(57)【要約】【課題】回転子の回転位置の推定精度を高く維持する。【解決手段】回転位置推定相を決定する推定相決定部６１と、決定された回転位置推定相における巻線電流ｉを選択する推定相電流選択部６２と、選択された巻線電流ｉ、インバータにおける直流電圧ＶｄｃおよびＰＷＭパターンを入力として、決定された回転位置推定相における磁束鎖交数λを算出する推定相磁束鎖交数算出部６３と、選択された巻線電流ｉおよび算出された磁束鎖交数λを入力として回転位置推定演算を行って第１推定回転位置θＭを出力する位置推定演算部６４と、過去の推定回転位置と過去の回転速度に基づいてバックアップ回転位置としての第２推定回転位置θｐを算出するバックアップ位置算出部６５と、第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐを選択して最終的に得られた推定回転位置θｅとして出力する推定回転位置選択部６６とを有している。【選択図】図２
2010220475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチトリラクタンスモータ（５）の磁化特性およびスイッチトリラクタンスモータ（５）の巻線電流からスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の第１の推定回転位置を推定し、スイッチトリラクタンスモータ（５）の過去に推定した回転速度およびスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の過去に推定した回転位置からスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の第２の推定回転位置を推定し、第１、第２の何れかの推定回転位置を適宜選択し、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータ（４）を制御することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
【請求項２】
前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択する請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
【請求項３】
前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定する請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
【請求項４】
前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の推定回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２の推定回転位置を選択する請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
【請求項５】
スイッチトリラクタンスモータ（５）の磁化特性およびスイッチトリラクタンスモータ（５）の巻線電流からスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の第１の推定回転位置を推定する第１推定手段（６４）と、スイッチトリラクタンスモータ（５）の過去に推定した回転速度およびスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の過去に推定した回転位置からスイッチトリラクタンスモータ（５）の回転子の第２の推定回転位置を推定する第２推定手段（６５）と、第１、第２の何れかの推定回転位置を選択する選択手段（６６）と、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータ（４）を制御するインバータ制御手段（３）とを含むことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
【請求項６】
前記選択手段（６６）は、前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものである請求項５に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
【請求項７】
前記選択手段（６６）は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものである請求項６に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
【請求項８】
