに電圧低下等の電圧変動が生じた場合、上
記の電圧パルスを印加することができない可能性もあっ
た。

【００１０】本発明は上記課題の少なくとも一部を解決
するためになされ、微妙な電圧パルスの設定（チューニ
ング）をすることなく、電気角を検出できる装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では
次の手段を採った。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
ータの電気角検出装置であって、該巻線に所定の電圧を
印加する電圧印加手段と、該印加した電圧に応じて流れ
る電流の変化率などの電流の挙動を検出する電流検出手
段と、該印加した電圧に応じて流れる電流の挙動に基づ
いて、電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気
角を演算する電気角演算手段と、該検出された電流の変
化率の変動に基づいて、電気角が０〜πもしくはπ〜２
πのいずれの区間に属するかを特定する区間特定手段と
を備えることを要旨とする。

【００１２】かかる構成からなる電気角検出装置によれ
ば、同期モータの巻線に印加された電圧に応じて流れる
電流の変化率を検出することができ、該電流変化率の変
動に基づいて電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれ
の区間に属するかを特定する。その原理は以下に示す通
りである。なお、電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間
内での電気角を演算することができるため、最終的に０
〜２πの範囲で電気角を検出することができる。

【００１３】電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれ
の区間に属するかを特定する区間特定手段は、電流の変
化率の変動に基づいて該特定を行う点で、電流値に基づ
いて該特定を行っていた原理的に従来技術と大きく相違
する。前述した磁気飽和特性（図１１）は、巻線に流れ
る電流に影響を与える。通常、巻線に電圧を印加した場
合、該電圧により生じる磁束の変化に応じて巻線には逆
起電力が発生し、電流が流れるのを阻害する。これがよ
く知られている巻線のインダクタンスによる影響であ
り、電流は巻線のインダクタンスの関数で定まる曲線に
従って増大していく。一方、例えば図１１の点ｂのよう
に磁性体の磁束密度が飽和状態に近づくと、巻線に印加
された電圧により生じる磁束の変化が抑制されるため、
巻線に生じる逆起電力も小さくなる。この結果、巻線に
流れる電流は急激に増加する現象が生じる。つまり、巻
線に流れる電流の変化率が急激に大きくなる部分を検出
できれば、磁性体内部の磁束密度が飽和状態に至ったこ
とが検出される。本発明では、この原理を用いて、電流
変化率の変動に基づいて、磁束密度の飽和状態を検出
し、電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に
属するかを特定している。

【００１４】かかる原理に基づけば、磁束密度が飽和状
態となるまで電圧を継続的に印加することができるた
め、予め電圧パルスを設定しなくても区間特定が可能と
なる。また、電圧印加開始後、いつの時点で磁束密度が
飽和状態となったかが検出できるため、特定の状態（例
えば、図１１の点ｃ）の場合には磁束密度が飽和状態と
ならないように電圧値および印加時間を制限する必要も
ない。従って、本発明の電気角検出装置によれば、電圧
パルスのチューニングをすることなく、電気角を検出す
ることができる。

【００１５】なお、モータのセンサレス制御の技術分野
においては、上述した磁気飽和特性と電流変化率の関係
は、これまで知られておらず、該関係を用いた電気角の
検出は、本出願人が本出願において初めて開示したもの
である。

【００１６】前記の電気角検出装置において、前記電圧
印加手段は、前記巻線の一の方向に所定の電圧を印加す
る手段であり、前記区間特定手段は、電圧印加開始か
ら、検出された電流変化率の変動値が所定値を超えるま
でに要する電流立ち上がり時間と、特定の電気角に関連
して予め定めた所定の閾値との大小関係に基づいて、電
気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属する
かを特定する手段とすることが望ましい。

【００１７】かかる構成によれば、巻線に一の方向に電
圧を印加し、検出された電流変化率の変動値が所定値を
超えるまでに要する電流立ち上がり時間を検出すること
ができる。特定の電気角に関連した電流立ち上がり時間
を閾値とすれば、前記検出された電流立ち上がり時間
と、該閾値との大小関係に基づいて、電気角が０〜πも
しくはπ〜２πのいずれの区間に属するかを特定するこ
とができる。また、電流立ち上がり時間の検出が一度で
済むため、比較的短時間で区間の特定を行うことができ
る。

【００１８】具体的に説明すれば次の通りである。磁石
コイル巻線に電圧の印加方向が電気角が０〜π／２また
は３／２π〜２πの区間（以下、Ｎ極性区間という）に
属しているときは、図１１の第１象限に属する状態とな
り、電気角がπ／２〜３／２πの区間（以下、Ｓ極性区
間という）に属しているときは、図１１の第３象限に属
する状態となる。コイル電流による磁界の方向が電気角
０におけるＮ極による磁界の方と一致する方向に巻線に
電圧を印加するとすれば、図１１から明らかな通り、電
気角がＮ極性区間に属している場合の方が、Ｓ極性区間
に属している場合に比べて、電流立ち上がり時間が短く
なる。言い換えれば、電気角がπ／２の状態における電
流立ち上がり時間を閾値とすれば、電気角がＮ極性区間
に属している場合の電流立ち上がり時間は該閾値よりも
小さくなり、電気角がＳ極性区間に属している場合の電
流立ち上がり時間は該閾値よりも大きくなる。従って、
電流立ち上がり時間と所定の閾値との大小関係により、
電気角が０〜πまたはπ〜２πのいずれの区間に属して
いるのかを特定することができる。

【００１９】なお、上記では理解の容易のために、やや
具体的に記載したが、本発明の内容はこれらに限定され
るものではない。例えば、電圧の印加方向は、上述と逆
方向でも成立し得る。また、上記閾値は、電気角０〜π
もしくはπ〜２πの区間内での電気角を演算する電気角
演算手段の演算区分に応じて設定することができる。例
えば、電気角演算手段が、従来技術において図７を用い
て説明したように、電気角を３０度（π／６）刻みの区
分内で特定する手段である場合には、上記閾値を電気角
π／６〜π／２のいずれかの状態における電流立ち上が
り時間としてもよい。

【００２０】一方、前記の電気角検出装置において、前
記電圧印加手段は、前記巻線の一の方向に第１の所定期
間、所定の電圧を印加する順方向電圧印加手段と、前記
一の方向と逆方向に第２の所定期間、前記所定の電圧と
同じ電圧を印加する逆方向電圧印加手段とからなり、前
記区間特定手段は、前記順方向電圧印加手段による電圧
印加開始から、検出された電流変化率の変動値が所定値
を超えるまでに要する順方向電流立ち上がり時間と、前
記逆方向電圧印加手段による電圧印加開始から、検出さ
れた電流変化率の変動値が所定値を超えるまでに要する
逆方向電流立ち上がり時間との大小関係に基づいて、電
気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属する
かを特定する手段とすることも望ましい。

