JP6936171B2 - 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、同期モータのステータコイルに流れる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、前記ステータコイルに流れる前記電流と前記ステータコイルに印加される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ロータ位置検出部及び第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。

前記第１ロータ位置検出部は、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電流位相又は第１誘起電圧位相と、を変数として含む第１ロータ位置計算式を用いて前記ロータ位置を検出する。前記第２ロータ位置検出部は、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電流位相又は第２誘起電圧位相と、を変数として含む第２ロータ位置計算式を用いて前記ロータ位置を検出する。そして、前記選択部は、通常領域では前記第１ロータ位置検出部を選択し、弱め磁束領域では前記第２ロータ位置検出部を選択している。具体的には、前記選択部は、前記電流（前記電流波高値）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（前記電流波高値）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している。

特開２０１７−１６９３２９号公報

図１０は、上記従来のモータ制御装置において、前記電流波高値が大きい場合の鎖交磁束Ψｐと電流位相βとの関係の一例を示す図である。図１０に示されるように、前記電流波高値が大きい場合、矢印Ａで示される領域では一つの鎖交磁束Ψｐに対して二つの電流位相βが対応する。また、誘起電圧位相γは、電流位相βを［前記誘起電圧電気角−前記電流電気角］だけシフトさせた値に相当するので、鎖交磁束Ψｐと誘起電圧位相γとの関係においても鎖交磁束Ψｐと電流位相βとの関係の場合と同様のことがいえる。これらのことは、前記第２ロータ位置検出部において電流位相β（すなわち、前記第２電流位相）及び誘起電圧位相γ（すなわち、前記第２誘起電圧位相）が安定して求められない場合があること、ひいては、前記ロータ位置を安定して検出できない場合があることを意味している。

このため、単に前記電流（前記電流波高値）が前記所定値を超える場合に前記第２ロータ位置検出部が選択される上記従来のモータ制御装置では、前記ロータ位置の誤検出（検出不能な状態を含む）が発生するおそれがあった。前記ロータ位置の誤検出は、前記同期モータの制御が不安定な状態又は前記同期モータの制御が不能な状態を招くため、これを防止することが望まれる。

そこで、本発明は、前記ロータ位置の誤検出の発生を防止し、前記通常領域及び前記弱め磁束領域の双方において前記ロータ位置に基づく前記同期モータの安定した制御を可能とす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る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る電流と、前記印加電圧検出部で検出される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、前記誘起電圧電気角と、前記誘起電圧電気角と前記電流電気角との差及び前記電流波高値から求められる第１誘起電圧位相とに基づ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、前記誘起電圧電気角と、前記鎖交磁束及び前記電流波高値から求められる第２誘起電圧位相とに基づ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、前記電流波高値と、前記第１誘起電圧位相又は前記第２誘起電圧位相とに基づいて前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部を選択する選択部と、を含む。

前記モータ制御装置において、前記選択部は、前記電流波高値と前記第１誘起電圧位相又は前記第２誘起電圧位相とに基づいて前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部を選択するように構成されている。すなわち、前記選択部は、前記電流の大きさだけではなく、前記誘起電圧の位相をも考慮して前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部の選択を行っている。このため、前記選択部による前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部の選択、さらに言えば、前記第１ロータ位置検出部から前記第２ロータ位置検出部への切り替えや前記第２ロータ位置検出部から前記第１ロータ位置検出部への切り替えが適切に行われることになり、前記ロータ位置の誤検出が防止される。この結果、前記通常領域及び前記弱め磁束領域の双方において前記ロータ位置が安定かつ精度よく検出され、前記同期モータの安定した制御が可能になる。

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を説明するための図であり、電流位相βと（誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ）との関係の一例を示す図である。 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、電流位相βと鎖交磁束Ψｐとの関係の一例を示す図である。 前記第１ロータ位置検出部で使用される前記データテーブルの一例を示す図である。 前記第２ロータ位置検出部で使用される前記データテーブルの一例を示す図である。 選択部が実行する前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部の選択処理の一例を示すフローチャートである。 従来のモータ制御装置における問題点を説明するための図であり、電流波高値が大きい場合の電流位相βと鎖交磁束Ψｐとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
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１は、同期モータ２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１は、主にインバータ３を制御するものであり、インバータ３は、直流電源４からの直流電力を交流電力に変換して同期モータ２に供給するように構成されている。

同期モータ２は、３相のスター結線型のモータであり、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得る。