前記選択手段（６６）は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の推定回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１推定手段（６４）から得られた第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２推定手段（６５）から得られた第２の推定回転位置を選択するものである請求項７に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスイッチトリラクタンスモータ制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、回転子の回転位置を検出するためのセンサを用いることなく回転子の回転位置を検出してスイッチトリラクタンスモータを制御するための方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと略称する）は、誘導モータやブラシレスＤＣモータなど従来の交流機に比べ、モータ構造が簡単で堅牢なため、安価な可変速駆動源として注目を集めている。
【０００３】
ＳＲモータはそのトルク発生原理から回転位置に応じた電流／電圧制御が必要であり、一般的には光学式あるいは磁気式の回転子回転位置センサがモータ軸に取り付けられている。
【０００４】
しかし、回転子回転位置センサは、システムの大型化、信頼性の低下を招き、設置環境が限定される（例えば、高温・高圧のガスに曝される密閉形圧縮機には組み込むことができない）などの問題点を有している。また、コスト的には、ＳＲモータの安価さとのトレードオフとなる。
【０００５】
また、従来の交流機では位置・速度センサレス化が既に実用段階に入っているのに対し、ＳＲモータに関しては種々の方法が提案されてはいるが、実用化のためには克服すべき課題が多く残っている。
【０００６】
ＳＲモータは、出力／変換器容量、出力密度の観点から磁気飽和領域を積極的に利用するため、１相の巻線電流−磁束鎖交数と回転子位置が１対１の関係にああることに着目して、飽和を含む磁化特性に基づき、回転子回転位置の推定を行いセンサレス制御する方法が有効な手法として検討が進められている。ここで、非線形磁化特性をモデリングし、センサレス制御に活用する手法として、メモリなどに磁化特性マップを記憶する方法（特開平５−１９９７９４号公報参照）、および磁化特性をファジイ推論やニューラルネットワークを用いてリアルタイムに演算する方法（Ｐ．Ｖａｓ他「Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＳＲＭ Ｄｒｉｖｅ ｕｓｉｎｇ ＡＮＮ−Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」ＩＡＳ’９８ Ａｎｎ．Ｍｅｅｔｉｎｇ参照）が提案されているが、前者の方法を採用した場合には、メモリ空間が肥大化し、実装コストが嵩むという不都合があり、逆に、後者の方法を採用した場合には、メモリ空間を少なくすることができるが、演算が複雑で演算時間が長大化し、また高価な浮動小数点形ＤＳＰなどを用いる必要があるという不都合がある。
【０００７】
また、これらの不都合を解消し、しかも非線形な磁化特性をリアルタイムにモデリングする手法として、図１４、図１５に示すＳＲモータセンサレス制御システムが提案されている（Ｓ．Ｓａｈａ，Ｔ．Ｋｏｓａｋａ，Ｎ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｙ．Ｔａｋｅｄａ「Ａ Ｎｅｗ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ Ａｐｐｒｏａｃｈ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒｓ」Ｈ１０電気学会産業応用部門全国大会、およびＳ．Ｓａｈａ，Ｔ．Ｋｏｓａｋａ，Ｎ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｙ．Ｔａｋｅｄａ「Ａ Ｎｅｗ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｋｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒｓ」ＩＣＰＥ’９８， Ｓｅｏｕｌ参照）。
【０００８】
図１４に示すＳＲモータセンサレス制御システムは、速度指令値を減算器８１を通して速度制御部８２に供給し、速度制御部８２からの出力、ターンオン角指令値θ０、転流角指令θｃ、後述するＳＲモータ８５の巻線電流、および後述する推定位置を電流制御部８３に供給してＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力してインバータ８４に供給し、インバータ８４からの出力をＳＲモータ８５に供給してＳＲモータ８５を回転させる。そして、ＳＲモータ８５の巻線電流および巻線電圧を位置推定部８６に供給して回転子の回転位置θｅを算出し、算出された回転位置θｅを微分器８７に供給し、算出された微分値をノイズ除去のためローパスフィルタ８８に供給して推定速度を算出し、減算器８１に供給している。なお、微分器やローパスフィルタをマイコンで実現する演算方法については、公知技術なので詳細は割愛する。
【０００９】
そして、前記位置推定部８６においては、非飽和領域と飽和領域とに区分した状態で磁化特性をモデリングし｛具体的には、３次以上のフーリエ係数を無視して、位置の余弦を変数とする二次方程式に簡単化し｝、モデリングした式を解いて推定位置を算出する。
【００１０】