【００２１】かかる構成とすれば、巻線に一の方向（順
方向）に電圧を印加して順方向電流立ち上がり時間を検
出することができ、その逆方向に電圧を印加して逆方向
電流立ち上がり時間を検出することができる。順方向電
流立ち上がり時間と逆方向電流立ち上がり時間とは、電
気角に応じた大小関係が生じるため、両者を比較するこ
とにより、電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの
区間に属するかを特定することができ、電気角を０〜２
πの範囲で検出することができる。また、この構成にお
いては、順方向と逆方向の電流立ち上がり時間を比較す
るため、一方向の電流立ち上がり時間を計測し所定の閾
値と比較する方法に比べて、検出精度が安定するという
効果がある。つまり、この構成によれば、モータの設計
仕様の変更、バッテリの電圧変動、モータを構成する磁
石の経年変化等の影響を受けることなく、安定して区間
特定を行うことができる。

【００２２】上記構成による区間特定方法を具体的に説
明すれば次の通りである。電気角が図１１の点ａの状態
にある場合、コイル電流による磁界の方向が電気角０に
おけるＮ極による磁界の方と一致する方向（順方向）に
巻線への電圧を印加するとすれば、順方向電流立ち上が
り時間は図１１の点ｂまで移動するのに要する時間であ
る。これに対し、電圧の印加方向を逆方向にした場合、
逆方向電流立ち上がり時間は図１１の点ｃを通り過ぎて
更に点ｅに達するまでに要する時間である。従って、こ
の場合、順方向電流立ち上がり時間の方が逆方向電流立
ち上がり時間よりも短くなる。

【００２３】一方、点ａに対し、電気角が１８０度ずれ
た場合（図１１の点ｃの状態）を考えると、順方向電流
立ち上がり時間は点ａを通り過ぎて点ｂに至るまでに要
する時間であり、逆方向電流立ち上がり時間は点ｅに至
るまでの時間であるため、順方向電流立ち上がり時間の
方が逆方向電流立ち上がり時間よりも長くなる。以上よ
り、順方向電流立ち上がり時間と逆方向電流立ち上がり
時間を検出し、その大小関係を比較すれば、電気角が０
〜πまたはπ〜２πのいずれの区間に属しているかを特
定することができる。

【００２４】この場合、さらに、前記順方向電圧印加手
段における第１の所定期間は、検出された電流変化率の
変動値が所定値を超えるまでの期間もしくは予め定めら
れた所定期間のいずれか短い方の期間であり、前記逆方
向電圧印加手段における第２の所定期間は、検出された
電流変化率の変動値が所定値を超えるまでの期間もしく
は前記第１の所定期間を超える期間のいずれか短い方の
期間としてもよい。

【００２５】こうすれば、電圧印加期間を最小限に抑え
ることができるため、短期間で区間特定を行うことがで
きる。まず、順方向電圧印加中に電流変化率の変動値が
所定値を超えた場合について説明する。この場合は、電
流変化率の変動値が所定値を超えた時点で順方向電流立
ち上がり時間が計測できるため、それ以降は順方向電圧
は印加されない。その後、逆方向電圧印加中に検出され
た電流変化率の変動値が所定値を超えた場合には、その
時点で逆方向電流立ち上がり時間が計測できるため、そ
れ以降は逆方向電圧は印加されない。また、順方向電圧
を印加する期間を超えても電流変化率の変動値が所定値
を超えない場合には、その時点で逆方向電流立ち上がり
時間が順方向電流立ち上がり時間よりも長いことが判定
できるため、それ以降は逆方向電圧は印加されない。

【００２６】次に、順方向電圧の印加が予め定められた
所定の期間を超えても電流変化率の変動値が所定値を超
えない場合について説明する。この場合は、所定の期間
を超えた時点で順方向電圧の印加が停止される。その
後、逆方向電圧印加中に検出された電流変化率の変動値
が所定値を超えた場合には、その時点で逆方向電流立ち
上がり時間が順方向電流立ち上がり時間よりも短いこと
が判定できるため、それ以降は逆方向電圧は印加されな
い。

【００２７】以上説明した通り、上記構成を採ることに
より、電圧印加期間を最小限に抑えることができ、短期
間で区間を特定できることが分かる。なお、ここにいう
予め定められた所定の期間は、順方向電圧を印加した場
合または逆方向電圧を印加した場合の少なくとも一方に
おいて電流変化率の変動値が所定値を超え得る期間であ
る。例えば、電気角がπ／２の状態において電流変化率
の変動値が所定値を超えるまでの期間としてもよいし、
電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を演
算する電気角演算手段の演算区分に応じて設定するもの
としてもよい。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（１）実施例の構成 以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて説
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４
０の固定子３０と回転子５０との関係を示す端面図であ
る。

【００２９】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５１な
いし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。

【００３０】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形した板状回転子５７を複数枚積層したものであ
る。この板状回転子５７は、図３に示すように、直交す
る位置に４箇所の突極７１ないし７４を備える。板状回
転子５７を積層した後、回転軸５５を圧入し、積層した
板状回転子５７を仮止めする。この電磁鋼板を素材とす
る板状回転子５７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され、接着層が溶融
することにより、固定される。

【００３１】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ないし７４の中間位置
に、永久磁石５１ないし５４を軸方向に亘って貼付す
る。永久磁石５１ないし５４は、回転子５０の半径方向
に磁化されており、その極性は隣り合う磁石同士が互い
に異なる磁極となっている。例えば、永久磁石５１は外
周面がＮ極であり、その隣の永久磁石５２は外周面がＳ
極となっている。この永久磁石５１，５２は、回転子５
０を固定子３０に組み付けた状態では、板状回転子５７
および板状固定子２０を貫く磁路Ｍｄを形成する（図３
破線参照）。

【００３２】固定子３０を構成する板状固定子２０は、
板状回転子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
るコイル３２が巻回されている。尚、板状固定子２０の
外縁部には、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。

【００３３】固定子３０は、板状の板状固定子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、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。

【００３４】固定子３０のコイル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
る突極および板状回転子５７，板状固定子２０を貫く磁
路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石５１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。また、ｄ軸
が電気的にｑ軸に対してなす角を電気角と呼ぶ。図４に
本実施例の三相同期モータの等価回路を示す。図４に示
す通り、電気角は等価回路におけるＵ相コイルと磁極の
角度に相当する。

【００３５】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制御用ＥＣＵ
１００、三相同期モータ４０のＵ相電流Ａｕ、Ｖ相電流
Ａｖ、Ｗ相電流Ａｗを検出する電流センサ１０２、１０
３、１０４、検出された電流の高周波ノイズを除去する
フィルタ１０６、１０７、１０８、検出した電流値をデ
ィジタルデータに変換する２個のアナログディジタル変
換器（ＡＤＣ）１１２、１１３、１１４から構成されて
いる。

【００３６】制御用ＥＣＵ１００の内部には、図示する
ように、算術論理演算を行なうマイクロプロセッサ（Ｃ
ＰＵ）１２０、このＣＰＵ１２０が行う処理や必要なデ
ータを予め記憶したＲＯＭ１２２、処理に必要なデータ
等を一時的に読み書きするＲＡＭ１２４、計時を行なう
クロック１２６等が設けられており、バスにより相互に
接続されている。このバスには、入力ポート１１６や出
力ポート１１８も接続されており、ＣＰＵ１２０１は、
これらのポート１１６，１１８を介して、三相同期モー
タ４０のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流Ａｕ，Ａｖ，Ａ
ｗを読み込んだりむことができる。