インバータ３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４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１は、起動処理部１１、回転制御部１２、インバータ駆動部１３、相電流検出部（電流検出部）１４、印加電圧検出部１５、相電流波高値・電気角検出部（電流波高値・電気角検出部）１６、誘起電圧波高値・電気角検出部１７、鎖交磁束検出部１８、第１ロータ位置検出部１９、第２ロータ位置検出部２０及び選択部２１を含む。なお、本実施形態において、回転制御部１２、相電流検出部１４、印加電圧検出部１５、相電流波高値・電気角検出部１６、誘起電圧波高値・電気角検出部１７及び鎖交磁束検出部１８による後述の各処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

起動処理部１１は、同期モータ２が停止しているときに外部から目標回転速度を含む運転指令を入力すると同期モータ２の起動処理を実行する。本実施形態において、起動処理部１１は、同期モータ２を起動させると共に所定の加速度で回転速度ωを漸増させる第１制御信号をインバータ駆動部１３に出力する。前記第１制御信号は、起動用電圧指示及び起動用電圧位相指示を含む。そして、起動処理部１１は、例えば、同期モータ２の回転速度ωが前記目標回転速度より低い所定回転速度に到達すると起動完了と判定し、起動完了信号を回転制御部１２及び選択部２１に出力して前記起動処理を終了する。

回転制御部１２は、起動処理部１１から前記起動完了信号を入力すると通常制御を実行する。これにより、前記起動処理から前記通常制御に移行する。本実施形態において、回転制御部１２は、外部から入力される前記運転指令とロータ位置θｍとに基づいて同期モータ２を目標回転速度で回転させるための第２制御信号を生成してインバータ駆動部１３に出力する。前記第２制御信号は、電圧指示及び電圧位相指示を含む。また、ロータ位置θｍは、後述するように、第１ロータ位置検出部１９で検出されるロータ位置θｍ（第１ロータ位置θｍ１）又は第２ロータ位置検出部２０で検出されるロータ位置θｍ（第２ロータ位置θｍ２）である。さらに、回転制御部１２は、外部から運転停止指令を入力すると前記第２制御信号の出力を停止して同期モータ２を停止させる。

インバータ駆動部１３は、起動処理部１１からの第１制御信号又は回転制御部１２からの第２制御信号に基づいて、インバータ３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１４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１５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１６は、相電流検出部１４で検出される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉ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。図２を参照すると、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１６は、相電流検出部１４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１７は、相電流検出部１４で検出される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、印加電圧検出部１５で検出される印加電圧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。図３を参照すると、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１７は、相電流検出部１４で検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗと、印加電圧検出部１５で検出される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１８は、誘起電圧波高値・電気角検出部１７で検出される誘起電圧波高値Ｅｐと、回転制御部１２から入力されるロータ回転速度ω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。ロータ回転速度ωは、回転制御部１２においてｄθｍ／ｄｔによって検出（算出）される。

第１ロータ位置検出部１９は、相電流波高値・電気角検出部１６で検出される相電流波高値Ｉｐ及び相電流電気角θｉと、誘起電圧波高値・電気角検出部１７で検出される誘起電圧電気角θｅとに基づいてロータ位置θｍを検出する。具体的には、第１ロータ位置検出部１９は、誘起電圧電気角θｅと、誘起電圧電気角θｅと相電流電気角θｉとの差（誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ）及び相電流波高値Ｉｐから求められる誘起電圧位相γとに基づいてロータ位置θｍを検出する。なお、第１ロータ位置検出部１９によって検出されるロータ位置θｍを「第１ロータ位置θｍ１」といい、［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］及び相電流波高値Ｉｐから求められる誘起電圧位相γを「第１誘起電圧位相γ１」という。

詳しくは、本実施形態において、第１ロータ位置検出部１９は、誘起電圧電気角θｅを変数として含むと共に、［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］及び相電流波高値Ｉｐから求められる第１誘起電圧位相γ１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＝誘起電圧電気角θｅ−第１誘起電圧位相γ１−９０°

式４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あらかじ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。データテーブルＴＡは、例えば次のようにして作成されてメモリに保存されている。

図４は、同期モータ２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）及び誘起電圧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はロータの永久磁石の磁束、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。