また、図１５に示すＳＲモータセンサレス制御システムは、図１４における位置推定部８６として、巻線電圧を入力とする代わりに、ＰＷＭ信号、インバータ８４の直流電圧、および巻線電流を入力として巻線電圧を算出するようにしたものを採用している。また、電流値が最も大きな相を用いて回転子の回転位置の推定を行うことによりダイナミックレンジを向上させている。なお、他の部分の構成は図１４と同様である。
【００１１】
図１４に示すＳＲモータセンサレス制御システム、または図１５に示すＳＲモータセンサレス制御システムを採用した場合には、非線形の磁化特性を精度を低下させることなく簡単にモデリングすることができ、回転子の回転位置の推定精度を高めてＳＲモータを運転するためのインバータ出力波形のターンオン角や転流角を正確に制御でき、ひいては、定常運転時のモータの突発的な加減速、トルクリプルの増大や異音の発生などの不安定動作に陥ることなく制御できる。以下、こうした状態を「ＳＲモータを精度よく制御することができる」という。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１４に示すＳＲモータセンサレス制御システム、および図１５に示すＳＲモータセンサレス制御システムにおいては、回転子の回転位置を常にモデリングした磁化特性から算出しているのであるから、ノイズによる電流検出誤差が存在する場合や、モータの電磁設計（例えば、固定子、回転子それぞれの突極の幅など）の差により回転子が突極対向、非対向の近辺に位置する場合などには磁化特性から算出する回転子の回転位置が不正確になってしまう場合があった。そして、回転子の回転位置の推定精度が低下すると、ＳＲモータを精度よく制御することができなくなってしまう。
【００１３】
［発明の目的］
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ノイズによる電流検出誤差が存在する場合、回転子が突極対向、非対向の近辺に位置する場合などにも回転子の回転位置の推定精度を高く維持してＳＲモータを精度良く制御することができるＳＲモータ制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１のＳＲモータ制御方法は、ＳＲモータの磁化特性およびＳＲモータの巻線電流からＳＲモータの回転子の第１の推定回転位置を推定し、ＳＲモータの過去に推定した回転速度およびＳＲモータの回転子の過去に推定した回転位置からＳＲモータの回転子の第２の推定回転位置を推定し、第１、第２の何れかの推定回転位置を選択し、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータを制御する方法である。
【００１５】
請求項２のＳＲモータ制御方法は、前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択する方法である。
【００１６】
請求項３のＳＲモータ制御方法は、前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択する方法である。
【００１７】
請求項４のＳＲモータ制御方法は、前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の推定回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２の推定回転位置を選択する方法である。
【００１８】
請求項５のＳＲモータ制御装置は、ＳＲモータの磁化特性およびＳＲモータの巻線電流からＳＲモータの回転子の第１の推定回転位置を推定する第１推定手段と、ＳＲモータの過去に推定した回転速度およびＳＲモータの回転子の過去に推定した回転位置からＳＲモータの回転子の第２の推定回転位置を推定する第２推定手段と、第１、第２の何れかの推定回転位置を選択する選択手段と、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータを制御する前記インバータ制御手段とを含むものものである。
【００１９】
請求項６のＳＲモータ制御装置は、前記選択手段として、前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものを採用するものである。
【００２０】
請求項７のＳＲモータ制御装置は、前記選択手段として、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものを採用するものである。
【００２１】
請求項８のＳＲモータ制御装置は、前記選択手段として、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の推定回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１推定手段から得られた第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２推定手段から得られた第２の推定回転位置を選択するものを採用するものである。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明は、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２３】