【００３７】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Ａｕ，
Ａｖ，Ａｗが得られるようモータの各コイル間に電圧を
印加する電圧印加部１３０が、その出力部に設けられて
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。

【００３８】なお、以上のモータ制御装置１０の構成の
内、電流センサ１０２〜１０４、フィルタ１０６〜１０
８、ＡＤＣ１１２〜１１４および制御用ＥＣＵ１００が
電気角検出装置に相当する。

【００３９】（２）電気角検出処理 本実施例の電気角検出装置１０による電気角検出ルーチ
ンについて図５を用いて説明する。電気角検出ルーチン
は、モータ４０の動作を制御するための種々のルーチン
とともにＣＰＵ１２０により定期的に実行されるルーチ
ンである。なお、以下の説明においては、電気角０〜π
もしくはπ〜２πの範囲で算出された電気角をそれぞれ
電気角φ１，φ２と呼び（また両者をまとめてφと呼
ぶ）、電気角０〜２πの範囲で特定された電気角を電気
角θと呼んで区別する。電気角検出ルーチンが開始され
ると、ＣＰＵ１２０は、パルスパタン決定処理を行う
（ステップＳ１００）。ここで、パルスパタン決定処理
の内容を図６に基づいて説明する。

【００４０】パルスパタン決定処理では、ＣＰＵ１２０
はまず、Ｕ相電流Ａｕを検出する（ステップＳ１０
５）。具体的には、ＣＰＵ１２０は、電圧印加部１３０
に制御信号を出力し、磁気飽和を生じない程度の比較的
低い電圧をＵ−ＶＷ相間に印加し、電圧印加から所定期
間経過した時点で、電流センサ１０２の出力をフィルタ
１０６、ＡＤＣ１１２を介してＵ相電流として読み込
む。次に、ＣＰＵ１２０は、同様の処理により、電流セ
ンサ１０３、フィルタ１０７、ＡＤＣ１１３を介してＶ
相電流を検出する（ステップＳ１１０）。また、同様の
処理により、電流センサ１０４、フィルタ１０８、ＡＤ
Ｃ１１４を介してＷ相電流を検出する（ステップＳ１１
５）。こうして検出されたＵ，Ｖ，Ｗ相の電流Ａｕ、Ａ
ｖ、Ａｗに基づいて電気角存在区分（ｎ）の判定を行い
（ステップＳ１２０）、電気角φ１を算出する（ステッ
プＳ１２５）。この判定内容について図７を用いて説明
する。

【００４１】上記ステップにより検出された電流Ａｕ、
Ａｖ、Ａｗの変化の様子を図７に示す。各相間の電流
は、位相が１２０度ずつずれているから、電気角０度〜
１８０度に着目すると、各相の電流の大小関係は、３０
度ずつ変化し、全部で次の６通りの組み合わせになるこ
とが分かる。 区分１（０〜３０度） →Ａｕ＞Ａｖ＞Ａｗ 区分２（３０〜６０度） →Ａｖ＞Ａｕ＞Ａｗ 区分３（６０〜９０度） →Ａｖ＞Ａｗ＞Ａｕ 区分４（９０〜１２０度） →Ａｗ＞Ａｖ＞Ａｕ 区分５（１２０〜１５０度）→Ａｗ＞Ａｕ＞Ａｖ 区分６（１５０〜１８０度）→Ａｕ＞Ａｗ＞Ａｖ

【００４２】各区分の各相電流のうち、中間の大きさを
持つもの（例えば区分１ではＡｖ、区分２ではＡｕ・・
・）と電気角φ１との関係は、この区分で直線であると
みなして近似することができる。つまり、各相の電流平
均値をＡａｖ、ｎ番目の区分で直線近似する電流をＡ
ｎ、直線の傾きをｍとすれば、電気角φ１は次式（１）
により表される。 φ１＝（ｎ−１）×３０＋１５＋ｓｇｎ（Ａａｖ−Ａ
ｎ）×ｍ・・・（１） なお、ここで、ｓｇｎは区分１，３，５の場合は値１を
とり、区分２，４，６の場合は値−１をとる関数であ
る。また、区分１，４ではＡｎ＝Ａｖ、区分２，５では
Ａｎ＝Ａｕ、区分３，６ではＡｎ＝Ａｗである。これら
の関係は、電気角１８０〜３６０度においても同様に成
立する。

【００４３】具体例としてＡｕ＝１３０Ａ、Ａｖ＝９５
Ａ、Ａｗ＝１１２Ａ、ｍ＝１．５の場合について説明す
る。このとき、各相の電流の大小関係は、Ａｕ＞Ａｗ＞
Ａｖとなっているから電気角φ１は区分６に属している
ことが分かる。従って、上式（１）においてｎ＝６、ｓ
ｇｎ＝−１、Ａａｖ＝１１２．３Ａを代入すると電気角
φ１＝１６５度と求まる。電気角１８０〜３６０度に着
目すれば、区分６’において同様の関係が成立するか
ら、電気角φ２＝３４５度と求まる。つまり、この段階
では、電気角は０〜２πの範囲で一義的には決定されな
い。

【００４４】なお、上述の具体的では、電気角の算出に
用いる平均電流Ａａｖとして実測した電流値Ａｕ，Ａ
ｖ，Ａｗの平均値を用いているが、平均値Ａａｖが制御
上から求められる場合には、その値を用いて算出するも
のとしてもよい。また、電流値を例えばＡｕ、Ａｖのみ
計測し、ＡｗについてはＡａｖから逆算するものとして
もよい。

【００４５】さらに、上記電気角存在区分（ｎ）の判定
（ステップＳ１２０）および電気角算出（ステップＳ１
２５）については、図８に示す通り、次のような方法も
可能である。余弦波の信号の場合、位相が角度０の近傍
では、θ≒（ｔａｎ２θ）／２という近似式が成り立つ
ことが知られている。各相最大電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ
は、その位相が１２０度ずつずれていることから、この
近似式を各相電流で展開すると、次式（２）を得る。 θ≒（ｔａｎ２θ）／２ 右辺分子＝ｓｉｎ２θ＝√３（ＩＢ−ＩＣ） 右辺分母＝２ｃｏｓ２θ ＝２｛２ＩＡ−（ＩＢ＋ＩＣ）｝＝６ＩＡ … （２） ここで、ＩＡは位相が０度付近で極値を取っている相間
電流と平均値Ａａｖとの偏差であり、ＩＢ，ＩＣは、そ
の他の相間電流と平均値Ａａｖとの偏差である。なお、
一つの相間電流が極値を取っているとき、他の２つの相
間電流の平均値からの偏差の符号（±）は、同一とな
る。各相間電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗの平均値Ａａｖからの
偏差△Ａｕ，△Ａｖ，△Ａｗの符号と区分の関係を以下
に示す。