図４を参照すると、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］

データテーブルＴＡは、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あらかじめ作成される。すなわち、図４の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、［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誘起電圧位相γ（第１誘起電圧位相γ１）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から最大値（ここでは６４Ａ）まで１Ａずつ増加させながら、同期モータ２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、図４の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、電流Ｉ毎に［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、［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（誘起電圧位相γ）第１誘起電圧位相γ１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１９は、誘起電圧電気角θｅと、［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］及び相電流波高値Ｉｐに応じてデータテーブルＴＡから選出される第１誘起電圧位相γ１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２０は、相電流波高値・電気角検出部１６で検出される相電流波高値Ｉｐと、誘起電圧波高値・電気角検出部１７で検出される誘起電圧電気角θｅと、鎖交磁束検出部１８で検出される鎖交磁束Ψｐとに基づいてロータ位置θｍを検出する。具体的には、第２ロータ位置検出部２０は、誘起電圧電気角θｅと、鎖交磁束Ψｐ及び相電流波高値Ｉｐから求められる誘起電圧位相γとに基づいてロータ位置θｍ２を検出する。なお、第２ロータ位置検出部２０によって検出されるロータ位置θｍを「第２ロータ位置θｍ２」といい、鎖交磁束Ψｐ及び相電流波高値Ｉｐから求められる誘起電圧位相γを「第２誘起電圧位相γ２」という。

詳しくは、本実施形態において、第２ロータ位置検出部２０は、誘起電圧電気角θｅを変数として含むと共に、鎖交磁束Ψｐ及び相電流波高値Ｉｐから求められる第２誘起電圧位相γ２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＝誘起電圧電気角θｅ−第２誘起電圧位相γ２−９０°

式７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。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。

データテーブルＴＢも、データテーブルＴＡと同様、図４のモータベクトル図の下で式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、図４の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、鎖交磁束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１８で検出される鎖交磁束Ψｐとをパラメータとした誘起電圧位相γ（第２誘起電圧位相γ２）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から前記最大値（ここでは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Ψを求める。そして、電流Ｉ毎に各鎖交磁束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Ψｐをもう１つのパラメータとした誘起電圧位相γ（第２誘起電圧位相γ２）のデータテーブルＴＢ２が作成される。

そして、第２ロータ位置検出部２０は、誘起電圧電気角θｅと、相電流波高値Ｉｐ及び鎖交磁束Ψｐに応じてデータテーブルＴＢから選出される第２誘起電圧位相γ２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２１は、切替スイッチ２２を適宜制御することによって第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０を選択する。本実施形態において、選択部２１は、相電流波高値Ｉｐと誘起電圧位相γ（第１誘起電圧位相γ１、第２誘起電圧位相γ２）とに基づいて第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０を選択するように構成されている。第１ロータ位置検出部１９が選択された場合には第１ロータ位置検出部１９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１２に入力され、第２ロータ位置検出部２０が選択された場合には第２ロータ位置検出部２０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１２に入力される。このように選択部２１が第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０を選択するのは、通常領域はもちろん、弱め磁束制御が行われる弱め磁束領域においても、誘起電圧位相γを安定して求めること、ひいてはロータ位置θｍを安定して検出することを可能とするためである。

次に、選択部２１による第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０の選択処理について具体的に説明する。

図５は、第１ロータ位置検出部１９で使用されるデータテーブルＴＡを説明するための図であり、誘起電圧位相γと［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］との関係の一例を示している。図６は、第２ロータ位置検出部２０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、誘起電圧位相γと鎖交磁束Ψｐとの関係の一例を示している。

図５において、誘起電圧位相γ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ＣＡ１〜ＣＡ４がデータテーブルＴＡの一部に相当し、図６において、誘起電圧位相γと鎖交磁束Ψｐとの関係を示す曲線ＣＢ１〜ＣＢ４がデータテーブルＴＢの一部に相当する。また、図５の曲線ＣＡ１及び図６の曲線ＣＢ１は相電流波高値Ｉｐが小さい場合（例えばＩｐ≦３０Ａ）を示し、図５の曲線ＣＡ２、ＣＡ３及び図６の曲線ＣＢ２、ＣＢ３は相電流波高値Ｉｐが中程度である場合（例えば３０＜Ｉｐ≦５０Ａ）を示し、図５の曲線ＣＡ４及び図６の曲線ＣＢ４は相電流波高値Ｉｐが大きい場合（例えばＩｐ＞５０Ａ）を示している。