請求項２の発明は、第１の推定回転位置の信頼性の判定結果に応じて第１、第２の何れかの推定回転位置を選択することができ、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２４】
請求項３の発明は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２５】
請求項４の発明は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２６】
請求項５の発明は、第１の推定回転位置、または第２の推定回転位置を選択的に採用することにより、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２７】
請求項６の発明は、第１の推定回転位置の信頼性の判定結果に応じて第１、第２の何れかの推定回転位置を選択することができ、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２８】
請求項７の発明は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【００２９】
請求項８の発明は、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かの判定結果に応じて、精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明のＳＲモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】位置推定部の構成を詳細に示すブロック図である。
【図３】磁化特性の一例の測定値を示す図である。
【図４】回転子回転位置に対するＬ１の空間分布の一例を示す図である。
【図５】完全対向時の磁化特性の一例の測定値および計算値を示す図である。
【図６】完全対向時から非対向時までの磁化特性の一例の測定値および数６に基づく計算値を示す図である。
【図７】完全対向時から非対向時までの磁化特性の一例の測定値および数６で３次以上のフーリエ係数をゼロとした回転子回転位置推定用の簡易数式表現で得られる計算値を示す図である。
【図８】第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐを選択する処理の一例を説明するフローチャートである。
【図９】第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐを選択する処理の他の例を説明するフローチャートである。
【図１０】第１基準位置θ＾ｕおよび第２基準位置θ＾ａを説明する図である。
【図１１】速度４０００ｒｐｍ／定格負荷トルク時における制御特性を示す図である。
【図１２】速度２００ｒｐｍ／無負荷時における制御特性を示す図である。
【図１３】速度２００ｒｐｍから速度４０００ｒｐｍへの加速時における制御特性を示す図である。
【図１４】従来のＳＲモータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【図１５】従来のＳＲモータ制御装置の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して、この発明のＳＲモータ制御方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００３２】
図１はこの発明のＳＲモータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。なお、以下の説明はＳＲモータの固定子の極数が６、回転子の極数が４の場合について示しているが、他の極数の組み合せについても、同様にこの発明のＳＲモータ制御方法およびその装置を適用することができる。
【００３３】
このＳＲモータ制御装置は、速度指令値および現在の推定速度を入力として速度偏差を出力する減算器１と、速度偏差を入力として速度制御演算｛例えば、速度ＰＩ（比例・積分）演算｝を行って電流波高値指令Ｉ＊ｍａｘを出力する速度制御部２と、電流波高値指令Ｉ＊ｍａｘ、ターンオン角指令θ０（例えば、運転状態に応じて実験的に定められる指令値）、転流角指令θｃ（例えば、運転状態に応じて実験的に定められる指令値）、ＳＲモータ５の回転子の推定回転位置θｅ、およびＳＲモータ５の巻線電流ｉを入力として電流制御演算を行って（例えば、電流波高値指令Ｉ＊ｍａｘと検出された巻線電流ｉとを比較し、θ０、θｃより決まる通電相のインバータ出力電圧ｖを、ｉ≦Ｉ＊ｍａｘの時ｖ＝Ｖｏｎ、ｉ＞Ｉ＊ｍａｘの時ｖ＝０として、推定回転位置θｅに基づきＰＷＭ制御を行って）ＰＷＭ信号を出力する電流制御部３と、ＰＷＭ信号を入力としてＳＲモータ５の各相に印加すべき各相電圧を出力するインバータ４と、ＰＷＭ信号、インバータ４における直流電圧、ＳＲモータ５の巻線電流、および推定速度を入力として後述する処理を行って推定回転位置θｅを算出する位置推定部６と、時系列的に得られる推定回転位置θｅどうしの差分を算出する微分器７と、算出された差分を入力として推定速度を出力するローパスフィルタ８とを有している。
【００３４】
図２は前記位置推定部６の構成を詳細に示すブロック図である。
【００３５】