【００４６】 区分 △Ａｕ △Ａｖ △Ａｗ 区分１ａ（-15〜15度） 正（極値） 負 負 区分２ａ（15〜45度） 正 正 負（極値） 区分３ａ（45〜75度） 負 正（極値） 負 区分４ａ（75〜105度） 負（極値） 正 正 区分５ａ（105〜135度） 負 負 正（極値） 区分６ａ（135〜165度） 正 負（極値） 正 従って、図８に示したように、この実施例での区分１ａ
ないし６ａは、−１５度を起点として各々３０度ずつで
ある。その区分内で近似計算に使用される部分を、図８
に太線で示した。

【００４７】上述した６つの区分毎に、上記式（２）に
△Ａｕ，△Ａｖ，△Ａｗを入れ換えた式を用いて演算を
行えば、電気角φを求めることができる。式（５）は、
位相が０度付近での近似式なので、各区分ｎ毎に、３０
×（ｎ−１）度ずつ加える処理も必要となる。各区分毎
の近似式を示すと、Ａ＝△Ａｖ−△Ａｗ，Ｂ＝△Ａｕ−
△Ａｖ，Ｃ＝△Ａｗ−△Ａｕと定義して、 区分 近似式 １ａ √３Ａ／６△Ａｕ ２ａ ３０＋√３Ｂ／６△Ａｗ ３ａ ６０＋√３Ｃ／６△Ａｖ ４ａ ９０＋√３Ａ／６△Ａｕ ５ａ １２０＋√３Ｂ／６△Ａｗ ６ａ １８０＋√３Ｃ／６△Ａｖ となる。同様にして、電気角１８０度〜３６０度の範囲
でも電気角φ２を算出することができる。

【００４８】図６に戻り、パルスパタン決定処理の内容
を説明する。前述した処理により電気角存在区分（ｎ）
の判定（ステップＳ１２０）および電気角φの算出（ス
テップＳ１２５）を実行したＣＰＵ１２０は、電気角存
在区分（ｎ）に基づいて巻線に電圧を印加するためのパ
ルスパタンを決定する（ステップＳ１３０）。具体的に
は、電圧を印加する相間として、電気角存在区分（ｎ）
において最大の電流値を与える相を選択する。図７で示
した方法により電気角φが算出されている場合におい
て、先に述べた具体例のように電気角が区分６または区
分６’に属しているときには、三相のなかでＵ相の電流
値が最大となっているため、ＣＰＵ１２０は、電圧を印
加すべき相としてＵ−ＶＷ相間を選択する。これは、言
い換えれば図４に示した等価回路図において、コイル巻
線と磁極の間の角度が最も小さくなる相を選択すること
を意味する。このように電圧を印加する相間を選択する
ことにより、効率的に安定して電気角を検出することが
できるのである。

【００４９】以上で説明したパルスパタン決定処理を実
行した後、ＣＰＵ１２０は図５の電気角検出ルーチンに
戻り、次のステップにおいて、順方向電流立ち上がり時
間（Ｔ１）計測処理を実行する（ステップＳ１０５）。
上述の具体例で説明した通り、パルスパタン決定処理に
おいては、電気角は０〜２πの範囲で一義的に決定され
ない。電気角を一義的に決定するためには、電気角φが
０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属しているの
かを判定（以下、極性判定という）をする必要がある。
順方向電流立ち上がり時間計測処理（ステップＳ１０
５）は極性判定のための一つの処理である。この処理の
内容を図９を用いて説明する。

【００５０】順方向電流立ち上がり時間（Ｔ１）計測処
理ルーチンが開始されると、ＣＰＵ１２０は、初期電流
Ａ０を検出する（ステップＳ２０５）。ここで、電流値
Ａ０は、パルスパタン決定処理（ステップＳ１００）に
おいて選択された、電圧を印加すべき相の電流値であ
る。つまり、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を印加するように選択
されている場合は、電流値Ａ０はＵ相の電流値である。
なお、初期電流Ａ０を検出する時点ではコイル巻線に
は、いずれの相間においても電圧が印加されていない。
ＣＰＵ１２０は、初期電流Ａ０の検出とともに、電流変
化率△Ａ０の初期化をするために、電流変化率△Ａ０に
値αを代入する（ステップＳ２０５）。値αは後述する
値εよりも十分に大きい値であればよい。

【００５１】次に、ＣＰＵ１２０は順方向電圧の印加を
開始するとともに、電圧印加開始からの経過時間を計測
するためのタイマＴ１に値０を代入してリセットする
（Ｓ２１０）。順方向電圧とは、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を
印加する場合、Ｕ相をプラスの電圧とし、Ｖ，Ｗ相を接
地電圧とした状態をいう。ＣＰＵ１２０は、このように
電圧が印加されるよう、電圧印加部１３０に制御信号を
出力するのである。図１０にＵ−ＶＷ相間に順方向電圧
を印加する場合の電圧パルスの例を示す。図１０におけ
るパルスパタン＃１で示された部分が、順方向電圧であ
る。該部分においては、Ｕ相の電圧Ｖｕがプラスの値と
なっており、Ｖ，Ｗ相の電圧Ｖｖ，Ｖｗがマイナス状態
となっている。

【００５２】次のステップで、ＣＰＵ１２０はタイマＴ
１が所定の限界値ＴＬよりも小さいか否かを判断する
（ステップＳ２１５）。タイマＴ１が限界値ＴＬ以上で
ある場合、即ち順方向電圧の印加時間がＴＬに達した場
合には、ＣＰＵ１２０は順方向電圧の印加を一旦停止し
（ステップＳ２４５）、電気角検出ルーチン（図５）に
戻る。この際、タイマＴ１は限界値ＴＬまたはそれ以上
の値となっている。

【００５３】タイマＴ１が限界値ＴＬよりも小さい場合
には、ＣＰＵ１２０は時間Ｔｓが経過するのを待つと共
に、タイマＴ１の値をＴｓ分増加させる（ステップＳ２
２０）。時間Ｔｓとは、電流を検出するサンプリングタ
イムであり、コイル巻線に流れる電流の変化率を十分検
知することができる値を実験的に設定したものである。
また、時間Ｔｓの経過待ち（ステップＳ２２０）は、Ｃ
ＰＵ１２０がモータの運転を制御するための他のルーチ
ンを実行する間に、時間Ｔｓ毎に割り込み処理をかけて
本ルーチンを実行することにより実現されている。

【００５４】サンプリングタイムＴｓが経過した後、Ｃ
ＰＵ１２０は電流値Ａ１を検出し（ステップＳ２２
５）、電流変化率△Ａ１を算出する（ステップＳ２３
５）。検出する電流値Ａ１は、初期電流Ａ０と同じ相の
電流値である。また、電流変化率△Ａ１は電流値Ａ１と
Ａ０の差分（△Ａ１＝Ａ１−Ａ０）である。本ルーチン
が実行される間、サンプリングタイムＴｓは一定である
ため、電流変化率△Ａ１を求めるのに上記差分をサンプ
リングタイムＴｓで除する必要はない。サンプリングタ
イムＴｓが本ルーチンを実行中に変化する可能性がある
場合には、電流変化率△Ａ１は上記差分をさらにサンプ
リングタイムＴｓで除した値としておく必要がある。