図５を参照すると、相電流波高値Ｉｐが小さい場合を示す曲線ＣＡ１及び相電流波高値Ｉｐが中程度の場合を示す一方の曲線ＣＡ２では、一つの［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に一つの誘起電圧位相γが対応しており、［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］から誘起電圧位相γを安定して求めることが可能である。しかし、相電流波高値Ｉｐが中程度の場合を示す他方の曲線ＣＡ３及び相電流波高値Ｉｐが大きい場合を示す曲線ＣＡ４は、誘起電圧位相γが第１所定値（ここでは８５ｄｅｇ）を超える領域に傾向が大きく変化する変化点を有している。このため、一つの［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］に複数の誘起電圧位相γが対応する場合があり、［誘起電圧電気角θｅ−相電流電気角θｉ］から誘起電圧位相γを安定して求めることができないおそれがある。

一方、図６を参照すると、相電流波高値Ｉｐが小さい場合を示す曲線ＣＢ１、相電流波高値Ｉｐが中程度である場合を示す曲線ＣＢ２、ＣＢ３及び相電流波高値Ｉｐが大きい場合を示す曲線ＣＢ４のいずれにおいても、一つの鎖交磁束Ψｐに複数の誘起電圧位相γが対応しており、そのままでは、鎖交磁束Ψｐから誘起電圧位相γを安定して求めることができない。但し、例えば誘起電流位相γが第２所定値（ここでは５５ｄｅｇ）以上の領域のみを対象とすれば、曲線ＣＢ２、ＣＢ３及びＣＢ４によって鎖交磁束Ψｐに対応する誘起電圧位相γを安定して求めることが可能である。

つまり、相電流波高値Ｉｐが小さい場合には、曲線ＣＡ１を利用することによって誘起電流位相γを安定して求めること、ひいてはロータ位置θｍを安定して検出することが可能であるといえる。また、相電流波高値Ｉｐが中程度以上である場合には、曲線ＣＡ２〜ＣＡ４のうち誘起電流位相γが前記第１所定値（８５ｄｅｇ）以下の第１部分と、曲線ＣＢ２〜ＣＢ４のうち誘起電流位相γが前記第２所定値（５５ｄｅｇ）以上の第２部分とを利用することによって誘起電流位相γを安定して求めること、ひいてはロータ位置θｍを安定して検出することが可能であるといえる。さらに、曲線ＣＡ２〜ＣＡ４を利用する場合（すなわち、データテーブルＴＡを使用する第１ロータ位置検出部１９）と、曲線ＣＢ２〜ＣＢ４を利用する場合（すなわち、データテーブルＴＢを使用する第２ロータ位置検出部２０）とを切り替える場合の切替点として、曲線ＣＡ２〜ＣＡ４の前記第１部分と曲線ＣＢ２〜ＣＢ４の前記第２部分とが重複する領域である前記第２所定値（５５ｄｅｇ）と前記第１所定値（８５ｄｅｇ）の間における任意の誘起電流位相γの値が利用可能であるといえる。

以上のことから、本実施形態において、選択部２１は、相電流波高値Ｉｐと誘起電流位相γ（第１誘起電流位相γ１、第２誘起電流位相γ２）とを監視し、これらに基づいて第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０を選択するようにしている。

好ましくは、図７に示されるように、相電流波高値Ｉｐが中程度である場合及び大きい場合における誘起電流位相γが前記第１所定値（８５ｄｅｇ）を超える領域（破線）を対象としないデータテーブルＴＡが作成されると共に、図８に示されるように、相電流波高値Ｉｐが小さい場合（破線）と、相電流波高値Ｉｐが中程度である場合及び大きい場合における誘起電流位相γが前記第２所定値（５５ｄｅｇ）未満の領域（破線）とを対象としないデータテーブルＴＢが作成され、その上で、選択部２１は、以下に説明するような、第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０の選択処理を実行する。

図９は、選択部２１が実行する第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０の選択処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、起動処理部１１から前記起動完了信号を入力すると開始される。

ステップＳ１では、第１ロータ位置検出部１９を選択する。すなわち、本実施形態において、選択部２１は、同期モータ２の起動が完了するとまず第１ロータ位置検出部１９を選択する。同期モータ２の起動が完了した直後においては、通常、相電流波高値Ｉｐが小さいので、データテーブルＴＡを使用する第１ロータ位置検出部１９によってロータ位置θｍの安定した検出が可能だからである。

ステップＳ２では、相電流波高値Ｉｐ及び第１誘起電圧位相γ１を読み込む。読み込まれる相電流波高値Ｉｐは、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近に検出された相電流波高値Ｉｐであり、読み込まれる第１誘起電圧位相γ１は、第１ロータ位置検出部１９において直近に選出された第１誘起電圧位相γ１である。