位置検出部６は、後述するように最終的に得られた推定回転位置θｅを入力として回転位置推定相を決定する推定相決定部６１と、決定された回転位置推定相における巻線電流ｉを選択する推定相電流選択部６２と、選択された巻線電流ｉ、インバータ４における直流電圧ＶｄｃおよびＰＷＭパターンを入力として、決定された回転位置推定相における磁束鎖交数λ｛＝∫（ｖｐｈ−Ｒ・ｉ）ｄｔ｝を算出する推定相磁束鎖交数算出部６３と、選択された巻線電流ｉおよび算出された磁束鎖交数λを入力として回転位置推定演算を行って第１推定回転位置θＭを出力する位置推定演算部６４と、過去の推定回転位置と過去の回転速度に基づいてバックアップ回転位置としての第２推定回転位置θｐを算出するバックアップ位置算出部６５と、第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐを選択して最終的に得られた推定回転位置θｅとして出力する推定回転位置選択部６６とを有している。
【００３６】
さらに説明する。
【００３７】
ＳＲモータの磁化特性の数式モデルは、「Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ」，ＩＥＥ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ， Ｖｏｌ．１３７，Ｐｔ．Ｂ，Ｎｏ．５，ｐｐ３１４−３２６， ｓｅｐｔ，１９９０においてＤ．Ａ．Ｔｏｒｒｅｙ氏らにより検討されており、巻線電流ｉおよび回転子の回転位置θの関数として磁束鎖交数λを数１で定義している。
【００３８】
【数１】
2010220475.tif 000003
【００３９】
そして、上式中のａ１（θ）〜ａ３（θ）は数２で与えられる。
【００４０】
【数２】
2010220475.tif 000004
【００４１】
ここで、αは回転子極数である。
【００４２】
数１は指数関数を含む複雑な式であるから、リアルタイムに数１を計算することは殆ど不可能である。そこで、以下のようにして数１を簡単化する。
【００４３】
数１のｅｘｐa2(θ)iをテイラー展開することにより、数１を数３に書き換えることができる。
【００４４】
【数３】
2010220475.tif 000005
【００４５】
ここで、数３中の回転位置の関数係数Ｌｎ（θ）は数４で表される。
【００４６】
【数４】
2010220475.tif 000006
【００４７】
数３の電流の最大次数ｎｍａｘ、数４のフーリエ係数Ｌｎｋは、図３に示す磁化特性の一例の測定値を基に、最小二乗近似およびＤＦＴ解析により決定できる。
【００４８】
「電流の最大次数ｎｍａｘの決定」
巻線電流値の増加に対して磁気飽和現象が最も顕著となるのは、回転子の回転位置が完全対向時（θ＝９０°）で、この場合に数３の電流次数ｎに、より高次の成分が含まれる。したがって、電流の最大次数ｎｍａｘを決定するためには、完全対向時の磁化特性に対して数５により最小二乗近似を行えばよい。
【００４９】
【数５】
2010220475.tif 000007
【００５０】
得られた最小二乗近似結果では、電流の７次以上の係数Ｌ７、Ｌ８・・・が６次までの係数Ｌ１〜Ｌ６に比べて十分小さく無視できる程度であるため、電流の最大次数の低次化を目的にｎｍａｘ＝６にすることができる。
【００５１】
「フーリエ係数Ｌｎｋの決定」
他の回転子回転位置についても順次「電流の最大次数ｎｍａｘの決定」を行えば、回転子回転位置に対するＬ１〜Ｌ６の値を得ることができる。回転子回転位置に対するＬ１の空間分布の一例を図４に示す。図４で回転子回転位置０°〜４０°のデータは、モータ構造の対称性から９０°〜５０°のデータを書き換えており、Ｌ１〜Ｌ６の空間分布のＤＦＴ解析により各フーリエ係数Ｌｎｋを決定することができる。
【００５２】
「電流の最大次数ｎｍａｘの決定」および「フーリエ係数Ｌｎｋの決定」で決定した、電流の最大次数ｎｍａｘおよび各フーリエ係数Ｌｎｋを数３に代入して得た、完全対向時の磁化特性の一例を図５に示す。図５から、数３で得られた磁化特性は測定値に対し、１０Ａ以上の飽和領域で大きな誤差を持つことが分かる。そして、この誤差を解消するためには、測定データ数を増加させ、または回転位置の関数係数Ｌｎ（θ）を高次化すればよいことが知られている。しかし、このような対処を行えば、数式の簡単化からかけ離れてしまうので、リアルタイム処理を行うことができなくなってしまう。この点を考慮し、数３を、非飽和領域と飽和領域とに区分して構築し直すことにより、数６が得られる。
【００５３】
【数６】
2010220475.tif 000008
【００５４】
ここで、数６中の回転位置の関数係数Ｌｓｍ（θ）は数７で表される。
【００５５】
【数７】
2010220475.tif 000009
【００５６】
数６のｍｍａｘ、数７のＬｓｍｋはそれぞれ飽和領域における巻線電流の最大次数とフーリエ係数で、前記と同様に、「電流の最大次数の決定」および「フーリエ係数の決定」により決定することができる。そして、決定したｍｍａｘ＝３、Ｌｓｍｋを数６に代入して得られた磁化特性を図６に示す。図６から分かるように、回転子回転位置によらず、測定値に対して最大誤差５％の範囲で一致し、数６の妥当性が確認できる。
【００５７】
数４、数７において３次以上（ｋ≧３）のフーリエ係数が無視でき、２次までが有効であると仮定すれば、数６は数８に整理できる。