【００５５】こうして電流変化率を算出した後、ＣＰＵ
１２０は、電流変化率△Ａ１と初期の電流変化率△Ａ０
との差分（△Ａ１−△Ａ０）、即ち電流変化率の変動値
が所定の偏差εよりも大きいか否かを判定する（ステッ
プＳ２４０）。電流変化率の変動値が所定の偏差ε以下
である場合は、電流値Ａ０および電流変化率△Ａ０をそ
れぞれＡ１、△Ａ１に置換して（ステップＳ２３０）、
再びステップＳ２１５以降の処理に戻る。つまり、更に
サンプリング時間Ｔｓの経過を待って、電流変化率の算
出等を行う。一方、電流変化率の変動値が所定の偏差ε
よりも大きい場合には、順方向電圧の印加を停止し（ス
テップＳ２４５）、本ルーチンを一旦終了する。

【００５６】この様子を図１０を用いて説明する。図１
０中のパルスパタン＃１におけるＵ相電流の様子をＡｕ
に示し、Ｕ相の電流変化率の様子を△Ａｕに示す。図１
０中の破線は、電流検出のサンプリングタイミングを示
している。図１０のＡｕに示す通り、Ｕ相の電流は、電
圧の印加開始（図１０のｔ１１）直後は比較的直線に近
い状態で立ち上がるが、時刻ｔ１５以降では急激に立ち
上がる。これは、時刻ｔ１５の時点でコイル巻線が巻回
されているティース２２の磁気飽和（図１１における点
ｂの状態）が生じているからである。

【００５７】パルスパタン＃１における電流変化率△Ａ
ｕの様子は、ＣＰＵ１２０により演算される結果をプロ
ットしてある。時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、図１１のＡｕ
に示す通り電流は変化しているが、ＣＰＵ１２０はこの
電流値を検出していないため、電流変化率△Ａｕは値０
のままである。時刻ｔ１２において初めて電流変化率△
Ａｕが算出される。ここでの値は、時刻ｔ１１と時刻ｔ
１２における電流値を用いて算出された値である。ま
た、このときの電流変化率の変動値δ１は所定の偏差ε
よりも小さい変動値である。電流変化率△Ａｕは、電流
Ａｕが直線的に増加しているため、時刻ｔ１６に至るま
では一定の値をとる。時刻ｔ１５〜ｔ１６の間で電流は
急激に増加しているが、先に述べたのと同様の理由によ
り、電流変化率△Ａｕには変化は現れず、時刻ｔ１６に
おいて急激に増加する。ここでの電流変化率の変動値δ
２は所定の偏差εよりも大きい値となる。従って、ＣＰ
Ｕ１２０は、時刻ｔ１６において順方向の電圧印加を停
止する。

【００５８】以上より、順方向電流立ち上がり時間（Ｔ
１）計測処理ルーチンでは、順方向に電圧を印加開始か
ら、コイル巻線が巻回されているティース２２に磁気飽
和が生じ、コイルに流れる電流が急激に増加する（立ち
上がる）までの時間が計測されることが分かる。一方、
順方向の電圧を印加した後の経過時間が、所定の限界値
ＴＬに達しても、所定の偏差εを超えて電流変化率が変
動しない場合には、順方向電流立ち上がり時間（Ｔ１）
には所定の限界値ＴＬを若干超える程度の時間が記憶さ
れていることになる。

【００５９】上記説明において用いた所定の偏差ε等の
値は、電流Ａｕの立ち上がりを適切に検出することがで
きように、それぞれ実験的に求められる。例えば、偏差
εは電流立ち上がり時の電流変化率の変動値（図１１の
δ２）よりは小さく、その他の電流変化率の変動値（図
１１のδ１）よりは大きい範囲の値である。

【００６０】また、電圧印加時間の限界値ＴＬは、磁気
飽和が生じるまでに要する最大時間を若干超える値であ
る。この値は、印加する電圧値やモータの電気角の範囲
も考慮して設定する必要がある。本実施例では、先に説
明したパルスパタン決定処理（図５ステップＳ１００）
により、電気角が３０度ずつ区切られた区分（図７の区
分１〜６）のいずれの区分に属しているかが判断されて
いるため、極性判定は電気角φが正負３０度の範囲にあ
る状態で行えばよい。従って、電圧印加時間の限界値Ｔ
Ｌは、電気角が３０度を若干超える状態にあるときに、
対応する磁極において磁気飽和が生じるまでに要する時
間とすればよい。

【００６１】なお、限界値ＴＬを設けているのは、例え
ばＳ極がＵ相に対抗している場合等、順方向への電圧印
加による電流立ち上がりまでに長時間要する結果、電気
角の検出に時間遅れが生じるのを回避するためである。
従って、このような効果を求める必要がない場合には、
上記ステップＳ２１５の判断を削除し、電流が立ち上が
るまで電圧の印加を継続するものとしてもよい。

【００６２】次にＣＰＵ１２０は、電気角検出処理に戻
り、逆方向電流立ち上がり時間（Ｔ２）計測処理を実行
する（図５ステップＳ３００）。逆方向電流立ち上がり
時間（Ｔ２）計測処理も極性判定のための一つの処理で
ある。この処理の内容を図１２を用いて説明する。な
お、図５のフローチャートには示していないが、逆方向
電流立ち上がり時間計測処理（ステップＳ３００）は、
順方向電流立ち上がり時間計測処理（ステップＳ２０
０）が終了した後、コイル巻線に流れる電流が十分減衰
した後に実行される。

【００６３】逆方向電流立ち上がり時間（Ｔ２）計測処
理ルーチンが開始されると、ＣＰＵ１２０は、順方向電
流立ち上がり時間（Ｔ１）計測処理において計測した相
と同じ相（図１０の例ではＵ相）の初期電流ａ０を検出
し、電流変化率△ａ０に値αを代入して初期化する（ス
テップＳ３０５）。値αは後述する値εよりも十分に大
きい値であればよく、順方向電流立ち上がり時間（Ｔ
１）計測処理における値α（図９ステップＳ２０５）と
同じ値である必要はない。

【００６４】次に、ＣＰＵ１２０は逆方向電圧の印加を
開始し、電圧印加開始からの経過時間を計測するための
タイマＴ２に値０を代入してリセットする（Ｓ３１
０）。逆方向電圧とは、先に説明した順方向電圧に対す
る逆方向の電圧であり、Ｕ−ＶＷ相間に電圧を印加する
場合、Ｕ相を接地電圧とし、Ｖ，Ｗ相をプラスの電圧と
した状態をいう。図１０におけるパルスパタン＃２で示
された部分が、逆方向電圧である。該部分においては、
Ｕ相の電圧Ｖｕが接地状態となっており、Ｖ，Ｗ相の電
圧Ｖｖ，Ｖｗがプラスの値となっている。なお、印加さ
れる電圧の絶対値は順方向電流立ち上がり時間計測処理
において印加される電圧値と同一である。