ステップＳ３では、相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１以上である場合にはステップＳ４に進み、相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１未満の場合にはステップＳ２に戻る。本実施形態において、第１閾値ＴＨ１は、３０Ａ以下の任意の値に設定され得る。

ここで、ステップＳ３において第１閾値ＴＨ１と比較される相電流波高値Ｉｐは、基本的には、ステップＳ２で読み込まれた相電流波高値Ｉｐ、すなわち、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近に検出された相電流波高値Ｉｐである。但し、これに限られるものではなく、第１閾値ＴＨ１と比較される相電流波高値Ｉｐとして、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近及びその前に検出された複数の相電流波高値Ｉｐの平均値（算術平均値、加重平均値）や直近の移動平均値などが用いられてもよい。

ステップＳ４では、第１誘起電圧位相γ１が第２閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。第１誘起電圧位相γ１が第２閾値ＴＨ２以上である場合にはステップＳ５に進み、第１誘起電圧位相γ１が第２閾値ＴＨ２未満の場合にはステップ１２に戻る。本実施形態において、第２閾値ＴＨ２は、前記第２所定値（５５ｄｅｇ）以上であり、かつ、前記第１所定値（８５ｄｅｇ）以下の任意の値（例えば７０ｄｅｇ）ける任意の値に設定される。

ここで、ステップＳ４において第２閾値ＴＨ２と比較される第１誘起電圧位相γ１は、基本的には、ステップＳ１２で読み込まれた第１誘起電圧位相γ１、すなわち、第１ロータ位置検出部１９において直近に選出された第１誘起電圧位相γ１である。但し、これに限られるものではなく、第２閾値ＴＨ２と比較される第１誘起電圧位相γ１として、第１ロータ位置検出部１９において直近及びその前に選出された複数の第１誘起電圧位相γ１の平均値（算術平均値、加重平均値）や直近の移動平均値などが用いられ得る。

ステップＳ５では、第２ロータ位置検出部２０を選択する。すなわち、選択部２１は、第１ロータ位置検出部１９に代えて第２ロータ位置検出部２０を選択し、これにより、ロータ位置θｍを検出する検出部が第１ロータ位置検出部１９から第２ロータ位置検出部２０へと切り替えられる。

ステップＳ６では、相電流波高値Ｉｐ及び第２誘起電圧位相γ２を読み込む。読み込まれる相電流波高値Ｉｐは、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近に検出された相電流波高値Ｉｐであり、読み込まれる第２誘起電圧位相γ２は、第２ロータ位置検出部２０において直近に選出された第２誘起電圧位相γ２である。

ステップＳ７では、ステップＳ３と同様に、第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１以上である場合にはステップＳ８に進む。一方、相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１未満の場合にはステップＳ１に戻って第１ロータ位置検出部１９を選択する。すなわち、選択部２１は、第２ロータ位置検出部２０に代えて第１ロータ位置検出部１９を選択し、これにより、ロータ位置θｍを検出する検出部が第２ロータ位置検出部２０から第１ロータ位置検出部１９へと切り替えられる。

ここで、ステップＳ７において第１閾値ＴＨ１と比較される相電流波高値Ｉｐは、基本的には、ステップＳ６で読み込まれた相電流波高値Ｉｐ、すなわち、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近に検出された相電流波高値Ｉｐである。但し、これに限られるものではなく、電流波高値用閾値ＴＨｉと比較される相電流波高値Ｉｐとして、相電流波高値・電気角検出部１６によって直近及びその前に検出された複数の相電流波高値Ｉｐの平均値（算術平均値、加重平均値）や直近の移動平均値などが用いられ得る。

ステップＳ８では、第２誘起電圧位相γ２が第２閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。第２誘起電圧位相γ２が第１閾値ＴＨ２以上である場合にはステップＳ６に戻る。すなわち、第２ロータ位置検出部２０が選択された状態が継続される。一方、第２誘起電圧位相γ２が第２閾値ＴＨ２未満の場合にはステップＳ１に戻る。すなわち、選択部２１は、第２ロータ位置検出部２０に代えて第１ロータ位置検出部１９を選択し、これにより、ロータ位置θｍを検出する検出部が第２ロータ位置検出部２０から第１ロータ位置検出部１９へと切り替えられる。