【００５８】
【数８】
2010220475.tif 000010
【００５９】
ここで、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は数９で与えられる。
【００６０】
【数９】
2010220475.tif 000011
【００６１】
巻線電流ｉおよび巻線印加電圧ｖｐｈの検出値を用いれば、Ｃ１に含まれる磁束鎖交数λは数１０で得られ、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は全て算出可能になる。ただし、インバータのスイッチング状態、インバータにおける直流電圧、および巻線電流に対応して定まるスイッチング素子の電圧降下から演算により巻線印加電圧ｖｐｈを算出することが可能であり、この場合には巻線電圧検出素子を省略し、実装コストを低減することができる。
【００６２】
【数１０】
2010220475.tif 000012
【００６３】
さらに数８を整理すると数１１に示すように、ｃｏｓ（αθ）を変数とする２次方程式が得られ、数１１により回転子回転位置推定を簡単な処理で実現することができる。
【００６４】
【数１１】
2010220475.tif 000013
【００６５】
数６で３次以上のフーリエ係数をゼロとした回転子回転位置推定用の簡易数式表現で得られる磁化特性を図７に示す。図７と図６とを比較すれば、３次以上のフーリエ係数を含む場合に比べ、回転子回転位置が非対向近傍（θ＜５０°）および対向近傍（θ＞７５°）では測定値に対する誤差が大きくなっているものの、５０°＜θ＜７５°の範囲ではほぼ同一の特性が得られていることが分かる。本来、非対向近傍および対向近傍では、回転子回転位置の変化に対する磁束鎖交数の変化が少なく、回転子回転位置の推定精度が低下することを考慮すれば、上述のように２次までのフーリエ係数を有効と仮定しても回転子回転位置推定精度に及ぼす影響は少ないが、モータ電磁設計（例えば、固定子、回転子それぞれの突極の幅など）の差により、非対向近傍、対向近傍での回転位置精度が著しく低下し、ＳＲモータの制御精度が劣化した場合に対応し、後述の「バックアップ回転位置」を適宜選択することで、絶えずＳＲモータを精度良く制御できる。
【００６６】
したがって、位置推定演算部６４において、数１１を解いてｃｏｓ（αθ）を得、ｃｏｓ-1の演算を行い、または予め設定されているテーブルを参照して回転子回転位置θを得るようにすればよい。
【００６７】
「推定相の決定」
３相各相で均等に回転子回転位置推定を行う場合には、１相当たりの推定期間は３０°である。そして、測定値に対する誤差に関する上記の点を考慮し、Ｕ相での推定開始角を４７．５°とすれば、各相の推定期間はＵ相４７．５°〜７７．５°、Ｖ相１７．５°〜４７．５°、Ｗ相７７．５°〜１７．５°となる。これを基に位置推定演算部６４で最終的に得られた推定回転位置θｅを用いて、推定相決定部６１において次の制御周期における回転位置推定相を決定する。
【００６８】
「バックアップ回転位置の算出」
位置推定演算部６４から出力される第１推定回転位置θＭが何らかの原因により不正確になった場合のバックアップデータとして用いられるバックアップ回転位置（第２推定回転位置）θｐをバックアップ位置算出部６５により過去の推定回転位置と過去の回転速度に基づいて算出して出力する。具体的には、例えば、３制御周期前の推定回転位置θｅ（ｎ−３）と、推定回転位置の差分により算出した前回および前々回の推定速度の平均値ω（ｎ−３／２）とを用いて、次式により現在のバックアップ回転位置θｐ（ｎ）を算出する。ただし、Ｔｓは制御周期、ｎは整数である。θｐ（ｎ）＝θｅ（ｎ−３）＋３ω（ｎ−３／２）Ｔｓ「第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐの選択」第１推定回転位置θＭまたは第２推定回転位置θｐの選択は、例えば、図８のフローチャートの処理または図９のフローチャートの処理に基づいて行われる。
【００６９】
図８のフローチャートは、電流、電圧の検出値がノイズの影響を受けているか否かに対応する処理である。
【００７０】
ステップＳＰ１において、前回の推定速度と前々回の推定速度との差の絶対値｜ωｅ（ｎ−２）−ωｅ（ｎ−１）｜が予め設定された基準値Ωε（実験的に定められる値）よりも小さいか否かを判定する。この判定はバックアップ回転位置の算出に用いられる速度情報が妥当か否かを判定するものであるから、前回の推定速度と前々回の推定速度との差の絶対値｜ωｅ（ｎ−２）−ωｅ（ｎ−１）｜が予め設定された基準値Ωε以上であると判定された場合には、ステップＳＰ２において、保護停止処理の呼び出しを行う。
【００７１】
逆に、ステップＳＰ１において前回の推定速度と前々回の推定速度との差の絶対値｜ωｅ（ｎ−２）−ωｅ（ｎ−１）｜が予め設定された基準値Ωεよりも小さいと判定された場合には、ステップＳＰ３において、第１推定回転位置θＭと第２推定回転位置θｐとの差の絶対値が予め設定された基準値θε（実験的に定められる値）よりも大きいか否かを判定する。この判定は第１推定回転位置θＭの信頼性が高いか否かを判定するものであるから、第１推定回転位置θＭと第２推定回転位置θｐとの差の絶対値が予め設定された基準値θε以下であると判定された場合には、ステップＳＰ５において、第１推定回転位置θＭ（ｎ）を推定回転位置θｅ（ｎ）とする。