【００６５】次のステップで、ＣＰＵ１２０はタイマＴ
２が順方向電流立ち上がり時間Ｔ１よりも小さいか否か
を判断する（ステップＳ３１５）。タイマＴ２が時間Ｔ
１以上である場合、即ち逆方向電圧の印加時間が順方向
電流立ち上がり時間Ｔ１を超えた場合には、ＣＰＵ１２
０は逆方向電圧の印加を一旦停止し（ステップＳ３４
５）、電気角検出ルーチン（図５）に戻る。この際、タ
イマＴ２は、順方向電流立ち上がり時間Ｔ１またはそれ
以上の値となっている。

【００６６】上記ステップＳ３１５において、順方向電
流立ち上がり時間計測処理（図９）と異なり限界値ＴＬ
との比較を行っていない。これは、後述する通り、順方
向および逆方向の電流立ち上がり時間Ｔ１，Ｔ２の計測
が両者の大小を比較するために行っているものであり、
逆方向電流立ち上がり時間Ｔ２が順方向電流立ち上がり
時間Ｔ１を超えた時点で両者の大小関係は明確となるか
らである。つまり、ステップＳ３１５においてＴ２とＴ
１の比較を行うようにすることで、本ルーチンの実行に
要する時間が短くなるのである。もっとも、このような
効果を考慮しないのであれば、順方向電流立ち上がり時
間計測処理（図９）と同様、ステップＳ３１５において
限界値ＴＬとタイマＴ２を比較するものとしてもよい。

【００６７】タイマＴ２が時間Ｔ１よりも小さい場合に
は、ＣＰＵ１２０は時間Ｔｓが経過するのを待つと共
に、タイマＴ２の値をＴｓ分増加させる（ステップＳ３
２０）。また、電流値ａ１を検出し（ステップＳ３２
５）、電流変化率△ａ１を算出する（ステップＳ３３
５）。こうして電流変化率を算出した後、ＣＰＵ１２０
は、電流変化率の変動値（△ａ１−△ａ０）が所定の偏
差εよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ３４
０）、該変動値が所定の偏差ε以下である場合は、電流
値ａ０および電流変化率△ａ０をそれぞれａ１、△ａ１
に置換して（ステップＳ３３０）、再びステップＳ３１
５以降の処理に戻る。つまり、更にサンプリング時間Ｔ
ｓの経過を待って、電流変化率の算出等を行う。一方、
変動値が所定の偏差εよりも大きい場合には、逆方向電
圧の印加を停止し（ステップＳ３４５）、本ルーチンを
一旦終了する。これらのステップにおける処理は、順方
向電流立ち上がり時間計測処理のステップＳ２２０〜Ｓ
２４５における処理と同様である。なお、所定の偏差ε
は順方向電流立ち上がり時間計測処理における偏差εと
同じ値である。

【００６８】この様子を図１０を用いて説明する。図１
０のパルスパタン＃２において、Ａｕに示す通り、Ｕ相
の電流は電圧の印加開始（図１０のｔ２１）直後は比較
的直線に近い状態で立ち上がるが、時刻ｔ２３以降では
ティース２２の磁気飽和（図１１における点ｅの状態）
が生じるため、電流は急激に立ち上がる。電圧の印加方
向が逆であるため、電流値Ａｕはマイナスの電流となっ
て現れる。以下、電流値Ａｕおよびその変化率△Ａｕに
ついては、全て絶対値で扱うものとする。

【００６９】パルスパタン＃２における電流変化率△Ａ
ｕの様子は、時刻ｔ２２において電流変化率△Ａｕが算
出され、その変動値δ３は所定の偏差εよりも小さい変
動値である。電流変化率△Ａｕは、電流Ａｕが直線的に
増加しているため、時刻ｔ２４に至るまでは一定の値を
とり、時刻ｔ２４において急激に増加する。ここでの電
流変化率の変動値δ４は所定の偏差εよりも大きい値と
なる。従って、ＣＰＵ１２０は、時刻ｔ２４において逆
方向の電圧印加を停止する。

【００７０】以上より、逆方向電流立ち上がり時間（Ｔ
２）計測処理ルーチンでは、逆方向に電圧を印加開始か
ら、コイル巻線が巻回されているティース２２に磁気飽
和が生じ、コイルに流れる電流が急激に増加する（立ち
上がる）までの時間が計測されることが分かる。一方、
逆方向の電圧を印加した後の経過時間が、順方向電流立
ち上がり時間Ｔ１に達しても、所定の偏差εを超えて電
流変化率が変動しない場合には、逆方向電流立ち上がり
時間（Ｔ２）には時間Ｔ１を若干超える程度の時間が記
憶されていることになる。

【００７１】図５に戻り電気角検出ルーチンについて説
明する。逆方向電流立ち上がり時間計測処理（ステップ
Ｓ３００）が終了した後、ＣＰＵ１２０は順方向電流立
ち上がり時間Ｔ１と逆方向電流立ち上がり時間Ｔ２の大
小を比較する（ステップＳ４００）。この大小関係によ
り極性判定を行い、先のパルスパタン決定処理（ステッ
プＳ１００）において電気角０〜πおよびπ〜２πにお
いて算出されていた電気角φ１、φ２のいずれかを正し
い値として選択することにより、電気角θを０〜２πの
範囲で一義的に決定するのである。

【００７２】時間Ｔ１が時間Ｔ２よりも大きい場合に
は、先にパルスパタン決定処理（ステップＳ１００）に
おいて判断された電気角φが属する区分に応じて、電気
角０〜πの範囲で算出された電気角φ１または電気角π
〜２πの範囲で算出された電気角φ２を次の通り選択し
て、電気角θを０〜２πの範囲で決定する。電気角φが
区分１〜３又は区分１’〜３’に属していると判断され
ている場合には、電気角π〜２πの範囲で算出された電
気角φ２を選択し電気角θ＝φ２となる（ステップＳ４
０５）。電気角φが区分４〜６又は区分４’〜６’に属
していると判断されている場合には、電気角０〜πの範
囲で算出された電気角φ１を選択し電気角θ＝φ１とな
る（ステップＳ４０５）。

【００７３】一方、時間Ｔ１が時間Ｔ２以下である場合
には、この逆の関係により電気角θが求められる。電気
角φが区分１〜３又は区分１’〜３’に属していると判
断されている場合には、電気角０〜πの範囲で算出され
た電気角φ１を選択し電気角θ＝φ１となる（ステップ
Ｓ４１０）。電気角φが区分４〜６又は区分４’〜６’
に属していると判断されている場合には、電気角π〜２
πの範囲で算出された電気角φ２を選択し電気角θ＝φ
２となる（ステップＳ４１０）。

【００７４】このような判断により電気角θが決定され
る理由について図１３を用いて説明する。図１３は図４
に示した三相同期モータ１００の等価回路の内、Ｕ相と
磁極位置すなわち電気角の関係を示したものである。Ｎ
極がＵ相に対向した状態にあるときが電気角０度の状態
であるから、図７に示した区分１〜６および区分１’〜
６’はそれぞれ図１３に示す範囲に磁極がある場合に相
当する。