ここで、ステップＳ８において第２閾値ＴＨ２と比較される第２誘起電圧位相γ２は、基本的には、ステップＳ６で読み込まれた第２誘起電圧位相γ２、すなわち、第２ロータ位置検出部２０において直近に選出された第２誘起電圧位相γ２である。但し、これに限られるものではなく、誘起電圧位相用閾値ＴＨγと比較される第２誘起電圧位相γ２として、第２ロータ位置検出部２０において直近及びその前に選出された複数の第２誘起電圧位相γ２の平均値（算術平均値、加重平均値）や直近の移動平均値などが用いられ得る。

以上のように、本実施形態において、選択部２１は、相電流波高値Ｉｐと誘起電圧位相γ（第１誘起電圧位相γ１、第２誘起電圧位相γ２）とに基づいて第１ロータ位置検出部１９又は第２ロータ位置検出部２０を選択するように構成されている。具体的には、選択部２１は、第１ロータ位置検出部１９の選択後に、相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１以上になり、かつ、第１誘起電圧位相γ１が第２閾値ＴＨ２以上になると、第１ロータ位置検出部１９に代えて第２ロータ位置検出部２０を選択する。また、選択部２１は、第２ロータ位置検出部２０の選択後に、相電流波高値Ｉｐが第１閾値ＴＨ１未満となるか又は第２誘起電圧位相γ２が第２閾値ＴＨγ未満になると、前記第２ロータ位置検出部２０に代えて第１ロータ位置検出部１９を選択する。

このため、前記第１ロータ位置検出部又は前記第２ロータ位置検出部の選択、特に第１ロータ位置検出部１９から第２ロータ位置検出部２０への切り替えや第２ロータ位置検出部２０から第１ロータ位置検出部１９への切り替えが適切に行われ、ロータ位置θｍの誤検出が防止される。この結果、前記通常領域及び前記弱め磁束領域の双方においてロータ位置θｍが安定かつ精度よく検出され、モータ制御装置１による同期モータ２の安定した制御が可能になる。

また、本実施形態において、選択部２１は、起動処理部１１から前記起動完了信号を入力すると、すなわち、同期モータ２の起動完了時に第１ロータ位置検出部１９を選択するように構成されている。このため、前記起動処理からロータ位置θｍに基づく前記通常制御へと速やかに移行することができる。

なお、上述の実施形態において、選択部２１は、起動処理部１１から前記起動完了信号を入力すると第１ロータ位置検出部１９を選択するように構成されている。しかし、これに限られるものではない。選択部２１は、同期モータ２の起動時に第１ロータ位置検出部１９を選択するように構成されてもよい。この場合、起動処理部１１は、同期モータ２が停止しているときに外部から前記運転指令を入力すると同期モータ２の前記起動処理を実行すると共に起動開始信号を選択部２１に出力する。そして、選択部２１は、前記起動開始信号を入力すると図９に示される選択処理を開始するように構成される。

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。

１…モータ制御装置、２…同期モータ、３…インバータ、１１…起動処理部、１２…回転制御部、１３…インバータ駆動部、１４…相電流検出部（電流検出部）、１５…印加電圧検出部、１６…相電流波高値・電気角検出部（電流波高値・電気角検出部）、１７…誘起電圧波高値・電気角検出部、１８…鎖交磁束検出部、１９…第１ロータ位置検出部、２０…第２ロータ位置検出部、２１…選択部

Claims (4)

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る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る電流と、前記印加電圧検出部で検出される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、
   前記誘起電圧電気角と、前記誘起電圧電気角と前記電流電気角との差及び前記電流波高値から求められる第１誘起電圧位相とに基づ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、
   前記誘起電圧電気角と、前記鎖交磁束及び前記電流波高値から求められる第２誘起電圧位相とに基づ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、
   前記電流波高値と、前記第１誘起電圧位相又は前記第２誘起電圧位相とに基づいて前記第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、前記第１ロータ位置検出部の選択後に、前記電流波高値が電流波高値用閾値以上となり、かつ、前記第１誘起電圧位相が誘起電圧位相用閾値以上になると、前記第１ロータ位置検出部に代えて前記第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、前記第２ロータ位置検出部の選択後に、前記電流波高値が前記電流波高値用閾値未満となるか、又は、前記第２誘起電圧位相が前記誘起電圧位相用閾値未満になると、前記第２ロータ位置検出部に代えて前記第１ロータ位置検出部を選択する、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記選択部は、前記同期モータの起動時又は前記同期モータの起動完了時に前記第１ロータ位置検出部を選択する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のモータ制御装置。

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