【００７２】
逆に、ステップＳＰ３において第１推定回転位置θＭと第２推定回転位置θｐとの差の絶対値が予め設定された基準値θεよりも大きいと判定された場合には、ステップＳＰ４において、第１推定回転位置θＭ（ｎ）が前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）よりも小さいか否かを判定する。この判定はＳＲモータが逆転したと判定されるか否かに基づいて第１推定回転位置θＭ（ｎ）の信頼性が低いか否かを判定するものであるから、第１推定回転位置θＭ（ｎ）が前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）以上であると判定された場合には、ステップＳＰ５の処理を行う。
【００７３】
逆に、第１推定回転位置θＭ（ｎ）が前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）よりも小さいと判定された場合には、ＳＲモータが逆転することはないのであるから、ステップＳＰ６において、第２推定回転位置θｐ（ｎ）を推定回転位置θｅ（ｎ）とする。
【００７４】
そして、ステップＳＰ２の処理、ステップＳＰ５の処理、またはステップＳＰ６の処理が行われた場合には、そのまま元の処理に戻る。
【００７５】
なお、図８のフローチャートにおいて、ステップＳＰ３の判定、またはステップＳＰ４の判定を単独で行うようにしてもよい他、ステップＳＰ２の処理に代えてステップＳＰ５の処理を行うようにしてもよい。
【００７６】
図９のフローチャートは、磁化特性の位置に対する変化が少ないか否かに対応する処理である。
【００７７】
ステップＳＰ１において、前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第１基準位置θ＾ｕよりも大きいか否かを判定し、前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第１基準位置よりも大きいと判定された場合には、ステップＳＰ２において、前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第２基準位置θ＾ａよりも小さいか否かを判定する。ここで、前記第１基準位置θ＾ｕおよび第２基準位置θ＾ａは、図１０に示すように、磁化特性の位置に対する変化が少ない領域と磁化特性の位置に対する変化が大きい領域とを区分するために設定されるものであり、磁化特性の測定結果から求めることができる。そして、ステップ１において前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第１基準位置θ＾ｕ以下であると判定された場合、またはステップ２において前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第２基準位置θ＾ａ以上であると判定された場合には、ステップ３において、第２推定回転位置θｐ（ｎ）を推定回転位置θｅ（ｎ）とする。逆に、前回の推定回転位置θｅ（ｎ−１）が予め設定された第１基準位置θ＾ｕよりも大きく、かつ第２基準位置θ＾ａよりも小さいと判定された場合には、ステップ４において、第１推定回転位置θＭ（ｎ）を推定回転位置θｅ（ｎ）とする。
【００７８】
そして、ステップ３の処理、またはステップ４の処理が行われた場合には、そのまま元の処理に戻る。上記のＳＲモータ制御方法、装置によりＳＲモータ（回転子／固定子極数が６／４、定格出力が１．５ｋＷ、定格回転数が５４００ｒｐｍ、定格トルクが２．６５Ｎ・ｍ）を駆動したところ、以下のように良好な制御を達成することができた。
【００７９】
速度４０００ｒｐｍ／定格負荷トルク時には、実回転位置（θｒ）と推定回転位置（θｅ）との差（Δθ）は平均的にゼロで、最大でも機械角２°であるとともに、推定速度（ωｅ）は実速度（ωｒ）と一致しており｛速度差（Δω）がほぼゼロであり｝、速度指令に対して精度のよい速度制御を実現できた（図１１参照）。
【００８０】
速度２００ｒｐｍ／無負荷時には、実回転位置（θｒ）と推定回転位置（θｅ）との差（Δθ）は平均的にゼロで、最大でも機械角５°程度であり、低速時であっても速度指令に対して比較的精度のよい速度制御を実現できた（図１２参照）。
【００８１】
速度２００ｒｐｍから４０００ｒｐｍまでのランプ速度指令を与えるとともに、４０００ｒｐｍ時に定格負荷トルクを生じさせ、しかも加速度を２４００ｒｐｍ／ｓｅｃとした時には、実回転位置（θｒ）と推定回転位置（θｅ）との差（Δθ）は最大でも機械角４°であるとともに、推定速度（ωｅ）と実速度（ωｒ）との差（Δω）は最大でも７０ｒｐｍであり、加速時にも安定な位置センサレス制御を実現できた（図１３参照）。
【００８２】
〈作用〉