【００７５】次に図１３における磁極位置と順方向電流
立ち上がり時間Ｔ１と逆方向電流立ち上がり時間Ｔ２と
の関係について説明する。時間Ｔ１は、Ｕ相に順方向電
圧を印加した場合に、電圧の印加開始から磁気飽和が生
じるまでの時間であり、時間Ｔ２はＵ相に逆方向電圧を
印加することにより磁気飽和が生じるまでに要する時間
に相当する。従って、時間Ｔ１が時間Ｔ２よりも短い場
合には、Ｎ極がＵ相コイルに近い状態にあり（図１３に
おいてハッチングした領域）、時間Ｔ１が時間Ｔ２より
も長い場合には、Ｓ極がＵ相コイルに近い状態（図１３
においてハッチングのない領域）にある。言い換えれ
ば、時間Ｔ１が時間Ｔ２よりも短い場合には、電気角θ
は区分１〜３または区分４’〜６’に属しており、逆の
場合には、電気角θは区分１’〜３’または区分４〜６
に属していることになる。以上より、時間Ｔ１、Ｔ２の
大小関係と電気角φが属している区分との関係に応じ
て、電気角θがステップＳ４０５、Ｓ４１０の通り求め
られることが分かる。

【００７６】もっとも、本実施例においては、パルスパ
タン決定処理（ステップＳ１００）においてコイル巻線
と磁極が最も近い区分に存在するように電圧を印加する
相を選択しているため、上記判断は更に簡単なものとな
る。具体的に電気角φが属する区分と電圧を印加する相
との関係は、次の通りである。 電気角が区分１、６、１’、６’に存在→Ｕ相に電圧印加 電気角が区分４、５、４’、５’に存在→Ｖ相に電圧印加 電気角が区分２、３、２’、３’に存在→Ｗ相に電圧印加 従って、例えばＵ相に電圧を印加している場合には、ス
テップＳ４０５、Ｓ４１０においては、区分１および
１’、または区分６および区分６’のいずれの区分に属
しているかの判断をすれば電気角θが決定できることに
なる。Ｖ相、Ｗ相に電圧を印加している場合も同様であ
る。

【００７７】以上で説明した実施例によれば、コイル巻
線に印加する電圧パルスについて微妙な調整を必要とせ
ず、電気角を安定して検出することができる。本実施例
によれば、極性判定を電圧印加時に流れる電流変化率の
変動に基づいて判定しており、電圧値が低いものであっ
ても、継続的に印加することにより磁気飽和が生じるか
らである。本実施例においても印加する電圧値等は実験
的に設定しておく必要があるが、それは電圧印加部１３
０の定格を超える電流が流れないよう電圧の上限値を定
めたり、電流のサンプリングタイムとの関係から適切に
電流変化率が検出できる程度の電圧を設定したりするも
のであって、本実施例が成立する上で本質的なものでは
ない。従って、本実施例によれば、電圧パルスを設定す
る際の労力が非常に軽減されるばかりでなく、モータの
特定変化やバッテリの電圧変動等が生じた場合において
も正確な電気角を安定して検出することができる。

【００７８】また、本実施例によれば、磁気飽和の影響
により電流が立ち上がった時点で電圧の印加を停止する
ため、電圧の印加時間を必要最小限に抑えることがで
き、短時間で極性判定を行うことができる。この結果、
電圧印加中に生じる異音の発生も低減することができ
る。

【００７９】なお、上記実施例においては、電流立ち上
がり時間Ｔ１，Ｔ２を用いているが、極性判定のパラメ
ータはコイルに電圧を印加した際に流れる電流変化率に
基づくものであればどのようなものであってもよい。例
えば、電圧印加後、電流が直線的に変化する部分（図１
０パルスパタン＃１における時刻ｔ１１〜ｔ１５等）を
直線近似し、該直線と検出された電流値との差分が所定
値以上となるまでの時間等をパラメータとするものが考
えられる。

【００８０】また、順方向電流立ち上がり時間計測処理
（図９）および逆方向電流立ち上がり時間計測処理（図
１２）における電流変化率の算出も種々の方法を採るこ
とができる。例えば、本実施例のように電流が立ち上が
った時点で電圧の印加を停止するのではなく、順方向お
よび逆方向ともに磁気飽和を十分生じることができる一
定期間、電圧を印加するものとしておき、その間の電流
の挙動を全て検出した上で、電流が立ち上がる時間を求
めるものとしてもよい。本実施例の方法では、電流立ち
上がり時間は必ずサンプリングタイムＴｓの整数倍とな
るため、最大Ｔｓ／２なる誤差を含むことになるが、こ
うすることにより精度よく電流立ち上がり時間を求める
ことができる。

【００８１】電圧印加期間は本実施例の通りとしつつ、
電流変化率の算出方法を変更してもよい。例えば、ある
時刻において検出された電流値Ａ１とその直前のサンプ
リングタイムにおいて検出された電流値Ａ０の他、さら
にもう一つ前のサンプリングタイムにいて検出された電
流値Ａ２を用いて、３点を通る二次曲線（時間ｔについ
ての二次関数：Ａ＝ａｔ２＋ｂｔ＋ｃ）を求めることに
より電流変化率を求めるものとしてもよい。電流が直線
状に変化している場合には、時間ｔの２乗の係数ａは値
０または非常に小さな値となる。これに対し、急激に増
加する場合には該係数も増大する。また、こうして求め
られた二次曲線を微分すれば、瞬間的な電流変化率を算
出することもできるため、電流立ち上がり時間を精度よ
く求めることができる。

【００８２】（３）第２実施例による電気角検出処理 次に、図１４を用いて本発明の第２の実施例による電気
角検出処理について説明する。この実施例における電気
角検出装置の構成は、先に述べた実施例における構成
（図１〜図４）と同じである。

【００８３】図１４に示す電気角検出ルーチンは、モー
タ４０の動作を制御するための種々のルーチンとともに
ＣＰＵ１２０により定期的に実行されるルーチンであ
る。電気角検出ルーチンが開始されると、ＣＰＵ１２０
は、パルスパタン決定処理を行い（ステップＳ１０
０）、順方向電流立ち上がり時間（Ｔ１）計測処理を行
う（ステップＳ２００）。これらの処理内容は、先に述
べた実施例で説明した処理内容と同一である（図６およ
び図９）。

【００８４】ＣＰＵ１２０は、次のステップにおいて、
順方向電流立ち上がり時間Ｔ１が予め定められた所定時
間Ｔ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０
０）。所定時間Ｔ０とは、電気角がある特定の状態にあ
る場合において、コイルに電圧印加を開始した後、磁気
飽和が生じるまでに要する時間である。例えば、電気角
がπ／２であるときに、Ｕ相に電圧を印加し電流変化率
の変動値が所定値εを超えるまでに要する時間を所定時
間Ｔ０とすることができる。所定時間Ｔ０をこのように
設定することにより順方向電流立ち上がり時間Ｔ１と所
定時間Ｔ０との大小関係に基づいて次の通り極性判定を
することができる。