請求項１のＳＲモータ制御方法であれば、ＳＲモータの磁化特性およびＳＲモータの巻線電流からＳＲモータの回転子の第１の推定回転位置を推定し、ＳＲモータの過去に推定した回転速度およびＳＲモータの回転子の過去に推定した回転位置からＳＲモータの回転子の第２の推定回転位置を推定し、第１、第２の何れかの推定回転位置を選択し、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータを制御するのであるから、磁化特性およびＳＲモータの巻線電流から推定したＳＲモータの回転子の第１の推定回転位置、またはＳＲモータの過去に推定した回転速度およびＳＲモータの回転子の過去に推定した回転位置から推定したＳＲモータの回転子の第２の推定回転位置を選択的に採用することにより、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８３】
請求項２のＳＲモータ制御方法であれば、前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するのであるから、第１の推定回転位置の信頼性の判定結果に応じて第１、第２の何れかの推定回転位置を選択することができ、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８４】
請求項３のＳＲモータ制御方法であれば、前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するのであるから、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８５】
請求項４のＳＲモータ制御方法であれば、前記第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の推定回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２の推定回転位置を選択するのであるから、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８６】
請求項５のＳＲモータ制御装置であれば、第１推定手段によってＳＲモータの磁化特性およびＳＲモータの巻線電流からＳＲモータの回転子の第１の推定回転位置を推定し、第２推定手段によってＳＲモータの過去に推定した回転速度およびＳＲモータの回転子の過去に推定した回転位置からＳＲモータの回転子の第２の推定回転位置を推定し、選択手段によって第１、第２の何れかの推定位置を選択することができる。そして、インバータ制御手段によって、選択された回転子の推定回転位置に基づいてインバータを制御することができる。
【００８７】
したがって、第１の推定回転位置、または第２の推定回転位置を選択的に採用することにより、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８８】
請求項６のＳＲモータ制御装置であれば、前記選択手段として、前記第１の推定回転位置の信頼性が高いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものを採用するのであるから、第１の推定回転位置の信頼性の判定結果に応じて第１、第２の何れかの推定回転位置を選択することができ、回転子の回転位置の推定精度の低下を防止し、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００８９】
請求項７のＳＲモータ制御装置であれば、前記選択手段として、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、判定結果に応答して第１、第２の何れかの推定回転位置を選択するものを採用するのであるから、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かに応じて精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【００９０】
請求項８のＳＲモータ制御装置であれば、前記選択手段として、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて信頼性が低いか否かを判定し、第１の回転位置の信頼性が高いと判定されたことに応答して第１推定手段から得られた第１の推定回転位置を選択し、第１の推定回転位置の信頼性が低いと判定されたことに応答して第２推定手段から得られた第２の推定回転位置を選択するものを採用するのであるから、第１の推定回転位置がノイズの影響を受けて不正確か否かの判定結果に応じて、精度が高い推定回転位置を選択することができ、ひいてはＳＲモータを精度よく制御することができる。
【符号の説明】
【００９１】
３ 電流制御部 ４ インバータ
５ ＳＲモータ ６４ 位置推定演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010220475.tif 000021
【図９】
2010220475.tif 000022
【図１０】
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【図１１】
2010220475.tif 000024
【図１２】
2010220475.tif 000025
【図１３】
2010220475.tif 000026
【図１４】
2010220475.tif 000027
【図１５】
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