【００８５】時間Ｔ１が所定時間Ｔ０よりも大きい場合
において、電気角φが区分１〜３又は区分１’〜３’に
属している場合には電気角θ＝φ２となり、電気角φが
区分４〜６又は区分４’〜６’に属している場合には電
気角θ＝φ１となる（ステップＳ５０５）。一方、時間
Ｔ１が時間Ｔ０以下である場合には、この逆の関係によ
り電気角θが求められる。電気角φが区分１〜３又は区
分１’〜３’に属している場合には電気角θ＝φ１とな
り、電気角φが区分４〜６又は区分４’〜６’に属して
いる場合には電気角θ＝φ２となる（ステップＳ５１
０）。

【００８６】このような判断を行う理由を図１３を用い
て説明する。順方向電流立ち上がり時間Ｔ１は、電気角
が値０のときに最も小さく、電気角の増大とともに大き
くなる。図１３においてハッチングを施した領域（区分
１〜３および区分４’〜６’）にＮ極が存在する場合に
おいて、順方向電流立ち上がり時間Ｔ１が最大となるの
はＵ相コイルに対して磁極がπ／２の位置にある場合で
ある。本実施例では、この状態における順方向電流立ち
上がり時間を所定時間Ｔ０としている。従って、時間Ｔ
１が所定時間Ｔ０よりも小さい場合には、区分１〜３ま
たは区分４’〜６’に電気角が存在することが判定でき
る。Ｖ相およびＷ相に電圧を印加する場合も所定時間Ｔ
０は概ね同等の値とできるため、同様にして極性判定を
することができる。従って、ステップＳ５０５、Ｓ５１
０の通り電気角θを特定することができることになる。

【００８７】本実施例によれば、先に述べた実施例と同
様、コイル巻線に印加する電圧パルスについて微妙な調
整を必要とせず、電気角を検出することができる。ま
た、本実施例によれば、電気角逆方向電流立ち上がり時
間を計測する必要がないため、先に述べた実施例に比べ
て短時間で電気角を検出できる。

【００８８】なお、本実施例においては、パルスパタン
決定処理（ステップＳ１００）によって電圧を印加する
相を決定する結果、例えばＵ相に電圧を印加する場合に
は電気角は区分１、１’、６、６’のいずれかに属して
いることになる。つまり、Ｕ相と磁極の角度は正負３０
度（π／６）の範囲にあることになる。従って、上記所
定時間Ｔ０は、電気角がπ／６〜π／２の範囲における
順方向電流立ち上がり時間相当に設定するものとしても
よい。このように電気角が存在する区分を判定する手段
と組み合わせて用いることにより、上記実施例における
極性判定は、時間の経過や温度変化に伴うモータの特性
変化の影響を受けることなく安定して電気角を検出する
ことができる。

【００８９】以上、本発明の実施例について説明してき
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々の形態が可能である。例え
ば、電気角検出ルーチンのパルスパタン決定処理（ステ
ップＳ１００）における電気角の算出は、電気角が存在
する区分を判断することなく、０〜πもしくはπ〜２π
の範囲で電気角φを算出することができる手段としても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】モータ制御装置１０の概略構成を示すブロック
図である。

【図２】三相同期モータ４０の概略構成を示す説明図で
ある。

【図３】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。

【図４】三相同期モータ４０の等価回路図である。

【図５】第１実施例における電気角検出ルーチンのフロ
ーチャートである。

【図６】第１実施例におけるパルスパタン決定処理のフ
ローチャートである。

【図７】電気角の存在区分を説明する説明図である。

【図８】電気角の他の存在区分を説明する説明図であ
る。

【図９】順方向電流立ち上がり時間計測処理のフローチ
ャートである。

【図１０】コイル巻線の電圧および電流の様子を示すグ
ラフである。

【図１１】ティース２２に加えられる外部磁界と内部磁
束密度の関係を示すグラフである。

【図１２】逆方向電流立ち上がり時間計測処理のフロー
チャートである。

【図１３】電気角存在区分と極性判定の関係を示す説明
図である。

【図１４】第２実施例における電気角検出ルーチンのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０…モータ制御装置 ２０…板状固定子 ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…コイル ３４…ボルト ３６…ボルト孔 ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５１，５２，５３，５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５７…板状回転子 ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１，７２，７３，７４…突極 １００…制御用ＥＣＵ １０２，１０３，１０４…電流センサ １０６，１０７，１０８…フィルタ １１２，１１３，１１４…ＡＤＣ １１６…入力ポート １１８…出力ポート １２０…ＣＰＵ １２２…ＲＯＭ １２４…ＲＡＭ １２６…クロック １３０…電圧印加部

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電気角検出装置であって、 該巻線に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、 該印加した電圧に応じて流れる電流の変化率などの電流
   の挙動を検出する電流検出手段と、 該印加した電圧に応じて流れる電流の挙動に基づいて、
   電気角０〜πもしくはπ〜２πの区間内での電気角を演
   算する電気角演算手段と、 該検出された電流の変化率の変動に基づいて、電気角が
   ０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属するかを特
   定する区間特定手段と、 を備える電気角検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気角検出装置であっ
   て、 前記電圧印加手段は、前記巻線の一の方向に所定の電圧
   を印加する手段であり、 前記区間特定手段は、電圧印加開始から、検出された電
   流変化率の変動値が所定値を超えるまでに要する電流立
   ち上がり時間と、特定の電気角に関連して予め定めた閾
   値との大小関係に基づいて、電気角が０〜πもしくはπ
   〜２πのいずれの区間に属するかを特定する手段である
   電気角検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電気角検出装置であっ
   て、 前記電圧印加手段は、 前記巻線の一の方向に第１の所定期間、所定の電圧を印
   加する順方向電圧印加手段と、 前記一の方向と逆方向に第２の所定期間、前記所定の電
   圧と同じ電圧を印加する逆方向電圧印加手段とからな
   り、 前記区間特定手段は、 前記順方向電圧印加手段による電圧印加開始から、検出
   された電流変化率の変動値が所定値を超えるまでに要す
   る順方向電流立ち上がり時間と、 前記逆方向電圧印加手段による電圧印加開始から、検出
   された電流変化率の変動値が所定値を超えるまでに要す
   る逆方向電流立ち上がり時間との大小関係に基づいて、
   電気角が０〜πもしくはπ〜２πのいずれの区間に属す
   るかを特定する手段である電気角検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の電気角検出装置であっ
   て、 前記順方向電圧印加手段における第１の所定期間は、検
   出された電流変化率の変動値が所定値を超えるまでの期
   間もしくは予め定められた所定期間のいずれか短い方の
   期間であり、 前記逆方向電圧印加手段における第２の所定期間は、検
   出された電流変化率の変動値が所定値を超えるまでの期
   間もしくは前記第１の所定期間を超える期間のいずれか
   短い方の期間である電気角検出装置。